Метод_КР_бензин(ПСО)
.pdfФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ
(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
ВОЛЖСКИЙ ФИЛИАЛ
Кафедра «Автомобили и автомобильное хозяйство»
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ АВТОМОБИЛЕЙ
МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ
по выполнению курсовой работы
Чебоксары – 2012 г.
Исходные данные для теплового расчета двигателя
|
|
Исходные данные |
Параметры |
|
|
|
|
1. |
Тип двигателя и его назначение |
|
|
|
|
|
|
2. |
Диаметр цилиндра D, м |
|
|
|
|
|
|
3. |
Ход поршня S, м |
|
|
|
|
|
|
4. |
Число цилиндров i |
|
|
|
|
|
|
5. |
Частота вращения номинальная nnom, об/мин |
|
|
|
|
|
|
6. |
Число клапанов на цилиндр iкл |
|
|
|
|
|
|
7. |
Тип охлаждения |
|
|
|
|
|
|
8. |
Давление окружающей атмосферы Р0 , МПа |
|
|
|
|
|
|
9. |
Температура окружающей атмосферы Т0 , К |
|
|
|
|
|
|
10. |
Средняя скорость заряда в клапане wкл , м/с |
|
|
|
|
|
|
11. |
Коэффициент сопротивления при впуске, β2 +ξ |
|
|
|
|
|
|
12. |
Коэффициент избытка воздуха α |
|
|
|
|
|
|
13. |
Коэффициент дозорядки φдз |
|
|
|
|
|
|
14. |
Коэффициент очистки φоч |
|
|
|
|
|
|
15. |
Повышение давления в компрессоре при наддуве πк |
|
|
|
|
|
|
16. |
Охлаждение воздуха после компрессора ∆Tохл , К |
|
|
|
|
|
|
17. |
Отношение радиуса кривошипа к длине шатуна λ |
|
|
|
|
|
|
18. |
Состав топлива |
|
|
|
|
|
|
19. |
Низшая теплота сгорания Нu , кДж/кг |
|
|
|
|
|
|
20. |
Степень сжатия ε |
|
|
|
|
|
|
21. |
Давление остаточного газа Рг , МПа |
|
|
|
|
|
|
22. |
Температура остаточных газов Тг , К |
|
|
|
|
||
23.Подогрев при впуске ∆T, К |
|
||
|
|
|
|
24. |
Угол начала открытия впускного клапана |
φ/а |
|
|
|
|
|
25. |
Угол конца закрытия впускного клапана |
φ//а |
|
|
|
|
|
26. |
Угол начала открытия выпускного клапана |
φ/b |
|
|
|
|
|
27. |
Угол конца закрытия выпускного клапана |
φ//b |
|
|
|
|
|
28. |
Угол, при котором подается искра (топливо) |
φ/с |
|
|
|
|
|
2
ВВЕДЕНИЕ
Целью курсовой работы по дисциплине «Энергетические установки ав-
томобилей» является закрепление знаний, полученных студентами при изуче-
нии всех разделов дисциплины.
В первой части проекта произведен тепловой расчет двигателя в режиме максимальной мощности, составлен тепловой баланс, построены индикаторная диаграмма и скоростная характеристика.
Вторая часть проекта посвящена силовому анализу работы кривошипно-
шатунного механизма (КШМ) и построению графиков основных сил и момен-
тов, возникающих при работе энергетических установок.
Третья часть включает расчет двух обслуживающих систем двигателя:
систему смазки и систему охлаждения.
3
1. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ
На основании исходных данных, производим следующие расчеты.
1.1.Параметры рабочего тепла
1.1.1.Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг
топлива:
L0 |
|
1 |
|
|
C |
|
H |
|
O |
= |
кмоль воздуха/кг топлива |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
0, 208 |
|
12 |
|
4 |
|
32 |
|
|
кг воздуха/кг топлива
1.1.2. Рассчитываем количество свежего заряда (воздуха):
М0= α L0 = кмоль воздуха/кг топлива
1.1.3. Рассчитываем количество горючей смеси:
M1 L0 |
1 |
= |
кмоль/кг |
|
|
||||
|
|
|
||
|
T |
|
|
1.2.Параметры отработавших газов
1.2.1.При α <1 количество отдельных компонентов сгорания в расчете на
1кг топлива равно: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
оксида углерода MCO |
0, 416 |
1 |
L0 |
кмоль/кг; |
|||||||||
1 k |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
углекислого газа M CO |
|
|
C |
M CO |
|
кмоль/кг; |
|||||||
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
2 |
12 |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
водорода M H |
2 |
kMCO , |
|
|
|
|
|
|
|
кмоль/кг; |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
водяного пара |
M H |
O |
H |
M H |
|
|
кмоль/кг; |
||||||
2 |
|
|
|||||||||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
азота M N2 0, 792 L0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
кмоль/кг; |
кислорода M O2 = 0;
где k – экспериментальный коэффициент, зависящий от отношения углерода С и водорода Н в топливе, определяется по формуле: k 1,12H / C
При α ≥1 количество отдельных компонентов продуктов сгорания в рас-
чете на 1кг топлива:
4
оксида углерода MCO = 0; |
водорода M H |
= 0; |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
углекислого газа M CO |
|
|
C |
|
|
кмоль/кг; |
|
12 |
|
|
|||||
|
2 |
|
|
|
|
||
водяного пара M H O |
H |
|
|
|
|
кмоль/кг; |
|
2 |
|
|
|
|
|||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
азота M N2 0, 792 L0 |
|
|
|
|
|
кмоль/кг; |
|
кислорода MO 0, 208( 1)L0 |
|
кмоль/кг. |
|||||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
1.2.2. Общее количество продуктов сгорания бензина:
M 2 |
MCO |
MCO |
M H |
2 |
M H |
O M N |
2 |
MO = |
кмоль/кг |
|
|
2 |
|
2 |
|
2 |
|
1.2.3. Коэффициент молекулярного изменения горючей смеси:
0 M2 / M1 =
Для бензиновых ДВС μ0 = 1,02…1,12.
1.3.Расчет первого такта (впуск – 0 ≤ φ ≤ 180)
1.3.1.Определяем потери давления во впускном тракте при впуске:
P ( 2 |
) |
w2 |
|
10 6 |
= |
МПа. |
кл |
||||||
|
||||||
a |
|
2 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Плотность воздуха при расчете бензинового двигателя равна:
|
|
|
0 |
P0 |
106 |
кг/м3. |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
RBT0 |
|
|
|
|
1.3.2. Рассчитываем давление в конце впуска в цилиндре двигателя: |
||||
|
|
Ра = Р0 – Ра |
МПа. |
|||
|
|
1.3.3. Рассчитываем коэффициент остаточного газа в двигателе: |
||||
r |
|
|
(T0 T ) оч Рr |
|
||
Tr |
( доз Рa оч Рr ) |
|
||||
|
|
|
Предварительно принимается Тr = 900…1100 К – для бензиновых ДВС.
1.3.4. Определяем температуру в конце впуска в двигателе:
T |
T0 T rTr |
К. |
|
|
|||
a |
1 |
r |
|
|
|
1.3.5. Рассчитываем коэффициент наполнения двигателя:
5
T0 ( доз Ра оч Рr )
v(T0 T )( 1)P0
1.4.Расчет второго такта (сжатие – 1800 ≤ φ ≤ 3600)
1.4.1.Давление в конце сжатия:
P |
P n1 = |
|
|
|
МПа. |
c |
дз a |
|
|
|
|
1.4.2. Температура в конце сжатия: |
|
||||
T T n1 1 = |
|
|
|
К, |
|
c a |
|
|
|
|
|
tс = Тс – 273ºС = |
|
|
|
ºС. |
|
1.4.3. Показатель политропы сжатия n1 |
определяется по эмпирической за- |
||||
висимости: |
|
|
|
|
|
для бензиновых ДВС: |
n1 1, 41 |
5 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
3ní î ì
где nном – номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя, с–1.
Показатель политропы сжатия для бензиновых двигателей n1 = 1,3…1,39.
1.5.Расчет участка подвода тепла
Врезультате расчета этого участка должны быть определены значения Тz
иРz после подвода тепла.
1.5.1. Определение параметров процесса сгорания в бензиновом ДВС.
1.5.1.1. Уравнение сгорания для бензиновых двигателей имеет вид:
|
|
|
Hu Hu |
C /t |
|
||
C t |
c |
|
|
||||
|
|||||||
v |
L0 |
(1 r ) |
v z |
|
|||
1 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
Cv1 – средняя мольная теплоемкость свежего заряда при постоянном объ-
еме: C |
v |
20,16 1,74 10 3 t |
c |
кДж/(кмоль град); |
|
1 |
|
|
|
Cv/ – средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания при α = 0,8…1,0:
C/ |
(18, 4 2, 6 ) (15,5 13,8 )10 4 t |
z |
кДж/(кмоль град); |
v |
|
|
ξ – коэффициент использования тепла для бензиновых двигателей прини-
мается ξ = 0,85…0,95;
– коэффициент действительного молекулярного изменения рабочей
смеси определяется из уравнения: 0 r
1 r
6
Для бензиновых двигателей = 1,02…1,12.
Hн – потери тепла в связи с неплотной сгорания из-за недостатка кисло-
рода определяется по уравнению:
H |
u |
120 103 |
(1 )L |
кДж/кг. |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
Все величины, входящие в уравнение сгорания, за исключением C / и t |
z, |
||
|
|
|
|
v |
|
известны. Обозначив левую (известную) часть уравнения через S/ и подставить |
|||||
значение Cv/ |
из уравнения сгорания, получим: |
|
|
|
|
|
|
|
S / |
|
tz |
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|||||
|
|
|
( A/ B/tz ) |
|||
A/ 18, 4 2, 6 ; |
B/ (15,5 |
A/ =
В/ =
S /
|
|
|
|
|
|
|
|
||
или B/tz2 |
A/tz S / 0 |
|
|||||||
13,8 )10 4 ; |
S / C t |
|
|
Hu |
Hu |
||||
c |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
v |
L0 |
(1 r ) |
||
|
|
|
|
|
|
|
В итоге получим квадратное уравнение, решив которую определим тем-
пературу в конце процесса сгорания tz .
Температура в конце процесса сгорания для бензиновых ДВС должна на-
ходиться в пределах Тz = 2500…3000 К.
7
1.5.2. Определим давление в цилиндре после подвода тепла:
Рz = λгРс = МПа.
Степень повышения давления λг рекомендуется принимать λг = 2,5…4,0.
при этом Рz ≤ 8МПа.
8
1.6.Расчет третьего такта (расширение – 360≤φ≤540)
1.6.1.Для бензиновых двигателей давление и температура в конце расши-
рения: |
|
|
|
|
|
|
|
|
Pb |
|
|
Pz |
|
= |
МПа; |
||
|
n2 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|||
Tb |
|
|
Tz |
|
= |
К. |
||
n2 |
1 |
|||||||
|
|
|
|
1.6.2. Показатель политропы расширения n2 может быть определен по эм-
пирической зависимости:
n2 1, 26 |
|
5 |
|
|
|
, где nном подставляется в с–1. |
||||
|
|
|
|
|
|
|||||
3ní î ì |
||||||||||
|
|
|
|
|||||||
Показатель политропы расширения для бензиновых ДВС составляет n2 = |
||||||||||
1,23…1,3. |
|
|
|
|
|
|
||||
1.6.3. Для оценки точности теплового расчета проводится проверка ранее |
||||||||||
принятой температуры отработавших газов Tr : |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Tr Tb 3 |
Pr |
|
|
|
|
|
|
|||
Pb |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Погрешность: |
Tr принятая Tr расчетная |
100 |
% |
|||||||
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Tr расчетная |
|
Если расхождение в пределах 5 %, то перерасчет не обязателен.
1.7. Расчет четвертого такта (очистка цилиндра – 540≤φ≤720)
Задано Pr ≈ const |
МПа |
1.8.Индикаторные параметры рабочего цикла
1.8.1.Для бензинового двигателя, работающего по циклу V= const, теоре-
тическое индикаторное давление равно:
P/ |
Pc |
|
|
à |
|
(1 1 n2 ) |
1 |
|
(1 1 n1 ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
i |
1 |
|
|
|
n1 1 |
|
||||
|
n2 1 |
|
|
|
МПа.
Действительное среднее индикаторное давление 0составит:
Pi Pi /
9
где – коэффициент, учитывающий «скругление» индикаторной диаграммы,
который находится в пределах 0,92≤ ≤0,97.
1.8.2. Рассчитываем индикаторную мощность и индикаторный крутящий момент двигателя:
Ni |
|
|
PiVhin |
|
PiVл n |
кВт; |
||||
|
|
30 |
|
120 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
D2 |
|
|
|
3 |
|
|||
Vл |
|
|
|
|
S i 10 |
|
л; |
|||
|
4 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
M i |
|
|
3Ni |
104 |
|
|
Нм |
|||
|
n |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Значения D (м), S (м), i, n (об/мин) – заданы. Для четырехтактных двига-
телей коэффициент тактности τ = 4.
1.8.3. Определяем индикатор КПД и удельный индикаторный расход топ-
лива: i |
|
|
Pi l0 |
|
|
||
|
H u k v |
|
|||||
|
|
|
|
||||
gi |
|
3600 |
|
|
г/кВт∙ч |
||
H u i |
|||||||
|
|
|
|||||
Здесь Pi |
в МПа , Нu в МДж, ηi из п.1.3.5. |
|
1.9.Эффективные параметры рабочего цикла
1.9.1.Рассчитываем среднее давление механических потерь:
Рм = Ам + Вм×Vп. ср. МПа
где Ам и Вм – коэффициенты, зависящие от числа цилиндров и от отношения хода поршня к диаметру цилиндра и типа камеры сгорания (табл. 2).
|
|
|
Таблица 2 |
|
Значение коэффициентов Ам и Вм |
|
|
|
|
Тип двигателя |
Ам |
Вм |
|
|
Карбюраторный S/D > 1, |
i ≤ 6 |
0,049 |
0,0152 |
|
Карбюраторный S/D < 1, |
i = 6 |
0,039 |
0,0132 |
|
Карбюраторный S/D ≤ 1, |
i ≤ 6 |
0,034 |
0,0113 |
|
Четырехтактный дизель с неразделенными камерами |
0,089 |
0,0118 |
|
|
Дизель с предкамерами |
|
0,103 |
0,0153 |
|
Дизель с вихревыми камерами |
0,089 |
0,0135 |
|
|
|
10 |
|
|
|