Тепловий розрахунок двигуна внутрішнього згоряння

Двигуни внутрішнього згоряння як один з видів теплових двигунів, що застосовуються в галузі автомобілебудування. Роторно-поршневі та газотурбінні двигуни, їх основні механізми та системи. Тепловий розрахунок двигуна. Питомі ефективні витрати палива.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык украинский
Дата добавления 11.12.2011
Размер файла 93,4 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Полтавський національний технічний університет

імені Юрія Кондратюка

Кафедра будівельних машин і обладнання

Курсова робота

Із дисципліни “Двигуни внутрішнього згоряння”

на тему: ”Тепловий розрахунок двигуна внутрішнього згоряння

Виконав: студент групи 302-МА

Савинський В.І.

Прийняв: Сажієнко В.В.

Полтава 2005

Вихідні дані

Показник

Номер варіанта

60

1

Тиск навколишнього середовища Р0, МПа

0,101

2

Температура навколишнього середовища Т0, К

288

3

Ступінь стиску

7,0

4

Коефіцієнт надлишку повітря

0,95

5

Частота обертання колінчастого вала двигуна n, об/хв

5300

6

Діаметр циліндра D, мм

92

7

S/D

0,815

8

Прототип двигуна

ГАЗ-410

Зміст

  • Вихідні дані
  • Вступ
  • 1. Тепловий розрахунок ДВЗ
  • 1.1 Розрахунок процесу впуску
  • 1.1.1 Тиск свіжого заряду в кінці процесу впускання, МПа
  • 1.1.2 Температура свіжого заряду в кінці процесу впускання, К
  • 1.1.3 Коефіцієнт наповнення циліндрів
  • 1.1.4 Об'єм циліндра в кінці процесу впускання (точка а індикаторної діаграми), л
  • 1.2 Розрахунок процесу стиску
  • 1.2.1 Тиск робочої суміші в кінці процесу стиску, МПа
  • 1.2.2 Температура робочої суміші в кінці процесу стиску, К
  • 1.2.3 Об'єм циліндра в кінці стиску, л
  • 1.2.4 Середня мольна ізохорна теплоємність суміші
  • 1.3 Розрахунок матеріального балансу
  • 1.3.1 Теоретично необхідна кількість повітря для повного згоряння
  • 1.3.2 Кількість свіжого заряду, віднесена до 1 кг палива, кмоль
  • 1.3.3 Кількість компонентів продуктів згоряння 1 кг палива, кмоль
  • 1.3.4 Сумарна кількість продуктів згоряння, кмоль
  • 1.3.5 Теоретичний коефіцієнт молярної зміни робочого тіла
  • 1.3.6 Дійсний коефіцієнт молярної зміни робочого тіла
  • 1.3.7 Середня мольна ізохорна теплоємність продуктів згоряння, кДж/кмольК
  • 1.4 Розрахунок процесу згоряння
  • 1.5 Розрахунок процесу розширення
  • 1.5.1 Тиск газів у кінці процесу, МПа
  • 1.5.2 Температура газів у кінці розширення, К
  • 1.5.3 Об'єм циліндра в кінці розширення, л
  • 1.6 Індикаторні показники циклу
  • 1.6.2 Індикаторна потужність двигуна, кВт
  • 1.6.3 Індикаторний крутний момент, Нм
  • 1.6.4 Індикаторний ККД двигуна
  • 1.6.5 Питомі індикаторні витрати палива
  • 1.7 Ефективні показники двигуна
  • 1.7.1 Середній ефективний тиск, МПа
  • 1.7.2 Ефективна потужність, кВт
  • 1.7.3 Ефективний крутний момент, Нм
  • 1.7.4 Ефективний ККД
  • 1.7.5 Питомі ефективні витрати палива
  • 1.7.6 Годинні витрати палива
  • 1.7.7 Літрова потужність двигуна, кВт/л
  • 2. Побудова індикаторної діаграми
  • Висновок
  • Список використаної літератури

Вступ

Силовим агрегатом автомобіля є двигун внутрішнього згоряння - машина, яка перетворює теплоту, що виділяється при згорянні палива, у механічну роботу.

З багатьох видів теплових двигунів саме двигуни внутрішнього згоряння використовуються на автомобільному транспорті, тому що мають ряд переваг: компактність будови, постійна готовність до роботи, високі показники економічності, надійність, мала маса.

Серед різновидів двигунів внутрішнього згоряння на автомобільному транспорті застосовуються роторно-поршневі та газотурбінні двигуни. До основних механізмів і систем роторно-поршневого двигуна відносяться:

§ кривошипно-шатунний механізм;

§ газорозподільний механізм;

§ система живлення;

§ система змащення;

§ система охолодження;

§ система запалювання;

§ системи впуску, випуску, запуску;

Кривошипно-шатунний механізм призначений для сприйняття тиску газів згорілого палива і перетворення зворотно - поступального руху поршня в обертальний рух колінчастого вала двигуна.

Газорозподільний механізм призначений для своєчасного впуску в циліндр двигуна свіжого заряду і випуску відпрацьованих газів.

За системою живлення двигуни внутрішнього згоряння поділяються на: карбюраторні, дизельні, газові, інжекторні. Система живлення в карбюраторних двигунах призначена для приготування паливної суміші і подачі її в циліндр двигуна, в дизельних - подача необхідної кількості палива в циліндр, де і готується паливна суміш.

двигун внутрішнє згоряння тепловий

Система змащення призначена для запобігання підвищеному спрацюванню, перегріву, заїданню поверхонь тертя, видалення продуктів зносу.

Система охолодження призначена для відводу тепла від нагрітих деталей та підтримки температури в межах, що забезпечують нормальну роботу двигуна.

Система запалювання призначена для примусового запалювання паливної суміші від електричної іскри.

Відповідно до того, що питома частка автомобільного транспорту у вантажних та пасажирських перевезеннях зростає (відповідно - 80% і 85%), автомобілі потребують постійного вдосконалення. Основними напрямками розвитку двигунобудування є: підвищення паливної економічності; зниження токсичності і шумності; зменшення маси за рахунок зменшення металоємності, зменшення габаритних розмірів; підвищення надійності і ресурсу; використання альтернативних видів палива - стиснутого природного і зрідженого нафтового газів, рослинної олії, водню; підвищення потужності окремих агрегатів (наприклад, розрахунок впускного колектора на резонанс - повітря, проходячи через нього входить в резонанс, через що підвищується тиск - ефект надуву).

1. Тепловий розрахунок ДВЗ

1.1 Розрахунок процесу впуску

1.1.1 Тиск свіжого заряду в кінці процесу впускання, МПа

, (1)

де тиск навколишнього середовища, МПа

С коефіцієнт опору впускної системи, який ураховує зниження швидкості свіжого заряду після того, як заряд потрапив до циліндра, та гідравлічний опір впускної системи двигуна;

cередня швидкість свіжого заряду в прохідному перерізі впускного клапана;

густина повітря, кг/м, що визначається за формулою

, (2)

де тиск навколишнього середовища

R газова стала повітря; R = 287 Дж/ (кгК);

температура навколишнього середовища

==1,22 кг/м3.

Приймаємо С=3,Wкл=80м/с

Отже, Ра= 0,101-3••1,22•10-6 =0,089 МПа

Отримане значення Ра лежить в заданих межах =0,88Ро

1.1.2 Температура свіжого заряду в кінці процесу впускання, К

, (3)

де Т ступінь підігрівання свіжого заряду при впусканні, для

чотиритактних карбюраторных двигунів Т = 0.20 К,

температура залишкових газів; для карбюраторних двигунів

= 900.1100 К

коефіцієнт залишкових газів,

, (4)

де тиск залишкових газів, який визначається з урахуванням конструкції випускної системи і тиску середовища, куди здійснюється випуск відпрацьованих газів,

= (1,1.1,25)

ступінь стиску

Приймаємо Т =10 К, =1000 К

Коефіцієнт залишкових газів для карбюраторних і газових двигунів має знаходитись в межах = 0,06.0,10

Та=

Для двигунів без надування має змінюватись в межах 310.350 К

1.1.3 Коефіцієнт наповнення циліндрів

. (5)

У сучасних двигунах коефіцієнт наповнення знаходиться в таких межах: для карбюраторних і газових двигунів = 0,75.0,85

1.1.4 Об'єм циліндра в кінці процесу впускання (точка а індикаторної діаграми), л

, (6)

де об'єм камери стиску, л,; (7)

робочий об'єм циліндра, л,; (8)

D, S відповідно діаметр циліндра та хід поршня, дм

Vh=·10-6=0,498 л;

Vc==0,083 л;

Va =0,083 + 0,498 =0,581 л

1.2 Розрахунок процесу стиску

1.2.1 Тиск робочої суміші в кінці процесу стиску, МПа

, (9)

де середній показник політропи стиску; для автотракторних двигунів

= 1,32.1,4

Обираємо n1=1,38

Рс=0,089·71,38=1,305 МПа

Для карбюраторних та газових двигунів = 0,9.1,9 МПа

1.2.2 Температура робочої суміші в кінці процесу стиску, К

, (10), Тс=345,03·71,38-1=722,76 К

Для карбюраторних двигунів =550.750 К

1.2.3 Об'єм циліндра в кінці стиску, л

Vс=0,083 л

1.2.4 Середня мольна ізохорна теплоємність суміші

визначається як теплоємність повітря, кДж/ (кмольК),

, (11)

де C.

=722,76-273= 449,76 C.

кДж/кмоль•К

1.3 Розрахунок матеріального балансу

1.3.1 Теоретично необхідна кількість повітря для повного згоряння

1 кг палива:

рідинне паливо

; (12)

; (13)

де у молярних одиницях, кмоль/кг;

у масових одиницях, кг/кг.

С, Н, О елементарний склад палива

Вибираємо з довідника С=0,855, Н=,0145, О=0

=0,5119 кмоль/кг;

+ 8•0,145) =14,956 кг/кг.

1.3.2 Кількість свіжого заряду, віднесена до 1 кг палива, кмоль

для карбюраторних двигунів

, (14)

де коефіцієнт надлишку повітря;

середня молярна маса палива (µт=115 кг/кмоль);

1.3.3 Кількість компонентів продуктів згоряння 1 кг палива, кмоль

Для карбюраторних двигунів (<1)

оксид вуглецю, (15)

де К відношення кількості водню до оксиду вуглецю (К=0,47);

діоксид вуглецю; (16)

водень, що не прореагував із киснем,; (17)

водяна пара; (18)

азот повітря. (19)

кмоль;

кмоль;

=0,47•0,0073=0,003431 кмоль;

М==0,0725 кмоль;

=0,79•0,95•0,5119=0,384 кмоль.

1.3.4 Сумарна кількість продуктів згоряння, кмоль

. (20)

М2=0,0073+0,06395+0,0725+0,384=0,53118 кмоль

1.3.5 Теоретичний коефіцієнт молярної зміни робочого тіла

. (21)

Для карбюраторних двигунів = 1,06.1,12;

1.3.6 Дійсний коефіцієнт молярної зміни робочого тіла

. (22)

1.3.7 Середня мольна ізохорна теплоємність продуктів згоряння, кДж/кмольК

(23)

1.4 Розрахунок процесу згоряння

а) Температура газів у кінці процесу згоряння

(точка z індикаторної діаграми), К,

К, (24)

де температура газів у кінці процесу згоряння, С

. (25)

Коефіцієнти А, В, С визначаються як:

(26)

; (27)

, (28)

де коефіцієнт ефективного тепловикористання, змінюється на номінальному режимі межах: = 0,85.0,92.

нижча теплота згоряння, кДж/кг, з урахуванням хімічної неповноти згоряння при <1

; (29)

нижча теплота згоряння палива (=44000 кДж/кг).

= 44000-119•103 (1-,095) •0,5119 =40954, 195 кДж/кг

С =;

В = 1,068•23,22 =24,8;

А = 1,068•0,0029 = 0,0031;

С

К

Максимальна температура для карбюраторних і газових двигунів має лежати в межах =2300.2900 К.

б) Тиск газів у кінці процесу згоряння, МПа,

, (30)

де ступінь підвищення тиску

. (31)

МПа

Для чотиритактних карбюраторних двигунів = 3,0.4,2; Рz = 3,0.6,0 МПа.

в) Дійсний тиск у кінці процесу згоряння Р, МПа, для реальних карбюраторних і газових двигунів у зв'язку з певною умовністю ізохорного згоряння нижче від Рz, приблизно на 15%, тому

. (32)

Р=0,85•5,24 = 4,45 МПа

У подальших розрахунках використовуємо тиск. Рz

г) Об'єм циліндра в кінці процесу згоряння (точка z індикаторної діаграми), л,

.

= 0,083 л

1.5 Розрахунок процесу розширення

1.5.1 Тиск газів у кінці процесу, МПа

, (33)

Де ступінь подальшого розширення; для карбюраторних двигунів приймають = ,

n2 середній показник політропи розширення; для карбюраторних двигунів n2= 1,23.1,3.

Обираємо n2 =1,3

Pb =0,41 МПа

Тиск у кінці процесу розширення для карбюраторних двигунів має бути в межах Pb = 0,35.0,5 МПа.

1.5.2 Температура газів у кінці розширення, К

. (34)

Tb= К.

1.5.3 Об'єм циліндра в кінці розширення, л

.

Vb = Va =0,581 л.

1.6 Індикаторні показники циклу

1.6.1 Середній індикаторний тиск, МПа

Карбюраторні і газові двигуни

(35)

де коефіцієнт повноти індикаторної діаграми; для карбюраторних двигунів = 0,95.0,97.

Обираємо ці =0,96

МПа

Середній індикаторний тиск характеризує досконалість циклу і лежить у межах: для карбюраторних двигунів Рі = 0,8.1,2 МПа.

1.6.2 Індикаторна потужність двигуна, кВт

, (36)

Де і число циліндрів; (і =6)

тактність двигуна, для чотиритактних двигунів - = 4.

n частота обертання колінвала двигуна

Ni =кВт.

1.6.3 Індикаторний крутний момент, Нм

, (37)

Мі =Нм.

1.6.4 Індикаторний ККД двигуна

Для двигунів, які працюють на рідкому моторному паливі,

; (38)

Нижчу теплоту згоряння палива Нu підставляємо в кДж/кг.

Для карбюраторних двигунів на номінальному режимі роботи індикаторний ККД знаходиться в межах = 0,28.0,33.

1.6.5 Питомі індикаторні витрати палива

Для рідкого палива, г/ (кВтгод),

. (39)

Нижчу теплоту згоряння Нu підставляємо в МДж/кг.

gi = г/ (кВтгод)

Для карбюраторних двигунів змінюється в межах = 245.300 г/ (кВтгод).

1.7 Ефективні показники двигуна

1.7.1 Середній ефективний тиск, МПа

, (40)

де середній тиск механічних витрат, МПа;

, (41)

і дослідні коефіцієнти, які визначаються залежно від типу і конструкції двигуна: Ам =0,034, Вм =0,0113.

Сп - середня швидкість поршня, м/с,

, (42)

Де S хід поршня, м.

Сп = м/с;

Рм = 0,034 + 0,0113•13,246 =0,18 МПа;

Ре = 0,95 - 0,18 = 0,77 МПа;

Для карбюраторних двигунів = 0,6.0,95 МПа

1.7.2 Ефективна потужність, кВт

. (43)

кВт.

1.7.3 Ефективний крутний момент, Нм

. (44)

Ме =Нм

1.7.4 Ефективний ККД

, (45)

де механічний ККД

. (46)

зм =

Механічний ККД для карбюраторних двигунів має знаходитись в межах = 0,7.0,85.

зе =0,317•0,81 = 0,257

Ефективний ККД для карбюраторних двигунів = 0,25.0,30.

1.7.5 Питомі ефективні витрати палива

Для рідинних палив, г/ (кВтгод),

. (47)

ge = г/ (кВтгод).

Для карбюраторних двигунів = 275.325 г/ (кВтгод).

1.7.6 Годинні витрати палива

Для рідинних палив, кг/год,

. (48)

кг/год.

1.7.7 Літрова потужність двигуна, кВт/л

. (49)

Nл = кВт

Для карбюраторних двигунів = 15.42 кВт/л.

Результати теплового розрахунку

Найменування параметра,

позначення, розмірність

Чисельне значення

Межі зміни

Тиск газів: Pa, МПа

Pc, МПа

Pz, МПа

Pb, МПа

Температура газів: Ta, К

Tc, К

Tz, К

Tb, К

Коефіцієнт залишкових газів, r

Коефіцієнт наповнення, v

Теоретичний коефіцієнт молярного змінення робочого тіла, о

Ступінь підвищення тиску,

Cередній індикаторний тиск, Рі, МПа

Індикаторна потужність двигуна, Ni, кВт

Індикаторний крутний момент, Мі, Нм

Індикаторний ККД, і

Питома індикаторна витрата палива, gі, г/кВтгод

Середній тиск механічних витрат, Рм, МПа

Середній ефективний тиск, Ре, МПа

Ефективна потужність, Ne

Ефективний крутний момент, Ме, Нм

Механічний ККД, м

Ефективний ККД, е

Питома ефективна витрата палива, gе, г/кВтгод

Годинна витрата палива, Gт, кг/год

2. Побудова індикаторної діаграми

1. Обираємо масштаб діаграми:

µр =0,03 МПа/мм;

µV =0,005 л/мм.

2. Наносимо на осях діаграми шкали об'єму V і тиску Р

3. Позначаємо на осі абсцис об'єм камери стиску , л, та повний об'єм циліндра Vа, л, а на індикаторній діаграмі характерні точки циклу - r, a, c, z, z, b.

Для побудови політропних процесів стиску і розширення аналітично визначаємо дані. Для цього робочий об'єм циліндра поділяємо на 5 частин, для яких визначаємо значення об'ємів Vi. Відповідні їм значення тиску визначаємо із залежностей:

на лінії стиску, (50)

на лінії розширення , (51)

де

Розраховані значення тиску заносимо у таблицю 1.1

Таблиця 1.1 Значення тиску в проміжних точках діаграми

, л

, МПа

, МПа

0,1

5,81

11,3

1,0057

0,83

0,78

4,08

0,2

2,905

4,35

0,387

0,415

0,32

1,67

0,3

1,936

2,488

0,221

0,27

0,18

0,94

0,4

1,45

1,699

0,1485

0,2

0,12

0,623

0,5

1,162

1,23

0,109

0,166

0,09

0,47

Положення точки С орієнтовно визначаємо із залежності, МПа,

. (52)

Рс” =1,24•1,305 =1,61 МПа.

Нанесені на діаграму проміжні точки стиску і точки розширення з'єднуємо плавними кривими. Після цього добудовуємо процеси газообміну й одержуємо розрахункову індикаторну діаграму.

Висновок

Отримані значення параметрів стану робочого тіла в характерних точках робочого циклу, індикаторні та ефективні показники двигуна лежать в допустимих межах.

Відмінність деяких якісних показників розрахованого двигуна від двигуна - прототипу обумовлена насамперед тим, що двигун прототип має більший робочий об'єм циліндрів - 3,48 л (D =82мм, S =110 мм), а розрахований - 2,98 л (D =92мм, S = 75 мм), та низьку частоту обертання колінчастого вала - через що розрахований двигун має більшу потужність.

Список використаної літератури

1. Автомобільні двигуни / За ред. І.І. Тимченка. Харків: Основа, 1995. 460с.

2. Тимченко І.І. Автомобільні двигуни. Теорія робочого циклу, системи живлення і наддування, динаміка і зрівноваженість. К.: УМКВО, 1990. 256 с.

3. Болтинский В.Н. Теория, конструкция и расчет тракторных и автотракторных двигателей. М.: Сельхозиздат, 1962. - 150 с.

4. Нигматулин И.Н. и др. Тепловые двигатели. М.: Высш. шк. 1974. - 375 с.

5. Гуревич А.М., Сорокин Е.М. Тракторы и автомобили. М.: Колос, 1978. 200 с.

6. Хачиян А.С. Двигатели внутреннего сгорания. М.: Высшая школа, 1985. 250 с.

7. Ховах М.С. Автомобильные двигатели. М.: Машиностроение, 1977. 591 с.

8. Двигатели внутреннего сгорания / Под ред. В.Н. Лукавина. - М.: Высшая школа, 1985. - 310 с.

9. Романов Б.А. Двигатели внутреннего сгорания. М.: Недра, 1989. - 170 с.

10. Ленин И.М. Теория автомобильных и тракторных двигателей. М.: Машиностроение, 1969. - 365 с.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Застосування двигунів внутрішнього згоряння в сучасній практиці. Розрахунок основних елементів чотирьохтактного бензинового двигуна легкового автомобіля; показники робочого циклу; кінематика і динаміка, тепловий баланс двигуна, аналіз врівноваженості.

    дипломная работа [610,4 K], добавлен 19.11.2013

  • Розрахунки ефективної потужності двигуна внутрішнього згоряння та його параметрів. Визначення витрат палива, повітря та газів, що відпрацювали. Основні показники системи наддування. Параметрів робочого процесу, побудова його індикаторної діаграми.

    курсовая работа [700,8 K], добавлен 19.09.2014

  • Конструктивні характеристики котельного агрегату. Кількість повітря необхідного для горіння палива, склад димових газів та їх ентальпія. Тепловий баланс котельного агрегату і витрати палива. Тепловий розрахунок топки та конвективних поверхонь нагріву.

    курсовая работа [658,9 K], добавлен 18.04.2013

  • Конструкція доменного повітронагрівача. Розрахунок суміші палива, швидкості дуття та продуктивності компресорної станції, поверхні нагріву та розмірів насадки. Тепловий баланс та розрахунок витрати палива. Розрахунок аеродинамічного опору газового тракту.

    курсовая работа [1,4 M], добавлен 25.03.2014

  • Повірений тепловий розрахунок для парогенератора ПК-14: технічні характеристики котла і використаного палива. Визначення температури води, пари, повітря і продуктів згорання, ККД агрегату. Гідравлічні і конструктивні розрахунки допоміжного обладнання.

    курсовая работа [3,0 M], добавлен 18.04.2013

  • Тепловий розрахунок двигуна внутрішнього згорання. Вивчення параметрів процесу стиску, згорання та розширення. Визначення робочого об'єму циліндрів. Опис призначення та конструкції паливного насосу високого тиску. Обґрунтування вибору матеріалу деталей.

    курсовая работа [180,0 K], добавлен 10.04.2014

  • Моделювання поверхні каналу двигуна внутрішнього згоряння. Формування каркаса поверхні. Головні вимоги, що пред'являються до геометричної моделі проточної частини каналу ДВЗ. Методика та основні етапи моделювання осьової лінії в системі Solid Works.

    курсовая работа [1,5 M], добавлен 09.10.2011

  • Теплова схема водогрійної частини, опис котельні, котла та газопостачання. Тепловий та гідравлічний розрахунок котельного агрегату КВ-ГМ-100. Визначення теплосприйняття та приростів ентальпії в елементах агрегату, розрахунок перепадів тиску в них.

    курсовая работа [304,7 K], добавлен 02.09.2010

  • Розрахунок розмірів пазів та провідників обмоток статора. Розрахунок довжини статора і ротора. Коефіцієнт насичення і намагнічуючий струм. Параметри обмоток двигуна. Основні магнітні втрати у спинці статора. Робочі характеристики асинхронного двигуна.

    курсовая работа [1,8 M], добавлен 12.10.2011

  • Методика зрівноваження обертових мас при проектуванні асинхронного двигуна. Статистичне та динамічне балансування. Розрахунок напружень та оптимальної товщини стінки труби при дії механічних та теплових навантажень. Розрахунок механізму на точність.

    курсовая работа [1006,6 K], добавлен 29.05.2013

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.