Вход

Тепловой расчет двигателей внутреннего сгорания

Реферат по транспорту
Дата добавления: 31 октября 2009
Язык реферата: Русский
Word, rtf, 1.5 Мб (архив zip, 95 кб)
Реферат можно скачать бесплатно
Скачать

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ


КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ ИМ. А. Н. ТУПОЛЕВА.



КАФЕДРА АД и С



Расчетно-пояснительная записка к курсовой работе

"Тепловой расчет ДВС"

по дисциплине "Автомобильные двигатели"





Выполнил: студент гр. 1371 Золев А.В.

Руководитель: Сосницкий А.Б.












Казань 2007

Содержание


Исходные данные 3

1. Тепловой расчет двигателя 4

2. Основные параметры двигателя 15

3. Построение индикаторных диаграмм 17

Список используемой литературы 21

Исходные данные


  1. Мощность двигателя, Ne = 87 кВт;

  2. Частота вращения коленчатого вала, nN = 6000 об/мин;

  3. Тактность двигателя, ? = 4;

  4. Количество цилиндров, i = 4;

5. Степень сжатия, ? = 10,3;

  1. Тип охлаждения – жидкостное.



Режимы для проведения теплового расчета:

а) режим минимальной частоты вращения nmin = 1000об./мин.

б) режим максимального крутящего момента nM =0,53nN = 3200 об./мин.

в) режим максимальной (номинальной) мощности nN = 6000об./мин.

г) режим максимальной скорости движения автомобиля

nmax = 1.05nN = 6300 об./мин.


Подбор аналогов

Величина




Проектируемый

двигатель

Ne, кВт




86/4/6000

Ме, Н*м




136,2/6000

?




10,3

Vл, л




1,9

D/S




88/78

Nл = Nе/Vл




45,1

1. Тепловой расчет двигателя


Расчет проводится для заданной частоты вращения коленчатого вала карбюраторного двигателя n = 6000об/мин.


Топливо. В соответствии с заданной степенью сжатия ? = 10,3 можно использовать бензин марки АИ-93. ПРЕМИУМ-95 и АИ-98 ЭК


Средний элементарный состав и молекулярная масса бензина

С = 0,855; Н = 0,145; mт = 115 кг/кмоль.

Определим низшую теплоту сгорания топлива

Нu = 33,91С+125,60Н-10,89(O-S)-2,51(9H+W) = 33,91*0,855+125,6*0,145-2,51*9*0,145 = 43,93 МДж/кг = 43930кДж/кг.


Параметры рабочего тела. Теоретическое необходимое количество воздуха для сгорания 1кг. топлива

кмоль возд/кг топл.

кмоль

возд./кг топл.

Коэффициент избытка воздуха ? = 0,96 на основных режимах

(литература 1). На режимах минимальной частоты вращения ? = 0,86.

Количество горючей смеси.

кмоль гор.см./кг. топл.

Количество отдельных компонентов продуктов сгорания при К = 0,5

кмольСО2/кгтопл.

кмольСО/кгтопл.

кмольН2О/кгтопл.

кмольН2/кгтопл.

кмольN2/кгтопл.

Общее количество продуктов сгорания:

М2 = МСО2 + МСО + МН2О + МН2 + МN2 = C/12 + H/2 + 0,79?L0 = 0,0655 + 0,0057 + 0,0696 + 0,0029 + 0,3923 = 0,5361 кмоль пр.сг/кг топл.


Результаты занесем в таблицу

параметры

Рабочее тело; карбюраторный двигатель


n, мин-1

1000

3200

6000

6300

?

0,86

0,96

0,96

0,96

М1 кмоль. гор.см./кг.топл.

0,4525

0,5041

0,5041

0,5041

МСО2 кмоль СО2/кг.топл.

0,0512

0,0655

0,0655

0,0655

МСО кмоль СО/кг.топл.

0,0200

0,0057

0,0057

0,0057

МН2О кмоль Н2О/кг.топл.

0,0625

0,0696

0,0696

0,0696

МН2 кмоль Н2/кг.топл.

0,0100

0,0029

0,0029

0,0029

МN2 кмоль N2/кг.топл.

0,3515

0,3923

0,3923

0,3923

М2 кмоль пр.сг/кг.топл.

0,4952

0,5361

0,5361

0,5361


Параметры окружающей среды и остаточные газы.

Давление и температура окружающей среды при работе двигателей без наддува

Рк = Ро = 0,1 МПа и Тк = То = 293 К


Температура остаточных газов.

(рис. 5.1 литература 1 принимаем).

