Тепловой расчет двигателя

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

1. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СОСТОЯНИЯ РАБОЧЕГО ТЕЛА В ХАРАКТЕРНЫХ ТОЧКАХ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ

2.1 ПРОЦЕСС ВПУСКА

2.2 ПРОЦЕСС СЖАТИЯ

2.3 ПРОЦЕСС СГОРАНИЯ

2.4 ПРОЦЕС РАСШИРЕНИЯ

3. ИНДИКАТОРНЫЕ И ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДВИГАТЕЛЯ

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАМЕТРА ЦИЛИНДРА И ХОДА ПОРШНЯ

5. ПОСТРОЕНИЕ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

На наземном транспорте наибольшее распространение получили двигатели внутреннего сгорания. Эти двигатели отличаются компактностью, высокой экономичностью, долговечностью и применяются во всех отраслях народного хозяйства.

В настоящее время особое внимание уделяется уменьшению токсичности выбрасываемых в атмосферу вредных веществ и снижению уровня шума работы двигателей.

Специфика технологии производства двигателей и повышение требований к качеству двигателей при возрастающем объеме их производства, обусловили необходимость создания специализированных моторных заводов. Успешное применение двигателей внутреннего сгорания, разработка опытных конструкций и повышение мощностных и экономических показателей стали возможны в значительной мере благодаря исследованиям и разработке теории рабочих процессов в двигателях внутреннего сгорания.

Выполнение задач по производству и эксплуатации транспортных двигателей требует от специалистов глубоких знаний рабочего процесса двигателей, знания их конструкций и расчета двигателей внутреннего сгорания.

Рассмотрение отдельных процессов в двигателях и их расчет позволяют определить предполагаемые показатели цикла, мощность и экономичность, а также давление газов, действующих в надпоршневом пространстве цилиндра, в зависимости от угла поворота коленчатого вала. По данным расчета можно установить основные размеры двигателя (диаметр цилиндра и ход поршня ) и проверить на прочность его основные детали.

1. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

ТАБЛИЦА 1. Параметры двигателя

По заданным параметрам двигателя произвести тепловой расчет, определить параметры состояния рабочего тела, соответствующие характерным точкам цикла, индикаторные и эффективные показатели двигателя, диаметр цилиндра и ход поршня, построить индикаторную диаграмму. Тепловой расчет для карбюраторного двигателя произвести для режима максимальной мощность.

При проведении теплового расчётадля карбюраторного двигателя выбираем следующие параметры:

Давление окружающей среды ро = 0,1 МПа

Температура окружающей среды То = 293 К

Давление остаточных газов рr = 0,114 МПа

Температура остаточных газов Тr = 1050 К

Подогрев свежего заряда ∆Т = 20۫С

Коэффициент наполнения ηv = 0,8

Коэффициент избытка воздуха α = 0,96

В соответствии с заданной степенью сжатия ε = 8,5 можно использовать бензин АИ 93

Молекулярная масса топлива: С = 0,855; Н = 0,145; mt = 115 кг/моль

Низшая теплота сгорания: Нu= 33,891*C+125,6*H-2,51*9*H= 44 МДж/кг

Средний показатель политропны сжатия n1 = 1,37

Средний показатель политропны расширения n2 = 1,24

Коэффициент использования тепла ξ = 0,9

тепловой карбюраторный двигатель индикаторный

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СОСТОЯНИЯ РАБОЧЕГО ТЕЛА В ХАРАКТЕРНЫХ ТОЧКАХ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ

2.1 ПРОЦЕСС ВПУСКА

Давление в конце впуска

, где

- потери давления в следствие сопротивления впускной системы и затухания скорости движения заряда в цилиндре.

где

β - коэффициент затухания скорости движения заряда;

- коэффициент сопротивления впускной системы;

– средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы;

- плотность заряда на впуске;

;

Коэффициент остаточных газов

Температура в конце впуска

2.2 ПРОЦЕСС СЖАТИЯ

Давление в конце сжатия:

Температура в конце сжатия:

2.3 ПРОЦЕСС СГОРАНИЯ

Определение теоретически необходимого количества воздуха при полном сгорании жидкого топлива . Наименьшее количество кислорода Оо , которое необходимо подвести извне к топливу для полного его окисления.

кмоль воз/кг топл

кг возд/кг топл, где

С, Н, О – массовые доли углерода, водорода и кислорода в элементарном составе топлива;

0,21 – объёмное содержание кислорода в 1 кг воздуха;

0,23 – массовое содержание кислорода в 1 кг воздуха;

Действительное количество молей свежего заряда:

где

- действительное количество воздуха, необходимое для сгорания 1кг воздуха.

- молекулярная масса паров автомобильных бензинов.

Количество молей продуктов сгорания, ,

Действительный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси:

, где

- коэффициент молекулярного изменения горючей смеси.

Температура в конце видимого сгорания:

Температура конца видимого сгорания Тz для карбюраторного двигателя α<1 определяется из уравнения сгорания:

, где

ξ – коэффициент использования тепла;

– теплопроводность топлива;

- неполнота сгорания топлива;

и - средние мольные теплоёмкости при постоянном объёме рабочей смеси и продуктов сгорания, значения средних мольных теплоемкостей приближенно определяем по формулам;

Определяем температуру в конце сгорания по уравнению сгорания:

,

тогда получим :

Давление в конце видимого сгорания карбюраторного двигателя

Степень повышения давления

2.4 ПРОЦЕС РАСШИРЕНИЯ

В процессе расширения происходит преобразование тепловой энергии в механическую, определяем по формулам:

3. ИНДИКАТОРНЫЕ И ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДВИГАТЕЛЯ

Теоретическое средние индикаторное давление определяем по формуле:

Действительное средние индикаторное давление:

, где

φ – коэффициент скругления индикаторной диаграммы для карбюраторных двигателей принимаем равным 0,96

Индикаторный КПД цикла:

Индикаторный удельный расход топлива:

Средние давление механических потерь:

при ,

, где

Средние эффективное давление:

Механический КПД двигателя:

Эффективный КПД и эффективный удельный расход топлива:

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАМЕТРА ЦИЛИНДРА И ХОДА ПОРШНЯ

Задаем отношение

Определяем рабочий объём двигателя по формуле:

, где

τ = 4 - тактность двигателя;

i = 4 - число цилиндров;

Объём одного цилиндра:

Определяем диаметр и ход поршня:

Окончательно принимаем: S = 66мм, D= 76мм.

Определяем номинальную мощность двигателя:

Вывод: основные данные полученные в тепловом расчёте при сравнение с характеристиками прототипа позволяют сделать вывод о том что для дальнейших расчётов мы можем принять этот двигатель так как расхождение не превышает 10%.

5. ПОСТРОЕНИЕ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ

Индикаторную диаграмму строят для номинального режима работы двигателя, т. е. при

Ne = 52,5кВт и Nн = 5600 об/мин.

Масштабы диаграммы: масштаб хода поршня Мs = 1 мм в мм;

Масштаб давлений: Мр = 0,05 МПа в мм.

Приведенные величины, соответствующие рабочему объему цилиндра и объему камеры сгорания:

;

Максимальная высота диаграммы (точка z)

Ординаты характерных точек:

Построение политроп сжатия и расширения аналитическим методом:

а) политропа сжатия отсюда

,

где

б) политропа расширения отсюда

Результаты расчета точек политроп приведены в табл.

Так как рассчитываемый двигатель достаточно быстроходен n = 5600 об/мин., то фазы газораспределения устанавливаем с учетом получения хорошей очистки от отработавших газов и обеспечения дозарядки. В связи с этим начало открытия впускного клапана (точка r΄) устанавливается за 18˚ до прихода поршня в В.М.Т., а закрытие (точка а΄΄) – через 60˚ после прохода поршнем Н.М.Т.; начало открытия выпускного клапана (точка b΄) принимаем за 55˚ до прихода поршня в Н.М.Т., а закрытие (точка а΄) – через 25˚ после прохода поршнем В.М.Т. Учитывая быстроходность двигателя, угол опережения зажигания θ принимаем равным 35˚, а период воспламенения ∆φ1= 5˚.

В соответствии с принятыми фазами газораспределения и углом опережения зажигания определяют положение точек r', а', а", с', f и b' по формуле для перемещения поршня:

где λ — отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

При построении индикаторной диаграммы предварительно принимается λ = 0,285.

Расчеты координат точек r', а', а", с', f и b' сведены в табл.

Положение точки определяется по формуле:

МПа;

мм.

Действительное давление сгорания

МПа;

мм.

Соединяя плавными кривыми точки r с а', с' с с" и далее с zд и кривой расширения, b' с b" (точка b" располагается обычно между точками b и а) и линией выпуска b"r' r, получим скругленную действительную индикаторную диаграмму ra'ac'fc"zдb'b"r.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей; учеб. пособие для вузов.; М.: Высшая школа, 1980.- 400с.