Расчет рабочих процессов безнаддувного четырехтактного двигателя с впрыском топлива

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Производство и технологии


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Курсовая работа

Расчет рабочих процессов безнаддувного четырехтактного двигателя с впрыском топлива

Исходные данные

Nmax= 80 кВт;

i= 4; е=9; ф= 4

Тепловой расчет:

Выберем 4 основных режима:

1. минимальная частота вращения: nmin=600−1000 мин -1

2. максимальный крутящий момент: nmax=0,6 nN

3. максимальная мощность: nN

4. максимальная скорость авто: nmax=1,05… 1,2 nN

Рассчитываем для точек: n = 900; 3200; 5500; 6000 мин -1

Бензин: АИ-98

Состав: С= 0,855; H=0,145

Масса кмоля бензина: mT=115 кг/кмоль

Необходимая теплота сгорания топлива:

Параметры рабочего тела

Количество воздуха необходимого для сгорания 1 кг топлива:

В кмоль:

0,208 — объемное содержание кислорода в1кмоль воздуха

В килограммах:

Примем коэффициент избытка воздуха 1. И рассчитаем количество горючей смеси

Где:

Количество отдельных компонентов продуктов сгорания при К=0,5 и принятых скоростных режимах.

Общее количество продуктов сгорания:

Аналогично для остальных режимов, результаты вносим в таблицу:

Таблица 1

Параметры

Двигатель с впрыском

n об. /мин

900

3200

5500

6000

Рабочее тело

б

0,96

1

1

0,98

M1

0,5041

0,5247

0,5247

0,5144

MCO2

0,0655

0,0713

0,0713

0,0684

MCO

0,0057

0,0000

0,0000

0,0029

MH2O

0,0668

0,0725

0,0725

0,0696

MH2

0,0029

0,0000

0,0000

0,0014

MN2

0,3923

0,4087

0,4087

0,4005

M2

0,5332

0,5524

0,5524

0,5428

Параметры окружающей среды и остаточные газы

Температуру остаточных газов определим по графику / Рис. 1

Давление остаточных газов на номинальном скоростном режиме

Для

Тогда на остальных режимах давление рассчитывается по формуле:

Результаты внесем в таблицу 2

Процесс Впуска

Температура подогрева свежего заряда, для получения хорошего наполнения двигателя при

Для n =900 мин -1 и остальных режимов? расчитаем по формуле:

14,3

Аналогично для остальных режимов, результаты вносим в таблицу 2

Плотность заряда на впуске:

Потери давления на впуске при

-ср скор движения заряда

-коэф. сопротивл. впускной сист.

при

Аналогично для остальных режимов, результаты вносим в таблицу 2

Коэффициент остаточных газов

По рис 1 определим коэффициент дозарядки.

При: коэффициент дозарядки

Примем коэффициент очистки тогда:

Аналогично для остальных режимов, результаты вносим в таблицу 2

Температура в конце впуска:

Аналогично для остальных режимов, результаты вносим в таблицу 2

Коэффициент накопления:

Аналогично для остальных режимов, результаты вносим в таблицу

Таблица 2

Параметры

Двигатель с впрыском

n об. /мин

900

3200

5500

6000

Процесс впуска

Tr

900

1000

1040

1045

Pr

0,1037

0,1057

0,1100

0,1112

?T

14,3

10,2

6,0

5,1

?Pb

0,36

0,454

0,1 341

0,1 596

Pa

0,0996

0,0955

0,0866

0,0840

0,95

1,027

1,1

1,123

?r

0,0473

0,0413

0,0423

0,0430

Ta

334

331

329

329

зv

0,892

0,938

0,915

0,907

Процесс сжатия: Средний показатель адиабаты сжатия определяется по номограмме по и, а средний показатель политропны сжатия принимается меньше. При выборе учитывается, что с уменьшением частоты вращения теплоотдача в стенки цилиндров увеличивается, а уменьшается по сравнению с более значительно.

Номограмма для определения адиабаты сжатия.

при, и и

Рассчитаем для

Давление в конце сжатия:

.

Температура в конце сжатия:

Средняя мольная теплоёмкость в конце сжатия:

а) свежей смеси (воздуха).

, где.

б) остаточных газов —

— определяется интерполяцией по заданной таблице при.

где и — значения теплоёмкостей продуктов сгорания при.

в) рабочей смеси

Аналогично для остальных режимов, результаты вносим в таблицу

Таблица 3

Параметры

Двигатель с впрыском

n об. /мин

900

3200

5500

6000

Процесс сжатия

Процесс сжатия

Процесс сжатия

Процесс сжатия

Процесс сжатия

k1

1,373

1,3752

1,3763

1,3766

n1

1,36

1,372

1,375

1,375

1,9779

1,9456

1,7765

1,7242

Тс

737

749

750

750

tc

464

476

477

477

21,824

21,856

21,859

21,857

24,220

24,211

24,198

24,211

21,932

21,949

21,954

21,954

Процесс сгорания

Коэффициент молекулярного изменения горючей и рабочей смеси

При

Количество теплоты потерянного вследствие химической неполноты сгорания рабочеё смеси.

При

Средняя мольная теплоёмкость продуктов сгорания.

(эмпирическая формула для интервала температур от 1501 до 2800 °С)

Аналогично для остальных режимов, результаты вносим в таблицу

Таблица 3

Параметры

Двигатель с впрыском

n об. /мин

900

3200

5500

6000

Процесс сгорания

µ0

1,0578

1,0528

1,0528

1,0553

µ

1,0552

1,0507

1,0507

1,0530

?Hu

2475,77

0,00

0,00

1237,88

Hраб см

78 526,2

80 407,3

80 325,5

79 577,6

24,646+0,2064t

24,785+0,1349t

24,785+0,2092t

24,717+0,2078t

жџ

0,82

0,92

0,91

0,89

tz°C

2105

2368

2344

2284

TzK

2378

2641

2617

2557

Pz

6,737

7,208

6,512

6,192

Pzд

5,726

6,127

5,535

5,263

л

3,406

3,705

3,666

3,591

Коэффициент использования теплоты

Температура в конце сгорания:

При

Получаем квадратное уравнение:

Решая это уравнение получим.

Максимальное теоретическое давление сгорания:

Максимальное действительное давление:

Степень повышения давления:

Аналогично для остальных режимов, результаты вносим в таблицу 3

Процессы расширения и выпуска

Средний показатель адиабаты расширения определяется по номограмме по для соответствующих значений, а средний показатель политропны расширения определяется по.

При, ,, .

Номограмма определения показателя адиабаты расширения

Давление и температура в конце процесса расширения.

Для

Аналогично для остальных режимов, результаты вносим в таблицу

Таблица 4

Параметры

Двигатель с впрыском

n об. /мин

900

3200

5500

6000

Процесс расширения и выпуска

выпуска

k2

1,2605

1,2515

1,2518

1,2522

n2

1,26

1,251

1,251

1,252

Pb

0,423

0,461

0,417

0,395

Tb

1343

1521

1508

1470

Индикаторные параметры рабочего тела

Среднее теоретическое индикаторное давление.

При

Среднее действительное индикаторное давление.

Индикаторный КПД и индикаторный удельный расход топлива.

При

Аналогично для остальных режимов, результаты вносим в таблицу

Таблица 5

Параметры

Двигатель с впрыском

n об. /мин

900

3200

5500

6000

Индикаторы и эффективные показатели

P`i

1,2022

1,3187

1,1909

1,1288

Pi

1,1782

1,2923

1,1671

1,1062

зi

0,3625

0,3937

0,3644

0,3417

gi

226,04

208,16

224,87

239,86

Vп ср

2,304

8,192

14,08

15,36

Pм

0,0600

0,1266

0,1931

0,2076

Pе

1,1182

1,1658

0,9740

0,8987

зм

0,9490

0,9021

0,8345

0,8124

зe

0,3441

0,3551

0,3041

0,2775

ge

238,17

230,76

269,45

295,26

Эффективные показатели двигателя

Среднее давление механических потерь для бензиновых двигателей с числом цилиндров меньше шести и отношением S/D?1:

Приняв S=77 мм получим:

Тогда для

•= •0,1931МПа

Среднее эффективное давление и механический КПД:

Эффективный КПД эффективный удельный расход топлива:

При

Аналогично для остальных режимов, результаты вносим в таблицу 5

Основные параметры цилиндра и двигателя

Рабочий объем (литраж) двигателя:

Рабочий объем одного цилиндра:

S=77 мм:

Окончательно принимаем: S=77 мм; D=86 мм

Площадь поршня:

Рабочий объем:

Мощность двигателя: (для)

Литровая мощность двигателя:

Крутящий момент:

Максимальный крутящий момент определяется после построения характеристики

,

однако из расчетов (табл 5) видно, что достигается при

цилиндр двигатель расширение индикаторный

Параметры

Двигатель с впрыском

n об. /мин

900

3200

5500

6000

Основные параметры двигателя

15,03

55,71

80,00

80,53

8,4

31,1

44,6

44,9

159,5

166,3

139,0

128,2

Построение индикаторной диаграммы

Индикаторную диаграмму строят для режима номинального режима работы двигателя:

Т.е.

Для построения выбираем удобные масштабы:

;

Максимальная высота диаграммы (точка z):

Аналогично ординаты других точек:

Точки политроп. сжатия и расширения приведены в таблице 6

Таблица 6

№ точек

(мм)

Политропа сжатия

Политропа расширения

)

1

9,6

9,00

20,52

1,78 (т. C)

35,53

15,62

6,51 (т. Z)

130,2

2

19,3

4,50

7,91

0,68

13,70

6,56

2,74

54,7

3

28,9

3,00

4,53

0,39

7,84

3,95

1,65

33,0

4

38,5

2,25

3,05

0,26

5,28

2,76

1,15

23,0

5

48,1

1,80

2,24

0,19

3,89

2,09

0,87

17,4

6

57,8

1,50

1,75

0,15

3,02

1,66

0,69

13,8

7

67,4

1,29

1,41

0,12

2,45

1,37

0,57

11,4

8

77,0

1,13

1,18

0,10

2,04

1,16

0,48

9,7

9

86,6

1,00

1,00

0,09 (т. A)

1,73

1,00

0,42 (т. B)

8,3

Построение внешней скоростной характеристики

Для каждого выбранного числа оборотов определяем следующие параметры.

1. Эффективная мощность.

2. Удельный эффективный расход топлива.

3. Эффективный крутящий момент.

4. Часовой расход топлива.

Сводим расчёты в таблицу.

900

1800

2700

3600

4500

5400

6300

эффективная мощность

14,88

31,95

49,09

64,20

75,19

79,95

76,37

эф. расход топлива

277,65

246,38

229,55

227,14

239,17

265,62

306,51

эф. крутящий момент

157,99

169,57

173,70

170,39

159,64

141,45

115,82

часовой расход топлива

4,13

7,87

11,27

14,58

17,98

21,24

23,41

Динамический расчёт

Принимаем: удельная масса поршня из алюминиевого сплава, шатун, неуравновешенная часть одного колена вала: стальной кованный вал.

С учётом принятых данных определяем:

масса поршня:

масса шатуна:;

масса кривошипа:;

Масса шатуна разносится на две составляющие:

Окончательно массы, совершающие возвратно-поступательное движение,

где

Развёртка индикаторной диаграммы

Используем графический метод Брикса. Базой для построения служит индикаторная диаграмма построенная ранее. На ходе поршня, как на диаметре, строится полуокружность с центром.

Определяем поправку Брикса.

где

Принимаем:

В таблицу динамического расчета заносятся величины избыточного давления

где

Поскольку на участках всасывания и выпуска замерить давление чрезвычайно трудно, целесообразно заносить в таблицу:

Для углов

Для углов

Для повышения точности расчёта в нарушении принятого шага 30° в таблицу добавляется строка 370°, давление для которой:

Для бензинового двигателя здесь и далее в качестве принимается

Определение сил и моментов действующих в КШМ

Сила давления газов:

Сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс

Здесь — радиус кривошипа, — угловая скорость вращения коленчатого вала:

Суммарная сила, действующая на поршень,

Разложение суммарной силы на составляющие в КШМ показано рисунке ниже. С учётом данной схемы получаем:

Нормальная сила:

Радиальная сила

Тангенциальная сила

Крутящий момент одного цилиндра

Все расчёты сводим в таблицу.

ц пкв°

?Pг, Мпа

Pг, кН

cosц+лcos2ц

Pj, кН

PУ, кН

tgв

N, кН

cos (ц+в) cosв

K, кН

sin (ц+в) cosв

T, кН

Mкр.ц. Нм

0

0,0134

0,0536

1,28

-9

-9

0

0,00

1

-8,93

0

0,00

0

10

0,0134

0,0536

1,2479

5

5

0,049

0,25

0,976

5,02

0,221

1,14

43 731,54

30

0,0134

0,0536

1,006

1

1

0,141

0,12

0,795

0,67

0,622

0,52

20 175,49

60

0,0134

0,0536

0,36

5

5

0,248

1,27

0,285

1,46

0,99

5,09

195 803,49

90

0,0134

0,0536

-0,28

4

4

0,289

1,26

-0,289

-1,26

1

4,37

168 387,58

120

0,0134

0,0536

-0,64

-6

-6

0,248

-1,56

-0,715

4,50

0,742

-4,67

-179 966,28

150

0,0134

0,0536

-0,726

-5

-5

0,141

-0,68

-0,937

4,51

0,378

-1,82

-69 996,82

180

0,0134

0,0536

-0,72

5

5

0

0,00

1

4,81

0

0,00

0,00

210

0,0766

0,3064

-0,726

5

5

-0,141

-0,76

-0,937

-5,06

-0,378

-2,04

-78 638,56

240

0,0666

0,2664

-0,64

-1

0

-0,248

0,12

-0,715

0,34

-0,742

0,35

13 481,48

270

0,09

0,36

-0,28

-9

-8

-0,289

2,42

-0,289

2,42

-1

8,39

323 040,72

300

0,25

1

0,36

2

3

-0,248

-0,77

0,285

0,89

-0,99

-3,09

-118 841,13

330

1,25

5

1,006

5

10

-0,141

-1,42

0,795

8,00

-0,622

-6,26

-240 895,11

350

1,9

7,6

1,2479

4

11

-0,049

-0,55

0,976

10,97

-0,221

-2,48

-95 627,13

360

2,25

9

1,28

4

13

0

0,00

1

12,64

0

0,00

0,00

370

7,115

28,46

1,2479

-6

23

0,049

1,12

0,976

22,28

0,221

5,04

194 213,02

390

4,1

16,4

1,006

-8

9

0,141

1,24

0,795

7,01

0,622

5,48

211 078,61

420

1,65

6,6

0,36

-3

3

0,248

0,84

0,285

0,96

0,99

3,34

128 619,48

450

0,87

3,48

-0,28

5

8

0,289

2,45

-0,289

-2,45

1

8,47

326 229,24

480

0,52

2,08

-0,64

5

7

0,248

1,77

-0,715

-5,10

0,742

5,29

203 799,49

510

0,45

1,8

-0,726

-2

-1

0,141

-0,08

-0,937

0,55

0,378

-0,22

-8528,37

540

0,01

0,04

-0,72

-8

-8

0

0,00

1

-8,04

0

0,00

0,00

570

0,01

0,04

-0,726

3

3

-0,141

-0,46

-0,937

-3,03

-0,378

-1,22

-47 134,78

600

0,01

0,04

-0,64

5

5

-0,248

-1,26

-0,715

-3,64

-0,742

-3,78

-145 498,09

630

0,01

0,04

-0,28

3

3

-0,289

-0,79

-0,289

-0,79

-1

-2,73

-105 178,94

660

0,01

0,04

0,36

-8

-8

-0,248

2,09

0,285

-2,40

-0,99

8,34

321 136,42

690

0,01

0,04

1,006

-2

-2

-0,141

0,21

0,795

-1,20

-0,622

0,94

36 249,81

710

0,01

0,04

1,2479

-9

-9

-0,049

0,44

0,976

-8,73

-0,221

1,98

76 083,45

720

0,01

0,04

1,28

5

5

0

0,00

1

5,13

0

0,00

0,00

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой