Технологии будущего

 

Содержание

1.Введение……………………………………………………………….3

2. Исходные данные …………………………………………………….4

3. Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания…………………5

3.1 Процесс впуска…………………………………………..........5

3.2 Процесс сжатия…………………………..…………………...7

3.3 Процесс сгорания…………………………………………….8

3.4 Процесс расширения и выпуска…………………....11  3.5 Индикаторные показатели…………………………………..12

3.6 Эффективные показатели…………………………………....13

3.7 Основные размеры  цилиндра и показатели поршневого  двигателя ……………………………………………………………….14

3.8 Методика построения индикаторной диаграммы………..16

4. Заключение………………………………………………………….19

 Литература……………………………………………………………..20

Приложения    

 

 

 

 

 

 

 

 

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 теплового  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.

 

 

 

1. Исходные данные для теплового расчета поршневого двигателя внутреннего сгорания

Исходные данные для теплового  расчета поршневого двигателя внутреннего  сгорания приведены в таблице 1.

Таблица 1

Наименование	Обозначение	Величина
Эффективная мощность,  кВт;	Ne	96
Частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин	n	5200
Тактность;	τ	4
Число и расположение цилиндров  двигателя	I	6V
Отношение хода поршня к диаметру поршня	S/D	0,82
Рабочий объем цилиндров ДВС, л	Vл	2,4
Степень сжатия	e	8
Прототип двигателя		ГАЗ 2414

 

3. Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания

3.1  Процесс впуска

В результате данного процесса цилиндр двигателя (рабочая полость) наполняется свежим зарядом.

Давление и температура окружающей среды принимаются:

, .

Давление остаточных газов в зависимости от типа двигателя:

.

 Принимаем:

. 

Температура остаточных газов выбирается в зависимости от типа двигателя  с учетом того, что для бензиновых двигателей она изменяется в пределах . Принимаем .

В зависимости  от типа двигателя температура подогрева  свежего заряда . Принимаем .

Давление в конце впуска

= 0,1-0,01 = 0,09МПа

Величина потери давления на впуске

, для бензиновых двигателей, колеблется в пределах . Принимаем

Коэффициент остаточных газов для 4-х тактных бензиновых двигателей изменяется:

Температура в конце впуска:

.

 

В современных бензиновых двигателях температура в конце впуска является: .

Коэффициент наполнения

Величина коэффициента наполнения для бензиновых двигателей изменяется в пределах: =0,88…0,96.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2   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  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.3 Процесс сгорания

 

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг жидкого топлива

.

 

Средний элементарный состав для бензина принимают:

Количество свежего заряда для бензинового двигателя

где

Количество продуктов сгорания при работе двигателей на жидком топливе при

 

.

Теоретический коэффициент молекулярного изменения

 

.

 

Действительный коэффициент молекулярного изменения

 

.

Величина  µ для бензиновых двигателей изменяется в пределах .

Низшую теплоту сгорания бензина  при α<1 принимаем:

.

Средняя мольная теплоемкость свежего заряда

 

.

 

Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания для бензиновых двигателей

 

Значения коэффициента использования теплоты при работе бензинового двигателя на номинальном режиме следующие

. Принимаем .

Максимальная температура сгорания подсчитывается по уравнению

 

Потеря  тепла вследствие  неполноты сгорания бензинового топлива подсчитывают:

 

Решая уравнение (1), находим  :

 

 

Величина теоретического максимального давления цикла и степень повышения давления для бензиновых двигателей определяются по формулам:

 

Действительное давление:

Степень повышения давления для бензиновых двигателей изменяется в пределах (2..4),принимаем:

k = 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.4 Процесс расширения и выпуска

Степень предварительного расширения для бензиновых двигателей:

Степень последующего расширения для бензиновых двигателей двигателей

Давление в конце расширения:

.

Величина среднего показателя политропы  расширения для бензиновых двигателей .

Принимаем

Температура в конце расширения:

.

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

.

Погрешность вычислений составляет

 

.

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

 

 

 

3.5 Индикаторные показатели

 

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

Среднее индикаторное давление действительного  цикла

где – коэффициент полноты диаграммы, который принимается для бензиновых двигателей . Принимаем .

Величина  для бензиновых четырехтактных двигателей изменяется в пределах 0,8…1,18МПа

Индикаторный КПД для бензиновых  двигателей подсчитывается по формуле

.

Удельный индикаторный расход топлива  определяется по уравнению

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

3.6 Эффективные показатели

 

Механический КПД бензиновых  двигателей .

Принимаем .

Тогда среднее эффективное давление

,

а эффективный КПД

.

Удельный эффективный расход жидкого  топлива

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

]

3.7 Основные  размеры цилиндра и показатели  поршневого двигателя

 

По эффективной мощности, частоте  вращения коленчатого вала и среднему эффективному давлению определяем литраж двигателя

,

 

где , , , - для четырехтактных двигателей.

 

Рабочий объем одного цилиндра:

 

.

 

где i=6 – число цилиндров.

Диаметр цилиндра

 

 

Принимаем диаметр цилиндра D =0,07м.

Ход поршня

 

.

Принимаем ход поршня S=0,06 м.

Определяем основные параметры  и показатели двигателя:

- литраж двигателя 

,

- эффективную мощность

,

- эффективный крутящий момент

,

- часовой расход жидкого топлива

 

,

 

- среднюю скорость поршня

 

.

 

Определим погрешность вычисления :

 

,

 

Погрешность составляет меньше 10% следовательно  расчет верен.

Литровая мощность определяется по формуле

 

.

 

Величина литровой мощности для  автотракторных бензиновых двигателей колеблется в пределах .

 

3.8 Методика построения индикаторной диаграммы

 

Индикаторная диаграмма строится в координатах p-V. Построение индикаторной диаграммы двигателя внутреннего сгорания производится на основании теплового расчета.

В начале построения на оси абсцисс  откладывают отрезок AB, соответствующий рабочему объему цилиндра, а по величине равный ходу поршня в масштабе m_s, который в зависимости от величины хода поршня проектируемого двигателя может быть принят 1:1, 1,5:1, или 2:1.

Принимаем  –  1:1.

Отрезок ОА, соответствует  объему камеры сгорания, определяется из соотношения:

,

Затем по данным теплового расчета на диаграмме откладываем в выбранном масштабе величины давлений в характерных точках а, с, z’, z, b, r. Точка z  соответствует p_zT.

По наиболее распространенному  графическому методу Бауэра политропы  сжатия и расширения строим следующим образом.

Из начала координат проводим луч  OK под углом α₀ = 20° к оси координат. Далее из начала координат проводим лучи ОД и ОЕ  под углами β₁ и β₂ к оси ординат. Эти углы определяют из соотношений:

,  .

β₁ =

=27,28° β₂ = =25,36°

 

Политропу сжатия строим с помощью  лучей ОК и ОД. Из точки С проводим  горизонталь  до пересечения с  осью ординат; из точки пересечения- линию под углом 45 ° к вертикали до пересечения с лучом ОД, а из этой точки – вторую горизонтальную линию, параллельную оси абсцисс. Затем из точки С проводим вертикальную линию до пересечения с лучом ОК. Из этой точки пересечения под углом  45 ° к вертикали проводим линию до пересечения с осью абсцисс, а из этой точки – вторую вертикальную линию, параллельную оси ординат, до пересечения со второй горизонтальной линией. Точка пересечения этих линий будет промежуточной  точкой 1 политропы сжатия. Точку 2 находим аналогично, принимая точку 1 за начало построения.

Политропу расширения строим с помощью  лучей ОК и ОЕ, начиная от точки  z’, аналогично построению политропы сжатия. Критерием правильности, построения политропы расширения является приход ее в ранее нанесенную точку b.

После построения политропы сжатия и расширения производим скругление индикаторной диаграммы с учетом предварительного открытия выпускного клапана, опережения зажигания и скорости нарастания давления, а также наносим линии впуска и выпуска. Для этой цели под осью абсцисс проводим на длине хода поршня S как на диаметре полуокружность радиусом R=S/2. Из геометрического центра О' в сторону Н.М.Т. откладываем отрезок

,

Величина О'О'₁ представляет собой поправку Брикса. Из точки О₁' под углом γ₀=67° (угол предварения открытия выпускного клапана) проводим луч О₁В₁. Полученную точку В₁, соответствующую началу открытия выпускного клапана, сносим на политропу расширения (точка b₁).

Луч О₁'С₁ проводим под углом Θ₀, соответствующим углу опережения зажигания (Θ₀= 25° ПКВ до в. м. т.), а точку С₁ сносим на политропу сжатия, получая точку с₁'. Затем проводят плавные кривые с₁’c’’ изменяя линии сжатия в связи с опережением зажигания и b₁’b’’ изменения линии расширения в связи с предварением открытия выпускного клапана. При этом можно считать, что точка b’’ находиться на середине расстояния ba , а ордината точки с’’ находиться из соотношения p_c''=1,2p_с , p_c''=1,2*1,46=1,75МПа и откладывается на линии AZ’. Наклон линии сгорания можно определить исходя из величины скорости сгорания .