148091 (Розрахунок автомобільного двигуна)

Вступ

Впровадження досягнень науково-технічного прогресу в автомобілебудуванні та на автомобільному транспорті вимагає творчого підходу до вирішення наукових і практичних завдань, які стоять перед робітниками цих галузей, що в свою чергу передбачає необхідність підвищення якості підготовки і перепідготовки кадрів для них. В області розвитку і удосконалення автомобільних двигунів основними задачами на сучаснім етапі являється:

зниження паливної економічності;

питомої маси;

вартості їх виготовлення і експлуатації;

боротьба з токсичними викидами в атмосферу;

зниження шуму при експлуатації двигунів.

Виконання цих задач вимагає від спеціалістів, пов’язаних з виробництвом та експлуатацією автомобільних двигунів, глибоких знань теорії, конструкції та розрахунку двигунів внутрішнього згоряння.

Важливим чином у придбанні даних знань, що базуються на основних теоретичних положеннях дисципліни «Автомобільні двигуни».

Курс «Автомобільні двигуни» є одним з базових у справі підготовки інженерно-технічних працівників автомобільного транспорту.

Сучасна автомобільна силова установка (автомобільний двигун) являє собою одну з найскладніших машин, здатних перетворювати теплоту, що виділяється при згорянні палива, у механічну роботу. Процеси згоряння, виділення теплоти і перетворення її в механічну роботу продуктами згоряння відбувається у середині двигуна. Звідси й назва – двигуни внутрішнього згоряння (ДВЗ).

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 = 0,855; 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 у режимі номінальної потужності приймають за таблицею вихідних параметрів α =0.84

Кількість свіжого заряду

,

кмоль свіжого заряду/кг.палива. M₁=0.84·0.5179=0.4350 кмоль свіжого заряду/кг.палива.

1.4 Кількість двоокису вуглецю (СО₂) у продуктах згоряння

за умови:

1, , кмоль/кг.палива,

M_CO2= кмоль/кг.палива,

де ;

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

1.5 Кількість окису вуглецю (СО) у продуктах згоряння

за умови:

1, , кмоль/кг.палива.

M_CO= кмоль/кг.палива.

1.6 Кількість водяної пари (Н₂О) у продуктах згоряння

за умови:

1, , кмоль/кг палива. M_H2O= кмоль/кг палива.

1.7 Кількість водню (Н₂) у продуктах згоряння

за умови:

1, , кмоль/кг палива.

M_H2= кмоль/кг палива.

1.8 Кількість кисню (О₂) у продуктах згоряння

за умови:

1, , кмоль/кг.палива.

1.9 Кількість азоту (N₂) у продуктах згоряння

, кмоль/кг.палива.

M_N2= кмоль/кг.палива.

1.10 Загальна кількість продуктів згоряння рідкого палива

, кмоль/кг.палива.

M₂= кмоль/кг.палива.

1.11 Зміна кількості робочого тіла при згорянні палива

, кмоль/кг.палива.

∆M= кмоль/кг.палива.

1.12 Коефіцієнт молекулярної зміни паливної суміші

.

1.13 Нижча теплота згоряння рідкого палива за формулою Менделєєва

, кДж/кг.палива. H_u= кДж/кг.палива.

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

1.14 Хімічна неповнота згоряння за умови:

1, , кДж/кг палива.

∆H_u= кДж/кг палива.

1.15 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 = 0,10 МПа.

2.2 Температура навколишнього середовища для розрахунків

Т₀ = 293 К.

2.3 Тиск середовища, звідки повітря надходить у циліндр.У випадку відсутності наддуву

Р_к = Р₀.

2.4 Температура середовища, звідки повітря надходить у циліндр

При відсутності наддуву

Р_к = Р₀, а Т_к = Т₀

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

при відсутності наддуву

, МПа;

P_r= МПа

2.6 Температуру залишкових газів

T_r =1065 K

2.7 Густина заряду при наповненні:

при відсутності наддуву

,кг/м³;

кг/м³

де В = 287Дж/кгград питома газова стала.

При відсутності наддуву приймають .

2.8 Втрати тиску при наповненні

, МПа,

∆P_a= МПа

де коефіцієнт затухання швидкості руху заряду у перерізі циліндра; _ВП – коефіцієнт опору впускної системи, віднесений до найбільш вузького його перерізу, ; _ВП = 50...150 м/с середня швидкість руху заряду у найменшому перерізі впускної системи в м/с. Значення _ВП приймають за таблицею вих. пар.

2.9 Тиск кінця впуску

, МПа

P_a= МПа

2.10 Температура підігріву свіжого заряду Т. Приймається

Т=12ºС.

2.11 Коефіцієнт залишкових газів

, .

де ступінь стиску, приймається за табл. вих. пар.

2.12. Температура в кінці наповнення

, К.

T_a= К.

2.13 Коефіцієнт наповнення

.

.

2.14 Середній показник адіабати стиску k₁=1,3775

Визначається за номограмою Додатку Е (рис. Е-1) у залежності від ступеня стиску і температури в кінці наповнення Т_а.

2.15 Значення показника політропи стиску n₁

в залежності від k встановлюють у межах для бензинових двигунів (k₁0,01)…(k₁0,04);

Приймаємо n₁=1,3575

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/кмольград.,

кДж/кмольград

де t_с температура у кінці стиску в С (t_с = T_с273).

2.19 Середня мольна теплоємність залишкових газів

=23,3994 кДж/кмольград

визначається в залежності від коефіцієнта надлишку повітря і температури у кінці стиску t_с шляхом інтерполяції за таблицею В-1 Додатку В

2.20 Середня мольна теплоємність робочої суміші

, кДж/кмольград.

кДж/кмольград.

2.21 Коефіцієнт молекулярної зміни робочої суміші

,

,

де _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.

2.24 Рівняння згоряння (тепловий баланс) для:

бензинових двигунів

;

0,002001tz²+24,46233t_z-73769,08=0

де _z коефіцієнт використання тепла. Коефіцієнт використання теплоти у період згорання залежить від типу двигуна:

для бензинового двигуна _z = 0,85...0,95

2.25 Температуру, що відповідає максимальному тиску згоряння Р_z

визначають шляхом розв’язування квадратного рівняння попереднього пункту

, С,

t_z= С. , К.

T_z=2503+273=2776 К.

2.26 Максимальний тиск згоряння

для бензинового двигуна

, МПа;

P_z= МПа.

2.27 Дійсний максимальний тиск згоряння

для бензинового двигуна

. МПа.

P_zд=0.85·4,45=3,78Мпа.

2.28 Ступінь підвищення тиску

Для бензинових двигунів

.

МПа.

2.29 Ступінь попереднього розширення

Для бензинових двигунів ;

2.30 Ступінь подальшого розширення

Для бензинових двигунів =6,8

2.31 Середній показник адіабати розширення

k₂ =1,242

Визначають по номограмам Е-2 та Е-3 Додатку Е, відповідно, для бензинових та дизельних двигунів за числовими значеннями , та T_z.

2.32 Середній показник політропи розширення n₂

k₂=1,242

2.33 Тиск кінця процесу розширення

, МПа. P_b= МПа.

2.34 Температура кінця процесу розширення

, К.

T_b= К.

2.35 Перевірка точності вибору значень тиску та температури залишкових газів

, К. T_r= К.

Значення Т_r відрізняється від значення прийнятого у пункті 2.6 на 2,6%. Умова виконується.

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=0,96·0,9=0,86 МПа

де - коефіцієнт повноти індикаторної діаграми, приймається за таб. вих. пар.

3.3 Індикаторна потужність двигуна

, кВт,

N_i= кВт,

де V_л – робочий об’єм циліндрів двигуна у літрах (літраж); n – частота обертання колінчастого вала, об/хв; – коефіцієнт тактності ( = 4).

Значення V_л та n приймають за таб. вих. пар.

3.4 Індикаторний коефіцієнт корисної дії

,

.

3.5 Індикаторні питомі витрати палива

, г/кВтгод, q= г/кВтгод.

3.6 Тиск механічних втрат Р_м

Визначають за емпіричною залежністю по заданому у таблиці А-1 значенню середньої швидкості поршня (V_п.ср, м/с). Для бензинових двигунів з числом циліндрів до 6 та відношенням S/D 1

P_M =0,034+0,0113·Vп.ср, МПа, P_M=0,049+0,0152·8,5=0,18 МПа.

3.7 Середній ефективний тиск

, МПа.

P_e=0,86-0,18=0,68 МПа.

3.8 Механічний коефіцієнт корисної дії

,

.

3.9 Ефективний коефіцієнт корисної дії

.

.