Тепловой и динамический расчет двигателя

 

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

 

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

 

                                                       Кафедра

                               “Двигатели внутреннего сгорания”

 

 

                                                Группа 101421

 

                       “Тепловой и динамический расчет двигателя”

 

                                  Курсовая работа

                      по дисциплине  “Автомобильные двигатели”

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                 Выполнил:       Шинтарь Е.Н.

 

                                                                           Руководитель:   Альферович В.В.

 

 

 

 

 

 

 

                                       Минск 2014

 

                                                      Содержание

 

Введение…………………………………………………………………………………3

1.Исходные данные для теплового  расчета поршневого двигателя  внутреннего сгорания……………………………………………………………………………...…...4

2.Тепловой расчет и определение основных размеров двигателя

    2.1.Процесс наполнения…………………………………...………………………......5

    2.2.Процесс сжатия………………………………………….………………………....6

    2.3.Процесс сгорания………………………………………….…………………….....6

    2.4.Процесс расширения ………………………………….…………………….……..9

    2.5.Процесс выпуска………………………………….………………………………10

    2.6.Индикаторные показатели…………………………….…………………………10

    2.7.Эффективные показатели…………………………………………………...........11

    2.8.Основные показатели и размеры цилиндра двигателя…………………………12

    2.9.Анализ полученных результатов………………………………………………...15

3.Динамический расчет……………………………………………………………........16

    3.1.Построение индикаторной диаграммы………………………………………….18

    3.2.Перестроение индикаторной диаграммы…………………………………….....19

    3.3.Построение графиков сил инерции и суммарной   силы ……………………...20                                              

    3.4.Построение графиков сил Т и К…………………………………………………20

    3.5.Построение графика суммарного крутящего момента…………………………22

4.Расчет и построение  графиков внешней скоростной характеристики двигателя…………………………………………………………………………….......23

5.Система питания……………………………………………………………………...25

    5.1.Карбюраторные системы питания……………………………………………….26

    5.2.Инжекторные системы питания…………………………………………………28

Заключение………………………………………………………………………….......30

Литература………………………………………………………………………………31

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Тепловой расчет двигателя служит для определения параметров рабочего тела в цилиндре (рабочей полости) двигателя, а также оценочных показателей процесса, позволяющих определить размеры двигателя и оценить его мощностные и экономические показатели.

В основе приведенной методики расчета лежит метод В.И. Гриневецкого, в дальнейшем усовершенствованный Е.К. Мазингом. Н.Р. Брилингом, Б.С. Стечкиным и др.

Проведение теплового расчета позволяет освоить связь между отдельными элементами рабочего цикла и получить представление о влиянии различных факторов на показатели двигателя в целом.

Задачей динамического расчета является определение сил, действующих в механизмах преобразования энергии рабочего тела в механическую работу двигателя.

Как правило, тепловой и динамический расчеты выполняются для режима номинальной мощности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Исходные данные для теплового  расчета                                              поршневого двигателя внутреннего сгорания

 

Ne кВТ	N, об/мин	τ	í	S/D	α	ε
50	5650	4	4Р	0,87	0,8	8,5

 

 

Ne-эффективная мощность,  кВТ;

n-частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин;

τ-тактность;

í-число цилиндров двигателя;

S-ход поршня, м;

D-диаметр цилиндра, м;

α-коэффициент избытка воздуха;

ε-степень сжатия;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Тепловой расчет и определение основных

размеров двигателя

 

1. Процесс наполнения

 

    В результате данного  процесса цилиндр двигателя наполняется свежим зарядом. Давление и температура окружающей среды принимаются:

p0 = 0,10Мпа (1,03кг/см²), Т0=298К для автомобильных двигателей.

     Давление остаточных  газов в зависимости от типа  двигателя pr = (1,05…1,25)p0; исходя из этого принимаем pr=0,125МПа.

     Температура остаточных  газов выбирается в зависимости  от типа двигателя с учетом  того, что для бензиновых двигателей  она изменяется в пределах Тr = 900…1100 К, исходя из этого принимаем:

Тr = 1000 К

     В зависимости от  типа двигателя температура подогрева свежего заряда DТ = -5…30 К, примем

DТ = 20 К

     Давление в конце  впуска 

Рa=Р0-DРa.

     Величина потери давления на впуске DРa  для бензиновых

 двигателей DРa = (0,06…0,2)Р0, тогда

DРа = 0,05×0,1=0,005 МПа

Рa=0,10-0,013=0,087 МПа

Коэффициент остаточных газов:

      Величина коэффициента  остаточных газов γr изменяется в пределах:

для бензиновых   γr =0,06…0,12.

где e - степень сжатия. e =8,5

Температура в конце впуска:

                                         

В современных двигателях температура в конце впуска бывает:

для бензиновых  Ta=(320…360).

 Коэффициент наполнения:

      Величина коэффициента  наполнения для бензиновых двигателей  изменяется в пределах: ηv=0,70…0,85.

 

 

2.2.Процесс сжатия

 

     Давление в конце сжатия:

 Температура в конце сжатия:

 В этих формулах n1 – показатель  политропы сжатия, который для  автотракторных двигателей находится  в пределах n1 = 1,34…1,42. Принимаем n1 = 1,34 , тогда

 

      Для автотракторных  двигателей давление и температура в конце сжатия изменяется в пределах :

Таблица 1

Тип двигателя	Pc,Мпа (кг/см²)	Tc, К
Бензиновые	0,9…1,6 (9…16)	550…750

 

 

2.3.Процесс сгорания

 

  Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг    жидкого топлива:

 

где qс; qh; qo - cредний элементарный состав топлива  в долях кг соответственно углерода, водорода и кислорода. Для бензинового топлива  принимают:

    qc = 0,85; qh= 0,15; qo= 0;

 

 Количество кмолей свежего  заряда для бензиновых двигателей:

     где a =0,8 – коэффициент избытка воздуха

mt–молекулярная масса топлива для бензиновых двигателей mt=110…120 кг/кмоль

 

Количество продуктов сгорания при работе двигателей на жидком топливе

   при a<1

Теоретический коэффициент молекулярного изменения:

 

 

Действительный коэффициент молекулярного изменения

 

 

 

Величина μ для бензиновых двигателей  изменяется в пределах μ=1,02…1,12.

    Низшую теплоту сгорания  дизельного  топлива принимаем:

                                         Hu = 44000 кДж/кг

 

Для двигателей, работающих с α<1 подсчитывается потеря тепла  вследствии неполноты сгорания топлива:

 

 

 

     Средняя мольная теплоемкость  свежего заряда определяется  по формуле:

       Средняя мольная  теплоемкость продуктов сгорания  для бензиновых двигателей определяется по формуле:

     Значение коэффициента  использования теплоты для  бензиновых двигателей при работе на нормальном режиме  ξ=0,85…0,95

     Максимальная температура  сгорания подсчитывается по уравнению:

    

     Примем коэффициент  использования тепла x= 0,9. Решая совместно два последних уравнения, находим TZ

 

                              TZ=2612,9 К

    Величина теоретического  максимального давления цикла:

 

Степень повышения давления для бензиновых двигателей

 

 

    Действительное давление  цикла:

   

Таблица 2

Тип двигателя	Tz, K	PzT, Мпа (кг/см²)	Pzd, Мпа (кг/см²)
Бензиновые	2300…2800	3,5…6,5 (35…65)	3,0…5,5 (30…55)

 

 

2.4.Процесс расширения

 

   Степень предварительного  расширения для бензиновых двигателей 

 

Степень последующего расширения для бензиновых двигателей:

 

     

Температура в конце расширения:

Примерные значения Pb и Tb для автотракторных двигателей следующие:

 

 

 

Таблица 3

Тип двигателя	Рb, Мпа (кг/см²)	Tb, K
Бензиновые	0,34…0,50 (3,4…5,0)	1200…1700

 

2.5.Процесс выпуска

 

     Параметрами процесса  выпуска (Рr и Тr) задаются в начале расчета процесса впуска. Правильность предварительного выбора величин Рr и Тr проверяется по формуле проф. Е. К. Мазинга:

 

     Погрешность вычислений  составляет:

 

                                       

 Т.к. погрешность вычислений  не превышает 10% ,то величина Тr выбрана правильно.

 

2.6.Индикаторные показатели

 

     Среднее индикаторное  давление теоретического цикла  для дизельных двигателей подсчитывается  по формуле:

  Среднее индикаторное давление  действительного цикла:

где jп – коэффициент полноты диаграммы, который принимается для двигателей с искровым зажиганием jп = 0,94...0,97

Принимаем jп = 0,95

     Величина Рi для бензиновых двигателей изменяется в следующих пределах Рi=0,8…1,18 МПа

       Индикаторный  КПД для бензиновых двигателей  подсчитывается по формуле:

 

 

   Удельный индикаторный расход  топлива определяется по уравнению:

 

Величина индикаторного КПД для автотракторных бензиновых двигателей

ηi= 0,25…0,40

 

2.7.Эффективные показатели

 

   Механический КПД ,бензинового  двигателя  hм =0,70…0,85;

Принимаем hм=0,85

     Тогда среднее эффективное  давление:

       а эффективный  КПД:

Удельный эффективный расход  топлива: