Тепловой расчет двигателя на рапсовом масле

ВВЕДЕНИЕ

 

Двигатели внутреннего сгорания относятся к наиболее распространенным тепловым машинам. Эти двигатели, работающие на жидком топливе нефтяного происхождения, явились надежной основой развития автотракторостроения.

Факторами, влияющими на конструкцию ДВС, являются необходимость увеличения удельной мощности, повышение надёжности и возможность использования двигателей в различных условиях эксплуатации при минимальных расходах топлива, стоимости и затратах материалов.

Экономичность и надежность двигателей в значительной степени зависят от систем питания, охлаждения, смазки, автоматизации, регулирования  и других систем.

Поэтому рассмотрения особенностей работы, конструирования и расчета этих систем имеет важное значение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

 

 

ТЕПЛОВОЙ И ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ.

 

Целью курсового проекта является овладение методикой и навыками самостоятельного решения инженерных задач. Разработан двигатель внутреннего сгорания, рабочий чертёж маховика.

В процессе работы построены индикаторная диаграмма, график инерционных и тангенциальных сил для одного цилиндра.

Провели анализ влияния заданного параметра на технико-экономические показатели работы двигателя внутреннего сгорания. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

  Введение                                                                                                           стр

1 Выбор типа и основных параметров  двигателя внутреннего сгорания      4

2 Тепловой расчёт двигателя                                                                              5

3 Построение индикаторной диаграммы  и определение основных 

    показателей работы  двигателя                                                                       9

4 Анализ влияния заданного параметра  на технико-экономические

    показатели работы двигателя                                                                          12

5 Тепловой баланс двигателя                                                                              14

6 Определение основных размеров  и комплексных показателей двигателя  16

7 Кинематический и динамический  расчёт кривошипно-шатунного 

     механизма двигателя                                                                                       17

8 Расчет системы питания                                                                                    21

9 Регуляторная характеристика двигателя                                                         23

10 Техническая характеристика двигателя                                                         25

 

 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ВЫБОР ТИПА И ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ  ДВИГАТЕЛЯ

 

 

1. Выбор типа двигателя.

 

В соответствии с данными варианта для расчета задан двигатель внутреннего сгорания эффективной мощностью 14,7 кВт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Обоснование принимаемого способа смесеобразования.

 

Я принимаю полураздельную камеру сгорания ЦНИДИ с объемно – пленочным смесеобразованием .

При объемном смесеобразовании все топливо впрыскивается в объем камеры сгорания, при этом снижаются затраты на изготовление и обслуживания топливной системы (форсунок и насоса высокого давления).

Так при камере ЦНИДИ (на объем в поршне приходится более 78…84% объема камеры сгорания) отверстия распылителя ориентируются так, что значительная часть вырабатываемого топлива под малым углом попадает на стенки камеры и организованное движение воздуха так же «размазывается» на поверхности. Часть топлива оказывается впрыснутой в объем камеры сгорания.

Как и при пленочном смесеобразовании, воспламеняется топливо, впрыснутое в объем камеры. В результате обеспечивается сравнительно малая жесткость процесса сгорания . В двигателях с такими камерами расход топлива примерно на 6% ниже чем в предкамерных.

Недостатком этих двигателей является сравнительная низкая термостойкость острых кромок камеры и высокая чувствительность к показателям работы топливной аппаратуры, определяющим качество образования топливной пленки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ

НА РАПСОВОМ МАСЛЕ

 

 

Цикловая подача топлива, г/цикл:

                                           , [г/цикл]                                             (1)

где n и i – частота вращения коленчатого вала (мин-1) и число цилиндров двигателя;

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

τ – коэффициент тактности двигателя(τ=0,5- четырехтактный двигатель)

Ne – эффективная мощность двигателя, кВт.    

                                            [г/цикл]           

Плотность заряда на впуске, кг/м3:

                                        , [кг/м3] (2)

где Р0 – давление окружающей среды, МПа

Rв – газовая постоянная воздуха, Дж/(кг*К), Rв=288 Дж/(кг*К)

То – температура окружающей среды, К, ТК=293 К     

                                         [кг/м3]  

Необходимый объем воздуха, л:

                                           ,  [м3]  (3)

где LТ=12,6 кг – количество воздуха необходимое для сгорания 1кг топлива. 

                                 [м3]  

Ориентировочное значение диаметра цилиндра, м:

                                           , [м]                                                       (4) 

где ηН=0,8 – коэффициент наполнения цилиндра свежим зарядом

       к=1,14 – коэффициент короткоходности  

                                         [м]

Ориентировочное значение хода поршня, м:

                                         , [м]  (5)

[м]

 

 

 

 

 

 

 

1 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ

НА РАПСОВОМ МАСЛЕ

 

 

1.1 Процесс впуска

 

Определяем температуру в конце процесса впуска:

                             

, [К]                                                   (6)

где То – температура окружающей среды, К;

      DТ –подогрев свежего заряда, К;

       gr –коэффициент остаточных газов;

       Тr –температура остаточных газов, К,

Принимаем:

То =293 К [стр.19 /3/];

DТ =20-для двигателей без наддува [стр.18 /3/];

gr =0,03…0,06 - в четырехтактных дизелях без наддува и с наддувом [стр.19 /3/],

gr =0,06;

Тr =700…900 К для дизелей [стр. 8 /4/], Тr =900 К.

 

 К

 

Определяем давление в конце впуска:

                                Ра =(0,85…0,9)· Р0 ,  [кПа]                                      (7)

где Ро– давление окружающей среды, кПа

Принимаем для нормальных условий Ро =100кПа [стр.14 /3/]

                                               Ра =0,9·100=90 кПа

 

1.2 Процесс сжатия

Величину n1определяем по эмпирической формуле профессора В.А. Петрова, как функцию угловой скорости вращения коленвала ω, для дизеля:

                                     

                                       (8)

 

 

                                                

Определяем давление в конце сжатия:

                                     Рс =Ра·εn1,  [кПа]                                                 (9)

где  n1- средний показатель политропы сжатия.

Рс =90·161,32=3496,88 [кПа]

 

Определяем температуру в конце сжатия:

                                              Тс = Та · εn1-1   [К]                                          (10)

           Тс = 346,22·16 1,32-1 =840,75 [К]

 

1.3 Процесс сгорания:

 

Определяем  теоретически необходимое количество воздуха (в молях) на сгорание 1 кг топлива:

                                    

, [кмоль/кг]                        (11)

где С- содержание углерода в топливе;

      Н- содержание водорода в топливе;

       О- содержание  кислорода в топливе;

Принимаем состав топлива: С=0,78;  Н=0,1; О=0,12;

[кмоль/кг]

Определяем действительное количество воздуха:

                                            L=a·L0 , [кмоль/кг]                                          (12)

где a - коэффициент избытка воздуха.

Для дизелей с объемным смесеобразовании a=1,35…2,0 (стр.31 /3/),

Принимаем a=1,65    (стр.31 /3/)

L=1,65·0,409=0,674кмоль/кг

Определяем число молей продуктов сгорания 1 кг топлива при a >1:

                                     

                                  (13)

Определим химический коэффициент молярного изменения:

                                          

                                            (14)  

Находим действительный коэффициент молярного изменения:

                                    

                                    (15)

Определяем теплоёмкость газов для чистого воздуха:

                                    m·Ссn=а+в·Тс     [кДж/кмоль·град]                           (16)

где а=20,16; в=1,738·10-3 – постоянные коэффициенты. [стр.10 /4/]

m·Ссn=20,16+1,738·10-3 ·840,75=21,62 [кДж/кмоль·град]

Для продуктов сгорания при a >1:

                       

                          (17)

Теплоёмкость при постоянном давлении:

m·Сzр =m·Сzn +m·R                   (18)

где  m·R =8.314- универсальная газовая постоянная[стр.10 /4/]

m·Сzр =

m·Сzр =

Температура в конце сгорания Тz определяется для дизеля из выражения:

                           

                    (19)

где x- коэффициент использования тепла;

       QH –низшая удельная теплота сгорания, кДж/кг,

        l- степень повышения давления.

Для дизелей с полураздельными камерами сгорания величина l =1,4…2,2 [стр.10/4/],

принимаем l =2,0 с учетом несовершенства конструкции двигателя.

Для дизелей x= 0,7…0,9[стр.10/4/],

принимаем x=0,8 с учетом обогащения смеси (a =1.65) и несовершенством процесса смесеобразования;

Для рапсового масла QH = 37300 кДж/кг  [стр.10/4/].

 

    

 

Решая квадратное уравнение, определяем Тz.

  К

 

Определяем давление в конце сгорания:

                                                   

[кПа]                                                   (20)

                                                 кПа

1.4 Процесс расширения:

 

Определяем степень предварительного расширения:

                                      

                                     (21)

Степень последующего расширения:

                                         

                                                      (22)

Давление в конце расширения:

 

                                                       

                                                               (23)

           где n2 – показатель политропы расширения, который можно определить  по эмпирической формуле профессора В.А. Петрова для дизельного двигателя: