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
| Модель двигателя | Номинальная мощность NeкВт
. |
Частота вращения кален вала n, обр/мин
|
Число и расолежение цилиндров | Степень сжатия ε |
Диаметр цилиндра D, мм
|
Ход поршня S, мм
|
Рабочий объем Vл, л
|
Минимальны удельный расход топлива ge, г/кВт•ч
|
| ВАЗ-2107 | 55,6 | 5600 | 4-Р | 8,5 | 76 | 66 | 1,197 | 313 |
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 р
о
=
0,1 МПа
Температура окружающей среды То = 293 К
Давление остаточных газов р
r
=
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
Инд
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:
| Двигатель | N, кВт |
Nн, мин |
ε | D, мм
|
S, мм
|
Vh, л
|
Vп, м/с
|
ge, г/кВт·ч
|
| Проектируемый | 52,5 | 5600 | 8,5 | 76 | 66 | 1,267 | 12 | 254 |
| Прототип | 55,6 | 5600 | 8,5 | 76 | 66 | 1,197 | 12 | 313 |
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.
| № точек | OX, мм | Политропа сжатия | Политропа расширения | |||||
| , мм | , МПа | , мм | , МПа | |||||
| 1 | 8,8 | 8,5 | 18,76 | 34,1 | 1,7 (точка с) | 14,2 | 136,9 | 6,84 (точка z) |
| 2 | 9,3 | 8 | 17,39 | 31,6 | 1,58 | 13,2 | 127,8 | 6,39 |
| 3 | 10,7 | 7 | 14,35 | 26,1 | 1,3 | 11,14 | 107,4 | 5,36 |
| 4 | 14,9 | 5 | 9,12 | 16,6 | 0,83 | 7,39 | 71,28 | 3,56 |
| 5 | 18,7 | 4 | 6,68 | 12,1 | 0,6 | 5,58 | 53,7 | 2,68 |
| 6 | 24,9 | 3 | 4,51 | 8,2 | 0,41 | 3,91 | 37,7 | 1,88 |
| 7 | 37,4 | 2 | 2,58 | 4,7 | 0,23 | 2,36 | 22,77 | 1,138 |
| 8 | 49,86 | 1,5 | 1,74 | 3,1 | 0,15 | 1,653 | 15,93 | 0,796 |
| 9 | 74,8 | 1 | 1 | 1,82 | 0,091(точкаа) | 1 | 9,64(точка b) | 0,482 |
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.
| Обозначение точек | Положениеточек | Расстояние точек от в.м.т. (AX), мм | ||
| до в.м.т. | 18 | 0,0626 | 2,06 | |
| после в.м.т. | 25 | 0,1194 | 3,9 | |
| после н.м.т. | 60 | 1,5969 | 52,7 | |
| до в.м.т. | 35 | 0,2279 | 7,5 | |
| до в.м.т. | 30 | 0,1696 | 5,6 | |
| до н.м.т. | 55 | 1,6686 | 55,06 |
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 z
д 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"
z
дb
'
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.