Основні розрахунки щодо роботи автомобільного двигуна

Зміст

Вступ

1. Хімічні реакції при горінні палива

2. Розрахунок процесів дійсного циклу індикаторних та ефективних показників дійсного циклу двигуна

4. Розрахунок параметрів циліндра та тепловий баланс двигуна

5. Побудова зовнішньої швидкісної характеристики двигуна

6. Кінематичний розрахунок кривошипно-шатуного механізму

7. Побудова індикаторної діаграми циклу двигуна

8. Динамічний розрахунок кривошипно-шатунного механізму

9. Розрахунок та побудова графіків залежностей

10. Розрахунок та побудова поверхневих діаграм

Висновки

Література

Вступ

Впровадження досягнень науково-технічного прогресу в автомобілебудуванні та на автомобільному транспорті вимагає творчого підходу до вирішення наукових і практичних завдань, які стоять перед робітниками цих галузей, що в свою чергу передбачає необхідність підвищення якості підготовки і перепідготовки кадрів для них.

В області розвитку і удосконалення автомобільних двигунів основними задачами на сучасномк етапі являється:

зниження паливної економічності;

питомої маси;

вартості їх виготовлення і експлуатації;

боротьба з токсичними викидами в атмосферу;

зниження шуму при експлуатауії двигунів.

Виконання цих задач вимагає від спеціалістів, пов’язаних з виробництвом та експлуатацією автомобільних двигунів, глибоких знань теорії, конструкції та розрахунку двигунів внутрішнього згоряння.

Важливим чином у придбанні даних знань, що базуються на основних теоретичних положеннях дисципліни «Автомобільні двигуни».

Курс «Автомобільні двигуни» є одним з базових у справі підготовки інженерно-технічних працівників автомобільного транспорту.

Сучасна автомобільна силова установка (автомобільний двигун) являє собою одну з найскладніших машин, здатних перетворювати теплоту, що виділяється при згорянні палива, у механічну роботу. Процеси згоряння, виділення теплоти і перетворення її в механічну роботу продуктами згоряння відбувається у середині двигуна. Звідси й назва – двигуни внутрішнього згоряння (ДВЗ).

1. Хімічні реакції при горінні палива

Теоретично необхідна кількість повітря для згоряння 1 кг палива:

, кг.повітря/кг.палива.

l0=кг.повітря/кг.палива.

Склад палива: бензинів – С = 0,870; Н = 0,145; О = 0; дизельного палива –

С = 0,870; Н = 0,126; О = 0,004. Вид палива повинен відповідати прототипу двигуна, що заданий у таблиці вихідних параметрів.

Теоретично необхідна кількість повітря для згоряння палива:

, кмоль.повітря/кг.палива.

L0= кмоль.повітря/кг.палива.

Коефіцієнт надлишку повітря a у режимі номінальної потужності приймають за таблицею вихідних параметрів α =0.82

Кількість свіжого заряду

, кмоль свіжого заряду/кг.палива.

M1=0.82·=0.4246 кмоль свіжого заряду/кг.палива.

Кількість двоокису вуглецю (СО2) у продуктах згоряння за умови:

a<1, , кмоль/кг.палива,

MCO2= кмоль/кг.палива,

де; для нафтових рідких палив к = 0,45...0,53.

Кількість окису вуглецю (СО) у продуктах згоряння за умови:

a<1,, кмоль/кг.палива.

MCO= кмоль/кг.палива.

Кількість водяної пари (Н2О) у продуктах згоряння

за умови:

a<1,, кмоль/кг палива.

MH2O= кмоль/кг палива.

Кількість водню (Н2) у продуктах згоряння за умови:

a<1,, кмоль/кг палива.

MH2= кмоль/кг палива.

Кількість кисню (О2) у продуктах згоряння за умови:

a<1,, кмоль/кг.палива.

Кількість азоту (N2) у продуктах згоряння

, кмоль/кг.палива.

MN2= кмоль/кг.палива

Загальна кількість продуктів згоряння рідкого палива

, кмоль/кг.палива.

M2= кмоль/кг.палива.

Зміна кількості робочого тіла при згорянні палива

, кмоль/кг.палива.

∆M= кмоль/кг.палива.

Коефіцієнт молекулярної зміни паливної суміші

.

Нижча теплота згоряння рідкого палива за формулою Менделєєва

, кДж/кг.палива.

Hu= кДж/кг.палива.

Вміст сірки S та вологи W у паливі приймають рівними 0.

Хімічна неповнота згоряння за умови:

a<1, , кДж/кг палива.

∆Hu= кДж/кг палива.

Теплота згоряння паливної суміші:

, кДж/кмоль пал.суміші.

Hпал.сум= кДж/кмоль пал.суміші.

Розрахунок процесів дійсного циклу

Тиск навколишнього середовища для розрахунків Р0 = 0,10 МПа.

Температура навколишнього середовища для розрахунків Т0 = 293 К.

Тиск середовища, звідки повітря надходить у циліндр.У випадку відсутності наддуву Рк = Р0.

Температура середовища, звідки повітря надходить у циліндр

При відсутності наддуву Рк = Р0, а Тк = Т0.

Тиск залишкових газів у циліндрі двигуна перед початком процесу наповнення: при відсутності наддуву , МПа;

Pr= МПа

Температуру залишкових газів Tr =1050 K

Густина заряду при наповненні:

при відсутності наддуву ,кг/м3;

кг/м3

де В = 287Дж/кгЧград - питома газова стала.

При відсутності наддуву приймають .

Втрати тиску при наповненні

, МПа,

∆Pa= МПа

де b - коефіцієнт затухання швидкості руху заряду у перерізі циліндра;

xВП – коефіцієнт опору впускної системи, віднесений до найбільш вузького його перерізу, ;

wВП = 50...150 м/с - середня швидкість руху заряду у найменшому перерізі впускної системи в м/с. Значення wВП приймають за таблицею вих. пар.

Тиск кінця впуску

, МПа

Pa= МПа

Температура підігріву свіжого заряду DТ. Приймається

DТ=10єС.

Коефіцієнт залишкових газів

,

.

де e - ступінь стиску, приймається за табл. вих. пар.

Температура в кінці наповнення

, К.

Ta= К.

Коефіцієнт наповнення

.

.

Середній показник адіабати стиску k1=1,378

Визначається за номограмою Додатку Е (рис. Е-1) у залежності від ступеня стиску e і температури в кінці наповнення Та.

Значення показника політропи стиску n1 в залежності від k встановлю ють у межах:

для бензинових двигунів (k1-0,01)…(k1-0,04); Приймаємо n1=1,338

Тиск у кінці теоретичного стиску

, МПа.

Pc= МПа

Температура у кінці теоретичного стиску

, К.

Tc= К

Середня мольна теплоємність свіжого заряду у кінці стиску

, кДж/кмольЧград.,

кДж/кмольЧград

де tс - температура у кінці стиску в °С (tс = Tс-273°).

Середня мольна теплоємність залишкових газів

=23,3796 кДж/кмольЧград

визначається в залежності від коефіцієнта надлишку повітря a і температури у кінці стиску tс шляхом інтерполяції за таблицею В-1 Додатку В

Середня мольна теплоємність робочої суміші

, кДж/кмольЧград.

кДж/кмольЧград.

Коефіцієнт молекулярної зміни робочої суміші

,

де gr - коефіцієнт залишкових газів.

Теплота згоряння робочої суміші

, кДж/кмоль.

Hроб.сум= кДж/кмоль.

Середня мольна теплоємність продуктів згоряння

.

Окремі компоненти беруть з таблиці С-1 Додатку С.

Рівняння згоряння (тепловий баланс) для:

бензинових двигунів

;

0,85·96494,13+21,99·383=1,1235·(21,01+0,0046tz)·tz

91451,24=25,3855 tz+0,00208tz2

0,00208tz2+25,3855tz-91451,24=0

де xz - коефіцієнт використання тепла. Коефіцієнт використання теплоти у період згорання залежить від типу двигуна:

для бензинового двигуна xz = 0,85...0,95

Температуру, що відповідає максимальному тиску згоряння Рz визначають шляхом розв’язування квадратного рівняння попереднього пункту

, °С,

tz=°С.

, К.

Tz=2909+273=3182 К.

Максимальний тиск згоряння:

для бензинового двигуна , МПа;

Pz= МПа.

Дійсний максимальний тиск згоряння:

для бензинового двигуна . МПа.

Pzд=0.85·5,6=4,76Мпа.

Ступінь підвищення тиску l. Для бензинових двигунів .

МПа.

Ступінь попереднього розширення

Для бензинових двигунів;

Ступінь подальшого розширення

Для бензинових двигунів =6,5

Середній показник адіабати розширення k2 =1,2584

Визначають по номограмам Е-2 та Е-3 Додатку Е, відповід но, для бензинових та дизельних двигунів за числовими значеннями d, a та Tz.

Середній показник політропи розширення n2

k2=1,2584

Тиск кінця процесу розширення

, МПа.

Pb= МПа.

Температура кінця процесу розширення

, К.

Tb= К.

Перевірка точності вибору значень тиску та температури залишкових газів

, К.

Tr= К.

Значення Тr відрізняється від значення прийнятого у пункті 2.6 на 5%. Умова виконується.

3. Розрахунок індикаторних та ефективних показників дійсного циклу двигуна

3.1. Теоретичний середній індикаторний тиск

, МПа.

МПа.

Дійсний середній індикаторний тиск

, МПа,

Pi=0,95·1,25=1,21 МПа

де j - коефіцієнт повноти індикаторної діаграми, приймається за таб. вих. пар.

Індикаторна потужність двигуна

, кВт,

Ni= кВт,

де Vл – робочий об’єм циліндрів двигуна у літрах (літраж);

n – частота обертання колінчастого вала, об/хв;

t – коефіцієнт тактності (t = 4).

Значення Vл та n приймають за таб. вих. пар.

Індикаторний коефіцієнт корисної дії

,

Індикаторні питомі витрати палива

, г/кВтЧгод,

q= г/кВтЧгод.

Тиск механічних втрат Рм визначають за емпіричною залежністю по заданому у таблиці А-1 значенню середньої швидкості поршня (Vп.ср, м/с).

Для бензинових двигунів з числом циліндрів 8 та більше

PM =0,039+0,0132·Vп.ср, МПа,

PM=0,039+0,0132·10,1=0,17 МПа.

Середній ефективний тиск

, МПа.

Pe=1,19-0,17=1,04 МПа

Механічний коефіцієнт корисної дії

,

.

Ефективний коефіцієнт корисної дії

.

Ефективна потужність двигуна

.

Ne=199,19·0,86=166,69 кВт

Ефективні питомі витрати рідкого палива

, г/кВтЧгод.

ge= г/кВтЧгод

Годинні витрати палива

, кг/год.

GT=259,55·166,69·10-3=44,36 кг/год

Циклова подача рідкого палива

, г/цикл.

Gц= г/цикл

4. Розрахунок параметрів циліндра та тепловий баланс двигуна

4.1 Робочий об’єм циліндра

, л,

Vh= л.

деі – кількість циліндрів (таблиця вих. пар.).

Діаметр циліндра

, мм,

D= мм.

де S/D – відношення ходу поршня до діаметра циліндра, приймають за таблицею А-1.

Значення D приймають для подальшого розрахунку округленим до цілих значень у мм.

Хід поршня , мм.

S=100·0,95=95 мм,

Значення ходу поршня приймають для подальших розрахунків округленим до цілих