Определение основных параметров двигателя

Оглавление

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

Задание на проект………………………………………………………………………...4

1. Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания………………………………….5

1.1 Определение общих показателей характеризующих работу двигателя в целом..9

1.2 Определение эффективных показателей двигателя……………………………....10

1.3 Тепловой баланс двигателя………………………………………………………...11

1.4 Определение основных размеров двигателя……………………………………...13

Перечень использованной литературы………………………………………………..15

 

 

Введение

Целью курсовой работы является систематизация и закрепление знаний, полученных студентами при изучении теоретического курса дисциплины « Тракторы и автомобили» а также при выполнении практических и лабораторных работ; освоение методики и получение практических навыков теплового и динамического расчета автомобильного (тракторного) двигателя.

Приведенная в настоящем курсовом проекте последовательность расчета двигателя базируется на известных методиках, изложенных в литературе.

Основными задачами курсовой работы являются:

– получение практики применения теоретических знаний для решений задач проектирования с использованием литературных источников;

– развитие творческих способностей и инициативы при решении инженерных задач в области двигателестроения;

– привитие навыков обоснованного принятия инженерных решений на основании анализа и критической оценки параметров и конструктивных особенностей существующих двигателей.

– обретение навыков владения компьютером для выполнения инженерных задач.

 

Задание на проект

 

З А Д А Н И Е № _19__

 

Протопип ___Д-240____

 

Ne ; кВТ ______50______

 

n ___________2000_____

 

____________15______

 

i ____________4_______

 

 

Дизель Д-240
Pr =0,108 , МПа
Tr = 825, К
Pa = , Мпа
= 1,55
= 0,76
n2 = 1,2
Р0 =0,1033 , МПа
Т0 = 288, К


 
 

1. Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания

Задачей теплового расчета является определение индикаторных и эффективных показателей, построение индикаторной диаграммы, определение составляющих теплового баланса и основных размеров двигателя.

а) Процесс впуска

Давление, или коэффициент наполнения и температура в конце впуска двигателей без наддува:

Ра=h(-1)РоТо`+РrТоо, МПа ( 1)

Ра=0,84х(15-1)х0,1033х300+0,108х288/15х288=0,09 МПа.

То` = То+ Т, ( 2 )

То` =288+12=300 К .

где Т -температура подогрева свежего заряда, для дизельных двигателей

10-400.

Таа/h(-1)Рооrr, К ( 3 )

 

Та=0,09х15/0,84х0,1033(15-1)/288+0,108/825=321 К.

б) Процесс сжатия

Давление (МПа) и температура (К) в конце сжатия:

Рс= Ра n1 ( 4 )

Рс=0,09х151,35 =3,48 МПа

Тс= Та n1-1 ( 5 )

Тс=321х151,35-1 =828 К

 

Средний показатель политропы сжатия n1 зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя, степени сжатия, формы камеры сгорания, размеров цилиндра, материала поршня и головки цилиндров, теплообмена и других факторов.

Показатель пилотропы сжатия n1 определяем из соотношения

n1 =1.41-100/n ( 6 )

n1 =1.41-100/2000=1.36

в) Процесс сгорания

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива:

lо=1/0,23(8/3С+8/1Н-От), ( 7 )

lо=1/0,23(8/3х0,87+8/1х0,126-0,004)=14,4.

 

Это же количество в молях:

Lo=lo/28.96, моль ( 8 )

Lo=14.4/28.96=0.49 моль

 

где 0,23 – массовое содержание кислорода в 1 кг воздуха; µв мольная масса воздуха (28,9 кмоль).

Действительное количество свежего заряда в молях, поступившее в двига- тель для сгорания 1 кг топлива (кмоль):

М1= Lo, кмоль ( 9 )

 

М1=1,55х0,49=0,76 кмоль

 

Коэффициент остаточных газов для карбюраторных двигателей и двигателей без наддува:

Yr=PrTo/PoTr(-1)h ( 10 )

 

Yr=0.108х288/825х0,1033х(15-1)х0,84=0,031

 

Число молей остаточных газов:

Mr= Yr M1 ( 11 )

Mr=0.031х0,76=0,024 кмоль

Число молей газа, находящегося в цилиндре двигателя в конце сжатия

(кмоль):

Mc= M1+ Mr, кмоль ( 12 )

Мс=0,76+0,024=0,78 кмоль

Число молей продуктов сгорания (кмоль):

М2= М1+ Н2/4 + О2/32+0,21Lo(1- ) , кмоль ( 13 )

М2= 0,76+0,126/4+0,004/32=0,79 кмоль

Число молей продуктов сгорания и остаточных газов (кмоль):

Mz= М2+ Мr, кмоль ( 14 )

Mz= 0,79+0,024 =0,82 кмоль

Действительный коэффициент молекулярного изменения:

µ=Мz/Mc ( 15 )

µ=0.82/0.78=1.05

Теплоемкость свежепоступившего заряда (рабочей смеси или воздуха)

Cvc = 20,76+ 1,74х10-3Тc, кДж/кмоль град ( 16 )

Cvc = 20,76+1,74х10-3х828 =35,2 кДж/кмоль.град

 

Теплоемкость продуктов сгорания :

Cpz = (8,32 + (20,112+ 0,922/) + (13,83/+ 15,55)10-4 . Tz, кмоль.град (17 )

Температура Tzв конце сгорания, определяется из уравнения сгорания:

vc+8,32)Тс+Hu103/ М1(1+Yr)= µ Cpz Tz ( 18 )

 

В эти уравнение входят две неизвестные величины Cpz и Tz, для его решения подставляется значение Cpz по уравнению, выраженное через Tz. Тогда выражение приводится к квадратному уравнению относительно Tzвида:

АТz 2+ВТz+С=0 ( 19 )

Откуда :

Тz ( 20 )

 

где для дизельного топлива с составом: С = 0,87; Н = 0,126; О = 0,004 низшая теплота сгорания Нu = 42437 кДж/кг.

 

Cpz = (8,32 +(20,112+ 0,922/1,55)+(13,83/1,55+15,55)х10-4х1029=54,1 , кмоль.град

 

Давление в конце сгорания (МПа):

Рzс ( 21 )

Рz=1,6х3,48=5,7 МПа г) Процесс расширения. Давление (МПа) и температура (К) в конце расширения: Рвz.n2 , МПа ( 22 ) Твz/n2-1 , К ( 23 ) где / = – степень последующего расширения, - степень предварительного расширения для дизельных двигателей: = 1,2 –1,7. =15/1,5=10. Рв=5,7/101,2=0,36 МПа Тв=1029/100,2=651 К 1.1 Определение общих показателей характеризующих работу двигателя в целом Среднее индикаторное давление нескругленной диаграммы : Рi`=(Рс/(-1))((-1)+/n2-1(1-1/n2-1)-1/n-1(1-1/n1-1)) ,МПа ( 24 ) Рi`=(3,48/15-1)х(1,6х(15-1)+1,6х1,5/1,2-1х(1-1/101,2-1)х(1-1/151,36-1))=0,89 МПа Среднее индикаторное давление действительного цикла: Рi=vРi`-(Рr-Pa) ,МПа ( 25 ) Рi=0,93х0,89-(0,108-0,09)=0,81 МПа где v– коэффициент скругления индикаторной диаграммы 0,92–0,95.   Среднее эффективное давление Реiм , МПа ( 26 ) Ре=0,81х0,75=0,6 МПа Индикаторная мощность Ni =Pi Vh z n /120 кВт ( 27 ) Ni =0.81х1,18х4х2000 /120 =63,7 кВт где Vh– рабочий объем одного цилиндра, л ; z – число цилиндров; n – частота вращения коленчатого вала, мин-1. Индикаторный коэффициент полезного действия i=loPi/Huv ( 28 ) i=1,55х14,4х0,81/42,5х0,85х1,189=0,42 Эффективный коэффициент полезного действия: е=i m ( 29 ) e=0,42х0,75=0,32   1.2 Определение эффективных показателей двигателя Средняя эффективность давления: Реi m , МПа ( 30 ) Ре=0,81х0,75=0,6 МПа Эффективный удельный и часовой расход топлива: ge=3600/Hu e , г/квт.ч ( 31 ) ge=3600/42,5х0,32=264 г/квт.ч GT=ge Ne/1000 , кг/ч ( 32 ) GT=264х50/1000=13,2 кг/ч      

 

Тепловой баланс двигателя

Распределение тепла, выделяемого при сгорании, происходит на следующие составляющие:

Qт = Qe + Qr + Qост + Qох , кДж/с ( 33 )

где Qт – тепло, выделенное при сгорании топлива;

Qе – тепло, превращенное в эффективную работу Qe=Qт е ;

Qг – тепло, теряемое с отработавшими газами, в котором средние молекулярные теплоемкости продуктов сгорания и свежего заряда при постоянном давлении определяются следующим образом:

Qт= GT Hu/3600 , кДж/с ( 34 )

Qт=13,2х42437/3600=155,6 кДж/с

Qe=155,6х0,32=49,9 кДж/с

Qr=Gт/3600(М2СprTr`-М1СроТо) , кДж/с ( 35 )

Сpr=8,32+(20,112+(0,922/)+(13,83/)+15,5)10-4Тr`, кДж/кмоль град ( 36 )

где температура газов (К) в выхлопной трубе Тr` = (0,90 – 0,92) Trи средняя мо-лекулярная теплоемкость свежего заряда при постоянном давлении

Tr`=0,90х825=742 К

Сpr=8,32+(20,112+(0,922/1,55)+(13,83/1,55)+15,5)10-4х742=41,8 кДж/кмоль град

Сро=8,32+(20,76+1,74х10-3хТо) , кДж/кмоль град ( 37 )

Сро=8,32+(20,76+1,74х10-3х288=34 кДж/кмоль град

Qr=13.2/3600(0,79х41,8х742-0,76х34х288)=61,4 кДж/с

Qост – тепло неучтенных тепловых потерь Qост = 0,1Qт.

Qост=0,1х155,6=15,56 кДж/с

Qох – тепло, отведенное в систему охлаждения двигателя определяем

Qох=Qт - (Qe+Qr+Qост), кДж/с (38 )

Qох=155,6-(49,9+61,4+15,56)=28,8 кДж/с

 

 

Составляющие теплового баланса выражаются в процентах

qт=100% ;

qe=Qe/Qтх100; ( 39 )

qе=49,9/155,6х100=32

qr=Qr/Qтх100; ( 40 )

qr=61,4/155,6х100=39,1

qох=Qох/Qrх100; ( 41 )

qох=28,8/155,6х100=18,5

 

 

Определение основных параметров двигателя

Литраж двигателя

Vл =30 Ne /( Pe n) , л ( 42 )

Vл =30х4х50/(0,63х2000) =4,7 литра

 

Рабочий объем одного цилиндра

Vh =Vл / z ,л ( 43 )

Vh =4,7 /4 =1,2 литра

Диаметр цилиндра

D=2 103 , мм ( 44 )

D=2 103 =110 мм

где -тактность двигателя, z-число цилиндров, Vh –рабочий объем цилиндров,

S- ход поршня.

Уточненные параметры и показатели двигателя.

 

- площадь поршня

Fп = D2 /(4 100) , см2 ( 45 )

Fп = 3,14х1102 /(4х100) =94,9 см2

-литраж

Vл = D2 S z / (4 106 ) , л ( 46 )

Vл = 3,14х1102х125х4 / (4х106) =1,89 л.

-мощность

Ne =Pe Vл n /30 , кВт ( 47 )

Ne =0,63х1,89х2000 /30х4 =19,8 кВт.

-литровая мощность

Nл = Ne / Vл , кВт/л ( 48 )

Nл = 19,8 /1,89 =10,4 кВт /л.

 

-крутящий момент

Me = 9554 Ne /n , Нм ( 49 )

Me = 9554х19,8 /2000 =94,5 Нм.

-часовой расход топлива

Gт = Ne ge10-3 , кг/ч ( 50 )

Gт = 19,8х212х10-3 =41,9 кг/ч.