Эффективные показатели двигателя реферат

Обновлено: 05.07.2024

Под средним индикаторным давлением Pi понимают такое условное постоянное давление, которое действуя на поршень в течение одного рабочего хода, совершает работу, равную индикаторной работе газов в цилиндре за рабочий цикл.

Согласно определению, среднее индикаторное давление - отношение индикаторной работы газов за цикл Li к единице рабочего объема цилиндра Vh, т.е. Pi=Li/Vh.

При наличии индикаторной диаграммы, снятой с двигателя (рис.9), среднее индикаторное давление можно определить по высоте прямоугольника, построенного на основании Vh, площадь которого равна полезной площади индикаторной диаграммы, представляющей собой в некотором масштабе индикаторную работу Li.

Определить с помощью планиметра полезную площадь F индикаторной диаграммы (м^2) и длину l индикаторной диаграммы (м), соответствующую рабочему объему цилиндра, находят значение среднего индикаторного давления Pi=F*m/l, где m - масштаб давления индикаторной диаграммы, Па/м.

Средние индикаторные давления при номинальной нагрузке у четырехтактных карбюраторных двигателей 0.8 - 1.2 МПа, у четырехтактных дизелей 0.7 - 1.1 МПа, у двухтактных дизелей 0.6 - 0.9 МПа.

Индикаторной мощностью Ni называют работу, совершаемую газами в цилиндрах двигателя в единицу времени.

Индикаторная работа (Дж), совершаемая газами в одном цилиндре за один рабочий цикл, Li=Pi*Vh.

Так как число рабочих циклов, совершаемых двигателем в секунду, равно 2n/T, то индикаторная мощность (кВт) одного цилиндра Ni=(2/T)*Pi*Vh*n*10^-3, где n - частота вращения коленчатого вала, 1/с, T - тактность двигателя - число тактов за цикл (T=4 - для четырехтактных двигателей и T=2 - для двухтактных).

Индикаторная мощность многоцилиндрового двигателя при числе цилиндров i Ni=(2/T)*Pi*Vh*n*i*10^-3 [6].

3.2. Эффективная мощность и средние эффективные давления

Эффективной мощностью Ne называют мощность, снимаемую с коленчатого вала двигателя для получения полезной работы.

Эффективная мощность меньше индикаторной Ni на величину мощности механических потерь Nm, т.е. Ne=Ni-Nm.

Мощность механических потерь затрачивается на трение и приведение в действие кривошипно-шатунного механизма и механизма газораспределения, вентилятора, жидкостного, масляного и топливного насосов, генератора тока и других вспомогательных механизмов и приборов. Механические потери в двигателе оцениваются механическим КПД nm, которое представляет собой отношение эффективной мощности к индикаторной, т.е. Nm=Ne/Ni=(Ni-Nm)/Ni=1-Nm/Ni.

Для современных двигателей механический КПД составляет 0.72 - 0.9.

Зная величину механического КПД можно определить эффективную мощность Ne=nm*Ni.

Аналогично индикаторной мощности определяют мощность механических потерь Nm=2/T*Pm*Vh*ni*10^-3, где Pm - среднее давление механических потерь, т.е. часть среднего индикаторного давления, которая расходуется на преодоление трения и на привод вспомогательных механизмов и приборов.

Согласно экспериментальным данным для дизелей Pm=1.13+0.1*ст; для карбюраторных двигателей Pm=0.35+0.12*ст; где ст - средняя скорость поршня, м/с.

Разность между средним индикаторным давлением Pi и средним давлением механических потерь Pm называют средним эффективным давлением Pe, т.е. Pe=Pi-Pm.

Эффективная мощность двигателя Ne=(2/T)*Pe*Vh*ni*10^-3, откуда среднее эффективное давление Pe=10^3*Ne*T/(2Vh*ni).

Среднее эффективное давление при нормальной нагрузке у четырехтактных карбюраторных двигателе 0.75 - 0.95 МПа, у четырехтактных дизелей 0.6 - 0.8 МПа, у двухтактных 0.5 - 0.75 МПа [6].

3.3. Индикаторный КПД и удельный индикаторный расход топлива

Экономичность действительного рабочего цикла двигателя определяют индикаторным КПД ni и удельным индикаторным расходом топлива gi.

Индикаторный КПД оценивает степень использования теплоты в действительном цикле с учетом всех тепловых потерь и представляет собой отношение теплоты Qi, эквивалентной полезной индикаторной работе, ко всей затраченной теплоте Q, т.е. ni=Qi/Q (а).

Теплота (кВт), эквивалентная индикаторной работе за 1 с, Qi=Ni.

Теплота (кВт), затраченная на работу двигателя в течение 1 с, Q=Gт*(Q^p)н, где Gт - расход топлива, кг/с; (Q^p)н - низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг. Подставляя значение Qi и Q в равенство (а), получим ni=Ni/Gт*(Q^p)н (1).

Удельный индикаторный расход топлива [кг/кВт*ч] представляет собой отношение секундного расхода топлива Gт к индикаторной мощности Ni, т.е. gi=(Gт/Ni)*3600, или [г/(кВт*ч)] gi=(Gт/Ni)*3.6*10^6.

Значение индикаторного КПД и удельного индикаторного расхода топлива для современных двигателей при их работе на номинальном режиме приведены в табл.1 на рис.10 [6].

3.4. Эффективный КПД и удельный эффективный расход топлива

Экономичность работы двигателя в целом определяют эффективным КПД ni и удельным эффективным расходом топлива ge. Эффективный КПД оценивает степень использования теплоты топлива с учетом всех видов потерь как тепловых так и механических и представляет собой отношение теплоты Qe, эквивалентной полезной эффективной работе, ко всей затраченной теплоте Gт*Q, т.е. nm=Qe/(Gт*(Q^p)н)=Ne/(Gт*(Q^p)н) (2).

Так как механический КПД равен отношению Ne к Ni, то, подставляя в уравнение, определяющее механический КПД nm, значения Ne и Ni из уравнений (1) и (2), получим nm=Ne/Ni=ne/ni, откуда ne=ni/nM, т.е. эффективный КПД двигателя равен произведению индикаторного КПД на механический.

Удельный эффективный расход топлива [кг/(кВт*ч)] представляет собой отношение секундного расхода топлива Gт к эффективной мощности Ne, т.е. ge=(Gт/Ne)*3600, или [г/(кВт*ч)] ge=(Gт/Ne)*3.6*10^6.

Значение эффективного КПД и удельного эффективного расхода топлива для современных двигателей при их работе на номинальном режиме приведены в табл.1 на рис.10 [6].

3.5. Тепловой баланс двигателя

Из анализа рабочего цикла двигателя следует, что только часть теплоты, выделяющейся при сгорании топлива, используется на полезную работу, остальная же часть составляет тепловые потери. Распределение теплоты, полученной при сгорании вводимого в цилиндр топлива, называют тепловым балансом, который обычно определяется экспериментальным путем. Уравнение теплового баланса имеет вид Q=Qe+Qг+Qн.с+Qост, где Q - теплота топлива, введенная в двигатель Qe - теплота, превращенная в полезную работу; Qохл - теплота, потерянная охлаждающим агентом (водой или воздухом); Qг - теплота, потерянная с отработавшими газами; Qн.с - теплота, потерянная вследствие неполного сгорания топлива, Qост - остаточный член баланса, который равен сумме всех неучтенных потерь.

Количество располагаемой (введенной) теплоты (кВт) Q=Gт*(Q^p)н.

Теплота (кВт), превращенная в полезную работу, Qe=Ne. Теплота (кВт), потерянная с охлаждающей водой, Qохл=Gв*св*(t2-t1), где Gв - количество воды, проходящей через систему , кг/с; св - теплоемкость воды, кДж/(кг*К) [св=4.19 кДж/(кг*К)]; t2 и t1 - температуры воды при входе в систему и при выходе из нее, С.

Теплота (кВт), теряемая с отработавшими газами, Qг=Gт*(Vp*срг*tг-Vв*срв*tв), где Gт - расход топлива, кг/с; Vг и Vв - расходы газов и воздуха, м^3/кг; срг и срв - средние объемные теплоемкости газов и воздуха при постоянном давлении, кДж/(м^3*К); tр и tв - температура отработавших газов и воздуха, С.

Теплота, теряемая вследствие неполноты сгорания топлива, определяется опытным путем. Остаточный член теплового баланса (кВт) Qост=Q-(Qe+Qохл+Qг+Qн.с).

Тепловой баланс можно составить в процентах от всего количества введенной теплоты, тогда уравнение баланса примет вид 100%=qe+qохл+qг+qн.с+qост, где qe=(Qe/Q*100%); qохл=(Qохл/Q)*100%; qг=(Qг/Q)*100% и т.д.

В табл.2 на рис.11 приведены примерные значения отдельных составляющих теплового баланса автотракторных двигателей [6].

3.6. Инновации

В последнее время все большее применение получают поршневые двигатели с принудительным наполнением цилиндра воздухом повышенного давления, т.е. двигатели с наддувом. И перспективы двигателестроения связаны, на мой взгляд, с двигателями данного типа, т.к. здесь имеется огромный резерв неиспользованных конструкторских возможностей, и есть над чем подумать, а во-вторых, считаю, что большие перспективы в будущем именно у этих двигателей. Ведь наддув позволяет увеличить заряд цилиндра воздухом и, следовательно, количество сжимаемого топлива, а тем самым повысить мощность двигателя.

Для привода нагнетателя в современных двигателях обычно используют энергию отработавших газов. В этом случае отработавшие в цилиндре газы, которые имеют в выпускном коллекторе повышенное давление, направляют в газовую турбину, приводящую во вращение компрессор.

Согласно схеме газотурбинного наддува четырехтактного двигателя (рис.12), отработавшие газы из цилиндров 1 двигателя поступают в газовую турбину 2, после которой отводятся в атмосферу. Центробежный компрессор 3, вращаемый турбиной, засасывает воздух из атмосферы и нагнетает его под давлением 0.130. 0.250 МПа в цилиндры. Помимо использования энергии выхлопных газов достоинством такой системы наддува перед приводом компрессора от коленчатого вала является саморегулирование, заключающееся в том, что с увеличением мощности двигателя соответственно возрастают давление и температура отработавших газов, а следовательно мощность турбокомпрессора. При этом возрастают давление и количество подаваемого им воздуха.

В двухтактных двигателях турбокомпрессор должен иметь более высокую мощность, чем в четырехтактных, т.к. при продувке часть воздуха проходит в выпускные окна, транзитный воздух не используется для зарядки цилиндра и понижает температуру выпускных газов. Вследствие этого на частичных нагрузках энергии отработавших газов оказывается недостаточно для газотурбинного привода компрессора. Кроме того, при газотурбинном наддуве невозможен запуск дизеля. Учитывая это, в двухтактных двигателях обычно применяют комбинированную систему наддува с последовательной или параллельной установкой компрессора с газотурбинным и компрессор с механическим приводом.

При наиболее распространенной последовательной схеме комбинированного наддува компрессор с газотурбинным приводом производит только частичное сжатие воздуха, после чего он дожимается компрессором, приводимым во вращение от вала двигателя. Благодаря применению наддува возможно повышение мощности по сравнению с мощностью двигателя без наддува от 40% до 100% и более [4].

На мой взгляд, основным направлением развития современных поршневых двигателей с воспламенением от сжатия будет являться значительное форсирование их по мощности за счет применения высокого наддува в сочетании с охлаждением воздуха после компрессора (рис.13).

В четырехтактных двигателях в результате применения давления наддува до 3.1. 3.2 МПа в сочетании с охлаждением воздуха после компрессора достигается среднее эффективное давление Pe=18.2. 20.2 МПа. Привод компрессора в этих двигателях газотурбинный. Мощность турбины достигает 30% от мощности двигателя, поэтому повышаются требования к КПД турбины и компрессора. Неотъемлемым элементом системы наддува этих двигателей должен являться охладитель воздуха, установленный после компрессора. Охлаждение воздуха производится водой, циркулирующей с помощью индивидуального водяного насоса по контуру: воздухоохладитель - радиатор для охлаждения воды атмосферным воздухом.

Перспективным направлением развития поршневых двигателей внутреннего сгорания является более полное использование энергиивыпускных газов в турбине, обеспечивающей мощность компрессора, нужную для достижения заданного давления наддува. Избыточная мощность в этом случае передается на коленчатый вал дизеля. Реализация такой схемы наиболее возможна для четырехтактных двигателей. На рис.14 показана схема комбинированного двигателя с передачей избыточной мощности турбины на коленчатый вал дизеля.

Заключение

Итак, мы видим, что двигатели внутреннего сгорания - очень сложный механизм. И Функция, выполняемая тепловым расширением в двигателях внутреннего сгорания не так проста, как это кажется на первый взгляд.

Да и не существовало бы двигателей внутреннего сгорания без использования теплового расширения газов. И в Этом мы легко убеждаемся, рассмотрев подробно принцип работы ДВС, их рабочие циклы - вся их работа основана на использовании теплового расширении газов. Но ДВС - это только одно из конкретных применений теплового расширения. И судя по тому, какую пользу приносит тепловое расширение людям через двигатель внутреннего сгорания, можно судить о пользе данного явления в других областях человеческой деятельности.

И пускай проходит эра двигателя внутреннего сгорания, пусть у них есть много недостатков, пусть появляются новые двигатели, не загрязняющие внутреннюю среду и не использующие функцию теплового расширения, но первые еще долго будут приносить пользу людям, и люди через многие сотни лет будут по доброму отзываться о них, ибо они вывели человечество на новый уровень развития, а пройдя его, человечество поднялось еще выше.

Методика теплового, кинематического и динамического расчетов карбюраторного двигателя, составления его теплового баланса. Определение коэффициентов избытка воздуха и остаточных газов, индикаторных параметров цикла и эффективных показателей двигателя.

Рубрика Транспорт
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 04.04.2010
Размер файла 307,3 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт

Кафедра механизации сельскохозяйственного производства

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему: Расчет основных характеристик бензинового двигателя

Индивидуальное задание

Расположение, число цилиндров

Номинальная мощность КВт

Частота вращения об/мин

Коэффициент избытка воздуха

1. Расчет основных размеров двигателя

1.1. Тепловой расчет и тепловой баланс карбюраторного двигателя

1.1.2 Параметры рабочего тела

1.1.3 Коэффициент избытка воздуха

1.2 Параметры окружающей среды и остаточные газы

1.3 Процесс впуска

1.3.1 Плотность заряда на впуске
1.3.2 Потери давления на впуске
1.3.3 Коэффициент остаточных газов
1.4 Процесс сжатия
1.5 Процесс сгорания
1.5.1 Температура в конце видимого процесса сгорания
1.6 Процессы расширения и выпуска

1.7 Индикаторные параметры рабочего цикла

1.8 Эффективные показатели двигателя

2. Построение индикаторной диаграммы

2.1 Теоретическое среднее индикаторное давление
2.2 Тепловой баланс
3.1 Выбор л и длины Lш шатуна
3.2 Силы давления газов
3.3 Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма
3.4 Удельные и полные силы инерции
3.5 Удельные суммарные силы
3.6 Крутящие моменты
3.7 Графики динамического расчёта карбюраторного двигателя
Вывод
Список литературы
Введение

Целью данного курсового проекта является улучшение эксплуатационных и технических показателей вследствие применения более современных конструкционных материалов и улучшения тепловых процессов двигателя, а также повышение надёжности его работы, снижение токсичности отработанных газов и улучшение вибрационно-акустических качеств за счёт повышения уравновешенности масс кривошипно-шатунного механизма. В задачи проекта входит расчёт и определение параметров и показателей рабочего цикла, основных размеров, кинематический и динамический анализ, оценка прочности деталей, расчёт и компоновка систем, обслуживающих двигатель.

В курсовом проекте в качестве прототипа используется автомобиль ЗИЛ-130 грузовой, с закрытым двухдверным кузовом, с передним расположением двигателя и задними ведущими колёсами, предназначен для перевозки трех человек и груза не более 4000 кг. Автомобиль рассчитан для эксплуатации при температуре окружающей среды от минус 40 0 С до плюс 45 0 С.
На автомобиль устанавливается 6-цилиндровый карбюраторный двигатель с Р - образным расположением цилиндров. Двигатель приводит в движение автомобиль и его оборудование. В таблице 1 приведены основные показатели и параметры двигателя в сравнении с лучшими отечественными и мировыми аналогами.
Таким образом, двигатель ЗИЛ- 130 значительно отстаёт от аналогов и на мой взгляд требует значительной модернизации конструкции с целью дальнейшего повышения производительности, эффективных показателей, а также уменьшения выбросов вредных веществ в окружающую среду.
1. Расчет основных размеров двигателя

Произвести расчет четырехтактного карбюраторного двигателя, предназначенного для грузового автомобиля. Эффективная мощность двигателя Nе = 110 кВт при частоте вращения коленчатого вала п = 7500 об/мин. Двигатель шестицилиндровый, i = 6 с рядным расположением. Система охлаждения жидкостная закрытого типа. Степень сжатия е = 8,0.

1.1.1 Топливо
Средний элементарный состав и молекулярная масса топлива
С =0,855; Н =0,145 и mт = 115 кг/кмоль.
Низшая теплота сгорания топлива
1.1.2 Параметры рабочего тела
кмоль возд/кг топл.;
= кг возд/кг топл.
1.1.3 Коэффициент избытка воздуха
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 режиме минимальной частоты вращения б = 0,86.
Количество горючей смеси
М1= бL0 + l/mт; (1)
при п =7500 об/мин
M1 = 0,96 · 0,516+1/115= 0,5041 кмоль гор. см/кг топл.
Количество отдельных компонентов продуктов сгорания при К=0,5 и принятых скоростных режимах:
кмоль СО2/кг топл;
кмоль СО/кг топл;
кмоль Н2О/кг топл;
кмоль Н2/кг топл;
кмоль N2/кг топл;
Общее количество продуктов сгорания
М2 = 0,0655 + 0,0057+0,0696 + 0,0029 + 0,3923 = 0,5360 кмоль пр. сг/кг топл.
Проверка:
М2 = 0,855/12 + 0,145/2 + 0,792 • 0,96 • 0,516 = 0,5360 кмоль пр. сг/кг топл.

Давление и температура окружающей среды при работе двигателей без наддува р k=р 0=0,1 МПа и Т k=Т 0=293 К.

Температура остаточных газов. При постоянном значении степени сжатия е = 8,0 температура остаточных газов практически линейно возрастает с увеличением скоростного режима при б = const, но уменьшается при обогащении смеси. Учитывая, что при п = 7500 об/мин б = 0,96, принимается: п=7500 об/мин, Тr=1070 МПа

Давление остаточных газов рr за счет расширения фаз газораспределения и снижения сопротивлений при конструктивном оформлении выпускного тракта рассчитываемого двигателя можно получить на номинальном скоростном режиме

prN = 1,18р0 = 1,18 · 0,1 =0,118 МПа.

Тогда,

Aр = (prN - p0 ·1.035) 10 8 /( ) =

Рr = р0 (1,035 + Aр· 10 -8 n 2 ) =

=0,1 (1,035+ 0,4973 · 10 -8 n 2 ) = 0,1035 + 0,2959·10 -9 n 2 . (3)

при п =7500 об/мин, Рr=0,1180 МПа

1.3 Процесс впуска

Температура подогрева свежего заряда. С целью получения хорошего наполнения двигателя на номинальном скоростном режиме принимается ?ТN=8°С. Тогда

Далее получим: ?Т= 8,1°С

1.3.1 Плотность заряда на впуске
где RB = 287 Дж/кг · град -- удельная газовая постоянная для воздуха.
1.3.2 Потери давления на впуске

В соответствии со скоростным режимом двигателя (n = 7500 об/мин) и при условии качественной обработки внутренней поверхности впускной системы можно принять

Во второй половине XIX века произошли события, приведшие впоследствии к появлению наиболее массового средства передвижения – автомобиля. В 1860г. французский механик Этьен Ленуар создал первый двигатель внутреннего сгорания. Однако этот двигатель во многом уступал паровым машинам того времени. Существенно повысить его эффективность удалось механику из Кельна Августу Отто, построившему в 1862г. четырехтактный двигатель внутреннего сгорания со сжатием горючей смеси.

Отто понадобилось 15 лет, чтобы сконструировать работоспособный двигатель. Однако этот двигатель работал на газе, был тихоходным и тяжелым, из-за чего получил применение лишь в стационарных условиях. Только перевод двигателя внутреннего сгорания на жидкое топливо открыл ему широкую дорогу на транспорте. Такой двигатель был создан в 1881г. техническим директором завода Отто в г. Дойце Готтлибом Даймлером.

Претерпев значительные конструктивные изменения, постоянно совершенствуясь, двигатели Отто с принудительным искровым воспламенением и до настоящего времени остались наиболее массовой силовой установкой автомобиля.

В данной контрольной работе необходимо рассмотреть тепловой расчет автомобильного двигателя, определить основные параметры рабочего процесса двигателя. Также необходимо определить индикаторные и эффективные показатели работы двигателя и построить индикаторную диаграмму.

Исходные данные для выполнения контрольной работы приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Исходные данные

Тип двигателя дизельный
Степень сжатия, ε 14,5
Максимальное давление, Pz, МПа 6,7
Частота вращения коленчатого вала двигателя, n, об/мин 3800
Число цилиндров двигателя, i 6
Диаметр цилиндра, dц, м 0,095
Ход поршня, S, м 0,102
Длина шатуна, lш, м 0,26

Расчет объема камеры сгорания

Объем камеры сгорания определяется по формуле:


, (1.1)

где Vc – объем камеры сгорания двигателя, м 3 ;

Vh – рабочий объем цилиндра, м 3 ;

e – степень сжатия; e = 14,5.

Рабочий объем цилиндра определяется по формуле:


, (1.2)

где Fп – площадь поршня, м 2 ;

S – ход поршня, S = 0,102 м.

Fп = π D 2 / 4, (1.3)

где D – диаметр поршня, D = 0,095 м.

Площадь поршня согласно формуле (1.3) составит:

Fп = 3,14 · 0,095 2 / 4 = 0,708 · 10 – 2 м 2 .

Рабочий объем цилиндра согласно формуле (1.2) равен:

Vh = 0,708 · 10 – 2 × 0,102 = 0,723 · 10 – 3 м 3 .

Объем камеры сгорания равен:

Vc = 0,723 · 10 – 3 / (14,5 – 1) = 0,054 · 10 – 3 м 3 .

Объем цилиндра в точках "а" и "b" индикаторной диаграммы для четырехтактного двигателя:


, (1.4)

где Vа, Vв – объем цилиндра в точках "а" и "b" индикаторной диаграммы

Vа = Vв = 0,054 · 10 – 3 + 0,723 · 10 – 3 = 0,777 · 10 – 3 м 3 .

При проведении предварительных расчетов двигателей величина (МПа) приближенно определяется в зависимости от средней скорости поршня по эмпирическим формулам вида:



где выражено в м/с;

a, b - коэффициенты, значения которых устанавливаются экспериментально.

Для высокофорсированного двигателя с впрыском топлива и электронным управлением имеем:


b = 0,0053 (МПаc)/м;

Средняя скорость поршня:


где S – ход поршня, мм;

n – номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя, мин 1 .

Для заданного прототипа ход поршня S составляет 80 мм.



Среднее эффективное давление:




Механический КПД () представляет собой отношение среднего эффективного давления к индикаторному:



Эффективный КПД двигателя:



Эффективный удельный расход жидкого топлива:



1.10 Определение основных размеров цилиндра и параметров двигателя

По эффективной мощности, частоте вращения коленчатого вала, тактности и эффективному давлению определяется литраж двигателя:



где – тактность двигателя;


– эффективная мощность для номинального режима, кВт;


– среднее эффективное давление, МПа;

– обороты коленчатого вала на номинальном режиме, .


Рабочий объем одного цилиндра:



где, – число цилиндров двигателя.






По рассчитанным значениям D и S определяем основные параметры двигателя:





эффективный крутящий момент:



часовой расход топлива:



Средняя скорость поршня:


Проверяем правильность предварительного расчета средней скорости поршня:


Раздел: Транспорт
Количество знаков с пробелами: 24144
Количество таблиц: 83
Количество изображений: 0

Похожие работы

. 137.1 31.2 217.5 1590 634.3 105.6 29.7 360 1060 582.0 64.60 27.9 630 530 482.5 26.78 25,63 957.1 4. Заключение Первый раздел курсового проекта “Тепловой и динамический расчет двигателя” выполнен в соответствии с заданием на основе методической и учебной технической литературы. Рассчитанные показатели рабочего цикла, работы, размеров, кинематики и динамики проектируемого .





. 147 19,273 60,293 99,268 0,844 0,187 1,031 313 18,872 54,987 75,482 0,641 0,218 0,859 375,6 20,653 2. ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ Динамический расчет автомобильного двигателя производится на режиме максимальной мощности по результатам теплового расчета. В результате расчета необходимо определить следующие силы и моменты, действующие в кривошипно-шатунном механизме двигателя: .



. двигателя Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма выполняется с целью определения суммарных сил и моментов, возникающих от давления газов и от сил инерции. Результаты динамического расчета используются при расчете деталей двигателя на прочность и износ. В течение каждого рабочего цикла силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме, непрерывно изменяются по величине и направлению. .






. или рад в мм, где OB— длина развернутой индикаторной диаграммы, мм. По развернутой диаграмме через каждые 10° угла поворота кривошипа определяют значения ∆pг и заносят в гр. 2 сводной таблицы динамического расчета (в таблице значения даны через 30° и точка при φ=370°). Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма С учетом диаметра цилиндра, отношения , рядного .

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра “Двигатели внутреннего сгорания”

по дисциплине “Автомобильные двигатели”

Тема: “Тепловой и динамический расчет двигателя”

1. Исходные данные для теплового расчета поршневого двигателя внутреннего сгорания

2. Тепловой расчет и определение основных размеров двигателя

2.1 Процесс наполнения

2.2 Процесс сжатия

2.3 Процесс сгорания

2.4 Процесс расширения

2.5 Процесс выпуска

2.6 Индикаторные показатели

2.7 Эффективные показатели

2.8 Размеры двигателя

2.9 Сводная таблица результатов теплового расчетa

2.10 Анализ полученных результатов

3. Динамический расчет

3.1 Построение индикаторной диаграммы

3.2 Развертка индикаторной диаграммы в координатах 4

Коэффициент избытка воздуха 1,05

2. Тепловой расчет и определение основных размеров двигателя

2.1 Процесс наполнения

В результате данного процесса цилиндр двигателя (рабочая полость) наполняется свежим зарядом. Давление и температура окружающей среды принимаются: , .

Давление в конце впуска .

Величина потери давления на впуске

Коэффициент остаточных газов

Величина ? для дизелей изменяется в пределах .

Средняя мольная теплоемкость свежего заряда

Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания для дизелей

Степень повышения давления

Величина теоретического максимального давления цикла и степень повышения давления:

Численное значение степени повышения давления k при неразделенной камере сгорания .

2.4 Процесс расширения

Степень предварительного расширения для дизельных двигателей

Величина среднего показателя политропы расширения для дизельных двигателей .

2.5 Процесс выпуска

Параметрами процесса выпуска () задаются в начале расчета процесса впуска. Правильность предварительного выбора величин проверяется по формуле профессора Е. К. Мазинга:

2.6 Индикаторные показатели

Среднее индикаторное давление теоретического цикла для дизельных двигателей подсчитывается по формуле:

где для дизельных двигателей без наддува может изменяться.

Индикаторный КПД для дизельных двигателей подсчитывается по формуле

Величина индикаторного КПД для автотракторных дизельных двигателей .

2.7 Эффективные показатели

Механический КПД дизельного двигателя .

2.8 Размеры двигателя

По эффективной мощности, частоте вращения коленчатого вала и среднему эффективному давлению определяем литраж двигателя

где i=8 – число цилиндров.

Определяем основные параметры и показатели двигателя:

- литраж двигателя

- эффективный крутящий момент

2.10 Анализ полученных результатов

В результате теплового расчета были определены параметры рабочего тела в цилиндре двигателя, а также произведены оценочные показатели процесса, позволяющие определить размеры двигателя и оценить его мощностные и экономические показатели.

3. Динамический расчет

Порядок выполнения расчета для поршневого двигателя

Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма выполняется с целью определения суммарных сил и моментов, возникающих от давления газов и от сил инерции. Результаты динамического расчета используются при расчете деталей двигателя на прочность и износ.

В течение каждого рабочего цикла силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме, непрерывно изменяются по величине и направлению. Поэтому для характера изменения сил по углу поворота коленчатого вала их величины определяют для ряда различных положений вала через каждые 30 град ПКВ. В отдельных случаях через 10 град ПКВ.

Последовательность выполнения расчета следующая:

Строим индикаторную диаграмму в координатах

Определяем силу инерции от возвратно-поступательно движущихся масс

определяем с помощью таблицы.

Тогда принимаем m

При известной величине хода поршня S радиус кривошипа

7. Определяем тангенциальную силу Т, направленную по касательной к окружности радиуса кривошипа (см. рис. 1)

3.1 Построение индикаторной диаграммы

Индикаторная диаграмма строится в координатах . Построение индикаторной диаграммы двигателя внутреннего сгорания производится на основании теплового расчета.

В начале построения на оси абсцисс откладывают отрезок , соответствующий объему камеры сгорания, определяется из соотношения

к оси ординат. Эти углы определяют из соотношений

Политропу сжатия строим с помощью лучей находим аналогично, принимая точку , аналогично построению политропы сжатия. Критерием правильности построения политропы расширения является приход ее в ранее нанесенную точку ,

где ПКВ до в.м.т.), а точку . На линии в.м.т. находим точку и плавной кривой. Из точки проводим плавную кривую до середины отрезка индикаторной диаграммы. Длина графика (720° ПКВ) делится на 24 равных участка, которые соответствуют определенному углу поворота коленчатого вала. Каждую точку на линии абсцисс нумеруем (0, 30, 60° ПКВ). По наиболее распространенному способу Ф.А. Брикса дальнейшее перестроение индикаторной диаграммы ведем в следующей последовательности.

Полученную полуокружность делим вспомогательными лучами из центра .

Полученные точки на графике соединяем плавной кривой.

3.3 Построение диаграмм сил и с учетом их знаков или модулей сил и размещаем под координатной сеткой сил и строим в том же масштабе, что и предыдущий график.

Принимаем масштабные коэффициенты

многоцилиндрового двигателя необходимо графически просуммировать кривые крутящих моментов от каждого цилиндра, сдвигая влево одну кривую относительно другой на угол ,

то кривая , будет отличаться от кривой ;

Значение , вычисленной ранее.

Относительная погрешность вычислений - эффективная мощность (кВт) и удельный эффективный расход топлива (г/(кВт?ч)) при заданной частоте вращения коленчатого вала (об/мин);

Дизельный с неразделенной камерой сгорания

Значения берутся из ранее произведенных расчетов:

5. Воздушный фильтр ЗИЛ-433100

Эффективность системы очистки обычно характеризуется коэффициентом пропускания пыли, который зависит как от типа самой системы, так и от режима работы двигателя. Например, в инерционных системах очистки он уменьшается с ростом расхода воздуха, а в системах с сухими (картонными) сменными фильтрами такой зависимости почти нет. Есть у фильтрующего элемента и еще один важный показатель - так называемое предельное сопротивление засасываемому воздуху. Но он характеризует скорее не качество работы фильтра, а эксплуатационные показатели двигателя в условиях недостатка воздуха для смесеобразования. По мере засорения фильтрующего элемента его сопротивление воздушному потоку растет и, следовательно, уменьшается количество воздуха, поступающего на смесеобразование. В определенных режимах это ведет к обогащению смеси, а, значит, к неполному ее сгоранию. Соответственно снижаются мощностные показатели двигателя, увеличиваются расход топлива и концентрация токсичных веществ в выхлопных газах. Словом, с формальных позиций предельно допустимое сопротивление воздушного фильтра - это граница, после которой фильтрующий элемент из помощника превращается во врага. Не случайно данный показатель в значительной степени определяет и конструкцию фильтра, и материалы, из которых он делается. Если говорить о классификации систем очистки воздуха, то их принято разделять, во-первых, по количеству ступеней очистки и, во-вторых, по принципам улавливания пыли. Различают одно-, двух- и трехступенчатые системы, которые еще разделяются на шесть групп:

- сухие инерционные воздухоочистители со сбором отсепарированной пыли в бункер;

- сухие инерционные с отсосом пыли посторонним устройством;

- сухие инерционные с выбросом пыли в атмосферу;

- системы, использующие фильтрующие элементы со смоченной маслом набивкой;

- системы с сухими элементами, имеющими фильтрующую перегородку.

Первые три типа в основном используются в качестве первой ступени в двух- или трехступенчатых очистителях на грузовиках и тракторах. На легковых автомобилях чаще применяют одноступенчатые воздухоочистители четвертого и шестого типов. Ну, а элементы со смоченной набивкой - вообще экзотика, их выпускает только английская компания "К и Н" (K&N). Крайне редко встречаются и фильтрующие элементы из пористого полиуретана, смоченного моторным маслом. Бескаркасный фильтрующий элемент фирмы "Fram" (устанавливается на некоторых моделях "Мерседес")

Инерционно-масляные фильтры

Не так давно подобные воздухоочистители стояли практически на всех автомобилях. Да и сегодня часть дизельных двигателей ЯМЗ и почти все бензиновые типа ЗИЛ-130 комплектуются инерционно-масляными системами очистки воздуха. Принцип такой системы. В ее составе две обязательных составляющих: масляная ванна и фильтрующий элемент, представляющий собой набивку из металлической либо капроновой нити. Во время работы воздух проходит в кольцевую щель между корпусом и фильтрующим элементом, а затем к отражателю. При повороте поток воздуха захватывает масло из ванны и вместе с ним устремляется в фильтрующую набивку. Там образуется псевдокипящий пеномасляный слой, где и происходит сам процесс очистки воздуха: частички пыли, коснувшись масла, прилипают к нему. При неработающем двигателе масло из фильтрующего элемента стекает в ванну и увлекает за собой задержанную пыль. Скапливающуюся на дне масляной ванны грязь приходится регулярно удалять, а сам фильтрующий элемент - промывать. Дело это трудоемкое и, главное, вредное с точки зрения экологии. В последние годы инерционно-масляные воздухоочистители постепенно сдают свои позиции системам с сухими сменными элементами, имеющими фильтрующую перегородку. Основная причина отступления - меньшая эффективность. Лишь при максимальном расходе воздуха коэффициент пропуска пыли у инерционно-масляных систем с трудом подбирается к 1-2%. В эксплуатации такие режимы - редкость. А при самых распространенных нагрузках (около 20% мощности) пропуск пыли может достигать пяти, а то и десяти процентов. Сухие фильтрующие элементы практически лишены этого недостатка: на всех режимах работы двигателя они пропускают не более одного процента пыли. Поэтому картонным фильтрам прощается их "одноразовость". Системы очистки воздуха со сменными фильтрующими элементами Современные сменные сухие фильтры - это достаточно сложные конструкции из легких металлов, полимеров и тонкого пористого картона (почти бумаги). Их достоинства очевидны: высокая степень очистки и низкое сопротивление. То есть именно то, что улучшает эксплуатационные характеристики двигателя и продлевает срок его службы. Еще один неоспоримый плюс - простота и удобство замены элемента. Сопротивление фильтрующего элемента прямо связано со временем его работы и загрязненностью атмосферного воздуха. Надо добавить, что решающую роль в долговечности этих изделий играет, конечно, площадь фильтрующей поверхности. Фильтр для "Жигулей", имея площадь фильтрации 0,33 кв.м, достигает предельного сопротивления при пробеге 20 тыс. км. У "волговского" фильтра эти цифры равны 1 кв.м и 30 тыс. км пробега соответственно. Разумеется, приведенные цифры максимального пробега достаточно приблизительны, они получены для дорог с малой запыленностью воздуха, поэтому в реальных условиях их надо корректировать в меньшую сторону. То есть менять фильтрующие элементы чаще. Интересно отметить, что очищающая способность фильтра мало зависит от срока работы. Хорошей иллюстрацией сказанного служат экспериментальные данные, полученные на специальном безмоторном стенде НАМИ (объекты исследования - фильтрующие элементы ВАЗ).

Коэффициент пропуска пыли, достаточно высокий в самом начале работы фильтра (у изделий разных производителей он колеблется от 2,5 до 4,5%), быстро снижается до значений, не превышающих 1%. Объясняется это тем, что пыль, забивая поры картона, как бы сама создает дополнительный фильтрующий слой на его поверхности. Это происходит достаточно быстро – в течение одной минуты работы. Здесь стоит отметить, что сегодня именно испытательные стенды служат основным инструментом для получения объективной технической информации. Специальные методики позволяют пересчитать стендовые часы наработки в тысячи километров пробега. Вот только за рубежом результаты пересчитывают по другим коэффициентам. Отсюда, разница в инструкциях по периодичности замены фильтрующих элементов. С грузовиками картина иная - конкретных инструкций по замене фильтров нет. Это понятно: один и тот же мотор может быть установлен и на шоссейном рефрижераторе, и на карьерном самосвале. Условия работы абсолютно разные и нелепо было бы назначать для этих автомобилей некий средний пробег до смены фильтра. Поэтому на грузовиках применяют индивидуальные индикаторы засоренности воздухоочистителя, сигнал от которых поступает на стрелочный прибор или контрольную лампочку. У дизельных двигателей с турбонаддувом, как и у бензиновых инжекторных, к очистке воздуха предъявляются более жесткие требования. Это связано, в первую очередь, с особенностями их эксплуатации. При прочих равных условиях фильтры на таких двигателях меняют чаще, либо применяют фильтрующие элементы с повышенной площадью фильтрации.

О конструкциях и материалах

Фильтрующие элементы выпускаются трех конструктивных типов: цилиндрические (эти нам хорошо известны), панельные (например, Fram или AC Delco) и бескаркасные (в том числе и отечественные БиГУР

Нередко поток воздуха, проходящий через высокий фильтрующий элемент, вызывает пульсацию картонной шторы. Если при этом штора достает до каркаса фильтра (обечайки), на ней очень быстро появляются надрывы. Особенно часто это бывает, когда обечайка сделана из металла. Сама фильтрующая перегородка (штора) делается из специального высокопористого, пропитанного смолами картона. Пропитка нужна, чтобы предохранить штору от размокания при попадании на нее влаги. Если в процессе эксплуатации вы обнаружите, что штора разбухла - немедленно замените фильтр. Вообще, картон - самый распространенный материал для воздушных фильтров. Но в некоторых странах, например в Японии, сменные элементы делают из синтетических волокон. Эксплуатация таких элементов требует более строгого соблюдения предельных норм пользования. На престижных английских машинах "Роллс-Ройс", а иногда и на спортивных автомобилях устанавливают каркасные (проволочные) элементы из пятислойной марли, пропитанной "фирменным" маслом. По сравнению с картонными у них гораздо меньше начальное сопротивление. Кроме того, после специальной обработки они могут применяться повторно. Именно такие фильтры делает уже упомянутая нами компания K&N. Эти изделия могут устанавливаться и на некоторые серийные машины – например "Ауди" или БМВ. На цилиндрических (например, "жигулевских") фильтрах часто ставят так называемые предочистители в виде белого пояска из искусственного материала. Предочиститель хорош тем, что задерживает до 40% пыли, снижая пылевую нагрузку на картонную штору. Кроме того, он эффективно вбирает в себя сажу, несгоревшие углеводороды и пары масла - эти неизбежные компоненты атмосферы большого города. На грузовых автомобилях и тракторах, работающих в условиях большой запыленности воздуха, стоит применять двухступенчатую очистку. Для этого внутрь основного фильтрующего элемента помещают "фильтр безопасности", имеющий меньшую поверхность фильтрации. В случае нарушения герметичности основного фильтрующего элемента он берет на себя защиту двигателя от пыли.

Рисунок 2- Воздушный фильтр

Воздушный фильтр (рис.2) двухступенчатый, сухого типа, с инерционной решёткой, автоматическим отсосом пыли и сменным бумажным элементом. Воздушный фильтр состоит из корпуса, фильтрующего элемента и крышки. Фильтр прикреплен винтом 6 к воздухопроводу 10 и кронштейну 11, установленному на впускной трубе. Соосность воздухозаборника с отверстием в капоте обеспечивается при условии совмещения метки на корпусе фильтра с осью болта крепления фильтра (метка на корпусе может быть нанесена краской). Для обеспечения герметичности между крышкой и корпусом установлено уплотнительное кольцо. Верхняя крышка прикреплена к корпусу четырьмя защелками. Воздух через входной патрубок попадает для предварительной очистки в первую ступень с инерционной решеткой. В результате резкого изменения направления потока воздуха в инерционной решетке крупные частицы пыли отделяется п. под действием вакуума в патрубке, соединенном с эжектором глушителя, выбрасывается в атмосферу. Предварительно очищенный в первой ступени воздух поступает во вторую ступень с бумажным фильтрующим элементом для более тонкой очистки. Проникая через поры фильтрующего элемента, воздух оставляет на его поверхности мелкие частицы пыли. Окончательно очищенный воздух через трубопроводы поступает в цилиндры двигателя. В системе питания двигателя воздухом применен индикатор засоренности воздушного фильтра, установленный на впускном трубопроводе. По мере засорения фильтра растет вакуум во впускном трубопроводе. При достижении величины вакуума 0,007 МПа (0,07 кгс/см*) индикатор срабатывает, при этом в его смотровом окне появляется красный участок барабана, который остается в таком положении и после остановки двигателя. При срабатывании индикатора следует немедленно обслужить воздушный фильтр.

Заключение

В результате выполнения курсовой работы был произведен тепловой и динамический расчет двигателя.

При выполнении теплового расчета были определены параметры рабочего тела в цилиндре двигателя, а также оценочные показатели процесса, позволяющие определить размеры двигателя и оценить его мощностные и экономические показатели.

При выполнении динамического расчета были определены силы, действующие на кривошипно-шатунный механизм, произведен расчет и построены диаграммы суммарного крутящего момента и внешней скоростной характеристики двигателя.

Железко Б.Е. Основы теории и динамики автомобильных и тракторных двигателей.- Мн., 1980. -304 с.

Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. - М.: Высшая школа, 1980. -400 с.

Автомобильные двигатели. Под ред. д-ра техн. наук Ховаха М. С. - М.: Машиностроение, 1977. -592с.

Читайте также: