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 двигателей.
Специфика технологии производства двигателей и повышение требований к качеству двигателей при возрастающем объеме их 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.
Выполнение задач по производству и эксплуатации транспортных двигателей требует от специалистов глубоких знаний рабочего процесса двигателей, знания их конструкций и расчета двигателей внутреннего сгорания.
Рассмотрение отдельных процессов в двигателях и их расчет позволяют определить предполагаемые показатели цикла, мощность и экономичность, а также давление газов, действующих в надпоршневом пространстве цилиндра, в зависимости от угла поворота коленчатого вала. По данным расчета можно установить основные размеры двигателя (диаметр цилиндра и ход поршня ) и проверить на прочность его основные детали.
1. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ
ТАБЛИЦА 1. Параметры двигателя
|
Модель двигателя |
Номинальная мощность Ne кВт . |
Частота вращения кален вала n, обр/мин |
Число и расолежение цилиндров |
Степень сжатия е |
Диаметр цилиндра D, мм |
Ход поршня S, мм |
Рабочий объем Vл, л |
Минимальны удельный расход топлива ge, г/кВт*ч |
|
|
ВАЗ-2107 |
55,6 |
5600 |
4-Р |
8,5 |
76 |
66 |
1,197 |
313 |
|
По заданным параметрам двигателя произвести тепловой расчет, определить параметры состояния рабочего тела, соответствующие характерным точкам цикла, индикаторные и эффективные показатели двигателя, диаметр цилиндра и ход поршня, построить индикаторную диаграмму. Тепловой расчет для карбюраторного двигателя произвести для режима максимальной мощность.
При проведении теплового расчёта для карбюраторного двигателя выбираем следующие параметры:
Давление окружающей среды ро = 0,1 МПа
Температура окружающей среды То = 293 К
Давление остаточных газов рr = 0,114 МПа
Температура остаточных газов Тr = 1050 К
Подогрев свежего заряда ?Т = 20?С
Коэффициент наполнения зv = 0,8
Коэффициент избытка воздуха б = 0,96
В соответствии с заданной степенью сжатия е = 8,5 можно использовать бензин АИ 93
Молекулярная масса топлива: С = 0,855; Н = 0,145; mt = 115 кг/моль
Низшая теплота сгорания: Нu = 33,891*C+125,6*H-2,51*9*H= 44 МДж/кг
Средний показатель политропны сжатия n1 = 1,37
Средний показатель политропны расширения n2 = 1,24
Коэффициент использования тепла о = 0,9
тепловой карбюраторный двигатель индикаторный
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СОСТОЯНИЯ РАБОЧЕГО ТЕЛА В ХАРАКТЕРНЫХ ТОЧКАХ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ
2.1 ПРОЦЕСС ВПУСКА
Давление в конце впуска
, где
- потери давления в следствие сопротивления впускной системы и затухания скорости движения заряда в цилиндре.
где
в — коэффициент затухания скорости движения заряда;
- коэффициент сопротивления впускной системы;
- средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы;
- плотность заряда на впуске;
;
Коэффициент остаточных газов
Температура в конце впуска
2.2 ПРОЦЕСС СЖАТИЯ
Давление в конце сжатия:
Температура в конце сжатия:
2.3 ПРОЦЕСС СГОРАНИЯ
Определение теоретически необходимого количества воздуха при полном сгорании жидкого топлива . Наименьшее количество кислорода Оо , которое необходимо подвести извне к топливу для полного его окисления.
кмоль воз/кг топл
кг возд/кг топл, где
С, Н, О — массовые доли углерода, водорода и кислорода в элементарном составе топлива;
0,21 — объёмное содержание кислорода в 1 кг воздуха;
0,23 — массовое содержание кислорода в 1 кг воздуха;
Действительное количество молей свежего заряда:
где
- действительное количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг воздуха.
- молекулярная масса паров автомобильных бензинов.
Количество молей продуктов сгорания, ,
Действительный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси:
, где
- коэффициент молекулярного изменения горючей смеси.
Температура в конце видимого сгорания:
- Температура конца видимого сгорания Тz для карбюраторного двигателя б<1 определяется из уравнения сгорания:
, где
о — коэффициент использования тепла;
- теплопроводность топлива;
- неполнота сгорания топлива;
- и — средние мольные теплоёмкости при постоянном объёме рабочей смеси и продуктов сгорания, значения средних мольных теплоемкостей приближенно определяем по формулам;
Определяем температуру в конце сгорания по уравнению сгорания:
тогда получим :
Давление в конце видимого сгорания карбюраторного двигателя
Степень повышения давления
2.4 ПРОЦЕС РАСШИРЕНИЯ
В процессе расширения происходит преобразование тепловой энергии в механическую, определяем по формулам:
3. ИНДИКАТОРНЫЕ И ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДВИГАТЕЛЯ
Теоретическое средние индикаторное давление определяем по формуле:
Действительное средние индикаторное давление:
, где
ц — коэффициент скругления индикаторной диаграммы для карбюраторных двигателей принимаем равным 0,96
Индикаторный КПД цикла:
Индикаторный удельный расход топлива:
Средние давление механических потерь:
при ,
, где
Средние эффективное давление:
Механический КПД двигателя:
Эффективный КПД и эффективный удельный расход топлива:
4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАМЕТРА ЦИЛИНДРА И ХОДА ПОРШНЯ
Задаем отношение
Определяем рабочий объём двигателя по формуле:
, где
ф = 4 — тактность двигателя;
i = 4 — число цилиндров;
Объём одного цилиндра:
Определяем диаметр и ход поршня:
Окончательно принимаем: S = 66 мм , D = 76мм .
Определяем номинальную мощность двигателя:
|
Двигатель |
N, кВт |
Nн, мин |
е |
D, мм |
S, мм |
Vh, л |
Vп, м/с |
ge, г/кВт?ч |
|
|
Проектируемый |
52,5 |
5600 |
8,5 |
76 |
66 |
1,267 |
12 |
254 |
|
|
Прототип |
55,6 |
5600 |
8,5 |
76 |
66 |
1,197 |
12 |
313 |
|
Вывод : основные данные полученные в тепловом расчёте при сравнение с характеристиками прототипа позволяют сделать вывод о том что для дальнейших расчётов мы можем принять этот двигатель так как расхождение не превышает 10%.
5. ПОСТРОЕНИЕ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ
Индикаторную диаграмму строят для номинального режима работы двигателя, т. е. при
Ne = 52,5 кВт и Nн = 5600 об/мин .
Масштабы диаграммы: масштаб хода поршня Мs = 1 мм в мм ;
Масштаб давлений: Мр = 0,05 МПа в мм .
Приведенные величины, соответствующие рабочему объему цилиндра и объему камеры сгорания:
;
Максимальная высота диаграммы (точка z)
Ординаты характерных точек:
Построение политроп сжатия и расширения аналитическим методом:
а) политропа сжатия отсюда
где
б) политропа расширения отсюда
Результаты расчета точек политроп приведены в табл.
|
№ точек |
OX, мм |
Политропа сжатия |
Политропа расширения |
||||||
|
, мм |
, МПа |
, мм |
, МПа |
||||||
|
1 |
8,8 |
8,5 |
18,76 |
34,1 |
1,7 (точка с) |
14,2 |
136,9 |
6,84 (точка z) |
|
|
2 |
9,3 |
8 |
17,39 |
31,6 |
1,58 |
13,2 |
127,8 |
6,39 |
|
|
3 |
10,7 |
7 |
14,35 |
26,1 |
1,3 |
11,14 |
107,4 |
5,36 |
|
|
4 |
14,9 |
5 |
9,12 |
16,6 |
0,83 |
7,39 |
71,28 |
3,56 |
|
|
5 |
18,7 |
4 |
6,68 |
12,1 |
0,6 |
5,58 |
53,7 |
2,68 |
|
|
6 |
24,9 |
3 |
4,51 |
8,2 |
0,41 |
3,91 |
37,7 |
1,88 |
|
|
7 |
37,4 |
2 |
2,58 |
4,7 |
0,23 |
2,36 |
22,77 |
1,138 |
|
|
8 |
49,86 |
1,5 |
1,74 |
3,1 |
0,15 |
1,653 |
15,93 |
0,796 |
|
|
9 |
74,8 |
1 |
1 |
1,82 |
0,091(точка а) |
1 |
9,64(точка b) |
0,482 |
|
Так как рассчитываемый двигатель достаточно быстроходен n = 5600 об/мин. , то фазы газораспределения устанавливаем с учетом получения хорошей очистки от отработавших газов и обеспечения дозарядки. В связи с этим начало открытия впускного клапана (точка rґ) устанавливается за 18? до прихода поршня в В.М.Т., а закрытие (точка а ґґ) — через 60? после прохода поршнем Н.М.Т.; начало открытия выпускного клапана (точка b ґ) принимаем за 55? до прихода поршня в Н.М.Т., а закрытие (точка а ґ) — через 25? после прохода поршнем В.М.Т. Учитывая быстроходность двигателя, угол опережения зажигания и принимаем равным 35?, а период воспламенения ?ц1 = 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:
где л — отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.
При построении индикаторной диаграммы предварительно принимается л = 0,285.
r’, а’, а», с’, f
|
Обозначение точек |
Положение точек |
Расстояние точек от в.м.т. (AX), мм |
|||
|
до в.м.т. |
18 |
0,0626 |
2,06 |
||
|
после в.м.т. |
25 |
0,1194 |
3,9 |
||
|
после н.м.т. |
60 |
1,5969 |
52,7 |
||
|
до в.м.т. |
35 |
0,2279 |
7,5 |
||
|
до в.м.т. |
30 |
0,1696 |
5,6 |
||
|
до н.м.т. |
55 |
1,6686 |
55,06 |
||
Положение точки определяется по формуле:
- МПа;
мм.
Действительное давление сгорания
МПа;
мм.
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 дb’b»r .
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/teplovoy-raschet-dvs/
1. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей; учеб. пособие для вузов.; М.: Высшая школа, 1980.- 400с.
