Зміст ВСТУП
1. Розрахунково-фізична визначення параметрів зовнішньої швидкісної характеристики
транспортного поршневого двигуна
1.1 Розрахунок бензинового двигуна
1.2 Розрахунок дизельного двигуна
ВСТУП Основою силового модуля сучасних
транспортних засобів є поршневий двигун внутрішнього згорання - теплова машина, яка перетворює теплоту згоряння
вуглеводневих палив в механічну енергію.
У
процесі експлуатації параметри
роботи двигуна (розвиваються потужність і крутний момент, масовий і питома
витрати палива, викид токсичних і концерогенних речовин з відпрацьованими газами та ін) істотно погіршуються і виникає необхідність у автосервісній впливі на двигун, тобто в різних регулюваннях чи поточного ремонту його систем та вузлів.
Правильність реалізованих технологічних
процесів в сервісі і обраного інструментарію, достатність кваліфікаційного рівня виконавців та наявність у них стійких навичок виконання конкретних послуг, а також, в кінцевому підсумку, відповідність автомобіля в цілому і відремонтованого двигуна зокрема правилам безпеки дорожнього руху можуть бути перевірені, наприклад, шляхом
порівняння низки заміряних на випробувальному стенді і розрахунково-теоретичних параметрів роботи двигуна.
Метою роботи є закріплення знань, отриманих на лекційних та практичних з дисципліни.
Завданнями роботи є набуття навичок розрахунку та побудови швидкісної залежності бензинового або дизельного двигуна, аналіз регулювальних кривих, а також
оцінка якості виконаних регулювальних і ремонтних впливів на двигун.
1. Розрахунково-фізична визначення параметрів зовнішньої швидкісної характеристики транспортного поршневого двигуна 1.1 Розрахунок бензинового двигуна В якості базового приймаємо чотиритактний 4-циліндровий безнаддувний бензиновий двигун (
щільність повітря на всмоктуванні P
про = 1,21 кг / м
3), в якому для стехіометричного згоряння 1 кг палива потрібно 14,95 кг повітря (L
0 = 14,95 кг / кг).
Таблиця 1: Варіанти розрахунку.
Параметри
| Варіанти
|
1
| 2
| 3
| 4
| 5
| резерв
|
Ефективна потужність двигуна Ne, кВт
| 55
| 58
| 60
| 62
| 65
| 62
|
Частота обертання колінчастого валу в режимі ефективної потужності n N, хв -1
| 5200
| 5250
| 5300
| 5400
| 5500
| 5550
|
Об'єм двигуна Vдв, л
| 1,35
| 1,40
| 1,45
| 1,50
| 1,55
| 1,60
|
Хід поршня S, мм
| 70
| 70
| 75
| 75
| 80
| 80
|
Коефіцієнт надлишку повітря LN на режимі ефективної потужності
| 0,90
| 0,90
| 0,92
| 0,91
| 0,91
| 0,90
|
Питома ефективна витрата палива на режимі ефективної потужності q eN, г / кВтг
| 298
| 297
| 296
| 295
| 294
| 294
|
Для розрахунку приймаємо варіант - резерв.
Розрахунок.
1. Потужність у
розрахункових точках:
N
ex = N
e · n
x / n
N · (1 + n
x / n
N - (n
x / n
N) 2); кВт
N
500 = 68.500 / 5550 · (1 +500 / 5550 - (500/5550)
2) = 6,043 кВт
N
1000 = 68.1000 / 5550 · (1 +1000 / 5550 - (1000/5550)
2) = 12,821 кВт
N
2000 = 68.2000 / 5550 · (1 +2000 / 5550 - (2000/5550)
2) = 27,492 кВт
N
3000 = 68.3000 / 5550 · (1 +3000 / 5550 - (3000/5550)
2) = 41,837 кВт
N
4000 = 68.4000 / 5550 · (1 +4000 / 5550 - (4000/5550)
2) = 53,679 кВт
N
5000 = 68.5000 / 5550 · (1 +5000 / 5550 - (5000/5550)
2) = 60,843 кВт
N
6000 = 68.6000 / 5550 · (1 +6000 / 5550 - (6000/5550)
2) = 61,152 кВт
2. Ефективний крутний момент:
M
ex = 9550 · N
ex / n
x; Нм
M
500 = 9550 · 6,043 / 500
= 115,43 Нм
M
1000 = 9550 · 12,821 / 1000 =
122,444 Нм
M
2000 = 9550 · 27,492 / 2000
= 131,276 Нм
M
3000 = 9550 · 41,837 / 3000 =
133,181 Нм
M
4000 = 9550 · 53,679 / 4000
= 128,158 Нм
M
5000 = 9550 · 60,843 / 5000
= 116,209 Нм
M
6000 = 9550 · 61,152 / 6000
= 97,333 Нм
3. Середня швидкість поршня.
V
СРХ = 333.10
-7 · S · n
x; м / с
V
500 = 333.10
-7 · 80 · 500 = 1,332 м / с
V
1000 = 333.10
-7 · 80 · 1000 = 2,664 м / с
V
2000 = 333.10
-7 · 80 · 2000 = 5,328 м / с
V
3000 = 333.10
-7 · 80 · 3000 = 7,992 м / с
V
4000 = 333.10
-7 · 80 · 4000 = 10,656 м / с
V
5000 = 333.10
-7 · 80 · 5000 = 13,32 м / с
V
6000 = 333.10
-7 · 80 · 6000 = 15,984 м / с
4. Середнє ефективне тиск циклу.
P
ex = 120 · N
ex / V
дв · n
x; МН / м
2 P
500 = 120.6, 043 / 1,60 · 500 = 0,907 МН / м
2 P
1000 = 120.12, 821 / 1,60 · 1000 = 0,962 МН / м
2 P
2000 = 120.27, 492 / 1,60 · 2000 = 1,031 МН / м
2 P
3000 = 120.41, 837 / 1,60 · 3000 = 1,046 МН / м
2 P
4000 = 120.53, 679 / 1,60 · 4000 = 1,006 МН / м
2 P
5000 = 120.60, 843 / 1,60 · 5000 = 0,913 МН / м
2 P
6000 = 120.61, 152 / 1,60 · 6000 = 0,764 МН / м
2 5. Середній тиск механічних втрат.
P
mx = 0.034 +0.0113 · V
СРХ; МН / м
2 P
500 = 0.034 +0.0113 · 1,332 = 0.049 МН / м
2 P
1000 = 0.034 +0.0113 · 2,664 = 0.064 МН / м
2 P
2000 = 0.034 +0.0113 · 5,328 = 0.094 МН / м
2 P
3000 = 0.034 +0.0113 · 7,992 = 0.124 МН / м
2 P
4000 = 0.034 +0.0113 · 10,656 = 0.154 МН / м
2 P
5000 = 0.034 +0.0113 · 13,32 = 0.185 МН / м
2 P
6000 = 0.034 +0.0113 · 15,984 = 0.215 МН / м
2 6. Середнє
індикаторне тиск циклу.
P
ix = P
ex + P
mx; МН / м
2 P
500 = 0,907 + 0.049 = 0.956 МН / м
2 P
1000 = 0,962 + 0.064 = 1.026 МН / м
2 P
2000 = 1,031 + 0.094 = 1.125 МН / м
2 P
3000 = 1,046 + 0.124 = 1.170 МН / м
2 P
4000 = 1,006 + 0.154 = 1.161 МН / м
2 P
5000 = 0,913 + 0.185 = 1.097 МН / м
2 P
6000 = 0,764 + 0.215 = 0.979 МН / м
2 7.
Індикаторний крутний момент.
M
ix = 79.59 · V
дв · P
ix; Нм
M
500 = 79.59 · 1,60 · 0.956 = 121,686 Нм
M
1000 = 79.59 · 1,60 · 1.026 = 130,617 Нм
M
2000 = 79.59 · 1,60 · 1.125 = 143,283 Нм
M
3000 = 79.59 · 1,60 · 1.170 = 149,022 Нм
M
4000 = 79.59 · 1,60 · 1.161 = 147,833 Нм
M
5000 = 79.59 · 1,60 · 1.097 = 139,716 Нм
M
6000 = 79.59 · 1,60 · 0.979 = 124,672 Нм
8.Удельний ефективна витрата палива.
q
ex = q
eN · (1.55-1.55 · n
x / n
N + (n
x / n
N) 2); г / кВтг
q
500 = 294 · (1.55-1.55 · 500/5550 + (500/5550)
2) = 417,032 г / кВтг
q
1000 = 294 · (1.55-1.55 · 1000/5550 + (1000/5550)
2) = 383,137 г / кВтг
q
2000 = 294 · (1.55-1.55 · 2000/5550 + (2000/5550)
2) = 329,663 г / кВтг
q
3000 = 294 · (1.55-1.55 · 3000/5550 + (3000/5550)
2) = 295,278 г / кВтг
q
4000 = 294 · (1.55-1.55 · 4000/5550 + (4000/5550)
2) = 279,982 г / кВтг
q
5000 = 294 · (1.55-1.55 · 5000/5550 + (5000/5550)
2) = 283,776 г / кВтг
q
6000 = 294 · (1.55-1.55 · 6000/5550 + (6000/5550)
2) = 306,66 г / кВтг
9. Часовий витрата палива.
G
Tx = 0.001 · q
ex · N
ex; кг / год
G
500 = 0.001 · 417,032 · 6,043 = 2,520
кг / год
G
1000 = 0.001 · 383,137 · 12,821 = 4,912 кг / год
G
2000 = 0.001 · 329,663 · 27,492 = 9,063
кг / год
G
3000 = 0.001 · 295,278 · 41,837 = 12,353 кг / год
G
4000 = 0.001 · 279,982 · 53,679 = 15,029 кг / год
G
5000 = 0.001 · 283,776 · 60,843 = 17,266 кг / год
G
6000 = 0.001 · 306,66 · 61,152 = 18,753 кг / год
10. Коефіцієнт надлишку повітря.
L
x = 0.7 - 0.8
L
500 = 0.7
L
1000 = 0.7
L
2000 - 6000 = 0.8
11. Коефіцієнт наповнення циліндрів.
ƞ
Vx = L
0 · P
ex · L
x · q
ex / 3600 · P
0; ƞ
500 = 14,95 · 0,907 · 0,7 · 417,032 / 3600.1, 21 = 0,9081
ƞ
1000 = 14,95 · 0,962 · 0,7 · 383,137 / 3600.1, 21 = 0,885
ƞ
2000 = 14,95 · 1,031 · 0,7 · 329,663 / 3600.1, 21 = 0,817
ƞ
3000 = 14,95 · 1,046 · 0,7 · 295,278 / 3600.1, 21 = 0,742
ƞ
4000 = 14,95 · 1,006 · 0,7 · 279,982 / 3600.1, 21 = 0,677
ƞ
5000 = 14,95 · 0,913 · 0,7 · 283,776 / 3600.1, 21 = 0,622
ƞ
6000 = 14,95 · 0,764 · 0,7 · 306,66 / 3600.1, 21 = 0,563
Отримані дані групуємо в таблицю.
Таблиця 2:
Розрахункові дані.
Частота обертання колінчастого валу, хв -1
| Параметри зовнішньої швидкісної характеристики
| |
|
Ne, кВт
| Me, Нм
| Ре, МН/м2
| Vср, м / с
| Рm, МН/м2
| Mi, Нм
| g e, г / кВтг
| G Т, кг / год
| ƞ V
| |
500
| 6,043
| 115,43
| 0,907
| 1,332
| 0,049
| 121,686
| 417,032
| 2,52
| 0,091
| |
1000
| 12,821
| 122,444
| 0,962
| 2,664
| 0,064
| 130,617
| 383,137
| 4,912
| 0,885
| |
2000
| 27,492
| 131,276
| 1,031
| 5,328
| 0,094
| 143,283
| 329,663
| 9,063
| 0,817
| |
3000
| 41,837
| 133,181
| 1,046
| 7,992
| 0,124
| 149,022
| 295,278
| 12,353
| 0,742
| |
4000
| 53,679
| 128,158
| 1,006
| 10,656
| 0,154
| 147,833
| 279,982
| 15,029
| 0,677
| |
5000
| 60,842
| 116,209
| 0,913
| 13,32
| 0,185
| 139,716
| 283,776
| 17,266
| 0,622
| |
6000
| 61,152
| 97,333
| 0,764
| 15,984
| 0,215
| 124,672
| 306,66
| 18,753
| 0,563
| |
За даними
таблиці будуємо графіки зовнішньої швидкісної характеристики ДВС.
(Див. Додаток 1).
1.2 Розрахунок дизельного двигуна В якості базового приймаємо чотиритактний 8-циліндровий дизельний двигун з наддувом (щільність повітря на всмоктуванні P
про = 1,73 кг / м
3), в якому для стехіометричного згоряння 1 кг палива потрібно 14,45 кг повітря (L
0 = 14,45 кг / кг).
Таблиця 3: Варіанти розрахунку.
Параметри
| Варіанти
|
1
| 2
| 3
| 4
| 5
| резерв
|
Ефективна потужність двигуна Ne, кВт
| 290
| 295
| 300
| 305
| 310
| 315
|
Частота обертання колінчастого валу в режимі ефективної потужності n N, хв -1
| 2200
| 2250
| 2300
| 2350
| 2400
| 2450
|
Об'єм двигуна Vдв, л
| 14,0
| 14,2
| 14,5
| 14,8
| 15,0
| 15,0
|
Хід поршня S, мм
| 138
| 140
| 142
| 144
| 146
| 148
|
Коефіцієнт надлишку повітря LN на режимі ефективної потужності
| 1,56
| 1,57
| 1,58
| 1,59
| 1,60
| 1,61
|
Питома ефективна витрата палива на режимі ефективної потужності q eN, г / кВтг
| 233
| 234
| 234
| 235
| 235
| 236
|
Для розрахунку приймаємо варіант - 4.
Розрахунок.
1. Потужність у розрахункових точках:
N
ex = N
e · n
x / n
N · (0,87 +1,13 · n
x / n
N - (n
x / n
N) 2); кВт
N
500 = 305.500 / 2350 · (0,87 +1,13 · 500/2350- (500/2350)
2) = 69,122 кВт
N
1000 = 305.1000 / 2350 · (0,87 +1,13 · 1000/2350- (1000/2350)
2) = 151,822 кВт
N
1500 = 305.1500 / 2350 · (0,87 +1,13 · 1500/2350- (1500/2350)
2) = 230,473 кВт
N
2000 = 305.2000 / 2350 · (0,87 +1,13 · 2000/2350- (2000/2350)
2) = 287,451 кВт
2. Ефективний крутний момент:
M
ex = 9550 · N
ex / n
x; Нм
M
500 = 9550 · 69,122 / 500
= 1320,227 Нм
M
1000 = 9550 · 151,822 / 1000 = 1449,897 Нм
M
1500 = 9550 · 230,473 / 1500
= 1467,347 Нм
M
2000 = 9550 · 287,451 / 2000 =
1372,578 Нм
3. Середня швидкість поршня.
V
СРХ = 333.10
-7 · S · n
x; м / с
V
500 = 333.10
-7 · 144 · 500 = 2,398 м / с
V
1000 = 333.10
-7 · 144 · 1000 = 4,795 м / с
V
1500 = 333.10
-7 · 144 · 1500 = 7,193 м / с
V
2000 = 333.10
-7 · 144 · 2000 = 9,59 м / с
4. Середнє ефективне тиск циклу.
P
ex = 120 · N
ex / V
дв · n
x; МН / м
2 P
500 = 120.69, 122 / 14,8 · 500 = 1,121 МН / м
2 P
1000 = 120.151, 822 / 14,8 · 1000 = 1,231 МН / м
2 P
2000 = 120.230, 473 / 14,8 · 1500 = 1,246 МН / м
2 P
3000 = 120.287, 451 / 14,8 · 2000 = 1,165 МН / м
2 5. Середній тиск механічних втрат.
P
mx = 0.09 +0.0112 · V
СРХ; МН / м
2 P
500 = 0.09 +0.0112 · 2,398 = 0,119 МН / м
2 P
1000 = 0.09 +0.0112 · 4,795 = 0,148 МН / м
2 P
1500 = 0.09 +0.0112 · 7,193 = 0,176 МН / м
2 P
2000 = 0.09 +0.0112 · 9,59 = 0,205 МН / м
2 6. Середнє індикаторне тиск циклу.
P
ix = P
ex + P
mx; МН / м
2 P
500 = 1,121 + 0,119 = 0,133 МН / м
2 P
1000 = 1,231 + 0,148 = 0,181 МН / м
2 P
1500 = 1,246 + 0,176 = 0,22 МН / м
2 P
2000 = 1,165 + 0,205 = 0,239 МН / м
2 7.
Індикаторний крутний момент.
M
ix = 79.59 · V
дв · P
ix; Нм
M
500 = 79.59 · 14,8 · 0,133 = 156,818 Нм
M
1000 = 79.59 · 14,8 · 0,181 = 213,939 Нм
M
1500 = 79.59 · 14,8 · 0,22 = 258,735 Нм
M
2000 = 79.59 · 14,8 · 0,239 = 281,518 Нм
8. Питома ефективна витрата палива.
q
ex = q
eN · (1.2-n
x / n
N +0,8 · (n
x / n
N) 2); г / кВтг
q
500 = 235 · (1.2-500/2350 +0,8 · (500/2350)
2) = 240,511 г / кВтг
q
1000 = 235 · (1.2-1000/2350 +0,8 · (1000/2350)
2) = 216,143 г / кВтг
q
1500 = 235 · (1.2-1500/2350 +0,8 · (1500/2350)
2) = 208,596 г / кВтг
q
2000 = 235 · (1.2-2000/2350 +0,8 · (2000/2350)
2) = 218,17 г / кВтг
9. Часовий витрата палива.
G
Tx = 0.001 · q
ex · N
ex; кг / год
G
500 = 0.001 · 240,511 · 69,122 = 16,625 кг / год
G
1000 = 0.001 · 216,143 · 151,822 = 32,8 кг / год
G
1500 = 0.001 · 208,596 · 230,473 = 48,076 кг / год
G
2000 = 0.001 · 218,17 · 287,451 = 62,713 кг / год
10. Коефіцієнт надлишку повітря.
L
500 = 0.7 · L
N = 1.113
L
1000 - 2000 = 0.8 · L
N = 1.272
11. Коефіцієнт наповнення циліндрів.
ƞ
Vx = L
0 · P
ex · L
x · q
ex / 3600 · P
0; ƞ
500 = 14,45 · 1,121 · 1.113 · 240,511 / 3600.1, 21 = 0,696
ƞ
1000 = 14,45 · 1,231 · 1.272 · 216,143 / 3600.1, 21 = 0,785
ƞ
2000 = 14,45 · 1,246 · 1.272 · 208,596 / 3600.1, 21 = 0,767
ƞ
3000 = 14,45 · 1,165 · 1.272 · 218,17 / 3600.1, 21 = 0,75
Таблиця 4: Розрахункові дані.
Частота обертання колін-чатого валу, хв -1
| Параметри зовнішньої швидкісної характеристики
| |
|
Nex, кВт
| Mex, Нм
| Реx, МН/м2
| Vсрx, м / с
| Рmx, МН/м2
| Mix, Нм
| g ex, г / кВтг
| G Тx, кг / год
| ƞ Vx
| |
500
| 69,122
| 1320,227
| 1,121
| 2,398
| 0,119
| 156,818
| 240,511
| 16,625
| 0,696
| |
1000
| 151,822
| 1449,897
| 1,231
| 4,795
| 0,148
| 213,939
| 216,143
| 32,8
| 0,785
| |
1500
| 230,473
| 1467,347
| 1,246
| 7,193
| 0,176
| 258,735
| 208,596
| 48,076
| 0,767
| |
2000
| 287,451
| 1372,578
| 1,165
| 9,59
| 0,205
| 281,518
| 218,17
| 62,713
| 0,75
| |