Расчет топливной аппаратуры

Содержание

Стр.

    Перечень условных  обозначений, символов, сокращений, единиц

    и терминов                                                                                                            2

    Введение                                                                                                               4

1. Расчетная часть                                                                                                    5

1.1 Исходные данные                                                                                              5

1.2 Расчет циклового расхода  воздуха и коэффициента наполнения   цилиндров                                                                                                                6

1.3 Расчет топливной форсунки                                                                             8

1.3.1. Расчет электромагнитной форсунки  для жидкого топлива для ДВС  с искровым зажиганием                                                                                             8

1.3.2. Расчет форсунки для ДВС  с воспламенением от сжатия                        10

1.3.3. Расчет электромагнитной форсунки  для газового двигателя с 

искровым зажиганием                                                                                           12

1.4. Расчет топливного  насоса и газового редуктора                                         14

1.4.1. Расчет топливного насоса  для ДВС с искровым зажиганием 

с впрыском во впускную трубу                                                                            14

1.4.2. Расчет топливного  насоса для ДВС с воспламенением от сжатия         14

1.4.3. Расчет газового  редуктора                                                                          16

1.5. Расчет топливных  трубопроводов                                                                18

    Библиографический список                                                                             21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Перечень условных обозначений, символов, сокращений, единиц и терминов

Обозначения:

G – массовый расход, кг/с; г/с; мг/имп; кг/ч;

Q – объемный расход, м /с; см /с;

Vh – рабочий объем цилиндра, л;

h – ход поршня, мм;

D – диаметр цилиндра, мм;

i – число цилиндров;

N – мощность, кВт;

P – давление, Па;

Ρ - плотность, кг/м ;

W или C – скорость, м/с; мм/с;

v – коэффициент наполнения цилиндров;

 – коэффициент дозарядки,  коэффициент очистки, отношение  средних удельных теплоемкостей;

 – степень сжатия;

T – температура, град. С;

к – коэффициент избытка продувочного воздуха цилиндра двигателя;

т – тактность двигателя;

тк – коэффициент тактности двигателя;

n – обороты коленчатого вала двигателя, об/мин;

q – массовый расход топлива, мг/цикл или г/с;

 – коэффициент избытка  воздуха в топливной смеси;

lo – количество воздуха, теоретически необходимое для сгорания 1 кг бензина, кг/кг;

Q – производительность электромагнитной форсунки, мм /с или г/с;

tmax – максимальная длительность импульса, мс;

Tmin – минимальный период, мс;

w – коэффициент учитывающий несоответствие расходов при стационарном и пульсирующем потоках топлива;

 – коэффициент расхода  через жиклер;

f или F – площадь, м ;

m – количество отверстий;

d – диаметр, мм;

ge – удельный расход топлива, г/кВт*ч;

iв – число насосов, подающих топливо на один цилиндр;

 – угол поворота коленчатого  вала, град.;

азв – скорость звука в среде, м/с;

k – показатель адиабаты;

Rг – газовая постоянная, Дж/(моль*К);

U – напряжение питания катушки электромагнитной форсунки, В;

S – ход плунжера, мм;

н – коэффициент подачи топлива;

вн – геометрическая продолжительность нагнетания, град;

Vт – теоретическая подача секции топливного насоса, мм/цикл.

 

Индексы:

ж – жидкость или жиклер;

г – газ;

вц – воздух на один цикл работы двигателя;

в – воздух;

н – наддув;

о – окружающая среда;

с.з. – свежий заряд;

а – начало сжатия;

оч – очистка;

r – остаточные газы;

xx – холостой ход;

max – максимальный;

ц – цикловой;

т или m – топливо;

nmax – максимальные обороты двигателя;

nmin – минимальные обороты двигателя;

cm. min – статическая минимальная;

cm. max – статическая максимальная;

откр – открыто;

закр – закрыто;

с – сопло;

вх – вход;

пл. – плунжер;

от – отсечка;

зв. – звук;

акт – активный;

cр. – средний;

цп – цикловая полная

 

Сокращения:

ДВС – двигатель внутреннего сгорания;

ВОД – высокооборотный  дизель;

СОД – среднеоборотный  дизель;

МОД – малооборотный  дизель;

ТНВД – топливный  насос высокого давления;

СУГ – сжиженный углеводородный газ;

КПГ – компримированный природный газ;

КПД – коэффициент  полезного действия

 

Введение

 

     В настоящее  время все автомобилестроение, как  за рубежом, так и в РФ  переходит на электронные системы  управления поршневым двигателем  внутреннего сгорания с впрыском  топлива. Различают впрыск топлива  во впускную трубу и непосредственный впрыск топлива в цилиндр поршневого двигателя внутреннего сгорания.

     Впрыск  топлива во впускную трубу  обычно применяется для двигателей  с искровым зажиганием, как для  впрыска жидкого, так и газообразного  топлива. Непосредственный впрыск  применяется, как для двигателей с искровым зажиганием (по циклу Отто) для жидкого (бензины) и газообразного топлива (метан, пропан-бутан, водород и т.д.), так и для двигателей с воспламенением от сжатия (по циклу Дизеля) также для жидкого (дизельное) и газообразного (метан) топлива. 

     Для двигателей  с искровым зажиганием наиболее  распространен впрыск во впускную  трубу двигателя, т.к. при переходе  от карбюраторных систем потребовалась минимальная по стоимости доработка двигателя и его системы топливоподачи. В последнее время за рубежом началось внедрение систем с непосредственным впрыском топлива в цилиндр двигателя – это

связано с рекомендательными  требованиями по снижению расхода топлива  и выбросов СО . Двигатели с непосредственным впрыском имеют лучшие показатели, по сравнению с впрыском во впускную трубу, по коэффициенту наполнения цилиндров воздухом, а также по полноте сгорания топлива, что в сумме и дает положительный эффект по снижению расхода топлива.

    В последнее  время за рубежом и в РФ наметился плавный переход на газовое топливо. Многие зарубежные автосборочные заводы уже серийно выпускают, как двухтопливные, так и однотопливные-газовые модификации.

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Расчетная часть

 

 1.1 Исходные данные (вариант №20)

 - барометрическое давление Р = 101,33 кПа;

- температура воздуха на впуске в двигатель То = -30…+45 град.С;

- универсальная газовая постоянная  R = 8,31441 Дж/(моль*К);

- показатель адиабаты  для газовых  топлив k = 1,4;

- критический перепад давлений  газа  = 1,86;

- ход поршня h = (0,7…1) * D;

- объем цилиндра Vh = ( * D /4)*h;

- обороты холостого хода 850 об/мин;

- степень сжатия для ДВС: Отто = 10,5 Дизель = 18;

- коэффициент избытка воздуха  для ДВС: Отто  =1, Дизель =1,4;

- количество воздуха, теоретически необходимое для сгорания 1 кг бензина

   lo = 14,7;

   количество воздуха, теоретически необходимое для сгорания 1 кг метана

   lo = 17,176, а для КПГ различного состава lo = 16,7…17,7;

- избыточное давление  КПГ на входе в газовую форсунку 75кПа.

- обороты коленчатого  вала двигателя n = 5200 об/мин;

- мощность двигателя Ne = 58,7 кВт;

- удельный расход  топлива gе = 145 г/кВт*ч;

- тактность двигателя Т = 4;

   диаметр цилиндра Д = 79 мм;

- число цилиндров i = 4;

- n = 2200 об/мин;

- число насосов, подающих  топливо на один из цилиндр i = 2;

- тип двигателя – легковой;

- модель двигателя (тип) – 2106

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                

      1.2. Расчет циклового расхода воздуха и коэффициента наполнения

            цилиндров.

 

     Цикловой расход воздуха  определяется при минимальной  и максимальной температуре воздуха  на входе:

G = (Vh/i)* * , где:

Vh = ( )*h = (3,14*79 /4)*(0,85*79) = 316487мм = 0,000316 м

= (1,435…1,095) кг/ м - плотность воздуха на впуске

- коэффициент наполнения цилиндров

     Коэффициент наполнения  для максимальных оборотов для  двигателя без наддува определяем при минимальной и максимальной температуре воздуха на входе:

= с.з*( /( -1))*Ра/Ро*То/(То+ )*[1- оч* *Рr/( *Pa)],

где  с.з = 1,0 – коэффициент дозарядки;

       = 10,5 – степень сжатия;

        Ра = 0,09 мПа – давление в начале сжатия

Ро = 101,33 кПа = 0,10133 мПа – давление окружающей среды;

То = (-30…+45 С)+273 К;

= 10К – подогрев свежего заряда от стенок.

оч = 1,0 – коэффициент очистки  цилиндров при отсутствии продувки;

= 1,0 – отношение средних удельных  теплоемкостей продуктов сжатия и

                  свежей смеси.

Рr = 0,11 мПа – давление остаточных газов;

Тогда

= 1(10,5/(10,5-1))*0,09/0,1*(243…318)/((243…318)+10)*

*[1-1*1*0,11/(10,5*0,09)] = 0,844…0,852

и G = 0,000316*(1,435…1,095)*(0,844…0,852) =

            = 0,00038…0,00029 кг/цикл,

т.е. Gвц(-30) = 0,00038 кг/цикл;

      Gвц(+45) = 0,00029 кг/цикл;

Коэффициент наполнения для режимов от холостого хода до максимальных оборотов определяем по формуле:

= Gк*Тк/( *i*Vh*n), где

Gк – расход воздуха на данном режиме, кг/с;

Тк = 2,0 – коэффициент тактности для 4-х тактного двигателя;

= 1,435 кг/м - плотность воздуха на впуске при температуре -30 °С;

= 1,095 кг/м - плотность воздуха на впуске при температуре +45 °С

Vh = 0,000316 м - объем одного цилиндра;

n = 850 об/мин – обороты коленчатого вала при холостом ходе;

n = 5200 об/мин – обороты коленчатого вала при максимальной

                                     мощности.

Определяем максимальный расход воздуха  в двигателе:

Gmax(-30) = =

              = 0,073 кг/с

Gmax(+45) = =

              = 0,056 кг/с

Расход воздуха на холостом ходу:

Gxx(-30) = Gmax/(13…17) = 0,073/15 = 0,0049 кг/с;

Gxx(+45) = Gmax/(13…17) = 0,056/15 = 0,0037 кг/с и тогда

vxx(-30) = 0,0049*2/(1,435*4*0,000316*14,16) = 0,382;

vxx(+45) = 0,0037*2/(1,095*4*0,000316*14,16) = 0,378

vmax(-30) = 0,073*2/(1,435*4*0,000316*86,66) = 0,929;

vmax(+45) = 0,056*2/(1,095*4*0,000316*86,66) = 0,934;

при n = 2300 об/мин = 38,33 об/с

v2300(+45) = 0,0191*2/(1,095*4*0,000316*38,33) = 0,720;

при n = 3750 об/мин = 62,5 об/с

v3750(+45) = 0,0346*2/(1,095*4*0,000316*62,5) = 0,800

График зависимости  коэффициента наполнения от оборотов двигателя, принимая значения расхода воздуха в первом приближении по линейному закону в зависимости от оборотов двигателя: G = f(n) показан на Рис.1

 

     1.3. Расчет топливной форсунки

     1.3.1. Расчет электромагнитной форсунки для жидкого топлива для

              ДВС с искровым зажиганием.

 

     Цикловая подача топлива определяется выражением:

q ц(-30) = G /( lo) = 0,00038/(1*14,7) = 0,026 г/цикл,

q ц(+45) = G /( lo) = 0,00029/(1*14,7) = 0,020 г/цикл

где Gвц(-30) = 0,00038 кг/цикл – цикловой расход воздуха ;

      Gвц(+45) = 0,00029 кг/цикл – цикловой расход воздуха при

       = 1,0 – коэффициент избытка воздуха;

        lo = 14,7 кг/кг – количество воздуха, теоретически необходимое для

                                   сгорания 1 кг бензина.

     Для грубой оценки значения цикловой подачи для двигателя можно использовать следующие формулы:

     Максимальная цикловая подача при максимальных  оборотах коленчатого вала:

- при температуре окружающей  среды -30 °С

q ц(n max)(-30) = Vh* /15 = 0,000316*1,435/15 = 0,030 г/цикл

- при температуре окружающей  среды +45 °С

q ц(n max)(+45) = Vh* /15 = 0,000316*1,095/15 = 0,023 г/цикл

Минимальная цикловая подача при минимальных оборотах коленчатого  вала:

- при температуре окружающей  среды -30 °С

q ц(n min)(-30) = Vh* /50 = 0,000316*1,435/50 = 0,0091 г/цикл

- при температуре окружающей  среды +45 °С

q ц(n min)(+45) = Vh* /50 = 0,000316*1,095/50 = 0,0069 г/цикл

     Период фазированного распределенного впрыска топлива определяется выражением:

T = 120*1000/n , мс,

где n = n + 600 = 5200+600 = 5800 об/мин – максимальные обороты

      коленчатого вала.

T = 120*1000/5800 = 20,7 мс,

     Максимальное время впрыска определяется выражением:

      t = T - tоткр-закр. = 20,7-2,0 = 18,7 мс,

      где tоткр-закр. – суммарное время открытия-закрытия клапана электромагнитной форсунки.