Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

"Тюменский государственный нефтегазовый университет"

Институт транспорта

Кафедра ЭАТ

Курсовая работа по дисциплине

Транспортная энергетика

Содержание

• Введение
• 1. Исходные данные
• 2. Тепловой расчет двигателя
• 2.1 Топливо
• 2.2 Параметры окружающей среды и остаточные газы
• 2.3 Процесс впуска
• 2.4 Процесс сжатия
• 2.5 Процесс сгорания
• 2.6 Процесс расширения
• 2.7 Процесс выпуска
• 2.8 Индикаторные параметры рабочего цикла
• 2.9 Эффективные показатели двигателя
• 2.10 Основные параметры цилиндра и двигателя
• 2.11 Построение индикаторной диаграммы
• Заключение
• Список литературы

Введение

Целью курсового проекта является получение студентами знаний по тепловому расчету двигателя.

Основными задачами являются:

1. Теоретическое изучение работы автомобильного двигателя, расчет физических процессов, протекающих при каждом такте работы двигателя.

2. Расчёт и оценка индикаторных и эффективных показателей работы двигателя.

3. Ознакомление с аналитическим методом построения индикаторной диаграммы.

1. Исходные данные

Автомобильный двигатель ЗМЗ-4063

Бензиновый, карбюраторный, 4-цилиндровый V-образный двигатель повышенной мощности. Имеет V-образное расположение цилиндров и алюминиевый блок.

Технические характеристики
Степень сжатия	9,3
Количество цилиндров	4
Рабочий объем, л	2,28
Ход поршня, мм	86
Диаметр цилиндр, мм	92
Тип двигателя	Бензиновый, карбюраторный

2. Тепловой расчет двигателя

2.1 Топливо

В качестве топлива принять бензин (низшая теплота сгорания = 43,93 МДж/м 3, согласно в табл. 1), средний молекулярный состав: С=0,855%; Н=0.145%; O=0%.

Таблица 1. Низшая теплота сгорания топлива , МДж/м 3

Топливо	Бензин
Нu	43,93

Параметры рабочего тела. Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива:

;

где - теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива, кмоль;

- теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива, кг;

С - количество углерода в 1 кг топлива, %;

Н - количество водорода в 1 кг топлива, %;

O - количество кислорода в 1 кг топлива, %.

Количество горючей смеси поступающего в цилиндр определяется по формуле:

где - количество горючей смеси, кмоль гор. см./кг топл.;

- коэффициент избытка воздуха ( =0.89 согласно в табл. 2);

- теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива;

- молекулярная масса бензина, кг/кмоль (mT=115 кг/кмоль).

Общее количество продуктов сгорания:

где - общее количество продуктов сгорания, кмоль пр. сг./кг топл.;

С - количество углерода в 1 кг топлива, %;

Н - количество водорода в 1 кг топлива, %;

- коэффициент избытка воздуха;

- теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива.

Таблица 2. Коэффициент избытка воздуха двигателей (б) при номинальной мощности

Двигатели	Коэффициент избытка воздуха б
1	2
Карбюраторные	0,80…0,96

2.2 Параметры окружающей среды и остаточные газы

Давление и температура окружающей среды при работе двигателей без наддува = = 0.1 МПа и = = 293 К.

2.3 Процесс впуска

Процесс впуска горючей смеси в цилиндр двигателя осуществляется за счёт создания разрежения в цилиндре при движении поршня от верхней мёртвой точки (В.М. Т.) к нижней мёртвой точке (Н.М. Т.).

Давление остаточных газов определяется для двигателей без наддува и с наддувом по формуле

где - давление окружающей среды, МПа;

- давление остаточных газов, МПа.

Температура остаточных газов для карбюраторных двигателей = 980 К.

Плотность заряда на впуске:

;

где - давление окружающей среды, МПа;

- удельная газовая постоянная для воздуха (=287 Дж/кг*град);

- температура окружающей среды, K.

Потеря давления за счёт сопротивления впускной системы и затухания скорости движения заряда в цилиндре для карбюраторных двигателей без наддува определяется по формуле:

где - потеря давления, МПа;

- давление окружающей среды, МПа.

Давление в конце процесса впуска определяется по формуле:

где - давление в конце процесса впуска, МПа;

- потеря давления, МПа;

- давление воздуха за компрессором, МПа.

Коэффициент остаточных газов, характеризует качество очистки цилиндра от продуктов сгорания и определяется по формуле:

где - коэффициент остаточных газов;

- давление в конце процесса впуска, МПа;

- давление остаточных газов, МПа.

- степень сжатия (у данного двигателя = 7.6);

- температура остаточных газов, К;

- температура за компрессором, К;

- подогрев свежего заряда, К (для карбюраторных двигателей = 8 °С).

Изменяется в пределах

Температура в конце впуска зависит от температуры и массы свежего заряда, температуры и массы газов, оставшихся в цилиндре от предыдущего цикла, степени подогрева заряда и определяется по формуле:

где - температура в конце впуска, К;

- коэффициент остаточных газов;

- температура остаточных газов, К;

- температура за компрессором, К;

- подогрев свежего заряда, К.

Изменяется в пределах = 320-370 К.

На коэффициент наполнения влияют дозарядка цилиндра в начале хода сжатия в связи с запаздыванием закрытия впускного клапана и продувка камеры сжатия в связи с перекрытием клапанов. Коэффициент наполнения определяется по формуле:

где доз - коэффициент дозарядки (доз = 1,08);

оч - коэффициент очистки камеры сжатия при продувке (оч = 1).

Изменяется в пределах 0.7-0.9

2.4 Процесс сжатия

Давление в конце процесса сжатия определяется из уравнения политропы с постоянным показателем по формуле:

где - давление в конце процесса сжатия, МПа;

- показатель политропы сжатия (для карбюраторных двигателей = 1,34…1,39);

- степень сжатия;

- давление в конце процесса впуска, МПа.

Изменяется в пределах

Температура в конце процесса сжатия определяется из уравнения политропы с постоянным показателем по формуле:

где - температура в конце процесса сжатия, К;

- температура в конце впуска, К;

- показатель политропы сжатия;

- степень сжатия.

Изменяется в пределах

Средняя молярная теплоёмкость для свежего заряда в конце сжатия (без учёта влияния остаточных газов) определяется по формуле:

где - средняя молярная теплоёмкость, кДж/(кмоль·град);

- температура в конце процесса сжатия, К.

Коэффициент молекулярного изменения гор. см.:

,

где - коэффициент молекулярного изменения гор. см.;

М₁ - количество горючей смеси, кмоль гор. см./кг топл;

М₂ - общее количество продуктов сгорания, кмоль гор. см./кг топл.

и рабочей смеси:

где - коэффициент молекулярного изменения раб. см.;

- коэффициент остаточных газов;

- коэффициент молекулярного изменения горючей смеси.

2.5 Процесс сгорания

Сгорание топлива сопровождается резким повышением давления и температуры. Продолжительность процесса сгорания составляет 40…60 градусов поворота коленчатого вала.

Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания и теплота сгорания рабочей смеси:

; ,

где - потерянное количество теплоты, кДж/кг;

- теплота сгорания рабочей смеси, кДж/кмоль раб. см.;

- низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг;

- коэффициент остаточных газов;

- количество горючей смеси, кмоль гор. см./кг топл;

- коэффициент избытка воздуха;

- теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива, кмоль.

;

Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания:

где - средняя молярная теплоемкость продуктов сгорания, кДж/(кмоль*град);

- общее количество продуктов сгорания, кмоль гор. см./кг топл;

- количество отдельных компонентов продуктов неполного сгорания жидкого топлива кмоль i вещества/кг топл.;

- средняя молярная теплоемкость отдельных газов, кДж/(кмоль*град)

Температура в конце видимого процесса сгорания:

где - коэффициент использования теплоты ();

- теплота сгорания рабочей смеси, кДж/кмоль раб. см.;

- средняя молярная теплоёмкость, кДж/(кмоль·град);

- температура в конце процесса сжатия, С 0;

µ - коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси;

- температура в конце процесса сгорания, С 0;

- температура в конце процесса сгорания, K;

- средняя молярная теплоемкость отдельных газов, кДж/(кмоль*град)

.

Или

;

;

.

Изменяется в пределах

Максимальное давление сгорания теоритическое:

,

Где - максимальное давление сгорания теоритическое, МПа;

- давление в конце процесса сжатия, МПа;

- коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси;

- температура в конце процесса сгорания, K;

- температура в конце процесса сжатия, K.

.

3.5-7.5 МПа.

Максимальное давление сгорания действительное:

,

где - максимальное давление сгорания действительное, МПа;

- максимальное давление сгорания теоритическое, МПа.

Изменяется в пределах 3-6.5 МПа.

Степень повышения давления:

,

где - cтепень повышения давления;

- максимальное давление сгорания теоритическое, МПа;

- давление в конце процесса сжатия, МПа.

.

2.6 Процесс расширения

Расширяясь, газы производят работу. Их давление и температура понижаются по закону политропы. В процессе расширения тепловая энергия топлива преобразуется в механическую работу.

Давление и температура в конце процесса расширения:

;

где - давление в конце процесса расширения, МПа;

- температура в конце процесса расширения, K;

- максимальное давление сгорания теоритическое, МПа;

- температура в конце процесса сгорания, K;

- степень сжатия;

- показатель политропы расширения (для карбюраторных двигателей = 1.23…1.30).

;

Изменяется в пределах

Изменяется в пределах

2.7 Процесс выпуска

Выпуск отработавших газов занимает полный ход поршня при его движении от Н.М. Т. к В.М. Т.

Проверка ранее принятой температуры остаточных газов выполняется по выражениям:

где - температура остаточных газов на выпуске K;

- погрешность результатов измерения, %;

-давление в конце процесса расширения, МПа;

- температура в конце процесса расширения, K;

- давление остаточных газов, МПа;

- температура остаточных газов на впуске, K;

- температура остаточных газов на выпуске, K.

.

2.8 Индикаторные параметры рабочего цикла

Рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания характеризуется средним индикаторным давлением, индикаторной мощностью, индикаторным КПД и индикаторным удельным расходом топлива.

Теоретическое среднее индикаторное давление:

где - теоритическое среднее индикаторное давление, МПа;

- давление в конце процесса сжатия, МПа;

- степень сжатия;

- cтепень повышения давления

- показатель политропы сжатия;

- показатель политропы расширения.

Среднее индикаторное давление:

где - среднее индикаторное давление, МПа;

- теоритическое среднее индикаторное давление, МПа;

- коэффициент полноты диаграммы (для карбюраторных двигателей = 0.94…0.97).

Изменяется в пределах

Индикаторный КПД и индикаторный удельный расход топлива:

где - индикаторный КПД;

- индикаторный удельный расход топлива, г/(кВт*ч);

- среднее индикаторное давление, МПа;

- теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива, кг/кг;

- коэффициент избытка воздуха;

- низшая теплота сгорания, кДж/кг;

- плотность заряда на впуске, кг/м 3;

- коэффициент наполнения.

Изменяется в пределах

Изменяется в пределах

Индикаторная мощность - работа, совершаемая газами внутри цилиндра в единицу времени:

где - индикаторная мощность, кВт;

- среднее индикаторное давление, МПа;

- рабочий объем одного цилиндра, л;

- частота вращения коленчатого вала, мин-1;

- тактность двигателя.

2.9 Эффективные показатели двигателя

Параметры, характеризующие работу двигателя, отличаются от индикаторных наличием необходимых затрат полезной работы на преодоление различных механических сопротивлений (трение в кривошипно шатунном механизме, приведение в действие вспомогательных механизмов и нагнетателя и др.) на совершение процессов впуска и выпуска.

Средняя скорость поршня определяется по выражению:

где - cредняя скорость поршня, м/с;

- ход поршня, мм;

- номинальная частота вращения коленчатого вала, мин-1.

.

Среднее давление механических потерь для бензиновых восьмицилиндровых двигателей с отношением :

где - среднее давление механических потерь, МПа;

- cредняя скорость поршня, м/с.

Среднее эффективное давление определяется по формуле:

Где - среднее эффективное давление, МПа;

- среднее индикаторное давление, МПа;

- среднее давление механических потерь, МПа.

Изменяется в пределах

Механический КПД являющийся оценочным показателем механических потерь определяется по формуле:

,

где - механический КПД;

- среднее эффективное давление, МПа;

- среднее индикаторное давление, МПа.

Изменяется в пределах

Эффективный КПД и эффективный удельный расход топлива:

где - эффективный КПД;

- индикаторный КПД;

- механический КПД;

- эффективный удельный расход топлива, г/(кВт*ч);

- низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг.

Изменяется в пределах

Изменяется в пределах

Эффективная мощность двигателя:

где - эффективная мощность двигателя, кВт;

- среднее эффективное давление, МПа;

- рабочий объем цилиндра, л;

- номинальная частота вращения коленчатого вала, мин-1;

- тактность двигателя.

2.10 Основные параметры цилиндра и двигателя

Литраж:

),

где - литраж двигателя, л;

- тактность двигателя;

- эффективная мощность двигателя, кВт;

- среднее эффективное давление, МПа;

- номинальная частота вращения коленчатого вала, мин-1.

Рабочий объем одного цилиндра:

,

где - рабочий объем одного цилиндра, л;

- литраж двигателя, л;

- количество цилиндров.

Диаметр цилиндра:

где - диаметр цилиндра, мм;

- рабочий объем одного цилиндра, л;

- отношение хода поршня к диаметру цилиндра, мм.

Ход поршня:

где - ход поршня, мм;

- диаметр цилиндра, мм;

- отношение хода поршня к диаметру цилиндра, мм.

Литраж двигателя с учётом параметров двигателя (диаметра цилиндра и хода поршня) определяется следующим образом:

где - литраж двигателя, л;

- диаметр цилиндра, мм;

- ход поршня, мм;

- количество цилиндров.

Эффективная мощность двигателя:

где - эффективная мощность двигателя, кВт;

- среднее эффективное давление, МПа;

- литраж двигателя, л;

- номинальная частота вращения коленчатого вала, мин-1;

- тактность двигателя.

Эффективный крутящий момент:

где - эффективный крутящий момент, Н*м;

- эффективная мощность двигателя, кВт;

- номинальная частота вращения коленчатого вала, мин-1.

Часовой расход топлива:

где - часовой расход топлива, кг/ч;

- эффективная мощность двигателя, кВт;

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

Средняя скорость поршня

где - cредняя скорость поршня, м/с;

- ход поршня, мм;

- номинальная частота вращения коленчатого вала, мин-1.

.

Погрешность составляет -0.997%

2.11 Построение индикаторной диаграммы

двигатель топливо бензиновый карбюраторный

Индикаторная диаграмма заданного двигателя строится с использованием данных расчёта рабочего процесса, аналитическим методом.

Масштабы диаграммы: масштаб хода поршня масштаб давлений .

Величины в приведенном масштабе, соответствующие рабочему объему цилиндра и объему камеры сгорания:

где - отрезок соответствующий рабочему объему цилиндра, мм;

- отрезок соответствующий рабочему объему камеры сгорания, мм;

- ход поршня, мм;

- масштаб хода поршня, мм в мм;

- степень сжатия.

Ординаты характерных точек:

где - давление в конце процесса сгорания, МПа;

- давление в конце процесса впуска, МПа;

- давление в конце процесса сжатия, МПа;

- давление в конце процесса расширения, МПа;

- давление остаточных газов, МПа;

- давление окружающей среды, МПа;

- масштаб давления, МПа в мм.

Построение политропы сжатия и расширения аналитическим методом:

А) политропа сжатия:

где - давление в точке процесса сжатия, МПа;

- давление в конце процесса впуска, МПа;

- объем в точке процесса сжатия, л;

- объем в конце процесса впуска, л;

- масштаб давления, МПа в мм;

- показатель политропы сжатия.

Отношение изменяется в пределах 1... Отсюда:

где =

Б) политропа расширения:

где - давление в точке процесса расширения, МПа;

- давление в конце процесса расширения, МПа;

- объем в точке процесса сжатия, л;

- объем в конце процесса впуска, л;

- масштаб давления, МПа в мм;

- показатель политропы расширения.

Отношение изменяется в пределах 1... Отсюда:

Результаты расчета точек политроп приведены в табл. 3. Расчетные точки политроп показаны на рис. 1. только для наглядности. При выполнении практических расчетов на диаграмме их не показывают.

Таблица 2. Значения расчетных величин

№ точек	ОХ, мм		Политропа сжатия	Политропа расширения
				рх, МПа	мм		рх, МПа	мм
1	10.2	9.3	21.46	1.8	37.56	16.31	7.17	143.5
2	11.93	8	17.44	1.52	30.53	13.51	5.94	118.8
3	13.6	7	14.52	1.27	25.4	11.43	5.02	100.5
4	15.9	6	11.74	1	20.55	9.42	4.14	82.93
5	19	5	9.14	0.8	16	7.5	3.3	66
6	23.8	4	6.72	0.58	11.77	5.67	2.49	49.9
7	31.8	3	4.52	0.32	7.9	3.95	1.74	34.8
8	47.72	2	2.59	0.22	4.53	2.38	1.04	20.9
9	95.44	1	1	0.08	1.75	1	0.44	8.8

Теоритическое среднее индикаторное давление:

Где - теоритическое среднее индикаторное давление, МПа;

- площадь диаграммы aczba, ммІ;

- масштаб давления, МПа в мм;

- отрезок соответствующий рабочему объему цилиндра, мм.

Заключение

В ходе создания курсовой работы, я изучила работу автомобильного двигателя, рассчитала физические процессы, протекающие в каждом такте двигателя. Рассчитала и оценила индикаторные и эффективные показатели работы двигателя ЗМЗ-4063. Построила индикаторную диаграмму.

Список литературы

1. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей, 2008. - 496 с.

2. Котиков Ю.Г., Ложкин В.Н. Транспортная энергетика, 2006 г. - 243c.

3. Набоких В.А. Автотракторное электрическое и электронное оборудование, 2008 г. - 186 с.

Размещено на Allbest.ru