Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

Гродненский государственный университет

им. Я. Купалы

Курсовой проект

по дисциплине “Силовые установки транспортных средств”

на тему “Тепловой и динамический расчет двигателя”

Гродно 2010

Содержание

Введение

1. Тепловой расчет двигателя

1.1 Выбор топлива, определение его теплоты сгорания

1.2 Определение параметров рабочего тела

1.3 Определение параметров окружающей среды и остаточных газов

1.4 Расчет параметров процесса впуска

1.5 Расчет параметров процесса сжатия

1.6 Расчет параметров процесса сгорания

1.7 Расчет параметров процесса расширения и выпуска

1.8 Определение индикаторных показателей двигателя

1.9 Определение эффективных показателей двигателя

1.10 Определение основных размеров цилиндра и параметров двигателя

1.11 Построение индикаторной диаграммы

2. Расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя

3. Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателя

3.1 Расчет сил давления газов

3.2 Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма

3.3 Расчет сил инерции

3.4 Расчет суммарных сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме

3.5 Расчет сил, действующих на шатунную шейку коленчатого вала

3.6 Построение графиков сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме

3.7 Построение диаграммы износа шатунной шейки

3.8 Построение графика суммарного крутящего момента двигателя

Заключение

Литература

Введение

Целью курсовой работы является систематизация и закрепление знаний, полученных студентами при изучении теоретического курса дисциплины «Силовые установки транспортных средств», а также при выполнении практических и лабораторных работ; освоение методики и получение практических навыков теплового и динамического расчета автомобильного (тракторного) двигателя.

Приведенная в настоящем курсовом проекте последовательность расчета двигателя базируется на известных методиках, изложенных в литературе.

Помимо указанных данных при выполнении курсовой работы студенту необходимо самостоятельно выбрать ряд величин, используя сведения о принятом прототипе двигателя.

1 Тепловой расчет двигателя

1.1 Выбор топлива, определение его теплоты сгорания

Для бензинового двигателя с впрыском в соответствии с заданной степенью сжатия () октановое число используемого бензина находится в пределах от 90 до 100. Выбираем следующие виды бензинов: “Регуляр-91”, “Регуляр-92”, “Премиум-95”, “Супер-98”,

Низшая теплота сгорания жидкого топлива, кДж/кг:

	(1.1)

где - массовые доли углерода, водорода и кислорода в одном килограмме топлива.

1.2 Определение параметров рабочего тела

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания одного килограмма жидкого топлива:

	(1.2)

Количество свежего заряда:

	(1.3)

где - коэффициент избытка воздуха;

= 115 кг/кмоль - средняя молярная масса бензина.

При не полном сгорании топлива () в состав продуктов сгорания входят: оксид углерода , углекислый газ, водяной пар, водород и азот .

Количество отдельных компонентов продуктов сгорания жидкого топлива при :

1. Оксида углерода:

	(1.4)

2. Углекислого газа:

	(1.5)

3. Водяного пара:

	(1.6)

4. Водорода:

	(1.7)

5. Азота:

	(1.8)

Общее количество продуктов сгорания жидкого топлива:

	(1.9)

1.3 Определение параметров окружающей среды и остаточных газов

При работе двигателя без наддува давление и температура окружающей среды:

Давление остаточных газов:

	(1.10)

Температура остаточных газов:

1.4 Расчет параметров процесса впуска

Давление газов в цилиндре определяется по формуле:

	(1.11)

где, - потери давления за счет сопротивления впускной системы и затухания скорости движения заряда в цилиндре.

Величина с учетом некоторых допущений определяется из уравнения Бернулли, МПа:

	(1.12)

где, - коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом сечении цилиндра;

- коэффициент сопротивления впускной системы, отнесенный к наиболее узкому ее сечению;

- средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы (как правило, в клапане или продувочных окнах), м/с;

- плотность заряда на впуске (при отсутствии наддува ), кг/м3.

По опытным данным в современных автомобильных двигателях с электронным управлением на номинальном режиме:

Плотность заряда на впуске:

	(1.13)

где, = 287 Дж/(кгград) - удельная газовая постоянная воздуха.

Коэффициент остаточных газов характеризует качество очистки цилиндра от продуктов сгорания; с его ростом уменьшается количество свежего заряда, поступающего в цилиндр двигателя в процессе впуска:

	(1.14)

где , - температура подогрева свежего заряда при его контакте со стенками впускного трубопровода и цилиндра;

- степень сжатия.

Температура подогрева свежего заряда принимается в зависимости от типа двигателя:

	(1.14)

Температура заряда в конце процесса впуска:

	(1.15)

Коэффициент наполнения без учета продувки и дозарядки четырехтактного двигателя:

	(1.16)

1.5 Расчет параметров процесса сжатия

По опытным данным при жидкостном охлаждении величина показателя политропы сжатия для бензиновых двигателей:

Давление и температура конца процесса сжатия определяются из уравнения политропы с постоянным показателем :

	(1.17)
	(1.18)

1.6 Расчет параметров процесса сгорания

Целью расчета процесса сгорания является определение температуры и давления в конце видимого сгорания.

Температура , определяется путем решения уравнения сгорания, которое имеет вид:

	(1.19)

где - коэффициент использования теплоты;

- теплота сгорания рабочей смеси, кДж/кмоль раб.см;

- средняя мольная теплоемкость свежего заряда при постоянном объеме, кДж/кмоль град;

- средняя мольная теплоемкость продукта сгорания при постоянном объеме , кДж/кмоль град;

- действительный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси.

По опытным данным значения коэффициента для двигателей c электронным впрыском при их работе на номинальном режиме:

Теплота сгорания рабочей смеси, кДж/кмоль раб.см.:

	(1.20)

где - количество теплоты потерянное вследствие химической неполноты сгорания, кДж/кг:

	(1.21)

Тогда имеем:

Средние мольные теплоемкости:

свежего заряда

	(1.22)

продуктов сгорания, :

	(1.23)

Действительный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси:

	(1.24)

Уравнение сгорания (1.19) после подстановки аналитических выражений всех рассчитываемых параметров и последующих преобразований можно представить в виде уравнения второго порядка относительно :

	(1.25)

где A, B и C - коэффициенты уравнения второго порядка относительно :

	(1.26)
	(1.27)
	(1.28)

Решение уравнения второго порядка относительно имеет вид:

	(1.29)

Теоретическое давление:

	(1.30)

Действительное давление:

	(1.31)

Степень повышения давления:

	(1.32)

1.7 Расчет параметров процесса расширения и выпуска

По опытным данным средние значения величины при номинальной нагрузке:

Давление и температура конца процесса расширения:

	(1.33)
	(1.34)

Правильность предварительного выбора температуры остаточных газов проверяется с помощью выражения:

	(1.35)

Погрешность менее 10%, соответственно температура остаточных газов выбрана верно.

1.8 Определение индикаторных показателей двигателя

Теоретическое среднее индикаторное давление, МПа:

	(1.36)

Действительное среднее индикаторное давление:

	(1.37)

где - коэффициент полноты диаграммы, который принимается равным:

Индикаторный КПД двигателей, работающих на жидком топливе:

	(1.38)

Индикаторный удельный расход жидкого топлива:

	(1.39)

1.9 Определение эффективных показателей двигателя

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

	(1.40)

где выражено в м/с;

a, b - коэффициенты, значения которых устанавливаются экспериментально.

Для высокофорсированного двигателя с впрыском топлива и электронным управлением имеем:

а = 0,024 МПа;

b = 0,0053 (МПаc)/м;

Средняя скорость поршня:



	(1.41)

где S - ход поршня, мм;

n - номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя, мин1.

Для заданного прототипа ход поршня S составляет 80 мм.

Среднее эффективное давление:

	(1.42)

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

	(1.43)

Эффективный КПД двигателя:

	(1.44)

Эффективный удельный расход жидкого топлива:

	(1.45)

1.10 Определение основных размеров цилиндра и параметров двигателя

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

	(1.46)

где - тактность двигателя;

- эффективная мощность для номинального режима, кВт;

- среднее эффективное давление, МПа;

- обороты коленчатого вала на номинальном режиме, .

Рабочий объем одного цилиндра:

	(1.47)

где, - число цилиндров двигателя.

Диаметр цилиндра:

	(1.48)

Ход поршня, мм:

	(1.49)

По рассчитанным значениям D и S определяем основные параметры двигателя:

литраж двигателя:

	(1.50)

эффективная мощность:

	(1.51)

эффективный крутящий момент:

	(1.52)

часовой расход топлива:

	(1.53)

Средняя скорость поршня:

Проверяем правильность предварительного расчета средней скорости поршня:

1.11 Построение индикаторной диаграммы

Построение индикаторной диаграммы ДВС производится в координатах (давление - объем) или (давление - ход поршня) на основании данных расчета рабочего цикла.

В начале построения на оси абсцисс откладывается отрезок АВ, соответствующий рабочему объему цилиндра, а по величине равный ходу поршня в масштабе , который в зависимости от величины хода поршня принимаем 1:1.

Отрезок ОА (мм), соответствующий объему камеры сгорания:

ОА=АВ/(?-1); (1.54)

ОА = 79,4/(10,8-1) = 8,102 мм.

При построении диаграммы масштабы давлений (Мр = 0,07 МПа в мм).

Построение политроп сжатия и расширения можно осуществлять аналитическим или графическим методом. Для аналитического метода точки политроп сжатия и расширения приведены в таблице 1.1

Таблица 1.1 - Определение точек политроп сжатия и расширения аналитическим методом

№ точки	Ox, мм	OB/Ox	Политропа сжатия	Политропа расширения
				px, Мпа	рх/Mp, мм		px, Мпа	рх/Mp, мм
1	8,102	10,8	26,361	2,452	35	20,29	9,577	136,8
2	16,924	5,2	9,649	0,897	12,8	8,049	3,799	54,3
3	25,746	3,4	5,38	0,5	7,1	4,702	2,219	31,7
4	34,569	2,5	3,525	0,328	4,7	3,187	1,504	21,5
5	43,391	2	2,594	0,241	3,4	2,403	1,134	16,2
6	52,213	1,7	2,074	0,193	2,8	1,957	0,924	13,2
7	61,035	1,4	1,588	0,148	2,1	1,531	0,723	10,3
8	69,858	1,3	1,434	0,133	1,9	1,394	0,658	9,4
9	78,68	1,1	1,14	0,106	1,5	1,128	0,532	7,6
10	87,502	1	1	0,093	1,3	1	0,472	6,7

Страницы: 1, 2

Голосование

Как вы оцениваете работу нашего сайта? Отлично Хорошо Нормально Плохо Результаты