При номинальных режимах карбюраторного двигателя Тr = 1070 К


Давление остаточных газов.

Для карбюраторного двигателя на номинальном скоростном режиме:

PrN = 1,18 Po = 1,18*0,1 = 0,118 МПа.


Процесс пуска.

Температура подогрева свежего заряда. С целью получения хорошего наполнения карбюраторных двигателей на номинальных скоростных режимах принимается ? ТN = 8?С.

(1)


Плотность заряда на выпуске.

?r = Ро *106 / (RBTO) = 0,1*106 / (287*293) = 1,189 кг / м3,

где RB – 287 Дж / (кг.град.) – удельная газовая постоянная для воздуха.

(1)

Потери давления на впуске.

При учете качественной обработки внутренних поверхностей впускных систем для карбюраторного двигателя можно принять ?2 + ?ВП = 2,8 и

?ВП = 95 м/с.

? – коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом сечении цилиндра.

?ВП – коэффициент сопротивления впускной системы, отнесенный к наиболее узкому ее сечению.

?ВП – средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы.

(1)

Тогда ?Ра на всех скоростных режимах двигателя рассчитывается по формуле:

а = (?2 + ?вп) А2nn2?о10-6/2, где Аn = ?вп / nN

Аn = 95 / 6000 = 0,0158

а = 2,8 * 0,01582 * 60002 * 1,189 * 10-6 / 2 = 0,0150


Давление в конце пуска.

В карбюраторном двигателе при nN = 6000 мин-1.

Ра = Ро – ?Ра = 0,1 – 0,0150 = 0,085 Мпа.


Коэффициент остаточных газов.

При nN = 6000 мин-1.

?оч = 1 – коэффициент очистки.

?доз = 1,12 – коэффициент дозарядки на номинальном скоростном режиме.


Температура в конце впуска.

Та = (То + ?Т + ?r * Tr) / (1 + ?r) = (293+8+0,0385*1070) / (1+0,0385) = 329


Коэффициент наполнения.


Результаты вычислений занесем в таблицу.

параметры

Процесс впуска и газообмена

n, мин-1

1000

3200

6000

6300

?

0,86

0,96

0,96

0,96

Тr , K

900

1010

1070

1080

Pr , Mpa

0,1039

0,1076

0,118

0,1195

?T , ?C

22,29

16

8

7,14

?Pa , Mpa

0,0004

0,0043

0,0150

0,0166

Pa , Mpa

0,0996

0,0957

0,085

0,0834

? , доз

0,95

1,025

1,12

1,13

?

0,0418

0,0365

0,0385

0,0390

Та , К

339

334

329

329

?v

0,8699

0,9207

0,9255

0,8939


Процесс сжатия.

При ? = 10,3 и Та = 329 К, nN = 6000 мин-1 определяем по монограмме средний показатель адиабаты сжатия к1 = 1,3765 и средний показатель политропы сжатия n1 = 1,37.

(1)


Давление в колнце сжатия.

При nN = 6000 мин-1

Рс = Ра?n = 0,085*10,31,376 = 2,1036 Мпа.


Температура в конце сжатия.

Тс = Та?n-1 = 329*10,31,376-1 = 792 К.


Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия.

а) свежей смеси (воздуха)

20,6 + 2,638 * 10-3 * tc , где tc = Тс - 273 ?С

20,6 + 2,638 * 10-3 * 519 = 21,969 кДж / (кмоль град).

б) остаточных газов

определяется методом интерполяции по табл. 3.8 при nN = 6000 мин-1 , ? = 0,96 и tc = 519 ?С.

(m) = 24,014+(24,150 – 24,014)*0,01/0,05 = 24,0412 кДж/(кмоль град).

(m) = 24,44+(24,586 – 24,44)* 0,01/0,05 = 24,469 кДж/(кмоль град).

(m) = 24,041+(24,469 – 24,041)* 19/100 = 24,122 кДж/(кмоль град).

в) рабочей смеси

кДж/(кмоль град).

(m) = кДж/(кмоль град).


Результаты вычислений заносим в таблицу.

параметры

Процесс сжатия

n, мин-1

1000

3200

6000

6300

к1

1,3751

1,3757

1,3765

1,3766

n 1

1,370

1,373

1,376

1,376

Рс , МПа

2,4309

2,3532

2,1036

2,0655

Тс , ?К

803

796

792

792

tc , ?С

530

523

519

519

(m. cv)to

21,998

21,980

21,969

21,968

(m)to

24,169

24,141

24,122

24,121

(m)to

22,085

22,056

22,049

22,049


Процесс сгорания.

Коэффициент молекулярного изменения горючей смеси:


Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси:


Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания:

u = 119950*(1-?)*L0 кДж/кг. = 119950*(1-0,96)*0,516 = 2476 кДж/кг.


Теплота сгорания рабочей смеси:

Нраб.см. = кДж/кмоль раб.см.


Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания:

(m)=

кДж/кмоль град.

Определяется по эмпирическим формулам таб. 3.7 литература 1.

(m)= *[0,0655*(39,123+0,003349tz)+0,0057*(22,49+0,00143tz)+0,0696*(26,6++0,004438tz)+0,0029*(19,678+0,001758tz)+0,3923*(21,951+0,001457tz)=24,657+ 0,002077tz] кДж/кмоль град.


Коэффициент использования теплоты ?z принимаем = 0,88:

(1)


Температура в конце видимого процесса сгорания: при n = 6000 мин

?z Нраб.см + (m) tc = ?(m)tz :

0,88*79193+22,049*519 = 1,061*(24,657+0,002077) tz,

0,002204+26,165 tz – 81132 = 0, откуда

tz =

= 2552 ?С;

Tz = tz + 273 = 2825 К;


Максимальное давление сгорания теоретическое:

pz = pc*?* Tz/ Тс = 2,1036*1,061*2825/792 = 7,963 МПа.


Максимальное давление сгорания действительное:

Pzд = 0,85* pz = 0,85*7,963 = 6,7689 МПа.


Степень повышения давления:

? = pz/ pc = 7,963/2,1036 = 3,786.


параметры

Процесс сгорания

n, мин-1

1000

3200

6000

6300

?0

1,0945

1,0635

1,0635

1,0635

?

1,0907

1,0613

1,0612

1,0611

?Н , кДж/кг

8665

2476

2476

2476

Нраб.см.кДж/кмоль

74813

79348

79193

79155

(m)

24,2982+

0,002034tz

24,6566+

0,002077tz

24,6566+

0,002077tz

24,6566+

0,002077tz

?z

0,83

0,92

0,88

0,86

tz , ?С

2330

2643

2552

2509

Tz , ?К

2603

2916

2825

2782

Pz , МПа

8,5967

9,1438

7,9635

7,7011

Pzд , МПа

7,3072

7,7722

6,7689

6,5459

?

3,5364

3,8857

3,7856

3,7285


Процессы расширения и выпуска

Средний показатель адиабаты расширения К2 определяется по номограмме рис. 4.8 при заданном ? для соответствующих значений ? и Tz, а средний показатель политропы расширения n2, оценивается по величине среднего показателя адиабаты:

? = 10,3; ? = 0,96; Tz = 2825 К; К2 = 1,2528; n2 = 1,252.


Давление и температура в конце процесса расширения:

Рв = Pz/ ?n2 и Тв = Tz/ ?n2-1:

Рв = 7,9635/10,31,252 = 0,4296 МПа, Тв = 2825/10,31,252-1 = 1570 К;


Проверка ранее принятой температуры остаточных газов:

К;

? Тr = ,

Где ? Тr – погрешность расчета - 4,6 % допустимая погрешность.


параметры

Процесс расширения и выпуска.

n, мин-1

1000

3200

6000

6300

К2

1,2588

1,2519

1,2529

1,2531

n2

1,258

1,251

1,252

1,253

Рв , МПа

0,4573

0,4944

0,4296

0,4144

Тв , К

1426

1624

1570

1542

Тr , K

871

977

1021

1019

? Тr , %

3,25

3,24

4,60

5,64


Индикаторные параметры рабочего цикла.


Теоретическое среднее индикаторное давление:

МПа.

МПа.

Среднее индикаторное давление:

pi = ?u* Рj , = 0,96*1,1588 = 1,1124 МПа.

Где ?u = 0,96 – коэффициент полноты индикаторной диаграммы.


Индикаторный КПД и индикаторный удельный расход топлива:

г/кВт. Ч


Эффективные показатели двигателя.


Среднее давление механических потерь для бензиновых двигателей с числом цилиндров до шести и отношением S/D?1.

Pм = 0,034 + 0,0113* Vп.ср МПа.

Для нашего карбюраторного двигателя, предварительно приняв ход поршня S равным 78 мм., получим значение средней скорости поршня:

м/с.


Тогда: Pм = 0,034 + 0,0113*15,6 = 0,2103 МПа.


Среднее эффективное давление и механический КПД:

Ре = Рj - Рм = 1,1124 – 0,2103 = 0,9021 МПа.

?м = .


Эффективный КПД и эффективный удельный расход топлива:

?е = ?j * ?м = 0,3388 * 0,811 = 0,2748

gе = г/кВт.ч.


параметры

Индикаторные и эффективные параметры двигателя.

n, мин-1

1000

3200

6000

6300

Рj , , МПа

1,2115

1,3415

1,1588

1,1138

Рj , МПа

1,1630

1,2879

1,1124

1,0693

?j

0,3292

0,3845

0,3388

0,3288

gj , г/кВт.ч

249

213

242

249

Vп.ср , м/с

2,6

8,32

15,6

16,38

Рм , МПа

0,0634

0,1280

0,2103

0,2191

Ре , МПа

1,0997

1,1599

0,9021

0,8502

?м

0,9455

0,9006

0,811

0,7951

?е

0,3113

0,3463

0,2748

0,2614

gе , г/кВт.ч

263

237

298

313

2. Основные параметры двигателя


Литраж двигателя:

дм3.

Рабочий объем одного цилиндра:

дм3.


Диаметр цилиндра. Так как ход поршня предварительно был принят S = 78 мм, то:

мм.

Окончательно принимается D = 88 мм, S = 78 мм.



Площадь поршня:

дм.


Литраж двигателя:

дм3..


Мощность двигателя:

Nе = кВт.


Литровая мощность двигателя:

Nл = кВт/л.


Крутящий момент:

Ме = Н*М.


Часовой расход топлива:

GT = Nе * gе * 10-3 = 86 * 298* 10-3 = 25,5 кг/ч.


параметры

Основные параметры и показатели двигателя.

n, мин-1

1000

3200

6000

6300

Fп , дм2

0,61

1,9

45,1

Vл , л

Nл , кВт/л

Nе , кВт

17,38

58,66

86

84,66

Ме , Н*М

166,06

175,15

136,23

128,39

GT , кг/ч

4,57

13,88

25,51

26,53


3. Построение индикаторных диаграмм


Определяем объем камеры сгорания:

Vc = дм3.


Находим полный объем цилиндра:

Vа = Vc + Vh = 0,05 + 0,4822 = 0,534


Рассчитанные точки:

ВМТ: Pr = 0,118 Mpa; Рс = 2,1036 МПа; Pz = 7,9635 МПа.

НМТ: Ра = 0,085 Mpa; Рв = 0,4296 МПа.

Задаваясь различными углами ? поворота коленчатого вала, определяем положение поршня по формуле:

х =

Задаем ? = 0,285

Затем при этих углах ? находим текущий объем над поршневого пространства:

Vх = Vc + хFп.


Определяем давление на линии сжатия и расширения при выбранных углах поворота коленчатого вала:


;

;

Результаты расчета приведены в таблице № 1.

Таблица № 1.

??

х, дм.

Vх , дм3

1

0

0

0,05185

0,118/0,085

0,1015

2

10

0,0076

0,056486468

0,085

0,093

3

20

0,03002

0,07016276

0,085

0,085

4

30

0,06614

0,092197744

0,085

0,085

5

40

0,1142

0,121515

0,085

0,085

6

50

0,17192

0,156724604

0,085

0,085

7

60

0,23668

0,196225563

0,085

0,085

8

70

0,30568

0,238318523

0,085

0,085

9

80

0,37617

0,281317616

0,085

0,085

10

90

0,44557

0,32365075

0,085

0,085

11

100

0,51162

0,363939419

0,085

0,085

12

110

0,57246

0,401051708

0,085

0,085

13

120

0,62668

0,434125563

0,085

0,085

14

130

0,67329

0,462562949

0,085

0,085

15

140

0,71171

0,485998946

0,085

0,085

16

150

0,74164

0,504252631

0,085

0,085

17

160

0,76289

0,517268509

0,085

0,085

18

170

0,77575

0,525057997

0,085

0,085

19

180

0,78

0,52765

0,085/0,4296

0,085

20

190

0,77575

0,525057997

0,087011

0,087011

21

200

0,76298

0,517268509

0,08882

0,08882

22

210

0,74164

0,504252631

0,091989

0,091989

23

220

0,71171

0,485998946

0,096777

0,096777

24

230

0,67329

0,462562949

0,103587

0,103587

25

240

0,62668

0,434125563

0,113038

0,113038

26

250

0,57246

0,401051708

0,12606

0,12606

27

260

0,51162

0,363939419

0,144081

0,144081

28

270

0,44557

0,32365075

0,169323

0,169323

29

280

0,37617

0,281317616

0,205346

0,205346

30

290

0,30568

0,238318523

0,257996

0,257996

31

300

0,23668

0,196225563

0,337093

0,337093

32

310

0,17192

0,156724604

0,459275

0,459275

33

320

0,1142

0,121515

0,651825

0,651825

34

330

0,06614

0,092197744

0,953074

0,953074

35

340

0,03002

0,07016276

1,387839

1,387839

36

350

0,0076

0,056486468

1,870278

1,965

37

360

0

0,05185

2,1042/7,964

2,5243

38

370

0,0076

0,056486468

7,154373

6,769

39

380

0,03002

0,07016276

5,453565

5,453565

40

390

0,06614

0,092197744

3,874148

3,874148

41

400

0,1142

0,121515

2,741886

2,741886

42

410

0,17192

0,156724604

1,993858

1,993858

43

420

0,23668

0,196225563

1,50479

1,50479

44

430

0,30568

0,238318523

1,179789

1,179789

45

440

0,37617

0,281317616

0,958543

0,958543

46

450

0,44557

0,32365075

0,804248

0,804248

47

460

0,51162

0,363939419

0,694381

0,694381

48

470

0,57246

0,401051708

0,614892

0,614892

49

480

0,62668

0,434125563

0,556816

0,556816

50

490

0,67329

0,462562949

0,514295

0,501

Продолжение таб. 1.

51

500

0,71171

0,485998946

0,483436

0,473

52

510

0,74164

0,504252631

0,461626

0,427

53

520

0,76298

0,517268509

0,44713

0,395

54

530

0,77575

0,525057997

0,43884

0,360

55

540

0,78

0,52765

0,436143

0,3349

56

550

0,77575

0,525057997

0,118

0,297

57

560

0,76298

0,517268509

0,118

0,252

58

570

0,74164

0,504252631

0,118

0,215

59

580

0,71171

0,485998946

0,118

0,185

60

590

0,67329

0,462562949

0,118

0,146

61

600

0,62668

0,434125563

0,118

0,118

62

610

0,57246

0,401051708

0,118

0,118

63

620

0,51162

0,363939419

0,118

0,118

64

630

0,44557

0,32365075

0,118

0,118

65

640

0,37617

0,281317616

0,118

0,118

66

650

0,30568

0,238318523

0,118

0,118

67

660

0,23668

0,196225563

0,118

0,118

68

670

0,17192

0,156724604

0,118

0,118

69

680

0,1142

0,121515

0,118

0,118

70

690

0,06614

0,092197744

0,118

0,118

71

700

0,03002

0,07016276

0,118

0,118

72

710

0,0076

0,056486468

0,118

0,1098

73

720

0

0,05185

0,118/0,085

0,1015


Скругление индикаторной диаграммы.

Учитывая быстроходность рассчитываемого двигателя, устанавливаем следующие фазы газораспределения:

Начало ( точка r,) - 20? до ВМТ; окончание (точка а,,) - 60? после НМТ.

Начало ( точка b,) - 60? до НМТ; окончание (точка а,) - 20? после ВМТ.

Угол опережения зажигания принимаем 30? (точка с,), продолжительность периода задержки воспламенения – ?? = 10? , отсюда 30 – 10 = 20?( точка f)

Поло?ение точки с,, определяем из выражения:

РС,, = (1,15...1,25)рс = 1,2*2,1036 = 2,5243 МПа.


Действительное давление сгорания:

Pzд = 0,85* pz = 0,85*7,9635 = 6,769 МПа.


Принято считать, что это давление достигает через 10? после ВМТ.

Нарастание давления от точки с,, до точки z составит ?р/?? = 0,417, что означает плавную работу двигателя.

Результаты расчета положения характерных точек приведены в таблице № 2.


Таблица № 2

Обозначение

Положение

??

х, дм.

Vх , дм3

r

20?до ВМТ

700

0,03002

0,064158576

0,118

r

20? после ВМТ

20

0,03002

0,064158576

0,085

a

60? после НМТ

240

0,62668

0,434125563

0,113038

f

30?до ВМТ

330

0,06614

0,078968975

1,179456

c

20?до ВМТ

340

0,03002

0,064158576

1,569637

r

ВМТ

360

0

0,05185

0,1015

c


ВМТ

360

0

0,05185

2,5243

zд

10? после ВМТ

370

0,0076

0,054966315

6,769

b

60?до НМТ

480

0,62668

0,434125563

0,556816

b’’

НМТ

540

0,78

0,52765

0,334927



Список используемой литературы


1. Колчин А.И., Демидов В.П. "Расчет автомобильных и тракторных двигателей" М.: Высшая школа, 2002 год.

© Рефератбанк, 2002 - 2017