Всё для Учёбы — студенческий файлообменник
1 монета
docx

Студенческий документ № 040064 из МАДИ

Исходные величины:

Исходные данные Тип двигателя ДсИЗ Тип топливной системы Распределённое впрыскивание во впускной трубопровод Тип системы охлаждения жидкостная Число и расположение цилиндров 6P Номинальная мощность, Ne, кВт 110 Номинальная частота вращения, n, мин-1 5200 Степень сжатия 10 Коэффициент избытка воздуха, ? 0,95 Число клапанов на цилиндр 2 gc 0,855 Массовая доля углерода в топливе gh 0,145 Массовая доля водорода k 0,5 Po, МПа 0,1 давление окр.воздуха То, К 298 температура окр. Воздуха R, Дж/кг*К 287 универсальная газовая постоянная ?^2+? 2,5 V, м/с 90 скорость заряда на впуске ?Т, К 9 подогрев РТ на такте впуска Tr, K 1020 температура РТ в конце такта выпуска Pr, МПа 0,115 давление в конце такта выпуска ? 1 Отношение теплоёмкости остаточных газов к теплоёмкости свежего заряда ?1 1,03 Коэффициент дозарядки n1 1,36 Коэффициент политропы сжатия Тип камеры сгорания Шатровая

ДсИЗ с распределённым впрыскиванием топлива во впускной трубопровод степень сжатия ?=8...10. Большие значения ? характерны для ДсИЗ с малыми геометрическими размерами цилиндров и большей частотой вращения коленчатого вала.

?=0,85...0,95 большие значения коэффициента избытка воздуха относятся к двигателям с лучшими условиями смесеобразования.

Расчет характеристик рабочего тела

1.Исходные данные для расчета характеристик рабочего тела.

Вид топлива Элементный

состав Молярная

масса ?,

кг/кмоль Для ? T_z=2730 К

Для ДсИЗ T_z=2500...2850 К

?=p_z/p_с =? T_z/T_c =1,0736*2730/775,881=3,778

Для ДсИЗ ?=3,2...4,2

p_z=?p_c=3,778*2,08=7,859 МПа

Для ДсИЗ p_z=4,5...8,0 МПа

Большие значения p_z, ? и T_z относятся к двигателям с распределённым впрыскиванием бензина и с большими степенями сжатия.

Расчет процесса расширения:

1.Выбор политропы расширения n_2. Принимаем политропу расширения n_2=1,22

Для двигателей с большей частотой вращения характерны меньшие значения n_2.

С увеличением частоты вращения коленчатого вала возрастание скорости сгорания рабочего тела не компенсирует сокращения времени, отводимого на его сгорание. В результате увеличивается длительность догорания на линии расширения, что усиливает подвод теплоты к рабочему телу и уменьшает n_2.

2. Определение параметров рабочего тела в конце цикла расширения.

Давление в конце процесса расширения

p_b=p_z/?^(n_2 ) =7,859/?10?^1,22 =0,474 Мпа

Для ДсИЗ p_b=0,35...0,5 МПа

Температура в конце процесса расширения

T_b=T_z/?^(n_2-1) =2730/?10?^0,22 =1644,988 K

Для ДсИЗ T_b=1200...1700 К

3. Проверка правильности выбора параметров остаточных газов.

T_r^*=T_b/?(p_b/p_r )=1644,988/?(0,474/0,115)=1026,314 К

Отклонение (1026,314-1020)/1020*100%=0,62%, что допустимо

Допустимое отклонение значения T_r^* от заданного значения Tr составляет 3...4%.

Определение индикаторных показателей двигателя

1.Выбор исходных параметров.

?_(п.д)-коэффициент полноты индикаторной диаграммы

Для ДсИЗ принимаем ?_(п.д)=0,97 ?_(п.д)=0,94...0,97

Коэффициент ?_(п.д) , зависящий от скоростного режима двигателя, уменьшается с увеличением частоты вращения коленчатого вала.

У ДсИЗ большие значения ?_(п.д) соответствуют лучшей организации рабочего процесса.

2. Определение расчетного и действительного средних индикаторных давлений.

p_(i нс)=p_c/(?-1) [?/(n_2-1) (1-1/?^(n_2-1) )-1/(n_1-1) (1-1/?^(n_1-1) )]=1,216 МПа

Действительное среднее индикаторное давление

p_i=p_(i нс)*?_(п.д)

p_i=1,216*0,97=1,179 МПа

Для ДсИЗ p_i=1,1...1,5 МПа

Среди ДсИЗ большие значения p_i имеют быстроходные двигатели легковых автомобилей с высокими степенями сжатия и двигатели с распределённым впрыскиванием бензина.

3.Определение индикаторного КПД и удельного индикаторного расхода топлива.

???_i=(p_i*?*l_0)/(H_u*?_0*? ??_v )=(1,179*0,97*14,957)/(44*1,169*0,848)=0,384

Для ДсИЗ ???_i=0,35...0,48

g_i=3600/(H_u*???_i )=3600/(44*0,384)=213,12 г/(кВт*ч)

Для ДсИЗ g_i=223...182 г/(кВт*ч)

В ДсИЗ большие значения ???_i и меньшие значения g_i соответствуют высоким степеням сжатия.

Определение механических (внутренних) потерь и эффективных показателей двигателя.

1.Выбор исходных параметров.

a= - 0,07 МПа b=0,025 Мпа*с/м

c_п=12 м/с - средняя скорость поршня c_п=10,0...16,0 м/с

Большие значения c_п соответствуют более быстроходным и более длинноходным двигателям.

2.Определение среднего давления механических потерь

p_мп=a+bc_п=-0,07+0,025*12=0,23 МПа

3. Определение среднего эффективного давления и механического КПД

p_e=p_i-p_мп=1,179-0,23=0,949 МПа

Для ДсИЗ p_e=1,00...1,30 МПа

Меньшие значения p_e соответствуют двигателям с меньшей степенью сжатия.

???_м=p_e/p_i =0,949/1,179=0,805

Для ДсИЗ ???_м=0,8...0,9

Меньшие значения ???_м характерны для двигателей с большей частотой вращения коленчатого вала.

4. Определение эффективного КПД и удельного эффективного расхода топлива.

???_е=???_i ???_м=0,384*0,805=0,309

Для ДсИЗ ???_е=0,26...0,35

Удельный эффективный расход топлива

g_е=g_i/???_м =(213,12 )/0,805=264,762 г/(кВт*ч)

Для ДсИЗ g_е=235...315 г/(кВт*ч)

Часовой расход топлива

G_т=g_е*N_e*?10?^(-3)=264,762*110*?10?^(-3)=29,124 кг/ч

Определение размеров рабочего объема двигателя

Определение размеров цилиндра

1.Выбор исходных параметров.

Коэффициент короткоходности двигателя K=S/D K=0,8...1,05 K=0,8

2. Определение рабочего объема двигателя

iV_h=(30?N_(e ном))/(p_e n_ном )=(30*4*110)/(0,949*5200)=2,674 л

Рабочий объем одного цилиндра

V_h=(iV_h)/i=2,674/6=0,446 л

3. Определение размеров цилиндра.

Диаметр цилиндра D=100?((4V_h)/?K)=100?((4*0,446)/(3,14*0,8))=89,19 мм

Полученный диаметр округляется до ближайшего целого значения D=90 мм

Ход поршня S=KD=0,8*90=72 мм

Полученный ход поршня округляется до ближайшего целого четного значения S=72 мм.

4.Определение средней скорости поршня.

c_п=Sn/30=(72?*10?^(-3)*5200)/30=12,48 м/с

Расхождение (12,48-12)/12*100%=4 % , что допустимо (не более 10%).

5.Уточнение рабочего объёма двигателя и его номинальной мощности.

iV_h=i (?D^2)/4 S=6 (?*?90?^2)/4 72*?10?^(-6)=2,748 л.

N_(e ном)=(p_e ?iV_h n?_ном)/30?=(0,949*2,748*5200)/(30*4)=113,02 кВт

6.Определение эффективного крутящего момента и литровой мощности двигателя.

M_k=(9550N_(e ном))/n_ном =(9550*113,02)/5200=207,562 Нм

N_л=N_(e ном)/(iV_h )=(113,02 )/(2,748 )=41,128 кВт/л

Сводная таблица параметров проектируемого двигателя

Параметры Neном nном iVh ? S D S/D Nл Pе ge Размерность

параметров кВт мин-1 л - мм мм - кВт/л МПа г/(кВт*ч) Значения параметров проектируемого двигателя 60 5200 2,748 10 72 90 0,8 41,128 0,949 264,762 Построение индикаторной диаграммы.

1)Выбор масштабов.

Масштабы давления m_p, МПа/мм, и хода поршня m_s, мм/мм, выбираем таким образом, чтобы высота диаграммы была приблизительно в 1,5 раза больше ее основания. Для pz=7,859 МПа выбираем рекомендуемый масштаб для pz=5...8МПа.

m_p=0,040 ,МПа/мм. Масштаб для хода поршня S=72мм выбираем m_s=0,5 мм/мм, таким образом получаем необходимое соотношение основания и высоты диаграммы.

2)Характерные линии.

После нанесения координатных осей проводим линию абсолютного давления окружающей среды на расстоянии ОК от оси абсцисс

OK=P_K/m_P =0,1/0,04=2,5 мм.

Параллельно оси давления на расстояния ОА от начала координат проведем линию, определяющую положение поршня в ВМТ.

ОА=(S_c ) ?=S_c/m_s , где S_c=S/(?-1)=72/(10-1)=8 мм - отрезок, который косвенно характеризует объем камеры сгорания.

ОА=8/0,5=16 мм.

От точки А откладываем отрезок АВ, эквивалентный ходу поршня S:

(AB) ?=S/m_s =72/0,5=144 мм

Через точку В, определяющую положение поршня в НМТ, проводим параллельно оси давления вертикальную линию.

3)Характерные точки индикаторной диаграммы.

По линии ВМТ откладываем точки z,c,r соответствующие давлениям P_z,P_c,P_r на следующих расстояниях:

Az=P_z/m_P =7,859/0,04=196,48 мм.

Ac=P_c/m_P =2,08/0,04=52 мм.

Ar=P_r/m_P =0,115/0,04=2,875 мм

По линии НМТ отложим точки а и b, соответствующие давлениям P_a,P_b, на следующих расстояниях, мм.

Ba=P_a/m_P =0,088/0,04=2,2 мм; Bb=P_b/m_P =0,474/0,04=11,85 мм.

При наличии дозарядки от НМТ на диаграмме откладываем точку a_1, соответствующая давлению P_(a_1 )=?_1 P_a=1,03*0,09=0,0906 МПа,

от которой начинается построение политропы сжатия.

4)Построение политроп сжатия и расширения

При построении теоретической индикаторной диаграммы рабочего цикла ординаты промежуточных точек при перемещении поршня от ВМТ на расстояние x для процессов сжатия и расширения в двигателях с искровым зажиганием определяется по следующим формулам, МПа:

Для процесса сжатия: P_(x.c)=?_1 P_a ?(S_a/(S_c+x))?^(n_1 )

(наличие дозарядки учитывается введением в данную формулу коэффициента дозарядки ?_1)

Для процесса расширения: P_(x.р)=P_b ?(S_a/(S_c+x))?^(n_2 )

Где S_a=S_c+S - ход поршня эквивалентный полному объему цилиндра; х- ход поршня, эквивалентный текущему значению объема надпоршневого пространства, отсчитываемый от ВМТ.

С учетом масштабов эти формулы будут иметь следующий вид, мм

(P_(x.c) ) ?=?_1 Ba?(OB/Ox)?^(n_1 ); (P_(x.р) ) ?=Bb?(OB/Ox)?^(n_2 )

Расчет производится по девяти точка для процессов сжатия и расширения. Отрезок АВ для двигателей с искровым зажиганием разбивается примерно на 10 равных частей.

Результаты расчета политроп сжатия и расширения представлены в виде таблицы.

Номер точки X, мм

(ход поршня) х ?,мм

(диаграмма) S_a/(S_c+x) Для процесса сжатия Для процесса расширения ?(S_a/(S_c+x))?^(n_1 ) P_x, МПа (P_x ) ?,мм ?(S_a/(S_c+x))?^(n_2 ) P_x, МПа (P_x ) ?,мм 1 0 0 10 22,9 2,08 52 16,596 7,859 196,5 2 8 16 5 8,925 0,809 20,2 7,124 3,377 84,4 3 16 32 3,33 5,142 0,466 11,7 4,344 2,059 51,5 4 24 48 2,5 3,477 0,315 7,9 3,058 1,449 36,2 5 32 64 2 2,567 0,233 5,8 2,329 1,104 27,6 6 40 80 1,67 2,003 0,182 4,5 1,865 0,884 22,1 7 48 96 1,43 1,624 0,147 3,7 1,545 0,732 18,3 8 56 112 1,25 1,355 0,123 3,1 1,313 0,622 15,6 9 64 128 1,11 1,154 0,105 2,6 1,137 0,539 13,5 10 72 144 1 1 0,088 2,2 1 0,474 11,9

5) Сглаживание индикаторной диаграммы вблизи ВМТ в конце процесса сжатия и в начале процесса расширения

Решение этой задачи заключается в определении ординаты точки с', соответствующей действительному значению давления в цилиндре в момент достижения ВМТ, а также положения точек e и zд относительно ВМТ.

С учетом повышения давления вследствие начала процесса сгорания топлива до ВМТ давление в конце процесса сжатия pc' (в точке c') составляет:

Для ДсИЗ pc'=(1,15....1,25)pc=1,2*2,08=2,496 МПа. С учетом ранее выбранного масштаба откладываем по линии ВМТ Ac'=P_c'/m_P =2,496/0,04=62,4 мм.

Точка е соответствует началу основной фазы сгорания топлива, что выражается в превышении давления в этой точке по сравнению с давлением при сжатии без воспламенения (зажигания).

Точка zд определяет момент достижения действительного максимального давления pz.д после прохождения поршнем положения ВМТ.

Точка f соответствует моменту искрового разряда в двигателях с искровым зажиганием.

Положение точек f,e, zд на индикаторной диаграмме определяются графически по методу Брикса. Для этого из центра O1 расположенного на середине отрезка АВ, проведем полуокружность радиусом AB/2. Затем от точки О1 в сторону НМТ отложим отрезок ?=r?/(2m_s )- поправка Брикса.

r=S/2 - радиус кривошипа; ?- отношение радиуса кривошипа к длине шатуна; и получим центр окружности O2.

Для ДсИЗ ?=0,24.....0,28;

Значение ?=r/l=S/2l выбирается по прототипу рассчитываемого двигателя. l -длина шатуна.

С учетом масштаба m_s получим ? ?=O_1 O_2=((AB)?)/4=(144*0,25)/4?9 мм.

Из нового центра O_2проведем лучи под углами ?_f и ?_e (?_e??_(z.д)) до их пересечения с полуокружностью. Из этих точек пересечения опустим прямые, параллельные оси ординат, до пересечения с соответствующими линиями теоретической или с горизонталью pz= pz.д (для точки zд ), после чего точки е, с' и zд соединим плавными линиями.

Положение точки f определяется углом опережения зажигания (УОЗ). Значение УОЗ (?_f=?_(о.з))в двигателях с искровым зажиганием на номинальном режиме работы находится в пределах 20...40?.Выбранное значение ?_(о.з)=30? , обусловлено высокой частотой вращения двигателя и богатой смесью.

Максимум давления достигается примерно при ?_(z.д)=20? после ВМТ. При этом pz.д =0,85pz=6,68 МПа.

6) Сглаживание индикаторной диаграммы вблизи НМТ в конце процесса расширения и в начале процесса сжатия. Выбор фаз газораспределения.

Характер индикаторной диаграммы соответствующей реальному рабочему циклу, на указанных участках зависит от фаз газораспределения, которые изображаются в виде круговых диаграмм.

На круговых диаграммах введены следующие обозначения:

?_a'- угол начала открытия впускного клапана до ВМТ;

?_a"- угол запаздывания закрытия впускного клапана после НМТ;

?_b'- угол опережения открытия выпускного клапана до НМТ;

?_b" - угол запаздывания закрытия выпускного клапана после ВМТ.

Сумма углов ?_a'+ ?_b" называется перекрытием клапанов.

Выбор фаз газораспределения осуществляется по имеющимся данным для двигателей

прототипов проектируемого ДВС, т.е. для двигателей с таким же числом цилиндров, а

также примерно с такой же средней скоростью поршня.

В качестве прототипа выбран двигатель BMW M50: шестицилиндровый с рядным расположением.

?_a'= 18?ПКВ;

?_a"=65 ?ПКВ;

?_b'=55?ПКВ;

?_b"=25?ПКВ.

Перекрытие клапанов составляет 43?.

Положения точек a^', a",b',b", определяющих моменты открытия и закрытия соответственно впускных и выпускных клапанов, также находим по методу Брикса.

Для этого из центра О2 под углами ?_a', ?_b" относительно горизонтали проводим лучи в полуплоскости, обращенной к ВМТ, а под углами ?_a", ?_b'проводим лучи в полуплоскости, обращенной к НМТ.

Из точек пересечения этих лучей с полуокружностью, проведенной ранее, опустим вертикали до пересечения с соответствующими линиями на индикаторной диаграмме.

При этом точка a^'- будет расположения на линии выпуска, точка a"- на линии сжатия, точка b'- на линии расширения, а точка b"-на линии впуска. В точке b' начинается отрыв линии реального процесса расширения от политропы zb.

Положение точки, соответствующей давлению отработавших газов в НМТ, определяется посредством деления вертикального отрезка ab пополам. От этой средней точки проводим вогнутую кривую, переходящую в линию, близкую к горизонтали, соответствующей рr. Из точки r на линии ВМТ также проводим плавную вогнутую линию переходящую в линию, близкую к горизонтали, соответствующей p_a.

Московский Автомобильно-Дорожный Государственный Технический Университет

(МАДИ)

Кафедра: "Теплотехники и автотракторных двигателей".

"Тепловой и динамический расчет двигателя"

для курсового проекта по курсу "Автомобильные двигатели".

Вариант №11

Студент: Климович Н. К.

Группа: 3А2.

Преподаватель: Шишлов И. Г.

Москва 2017

1

Показать полностью…
194 Кб, 19 июня 2017 в 0:29 - Россия, Москва, МАДИ, 2017 г., docx
Рекомендуемые документы в приложении