Реферат: Тепловой расчёт двигателя

Министерство образования РФ

Московский автомобилестроительныйколледж

Задание на курсовой проект

По предмету: “Основы теории и конструкции Д.В.С. ”

Фамилия, И.О. учащегося

Группы

Тема проекта: “Тепловой расчёт двигателя”

Содержание проекта: определениеосновных параметров рабочих процессов

1.Пояснительная записка

1.1. Введение

1.2. Технико-экономическоеобоснование темы курсового проекта

1.3. Анализ существующихконструкций Д.В.С.

1.4. Технические условия,выбор исходных параметров

1.5. Топливо, параметрыокружающей среды

1.6. Определение параметроврабочего тела

1.7. Определение параметровпроцесса выпуска

1.8. Определение параметровпроцесса сжатия

1.9. Определение параметровпроцесса сгорания

1.10.Определение параметровпроцесса расширения и выпуска

1.11. Определениеиндикаторных параметров рабочего цикла

1.12. Определение эффективныхпоказателей двигателя

Дата выдачи задания

Дата окончания проекта

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ

Руководитель проекта

СОДЕРЖАНИЕ:

1.Введение

2.Технические условия и выбор исходных параметров

3.Топливо

4.Определение параметров рабочего тела

5.Определение параметров окружающей среды

6.Определение параметров процесса впуска

7.Определение параметров процесса сжатия

8.Определение параметров процесса сгорания

9.Определение параметров процесса расширения и выпуска

10.Определение индикаторных параметров рабочего тела

11.Определение эффективных показателей двигателя

12.Список использованной литературы

1.

Введение

На наземном транспорте наибольшеераспространение получили двигатели внутреннего сгорания. Эти двигателиотличаются компактностью, высокой экономичностью, долговечностью и применяютсяво всех отраслях народного хозяйства.

В настоящее время особое вниманиеуделяется уменьшению токсичности выбрасываемых в атмосферу вредных веществ иснижению уровня шума работы двигателей.

Специфика технологий производствадвигателей и повышения требований к качеству двигателей при возрастающем объёмеих производства обусловили необходимость создания специализированных моторныхзаводов. Успешное применение двигателей внутреннего сгорания, разработкаопытных конструкций и повышение мощностных экономических показателей сталивозможны в значительной мере благодаря исследованиям и разработке теориирабочих процессов в двигателях внутреннего сгорания.

Выполнение задач по производству иэксплуатации транспортных двигателей требует от специалистов глубоких знанийрабочего процесса двигателей, знания их конструкций и расчёта двигателей внутреннегосгорания.

Рассмотрение отдельных процессов вдвигателях и расчёт позволяют определить предполагаемые показатели цикла,мощность и экономичность, а также давление газов действующих в надпоршневомпространстве цилиндра в зависимости от угла поворота коленчатого вала. Поданным расчёта можно установить основные размеры двигателя (диаметр цилиндра иход поршня) и проверить на прочность его основные детали.

2.

Технические условия и выбор исходных параметров

Произвестирасчёт четырёхтактного t=4 карбюраторногодвигателя предназначенного для легкового автомобиля. Эффективная мощностьдвигателя Ne=117 кВт, при частоте вращенияколенчатого вала n=5600 об/мин. Двигательчетырёхцилиндровый, i=4 с рядным расположением.Степень сжатия e=6,86.

Припроведении теплового расчёта для нескольких скоростных режимов (обычно выбирают3 или 4 основных режима).

Длякарбюраторного двигателя такими режимами являются:

1)

Режим минимальнойчастоты вращения коленчатого вала (холостого хода)

2)

nmin 600 1000 об/мин.

3)

Режим максимальногокрутящего момента

nm=(0,4…0,6)*nN

4)

Режим максимальной мощности при nN

5)

Режиммаксимальной скорости движения автомобиля при nmax=(1,05…1,20)*nN

Cучётомприведённых рекомендаций и заданий (nN=5600 об/мин)тепловой расчёт последовательно производится для

n=1000 3199,999992 об/мин.

5600 6000,00016 об/мин.

3.

Топливо

Всоответствии с заданной степенью сжатия e=6,86 можно использовать бензин марки АИ-72

Среднийэлементарный состав и молекулярная масса топлива:

C=0,855

H=0,145

mt=115 кг/кмоль.

Низшаятеплота сгорания топлива:

Hu=33,891*C+125,6*H-2,51*9*H=43,913255 МДж/кг 43913,255 кДж/кг

4.Определение параметров рабочего тела

Теоретическинеобходимое количество воздуха для сгорания одного килограмма топлива:

C=0,855

H=0,145

LO=(1/0,208)*((C/12)+(H/4))=0,516826923 кмоль возд/кг топл.

IO=(1/0,23)*((8/3)*C+8*H)=14,95652174 кмоль возд/кг топл.

Коэффициент избытка воздухаустанавливается на основании следующих соображений.

Насовременных двигателях устанавливают много камерные карбюраторы, обеспечивающиеполучение почти идеального состава смеси по скоростной характеристике.Возможность применения для рассчитываемого двигателя двухкамерного карбюраторас обогатительной системой и системой холостого хода позволяет получить присоответствующей регулировке как мощностной, так и экономичный состав смеси.Стремление получить двигатель достаточно экономичный и с меньшей токсичностьюпродуктов сгорания, которая достигается при a=0,95 на основных режимах, а на режимах минимальнойчастоты вращения коленчатого вала a=0,86.

Количествогорючей смеси

приn=1000 об/мин

MI=(a*LO)+(1/mt)=0,453166806кмольгор.см/кгтопл.

a=0,86

LO=0,516826923кмоль возд/кг топл.

mt=115 кг/моль

при n=3199,999992 об/мин. 5600 6000,00016 об/мин.

MI=a*LO+1/mt=0,499681229кмольгор.см/кгтопл.

a=0,95

LO=0,516826923кмоль возд/кг топл.

mt=115 кг/моль

Количествоотдельных компонентов продуктов сгорания при K=0,5 и принятых скоростных режимах:

при n=1000 об/мин

C=0,855

H=0,145

K=0,5

a=0,86

LO=0,516826923 кмоль возд/кгтопл.

MCO2=(C/12)-2*((1-a)/(1+K))*0,208*LO=0,051183333 кмольCO2/кг топл.

MCO=2*((1-a)/(1+K))*0,208*LO=0,020066667 кмольCO2/кг топл.

MH2O=(H/2)-2*K*((1-a)/(1+K)*0,208*LO=0,062466667 кмольN2O/кг топл.

MH2=2*K*((1-a)/(1+K)*0,208*LO=0,010033333 кмоль/H2/кг топл.

MN2=0,792*a*LO=0,352021154 кмольN2/кг топл.

n=3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.

C=0,855

H=0,145

K=0,5

a=0,95

LO=0,516826923кмоль возд/кг топл.

MCO2=(C/12)-2*((1-a)/(1+K))*0,208*LO=0,064083333 кмольCO2/кг топл.

MCO=2*((1-a)/(1+K))*0,208*LO=0,007166667 кмольCO2/кг топл.

MH2O=(H/2)-2*K*((1-a)/(1+K)*0,208*LO=0,068916667 кмольN2O/кг топл.

MH2=2*K*((1-a)/(1+K)*0,208*LO=0,003883333 кмоль/H2/кг топл.

MN2=0,792*a*LO=0,388860577 кмольN2/кг топл.

Общееколичество продуктов сгорания:

M2=M CO2+M CO+M H2O+M H2+MN2=(C/12)+(H/2)+0,792*a*LO

при n=1000 об/мин

M CO2=0,051183333 кмольCO2/кгтопл.

MCO=0,020066667 кмольCO2/кг топл.

MH2O=0,062466667 кмольN2O/кг топл.

MH2=0,010033333 кмоль/H2/кг топл.

MN2=0,352021154 кмольN2/кг топл.

a=0,95

LO=0,516826923кмоль возд/кг топл.

M2=0,4955771154кмоль пр.сг./кг топл.

Проверка:

M2=(C/12)+(H/2)+0,792*a*LO=0,4955771154 кмольпр.сг./кг топл.

C=0,855

H=0,145

5. Определение параметров окружающейсреды

Давление и температура окружающей средыпри работе двигателей без наддува pk=po=0,1 МПа

n=1000 3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.

Tr=900 1000 1060 1070 K

Давление остаточных газов prзасчёт расширения фаз газораспределения и снижение сопротивления приконструктивном оформлении выпускного тракта рассчитываемого двигателя можнополучить на номинальном скоростном режиме:

prN=1,18*pO=0,118 МПа

pO=0,1 МПа

Тогда:

Ap=(prN-pO*1,035)*108/(nN2*pO)=0,462372449

prN=0,118 МПа

pO=0,1 МПа

nN=5600 об/мин.

pr=pO(1,035+Ap*10-8*n2)

n=1000 3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.

pr=0,103962372 0,108234694 0,118 0,1201455409 МПа

6. Определение параметров процесса впуска

Температураподогрева свежего заряда. С целью получения хорошего наполнения двигателя наноминальном режиме применяется DTN=8 град С.

Тогда:

At=DTN/(110-0,0125*nN)=0,2

DTN=8 градС.

nN=5600об/мин.

DT=At*(110-0,0125*n)

n=1000 3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.

DT=19,5 14,00000002 8 6,9999996 град С.

Плотность заряда на впуске:

rO=pO*106/(RB*TO)=1,189187904

где RB=287 Дж/кг*град

Потери давления на впуске.

В соответствии со скоростным режимомдвигателя (n=5600 об/мин.) и при условиикачественной обработки внутренней поверхности впускной системы можно принять

b2+хвп=2,8и wвп=95 м/с

Тогда:

An= wвп/nN=0,016964286

Dpa=( b2+хвп)*An2*n2*rO*10-6/2

rO=1,189187904

при n=1000 об/мин.

Dpa=0,000479126МПа

при n=3199,999992 об/мин.

Dpa=0,004906249МПа

при n=5600 об/мин.

Dpa=0,015025389МПа

при n=6000,00016 об/мин.

Dpa=0,017248534МПа

Давление в конце впуска.

pa=pO — Dpa

n=1000 3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.

pa=0,099520874 0,095093751 0,084974611 0,0827551466 МПа

Коэффициент остаточных газов.

При определении для двигателя без надуваприменяется коэффициент очистки fОЧ=1, а коэффициент дозировки на номинальном скоростномрежиме fДОЗ=1,1, чтовполне возможно получить при подборе угла опаздывания закрытия впускногоклапана в пределах 30…60 град. При этом на номинальном скоростном режиме (n=1000 об/мин) возможен обратный выброс в пределах 5%,т.е. fДОЗ=0,95. Наостальных режимах значения fДОЗможет получиться, приняв линейную зависимость fДОЗотскоростного режима.

n=1000 3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.

fДОЗ=0,95 1,025 1,1 1,11

Тогда:

gr=((TO+DT)/Tr)*((fОЧ*pr)/(e*fДОЗ*pa-fОЧ*pr))

при n=1000 об/мин.

TO=293 K

DT=19,5 градС.

Tr=900 K

pa=0,099520874МПа

pr=0,103962372МПа

fОЧ=1

fДОЗ=0,95

gr=0,066281749

при n=3199,999992 об/мин.

TO=293 K

DT=14,00000002град С.

Tr=1000 K

pa=0,095093751МПа

pr=0,108234694МПа

fОЧ=1

fДОЗ=1,025

gr=0,059291653

при n=5600 об/мин.

TO=293 K

DT=8 градС.

Tr=1060 K

pa=0,084974611МПа

pr=0,118 МПа

fОЧ=1

fДОЗ=1,1

gr=0,064041223

при n=6000,00016 об/мин.

TO=293 K

DT=6,9999996град С.

Tr=1070 K

pa=0,0827551466МПа

pr=0,1201455409МПа

fОЧ=1

fДОЗ=1,11

gr=0,066050092

Температура в конце впуска.

Ta=(TO+DT+gr*Tr)/(1+gr)

n=1000 3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.

TO=293 293 293 293 K

DT=19,5 14,00000002 8 6,9999996 град С.

Tr=900 1000 1060 1070 K

gr=0,066281749 0,059291653 0,064041223 0,066050092

Ta=349,0199232 345,7892375 346,6817717 347,7074866K

Коэффициент наполнения.

hv=(TO/(TO+DT))*(1/(e-1))*(1/pO)*(fДОЗ*e*pa-fОЧ*pr)

n=1000 3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.

TO=293 293 293 293 K

DT=19,5 14,00000002 8 6,9999996 град С.

pa=0,099520874 0,095093751 0,084974611 0,0827551466 МПа

pr=0,103962372 0,108234694 0,118 0,1201455409 МПа

fОЧ=1 1 1 1

fДОЗ=0,95 1,025 1,1 1,11

pO=0,1 0,1 0,1 0,1 МПа

e=6,86 6,86 6,86 6,86

hv=0,871384261 0,912731296 0,869133578 0,850002992

7. Определение параметров процесса сжатия

Средний показатель адиабаты сжатия k=1, при e=6,86 ирасчётных значениях Taопределяется по графику, средний показатель политропнысжатия n=1 принимается несколько меньше k1. При выборе n1 учитывается, что с уменьшением частоты вращениятеплоотдача от газов к стенке цилиндра увеличивается, а n1 уменьшается по сравнению с k1 более значительно:

n=1000 3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.

k1=1,3767 1,3771 1,3772 1,3772

Ta=349,0199232 345,7892375 346,6817717 347,7074866K

n1=1,37 1,376 1,377 1,377

Давление в конце сжатия.

pe=pa*en1

n=1000 3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.

pa=0,099520874 0,095093751 0,084974611 0,0827551466 МПа

e=6,86 6,86 6,86 6,86

n1=1,37 1,376 1,377 1,377

pe=1,392124959 1,330197163 1,18864789 1,157601412МПа

Температура в конце сжатия.

Tс=Ta*e(n1-1)

n=1000 3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.

e=6,86 6,86 6,86 6,86

n1=1,37 1,376 1,377 1,377

Ta=349,0199232 345,7892375 346,6817717 347,7074866K

Tс=711,6888166 705,1011042 706,9210765 709,0126185K

Средняя мольная теплоёмкостьв конце сжатия.

а) свежей смеси (воздуха)

(mev)tcto=20,6+2,638*10-3*tc

Где te=Tc-273

n=1000 3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.

tc=447,5649758 449,0794317 451,5093166 453,41043 град С.

(mev)tcto=21,78067641 21,78467154 21,79108158 21,79609671 кДж/(кмоль*град)

б) остаточных газов

(mev”)tcto — определяется методом экстраполяции по табл.7:

при n=1000 об/мин.,при a=0,85 и tc=447,5649758 град С.

(mev”)400 to=23,303+(23,45-23,303)*0,01/0,05=23,3324кДж/(кмоль*град)

Где 23,303 и 23,45- значениетеплоёмкости продуктов

Сгорание при 400соответственно при a=0,85 и a=0,9 взятые из табл.7

(mev”)500 to=23,707+(23,867-23,707)*0,01/0,05=23,7408кДж/(кмоль*град)

Где 23,707 и 23,867- значениетеплоёмкости продуктов

Сгорание при 500соответственно при a=0,85 и a=0,9 взятые из табл.7

Теплоёмкость продуктовсгорания при tc=447,5649758 град С.

(mev”)tcto=23,3324+(23,7408-23,3324)*0,01/0,05=23,52665536 кДж/(кмоль*град)

при n=3199,999992 об/мин.,при a=0,95 и tc=449,0794317 град С.

определение (mev”)tctoпроизводится аналогичным методом экстраполяции потабл.7:

(mev”)400 to=23,586+(23,712-23,586)*0,01/0,05=23,6112кДж/(кмоль*град)

(mev”)500 to=23,014+(23,15-23,014)*0,01/0,05=24,0412кДж/(кмоль*град)

(mev”)tcto=23,6112+(23,0412-23,6112)*0,01/0,05=23,82224156 кДж/(кмоль*град)

при n=5600 об/мин.,при a=0,95 и tc=451,5093166 град С.

(mev”)tcto=23,6112+(23,0412-23,6112)*52/100=23,83269006 кДж/(кмоль*град)

при n=6000,00016 об/мин.,при a=0,95 и tc=453,41043 град С.

(mev”)tcto=23,6112+(23,0412-23,6112)*53/100=23,84086458 кДж/(кмоль*град)

в) рабочейсмеси

(mev’)tc to=(1/(1+gr)*(mev)*tc to+gr*(mev”)tc to)

при n=1000 об/мин.

(mev)tcto=21,78067641 кДж/(кмоль*град)

(mev”)tcto=23,52665536 кДж/(кмоль*град)

gr=0,062587594

(mev’)tcto=21,88351651 кДж/(кмоль*град)

при n=3199,999992 об/мин.

(mev)tc to=21,78467154 кДж/(кмоль*град)

(mev”)tc to=23,82224156 кДж/(кмоль*град)

gr=0,055981213

(mev’)tc to=21,89269017 кДж/(кмоль*град)

при n=5600 об/мин.

(mev)tc to=21,79108158 кДж/(кмоль*град)

(mev”)tc to=23,83269006 кДж/(кмоль*град)

gr=0,060374077

(mev’)tc to=21,90732379 кДж/(кмоль*град)

при n=6000,00016 об/мин.

(mev)tcto=21,79609671 кДж/(кмоль*град)

(mev”)tcto=23,840864485 кДж/(кмоль*град)

gr=0,062241982

(mev’)tcto=21,91590974 кДж/(кмоль*град)

8. Определение параметров процесса сгорания

Коэффициент молекулярногоизменения горючей mo=M2/M1 и рабочейсмеси

m=(mo+gr)/(1+gr)

при n=1000 об/мин. при n=3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.

M1=0,453166806 M1=0,499681229

M2=0,495771154 M2=0,532610577

n=1000 3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.

gr=0,066281749 0,059291653 0,064041223 0,066050092

mo=1,094014714 1,06590071 1,06590071 1,06590071

m=1,088170612 1,062212055 1,061934358 1,061817649

Количество теплоты, потерянноевследствие химической исполноты сгорания топлива:

DHu=119950*(1-a)*LO

при n=1000 об/мин.

a=0,86

LO=0,516826923

DHu=8679,074519 кДж/кг

при n=3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.

a=0,95

DHu=3099,669471кДж/кг

Теплота сгорания рабочейсмеси:

НРАБ.СМЕСИ=(Hu-DHu)/(M1(1+gr))

при n=1000 об/мин.

Hu=43913,255 кДж/кг

DHu=8679,074519 кДж/кг

gr=0,066281749

M1=0,453166806 кмольгор.cм./кгтопл.

НРАБ.СМЕСИ=88313,49048кДж/кмоль*раб.см.

при n=3199,999992об/мин.

Hu=43913,255 кДж/кг

DHu=3099,669471 кДж/кг

gr=0,059291653

M1=0,499681229 кмольгор.cм./кг топл.

НРАБ.СМЕСИ=77349,146кДж/кмоль*раб.см.

при n=5600 об/мин.

Hu=43913,255 кДж/кг

DHu=3099,669471 кДж/кг

gr=0,064041223

M1=0,499681229 кмольгор.cм./кг топл.

НРАБ.СМЕСИ=77028,70778кДж/кмоль*раб.см.

при n=6000,00016 об/мин.

Hu=43913,255 кДж/кг

DHu=3099,669471 кДж/кг

gr=0,066050092

M1=0,499681229 кмольгор.cм./кг топл.

НРАБ.СМЕСИ=76893,2563кДж/кмоль*раб.см.

Средняя мольная теплоёмкостьпродуктов сгорания

(mev”)tz to=(1/M2)(M CO2*(mev”CO2)tz to+M CO*(mev”CO)tz to+M H2O*(mev”H2O)tzto+M H2*(mev”H2)tz to+M N2*(mev”H2)tz to+M

при n=1000 об/мин.

M1=0,453166806

MCO2=0,051183333 кмольCO2/кг топл.

(mev”CO2)tz to=39,123+0,003349*tz

M CO=0,020066667 кмольCO2/кгтопл.

(mev”CO)tz to=22,49+0,00143*tz

M H2O=0,062466667 кмольCO2/кгтопл.

(mev”H2O)tz to=26,67+0,004438*tz

M H2=0,010033333 кмольCO2/кгтопл.

(mev”H2)tz to=19,678+0,001758*tz

M N2=0,352021154 кмольCO2/кгтопл.

(mev”N2)tz to=21,951+0,001457*tz

(mev”)tzto=24,29423953+0,002032932*tz=61,45915901 кДж/(кмоль*град)

при n=3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.

M1=0,499681229

M CO2=0,064083333 кмольCO2/кгтопл.

(mev”CO2)tz to=39,123+0,003349*tz

M CO=0,007166667 кмольCO2/кгтопл.

(mev”CO)tz to=22,49+0,00143*tz

M H2O=0,068916667 кмольN2O/кгтопл.

(mev”H2O)tzto=26,67+0,004438*tz

MH2=0,003883333 кмоль/H2/кг топл.

(mev”H2)tz to=19,678+0,001758*tz

M N2=0,388860577 кмольN2/кгтопл.

(mev”N2)tz to=21,951+0,001457*tz

(mev”)tzto=24,61969403+0,00207203*tz=29,90228416 кДж/(кмоль*град)

Величина коэффициента использования теплоты xz

при n=5600 6000,00016 об/мин. в результате значительного догорания топлива впроцессе расширения снижается, а при n=1000 об/мин.xzинтенсивно уменьшается в связи с увеличением потерьтепла через стенки цилиндра и не плотности между поршнем и цилиндром по этомупри изменении скоростного режима xzориентировочнопринимается в пределах, которые имеют место у работающих карбюраторныхдвигателей:

n=1000 3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.

xz=0,82 0,92 0,91 0,89

Температура в конце видимогопроцесса сгорания:

xz*НРАБ.СМЕСИ+(mev’)tzto*tc=m*(mev”)tz

при n=1000 об/мин.

0,82*73171,39635+21,88351651*447,5649758=

=1,088477143*(24,29423953+ 0,002032932*tz)*tz

или 0,002212799*tz2+26,44372443*tz-69794,84054=0

Отсюда следует:

tz=2225,077518град С.

Tz=tz+273=2498,077518K

при n=3199,999992