Размеры цилиндров и скорость поршня

Стр 1 из 3Следующая ⇒

Федеральное агентство по образованию

Государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Омский государственный технический университет»

Кафедра «Гидромеханики и теплоэнергетики»

Курсовой проект

Часть 1

«Тепловой расчет двигателя»

Выполнил: ст.

Руководитель: Лысенко Е.А.

Омск 2013

Задание_______________ Телятников Юрий Николаевич, ст. гр. ТС-410

к курсовому проекту по дисциплине ‘‘Рабочие процессы, конструкция и основы расчета тепловых двигателей и энергетических установок’’ направление ‘‘Эксплуатация транспортных средств’’.

Курсовой проект в 2-х частях:

1.Тепловой расчет.

2.Динамический расчет и кинематический расчет.

Дата выдачи Дата сдачи записки Дата защиты

задания: на проверку: курсового проекта

_______________ _____________________ __________________

Произвести тепловой расчет 4-х тактного двигателя с искровым зажиганием, предназначенного

для легкового автомобиля, расположение цилиндров рядное

Таблица 1

шифр	Раб. Объем Vh,см³	Топливо	Степень сжатия, ε	Расчетная частота, мин/Соотв. Коэф. Избытка воздуха , α				Примеч.
				Nmin	nм	nN	nмах
1	2	3	4	5	6	7	8	9
	0,85	АИ 92	7	955	3055	5755	6315
				0,95	1	1	0,92

Результаты теплового расчета каждого процесса сводятся в таблице, окончание расчета –тепловой баланс ,представленный в виде следующей таблице

Таблица 2

Составляющие теплового баланса	nmin		nм		nN		nмах
Составляющие теплового баланса	Q[Дж]	q ,%	Q[Дж]	q ,%	Q[Дж]	q ,%	Q[Дж]	q ,%
Теплота, эквивалентная эффективной работе	6709	29,99	24849	37,44	42531	32,85	44978	31,99
Теплота, унесенная отработанными газами	5432	24,28	21959	33,08	44694	34,52	44694	34,63
Теплота, передаваемая охлаждающей среде	5080	22,71	17167	25,87	38309	29,59	41482	28,94
Общее количество теплоты, введенное в двигатель	22367	100	66358	100	129459	100	138367	100

Руководитель _______________ Студент _________________

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Подпись Подпись

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Содержание

I. Тепловой расчёт………………………………………………………………

1. Параметры рабочего тела…………………………………………...

Выбор прототипа…………………………………………………………………

Размеры цилиндров и скорость поршня………………………………………

Расчётные режимы по частоте……………………………………………………

Марка топлива……………………………………………………………………..

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива…

теоретически необходимая масса воздуха………………………………………

Коэффициент избытка воздуха…………………………………………………..

Количество горючей смеси……………………………………………………….

Количество отдельных компонентов продуктов сгорания при К=0,47 и принятых скоростных режимах ………………………………………………….

Общее количество продуктов сгорания………………………………………….

2. Процесс впуска………………………………………………………………….

Давление и температура окружающей среды……………………………………

Температура остаточных газов……………………………………………………

Давление остаточных газов……………………………………………………….

Температура подогрева свежего заряда………………………………………….

Потери давления на впуске……………………………………………………….

Давление в конце впуска…………………………………………………………..

Коэффициент остаточных газов………………………………………………….

Температура в конце впуска………………………………………………………

Коэффициент наполнения ……………………………………………………….

3. Процесс сжатия………………………………………………………………….

Средний показатель адиабаты сжатия ………………………………………..

Давление в конце сжатия……………………………………………………….

Температура в конце сжатия……………………………………………………

Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия………………………………

4. Процесс сгорания……………………………………………………………..

Коэффициент молекулярного изменения горючей и, соответственно, рабочей смеси……………………………………………………………………………..

Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания, и теплота сгорания рабочей смеси………………………………….

Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания………………………….

Коэффициент использования теплоты………………………………………….

Температура в конце видимого процесса сгорания…………………………….

Максимальное давление сгорания теоретическое………………………………

Максимальное давление сгорания действительное…………………………….

Степень повышения давления……………………………………………………

5. Процесс расширения и выпуска………………………………………………..

Средний показатель адиабаты расширения………………………………………

Давление и температура в конце процесса расширения………………………

Проверка ранее принятой температуры остаточных газов……………………..

6. Индикаторные параметры рабочего тела……………………………………..

Теоретическое среднее индикаторное давление……………………………….

Среднее индикаторное давление …………………………………………………

Индикаторный КПД и индикаторный удельный расход топлива ……………..

7. Эффективные показатели двигателя …………………………………………

Среднее давление механических потерь ………………………………………

Средняя скорость поршня ……………………………………………………….

Среднее эффективное давление и механический КПД……………………….

Эффективный КПД и эффективный удельный расход топлива………………

8. Основные параметры и показатели двигателя………………………………

Эффективная мощность ДВС……………………………………………………

Литровая мощность………………………………………………………………

Эффективный крутящий момент………………………………………………..

Часовой расход топлива…………………………………………………………

9. Построение индикаторной диаграммы………………………………………

10. Тепловой баланс двигателя……………………………………………….

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Теплота введенная в ДВС……………………………………………………..

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Теплота эквивалентной эффективной мощности……………………………….

Теплота, отведенная в среду……………………………………………………

Теплота, потерянная с уходящими газами……………………………………..

Теплота, потерянная от химической неполноты сгорания………………….

Неучтённые потери теплоты…………………………………………………..

II.Кинематика…………………………………………………………………….

Перемещение поршня……………………………………………………………

Угловая скорость вращения коленчатого вала…………………………………

Ускорение поршня……………………………………………………………….

III. Динамика………………………………………………………………………

Силы давления газов…………………………………………………………….

Приведение масс частей КШМ……………………………………………………

Силы инерции…………………………………………………………………….

Суммарные силы, действующие в КШМ……………………………………….

Крутящий момент……………………………………………………………….

Заключение………………………………………………………………………

Список литературы………………………………………………………………

Введение.

В настоящее время на наземном транспорте наибольшее распространение получили двигатели внутреннего сгорания. Эти двигатели отличаются компактностью, высокой экономичностью, долговечностью и применяются во всех отраслях народного хозяйства. В настоящее время особое внимание уделяется уменьшению токсичности выбрасываемых в атмосферу вредных веществ и снижению уровня шума работы двигателя.

Специфика технологии производства двигателей и повышение требований к их качеству при возростающем объеме производства обусловили необходимость создания специализированных моторных заводов. Успешное применение двигателей внутреннего сгорания. Разработка опытных конструкций и повышение мощностных и экономических показателей стали возможны в значительной мере благодаря исследованиям и разработке теории рабочих процессов в двигателях внутреннего сгорания.

Рассмотрение отдельных процессов в двигателях и их расчет позволяют определить предпологаемые показатели цикла, мощности и экономичность, а также давление газов, действующих в надпоршневом пространстве цилиндра, в зависимости от поворота коленчатого вала. По данным расчета можно установить основные размеры двигателя (диаметр цилиндра, ход поршня и радиус коленчатого вала) и проверить на прочность его основные основные детали.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Введение

I. Тепловой расчёт.

Параметры рабочего тела.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Тепловой расчет

Выбор прототипа

По заданному литражу выбираем прототип: Ваз- 2106.

Размеры цилиндров и скорость поршня

Ход поршня рассчитываем исходя из заданного литража (0,85 л) и отношения S/D . Принимаем S/D=1, т.е. используем короткоходный двигатель.

Принимаем: S=65 мм; D=65 мм.

Степень сжатия задана .

.

Расчётные режимы по частоте

=955 - минимальная частота;

=3055 - частота при максимальном моменте;

=5755 - частота при максимальной мощности;

=6315 - максимальная частота.

Марка топлива

АИ-92, где 92- октановое число, установленное по исследовательскому методу.

Исходные данные приведены в таблице исходных данных (табл.1)

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива:

.

кмоль возд./кг топл.;

теоретически необходимая масса воздуха:

.

кг возд./кг топл.

Коэффициент избытка воздуха

α = L_g/L_o = l_g / l_o,

где L_g, l_g — соответственно количество кмолей и количество кг воздуха содержащегося в составе свежей смеси; L_o, l_o — соответственно количество кмолей и количество кг воздуха теоретически необходимого (стехиометрическое) для полного сгорания одного кг топлива.

Значение величин α задано в задании при соответствующих частотах

=α=0,95; = α=1; = α; =6315

Количество горючей смеси:

.

Для α = 0,95:

кмоль гор.см./кг топл.;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

8

Тепловой расчет

для α = 1:

кмоль гор.см./кг топл.;

для α = 0,92:

кмоль гор.см./кг топл.

Количество отдельных компонентов продуктов сгорания при К=0,47 и принятых скоростных режимах:

.

Для α = 0,95:

кмоль СО2/кг топл.;

для α = 1:

кмоль СО2/кг топл.;

для α = 0,92:

кмоль СО2/кг топл.

.

Для α = 0,95:

кмоль СО/кг топл.;

для α = 1:

кмоль СО/кг топл.;

для α = 0,92:

кмоль СО/кг топл.

.

Для α = 0,95:

кмоль Н2О/кг топл.;

для α = 1:

кмоль Н2О/кг топл.;

для α = 0,92:

кмоль Н2О/кг топл.

.

Для α = 0,95:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

9

Тепловой расчет

кмоль Н2/кг топл.;

для α = 1:

кмоль Н2/кг топл.;

для α = 0,92:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

10

Тепловой расчет

кмоль Н2/кг топл.

.

Для α = 0,95:

кмоль N2/кг топл.;

для α = 1:

кмоль N2/кг топл.;

для α = 0,92:

кмоль N2/кг топл.

Общее количество продуктов сгорания:

.

Для α = 0,95:

кмоль прод. сгор./кг топл.;

для α = 1:

кмоль прод. сгор./кг топл.;

для α = 0,92:

кмоль прод. сгор./кг топл.

Таблица 3

Результаты расчётов количества продуктов сгорания

Параметры

n 995 3055 5755 6315

α 0,95 1 1 0,92

0,4998 0,5257 0,5257 0,4843

0,0639 0,0713 0,0713 0,0595

0,0073 0 0 0,0117

0,069 0,0725 0,0725 0,067

0,0034 0 0 0,0055

0,389 0,4095 0,4095 0,3767

0,5327 0,5532 0,5532 0,5205

Процесс впуска и газообмена.

Давление и температура окружающей среды при работе двигателя без наддува МПа и К.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

11

Тепловой расчет

Температура остаточных газов. При постоянных значениях степени сжатия =7 температура остаточных газов практически линейно возрастает с увеличением скоростного режима при α=const, но уменьшается при обогащении смеси. Учитывая уже определенные значения n и α, можно принять значения для различных режимов двигателя с впрыском топлива по рис. 5.2(А.И.Колчин, В.П.Демидов «Расчет автомобильных и тракторных двигателей», стр.106).

Давление остаточных газов за счет расширения фаз газораспределения и снижении сопротивлений при конструктивном оформлении выпускных трактов рассчитываемых двигателей можно принять на номинальном

скоростном режиме:

Мпа.

Тогда величины давлений на остальных режимах работы двигателя можно подсчитать по формуле:

,

где .

При об/мин :

.

Для об/мин:

Мпа;

для об/мин:

Мпа;

для об/мин:

Мпа;

для об/мин:

Мпа.

Температура подогрева свежего заряда. С целью получения хорошего наполнения двигателя на номинальных скоростных режимах принимается °С для карбюраторного двигателя. Тогда на остальных режимах ΔТ рассчитываются по формуле:

,

где

,

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

12

Тепловой расчет

тогда при об/мин имеем:

.

Для об/мин:

°С;

для об/мин:

°С;

для об/мин:

°С.

Для об/мин:

°С.

Потери давления на впуске. В соответствии со скоростным режимом (n=5755 об/мин) и при учете качественной обработки внутренних поверхностей впускных систем можно принять для двигателя с впрыском топлива: и м/с. Тогда на всех скоростных режимах двигателя рассчитывается по формуле:

,

где

.

Тогда при об/мин имеем:

Для об/мин:

Мпа;

для об/мин:

МП;

для об/мин:

Мпа;

для об/мин:

Мпа.

Давление в конце впуска:

.

Мпа, и т.д.

Коэффициент остаточных газов. При определении для двигателя с впрыском топлива принимаем коэффициент очистки , а коэффициент дозарядки на номинальном скоростном режиме ( об/мин) – . При этом на минимальном скоростном режиме( об/мин)

. На остальных режимах значения можно получить, приняв линейную зависимость от скоростного режима (см. А.И.Колчин, В.П.Демидов «Расчет автомобильных и тракторных двигателей», стр.107, рис. 5.2). Тогда:

.

     Для об/мин:

;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

13

Тепловой расчет

для об/мин:

;

для об/мин:

;

для об/мин:

.

Температура в конце впуска:

.

Для об/мин:

К;

для об/мин:

К;

для об/мин:

К;

для об/мин:

К.

Коэффициент наполнения:

Для об/мин:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Тепловой расчет

;

для об/мин:

;

для об/мин:

;

для об/мин:

Таблица 4

Результаты расчета процесса впуска и газообмена

Параметры	Процесс впуска и газообмена
n	995	3055	5755	6315
α	0,95	1	1	0,92
	900	1005	1060	1070
	0,1037	0,1053	0,11	0,1113
	15,379	11,32	6	4,897
	0,000401	0,003781	0,13418	0,016156
	0,099599	0,096219	0,086582	0,083844
	0,95	1,025	1,105	1,12
	0,063601	0,054518	0,055436	0,056765
	343,757	340,545	338,971	339,371
	0,884631	0,938795	0,914138	0,89506

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Тепловой расчет

Процесс сжатия.

Средний показатель адиабаты сжатия k1 (при =10, а также рассчитанных значениях ) определяется по номограмме (см. А.И.Колчин, В.П.Демидов «Расчет автомобильных и тракторных двигателей», стр. 73, рис. 4.4), а средний показатель политропы сжатия n1 принимается несколько меньшеk1. При выборе учитывается, что с уменьшением частоты вращения теплоотдача от газов в стенки цилиндра увеличивается, а n1 уменьшается по сравнения с k1 более значительно: при об/мин, =386 К и =10 показатель адиабаты сжатия определен по номограмме k1 =1,368, аn1 =1,360, т.е. принят нисколько ниже. Для остальных случаев nk1 и n1 определяются аналогично.

Давление в конце сжатия:

Для об/мин:

МПа;

для об/мин:

Мпа;

для об/мин:

Мпа;

для об/мин:

Мпа.

Температура в конце сжатия:

Для об/мин:

К;

для об/мин:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Тепловой расчет

К;

для об/мин:

К;

для об/мин:

К.

Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия:

а) свежей смеси (воздуха):

где .

Для об/мин:

кДж/(кмоль·град);

для об/мин:

кДж/(кмоль·град);

для об/мин:

кДж/(кмоль·град);

для об/мин:

кДж/(кмоль·град);

б) остаточных газов - определяется методом интерполяции по табл. 3.8 (А.И.Колчин, В.П.Демидов «Расчет автомобильных и тракторных двигателей», стр. 59).

Для об/мин:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Тепловой расчет

где 23,586 – значение теплоемкости продуктов сгорания при 400°С соответственно при α = 0,95 взятые по табл.3.8;

где 24,014 – значения теплоемкости продуктов сгорания при 500°С соответственно при α = 0,95 взятые по табл.3.8.

Теплоемкость продуктов сгорания при =444°С и α = 0,95:

кДж/(кмоль·град);

Для остальных случаев рассчитывается аналогично.

