Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО УГТУ-УПИ имени первого Президента РФ Б.Н. Ельцина

Кафедра: "Турбин и двигателей"

Курсовая работа

Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания

по дисциплине "Теория поршневых и комбинированных двигателей"

Екатеринбург 2009 г

1. Исходные данные

Тип двигателя дизельный;

Мощность двигателя Ne
=125 кВт;

Частота вращения n=2600 мин-1
;

Количество цилиндров i=8;

Степень сжатия ξ=17;

Коэффициент избытка воздуха α=2,1;

Давление перед впускными органами pk
=2,76 кг/см2
;

Наличие турбокомпрессора да;

Наличие охладителя надувочного воздуха да;

Адиабатический КПД компрессора ηка
=0,73;

Отношение S/D=1,0;

Максимальное давление сгорания pz
=8 МПа;

Коэффициент избытка продувочного воздуха φк
=1,03;

Тактность двигателя 4;

Выбор расчетных параметров

Характеристика дизельного топлива для двигателей внутреннего сгорания приведена в табл.1.

Таблица 1

Топливо	Элементарный состав 1 кг топлива, кг			Молекулярная масса, mт , Кг/кмоль	Низшая теплота сгорания, Нu , ккал/кг
С	Н	О
Дизельное топливо	0,870	0,126	0,004	180	10150

Давление и температура окружающей среды: Ро
=1,03 кг/см2
, to
=20°C.

Сопротивление охладителя наддувочного воздуха Δрx
: Δрx
= 0,04 кг/см2
. Понижение температуры воздуха в охладителе надувочного воздуха: ΔTx
=80. Показатель политропы сжатия в компрессоре для центробежных компрессоров: K=1,4.

Температура остаточных газов:Тг
=800.

Коэффициент использования теплоты в точке z:ξz
=0,7.

Коэффициент использования теплоты в точке в:ξ в
=0,7.

Механический КПД:ηм
=0,9.

2. Расчет рабочего цикла

Параметры рабочего тела

Стехиометрическое количество воздуха на 1 кг топлива:

кмоль;

Количество свежего заряда на 1 кг топлива:

кмоль;

Количество продуктов сгорания при условии, что сгорание 1 кг топлива происходит с

α =1

кмоль;

Количество продуктов сгорания 1 кг топлива при заданном:

кмоль,

Отношение количества продуктов сгорания при α=1 к количеству их при заданном α:

;

Объемная доля избыточного воздуха в продуктах сгорания:

Сумма объемных долей продуктов сгорания при α=1 и избыточного воздуха тождественно равна единице:

Коэффициент молекулярного изменения горючей смеси:

.

дизельный топливо двигатель политропа

Параметры процесса газообмена

Давление в выходном патрубке компрессора:

кг/см2
,

где рк
- давление перед впускными органами двигателя;

Δpx
- сопротивление охладителя наддувочного воздуха.

Температура воздуха в выходном патрубке компрессора:

К,

где T1
*
- температура заторможенного потока воздуха на входе в компрессор,

T1
*
=t0
+273;

πк
- степень повышения давления в компрессоре πк
=pk
’
/p0
.

Температура воздуха во впускном патрубке двигателя:

К,

где ΔTк
- понижение температуры воздуха в охладителе наддувочного

воздуха.

Давление в начале сжатия:

ра
=0,94рк
=0,94·2,76=2,6 кг/см2
.

Давление остаточных газов в цилиндре в конце выпуска:принимаем , откуда кг/см2
, следовательно

кг/см2
.

Коэффициент наполнения

где ξс.з.
- коэффициент дозарядки;

ξоч
- коэффициент очистки, учитывающий уменьшение остаточных газов при продувке;

ξ - коэффициент, учитывающий различия в теплоемкостях рабочей смеси при температуре Та
и остаточных газов при Тr
;

ΔТ - величина подогрева свежего заряда. Принимаем ξс.з.
=ξ= 1.

,

где φк
- коэффициент избытка продувочного воздуха.

Величина подогрева свежего заряда ΔTнаходится в пределах 0...20 К. Принимаем ΔT=8 К.Коэффициент остаточных газов

,

где Тr
- температура остаточных газов.

Температура в начале сжатия:

К.

Коэффициент продувки:

.

Сжатие

Показатель политропы сжатия n1
и температуру в конце сжатия Тс
определяют из системы уравнений.

<

/p>

где ис.з.
- внутренняя энергия 1 кмоль свежего заряда при температуре соответствующей точки цикла, указанной в индексе; и0
- внутренняя энергия 1 кмоль продуктов сгорания при α= 1 и температуре соответствующей точки цикла, указанной в индексе.

Коэффициенты:

;

.

При ta
=860
C,

1) Пусть

2) Пусть

Из диаграммы принимаем .

Тогда Тс
=933К=6600
С.

Давление в цилиндре в конце сжатия:

кг/см2
.

Сгорание

Степень повышения давления:

Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси:

Температура конца сгорания определяется из уравнения:

графическим методом.

Внутреннюю энергию uс с.з
и uс с.п
при температуре сжатия tc
находим по табл.2.

1) Пусть Тz
=17000
С

12503=14596

2) Пусть Тz
=14000
С.

12503=11787

Из диаграммы принимаем tz
=14750
C.

Степень предварительного расширения:

Расширение

Степень последующего расширения:

Показатель политропы расширения n2
и температуру в конце расширения tв
определяем из системы уравнений:

Принимаем n2
=1,2, тогда

.

1) Принимаем n2
=1,15, тогда

Принимаем n2
=1,2.

Давление в конце расширения:

.

Параметры, характеризующие рабочий цикл

Расчетное среднее индикаторное давление дизеля, кг/см2
,

Действительное среднее индикаторное давление, кг/см ,

где φn
- коэффициент полноты диаграммы, учитывающий уменьшение

площади диаграммы:

принимаем φn
=0,92.

Индикаторный КПД:

.

Удельный индикаторный расход топлива:

кг/л.с.-ч.

Среднее эффективное давление:

кг/см.

Эффективный КПД двигателя:

.

Удельный эффективный расход топлива:

кг/л.с.-ч.

Основные размеры цилиндра

Рабочий объем цилиндра:

л.

Диаметр цилиндра:

дм,

Из отношения S/D, определяем ход поршня:

дм.

3. Построение индикаторной диаграммы

Зная параметры характерных точек расчетного цикла, можно построить индикаторную диаграмму в функции от рабочего объема.

По оси абсцисс откладываем отрезок АВ=68 мм, соответствующий рабочему объему цилиндра (Vh
=6,78 л), а отрезок ОА=АВ/(ε-1)=68/12,5 ≈ 5,5 мм. Далее по данным теплового расчета на диаграмме откладываем в выбранном масштабе величины давлений в характерных точках.

Построение политропы сжатия и расширения может быть выполнено аналитически путем использования уравнения политропы pVn
=const.

Для кривой сжатия ac

.

Для кривой расширения zb

В данных выражениях отношение объемов может быть заменено отношением отрезков, тогда

и

Задавая значения li
в диапазоне изменения отрезка от точки А до точки В, подсчитываем величины давлений в промежуточных точках политроп сжатия и расширения.

Значения и порядок определения процессов сжатия и расширения показаны в таблице 1.

Таблица 1

По данным таблицы построим линии сжатия и расширения; линии давлений впуска ra и выпуска br условно принимаются неизменными на протяжении их процессов.

Производится округление диаграммы на различных участках. В конце процесса сжатия имеют место потери части полезной площади в результате более плавного перехода линии сжатия в линию сгорания. Задаемся величиной угла опережения зажигания (точка d). В точке с', расположенной примерно по середине участка dc, начинается период видимого сгорания. Положение точки c'' ориентировочно определяется по выражению

кг/см2
.

Вследствие конечного значения скоростей горения действительная линия сгорания отклоняется от теоретической, а процесс сгорания, начинаясь за 25…30 о
С до прихода поршня в ВМТ, заканчивается через 10…15 о
С после его прихода. При этом максимальное давление pz
цикла снижается примерно на 15% и полезная площадь диаграммы также уменьшается.

В конце процесса расширения выпускной клапан открывается в точке b1
за 40…70 о
С до прихода поршня в НМТ. Это необходимо для лучшей очистки цилиндров от отработавших газов и уменьшения работы, затрачиваемой на их удаление. Скругление участка выпуска производится таким образом, чтобы точка b1
располагалась примерно на середине отрезка ba (теряется часть полезной площади диаграммы).Кроме этого часть индикаторной работы затрачивается на осуществление процессов впуска и выпуска. Насосные потери эквивалентны площади индикаторной диаграммы, заключенной между линиями впуска и выпуска.Политропа расширения строится из точки z. Положение точки определяется степенью предварительного расширения. Отрезок