Реальные циклы четырехтактных двигателей
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Российский государственный профессионально-педагогический университет» Институт инженерно-педагогического образования Кафедра энергетики и транспорта Задания и методические указания к выполнению курсОвой работы по дисциплине «Транспортная энергетика» для студентов всех форм обучения направления подготовки 44.03.04 Профессиональное обучение (по отраслям) профиля подготовки «Транспорт» Екатеринбург РГППУ 2017 ВВЕДЕНИЕ Задания и методические указания предназначены для студентов института инженерно-педагогического образования РГППУ, обучающихся по профилю «Транспорт». В указаниях приведены необходимые исходные данные для выполнения курсовой работы по тепловому расчету автомобильных двигателей, указаны алгоритм и методики расчетов, а также необходимые справочные данные, включающие примеры графической части и примеры тепловых расчетов двигателей. В первом разделе пособия сформулированы цель, задачи и объем курсовой работы. Второй раздел посвящен выбору исходных данных для последующих расчетов. Третий раздел содержит методики тепловых расчетов двигателей внутреннего сгорания, а также методику построения индикаторных диаграмм. Четвертый раздел содержит методику расчета системы охлаждения двигателей. В пятом разделе приводятся примеры тепловых расчетов двигателей, а также расчеты систем охлаждения двигателей. В последующих разделах изложены требования к оформлению курсовой работы и порядок их защиты. В приложениях приводятся: параметры рассчитываемых двигателей, примеры формирования графической части. Внимательное ознакомление студентов с указаниями позволит лучше и в кратчайшие сроки выполнить курсовую работу.
|
|
|
Цель, задачи и объем курсовой работы
Выполнение курсовой работы преследует цель закрепления знаний по разделам дисциплины «Транспортная энергетика» соответствующим разделам по рабочим процессам двигателей внутреннего сгорания.
Задачами курсового проектирования являются:
1. Закрепление студентами знаний по теории двигателей внутреннего сгорания в сочетании со знаниями, полученными ранее по ряду общетехнических и специальных дисциплин, в их практическом применении к расчёту двигателя.
2. Развитие творческих способностей и инициативы при решении технических задач в области технического обслуживания и диагностики двигателей.
|
|
|
3. Привитие навыков в работе по производству технических расчётов и пользованию справочной литературой.
4. Получение практики по обоснованию принимаемых решений и по критической оценке конструкций двигателей внутреннего сгорания, а также при составлении расчетно-пояснительной записки.
5. Приобретение будущими бакалаврами способности к краткому изложению сути и способов решения задач, мотивированному обоснованию принимаемых решений и методов убеждения.
Для выполнения курсовой работы каждому студенту выдаётся руководителем индивидуальное задание. В задании содержатся: марка двигателя, значение заданной частоты вращения коленчатого вала, мощность двигателя, коэффициент избытка воздуха.
Число и расположение цилиндров, вид охлаждения, способ смесеобразования или форма камеры сгорания выбираются студентом по технической характеристике двигателя, взятой из справочной литературы.
Содержание этапов и ориентировочный объём работы в процентах от общего объёма, а также количество листов, графиков и чертежей указано в таблице 1.
Таблица 1 – График выполнения курсовой работы
| № п/п | Содержание этапов | Полный срок обучения
| Сокращенный срок обучения | ||||
| % от объема | графическая часть | % от объема | графическая часть | ||||
| 1 | Описание двигателя, подготовка исходных данных для расчета | 10 % | общий вид двигателя (изометрия), техническая характеристика, 2 х А4 | 10 % | общий вид двигателя (изометрия), техническая характеристика, 2 х А4 | ||
| 2 | Тепловой расчет двигателя | 50 % | 60 % | ||||
| 3 | Построение диаграммы фаз газораспределения и свернутой индикаторных диаграммы | 15% | А3 | 15 % | А3 | ||
| 5 | Расчет системы охлаждения | 10 % | |||||
| 6 | Оформление расчетно-пояснительной записки | 10 % | 10 % | ||||
| 7 | Защита курсовой работы | 5 % | 5% | ||||
Отдельные вопросы выполнения определяются студентом по согласованию с руководителем.
Исходные данные
Выбор данных для выполнения курсовой работы производите в следующей последовательности.
Пользуясь номером зачетной книжки и таблицы 2, выберите марку двигателя и значение частоты вращения коленчатого вала и мощности для выполнения дальнейших расчетов следующим образом:
- выберите марку двигателя в горизонтальной строке таблицы 2 согласно последней цифре номера зачетной книжки;
|
|
|
- выберите значение частоты вращения коленчатого вала, мощности двигателя и коэффициента избытка воздуха в вертикальной строке
таблицы 2 согласно предпоследней цифре номера зачетной книжки (по согласованию с преподавателем);
- в справочной литературе найдите техническое описание двигателя и его изображение в двух проекциях;
- установите тип выбранного Вами двигателя (дизель, дизель с наддувом, карбюраторный или с распределенным впрыском топлива);
- определите значение давления наддува, в случае, если выбранный Вами двигатель – дизель, на котором согласно технической характеристике завода-изготовителя устанавливается турбонаддув;
- используйте в расчетах стандартное для двигателя значение степени сжатия ε ;
- используйте в расчетах стандартные показатели состава и качества топлива;
- неуказанные эмпирические значения параметров выбирайте из предложенного ряда или справочных данных с учетом скоростного режима работы двигателя;
- необходимые конструктивные соотношения и характеристики деталей выбирайте из предложенных данных или справочной литературы для Вашего двигателя.
Ряд необходимых параметров автомобильных двигателей приведен в приложении.
Таблица 2 – Двигатели и значения частоты вращения коленчатого вала
Окончание таблицы 2
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАСЧЕТОВ
3.1. Особенности основных процессов двигателей внутреннего
сгорания
В отличие от теоретических циклов в реальном цикле состав и количество газа не постоянны. После окончания реального цикла отработавший газ не возвращается в свое первоначальное состояние и не остается в цилиндре, а удаляется из него, уступая место новому заряду, т. е. реальный цикл по существу является разомкнутым. В реальном цикле процессы сжатия и расширения протекают при наличии теплообмена между газом и стенками цилиндра, в результате теплообмена эти процессы протекают по политропам с переменными показателями.
Процессы сгорания и последующего расширения в реальном цикле протекают при интенсивном теплообмене между газом и стенками цилиндров. Процесс сгорания, протекающий при переменном объеме и давлении, характеризуется конечными скоростями и заканчивается на линии расширения. В реальном цикле теплоемкости газов имеют различные значения до и после сгорания, так как температура и состав газов в цилиндре существенно изменяются. В реальном цикле имеют место тепловые и гидравлические потери при процессах наполнения цилиндра свежим зарядом и его освобождения от отработавших газов.
Реальные циклы двигателей изображаются в виде индикаторных диаграмм (в р-v-координатах). Такую диаграмму получают во время испытаний двигателя на стенде с помощью специального прибора - индикатора.
Реальные циклы четырехтактных двигателей
Процесс наполнения (рисунок 1а)
Первый такт-впуск. В начале первого такта поршень находится в положении, близком верхней мертвой точке (ВМТ), на рисунке точка 6. Камера сгорания заполнена продуктами сгорания от предыдущего процесса, давление которых несколько больше атмосферного.
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 1 – Индикаторные диаграммы рабочих тактов
наполнения (а) и сжатия (б)
На индикаторной диаграмме начальному положению поршня в такте соответствует точка 0. При вращении коленчатого вала (в направлении стрелки) шатун перемещает поршень к НМТ, при этом через открытый впускной клапан цилиндр заполняется свежим зарядом (воздухом или горючей смесью). При этом вследствие сопротивления впускной системы давление в цилиндре на 0,01 - 0,03 МПa меньше давления р0 во впускном трубопроводе.
На индикаторной диаграмме такту впуска соответствует сплошная линия 0-1. Давление р0 может быть близким к атмосферному в двигателях без наддува (р0 ≈ 0,1 МПа) или выше него в зависимости от степени наддува (р0 = = рк = 0,13 - 0,45 МПа) в двигателях с наддувом. Для улучшения наполнения цилиндра свежим зарядом впускной клапан некоторое время в начале такта сжатия продолжает оставаться открытым (до точки m). Запаздывание закрытия впускного клапана позволяет использовать для дозарядки разряжение в цилиндре, а также кинетическую энергию столба воздуха, движущегося по впускному трубопроводу. Поэтому фактически процесс наполнения протекает от точки 6 до точки m.
Процесс сжатия (рисунок 1б)
Второй такт - сжатие. При обратном движении поршня к ВМТ производится сжатие поступившего в цилиндр заряда. Давление и температура при этом повышаются, и при некотором перемещении поршня от НМТ давление в цилиндре становится одинаковым с давлением р0 (точка m на индикаторной диаграмме). После закрытия клапана при дальнейшем перемещении поршня давление и температура в цилиндре продолжает повышаться. Значение давления в конце сжатия (точка 2) зависит от степени сжатия, герметичности рабочей полости, теплоотдачи к стенкам цилиндра.
На воспламенение и процесс горения топлива, как при внешнем, так и при внутреннем смесеобразовании требуется некоторое время, хотя и очень малое. Для лучшего использования теплоты, выделяющейся при сгорании, необходимо, чтобы сгорание топлива заканчивалось при положении поршня, близком к ВМТ. Поэтому воспламенение рабочей смеси в двигателях с искровым зажиганием или впрыск топлива в цилиндр в дизельных двигателях производится до прихода поршня в ВМТ (точка 2’) и, после воспламенения, давление вырастает до точки 2”.
На индикаторной диаграмме второму такту соответствует сплошная линия 1-2”.
Сгорание и расширение (рисунок 2а)
Третий такт - сгорание и расширение. Третий такт происходит при ходе поршня от ВМТ к НМТ.
В начале такта интенсивно сгорает топливо, подготовленное к этому в конце второго такта. Выделяется большое количество теплоты, температура и давление в цилиндре резко повышаются, несмотря на некоторое
увеличение объема (участок 2”-3’-4’ на индикаторной диаграмме). Под действием давления происходит дальнейшее перемещение поршня к НМТ и расширение продуктов сгорания, которые совершают полезную работу. Третий такт называют рабочим ходом. На индикаторной диаграмме третьему такту соответствует сплошная линия 2”-3’-4’ -5.
а б
Рисунок 2 – Индикаторные диаграммы рабочего такта (а) и выпуска (б)
Выпуск (рисунок 2 б)
Четвертый такт - выпуск. Во время четвертого такта происходит очистка цилиндра от выпускных газов. Выпускной клапан открывается, когда поршень не доходит до НМТ на 40о – 60о угла поворота коленчатого вала (точка 5’), вследствие этого уменьшается сопротивление движению поршня от НМТ к ВМТ во время вытеснения газов из цилиндра, улучшается его очистка. На индикаторной диаграмме четвертому такту соответствует линия 5 - 0. Чем полнее будет очищен цилиндр от отработавших газов и чем больше поступит в него свежего заряда, тем будет больше полезная работа за цикл.
Для улучшения очистки и наполнения цилиндра выпускной клапан закрывается не в конце такта выпуска (в ВМТ), в несколько позднее при повороте коленчатого вала на 5° - 30° после ВМТ, т.е. в начале первого такта (точка 0’). Таким образом, выпуск протекает от точки 5’ в конце четвертого такта и точки 0’ начале первого. В течение некоторого периода открыты оба клапана (линия 6-0-0’), что улучшает наполнение цилиндра за счет эжектирующего действия потока газов в выпускном трубопроводе.
Схема фаз газораспределения в первом и четвертом тактах представлена на рисунке 3 в виде круговой диаграммы по углу поворота коленчатого вала.
Рисунок 3 - Схема фаз газораспределения:
1 – открытие впускного клапана; 2 – закрытие впускного клапана;
3 – открытие выпускного клапана; 4 – закрытие выпускного клапана
Четвертым тактом заканчивается цикл, в котором только такт сгорания и расширения является рабочим, остальные три такта осуществляются за счет кинетической энергии вращающегося коленчатого вала с маховиком и работы других цилиндров.
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 394; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!