Авто-двигатели

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 над поршневом пространстве цилиндра, в зависимости от угла поворота коленчатого вала. По данным расчета можно установить основные размеры двигателя (диметр цилиндра и ход поршня) и проверить на прочность его основные детали.

1.Принятие и выбор исходных данных:

Исходные данные:

Масса снаряженного транспортного средства: = 3230 кг

Полезный вес,кг или количество пассажиров вместе с водителем: n = 9

Максимальная скорость: = 44.44м/с

Коэффициент сопротивления качению: = 0.016

1.1
Полная масса автомобиля:

кг

Где:

- масса снаряженного автомобиля ,кг, указывается в исходных данных(приложение 1)

- тоннаж или грузоподъемность автомобиля, кг, указывается в исходных данных (приложение 1)

масса пассажиров вместе с водителем определяется выражением:

,кг

Тоннаж для легковых автомобилей и автобусов можно принять из следующих условий:

- для легковых автомобилей.

1.2
Механический КПД трансмиссии автомобиля

Принимаю =0,93

1.3
Фактор обтекаемости
автомобиля
kF

Для автомобилей среднего и большого класса kF = 0,9

1.4
Максимальная мощность для движения автомобиля

Где:

где

(1.4)

1.5
Частота вращения коленчатого вала на максимальной мощности

(1.5)

(1.6)

= (1,1…1,2)∙=1,1∙753,66=805,933 (1.7)

=70…80 принимаю – 70 (1.8)

1.6
Эффективная максимальная мощность двигателя

== (1.9)

Где:

1.7
Число тактов двигателя τ= 4

1.8
Количество и расположение цилиндров i = 8,
V
–
образный

1.9
Диаметр цилиндра
D
для автотракторных двигателей изменяется в пределах от 60…150 мм и зависит от типа двигателя.ПринимаюD =
9
5
мм.

1.10
Ход поршня
S

1.11
Средняя скорость поршня

=

1.12Величина
=
R
/

Величина=R/(R – радиус кривошипа, мм и )принимается для двигателей легковых автомобилей в пределах , для двигателей грузовых автомобилей

Принимаю

1.13 Рабочий объем цилиндра

1.14 Литровая мощность двигателя

=

Ориентировочные значения:

1.15 Степень сжатия

Степень сжатия ε

Принимаю
= 8

1.16
Коэффициент избытка воздуха λ

Принимаю λ=0,9

2……………………Впускного процесса

В этой модели расчета применяются следующие основные гипотезы:

· Свежий заряд и остаточные газы считаются идеальными газами

· После поступления в цилиндре, кинетическая энергия свежего заряда превращается полностью в тепло

2.1Первоначальные условия состояния

Давление и температура свежего заряда на входе в двигатель, в случае работы без наддува, являются давление и температура окружающей среды и ,которые для стандартизированных условий имеют следующие значения: .

Для двигателей с наддувом ,давление и температура на входе в двигатель являются давление температура ,на выходе из компрессора. В случае присутствия промежуточного холодильника, воздух из нагнетателя поступает в него, а затем в цилиндр двигателя. В этом случае давление и температура на входе в двигатель являются давление за холодильником.

2.2
Давление остаточных газов
.

Давление остаточных газов устанавливается в зависимости от числа и расположение клапанов, газодинамических сопротивлений во впускном и выпускном коллекторах, в том том числе и сопротивления глушителя, фаз газораспределения, характера наддува, быстроходности двигателя, нагрузки, системы охлаждения и других факторов.

На номинальном режиме без наддува давление остаточных газов определяется выражением:

МПа (2.8)

МПа

2.2.2
Температура остаточных газов
.

Температура остаточных газов зависит от типа двигателя, степени сжатия, коэффициента избытка воздуха и частоты вращения.

Принимаю .

2.3.Температура подогрева свежего заряда
.

Подогрев свежего заряда происходит при его контакте со стенками впускного тракта и цилиндра, а также из-за остаточных газов. Величина зависит от расположения и конструкции впускного коллектора, системы охлаждения, быстроходности двигателя и вида наддува. Повышение температуры улучшает процесс испарения топлива, но снижает плотность заряда, что отрицательно влияет на наполнение.

Таблица подогрева свежего заряда
.

Принимаю , K

2.4. Давление свежего заряда в конце впуска
.

Давление свежего заряда в конце впуска является основным фактором, определяющий количество рабочего тела, поступающего в цилиндр двигателя.

2.4.1. Коэффициент газодинамических сопротивлений на впуске
и средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы
.

принимаю

принимаю .

2.4.2.Плотность свежего заряда
.

Плотность свежего заряда определяется выражением для двигателей без наддува:

,кг/
(2.10)

Где: R= 287 Дж/кгK

,

2.4.3. Потери давления
.

Потери давления вследствие газодинамического сопротивления на впуске определяется выражением для двигателей без наддува:

, МПа (2.11)

,МПа

Где : - коэффициент затухания скорости движения заряда в минимальном сечении впускной системы;

- коэффициент газодинамического сопротивления впускной системы, отнесенный к наиболее узкому сечению.

2.4.4. Давление свежего заряда в конце пуска
.

Давление свежего заряда в конце впуска определяется выражением для двигателей без наддува:

,МПа (2.12)

,
МПа

2.5.Коэффициент остаточных газов
.

Коэффициент остаточных газов характеризует качество отчистки цилиндра от продуктов сгорания. С увеличением уменьшается количество свежего заряда, поступающего в цилиндр двигателя в процессе впуска. Коэффициент остаточных газов определяется для двигателей без наддува выражением:

(2.13)

Где: коэффициент дозарядки;

коэффициент отчистки;

Таблица коэффициента остаточных газов.

2.6. Температура свежего заряда в конце впуска
.

Температура свежего заряда в конце впуска определяется для двигателей без наддува выражением:

, К (2.14)

,К

Величина зависит от температуры рабочего тела, коэффициента остаточных газов, степени подогрева заряда и в меньшей степени от температуры остаточных газов.

Таблица температуры свежего заряда в конце впуска .

2.7. Коэффициент наполнения
.

Коэффициент наполнения или КПД
наполнения определяется отношением действительного количества свежего заряда, поступившего в цилиндр, к тому количеству, которое могло бы поместиться в рабочем объеме цилиндра при условии, что температура и давление в нем равны температуре и давлению среды, из которой поступает свежий заряд.

Коэффициент наполнения определяется для двигателей без наддува выражением:

(2.15)

Таблица коэффициента наполнения .

3. Параметры процесса сжатия

В период процесса сжатия в цилиндр двигателя повышается температура и давление рабочего тела, что обеспечивает надежное воспламенение и эффективное сгорание топлива.

3.1. Коэффициент политропы сжатия
.

Коэффициент политропы сжатия воздействован взначительной мере частотой вращения коленчатого вала двигателя, степенью сжатия, размеров и материала деталей кривошипно- шатунного механизма, теплообмена между рабочим телом и стенок цилиндра и т.д. Вследствие обработки значительного числа экспериментальных данных литература указывает для коэффициента политропы сжатия следующие значения:

Таблица коэффициента политропы сжатия.

Принимаю:

3.2. Давление смеси в конце процесса сжатия
.

Давление смеси в конце процесса сжатия определяется выражением:

,МПа (3.1)

,МПа

3.3.
Температура смеси в конце процесса сжатия
.

Температура смеси в конце процесса сжатия определяется выражением:

,К
(3.2)

,К

Таблица давления и температурысмеси в конце процесса сжатия.

3.4. Средняя мольная теплоемкость рабочей смеси в конце процесса сжатия
.

Средняя мольная теплоемкость рабочего тела называется отношение количества теплоты, сообщаемой телу в заданном процессе, к изменению температуры при условии, что разность температур является конечной величиной. Величина теплоемкости зависит от температуры и давления тела, ее физических свойств и характера процесса.

3.4.1. Средняя мольная теплоемкость свежей смеси в конце процесса сжатия
.

Средняя мольная теплоемкость свежей смеси в конце процесса сжатия определяется выражением:

, (3.3)

Где

,

3.4.2. Средняя мольная теплоемкость остаточных газов в конце процесса сжатия
.

Средняя мольная теплоемкость остаточных газов в конце процесса сжатия определяется методом интерполяции.

Средняя мольная теплоемкость остаточных газов при низшем соответственно высшем определяется выражением:

,

(3.4)

,

Где: исредняя мольная теплоемкость остаточных газов при низшем соответственно высшем в зависимости от низшем соответственно высшем коэффициента избытка воздуха согласно табличным данным.

для бензина.

Средняя мольная теплоемкость остаточных газов в конце процесса сжатия определяется выражением: