Тепловой и динамический расчет двигателя

ВВЕДЕНИЕ

 

Двигатели внутреннего сгорания относятся  к наиболее распространенным тепловым машинам. Эти двигатели, работающие на жидком топливе нефтяного происхождения, явились надежной основой развития автотракторостроения.

Факторами, влияющими на конструкцию ДВС, являются необходимость увеличения удельной мощности, повышение надёжности и возможность использования двигателей в различных условиях эксплуатации при минимальных расходах топлива, стоимости и затратах материалов.

Экономичность и надежность двигателей в значительной степени зависят от систем питания, охлаждения, смазки, автоматизации, регулирования  и других систем.

Поэтому рассмотрения особенностей работы, конструирования и расчета  этих систем имеет важное значение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

Курсовой проект содержит:  22 страницы, 3таблицы, 4 источников литературы,  1 лист формата А1.

 

ТЕПЛОВОЙ И ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ.

 

Целью курсовой работы является овладение методикой и навыками самостоятельного решения инженерных задач. Разработан двигатель внутреннего сгорания, рабочий чертёж маховика.

В процессе работы построены  индикаторная диаграмма, график инерционных  и тангенциальных сил для одного цилиндра.

Провели анализ влияния  заданного параметра на технико-экономические  показатели работы двигателя внутреннего сгорания. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

  Введение

1 Выбор типа и основных  параметров двигателя внутреннего сгорания

2 Тепловой расчёт двигателя

3 Построение индикаторной  диаграммы и определение основных 

    показателей работы двигателя

4 Анализ влияния заданного  параметра на технико-экономические 

    показатели  работы двигателя

5 Тепловой баланс двигателя

6 Определение основных  размеров и комплексных показателей  двигателя

7 Кинематический и  динамический расчёт кривошипно-шатунного

     механизма  двигателя

8 Расчет системы питания

9 Регуляторная характеристика двигателя

10 Техническая характеристика двигателя

 

 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ВЫБОР ТИПА И ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ  ДВИГАТЕЛЯ

 

 

1. Выбор типа двигателя.

 

В соответствии с данными  варианта для расчета задан двигатель  внутреннего сгорания эффективной мощностью 168 кВт; трактор.

Для трактора я выбрал дизельный двигатель. Потому что дизельное топливо более дешевле чем бензин. Для дизельного двигателя можно применять топливо с широким диапазоном фрикционного состава, у дизелей неограниченная агрегатная мощность, токсичность выхлопных газов намного меньше и выше долговечность. Хотя у дизельного двигателя больше себестоимость, металлоемкость, дымность выхлопных газов и сложнее по конструкции. Я выбрал дизельный двигатель и потому, что единица энергии, вырабатываемое дизельными двигателями в 2 раза дешевле, чем в карбюраторных двигателях. Себестоимость мощности в дизелях получается в 2 раза меньше.

 

 

2. Обоснование принимаемого способа смесеобразования.

 

Я принимаю полураздельную камеру сгорания ЦНИДИ с объемно – пленочным смесеобразованием .

При объемном смесеобразовании все топливо впрыскивается в  объем камеры сгорания, при этом снижаются затраты на изготовление и обслуживания топливной системы (форсунок и насоса высокого давления).

Так при камере ЦНИДИ (на объем в поршне приходится более 78…84% объема камеры сгорания) отверстия  распылителя ориентируются так, что значительная часть вырабатываемого  топлива под малым углом попадает на стенки камеры и организованное движение воздуха так же «размазывается» на поверхности. Часть топлива оказывается впрыснутой в объем камеры сгорания.

Как и при пленочном  смесеобразовании, воспламеняется топливо, впрыснутое в объем камеры. В результате обеспечивается сравнительно малая жесткость процесса сгорания . В двигателях с такими камерами расход топлива примерно на 6% ниже чем в предкамерных.

Недостатком этих двигателей является сравнительная низкая термостойкость острых кромок камеры и высокая чувствительность к показателям работы топливной аппаратуры, определяющим качество образования топливной пленки.

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ

 

Цикловая подача топлива, г/цикл:

                                           , [г/цикл]                                             (1)

где n и i – частота вращения коленчатого вала (мин^-1) и число цилиндров двигателя;

g_e – эффективный удельный расход топлива, г/(кВт*ч)

τ – коэффициент тактности двигателя(τ=2- четырехтактный двигатель)

N_e – эффективная мощность двигателя, кВт.    

                                            [г/цикл]           

Плотность заряда на впуске, кг/м³:

                                        , [кг/м³] (2)

где Р₀ – давление окружающей среды, МПа

R_в – газовая постоянная воздуха, Дж/(кг*К), R_в=0,29 Дж/(кг*К)

Т_К – температура окружающей среды, К, Т_К=

 К     

                                         [кг/м³]  

Необходимый объем воздуха, л:

                                           ,  [л]  (3)

где L_Т=14,5 кг – количество воздуха необходимое для сгорания 1кг топлива. 

                                 [л]  

Ориентировочное значение диаметра цилиндра, м:

                                           , [м]                                                       (4) 

где η_Н=0,9 – коэффициент наполнения цилиндра свежим зарядом

       к=1 – коэффициент короткоходности  

                                         [м]

Ориентировочное значение хода поршня, м:

                                         , [м]  (5)

[м]

2.1 Процесс впуска

 

Определяем температуру в конце процесса впуска:

                             

, [К]                                                   (6)

где Т_о – температура окружающей среды, К;

      DТ –подогрев свежего заряда, К;

       g_r –коэффициент остаточных газов;

       Т_r –температура остаточных газов, К,

Принимаем:

Т_о =293 К [стр.19 /3/];

DТ =20-для двигателей без наддува [стр.18 /3/];

g_r =0,03…0,06 - в четырехтактных дизелях без наддува и с наддувом [стр.19 /3/],

g_r =0,05;

Т_r =700…900 К для дизелей [стр. 8 /4/], Т_r =850 К.

 

 

[К]

 

Определяем температуру  после компрессора, К

Где  n_k-показатель полиотропы сжатия воздуха в компрессоре [стр.9 /3/];

n_k=1,4…1,8; принимаем n_k=1,6

 [К]

 

Определяем давление в конце  впуска, кПа:

                                          Р_а =(0,85…0,9)· Р₀ ,  [кПа]                                       (7)

где Р_о– давление наддува, кПа.

Принимаем по заданным параметрам Р_о =105кПа [стр.14 /3/].

                                               Р_а =0,9·105=94,5 [кПа]

2.2 Процесс сжатия

Величину среднего показателя политропы сжатия определяем по эмпирической формуле профессора В.А. Петрова, как функцию угловой скорости вращения коленчатого вала ω, для дизеля:

 (8)

 

       

                                                

Определяем давление в конце  сжатия, кПа:

                                               Р_с =Р_а·εⁿ¹,  [кПа]                                                  (9)

где  n₁- средний показатель политропы сжатия.

Р_с =94,5·17,7^1,35=4572,9  [кПа]

Определяем температуру  в конце сжатия, К:

                                                Т_с = Т_а · ε^n1-1,  [К]                                            (10)

Т_с = 338,6·17,7 ^1,35-1 =925,7 [К]

2.3 Процесс сгорания

Определяем  теоретически необходимое количество воздуха (в  молях) на сгорание 1 кг топлива:

                                     

, [кмоль/кг]                              (11)

где С – содержание углерода в топливе;

       Н  – содержание водорода в топливе;

       О – содержание кислорода в топливе.

Принимаем состав топлива: С=0,87;  Н=0,124; О=0,006;

 [кмоль/кг]

Определяем действительное количество воздуха, кмоль/кг:

                                             L=a·L₀ , [кмоль/кг]                                              (12)

где a - коэффициент избытка воздуха.

Для дизелей с объемным смесеобразованием a=1,35…2,0 [стр.31 /3/].

Принимаем a=1,5.

L=1,5·0,492=0,738 [кмоль/кг]

 

Определяем число молей продуктов  сгорания 1 кг топлива при a >1:

                                             

                                                                                  

Определим химический коэффициент  молярного изменения:

                                                                                     (14)  

Находим действительный коэффициент молярного изменения:

                                   

                                   (15)

Определяем теплоёмкость газов для чистого воздуха, кДж/кмоль·град:

                                    m·С^с_n=а+в·Т_с , [кДж/кмоль·град]                                (16)

где а=20,16; в=1,738·10^-3 – постоянные коэффициенты [стр.10 /4/].

m·С^с_n=20,16+1,738·10^-3 ·925,7 =21,77 [кДж/кмоль·град]

Для продуктов сгорания при a >1:

                              

                          (17)

Теплоёмкость при постоянном давлении:

                                          m·С^z_р =m·С^z_n +m·R                                                     (18)

где  m·R =8,314- универсальная газовая постоянная [стр.10 /4/].

m·С^z_р =

m·С^z_р =

Температура в конце  сгорания Т_z определяется для дизеля из выражения:

                              

                    (19)

где x- коэффициент использования тепла;

       Q_H –низшая удельная теплота сгорания, кДж/кг;

        l- степень повышения давления.

Для дизелей с полураздельными камерами сгорания величина

 l =1,7…2,2 [стр.10/4/];

принимаем l =1,9 с учетом несовершенства конструкции двигателя;

для дизелей x= 0,7…0,9[стр.10/4/];

принимаем x=0,8 с учетом обогащения смеси (a =1,5) и несовершенством процесса смесеобразования;

для дизельных топлив Q_H = 42500 кДж/кг  [стр.10/4/].    

Решая квадратное уравнение, определяем Т_z , К:

 [К]

Определяем давление в конце сгорания, кПа:

                                           

, [кПа]                                                   (20)

                                      [кПа]

2.4 Процесс расширения

Определяем степень предварительного расширения:

                                   

                                  (21)

Степень последующего расширения:

                                                     

                                                            (22)