Розрахунок ЗІЛ-130

 

Зміст

  

Завдання……………………………………………………………………..

Вступ…………………………………………………………………………

1. Хімічні  реакції при горінні палива………………………………………

2. Розрахунок  процесів дійсного циклу……………………………………

3. Розрахунок  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 шатуна, кришки шатуна і поршневого пальця .…………...

Висновки………………………………………………………………………

Література………………………………………………………………….....

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вступ

 

За останні  сто років будова автомобіля принципово не змінилася.

Він як і  раніше має колеса, кузов, чотиритактний  двигун внутрішнього згоряння, трансмісію, механізми керування. Проте всі  вузли, агрегати, механізми й системи автомобіля дістали колосальний розвиток і істотно ускладнилися. Завдяки цьому різко зросли швидкості, підвищилася потужність, економічність, комфортабельність автомобілів, поліпшився їхній дизайн. Крім того, розширилася номенклатура застосовуваних деталей і збільшилася їхня кількість. Сучасні автомобілі мають елементи автоматизації, а більшість іноземних – обладнуються комп’ютерами.

На даний  час основними задачами вдосконалення  автомобільних двигунів є: зниження паливної економічності та питомої  маси двигунів, вартості їх виробництва  і експлуатації та підвищення їх надійності. На принципово новий рівень ставиться  боротьба з токсичними викидами в  атмосферу, а також задачі щодо зниження їх шуму. Більше уваги приділяється використанню ПЕОМ при розрахунках  і випробовуваннях.

Виконання цих задач вимагає від спеціалістів, зв’язаних з виробництвом і експлуатацією  двигунів, глибоких знань теорії, конструкції  та розрахунку двигунів внутрішнього згоряння. Двигуни розраховані такими спеціалістами повинні мати такі показники: висока продуктивність, економічність, міцність, надійність, малі маса і металомісткість, габарити, енергоємність, обсяг і  вартість ремонтних робіт, витрати  на оплату праці обслуговуючому персоналу, високий технічний ресурс і ступінь  автоматизації, простота і безпека  обслуговування.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Хімічні реакції при горінні палива

1.1.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.

1.2. Теоретично необхідна кількість повітря для згоряння палива

, кмоль.повітря/кг.палива.

                 L₀=

кмоль.повітря/кг.палива.

1.3. Коефіцієнт надлишку повітря a у режимі номінальної потужності приймають у відповідності з варіантом. a=0,82

1.4. Кількість свіжого заряду

 

, кмоль свіжого заряду/кг.палива.

                M₁=

кмоль свіжого заряду/кг.палива.

1.5. Кількість двоокису вуглецю (СО₂) у продуктах згоряння

за умови:

a<1,    , кмоль/кг.палива,

              M _CO2= кмоль/кг.палива,

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

1.6. Кількість окису вуглецю (СО) у продуктах згоряння

за умови:

a<1,              , кмоль/кг.палива.

M_CO=

кмоль/кг.палива.

1.7. Кількість водяної пари (Н₂О) у продуктах згоряння

за умови:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        a<1,  , кмоль/кг палива.

M_H2O= кмоль/кг палива.

1.8. Кількість водню (Н₂) у продуктах згоряння

за умови:

a<1,  , кмоль/кг палива.

      кмоль/кг палива.

1.9. Кількість кисню (О₂) у продуктах згоряння

за умови:

a<1,  , кмоль/кг.палива.

1.10. Кількість азоту (N₂) у продуктах згоряння

, кмоль/кг.палива.

                   

кмоль/кг.палива.

1.11. Загальна кількість продуктів згоряння рідкого палива

, кмоль/кг.палива.

               

кмоль/кг.палива.

1.12. Зміна кількості робочого тіла при згорянні палива

, кмоль/кг.палива.

                          

кмоль/кг.палива.

1.13. Коефіцієнт молекулярної зміни паливної суміші

. 

1.14. Нижча теплота згоряння рідкого палива за формулою Менделєєва

    , кДж/кг.палива.

  кДж/кг.пал.

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

1.15. Хімічна неповнота згоряння

за умови: a<1,

      , кДж/кг палива.

  = кДж/кг палива.

1.16. Теплота згоряння паливної суміші

               , кДж/кмоль пал.суміші.

   H_{пал.сум}= кДж/кмоль пал.суміші.

 

2.  Розрахунок процесів дійсного  циклу

 

2.1. Тиск навколишнього середовища  для розрахунків Р₀ = 0,100 МПа.

2.2. Температура навколишнього  середовища для розрахунків Т₀ = 293 К.

2.3. Тиск середовища, звідки  повітря надходить у циліндр приймають за таблицею вихідних параметрів. У випадку відсутності наддуву Р_к = Р₀.

2.4. Температура середовища, звідки повітря надходить у  циліндр 

, К,

             

де  n_к - показник політропи стиску повітря у турбокомпресорі (n_к = 1,4...2,0).

При відсутності  наддуву  Р_к = Р₀, а Т_к = Т₀.

2.5. Тиск залишкових газів  у циліндрі двигуна перед початком  процесу наповнення:

      P_r= 0,11 Мпа

2.6. Температура залишкових газів T_r =1050C^o

2.7. Густина заряду при  наповненні:

 

 

  кг/м³

де  В = 287Дж/кг×град - питома газова стала.

При відсутності  наддуву приймають .

2.8. Втрати тиску при  наповненні

, МПа,

    

МПа

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

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

w_ВП = 50...150 м/с - середня швидкість руху заряду у найменшому перерізі впускної системи в м/с. Значення w_ВП приймають за таблицею вихідних парам.

 

 

 

 

 

2.9. Тиск  кінця впуску 

, МПа

                

МПа

2.10. Температура підігріву  свіжого заряду DТ. Приймається DТ=12ºС.

2.11. Коефіцієнт залишкових  газів

 

,

                       

де  e - ступінь стиску, приймається за таблицею вихідних параметрів.

2.12. Температура в кінці  наповнення 

, К.

                    

, К

2.13. Коефіцієнт наповнення

.

                                    

 

2.14. Середній показник  адіабати стиску k₁=1.3795

2.15. Значення показника  політропи стиску n₁ в залежності від k встановлюють у межах:

для бензинових двигунів  (k₁-0,01)…(k₁-0,04); Приймаємо n₁=1.3485

2.16. Тиск у кінці теоретичного  стиску

 

, МПа.

                       P_c=

Мпа

2.17. Температура у кінці  теоретичного стиску

                                                 , К

                    T_c=

К 

2.18. Середня мольна теплоємність  свіжого заряду у кінці стиску

                       , кДж/кмоль×град.,

                  

кДж/кмоль×град

де  t_с - температура у кінці стиску в °С (t_с = T_с-273°=681,21-273=408,21).

2.19. Середня мольна теплоємність  залишкових газів 

 =24,3577 кДж/кмоль×град

2.20. Середня мольна теплоємність  робочої суміші 

                , кДж/кмоль×град.

    кДж/кмоль×град

2.21. Коефіцієнт молекулярної  зміни робочої суміші

,

                  

де  g_r - коефіцієнт залишкових газів.

2.22. Теплота згоряння  робочої суміші

, кДж/кмоль.

                           H_{роб.сум}=

кДж/кмоль

2.23. Середня мольна теплоємність  продуктів згоряння

.

Окремі  компоненти беруть з таблиці С-1 Додатку С [1]. Після підстановки і перетворень одержують результат у вигляді

,

де  а, b – числові значення отриманні сумуванням подібних компонентів.

2.24. Рівняння згоряння (тепловий  баланс) для бензинових двигунів

;

де x_z=0.9 - коефіцієнт використання тепла. Коефіцієнт використання теплоти у період згоряння залежить від типу двигуна

 - ступінь підвищення тиску.

 - середня мольна теплоємність продуктів згоряння при сталому тиску

.

Після перетворень  отримують рівняння .

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

 

                         , °С,

                    °С

, К

                            К

2.26 Максимальний тиск згоряння:

для бензинового  двигуна

                                        , МПа;

     

Мпа

2.27. Дійсний максимальний  тиск згоряння:

для бензинового  двигуна . Мпа

                                        Мпа

2.28. Ступінь підвищення  тиску l. Для бензинових двигунів .

2.29. Ступінь попереднього  розширення. Для бензинових двигунів ;

2.30. Ступінь подальшого  розширення. Для бензинових двигунів =6,5

2.31. Середній показник  адіабати розширення k₂ =1,2625

2.32. Середній показник  політропи розширення n₂

 

  k₂=1,2625  

2.33. Тиск кінця процесу  розширення 

 

, МПа.

                     

МПа

2.34. Температура кінця  процесу розширення

, К.

                 

К

2.35. Перевірка точності  вибору значень тиску та температури  залишкових     газів

,     К          

 

3.  Розрахунок індикаторних  та ефективних показників дійсного  циклу

Двигуна

3.1. Теоретичний середній  індикаторний тиск

  , МПа.

 МПа

3.2. Дійсний середній  індикаторний тиск 

, МПа,

                P_i=

МПа

де  j=2 - коефіцієнт повноти індикаторної діаграми, приймається за таблицею   вихідних параметрів.

3.3. Індикаторна потужність двигуна

 

, кВт,

                   

кВт

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

n – частота  обертання колінчастого вала, об/хв;

t – коефіцієнт тактності (t = 4).     

Значення  V_л та n приймають за таблицею вихідних параметрів.

3.4. Індикаторний коефіцієнт  корисної дії

                          

3.5. Індикаторні питомі  витрати палива

, г/кВт×год.

                     

г/кВт×год