Автомобiльнi двигуни

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТРАНСПОРТНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Кафедра «Двигуни і теплотехніка»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РОЗРАХУНКОВО-ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

До курсової роботи з дисципліни:

«Автомобільні двигуни»

 

 

 

 

 

 

 

 

Виконав:

студент групи АТ-IV-1

Соболєв Дмитра Віталійовича

Перевірив:

Дмитренко Володимир Ількович

 

 

 

 

Київ 2013 
ЗМІСТ

 

1   Тепловий розрахунок ДВЗ...................................................................................................3

1.1 Вибір, обґрунтування і визначення вихідних параметрів для теплового розрахунку..3

1.2 Параметри продуктів  згорання в циліндрі двигуна  в кінці процесу випуску...............4

1.3 Параметри робочого  тіла в процесі впуску......................................................................4

1.4 Параметри робочого  тіла в процесі стискання.................................................................5

1.5 Параметри робочого  тіла в процесі згорання...................................................................5

1.6 Параметри робочого  тіла в кінці розширення..................................................................7

1.7 Індикаторні показники, які характеризують робочий цикл...........................................8

1.8 Ефективні показники, які  характеризують робочий цикл..............................................8

1.9 Основні розміри двигуна...................................................................................................9

2.    Динамічний розрахунок...................................................................................................10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ТЕПЛОВИЙ РОЗРАХУНОК ДВЗ

Тепловий розрахунок ДВЗ виконують з метою визначення параметрів стану робочого тіла в циліндрі ДВЗ в характерних точках робочого циклу, за якими розраховують індикаторні та ефективні показники робочого циклу, а також основні розміри двигуна.

1.1 Вибір, обґрунтування  і визначення вихідних параметрів  для теплового розрахунку

Параметри оточуючого середовища 
    Для виконання курсової роботи приймаємо, що температура оточуючого середовища Т0 = 288 К, а тиск – р0 = 0,101325 МПа.

Газова стала повітря Rпов=287 Дж/(кг*К)

Тактність двигуна

У відповідності до завдання на курсову роботу - число тактів циклу τ = 4.

 

Тип камери згорання

Напівсферична.

 

Ступінь стискання

Ступінь стискання (ε) двигуна, що заданий – ε = 18

 

Коефіцієнт надміру повітря

Коефіцієнт надміру повітря α = 1,2

 

Підвищення температури заряду

В процесі впуску відбувається підвищення температури заряду ΔТ = 29 К.

 

Відношення ходу поршня до діаметра циліндра

Відношення ходу поршня до діаметра циліндра S/D = 1,05.

 

Показник політропи стискання

Приймаємо показник політропи стискання рівний n1 = 1,35.

 

Тип і конструктивні параметри механізму газорозподілу

Клапанний газорозподільчий механізм з двома клапанами в кожному циліндрі. Фази газорозподілу наведені в табл. 1.1.

 

 

 

Таблиця 1.1 – Фази газорозподілу двигуна, що розраховується

Модель двигуна	Номінальна частота обертання, хв-1	Впускний клапан, град п.к.в.			Випускний клапан, град п.к.в.
		Відкриття до ВМТ	Закриття після НМТ	Тривалість	Відкриття до НМТ	Закриття після ВМТ	Тривалість
КАМАЗ-740	2600	13	49	242	66	10	256

 

1.2 Параметри продуктів  згорання в циліндрі двигуна  в кінці процесу випуску

Тиск в кінці випуску (pr, МПа) дещо більший за атмосферний:

 

 

Приймаємо pr = 0,117 МПа.

 

Температуру газів в кінці випуску (Tr, К) приймаємо за існуючими даними: для бензинового двигуна – Tr = 800К.

1.3 Параметри робочого  тіла в процесі впуску

Припускають, що тиск в процесі впуску (ра, МПа) постійний, його значення в кінці впуску розраховують за залежністю:

 

 

де (β2 + φвп) – сумарний коефіцієнт, що враховує гасіння швидкості (β2) та опір впускної системи, віднесений до площі прохідного перерізу клапану (φвп). Приймаємо  
(β2 + φвп) = 2,8;

ωкл – середня швидкість руху заряду в прохідному перерізі клапану (ωкл = 90 м/с);

ρ0 – густина свіжого заряду за даних атмосферних умов, кг/м3

 

де Rпов – газова стала повітря, Rпов = 287 Дж/(кг · К).

 

Коефіцієнт залишкових газів:

 

 

Температура в кінці впуску, К:

 

 

Коефіцієнт наповнення:

 

 

 

 

 

 

1.4 Параметри робочого  тіла в процесі стискання

 

Тиск в кінці процесу стискання, МПа:

 

,

де n1 – показник політропи стискання.

 

Температура, К:

 

 

 

Перевіряємо розрахунки порівнюючи значення рс і Тс із значеннями для існуючих двигунів:

 

 

 

1.5 Параметри робочого  тіла в процесі згорання

 

Для розрахунку параметрів стану робочого тіла в кінці процесу згорання необхідні дані про елементарний склад та фізичні параметри палива (табл. 1.2).

 

 

 

Таблиця 1.2 – Елементарний склад та фізичні параметри палива

Паливо	Елементарний склад палива (масові частки), кг/кг			Мольна маса μn, кг/моль	Нижча теплота згорання hн, МДж/кг
	Вуглець С	Водень Н	Кисень О
Дизельне	0,870	0,126	0,004	190	42,5

 

При цьому С + Н + О = 1

Теоретично необхідна кількість повітря, для згорання 1 кг палива:

 

а) кмоль/кг

 

 

 

б) кг/кг

 

 

Перевірка:

 

 

де μпов – мольна маса повітря, μпов = 28,97 кг/кмоль.

 

Кількість свіжого заряду (повітря і паливо), кмоль/кг: 

 

 

де μn – мольна маса палива, кг/моль.

Кількість продуктів згорання, що утворюються в процесі згорання палива (при неповному згоранні), кмоль/кг:

 

 

 

Коефіцієнт молекулярних змін, який характеризує відносну зміну об’єму внаслідок згорання (хімічний) і, з урахуванням наявності в заряді залишки віх газів (дійсний):

хімічний:  

 

дійсний:

 

 

 

Температуру робочого тіла в кінці процесу згорання Тz визначають як функцію внутрішньої енергії або ентальпії, значення яких розраховують за рівнянням згорання, МДж/кмоль:

 

 

 

=

де ξ – коефіцієнт використання теплоти в процесі згорання;

ha – активна теплота згорання палива, яка враховує втрати внаслідок неповного згорання через нестачу кисню, МДж/кг.

                                                            Тz=2240K

 

Тиск в кінці процесу згорання, МПа:

 

 

Показники, що характеризують процес згорання

Ступінь підвищення тиску:

 

Ступінь попереднього розширення:

 

Ступінь подальшого розширення:

 

 

 

 

1.6 Параметри робочого  тіла в кінці розширення

 

Тиск, МПа:

 

Температура, К:

 

де n2 – показник політропи розширення, приймаємо n2 = 1,21.

 

 

 

1.7 Індикаторні  показники, які характеризують робочий  цикл

 

1. Середній індикаторний  тиск циклу, МПа:

- розрахунковий

 

 

 

- дійсний

 

де φ – коефіцієнт заокруглення індикаторної діаграми, приймаємо φ = 0,88.

 

Індикаторний коефіцієнт корисної дії (ККД):

 

де pi – дійсний середній індикаторний тиск циклу, МПа;

α – коефіцієнт надміру повітря;

l0 – теоретично необхідна кількість повітря для згорання 1 кг палива,

ηv – коефіцієнт наповнення;

ρ0 – густина заряду за даних атмосферних умов, кг/м3;

hн – нижча теплота згорання палива, МДж/кг.

Питома індикаторна витрати палива, г/(кВт·год):

 

 

1.8 Ефективні показники, які характеризують робочий цикл

 

Середній ефективний тиск циклу, МПа:

 

 

де pм – середній тиск механічних втрат, МПа, який наближено визначають за формулою:

 

 

де a і b – постійні коефіцієнти (a = 0,105; b = 0,0138 );

Cn – середня швидкість поршня в номінальному режимі (приймаємо Cn = 11 м/с).

 

 

Коефіцієнти корисної дії (ККД):

- механічний

 

 

- ефективний

 

 

 

 

Питома ефективна витрата палива, кг/(кВт·год):

 

 

 

1.9 Основні розміри  двигуна

 

Потужність двигуна, віднесена до 1 л робочого об’єму, кВт/л:

 

 

де n – частота обертання колінчастого вала двигуна, хв-1;

τ – тактність двигуна.

 

 

Робочий об’єм двигуна, л:

 

 

 

Робочий об’єм одного циліндра, см3:

 

де і – число циліндрів (і = 8).

 

Діаметр циліндра, мм:

 

 

Хід поршня, мм:

 

 

 

Визначаємо радіус кривошипа:

 

 

Визначаємо довжину шатуна:

 

 

де λш – відношення радіуса кривошипа до довжини шатуна, приймаємо λш = 0,25.

Занесемо отримані дані, для двигуна, що проектується, та дані двигуна-прототипу у таблицю 1.3.

 

Таблиця 1.3 – Порівняння основних параметрів двигуна, що проектується та двигуна-прототипа 

 

 

Параметри, їх позначення і одиниці вимірювання	Значення параметрів
	прототип	двигун, що проектується
Номінальна потужність Ne ,кВт	120	120
Номінальна частота обертання nн, хв-1	2600	2600
Робочий об’єм двигуна Vл, л	9,78	9,78
Середній ефективний тиск pe, МПа		0,64
Ефективна питома витрата палива ge, кг/(кВт·год)		0,3