Работа: Тепловой расчет двигателей внутреннего сгорания

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ ИМ. А. Н. ТУПОЛЕВА.

КАФЕДРА АД и С

Расчетно-пояснительная записка к курсовой работе

«Тепловой расчет ДВС»

по дисциплине «Автомобильные двигатели»

Выполнил: студент гр. 1371 Золев А.В.

Руководитель: Сосницкий А.Б.

Казань 2007

Содержание

Исходные данные. 3

1. Тепловой расчет двигателя. 4

2. Основные параметры двигателя. 15

3. Построение индикаторныхдиаграмм. 17

Список используемой литературы… 21

Исходные данные

1. Мощностьдвигателя, Ne = 87 кВт;

2. Частотавращения коленчатого вала, nN = 6000 об/мин;

3. Тактностьдвигателя, τ = 4;

4. Количествоцилиндров, i = 4;

5. Степеньсжатия, ε = 10,3;

6. Типохлаждения – жидкостное.

Режимы для проведения теплового расчета:

а) режим минимальной частоты вращения nmin= 1000об./мин.

б) режим максимального крутящего момента nM=0,53nN = 3200 об./мин.

в) режим максимальной (номинальной) мощности nN = 6000об./мин.

г) режим максимальной скорости движения автомобиля

nmax = 1.05nN = 6300 об./мин.

Подбор аналогов

Величина

Проектируемый

двигатель

Ne, кВт 86/4/6000 Ме, Н*м 136,2/6000 ε 10,3

Vл, л

1,9 D/S 88/78

Nл = Nе/Vл

45,1

1. Тепловой расчет двигателя

Расчет проводится для заданной частоты вращения коленчатоговала карбюраторного двигателя n = 6000об/мин.

Топливо. В соответствии с заданной степеньюсжатия ε = 10,3 можно использовать бензин марки АИ-93. ПРЕМИУМ-95 и АИ-98 ЭК

Средний элементарный состав и молекулярная масса бензина

С = 0,855; Н = 0,145; mт = 115кг/кмоль.

Определим низшую теплоту сгорания топлива

Нu = 33,91С+125,60Н-10,89(O-S)-2,51(9H+W) = 33,91*0,855+125,6*0,145-2,51*9*0,145 = 43,93 МДж/кг =43930кДж/кг.

Параметры рабочего тела. Теоретическоенеобходимое количество воздуха для сгорания 1кг. топлива

/>кмоль возд/кг топл.

/>кмоль

возд./кг топл.

Коэффициент избытка воздуха α = 0,96 на основныхрежимах

(литература 1). На режимах минимальной частоты вращенияα = 0,86.

Количество горючей смеси.

/> кмоль гор.см./кг. топл.

Количество отдельных компонентов продуктов сгорания при К= 0,5

кмольСО2/кгтопл.

/> кмольСО/кгтопл.

/>кмольН2О/кгтопл.

кмольН2/кгтопл.

/> кмольN2/кгтопл.

Общее количество продуктов сгорания:

М2 = МСО2 + МСО +МН2О + МН2 + МN2 = C/12 + H/2 + 0,79αL0= 0,0655 + 0,0057 + 0,0696 + 0,0029 + 0,3923 =0,5361 кмоль пр.сг/кг топл.

Результаты занесем в таблицу

параметры Рабочее тело; карбюраторный двигатель

n, мин-1

1000 3200 6000 6300 α 0,86 0,96 0,96 0,96

М1 кмоль. гор.см./кг.топл.

0,4525 0,5041 0,5041 0,5041

МСО2 кмоль СО2/кг.топл.

0,0512 0,0655 0,0655 0,0655

МСО кмоль СО/кг.топл.

0,0200 0,0057 0,0057 0,0057

МН2О кмоль Н2О/кг.топл.

0,0625 0,0696 0,0696 0,0696

МН2 кмоль Н2/кг.топл.

0,0100 0,0029 0,0029 0,0029

МN2 кмоль N2/кг.топл.

0,3515 0,3923 0,3923 0,3923

М2 кмоль пр.сг/кг.топл.

0,4952 0,5361 0,5361 0,5361

Параметрыокружающей среды и остаточные газы.

Давление итемпература окружающей среды при работе двигателей без наддува

Рк = Ро =0,1 МПа и Тк = То = 293 К

Температураостаточных газов.

(рис. 5.1литература 1 принимаем).

Приноминальных режимах карбюраторного двигателя Тr = 1070 К

Давлениеостаточных газов.

Длякарбюраторного двигателя на номинальном скоростном режиме:

PrN = 1,18 Po = 1,18*0,1 = 0,118 МПа.

Процесспуска.

Температураподогрева свежего заряда. С целью получения хорошего наполнения карбюраторныхдвигателей на номинальных скоростных режимах принимается Δ ТN = 8ºС.

(1)

Плотностьзаряда на выпуске.

Ρr = Ро *106 / (RBTO) = 0,1*106 / (287*293) =1,189 кг / м3,

где RB – 287 Дж / (кг.град.) – удельнаягазовая постоянная для воздуха.

(1)

Потери давления на впуске.

Приучете качественной обработки внутренних поверхностей впускных систем длякарбюраторного двигателя можно принять β2 + ξВП= 2,8 и

ωВП= 95 м/с.

β– коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом сечениицилиндра.

ξВП– коэффициент сопротивления впускной системы, отнесенный к наиболее узкому еесечению.

ωВП– средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы.

(1)

ТогдаΔРа на всех скоростных режимах двигателя рассчитывается поформуле:

ΔРа= (β2 + ξвп) А2nn2ρо10-6/2, где Аn = ωвп<sub/>/ nN

Аn = 95 / 6000 = 0,0158

ΔРа= 2,8 * 0,01582 * 60002 * 1,189 * 10-6 / 2 =0,0150

Давлениев конце пуска.

Вкарбюраторном двигателе при nN = 6000 мин-1.

Ра= Ро – ΔРа = 0,1 – 0,0150 = 0,085 Мпа.

Коэффициентостаточных газов.

При nN = 6000 мин-1.

φоч= 1 – коэффициент очистки.

φдоз= 1,12 – коэффициент дозарядки на номинальном скоростном режиме.

Температурав конце впуска.

Та= (То + ΔТ + γr * Tr) / (1 + γr)= (293+8+0,0385*1070) / (1+0,0385) = 329

Коэффициентнаполнения.

Результатывычислений занесем в таблицу.

параметры Процесс впуска и газообмена

n, мин-1

1000 3200 6000 6300 α 0,86 0,96 0,96 0,96

Тr, K

900 1010 1070 1080

Pr, Mpa

0,1039 0,1076 0,118 0,1195 ΔT, ºC 22,29 16 8 7,14 ΔPa, Mpa 0,0004 0,0043 0,0150 0,0166 Pa, Mpa 0,0996 0,0957 0,085 0,0834 φ, доз 0,95 1,025 1,12 1,13 γ 0,0418 0,0365 0,0385 0,0390 Та, К 339 334 329 329

ηv

0,8699 0,9207 0,9255 0,8939

Процесссжатия.

При ε =10,3 и Та = 329 К, nN = 6000 мин-1 определяем по монограмме средний показательадиабаты сжатия к1 = 1,3765 и средний показатель политропы сжатия n1 = 1,37.

(1)

Давлениев колнце сжатия.

При nN = 6000 мин-1

Рс= Раεn= 0,085*10,31,376 = 2,1036 Мпа.

Температурав конце сжатия.

Тс= Таεn-1 =329*10,31,376-1 = 792 К.

Средняямольная теплоемкость в конце сжатия.

а) свежейсмеси (воздуха)

/>20,6 + 2,638 * 10-3 * tc<sub/>, где tc = Тс — 273 ºС

/>20,6 + 2,638 * 10-3 * 519 = 21,969 кДж / (кмольград).

б)остаточных газов

/>определяется методом интерполяции по табл. 3.8 при nN = 6000 мин-1, α =0,96 и tc = 519 ºС.

(m/>)/>= 24,014+(24,150 – 24,014)*0,01/0,05= 24,0412 кДж/(кмоль град).

(m/>)/>= 24,44+(24,586 – 24,44)* 0,01/0,05= 24,469 кДж/(кмоль град).

(m/>)/>= 24,041+(24,469 – 24,041)* 19/100 =24,122 кДж/(кмоль град).

в)рабочей смеси

/> кДж/(кмоль град).

(m/>)/>= /> кДж/(кмоль град).

Результатывычислений заносим в таблицу.

параметры Процесс сжатия

n, мин-1

1000 3200 6000 6300

к1

1,3751 1,3757 1,3765 1,3766

1,370 1,373 1,376 1,376

Рс, МПа

2,4309 2,3532 2,1036 2,0655

Тс, ºК

803 796 792 792

tc, ºС

530 523 519 519

(m. cv)to

21,998 21,980 21,969 21,968

/> (m/>)to

24,169 24,141 24,122 24,121

(m/>)to

22,085 22,056 22,049 22,049

Процесссгорания.

Коэффициентмолекулярного изменения горючей смеси:

Коэффициентмолекулярного изменения рабочей смеси:

Количествотеплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания:

ΔНu = 119950*(1-α)*L0кДж/кг. = 119950*(1-0,96)*0,516 =2476 кДж/кг.

Теплотасгорания рабочей смеси:

Нраб.см.= /> кДж/кмоль раб.см.

Средняямольная теплоемкость продуктов сгорания:

(m/>)/>= />

кДж/кмоль град.

Определяется по эмпирическим формулам таб. 3.7 литература 1.

(m/>)/>= />*[0,0655*(39,123+0,003349tz)+0,0057*(22,49+0,00143tz)+0,0696*(26,6++0,004438tz)+0,0029*(19,678+0,001758tz)+0,3923*(21,951+0,001457tz)=24,657+ 0,002077tz]кДж/кмоль град.

Коэффициент использования теплоты ξz принимаем = 0,88:

(1)

Температура в конце видимого процессасгорания: при n = 6000 мин

ξz Нраб.см+ (m/>)/>tc = μ(m/>)/>tz:

0,88*79193+22,049*519 = 1,061*(24,657+0,002077) tz,

0,002204/>+26,165 tz<sub/>– 81132 = 0, откуда

tz = />

= 2552 ºС;

Tz = tz+ 273 = 2825 К;

Максимальное давление сгорания теоретическое:

pz = pc*μ*Tz/ Тс = 2,1036*1,061*2825/792 =7,963 МПа.

Максимальное давление сгорания действительное:

Pzд =0,85* pz = 0,85*7,963 = 6,7689 МПа.

Степень повышения давления:

λ = pz/ pc = 7,963/2,1036 = 3,786.

параметры Процесс сгорания

n, мин-1

1000 3200 6000 6300

μ0

1,0945 1,0635 1,0635 1,0635 μ 1,0907 1,0613 1,0612 1,0611 ΔН, кДж/кг 8665 2476 2476 2476

Нраб.см.кДж/кмоль

74813 79348 79193 79155

(m/>)/>

24,2982+

0,002034tz

24,6566+

0,002077tz

24,6566+

0,002077tz

24,6566+

0,002077tz

ξz

0,83 0,92 0,88 0,86

tz, ºС

2330 2643 2552 2509

Tz, ºК

2603 2916 2825 2782

Pz, МПа

8,5967 9,1438 7,9635 7,7011

Pzд , МПа

7,3072 7,7722 6,7689 6,5459 λ 3,5364 3,8857 3,7856 3,7285

Процессырасширения и выпуска

Среднийпоказатель адиабаты расширения К2 определяется по номограмме рис.4.8 при заданном ε для соответствующих значений α и Tz, а средний показатель политропырасширения n2, оценивается по величине среднего показателяадиабаты:

ε =10,3; α = 0,96; Tz = 2825 К; К2 = 1,2528; n2 = 1,252.

Давление итемпература в конце процесса расширения:

Рв= Pz/ εn2 и Тв = Tz/ εn2-1:

Рв= 7,9635/10,31,252 = 0,4296 МПа, Тв = 2825/10,31,252-1= 1570 К;

Проверкаранее принятой температуры остаточных газов:

/>К;

Δ Тr = />,

ГдеΔ Тr – погрешность расчета - 4,6 %допустимая погрешность.

параметры Процесс расширения и выпуска.

n, мин-1

1000 3200 6000 6300

К2

1,2588 1,2519 1,2529 1,2531

1,258 1,251 1,252 1,253

Рв, МПа

0,4573 0,4944 0,4296 0,4144

Тв, К

1426 1624 1570 1542

Тr, K

871 977 1021 1019

Δ Тr, %

3,25 3,24 4,60 5,64

Индикаторныепараметры рабочего цикла.

Теоретическое среднее индикаторное давление:

/>МПа.

/> МПа.

Среднееиндикаторное давление:

pi = φu* Рj, = 0,96*1,1588 = 1,1124 МПа.

Где φu = 0,96 – коэффициент полнотыиндикаторной диаграммы.

Индикаторный КПД и индикаторный удельный расход топлива:

/> г/кВт. Ч

Эффективныепоказатели двигателя.

Среднеедавление механических потерь для бензиновых двигателей с числом цилиндров дошести и отношением S/D≤1.

Pм = 0,034 + 0,0113* Vп.ср МПа.

Для нашегокарбюраторного двигателя, предварительно приняв ход поршня S равным 78 мм., получим значениесредней скорости поршня:

/> м/с.

Тогда: Pм = 0,034 + 0,0113*15,6 = 0,2103 МПа.

Среднееэффективное давление и механический КПД:

Ре= Рj — Рм = 1,1124 – 0,2103 =0,9021 МПа.

ηм= />.

ЭффективныйКПД и эффективный удельный расход топлива:

ηе= ηj * ηм = 0,3388 *0,811 = 0,2748

gе = /> г/кВт.ч.

параметры Индикаторные и эффективные параметры двигателя.

n, мин-1

1000 3200 6000 6300

Рj,, МПа

1,2115 1,3415 1,1588 1,1138

Рj, МПа

1,1630 1,2879 1,1124 1,0693

ηj

0,3292 0,3845 0,3388 0,3288

gj, г/кВт.ч

249 213 242 249

Vп.ср, м/с

2,6 8,32 15,6 16,38

Рм, МПа

0,0634 0,1280 0,2103 0,2191

Ре, МПа

1,0997 1,1599 0,9021 0,8502

ηм

0,9455 0,9006 0,811 0,7951

ηе

0,3113 0,3463 0,2748 0,2614

gе, г/кВт.ч

263 237 298 313

2. Основные параметры двигателя

Литраж двигателя:

/> дм3.

Рабочий объем одного цилиндра:

/> дм3.

Диаметр цилиндра. Так как ход поршня предварительнобыл принят S = 78 мм, то:

/> мм.

Окончательно принимается D = 88 мм, S = 78 мм.

Площадь поршня:

/>дм.

Литраж двигателя:

/> дм3..

Мощность двигателя:

Nе = />кВт.

Литровая мощность двигателя:

Nл = /> кВт/л.

Крутящий момент:

Ме = /> Н*М.

Часовой расход топлива:

GT = Nе * gе * 10-3= 86 * 298* 10-3 = 25,5 кг/ч./>

параметры Основные параметры и показатели двигателя.

n, мин-1

1000 3200 6000 6300

Fп, дм2

0,61

1,9

45,1

Vл, л

Nл, кВт/л

Nе, кВт

17,38 58,66 86 84,66

Ме, Н*М

166,06 175,15 136,23 128,39

GT, кг/ч

4,57 13,88 25,51 26,53

3. Построение индикаторных диаграмм

Определяем объем камеры сгорания:

Vc = />дм3.

Находим полный объем цилиндра:

Vа = Vc + Vh = 0,05+ 0,4822 = 0,534

Рассчитанные точки:

ВМТ: Pr = 0,118 Mpa; Рс = 2,1036 МПа; Pz= 7,9635 МПа.

НМТ: Ра = 0,085 Mpa; Рв= 0,4296 МПа.

Задаваясь различными углами φ поворота коленчатоговала, определяем положение поршня по формуле:

х = />

Задаем λ = 0,285

Затем при этих углах φ находим текущий объем надпоршневого пространства:

Vх = Vc + хFп.

Определяем давление на линии сжатия и расширения привыбранных углах поворота коленчатого вала:

/>;

Результаты расчета приведены в таблице № 1.

Таблица № 1.

№ φº х, дм.

Vх, дм3

/>/>

0,05185

0,118/0,085

0,1015

0,0076

0,056486468

0,085

0,093

0,03002

0,07016276

0,085

0,06614

0,092197744

0,085

0,1142

0,121515

0,085

0,17192

0,156724604

0,085

0,23668

0,196225563

0,085

0,30568

0,238318523

0,085

0,37617

0,281317616

0,085

0,44557

0,32365075

0,085

100

0,51162

0,363939419

0,085

110

0,57246

0,401051708

0,085

120

0,62668

0,434125563

0,085

130

0,67329

0,462562949

0,085

140

0,71171

0,485998946

0,085

150

0,74164

0,504252631

0,085

160

0,76289

0,517268509

0,085

170

0,77575

0,525057997

0,085

180

0,78

0,52765

0,085/0,4296

0,085

190

0,77575

0,525057997

0,087011

200

0,76298

0,517268509

0,08882

210

0,74164

0,504252631

0,091989

220

0,71171

0,485998946

0,096777

230

0,67329

0,462562949

0,103587

240

0,62668

0,434125563

0,113038

250

0,57246

0,401051708

0,12606

260

0,51162

0,363939419

0,144081

270

0,44557

0,32365075

0,169323

280

0,37617

0,281317616

0,205346

290

0,30568

0,238318523

0,257996

300

0,23668

0,196225563

0,337093

310

0,17192

0,156724604

0,459275

320

0,1142

0,121515

0,651825

330

0,06614

0,092197744

0,953074

340

0,03002

0,07016276

1,387839

350

0,0076

0,056486468

1,870278

1,965

360

0,05185

2,1042/7,964

2,5243

370

0,0076

0,056486468

7,154373

6,769

380

0,03002

0,07016276

5,453565

390

0,06614

0,092197744

3,874148

400

0,1142

0,121515

2,741886

410

0,17192

0,156724604

1,993858

420

0,23668

0,196225563

1,50479

430

0,30568

0,238318523

1,179789

440

0,37617

0,281317616

0,958543

450

0,44557

0,32365075

0,804248

460

0,51162

0,363939419

0,694381

470

0,57246

0,401051708

0,614892

480

0,62668

0,434125563

0,556816

490

0,67329

0,462562949

0,514295

0,501

Продолжениетаб. 1.

500

0,71171

0,485998946

0,483436

0,473

510

0,74164

0,504252631

0,461626

0,427

520

0,76298

0,517268509

0,44713

0,395

530

0,77575

0,525057997

0,43884

0,360

540

0,78

0,52765

0,436143

0,3349

550

0,77575

0,525057997

0,118

0,297

560

0,76298

0,517268509

0,118

0,252

570

0,74164

0,504252631

0,118

0,215

580

0,71171

0,485998946

0,118

0,185

590

0,67329

0,462562949

0,118

0,146

600

0,62668

0,434125563

0,118

610

0,57246

0,401051708

0,118

620

0,51162

0,363939419

0,118

630

0,44557

0,32365075

0,118

640

0,37617

0,281317616

0,118

650

0,30568

0,238318523

0,118

660

0,23668

0,196225563

0,118

670

0,17192

0,156724604

0,118

680

0,1142

0,121515

0,118

690

0,06614

0,092197744

0,118

700

0,03002

0,07016276

0,118

710

0,0076

0,056486468

0,118

0,1098

720

0,05185

0,118/0,085

0,1015

Скруглениеиндикаторной диаграммы.

Учитываябыстроходность рассчитываемого двигателя, устанавливаем следующие фазыгазораспределения:

Начало ( точка r,) — 20º до ВМТ; окончание (точкаа,,) — 60º после НМТ.

Начало ( точка b,) — 60º до НМТ; окончание (точкаа,) — 20º после ВМТ.

Уголопережения зажигания принимаем 30º (точка с,),продолжительность периода задержки воспламенения – Δφ = 10º,отсюда 30 – 10 = 20º( точка f)

Полоңение точки с,,определяем из выражения:

РС,, = (1,15...1,25)рс = 1,2*2,1036 = 2,5243МПа.

Действительное давление сгорания:

Pzд = 0,85* pz = 0,85*7,9635 = 6,769 МПа.

Принятосчитать, что это давление достигает через 10º после ВМТ.

Нарастание давления от точки с,, до точки z составит Δр/Δφ = 0,417, что означает плавнуюработу двигателя.

Результатырасчета положения характерных точек приведены в таблице № 2.

Таблица № 2

Обозначение Положение φº х, дм.

Vх, дм3

r/>

20ºдо ВМТ 700

0,03002

0,064158576

0,118

r/>/>

20º после ВМТ 20

0,03002

0,064158576

0,085

a/>

60º после НМТ 240

0,62668

0,434125563

0,113038

f 30ºдо ВМТ 330

0,06614

0,078968975

1,179456

c/>

20ºдо ВМТ 340

0,03002

0,064158576

1,569637

r ВМТ 360

0,05185

0,1015

c/>/>

ВМТ 360

0,05185

2,5243

zд

10º после ВМТ 370

0,0076

0,054966315

6,769

b/>

60ºдо НМТ 480

0,62668

0,434125563

0,556816

b’’ НМТ 540

0,78

0,52765

0,334927

Список используемой литературы

1. Колчин А.И., Демидов В.П. «Расчет автомобильных итракторных двигателей» М.: Высшая школа, 2002 год.

еще рефераты

Еще работы по транспорту

Реферат по транспорту

Тепловой расчет двигателя автомобиля

26 Июня 2015

Реферат по транспорту

Тепловой расчет ДВС

26 Июня 2015

Реферат по транспорту

Термодинамический расчет цикла ДВС

26 Июня 2015

Реферат по транспорту

Термостат в двигателе КамАЗа, карбюратор К-88А. Устройство автомобилей ВАЗ-2106 и ГАЗ-2417

26 Июня 2015