МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕНЫЙ

АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Факультет автомобильно-транспортный

Кафедра транспортных систем

Пояснительная записка к самостоятельной

работе № 2

по дисциплине

«Транспортная энергетика»

РАСЧЕТ ЭФФЕКТИВНЫХ И ИНДИКАТОРНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ АВТОМОБИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

РР49.20.00.000 ПЗ

Работу выполнил студент группы 1-ТТП-2

А. Р. Русинов____________

Самостоятельная работа

защищена с оценкой

Руководитель канд. техн. наук,

доцент В. Н. Степанов

2012

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………...………………………….…....……3

1. Содержание задания………………………………………………….…………….4

2. Значения исходных данных для задания………………………….…….…..….5

3. Расчетные формулы и выражения..…………………………………..………....6

4. Расчет показателей …….…...........................................................................10

4.1 Расчет индикаторных и эффективных показателей для бензинового двигателя..........…………………………………………......……………………10

4.1 Расчет индикаторных и эффективных показателей для дизельного двигателя..........................……………...………..........................................13

Заключение………………………………………………………………...….............16

Список литературы…………………………………………………………...........…17

Расчет

эффективных и индикаторных показателей автомобильного двигателя

ВВЕДЕНИЕ

В целях углубления и закрепления знаний об основных показателях двигателей внутреннего сгорания, выполняется задание № 2. В данной работе требуется рассчитать индикаторные и эффективные показатели реальных автомобильных двигателей, сопоставить полученные расчетные значения со значениями соответствующих параметров для бензиновых и дизельных двигателей (указать характерный диапазон изменения соответствующего параметра) и объяснить влияние на эти показатели различных эксплуатационных и конструктивных факторов.

1. Содержание задания

На основании исходных данных (табл. 3 и 4 ) рассчитать значения индикаторных и эффективных показателей, а также коэффициента наполнения автомобильного бензинового и дизельного двигателей.

При выполнении расчета принять:

- тактность двигателя τ = 4; температура окружающей среды T₀ = 278 К; давление окружающей среды p₀ = 0,1 МПа;

а) для бензинового двигателя : p_а = 0,9р₀ ; коэффициент избытка воздуха α = 1; низшая теплотворная способность топлива Q_н = 44000 кДж/кг; температура остаточных газов Т_r = 1050 K;

б) для дизельного двигателя p_а = 0,9р₀; при наличии наддува p_а = 0,9р_k и Т₀ = Т_k ; низшая теплотворная способность топлива Q_н = 42500 кДж/кг; температура остаточных газов Т_r = 850 K.

Сопоставить полученные расчетные значения с значениями соответствующих параметров для бензиновых и дизельных двигателей (указать характерный диапазон изменения соответствующего параметра).

2. Значения исходных значений для задания

Таблица 1 – Бензиновые двигатели

Исходные данные	Значения исходных данных
Мощность двигателя (Ne), кВт	55
Частота вращения КВ (n), 1/мин	5000
Рабочий объем двигателя, (Vs) дм3	1,971
Механический КПД (ηm)	0,77
Степень сжатия (ε)	8,0
Подогрев заряда на впуске (ΔТ), K	14
Коэффициент остаточных газов (%)	0,10
Расход топлива двигателем (B), кг/ч	15,4

Таблица 2 – Дизельные двигатели

Исходные данные	Значения исходных данных
Мощность двигателя (Ne), кВт	51
Частота вращения КВ (n), 1/мин	4600
Рабочий объем двигателя, (Vs) дм3	1,929
Механический КПД (ηm)	0,75
Степень сжатия (ε)	21,5
Давление наддува (pk), МПа	̶
Температура наддувочного воздуха (Tk), K	̶
Подогрев заряда на впуске (ΔТ), K	15
Коэффициент избытка воздуха (α)	1,6
Исходные данные	Значения исходных данных
Коэффициент остаточных газов (%)	0,05
Расход топлива двигателем (B), кг/ч	10,5

3. Расчетные формулы и выражения

Индикаторные показатели

Индикаторные показатели характеризуют совершенство рабочего цикла и учитывают только тепловые потери в двигателе (потери теплоты в охлаждающую жидкость, с отработавшими газами, в моторное масло, в окружающую среду).

При частоте вращения коленчатого вала двигателя n, 1/ мин, в одном цилиндре двигателя за 1 секунду совершается n/(30) циклов , τ - тактность двигателя (τ = 4 для 4-тактного двигателя и τ = 2 для 2-тактного двигателя).

Поскольку работа, совершаемая в единицу времени, есть мощность, то с учетом сказанного выше индикаторную мощность двигателя с количеством цилиндров i можно найти из выражения

, (1)

где p_mi – среднее индикаторное давление;

Vs – рабочий объем цилиндра;

Пусть двигатель с индикаторной мощностью Ni расходует за 1 час В кг топлива. Отношение

(2)

характеризует экономичность двигателя и называется удельным индикаторным расходом топлива.

Эффективность использования в цикле выделившейся теплоты характеризуется значением индикаторного КПД η_i (индикаторного коэффициента полезного действия). Индикаторный КПД представляет собой отношение количества теплоты, затраченной на совершение индикаторной работы, к количеству теплоты, выделившемуся в цилиндрах двигателя при полном сгорании поданного в них топлива.

Количество теплоты, кДж, выделившееся в цилиндрах двигателя в течение одного часа, определяется из выражения

Q , (3)

где Q_н – низшая теплотворная способность топлива, кДж/кг.

Количество теплоты, эквивалентное работе 1 кВт*ч составляет 3600 кДж (термический эквивалент работы 1 кВт*ч). Пусть индикаторная работа газов в цилиндре составляет Q_i = 1 кВт*ч (или соответственно 3600 кДж). Тогда значение индикаторного КПД можно вычислить с помощью выражения

. (4)

Также значение индикаторного КПД можно вычислить из выражения

(5)

где α – коэффициент избытка воздуха;

η_v – коэффициент наполнения цилиндра свежим зарядом;

l₀ – теоритическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива

p_mi – среднее индикаторное давление, МПа;

ρ_з – плотность свежего заряда в цилиндре к моменту начала сжатия, кг/м³. Множитель 10³ выражает количество дм³ в 1 м³ .

При неизвестном значении среднего индикаторного давления и известном значении η_i выражение (5) можно использовать для вычисления p_mi

(6)

Эффективные показатели

Эффективные показатели наряду с тепловыми потерями учитывают также и механические потери, возникающие при передаче работы газов в цилиндре на коленчатый вал двигателя. К эффективным показателям относятся названные ниже показатели.

Мощность механических потерь N_m. Это мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивлений в узлах трения и подшипниках, на привод вспомогательных агрегатов, а также на совершение тактов выпуска отработавших газов и наполнения цилиндров свежим зарядом в 4-тактных двигателях. Мощность механических потерь можно рассчитать по формуле

(7)

где – момент, затрачиваемый на преодоление механических потерь в двигателе.

Зная мощность механических потерь, можно рассчитать среднее давление механических потерь, МПа

(8)

Среднее эффективное давление является условным постоянным избыточным давлением, которое, действуя на поршень, за один его ход совершает работу, равную полезной работе газов в цилиндре за весь цикл.

(9)

Эффективная мощность N_е. Это полезная мощность, которая передается от двигателя потребителю. При проведении экспериментальных исследований в условиях испытательного стенда значение N_e можно рассчитать по формуле

(10)

где М_е – эффективный крутящий момент на фланце отбора мощности, определяемый с помощью нагрузочного устройства.

При известном значении эффективной мощности значение среднего эффективного давления можно вычислить с помощью выражения

(11)

Механический КПД η_m. При работе двигателя на нагрузочных режимах этот показатель характеризует совершенство конструкции двигателя с точки зрения уровня механических потерь при передаче работы газов на коленчатый вал.

(12)

Зная выражение η_m, с учетом выражения (6) можно вычислить значение среднего эффективного давления по формуле

(13)

Эффективный КПД η_e. Этот показатель представляет собой отношение количества теплоты Q_e, затраченного на совершение полезной работы, к количеству теплоты Q , выделившемуся при полном сгорании поданного в цилиндры двигателя топлива.

. (14)

C у четом выражений (5) и (14) можно записать

(15)

Пусть двигатель с эффективной мощностью N_е расходует за 1 час В кг топлива. Отношение

(16)

характеризует экономичность двигателя и называется удельным эффективным расходом топлива.

Расчет коэффициента наполнения выполняется по выражению

(17)

При расчете коэффициента наполнения для двигателя с наддувом величины и в выражении (17) необходимо заменить величинами p_k и T_k.

Значение величины зависит от состава смеси (коэффициента избытка воздуха α) и температуры газов T_r. Однако этой зависимостью можно пренебречь и для бензиновых двигателей, работающих под нагрузкой, принять При этом погрешность расчета значения Т_а не превысит 1 %.

Для дизельных двигателей при α = 1,4…1,8 можно принять , а при более высоких значениях α можно считать