Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Метод_КР_бензин(ПСО)

.pdf
Скачиваний:
13
Добавлен:
16.05.2015
Размер:
543.34 Кб
Скачать

ФЕДЕРАЛЬНОЕ 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

 

 

 

 

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

l0 = μB L0 =

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

 

 

Ã

 

(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