Расчетно- графическая работа Трактора и Автомобили. Трактора и автомобили. Выбор типа и основных параметров двигателя внутреннего сгорания

• Название: Выбор типа и основных параметров двигателя внутреннего сгорания
• Анкор: Расчетно- графическая работа Трактора и Автомобили
• Дата: 12.10.2022
• Размер: 200.43 Kb.
• Имя файла: Трактора и автомобили.docx
• Тип: Документы; #729686

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение 1. Выбор типа и основных параметров двигателя внутреннего сгорания 2. Тепловой расчёт двигателя внутреннего сгорания 3. Построение индикаторной диаграммы и определение основных показателей работы двигателя внутреннего сгорания 4. Определение основных размеров и комплексных показателей двигателя внутреннего сгорания Библиография

4 5 6 10 13 14

ВВЕДЕНИЕ

Двигатели внутреннего сгорания относятся к наиболее распространенным тепловым машинам. Эти двигатели, работающие на жидком топливе нефтяного происхождения, явились надежной основой развития автотракторостроения.

В области развития и совершенствования автомобильных дви­гателей основными задачами являются: снижение топливной экономичности и удельной массы двигателей, стоимости их производства и эксплуатации. На при­нципиально новый уровень ставится борьба с токсичными выбро­сами двигателей в атмосферу, а также задачи по снижению шума и вибрации в процессе их эксплуатации. Значительно больше вни­мания уделяется использованию электронно-вычислительных ма­шин при расчетах и испытаниях двигателей. В настоящее время вычислительная техника широко используется на моторостроительных заводах, в научно-исследовательских центрах, конструкторс­ких и ремонтных организациях, а также в высших учебных заведе­ниях.

Выполнение сегодняшних задач требует от специалистов, связан­ных с производством и эксплуатацией автомобильных двигателей, глубоких знаний теории, конструкции и расчета двигателей внутрен­него сгорания.

Экономичность и надежность двигателей в значительной степени зависят от систем питания, охлаждения, смазки, автоматизации, регулирования и других систем.

Поэтому рассмотрения особенностей работы, конструирования и расчета этих систем имеет важное значение.

1. ВЫБОР ТИПА И ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДВИГАТЕЛЯ.
1.1. Выбор типа двигателя

В соответствии с данными варианта для расчета задан двигатель внутреннего сгорания эффективной мощностью 36 кВт.

Назначение двигателя – автомобиль. Для автомобиля я выбрал бензиновый двигатель. Потому что бензиновый двигатель для автомобиля наиболее подходящий. Характеризуется лучшим зажиганием даже в холодном климате. Меньшая металлоемкость. Большие обороты чем у дизельного двигателя. Наиболее подходящем прототипом автомобиля я выбрал двигатель F8CV с рядным расположением цилиндра [7].
1.2. Обоснование принимаемого способа смесеобразования

Я принимаю неразделенную камеру сгорания (рисунок 1) с внешним смесеобразованием. (стр.73 /6/).

При использовании этих камер обеспечивается внешнее смесеобразование. В их смесеоб­разовании более значительной оказывается роль организованного дви­жения воздуха и топлива. Смесеобразование происходит внешнее, вне камеры сгорание в карбюраторе. Сгорание топлива происходит воспламенением топливной смеси искровым зарядом. Воздушно – топливная смесь попадая в камеру сгорания воспламеняется от искрового заряда, который подается в определенный момент.

Рисунок 1. Неразделенная камера сгорания

Рисунок 2. Форма коленчатого вала

2 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ

Цикловая подача топлива, г/цикл:

, [мм³/цикл] (1)

где n и i – частота вращения коленчатого вала (мин^-1) и число цилиндров двигателя;

g_e – эффективный удельный расход топлива, г/(кВт*ч)

τ – коэффициент тактности двигателя (τ=0,5- четырехтактный двигатель)

N_e – эффективная мощность двигателя, кВт.

–плотность топлива (для бензина 0,00075 г/мм³), г/ мм³ [8].

[мм³/цикл]

Плотность заряда на впуске, кг/м³:

, [кг/м³] (2)

где Р_О – давление окружающей среды,

Для нормальных условий Р₀=0.1 МПа

R_в – газовая постоянная воздуха, Дж/(кг*К), R_в=287 Дж/(кг*К)

Т_О – температура окружающей среды, К, Т₀=293 К.

[кг/м³]

Необходимый объем воздуха, л:

, [м³] (3)

где L_Т=14,5 кг – количество воздуха необходимое для сгорания 1кг топлива.

– коэффициент избытка воздуха (принял 0,85 с учетом несовершенства двигателя и догорания смеси), а также двигатель является бензиновым.

[м³]

2.1 Процесс впуска

Определяем температуру в конце процесса впуска:

, [К] (4)

где Т_о – температура окружающей среды, К;

Т –подогрев свежего заряда, К;

_r –коэффициент остаточных газов;

Т_r –температура остаточных газов, К,

Принимаем:

Т_о =293 К [стр.64/2/];

Т = (+10К…+40К)-для двигателей с ДсИЗ. Принимаем Т =10К [стр.67 /2/];

Т_r =1000…1100 К для ДсИЗ [стр.8 /3/], Т_r =1000 К

Определяем давление в конце впуска:

Р_а =(0,85…0,9)· Р_О , [кПа] (5)

По условию Р_О =100кПа,

Р_а =0,85·100=85 кПа

Давление в конце выхлопа для двигателей без наддува:

Р_r =к_r· Рк, [кПа] (6)

где к_r=(1,05…1,25) для двигателей без наддува ,[стр. 11 /3/]

Р_r =1·1,25·100=125 кПа

Определяем коэффициент остаточных газов.
_r = ; (7)
К

Ориентировочное значение диаметра цилиндра, м:

, [м] (8)

где η_v – коэффициент наполнения цилиндра свежим зарядом

(9)

к=1,01 – коэффициент короткоходности [стр.172/1/]

[м]

Ориентировочное значение хода поршня, м:

, [м]

[м].

2.2 Процесс сжатия

Величину n₁определяем по эмпирической формуле профессора В.А. Петрова, как функцию угловой скорости вращения коленвала ω, для ДсИЗ:

(10)



Определяем давление в конце сжатия:

Р_с =Р_а·εⁿ¹, [кПа] (11)

где n₁- средний показатель политропы сжатия.

Р_с =85·6^1,39=1025,76 [кПа].

Определяем температуру в конце сжатия:

Т_с = Т_а · ε^n1-1 [К] (12)

Т_с = 365,42·6 ^1,39-1 =734,97 [К].
2.3. Процесс сгорания

Определяем теоретически необходимое количество воздуха (в молях) на сгорание 1 кг топлива:

, [кмоль/кг] (11)
где С – содержание углерода в топливе;

Н – содержание водорода в топливе;

О – содержание кислорода в топливе;

Принимаем состав топлива: С = 0,86; Н = 0,12; О = 0,06; [табл.3.4,стр.48/1/]

кмоль/кг,

где 0,21-объемное содержание кислорода в 1 кмоле воздуха;

Определяем действительное количество воздуха:

L = α·L₀ , [кмоль/кг] (12)

где α - коэффициент избытка воздуха.

Для карбюраторных двигателей с неразделенными камерами сгорания, с внешним смесеобразованием α = 0,75.…0,95 [стр.49 /1/]

Принимаем α = 0,85 т.к. уменьшение α до возможных пределов уменьшает размеры цилиндра, а следовательно повышает литровую мощность двигателя. Чем выше α, тем выше полнота сгорания топлива.

L = 0,85·0,47 = 0,404 кмоль/кг.

Определяем число молей продуктов сгорания 1 кг топлива при α< 1:

, (13)

.

Определим химический коэффициент молярного изменения:

(14)



Находим действительный коэффициент молярного изменения:

(15)



Определяем теплоёмкость газов для чистого воздуха:

μ ·С^с_ = а + в·Т_с, [кДж/(кмоль·град)] (16)
где а = 20,16; в = 1,738·10^-3 – постоянные коэффициенты, [стр.10 /4/]
μ·С^с_ = 20,16 + 1,738·10^-3 ·734,97 =21,43 кДж/(кмоль·град).
Для продуктов сгорания при α <1:

, (17)

.



Теплоёмкость при постоянном давлении:

μ·С^z_р = μ·С^z_ + μ·R, (18)

где μ·R =8,314- универсальная газовая постоянная [стр.10 /4/]

μ·С^z_р = ,
Температура в конце сгорания Т_z определяется для дизеля из выражения:

, (19)

где ξ- коэффициент использования тепла;

Q_H –низшая удельная теплота сгорания, кДж/кг;

ΔQ- потеря тепла из – за неполноты сгорания;

Для карбюраторов ξ = 0,85…0,95 [стр.10/4/], принимаем ξ = 0,85 с учетом обогащения смеси (α =0,85) и несовершенством процесса смесеобразования;

Для бензина Q_H = 44000 кДж/кг [стр.10/4/].

.

Решая квадратное уравнение, определяем Т_z:

К.

Определяем давление в конце сгорания:

, [кПа] (20)

кПа.
2.4 Процесс расширения

Определяем степень предварительного расширения:

. (23)

Степень последующего расширения:

. (24)

Давление в конце расширения:

(25)

где n₂ – показатель политропы расширения 1,35:

[кПа].

Температура в конце расширения:

[К].

2.5Процесс выхлопа

Давление в конце выхлопа для двигателей без наддува:

Р_r =к_r· Р_о, [кПа] (26)

где к_r=(1,05…1,25) для двигателей без наддува ,[стр. 11 /3/]

Р_r =1·1,25·100=125кПа.

3. ПОСТРОЕНИЕ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ

3.1 Построение индикаторной диаграммы

Для построения индикаторной диаграммы используем удобные масштабы:

- для давления: 30 кПа/мм,

- для объёма: 20 мм = V_c. [стр.12 /4/].

Сначала отметим характерные точки процессов впуска, сжатия, сгорания, расширения и выхлопа.

Определяем промежуточные точки политроп сжатия и расширения по уравнениям:
- для сжатия: , (27)

Vx, мм	30,00	50,00	70,00	90,00	100,00
Рx, кПа	583,82	287,02	179,80	126,78	109,51
Рx, мм	19,46	9,56	5,99	4,22	3,65

-для расширения: , (28)

Vy, мм	30,00	50,00	70,00	90,00	100,00
Рy, кПа	2338,83	1173,55	745,12	530,74	460,37
Рy, мм	77,96	39,11	24,83	17,69	15,34

3.2. Определение индикаторных показателей

Графически теоретическое среднее индикаторное давление Р_i.граф^` определяем по формуле:

, [кПа] (29)

где А – площадь индикаторной диаграммы, мм²;

l =V_h – длина диаграммы по оси, мм;

μ = 30 кПа/мм - масштаб давления.



Для аналитического определения теоретического среднего индикаторного давления используем для ДсИЗ формулу:

(30)



Действительное среднее индикаторное давление определяем с учетом округления диаграммы и затрат на насосные хода поршня:

Р_{i.граф.дейст.} = φ·Р_i.ан – ∆Р, [кПа] (31)

где ∆Р = Р_r – Р_а = 40 кПа,

φ = 0,92…0,95- коэффициент округления, [стр.15 /4/]

примем φ = 0,95,

Р_{i.граф.дейст.} = 0,95·811,87 –40 =731,27 кПа.
Среднее индикаторное давление Р_i – это такое условное постоянное давление в цилиндре двигателя, которое, действуя в течение одного хода поршня, совершает такую же работу, что и переменное давление внутри цилиндра.

Процент несовпадения величин среднего индикаторного давления, вычисленных аналитически и графически, определяется по выражению:

, (32)
.

Действительная погрешность ∆Р_i = 3% не превысила допустимую

∆Р_i = 0…5%.

Индикаторный коэффициент полезного действия определяем по формуле:

, (33)



Находим индикаторный удельный расход топлива:

[кг/(кВт·ч)] (34)

кг/(кВт·ч).
3.3. Определение эффективных показателей работы двигателя
Эффективное давление Р_е – это значение условного постоянного давления в цилиндре двигателя, при котором совершается работа равная эффективной работе цикла. Это мера удельной работы (в кПа), характеризующая полезную работу, получаемую с единицы рабочего объёма цилиндра.

Среднее эффективное давление:

Р_е = Р_i – Р_м,[кПа] (35)

где Р_м – механические потери мощности:
Р_м = [0,35+(0,11…0,15)·C_n] ·10², [кПа] [стр.137 /1/] (36)
где C_n – средняя скорость движения поршня предварительно принята:

Р_м = 0,35+0,11*8,84=132,24 кПа.
Определяем среднее эффективное давление:

Р_е = 599,03 кПа.
Эффективный коэффициент полезного действия _е показывает, какая часть теплоты, подведенная за цикл, расходуется на совершение эффективной работы.

Определяем эффективный коэффициент полезного действия:

_е = _i·_м, (37)

где _м – механический коэффициент полезного действия:

, (38)


Тогда эффективный коэффициент полезного действия:

_е = 0,28*0,81=0,17.

Эффективный удельный расход топлива g_e указывает на количество топлива израсходованного на получение единицы работы.

Эффективный удельный расход топлива:

[кг/(кВт·ч)] (39)

кг/(кВт·ч).

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ И КОМПЛЕКСНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДВИГАТЕЛЯ
Рабочий объем одного цилиндра:

, [м³] (52)

где i – число цилиндров.

м³.

Предварительный диаметр цилиндра:

, [м] (53)

где к – коэффициент короткоходности, который выбираем исходя из ориентировки по выполненным двигателям. Уменьшение «к» приводит к снижению скорости поршня. В связи с этим целесообразно принять к = 1,05. [стр.138 /1/]

, [м]

Ход поршня: S = к·D, [м] (54)

S = 1,05*0,09=0,09 м,
Радиус кривошипа: , [м] (55)

.

Длину шатуна определяем по формуле:

, [м] (56)

где λ – постоянная кривошипно-шатунного механизма, который принимается с учетом параметров выполненных двигателей: λ = 0,23…0,31 (стр. 167/3/).

Принимаем λ = 0,279 для уменьшения износа деталей поршневой группы.

м.

Удельная объёмная мощность двигателя:

, [кВт/л] (57)

кВт/л.

Удельная поршневая мощность двигателя:

, [кВт/м²] (58)

кВт/м².

Все принятые коэффициенты обоснованы справочной, технической литературой и интернет ресурсами, с учетом техническими и конструктивными характеристиками выбранного прототипа двигателя.

БИБЛИОГРАФИЯ
1. Колчин Л.И. и др. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. – М.: Высшая школа, 1980г.-400с.
2. Кутьков Г.М. Теория трактора и автомобиля. – М.: Машиностроение, 1996г.-247с.
3. Николаенко А.В. Теория и расчет автотракторных двигателей. – М.: Колос, 1984г.-335с.
4. Методическое пособие к выполнению курсового проекта по тракторам и автомобилям (для студентов  курса факультета механизации сельского хозяйства). – Уфа.: БГАУ, 2001г. – 34с.
5. Топливные системы автотракторных и комбайновых дизелей, конструктивные особенности и показатели работы. – Уфа.: БГАУ, 2001г. – 501с.
6. Баширов Р. М. Основы теории и расчёта автотракторных двигателей. – Уфа.: БГАУ, 2007г. 294с.
7. http://drom/catalog/daewoo/engine/f8cv