Для об/мин:

тогда теплоемкость продуктов сгорания при =438°С и α = 1:

кДж/(кмоль·град);

для об/мин теплоемкость продуктов сгорания соответственно при =435ºC и α=1 равна:

кДж/(кмоль·град);

для об/мин, при = 436ºС и α = 0,92:

кДж/(кмоль·град)

в) рабочей смеси:

Для об/мин:

кДж/(кмоль·град);

для об/мин:

кДж/(кмоль·град);

для об/мин:

кДж/(кмоль·град);

для об/мин:

кДж/(кмоль·град).

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Тепловой расчет

Таблица 5

Результаты расчета процесса сжатия

Параметры	Процесс сжатия
n	995	3055	5755	6315
	1,3785	1,3785	1,3785	1,3785
	1,3783	1,3783	1,3783	1,3783
	1,456	1,406	1,265	1,225
	717,218	711,009	707,723	708,557
	444,715	438,009	434,723	708,557
	21,7732	21,7555	21,7468	21,749
	23,7786	23,8784	23,8653	23,6561
	21,8931	21,8652	21,8581	21,8514

Процесс сгорания.

Коэффициент молекулярного изменения горючей и, соответственно, рабочей смеси:

и .

Для об/мин:

и ;

для об/мин:

и ;

для об/мин:

и ;

для об/мин:

и .

Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания, и теплота сгорания рабочей смеси:

и ,

где принять равным 43930 кДж/кг.

Для об/мин:

кДж/кг,

кДж/кмоль раб.см.;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Тепловой расчет

для

об/мин:

кДж/кг,

кДж/кмоль раб.см.;

для об/мин:

кДж/кг,

кДж/кмоль раб.см.;

для об/мин:

кДж/кг,

кДж/кмоль раб.см.

Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания:

определяется по эмпирическим формулам, приведенным в табл. 3.6 и 3.7 (А.И.Колчин, В.П.Демидов «Расчет автомобильных и тракторных двигателей», стр. 58 – 59) для интервала температур от 1501 до 2800°С, соответственно имеем:

Для об/мин:

для об/мин:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Тепловой расчет

для

об/мин:

для об/мин:

Коэффициент использования теплоты 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 снижается. При проведении расчетов двигателя выбирается по опытным данным в зависимости от конструктивных особенностей двигателя. На рис. 5.1 (А.И.Колчин, В.П.Демидов «Расчет автомобильных и тракторных двигателей», стр. 106) приведена достаточно реальная зависимость от скоростного режима карбюраторного двигателя. В соответствии с этим рисунком приняты величины коэффициента использования теплоты:

для об/мин:

=0,875;

для об/мин:

=0,97;

для об/мин:

=0,99;

для об/мин:

=0,98.

Температура в конце видимого процесса сгорания:

для об/мин:

или

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Тепловой расчет

откуда имеем:

°С,

К;

для об/мин:

или

откуда имеем:

°С,

К;

для об/мин:

или

откуда имеем:

°С,

К;

для об/мин:

или

откуда имеем:

°С,

К;

Максимальное давление сгорания теоретическое:

Для об/мин:

МПа;

для об/мин:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Тепловой расчет

МПа;

для об/мин:

МПа;

для об/мин:

МПа.

Максимальное давление сгорания действительное:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Тепловой расчет

Для

об/мин:

МПа;

для об/мин:

МПа;

для об/мин:

МПа;

для об/мин:

МПа.

Степень повышения давления:

Для об/мин:

;

для об/мин:

;

для об/мин:

;

для об/мин:

Таблица 6

Результаты расчета процесса сгорания

Параметры	Процесс сгорания
n	995	3055	5755	6315
	1,06591	1,0523	1,0523	1,0747
	1,06197	1,04963	1,04959	1,07065
	3100,71	0	0	4961,13
	76805,33	79243,63	79174,7	76141,15
	24,616+ +0,002072t_z	24,781+ +0,002091t_z	24,781+ +0,002091t_z	24,511+ +0,00206t_z
	0,875	0,97	0,99	0,98
	2441,573	2504,577	2500,991	2412,267
	2714,573	2777,577	2773,991	2685,267
	5,847	5,766	5,206	4,972
	4,9697	4,9012	4,4249	4,2262
	4,017	4,100	4,114	4,058