Тепловой расчет 8 цилиндрового карбюраторного двигателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В качестве источника механической энергии на современных автомобилях и тракторах применяют в основном двигатели внутреннего сгорания (ДСВ). В ДСВ химическая энергия топлива преобразуется сначала в тепловую в процессе сгорания, а затем теплота превращается в механическую энергию на валу двигателя. Вырабатываемая механическая энергия частично используется для обслуживания внутренних систем двигателя (охлаждения, смазки, питания), а также внешних систем автомобиля или трактора (электроснабжения; тормозных, если тормозные системы с гидро или пневмоприводом и т.д.). Но основным потребителем механической энергии является движитель (приводные колёса или гусеницы), куда энергия подаётся с помощью трансмиссии.

Основные показатели автомобиля или трактора (скорость движения, максимальная грузоподъёмность, экономичность, экологические факторы и т.п.) определяются главным образом двигателем. Поэтому, представляется очень важным уметь прогнозировать показатели двигателя и его характеристики, чтобы удовлетворить требованиям транспортного средства.

На современных автомобилях и тракторных применяют главным образом четырёхтактные бензиновые и дизельные двигатели. Основным направлением их форсирования и улучшения показателей служат газотурбинный наддув и охлаждение надувочного воздуха. Поэтому, необходимо выполнять тепловой расчёт двигателей именно таких типов с ориентацией на лучшие результаты, достигнутые в практике мирового автотракторного двигателестроения.

Таким образом, тепловой расчёт двигателя является первой и необходимой ступенью в процессе проектирования и создания нового двигателя или в процессе совершенствования существующего.

Исходные данные

Наличие трубопровода - отсутствует

Количество цилиндров - 8 карбюраторный

Номинальная мощность Nе, кВт - 205

Частота вращения коленвала n - 4350

Степень сжатия - 9,4

Диаметр поршня, мм - 81

Ход поршня, мм - 86,4

Коэффициент избытка воздуха - 0,95

Бензин - АИ80

Темп. окр. среды, К - 259

Давление окр. среды, МПа - 0,1

1.Рабочее тело и его свойства

В основу теплового расчета двигателей внутреннего сгорания положено определение значений основных параметров цикла - впуска, сжатия, сгорания, расширения и выпуска с последующим определением индикаторных и эффективных показателей, коэффициентов полезного действия, мощностных и экономических показателей. Обычно, тепловой расчет выполняется для режима работы двигателя, соответствующего максимальной мощности и номинальной частоте вращения.

1.1 Топливо

Элементарный состав топлива (бензина АИ 92) включает в себя содержание C=0.855, H=0.145, O=0.

Определяем низшую теплоту сгорания

(1)

1.2 Горючая смесь

При расчете параметров рабочего цикла в качестве параметров считаем: теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1-го кг топлива; количество свежего заряда; общее количество продуктов сгорания.

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1-го кг топлива определяется по формулам

(2)

(3)

теоретически необходимое количество воздуха в кг для сгорания1-го кг топлива; теоретически необходимое количество воздуха в кмолях. для сгорания1-го кг топлива; 0.23-массовое содержание кислорода в 1-м кг воздуха; масса 1-го кмоля воздуха.

Действительное количество воздуха определяется по формуле:

, Кмоль/кг (4)

Кмоль/кг

Количество горючей смеси определяется по формуле

, (5)

где молекулярная масса паров топлива; коэффициент избытка воздуха.

1.3 Продукты сгорания

Общее количество продуктов неполного сгорания определяется по формуле

(6)

где (7)

(8)

(9)

(10)

(11)

Кмоль/кг;

Кмоль/кг;

Кмоль/кг;

Кмоль/кг;

Кмоль/кг.

М2=0,041+0,059+0,029+0,013+0,11=0,255

Общее количество продуктов неполного сгорания определяется по формуле

(12)

где Кмоль/кг; (13)

Кмоль/кг; (14)

Кмоль/кг; (15)

Кмоль/кг. (16)

Кмоль/кг;

Кмоль/кг;

Кмоль/кг;

Кмоль/кг.

М2=0,071+0,072+0,021+0,343=0,507 Кмоль/кг

Изменение молей рабочего тела при сгорании определяется по формуле:

(17)

, Кмоль/кг.

Коэффициент молекулярного изменения горючей смеси определяется по формуле:

(18)

.

2. Процесс впуска

2.1 Давление и температура окружающей среды

При расчетах принимаем значения атмосферного давления и температуры при нормальных условиях: р0=0,1 МПа, Т0=293 К.

Двигатель не оснащен наддувом поэтому принимаем:

рк=р0=0,1 МПа, Тк=Т0=293 К.

2.2 Давление и температура остаточных газов

При расчете параметров остаточных газов в качестве параметров считаем: давление и температуру.

Поскольку на двигателе не установлен наддув, то давление остаточных газов определяется по формуле

(19)

В соответствии с рекомендациями температура остаточных газов принимается в пределах ; Для расчета принимаем

2.3. Степень подогрева заряда

При расчете параметров впуска, сжатия, сгорания и расширения в качестве параметров считаем: давление, температуру и объем с индексами в нижней части, обозначающими соответствующими точками индикаторной диаграммы

Температура подогрева свежего заряда принимается ;

Для расчета принимаем значение

2.4 Давление в конце впуска

Плотность заряда определяем по формуле

(20)

где удельная газовая постоянная для воздуха.

МПа

Давление в конце впуска определяется по формуле

(21)

где потери давления на впуске в двигатель, которые определяются по формуле

(22)

принимаем =3; средняя скорость движения заряда при максимальном открытии клапана =90 м/с.

МПа.

ра=0,1-0,014=0,086 МПа.

2.5 Коэффициент остаточных газов

Коэффициент остаточных газов определяется по формуле

2.6 Температура в конце впуска

Температуру в конце впуска определяем по формуле

2.7 Коэффициент наполнения

Коэффициент наполнения определяем по формуле

3. Расчет параметров сжатия

Давление в конце сжатия определяем по формуле ,

где показатель политропы сжатия, который определяется по формуле

; число оборотов коленчатого вала.

Температуру в конце сжатия определяем по формуле

Среднюю молярную теплоемкость заряда (воздуха) в конце сжатия (без учета влияния остаточных газов) определяем по формуле

Число молей остаточного газа определяется по формуле

Число молей газов в конце сжатия определяется по формуле



Расчет параметров сгорания.

Среднюю молярную теплоемкость продуктов сгорания в двигателе при постоянном объеме определяем по формуле

где температура в конце сгорания.

Число молей газов после сгорания определяется по формуле

Расчетный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси определяем по формуле

Количество теплоты, передаваемое газом на участке индикаторной диаграммы при сгорании 1-го кг топлива определяется по формуле

где - коэффициент использования теплоты; количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания, которая определяется по формуле

Температуру в конце сгорания определяем из уравнения сгорания

Теоретическое давление в конце процесса сгорания определяем по формуле

Действительное давление в конце процесса сгорания определяется по формуле

Степень повышения давления у карбюраторных двигателях определяется по формуле

Расчет параметров расширения.

Давление в конце процесса расширения определяем по формуле

Где - средний показатель политропы расширения

Для расчета принимаем

Температура в конце процесса расширения определяется по формуле:

После расчета параметров цикла необходимо проверить правильность ранее принятого значения температуры остаточных газов (погрешность не должна превышать 10% для нормального скоростного режима). Для этого определяем температуру остаточных газов по формуле

Погрешность результата проверяем по формуле

Погрешность расчета составляет 9% , и она не выходит за заданный предел, поэтому можем продолжить расчет.

Расчет индикаторных показателей рабочего цикла.

Теоретическое среднее индикаторное давление цикла определяем по формуле

Действительное среднее индикаторное давление цикла для скругленной индикаторной диаграммы определяется по формуле

где коэффициент полноты индикаторной диаграммы, который принимаем

Индикаторный КПД двигателя определяем по формуле

Индикаторный удельный расход топлива определяется по формуле



3.2 Расчет эффективных показателей двигателя

Среднее давление механических потерь с учетом средней скорости поршня определяется по формуле

где и - коэффициенты, зависящие для карбюраторных двигателей от отношения хода поршня к диаметру цилиндра при и

Среднее эффективное давление определяем по формуле

Механический КПД определяется по формуле

Эффективный КПД определяется по формуле

Эффективный удельный расход топлива определяется по формуле

Объем двигателя определяем по формуле

где число цилиндров в двигателе; коэффициент тактности.

Диаметр цилиндра определяем по формуле:

Ход поршня определяем по формуле:

S=115*1.07=123.05мм

Расчетная средняя скорость определяется по формуле:

Проверка ошибки расчетов определяется по формуле:

Погрешность результата не превышает 5%, поэтому продолжаем рассчет.

Окончательные параметры двигателя

Объем одного цилиндра двигателя:

.

Объем двигателя:

Vл=1,27*8=10,21л.

Объем камеры сгорания двигателя:

3.3 Расчет теплового баланса двигателя

В общем виде внешний тепловой баланс двигателя определяется из следующих составляющих

где - общее количество теплоты, введенное в двигатель с топливом; - количество теплоты, перешедшее в эффективную работу; - потери теплоты в отработавших газах; - количество теплоты, передаваемое охлаждающей жидкости; - потери теплоты вследствие неполноты сгорания топлива; - остаточные потери теплоты, не учтенные остальными составляющими теплового баланса.

Общее количество теплоты, введенное в двигатель с топливом определяем по формуле

где часовой расход топлива, который определяем по формуле

Теплота, эквивалентная эффективной работе двигателя определяем по формуле

Теплота, потерянная с отработавшими газами определяется по формуле

где средняя молярная теплоемкость продуктов сгорания и воздуха при заданных коэффициенте избытка воздуха температурах.

Теплота, передаваемая охлаждающей среде определяем по формуле

где коэффициент пропорциональности, зависящий от тактности двигателя; показатель степени, зависящий от тактности двигателя.

Для расчета принимаем и ;

Теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива определяем по формуле

Остаточные потери теплоты (неучтенные потери) определяем по формуле

Таблица №1. Основные величины теплового баланса двигателя

Составляющие теплового баланса	Величина
Общее количество теплоты, введенное в двигатель с топливом	231185,167
Теплота, эквивалентная эффективной работе	57038,831
Теплота, потерянная с отработавшими газами	71971,153
Теплота, передаваемая охлаждающей среде	64558,792
Теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива	16155,139
Неучтенные потери теплоты	22141,252

4. Построение развернутой индикаторной диаграммы

Перестроение индикаторной диаграммы в развернутую по углу поворота коленчатого вала производим по методу Ф.А. Брикса. Для этого под свернутой диаграммой строим вспомогательная полуокружность диаметром, равным отрезку хода поршня. Далее от центра полуокружности (точка О) вправо откладывается поправка Брикса, которая определяется по формуле

где радиус кривошипа; безразмерный кинематический параметр, равный отношению радиуса кривошипа к длине шатуна, который составляет .

Построение диаграмм сил инерции и суммарной силы.

Руководствуясь размерами двигателя ( и ) определяем массу частей, движущихся возвратно-поступательно, и массу частей совершающих вращательное движение. Для этой цели необходимо задаться конструктивными массами поршневой, шатунной групп и коленчатого вала. Значение масс поршня, шатуна и коленчатого вала определяем по формуле

где конструктивная масса детали, отнесенная к площади поршня.

Руководствуясь таблицей №4

Таблица №4. Конструктивные массы деталей, отнесенных

к площади поршня

Элементы КШМ	Конструктивная масса
	карбюраторный	дизельный
Поршень (алюминиевый сплав)	80….150	150….300
Шатун	100…200	250…400
Коленчатый вал (кованный)	150…200	200…400
Коленчатый вал (литой)	100…200	150…300

Принимаем

площадь поршня, которая определяем по формуле Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

После этого производим расчет полного значения масс, а затем массы частей, движущихся возвратно-поступательно по формуле

где масса шатуна, приведенная к поршню,

Масса вращающихся деталей определяется по формуле

где масса шатуна, приведенная к коленчатому валу,

Удельные силы инерции возвратно-поступательных масс определяем по формуле

где угловая скорость коленчатого вала

Суммарную удельную силу, действующую на поршень, определяем алгебраическим сложением

.

Результаты расчетов сведены в таблицу №5

Таблица №5. Расчетные данные удельной силы давления газов, удельной силы инерции и удельной суммарной силы

0	-1,86	0,0125	-0,657
30	-1,49	0,0125	-0,5175
60	-0,5625	0,0125	-0,1875
90	0,37	0,0125	0,1482
120	0,93	0,0125	0,3515
150	1,12	0,0625	0,4625
180	1,125	0,169	0,579
210	1,12	0,319	0,721
240	0,93	0,44	0,779
270	0,37	0,68	0,8157
300	-0,5625	1,35	1,15
330	-1,49	3,44	2,81
340	-1,69	5,17	4,556
350	-1,82	4,16	3,5
360	-1,86	1,41	0,732
370	-1,82	1,17	0,556
380	-1,69	0,91	0,296
390	-1,49	0,69	0,152
420	-0,5625	0,22	0,02
450	0,37	0,07	0,2
480	0,93	0,016	0,355
510	1,12	-0,0049	0,397
540	0,125	-0,0125	0,3945
570	0,12	-0,0125	0,3895
600	0,93	-0,0125	0,3265
630	0,37	-0,0125	0,1232
660	-0,5625	-0,0125	-0,21
690	-1,49	-0,0125	-0,55
720	-1,86	0,013	-0,691

Список использованной литературы

двигатель топливо впуск

Сокол Н.А., Дьяченко А.Д. и др. Методические указания к выполнению курсового проекта (курсовой работы) по дисциплине «Рабочие процессы, конструкция и основы расчета автомобильных двигателей» (тепловой и динамический расчет) специальности 190603.02 - «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования (автомобильный транспорт).Ростов-на-Дону, ДГТУ, 2009.

Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: Учеб. пособие для вузов. М.: «Высшая школа». 2002

Двигатели внутреннего сгорания. В 3 кн. Кн 2. Динамика и конструирование: Учеб./Под ред. В.Н. Луканина. - М.: «Высшая школа». 1995

Размещено на Allbest.ru