Тепловий розрахунок двигунів внутрішнього згоряння

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ РФ
КАЗАНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ
УНІВЕРСИТЕТ ІМ. А. Н. Туполева.
КАФЕДРА АТ і С
Розрахунково-пояснювальна записка до курсової роботи
"Тепловий розрахунок ДВС"
з дисципліни "Автомобільні двигуни"
Виконав: студент гр. 1371 Золев А.В.
Керівник: Сосницький А.Б.
Казань 2007
Зміст
Вихідні дані. 3
1. Тепловий розрахунок двигуна. 4
2. Основні параметри двигуна. 15
3. Побудова індикаторних діаграм. 17
Список використаної літератури .. 21

Вихідні дані

1. Потужність двигуна, N e = 87 кВт;
2. Частота обертання колінчастого вала, n N = 6000 об / хв;
3. Тактность двигуна, τ = 4;
4. Кількість циліндрів, i = 4;
5. Ступінь стиснення, ε = 10,3;
6. Тип охолодження - рідинне.

Режими для проведення теплового розрахунку:
а) режим мінімальної частоти обертання n min = 1000об./мін.
б) режим максимального крутного моменту n M = 0,53 n N = 3200 об. / хв.
в) режим максимальної (номінальної) потужності n N = 6000об./мін.
г) режим максимальної швидкості руху автомобіля
n max = 1.05n N = 6300 об. / хв.
Підбір аналогів
Величина
Проектований
двигун
Ne, кВт
86/4/6000
Ме, Н * м
136,2 / 6000
ε
10,3
V л, л
1,9
D / S
88/78
N с = N е / V л
45,1

1. Тепловий розрахунок двигуна

Розрахунок проводиться для заданої частоти обертання колінчастого вала карбюраторного двигуна n = 6000об/мін.
Паливо. Відповідно до заданим ступенем стиснення ε = 10,3 можна використовувати бензин марки АІ-93. ПРЕМІУМ-95 і АІ-98 ЕК
Середній елементарний склад і молекулярна маса бензину
С = 0,855; Н = 0,145; m т = 115 кг / кмоль.
Визначимо нижчу теплоту згоряння палива
Н u = 33,91 З +125,60 Н-10, 89 (OS) -2,51 (9H + W) = 33,91 * 0,855 +125,6 * 0,145-2,51 * 9 * 0,145 = 43,93 МДж / кг = 43930кДж/кг.
Параметри робочого тіла. Теоретичне необхідну кількість повітря для згоряння 1 кг. палива
кмоль пов / кг палив.
кмоль
возд. / кг палив.
Коефіцієнт надлишку повітря α = 0,96 на основних режимах
(Література 1). На режимах мінімальної частоти обертання α = 0,86.
Кількість горючої суміші.
кмоль гор.см. / кг. палив.
Кількість окремих компонентів продуктів згоряння при К = 0,5

кмольСО 2 / кгтопл.
кмольСО / кгтопл.
кмольН 2 О / кгтопл.

кмольН 2 / кгтопл.
кмольN 2 / кгтопл.
Загальна кількість продуктів згоряння:
  М 2 = М СО2 + М З + М Н2О + М Н2 + М N2 = C/12 + H / 2 + 0,79 αL 0 = 0,0655 + 0,0057 + 0,0696 + 0,0029 + 0,3923 = 0,5361 кмоль пр.сг / кг палив.
Результати занесемо в таблицю
параметри
Робоче тіло; карбюраторний двигун
n, хв -1
1000
3200
6000
6300
α
0,86
0,96
0,96
0,96
М 1 кмоль. гор.см. / кг.топл.
0,4525
0,5041
0,5041
0,5041
М СО2 кмоль СО2/кг.топл.
0,0512
0,0655
0,0655
0,0655
М СО кмоль СВ / кг.топл.
0,0200
0,0057
0,0057
0,0057
М Н2О кмоль Н2О/кг.топл.
0,0625
0,0696
0,0696
0,0696
М Н2 кмоль Н2/кг.топл.
0,0100
0,0029
0,0029
0,0029
М N2 кмоль N2/кг.топл.
0,3515
0,3923
0,3923
0,3923
М 2 кмоль пр.сг / кг.топл.
0,4952
0,5361
0,5361
0,5361
Параметри навколишнього середовища і залишкові гази.
Тиск і температура навколишнього середовища при роботі двигунів без наддуву
Рк = Ро = 0,1 МПа і Тк = Те = 293 К
Температура залишкових газів.
(Рис. 5.1 література 1 приймаємо).
При номінальних режимах карбюраторного двигуна ТR = 1070 До
Тиск залишкових газів.
Для карбюраторного двигуна на номінальному швидкісному режимі:
PrN = 1,18 Po = 1,18 * 0,1 = 0,118 МПа.
Процес пуску.
Температура підігріву свіжого заряду. З метою отримання хорошого наповнення карбюраторних двигунів на номінальних швидкісних режимах приймається Δ Т N = 8єС.
(1)
Щільність заряду на випуску.
Ρ r = Р о * 10 6 / (R B T O) = 0,1 * 10 6 / (287 * 293) = 1,189 кг / м 3,
де R B - 287 Дж / ​​(кг.град.) - питома газова стала для повітря.
(1)

Втрати тиску на впуску.
При обліку якісної обробки внутрішніх поверхонь впускних систем для карбюраторного двигуна можна прийняти β 2 + ξ ВП = 2,8 і
ω ВП = 95 м / с.
β - коефіцієнт загасання швидкості руху заряду в перерізі циліндра.
ξ ВП - коефіцієнт опору впускної системи, віднесений до найбільш вузькому її перерізу.
ω ВП - середня швидкість руху заряду в найменшому перетині впускної системи.
(1)
Тоді ΔР а на всіх швидкісних режимах двигуна розраховується за формулою:
ΔР а = (β 2 + ξ вп) А 2 n n 2 ρ про 10 -6 / 2, де А n = ω вп / N N
А n = 95 / 6000 = 0,0158
ΔР а = 2,8 * 0,0158 2 * 6000 2 * 1,189 * 10 -6 / 2 = 0,0150
Тиск в кінці пуску.
У карбюраторному двигуні при n N = 6000 хв -1.
Р а = Р о - ΔР а = 0,1 - 0,0150 = 0,085 МПа.
Коефіцієнт залишкових газів.
При n N = 6000 хв -1.

φ оч = 1 - коефіцієнт очищення.
φ доз = 1,12 - коефіцієнт дозарядки на номінальному швидкісному режимі.
Температура в кінці впуску.
Т а = (Т о + Т + γ r * T r) / (1 ​​+ γ r) = (293 +8 +0,0385 * 1070) / (1 ​​+0,0385) = 329  
Коефіцієнт наповнення.

Результати обчислень занесемо в таблицю.
параметри
Процес впуску і газообміну
n, хв -1
1000
3200
6000
6300
α
0,86
0,96
0,96
0,96
Т r, K
900
1010
1070
1080
P r, Mpa
0,1039
0,1076
0,118
0,1195
ΔT, єC
22,29
16
8
7,14
ΔPa, Mpa
0,0004
0,0043
0,0150
0,0166
Pa, Mpa
0,0996
0,0957
0,085
0,0834
φ, доз
0,95
1,025
1,12
1,13
γ
0,0418
0,0365
0,0385
0,0390
Та, К
339
334
329
329
η v
0,8699
0,9207
0,9255
0,8939
Процес стиснення.
При ε = 10,3 і Т а = 329 К, n N = 6000 хв -1 визначаємо за монограмі середній показник адіабати стиску до 1 = 1,3765 і середній показник політропи стиснення n 1 = 1,37.
(1)
Тиск у колнце стиснення.
При n N = 6000 хв -1
Р з = Р а ε n = 0,085 * 10,3 1,376 = 2,1036 Мпа.
Температура в кінці стиснення.
Т з = Т а ε n -1 = 329 * 10,3 1,376-1 = 792 К.
Середня мольна теплоємність в кінці стиснення.
а) свіжої суміші (повітря)
20,6 + 2,638 * 10 -3 * t c , Де t c = Т з - 273 єС
20,6 + 2,638 * 10 -3 * 519 = 21,969 кДж / (кмоль град).
б) залишкових газів
визначається методом інтерполяції за табл. 3.8 при n N = 6000 хв -1, α = 0,96 і t c = 519 єС.
(M ) = 24,014 + (24,150 - 24,014) * 0,01 / 0,05 = 24,0412 кДж / (кмоль град).
(M ) = 24,44 + (24,586 - 24,44) * 0,01 / 0,05 = 24,469 кДж / (кмоль град).
(M ) = 24,041 + (24,469 - 24,041) * 19/100 = 24,122 кДж / (кмоль град).
в) робочої суміші
кДж / (кмоль град).
  (M ) = кДж / (кмоль град).
Результати обчислень заносимо в таблицю.
параметри
Процес стиснення
n, хв -1
1000
3200
6000
6300
до 1
1,3751
1,3757
1,3765
1,3766
n 1
1,370
1,373
1,376
1,376
Р с, МПа
2,4309
2,3532
2,1036
2,0655
Т с, ЄК
803
796
792
792
t c, єС
530
523
519
519
(M. c v) t o
21,998
21,980
21,969
21,968
(M ) T o
24,169
24,141
24,122
24,121
(M ) T o
22,085
22,056
22,049
22,049
Процес згоряння.
Коефіцієнт молекулярного зміни горючої суміші:

Коефіцієнт молекулярного зміни робочої суміші:

Кількість теплоти, втрачене внаслідок хімічної неповноти згорання:
ΔН u = 119950 * (1-α) * L 0 кДж / кг. = 119950 * (1-0,96) * 0,516 = 2476 кДж / кг.
Теплота згоряння робочої суміші:
Н раб.см. = кДж / кмоль раб.см.
Середня мольна теплоємність продуктів згоряння:
(M ) =
кДж / кмоль град.
Визначається за емпіричними формулами таб. 3.7 література 1.
(M ) = * [0,0655 * (39,123 +0,003349 t z) +0,0057 * (22,49 +0,00143 t z) +0,0696 * (26,6 + +0,004438 t z) +0,0029 * (19,678 +0,001758 t z) +0,3923 * (21,951 +0,001457 t z) = 24,657 + 0,002077 t z] кДж / кмоль град.
Коефіцієнт використання теплоти ξ z приймаємо = 0,88:
(1)
Температура в кінці видимого процесу згоряння: при n = 6000 хв
ξ z Н раб.см + (m ) t c = μ (m ) t z:
0,88 * 79193 +22,049 * 519 = 1,061 * (24,657 +0,002077) t z,
0,002204 +26,165 T z - 81 132 = 0, звідки
t z =
= 2552 єС;
T z = t z + 273 = 2825 К;
Максимальний тиск згорання теоретичне:
p z = p c * μ * T z / Т с = 2,1036 * 1,061 * 2825/792 = 7,963 МПа.
Максимальний тиск згорання дійсне:
P z д = 0,85 * p z = 0,85 * 7,963 = 6,7689 МПа.
Ступінь підвищення тиску:
λ = p z / p c = 7,963 / 2,1036 = 3,786.
параметри
Процес згоряння
n, хв -1
1000
3200
6000
6300
μ 0
1,0945
1,0635
1,0635
1,0635
μ
1,0907
1,0613
1,0612
1,0611
ΔН, кДж / кг
8665
2476
2476
2476
Н раб.см. кДж / кмоль
74813
79348
79193
79155
(M )
24,2982 +
0,002034 t z
24,6566 +
0,002077 t z
24,6566 +
0,002077 t z
24,6566 +
0,002077 t z
ξ z
0,83
0,92
0,88
0,86
t z, єС
2330
2643
2552
2509
T z, ЄК
2603
2916
2825
2782
P z, МПа
8,5967
9,1438
7,9635
7,7011
P z д, МПа
7,3072
7,7722
6,7689
6,5459
λ
3,5364
3,8857
3,7856
3,7285
Процеси розширення і випуску
Середній показник адіабати розширення До 2 визначається за номограми рис. 4.8 при заданому ε для відповідних значень α і T z, а середній показник політропи розширення n 2, оцінюється за величиною середнього показника адіабати:
ε = 10,3; α = 0,96; T z = 2825 К; К 2 = 1,2528; n 2 = 1,252.
Тиск і температура в кінці процесу розширення:
Р в = P z / ε n 2 і Т у = T z / ε n 2-1:
Р в = 7,9635 / 10,3 1,252 = 0,4296 МПа, Т у = 2825/10, 3 1,252-1 = 1570 К;
Перевірка раніше прийнятої температури залишкових газів:
До;
Δ Т r = ,
Де Δ Т r - похибка розрахунку - 4,6% допустима похибка.
параметри
Процес розширення і випуску.
n, хв -1
1000
3200
6000
6300
До 2
1,2588
1,2519
1,2529
1,2531
n 2
1,258
1,251
1,252
1,253
Р в, МПа
0,4573
0,4944
0,4296
0,4144
Т у, К
1426
1624
1570
1542
Т r, K
871
977
1021
1019
Δ Т r,%
3,25
3,24
4,60
5,64
Індикаторні параметри робочого циклу.
Теоретичне середнє індикаторне тиск:
МПа.
МПа.
Середнє індикаторне тиск:
p i = φ u * Р j, = 0,96 * 1,1588 = 1,1124 МПа.
Де φ u = 0,96 - коефіцієнт повноти індикаторної діаграми.
Індикаторний ККД і індикаторний питома витрата палива:

г / кВт. Ч
Ефективні показники двигуна.
Середній тиск механічних втрат для бензинових двигунів з числом циліндрів до шести і ставленням S / D ≤ 1.
P м = 0,034 + 0,0113 * V п.ср МПа.
Для нашого карбюраторного двигуна, попередньо прийнявши хід поршня S рівним 78 мм., Отримаємо значення середньої швидкості поршня:
м / с.
Тоді: P м = 0,034 + 0,0113 * 15,6 = 0,2103 МПа.
Середнє ефективне тиск і механічний ККД:
Р е = Р j - Р м = 1,1124 - 0,2103 = 0,9021 МПа.
η м = .
Ефективний ККД і ефективний питома витрата палива:
η е = η j * η м = 0,3388 * 0,811 = 0,2748
g е = г / кВт.год.
параметри
Індикаторні та ефективні параметри двигуна.
n, хв -1
1000
3200
6000
6300
Р j,, МПа
1,2115
1,3415
1,1588
1,1138
Р j, МПа
1,1630
1,2879
1,1124
1,0693
η j
0,3292
0,3845
0,3388
0,3288
g j, г / кВт.год
249
213
242
249
V п.ср, м / с
2,6
8,32
15,6
16,38
Р м, МПа
0,0634
0,1280
0,2103
0,2191
Р е, МПа
1,0997
1,1599
0,9021
0,8502
η м
0,9455
0,9006
0,811
0,7951
η е
0,3113
0,3463
0,2748
0,2614
g е, г / кВт.год
263
237
298
313

2. Основні параметри двигуна

Літраж двигуна:
дм 3.
Робочий об'єм одного циліндра:
дм 3.
Діаметр циліндра. Оскільки хід поршня попередньо був прийнятий S = 78 мм, то:
мм.
Остаточно приймається D = 88 мм, S = 78 мм.
Площа поршня:
дм.
Літраж двигуна:
дм 3 ..
Потужність двигуна:
N е = кВт.
Літрова потужність двигуна:
N с = кВт / л.
Крутний момент:
М е = Н * М.
Часовий витрата палива:
          G T = N е * g е * 10 -3 = 86 * 298 * 10 -3 = 25,5 кг / ч.
параметри
Основні параметри і показники двигуна.
n, хв -1
1000
3200
6000
6300
F п, дм 2
0,61
1,9
45,1
V л, л
N с, кВт / л
N е, кВт
17,38
58,66
86
84,66
М е, Н * М
166,06
175,15
136,23
128,39
G T, кг / год
4,57
13,88
25,51
26,53

3. Побудова індикаторних діаграм

Визначаємо об'єм камери згоряння:
V c = дм 3.
Знаходимо повний об'єм циліндра:
V а = V c + V h = 0,05 + 0,4822 = 0,534
Розраховані точки:
ВМТ: P r = 0,118 Mpa; Р з = 2,1036 МПа; P z = 7,9635 МПа.
НМТ: Р а = 0,085 Mpa; Р в = 0,4296 МПа.
Переймаючись різними кутами φ повороту колінчастого валу, визначаємо положення поршня за формулою:
х =
Задаємо λ = 0,285
Потім при цих кутах φ знаходимо поточний обсяг над поршневого простору:
V х = V c + ХF п.
Визначаємо тиск на лінії стиснення і розширення при вибраних кутах повороту колінчастого валу:
;
;
Результати розрахунку наведені в таблиці № 1.
Таблиця № 1.

φє
х, дм.
V х, дм 3


1
0
0
0,05185
0,118 / 0,085
0,1015
2
10
0,0076
0,056486468
0,085
0,093
3
20
0,03002
0,07016276
0,085
0,085
4
30
0,06614
0,092197744
0,085
0,085
5
40
0,1142
0,121515
0,085
0,085
6
50
0,17192
0,156724604
0,085
0,085
7
60
0,23668
0,196225563
0,085
0,085
8
70
0,30568
0,238318523
0,085
0,085
9
80
0,37617
0,281317616
0,085
0,085
10
90
0,44557
0,32365075
0,085
0,085
11
100
0,51162
0,363939419
0,085
0,085
12
110
0,57246
0,401051708
0,085
0,085
13
120
0,62668
0,434125563
0,085
0,085
14
130
0,67329
0,462562949
0,085
0,085
15
140
0,71171
0,485998946
0,085
0,085
16
150
0,74164
0,504252631
0,085
0,085
17
160
0,76289
0,517268509
0,085
0,085
18
170
0,77575
0,525057997
0,085
0,085
19
180
0,78
0,52765
0,085 / 0,4296
0,085
20
190
0,77575
0,525057997
0,087011
0,087011
21
200
0,76298
0,517268509
0,08882
0,08882
22
210
0,74164
0,504252631
0,091989
0,091989
23
220
0,71171
0,485998946
0,096777
0,096777
24
230
0,67329
0,462562949
0,103587
0,103587
25
240
0,62668
0,434125563
0,113038
0,113038
26
250
0,57246
0,401051708
0,12606
0,12606
27
260
0,51162
0,363939419
0,144081
0,144081
28
270
0,44557
0,32365075
0,169323
0,169323
29
280
0,37617
0,281317616
0,205346
0,205346
30
290
0,30568
0,238318523
0,257996
0,257996
31
300
0,23668
0,196225563
0,337093
0,337093
32
310
0,17192
0,156724604
0,459275
0,459275
33
320
0,1142
0,121515
0,651825
0,651825
34
330
0,06614
0,092197744
0,953074
0,953074
35
340
0,03002
0,07016276
1,387839
1,387839
36
350
0,0076
0,056486468
1,870278
1,965
37
360
0
0,05185
2,1042 / 7,964
2,5243
38
370
0,0076
0,056486468
7,154373
6,769
39
380
0,03002
0,07016276
5,453565
5,453565
40
390
0,06614
0,092197744
3,874148
3,874148
41
400
0,1142
0,121515
2,741886
2,741886
42
410
0,17192
0,156724604
1,993858
1,993858
43
420
0,23668
0,196225563
1,50479
1,50479
44
430
0,30568
0,238318523
1,179789
1,179789
45
440
0,37617
0,281317616
0,958543
0,958543
46
450
0,44557
0,32365075
0,804248
0,804248
47
460
0,51162
0,363939419
0,694381
0,694381
48
470
0,57246
0,401051708
0,614892
0,614892
49
480
0,62668
0,434125563
0,556816
0,556816
50
490
0,67329
0,462562949
0,514295
0,501
Продовження таб. 1.
51
500
0,71171
0,485998946
0,483436
0,473
52
510
0,74164
0,504252631
0,461626
0,427
53
520
0,76298
0,517268509
0,44713
0,395
54
530
0,77575
0,525057997
0,43884
0,360
55
540
0,78
0,52765
0,436143
0,3349
56
550
0,77575
0,525057997
0,118
0,297
57
560
0,76298
0,517268509
0,118
0,252
58
570
0,74164
0,504252631
0,118
0,215
59
580
0,71171
0,485998946
0,118
0,185
60
590
0,67329
0,462562949
0,118
0,146
61
600
0,62668
0,434125563
0,118
0,118
62
610
0,57246
0,401051708
0,118
0,118
63
620
0,51162
0,363939419
0,118
0,118
64
630
0,44557
0,32365075
0,118
0,118
65
640
0,37617
0,281317616
0,118
0,118
66
650
0,30568
0,238318523
0,118
0,118
67
660
0,23668
0,196225563
0,118
0,118
68
670
0,17192
0,156724604
0,118
0,118
69
680
0,1142
0,121515
0,118
0,118
70
690
0,06614
0,092197744
0,118
0,118
71
700
0,03002
0,07016276
0,118
0,118
72
710
0,0076
0,056486468
0,118
0,1098
73
720
0
0,05185
0,118 / 0,085
0,1015
Округляє індикаторної діаграми.
Враховуючи швидкохідність розраховується двигуна, встановлюємо наступні фази газорозподілу:
Початок (точка r,) - 20є до ВМТ; закінчення (точка а,,) - 60є після НМТ.
Початок (точка b,) - 60є до НМТ; закінчення (точка а,) - 20є після ВМТ.
Кут випередження запалювання приймаємо 30є (точка с,), тривалість періоду затримки запалення - Δφ = 10є, звідси 30 - 10 = 20є (точка f)
Полоңеніе точки с,, визначаємо з виразу:
Р С,, = (1,15 ... 1,25) р з = 1,2 * 2,1036 = 2,5243 МПа.
Дійсне тиск згорання:
P z д = 0,85 * p z = 0,85 * 7,9635 = 6,769 МПа.
Прийнято вважати, що це тиск сягає через 10є після ВМТ.
Наростання тиску від точки з,, до точки z складе Δр / Δφ = 0,417, що означає плавну роботу двигуна.
Результати розрахунку положення характерних точок наведені в таблиці № 2.
Таблиця № 2
Позначення
Положення
φє
х, дм.
V х, дм 3

r
20єдо ВМТ
700
0,03002
0,064158576
0,118
r
20є після ВМТ
20
0,03002
0,064158576
0,085
a
60є після НМТ
240
0,62668
0,434125563
0,113038
f
30єдо ВМТ
330
0,06614
0,078968975
1,179456
c
20єдо ВМТ
340
0,03002
0,064158576
1,569637
r
ВМТ
360
0
0,05185
0,1015
c
ВМТ
360
0
0,05185
2,5243
z д
10є після ВМТ
370
0,0076
0,054966315
6,769
b
60єдо НМТ
480
0,62668
0,434125563
0,556816
b''
НМТ
540
0,78
0,52765
0,334927

Список використаної літератури

1. Колчин А.І., Демидов В.П. "Розрахунок автомобільних і тракторних двигунів" М.: Вища школа, 2002 рік.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Транспорт | Курсова
339.7кб. | скачати


Схожі роботи:
Тепловий і динамічний розрахунок двигуна внутрішнього згоряння
Проектування систем двигунів внутрішнього згоряння
Проектування ділянки по збірці двигунів внутрішнього згоряння
Ідеальні цикли поршневих двигунів внутрішнього згоряння
Розробка ділянки обкатки і випробування автомобільних двигунів внутрішнього згоряння
Зниження забруднення атмосфери вихлопними газами від двигунів внутрішнього згоряння
Розрахунок двигуна внутрішнього згоряння автомобіля КамАЗ
Двигун внутрішнього згоряння
Двигуни внутрішнього згоряння 2
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru