Тепловой и динамический расчет двигателя внутреннего сгорания - Физика и энергетика курсовая работа

Главная

Физика и энергетика
Тепловой и динамический расчет двигателя внутреннего сгорания

Параметры рабочего тела. Количество горючей смеси для карбюраторного двигателя. Индикаторные параметры рабочего цикла. Расчет внешних скоростных характеристик двигателей. Силы давления газов. Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Костанайский социально - технический университет
Энергетические установки транспортной техники
ТЕМА: Тепловой и динамический расчет двигателя внутреннего сгорания
Тема курсовой работы: Тепловой и динамический расчет двигателя внутреннего сгорания
Целевая установка: Произвести расчеты четырехтактного карбюраторного двигателя предназначе н ного для легковых автомобилей ( 1 -вариант). Эффективная мощность карбюраторного дв и гателя N e = 47,1 кВт при частоте вращения коленчатого вала n N = 56 00 мин -1 .
Двигатель четырехцилиндровый, i =4 с рядным расположением. Система охла ж дения жидкостная закрытого типа. Степень сжатия е =8, 5 для карбюраторного двигателя.
С учетом приведенных рекомендаций и заданий n N =5600 мин -1 тепловые расч е ты последовательно проводятся для карбюраторного двигателя при п = 1000 , 3200 , 5600 и 6000 мин -1 .
Объем курсовой работы - не менее 25 - 30 стр.
Срок доклада руководителю о ходе разработки курсовой работы:
а) доклад о собранном материале и ходе разработки курсовой работы
б) доклад о ходе написания курсовой работы до «____»___________ 20____г.
Срок сдачи курсовой работы - «____» ________20_ г.
Руководитель курсовой работы: ______________ /Сатыбалдин Т.Т./
1.3 Параметры окружающей среды и остаточные газы
1.8 Индикаторные параметры рабочего цикла
1.9 Эффективные показатели двигателя
1.10 Основные параметры цилиндра и двигателя
1.11 Построение индикаторных диаграмм
3. Расчет внешних скоростных характеристик
5.2 Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма
5.6 Силы, действующие на шатунную шейку коленчатого вала
5.7 Силы, действующие на колено вала
5.8 Равномерность крутящего момента и равномерность хода двигателя
двигатель тепловой динамический газ
Карбюраторные двигатели находят широкое применение в современной жизни. Их используют в основном на транспортных средствах (из-за высокой стоимости топлива которые данные виды двигателей используют), к таким транспортным средствам относятся: мотоциклы, автомобили, а также катера, моторные лодки и т. п.
Используются карбюраторные двигатели и в современной автомобильной промышленности.
Самый распространенный тип современного теплового двигателя - двигатель внутреннего сгорания. Двигатели внутреннего сгорания могут работать на жидком топливе (бензин, керосин и т. п.) или на горючем газе, сохраняемом в сжатом виде в стальных баллонах или добываемом сухой перегонкой из дерева (газогенераторные двигатели).
Особое место в конструкции автомобиля занимает силовая установка, т. е. двигатель внутреннего сгорания (ДВС).
На автомобильном транспорте применяются карбюраторные и дизельные двигатели, а также бензиновые двигатели с впрыском топлива и принудительным воспламенением рабочей смеси.
Бензиновые двигатели с впрыском топлива и принудительным воспламенением рабочей смеси в зависимости от организации процесса смесеобразования и их конструктивных особенностей могут сочетать в себе положительные свойства и карбюраторных двигателей и дизелей.
Актуальность исследования: грамотная эксплуатация автомобиля предполагает не только знание его устройства и технического обслуживания, но и понимание физических процессов, посредством которых работает данное транспортное средство. Современный этап развития теории автомобиля требует углубленное изучение отдельных его составляющих и эксплуатационных свойств автомобиля, оптимизацией их показателей и технических параметров, что позволяет еще на стадии проектирования создавать наиболее рациональные конструкции автомобилей и обеспечить максимальную эффективность их применения.
Объект исследования: тепловой и динамический расчет двигателя внутреннего сгорания.
Предмет исследования: бензиновый двигатель внутреннего сгорания.
Цель исследования: произвести тепловой и динамический расчет двигателя внутреннего сгорания.
Задачи исследования: изучение научно-методической и справочной литературы, применение теории на практике расчета.
Методы исследования: анализ научно-методической и справочной литературы, тепловой и динамический расчет двигателя внутреннего сгорания.
В соответствии с заданной степенью сжатия е =8,5 можно использовать бензины марок АИ-91, Регуляр-91 [1].
Средний элементарный состав и молекулярная масса бензина: С =0,855; Н =0,145 и т т =114
Н и =33,91 С +125,60 Н -10,89( О - S )-2,51(9 H + W )=
=33,91·0,855+125,60·0,145-2,15·9·0,145=43930 кДж (1.1)
Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива
Коэффициент избытка воздуха устанавливается на основании следующих соображений. На современных двигателях устанавливают многокамерные карбюраторы, обеспечивающие получение почти идеального состава смеси по скоростной характеристике. Возможность применения для рассчитываемого двигателя двухкамерного карбюратора с обогатительной системой и системой холостого хода позволяет получить при соответствующей регулировке как мощностной, так и экономичный состав смеси. Стремление получить двигатель достаточно экономичный и с меньшей токсичностью продуктов сгорания, которая достигается при б =0,95-0,98, позволяет принять б =0,96 на основных режимах, а на режимах минимальной частоты вращения б =0,86. Далее непосредственный числовой расчет будет проводиться только для режимов максимальной мощности, а для остальных режимов окончательные значения рассчитываемых параметров приводятся в табличной форме [2].
Количество горючей смеси для карбюраторного двигателя:
М 1 = б · L 0 +1/ m =0,96·0,517+1/114=0,5051 кмоль гор.см/кг топл. ;
Количество отдельных компонентов продуктов сгорания при К =0,5 и принятых скоростных режимах [3]:
М СО =2··0,208· L 0 =2··0,208·0,517=0,0057 кмоль СО/кг топл.
М Н О =-2 К ··0,208· L 0 =-2·0,5··0,208·0,517=0,0696 кмольН 2 О/кг топл.
М Н =2 К ··0,208· L 0 =2·0,5··0,208·0,517=0,0029 кмольН 2 / кг топл.
М N =0,792· б· L 0 =0,792·0,96·0,517=0,3931 кмоль N 2 / кг топл.
Общее количество продуктов сгорания для карбюраторного двигателя:
М 2 =М СО +М со +М Н О +М Н +М N =
0,077+0,0057+0,0696+0,0029+0,3931=0,5483 кмоль пр.сг / кг топл.
Результаты расчетов при п =1000, 3200, 5600 и 6000 мин -1 сведены в таблицу 1.
1.3 Параметры окружающей среды и остаточные газы
Давление и температура окружающей среды при работе двигателей без наддува: р k = р 0 =0,1 МПа и T k = T 0 =293 К
Температура остаточных газов. При постоянных значениях степени сжатия е =8,5 температура остаточных газов практически линейно возрастет с увеличением скоростного режима при б -const, но уменьшается при обогащении смеси. Учитывая уже определенные значения п и б , можно принять значения Т r для расчетных режимов карбюраторного двигателя [4]. При номинальных режимах для карбюраторного двигателя Т r =1060 К .
Давление остаточных газов р r за счет расширения фаз газораспределения и снижения сопротивлений при конструктивном оформлении выпускных трактов рассчитываемых двигателей можно принять на номинальном скоростном режиме для карбюраторного двигателя:
р rN =1,18· p 0 =1,18·0,1=0,118 МПа ;
Тогда величины давлений на остальных режимах работы двигателей можно подсчитать по формулам:
р r = р 0 (1,035+ А р ·10 -8 · n 2 )=0,1(1,035+0,4624·10 -8 ·5600)=0,1180,
где А р =( р rN - p 0 ·1,035)·10 8 /( n N 2 p 0 )
При n N =5600 мин -1 А р =(0,118-0,1·1,035)·10 8 /(5600 2 ·0,1)=0,4624
Температура подогрева свежего заряда .
С целью получения хорошего наполнения двигателей на номинальных скоростных режимах принимается для карбюраторного двигателя Д T N =8°С.
Тогда на остальных режимах значения Д T рассчитываются по формуле:
Д T = A T (110-0,0125 n ), где A T =Д T N /(110-0,0125· n N )
Д T =Д T N /(110-0,0125· n N ) (110-0,0125 n )=8 (1.4.1)
с о =р о ·10 6 /( R в Т о )=0,1·10 6 /(287·293)=1,189 кг/м 3
где R в =287 Дж/(кг·град)-удельная газовая постоянная для воздуха
Потери давления на впуске. В соответствии со скоростным режимом n =5600 мин -1 и при учете качественной обработки внутренних поверхностей впускных систем можно принять для карбюраторного двигателя в 2 + о вп =2,8 и щ вп =95 м/с. Тогда Д P a на всех скоростных режимах двигателей рассчитывается по формуле: Д P a =( в 2 + о вп ) A n 2 · n 2 · p k · 10 -6 /2, где A n = щ вп / n N
Потери давления на впуске карбюраторного двигателя при n =5600 мин -1 ,
тогда Д P a =2,8 0,01696 2 ?5600 2 ?1,189·10 -6 /2=0,0150 МПа.
Давление в конце впуска в карбюраторном двигателе при n N =5600 мин - 1
P а = P 0 -Д P a =0,1-0,015=0,0850 МПа;
Коэффициент остаточных газов . При определении г r для карбюраторного двигателя без наддува принимается коэффициент очистки ц оч =1, а коэффициент дозарядки на номинальном скоростном режиме, ц д o з =1,10 что вполне возможно получить при подборе угла опаздывания закрытия впускного клапана в пределах 30-60°. При этом на минимальном скоростном режиме ( n =1000 мин -1 ) возможен обратный выброс в пределах 5%, т. е. ц доз =0,95. На остальных режимах значения ц доз можно получить, приняв линейную зависимость ц доз от скоростного режима [5]
Т а =( Т 0 +Д Т + г r Т r )/(1+ г r )=(293+8+0,0495·1060)/(1+0,0495)=337 К (1.4.3)
з v =( ц доз · е · р а - ц оч · р r )=
Результаты расчетов при п =1000, 3200, 5600 и 6000 мин -1 сведены в таблицу 2.
Параметры процесса впуска газообмена
Средний показатель адиабаты сжатия k 1 при е =8,5,а также рассчитанных значениях Т а определяется по номограмме, а средний показатель политропы сжатия n 1 принимается несколько меньше k 1 .
При выборе n 1 учитывается, что с уменьшением частоты вращения теплоотдача от газов в стенки цилиндра увеличивается, а n 1 уменьшается по сравнению с k 1 более значительно для карбюраторного двигателя при n N =5600 мин -1 , T a =337 К и е =8,5 показатель адиабаты сжатия определен по номограмме k 1 =1,3775.
Давление в конце сжатия для карбюраторного двигателя при n N =5600 мин -1 : P с = P а е n 1 =0,085?8,5 1,377 =1,6189 MПа, где n 1 =1,377 принят несколько меньше k 1 =1,3775.
Температура в конце сжатия : T c = T a е n -1 =337?8,5 1,377 -1 =755 К;
( mc v )=20,6+2,638 10 -3 t c , где t c = T c -273°С=755-273=482;
( mc v )=20,6+2,638 10 -3 482=21,872 кДж/(кмоль·град) (1.4.5)
б) остаточных газов ( mc " v ) определяется методом интерполяции по табл.3.8
для карбюраторного двигателя при n N =5600 мин -1 , б =0,96 и t c =482° С
( mc " v )=23,586+(23,712-23,586)·=23,611 (1.4.6)
где 23,586=ср.тепл.при б -0,95( t -400) и 23,712=ср.тепл.при б -1,00( t -400)-значения теплоемкости продуктов сгорания при 400° С соответственно при б =0,95 и б =1,00, взятые по табл.3.8;
( mc " v )=24,014+(24,15-24,014)·=24,041
где 24,014=ср.тепл.при б -0,95( t -500) и 24,150=ср.тепл.при б -1,00( t -500)-значения теплоемкости продуктов сгорания при 500° С соответственно при б =0,95 и б =1,0, взятые по табл. 3.8.
Теплоемкость продуктов сгорания при t c =482°С и б =0,96
( mc " v )=23,611+(24,041-23,611)=23,964 кДж/(кмоль·град);
в) рабочей смеси ( mc ' v )=[( mc v )+ г r ( mc " v )]:
( mc ' v )=[21,872+0,0495·23,964]=21,971 кДж/(кмоль·град);
Результаты расчетов при п =1000, 3200, 5600 и 6000 мин -1 сведены в таблицу 3.
Коэффициент молекулярного изменения горючей м 0 = М 2 / М 1 и рабочей смеси м =( м 0 + г r )/(1+ г r ) для карбюраторного двигателя при n N =5600 мин -1 : м 0 =0,5483/0,5051=1,0855 и м =(1,0855+0,0495)/(1+0,0495)=1,0815
количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания, и теплота сгорания рабочей смеси
Д H и =119950(1-б) L 0 и Н раб.см = (1.6.1)
Для карбюраторного двигателя при n N =5600 мин -1
Д H и =119950(1-0,96)·0,517=2481 кДж/кг,
Н раб.см ==78191 кДж/кмоль раб.см.;
Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания
определяется по эмпирическим формулам, приведенным в табл.3.6 для интервала температур от 1501 до 2800°С
( mC " v )=(1/0,5483)·[0,077·(39,123+0,003343· t z )+0,0057·(22,490+0,001430· t Z )+0,0696·(26,670+0,004438· t Z )+0,0029·(19,678+0,001758· t Z )+0,3931·(21,951+0,001457· t Z )]=1,8238[3,012+0,00026 t Z + 0,128+0,00008 t Z +1,85623+0,00031 t Z +0,057066+0,000005 t Z +8,62894+0,00057 t Z ]=5,4933+0,0004742 t Z +0,23345+0,0001459 t Z +3,3853923+0,0005654 t Z +0,10407697+0,0000091 t Z +15,7374608+0,0001040 t Z =24,954+0,0012986 t Z кДж/(кмоль·град).
Коэффициент использования теплоты о z зависит от совершенства организации процессов смесеобразования и сгорания топлива. Он повышается за счет снижения потерь теплоты газов в стенки цилиндра и неплотности между поршнем и цилиндром. При увеличении скоростного режима о z снижается. При проведении расчетов двигателя о z выбирается по опытным данным в зависимости от конструктивных особенностей двигателя. В зависимости от реальной зависимости о z от скоростного режима карбюраторного двигателя принята величина коэффициента использования теплоты для карбюраторного двигателя о z =0,91 при n N =5600 мин -1 . Так же определены значения о z для всех расчетных режимов.
Температура в конце видимого процесса сгорания:
о z Н раб.см +( mc ' v )· t c = м ( mC " v )· t Z (1.6.3)
Для карбюраторного двигателя при n N =5600 мин -1
0,91·78191+21,971·482=1,0815·(24,954+0,0012986 t Z ) t Z или 0,001405 t Z 2 +26,993 t Z -81757=0
откуда t Z =(-26,993+)/(2·0,001405)=2660°С;
Максимальное давление сгорания теоретическое :
p z = p c · м · T z / T c =1,6189·1,0815·2933/755=6,8016 МПа;
Максимальное давление сгорания действительное :
p zд =0,85· p z =0,85·6,8016=5,7814 МПа;
Степень повышения давления : л = p z / p c =6,8016/1,6189=4,201;
Результаты расчетов при п =1000, 3200, 5600 и 6000 мин -1 сведены в таблицу 4.
1000( mC " v )=(1/0,5357)·[0,091·(39,123+0,003343· t z )+0,0201·(22,490+0,001430· t Z )+0,0625·(26,670+0,004438· t Z )+0,0100·(19,678+0,001758· t Z )+0,3521·(21,951+0,001457· t Z )]=1,8667[3,560+0,00030 t Z + 0,396+0,00003 t Z +1,66688+0,00028 t Z +0,196780+0,000018 t Z +7,72895+0,00051 t Z ]=6,6455+0,0005600 t Z +0,73921+0,0000560 t Z +3,1115649+0,0005227 t Z +0,36732923+0,0000336 t Z +14,4276310+0,0000952 t Z =25,291+0,0012675 t Z кДж/(кмоль·град).
3200( mC " v )=(1/0,5483)·[0,077·(39,123+0,003343· t z )+0,0057·(22,490+0,001430· t Z )+0,0696·(26,670+0,004438· t Z )+0,0029·(19,678+0,001758· t Z )+0,3931·(21,951+0,001457· t Z )]=1,8238[3,012+0,00026 t Z + 0,112+0,00001 t Z +1,85623+0,00031 t Z +0,057066+0,000005 t Z +8,62894+0,00057 t Z ]=5,4933+0,0004742 t Z +0,20427+0,0000182 t Z +3,3853923+0,0005654 t Z +0,10407697+0,0000091 t Z +15,7374608+0,0010396 t Z =24,925+0,0021065 t Z кДж/(кмоль·град).
6000( mC " v )=(1/0,5483)·[0,077·(39,123+0,003343· t z )+0,0057·(22,490+0,001430· t Z )+0,0696·(26,670+0,004438· t Z )+0,0029·(19,678+0,001758· t Z )+0,3931·(21,951+0,001457· t Z )]=1,8238[3,012+0,00026 t Z + 0,128+0,00001 t Z +1,85623+0,00031 t Z +0,057066+0,000005 t Z +8,62894+0,00057 t Z ]=5,4933+0,0004742 t Z +0,23345+0,0000182 t Z +3,3853923+0,0005654 t Z +0,10407697+0,0000091 t Z +15,7374608+0,0010396 t Z =24,954+0,0021065 t Z кДж/(кмоль·град).
1000 о z Н раб.см +( mc ' v )· t c = м ( mC " v )· t Z
0,81·73992+21,969·480=1,1826·(25,291+0,0012675 t Z ) t Z
или 0,001499 t Z 2 +29,909 t Z -70479=0
откуда t Z =(-29,909+v29,909 2 +4·0,001499·70479)/(2·0,001499)=2129°С
3200 о z Н раб.см +( mc ' v )· t c = м ( mC " v )· t Z
0,91·78445+21,969·484=1,0855·(24,925+0,0021065 t Z ) t Z
или 0,002287 t Z 2 +27,056 t Z -82018=0
откуда t Z =(-27,056+v27,056 2 +4·0,002287·82018)/(2·0,002287)=2502°С
6000 о z Н раб.см +( mc ' v )· t c = м ( mC " v )· t Z
0,88·78124+21,972·482=1,0855·(24,954+0,0021065 t Z ) t Z
или 0,001499 t Z 2 +29,909 t Z -70479=0
откуда t Z =(-29,909+v29,909 2 +4·0,001499·70479)/(2·0,001499)=2129°С
Средний показатель адиабаты расширения k 2 определяется по номограмме при заданном е для соответствующих значений б и T z , а средний показатель политропы расширения п 2 оценивается по величине среднего показателя адиабаты для карбюраторного двигателя при е =8,5, б =0,96 и T z =2933 К k 2 =1,25, что позволяет принять п 2 =1,251.
Давление и температура в конце процесса расширения: p b = p z / е п 2 и Т b = T z / е n 2-1
Для карбюраторного двигателя при n N =5600 мин -1 : p b =6,8016/8,5 1,251 =0,4676 МПа и Т b =2933/8,5 1,251 -1 =1714 К;
Проверка ранее принятой температуры остаточных газов: Т r =;
При n N =5600 мин -1 : Т r ==1088 К,
На всех скоростных режимах температура остаточных газов принята в начале расчета достаточно удачно, так как ошибка не превышает 6 %.
Результаты расчетов при п =1000, 3200, 5600 и 6000 мин -1 сведены в таблицу 5.
Параметры процесса расширения и выпуска
1.8 Индикаторные параметры рабочего цикла
Теоретическое среднее индикаторное давление:
для карбюраторного двигателя при n N =5600 мин -1
р =(1,6189/8,5-1)[4,201/1,251-1(1-8,5 1- 1,251 )-1/1,377-1(1-8,5 1- 1,377 )]=1,4835
Среднее индикаторное давление: р i = ц доз р
карбюраторного двигателя p i =0,95·1,4835=1,4093 МПа.
Индикаторный удельный расход топлива: g i = ;
карбюраторного двигателя при n N =5600 мин -1
з i = 1,4093·14,957·0,96/43930·10 -3 ·1,189·0,8784=0,4410;
g i = 3600/0,441·43930·10 -3 =186 г/(кВт·ч);
1.9 Эффективные показатели двигателя
Среднее давление механических потерь для бензиновых двигателей с числом цилиндров до шести и отношением S / D ?1: р м =0,034+0,0113 v п.ср .
Для карбюраторного двигателя, предварительно приняв ход поршня S равным 78 мм, получим значение средней скорости поршня при n N =5600 мин -1
v п.ср = S·n /(10 4 ·3)=78·5600/(10 4 ·3)=14,56 м/с
Тогда р м =0,034+0,0113·14,56=0,1985 МПа
Среднее эффективное давление: р е = р i - р м =1,4093-0,1985=1,2108 МПа
карбюраторного двигателя: з м =1,2108/1,4093=0,8591
Эффективный удельный расход топлива: g e =
карбюраторного двигателя: з e =0,8591·0,441=0,3789 и g e =3600/43,93·0,379=311 г/(кВтч);
Результаты расчетов при п =1000, 3200, 5600 и 6000 мин -1 сведены в таблицу 6.
Индикаторные и эффективные параметры двигателей
Индикаторные и эффективные параметры двигателей
1.10 Основные параметры цилиндра и двигателя
Литраж карбюраторного двигателя: V л = , (1.10.1)
V л = 30·47,1·4/1,2108·5600=0,83357 л;
Рабочий объем одного цилиндра карбюраторного двигателя: V h =
Диаметр цилиндра . Так как ход поршня предварительно был принят S =78 мм, то: D = 2·10 3 ·=2·10 3 ·0,20839/(3,14·78)=58,34 мм;
Окончательно принимается для карбюраторного двигателя D =65 мм и S =65 мм.
Основные параметры и показатели двигателей определяются по окончательно принятым значениям D и S :
- площадь поршня : F п = р· D 2 /(4·100)=3,14·65 2 /(4/100)=33,17 см 2 ;
- литраж двигателя : V л = =3,14·65 2 ·65·4/(4·10 6 )=0,86 л;
- мощность двигателя : N e = =1,2108·0,86·5600/30·4=48,59 кВт;
- литровая мощность двигателя : N л =N e /V л =54,767 л;
- крутящий момент : М е = = ·47,1/5600=82,9 Н·м;
- часовой расход топлива : G T = N e · g e · 10 -3 =48,59·311·10 -3 =15,11 кг/ч
Результаты расчетов при п =1000, 3200, 5600 и 6000 мин -1 сведены в таблицу 7.
Основные параметры и показатели двигателя
Основные параметры и показатели двигателя
1.11 Построение индикаторных диаграмм
Индикаторная диаграмма карбюраторного двигателя построена для номинального режима работы двигателя, т. е. при N e =47,1 кВт и n =5600 мин -1 , аналитическим методом.
Масштабы диаграммы: масштаб хода поршня M s =l мм в мм;
Масштаб давлений М р =0,05 МПа в мм.
Величины в приведенном масштабе, соответствующие рабочему объему цилиндра и объему камеры сгорания:
АВ= S / M s =65/1,0=65 мм; ОА = АВ /( е -1)=65/(8,5-1)=8,67 мм.
Максимальная высота диаграммы (точка z ): P z / M p =6,8016/0,05=136,0 мм.
Ординаты характерных точек: р a / M p =0,085/0,05=1,7 мм;
Построение политроп сжатия и расширения аналитическим методом:
а) политропа сжатия p x = p a ( V a / V x ) n
Отсюда р x / M p =( p а / M p )( OB / OX ) n 1 =1,7(73,7/ OX ) 1,377 мм;
б) политропа расширения р х = р b ( V b / V x ) n 2
Отсюда р x / M p =( p b / M p )( OB / OX ) n 2 =9,4(73,7/ OX ) 1,251 мм;
Результаты расчета точек политроп приведены в таблице 8.
Теоретическое среднее индикаторное давление:
p i '= F 1 M p / AB =1929·0,05/65=1,484 МПа,
где F 1 =1929 мм 2 -площадь диаграммы aczba
Величина p i '=1,484 МПа, полученная планиметрированием индикаторной диаграммы, очень близка к величине p i '=1,4835 МПа, полученной в тепловом расчете.
Скругление индикаторной диаграммы осуществляется на основании следующих соображений и расчетов. Так как рассчитываемый двигатель достаточно быстроходный ( n =5600 мин -1 ), то фазы газораспределения необходимо устанавливать с учетом получения хорошей очистки цилиндра от отработавших газов и обеспечения дозарядки в пределах, принятых в расчете. 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' ) принимается 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 в принимается равным 35°, а продолжительность периода задержки воспламенения Д ц 1 =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: АХ= [(1-cos ц )+(1-cos 2 ц )], где л -отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.
Выбор величины л производится при проведении динамического расчета, а при построении индикаторной диаграммы предварительно принимается л =0,285.
Расчеты ординат точек r' , a' , а" , с' , и b' сведены в таблице 9.
Положение точки с" определяется из выражения
р с" =(1,15ч1,25) р с =1,25·1,6189=2,024 МПа;
Действительное давление сгорания: p z д =0,85 p z =0,85·6,8016=5,7814 МПа;
Нарастание давления от точки с" до z д составляет 5,7814-2,024=3,757 МПа или 3,757/12=0,34 МПа/град п.к.в., где 12° положение точки z д по горизонтали (для упрощения дальнейших расчетов можно принять, что действительное максимальное давление сгорания p z д достигается через-10° после в.м.т., т. е. при повороте коленчатого вала на 370°).
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 д b'b"r .
Координаты точек действительной индикаторной диаграммы сведены в Таблицу 10. Построена индикаторная диаграмма по данным точкам (в соответствии с рисунком рис. 1).
Координаты точек действительной индикаторной диаграммы
Рисунок 1. Индикаторная диаграмма карбюраторного двигателя.
В реальном двигателе потери тепла возрастают из-за трения, теплообмена, неполноты сгорания и других причин. В связи с этим эффективный КПД з e цикла имеет меньшее значение по сравнению с величиной з t
Распределение тепловой энергии топлива, сгорающего в двигателе, наглядно иллюстрируется составляющими внешнего теплового баланса, которые определяются при установившемся тепловом состоянии двигателя в процессе его испытаний. Приближенно составляющие теплового баланса можно найти аналитически по данным теплового расчета двигателя.
Тепловой баланс позволяет определить тепло, превращенное в полезную эффективную работу, т. е. установить степень достигнутого совершенства теплоиспользования и наметить пути уменьшения имевшихся потерь. Знание отдельных составляющих теплового баланса позволяет судить о теплонапряженности деталей двигателя, рассчитать схему охлаждения, выяснить возможность использования теплоты отработавших газов и т. д.
В общем виде внешний тепловой баланс двигателя может быть представлен в виде следующих составляющих:
Q о = Q e + Q r + Q в + Q н.с + Q ост = Н и G т /3,6 (2.1.1)
где Q 0 -общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом;
теплота, эквивалентная эффективной работе двигателя за 1 с: Q e =1000 N е ;
теплота, потерянная с отработавшими газами:
Q r = ( G Т /3,6)·{ M 2 [( mc " V )+8,315]· t r - M 1 [( mc V )+8,315]· t o } (2.1.2)
Теплота, передаваемая охлаждающей среде:
Q в = c · i · · n m · ( H u - ДH u )/( б · H u ) (2.1.3)
где с =0,45-0,53-коэффициент пропорциональности для четырехтактных двигателей. В расчетах принято с =0,5; i -число цилиндров; D -диаметр цилиндра, см; n -частота вращения коленчатого вала двигателя, мин -1 ; m =0,5-0,7-показатель степени для четырехтактных двигателей. В расчетах принято для карбюраторного двигателя при n =1000 мин -1 m =1,6, а на всех остальных скоростных режимах m =0,65.
Теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива:
Q н.с. =Д Н и · G Т / 3,6; (2.1.4)
неучтенные потери теплоты: Q ост. = Q о -( Q е + Q r + Q в + Q н.с. )
Знание абсолютных значений составляющих теплового баланса позволяет осуществить количественную оценку распределения теплоты в двигателе. Если же необходимо сравнить распределение теплоты в различных двигателях или оценить степень теплоиспользования конкретного двигателя, то составляющие теплового баланса удобнее представлять в относительных величинах, например, в процентах по отношению ко всей теплоте, подведенной с топливом: q о = q e + q r + q в + q н.с + q ост =100%
Величины отдельных составляющих теплового баланса двигателя не являются постоянными, а изменяются в процессе его работы в зависимости от нагрузки, быстроходности и других факторов.
Характер распределения теплоты, подводимой в цилиндр с топливом, в процессе превращения в полезную эффективную работу наглядно может быть представлен в виде кривых теплового баланса. Графические зависимости строятся на основании определения каждой составляющей в зависимости от частоты вращения, нагрузки, качества смеси и т. д. Необходимые для построения указанных кривых теплового баланса данные получают при проведении специальных испытаний двигателя либо путем использования результатов ранее выполненных экспериментов. Тепловой баланс может быть также построен по данным теплового расчета двигателя с использованием формул.
Общее количество теплоты, введенной в двигатели при номинальном скоростном режиме (все данные взяты из теплового расчета) карбюраторного двигателя: Q o =43930·15,11/3,6=184384 Дж/с;
Теплота, эквивалентная эффективной работе за 1 с карбюраторного двигателя: Q e =1000·48,59=48590 Дж/с;
Теплота, передаваемая охлаждающей среде карбюраторным двигателем:
Q B =0,5·4·6,5 1+2· 0,65 ·5600 0,65 ·(43930-2083,9)/(0,96·43930)=79348 Дж/с;
Теплота, унесенная с отработавшими газами карбюраторного двигателя:
Q r =(15,11/3,6){0,5483[25,25+8,315]·815-0,5051[20,775+8,315]20}=50979 Дж/с;
где ( mc " V )=25,250 кДж/(кмоль·град)-теплоемкость отработавших газов при б =0,96 и t r = T r -273=1088-273=815°С);
( mc V )=20,775 кДж/(кмоль·град)-теплоемкость свежего заряда;
Теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива карбюраторного двигателя: Q н.с. =2481·15,11/3,6=10413 Дж/с;
Неучтенные потери теплоты карбюраторного двигателя:
Q ост =184384-(48590+50979+79348+10413)=-4946 Дж/с; (2.1.5)
Составляющие тепловых балансов карбюраторного двигателя представлены в таблице 11.
Теплота, эквивалентная эффективной работе
Теплота, передаваемая охлаждающей среде
Теплота, унесенная с отработавшими газами
Теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива
Общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом
Из приведенных таблиц и рисунков видно, что основная часть теплоты топлива расходуется на эффективную работу, нагрев охлаждающей среды и потери с отработавшими газами. На величину теплоты, отводимой охлаждающей средой, оказывают влияние многие эксплуатационные и конструктивные факторы. С увеличением частоты вращения двигателя и температуры охладителя, а также коэффициента избытка воздуха величина Q в уменьшается, а с увеличением размеров охлаждающей поверхности и отношения хода поршня к диаметру цилиндра двигателя возрастает. Из всего количества теплоты, отдаваемой охладителю, наибольшая часть (до 60-65%) воспринимается стенками цилиндра и камеры сгорания во время процессов сгорания и расширения, остальная часть - в течение выпуска.
Уменьшение доли теплоты, отводимой с охладителем, повышает долю теплоты, отводимой с выпускными газами. В двигателях с газотурбинным наддувом такое перераспределение теплоты приводит к повышению располагаемой энергии выпускных газов и, следовательно, к увеличению работы в газовой турбине. Этот принцип реализуется в комбинированных двигателях с уменьшенным теплоотводом от рабочего тела («адиабатный дизель») за счет тепловой изоляции деталей камеры сгорания и выпускного трубопровода керамическими материалами.
3. РАСЧЕТ ВНЕШНИХ СКОРОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
На основании тепловых расчетов, проведенных для четырех скоростных режимов работы бензиновых двигателей, получены и сведены в таблицу 12 необходимые величины параметров.
Параметры внешней скоростной характеристики
Частота вращения коленчатого вала, мин -1
Параметры внешней скоростной характеристики
Коэффициент приспособляемости по скоростным характеристикам карбюраторного двигателя: К = М е max / М eN =82,93/82,91=1;
Для сравнения различных методов построения скоростных характеристик и проверки правильности выполнения теплового расчета для нескольких скоростных режимов двигателя дополнительно приведен расчет изменения мощности и удельного расхода топлива на основе процентных соотношений между параметрами относительной скоростной характеристики карбюраторного двигателя. Результаты расчета сведены в таблице 13. Внешние скоростные характеристики (в соответствии с рисунком. 2, 3, 4).
Параметры внешней скоростной характеристики
Частота вращения коленчатого вала, п х
Тепловой расчет бензинового двигателя. Средний элементарный состав бензинового топлива. Параметры рабочего тела. Параметры окружающей среды и остаточные газы. Процесс впуска, сжатия, сгорания, расширения и выпуска. Индикаторные пар
Тепловой и динамический расчет двигателя внутреннего сгорания курсовая работа. Физика и энергетика.
Реферат: Екологічні проблеми материків і океанів
Почему Люди Деградируют Сочинение Мертвые Души
Курсовая работа по теме Биологическое обоснование искусственного воспроизводства горбуши на Камчатке
Курсовая работа по теме Кулинария из рубленого мяса
Цветные Металлы И Сплавы Реферат
Моя Будущая Профессия На Английском Сочинение Кратко
Дипломная работа: Сонячне затемнення
Проектная Дипломная Работа
Курсовая Работа На Тему Дефицит Бюджета
Курсовая Работа На Тему Преступления Против Личности
Сочинение По Английскому На Тему Осень
Реферат по теме Сартр. "Экзистенциализм - это гуманизм"
Контрольная Работа На Тему Экономико-Математические Методы И Прикладные Модели
Социальные Сети Диссертации
Реферат: Тема: «Психологические особенности принятия решений судьей»
Сравнительный Анализ Антивирусных Средств Защиты Информации Реферат
Гдз По Геометрии Контрольная Работа Мерзляк
Реферат: Основные методы типологизации регионов
Акунин Собрание Сочинений Скачать Бесплатно
Образец Сочинения По Тексту Егэ
Стандартные препараты и эффекты матрикса - Медицина реферат
Богоявленский Старо-Голутвин монастырь - Культура и искусство реферат
Правовое регулирование денежных расчетов в РФ - Государство и право реферат