Тепловой расчёт бензинового (карбюраторного) двигателя

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО СЕЛЬСКОМУ  ХОЗЯЙСТВУ

Московский  государственный агроинженерный

университет им. В.П. Горячкина

Институт  непрерывного профессионального образования

 

Кафедра: 190600

«Эксплуатация транспортно-технологических

 машин и комплексов»

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине

«СИЛОВЫЕ АГРЕГАТЫ»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проверил преподаватель                                      Выполнил

            Егоров Р. Н._______2012г                                        студент гр. 11-А/11

         Киселёв В.______2012г

 

 

 

 

 

г. Клин 2012

СОДЕРЖАНИЕ

1. Тепловой расчёт бензинового (карбюраторного) двигателя

2. Тепловой расчёт дизельного двигателя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Тепловой  расчёт бензинового (карбюраторного) двигателя

 

Исходные данные

Таблица 1.1:

Прототип двигателя	Ne, кВт	N, об/мин	Степень сжатия ε	Число и расположение цилиндров
УАЗ-3151	66	4000	7	4, рядное

 

Целью теплового расчета является расчет рабочего цикла и основных показателей двигателя, определения его основных размеров и сравнительных параметров двигателя, а также расчет составляющих теплового баланса. На основании теплового расчета строится индикаторная диаграмма.

Двигатель c распределенным впрыском бензина.

Расчет рабочего цикла и основных показателей двигателя производим по программе, разработанной Богатыревым А.В.

 

1.1. Тепловой расчет рабочего цикла и показателей двигателя при работе с распределенным впрыском бензина.

 

1.1.1. Выбор   величины   коэффициента   избытка   воздуха   и   параметров заряда на впуске

- коэффициент избытка воздуха: α = 0,8….0,95;

примем α =0,93 - для достижения наибольших мощностных показателей при

работе на номинальном режиме.

- давление заряда на впуске, принимается равным давлению  окружающей

среды:

= 0,1 МПа - двигатель без наддува

- температура заряда на впуске, также принимается равной температуре

окружающей среды  .

1.1.2. Расчет процессов газообмена

- давление остаточных газов:

, МПа   

Для карбюраторного двигателя  на номинальных режимах:

МПа

- температура остаточных газов,  для двигателей с распределенным впрыском бензина

800….1000°К

При номинальных режимах  карбюраторного двигателя  = 950 К

 

∆Т - температура подогрева свежего  заряда

∆T =  5….20°К

С целью получения  хорошего наполнения карбюраторных  двигателей на номинальных скоростных режимах принимается ∆T = 10°К

Результаты расчета:

- давление заряда в конце  впуска (в начале сжатия):

, МПа, где   

- потери давления за счет  сопротивления впускной системы  и затухания скорости движения заряда, = 0,05….0,2 МПа (теоретически).

Примем  = 0,011МПа (для карбюраторных двигателей).

В нашем случае:

МПа

- коэффициент остаточных газов, = 0,04….0,12

   

Подставляя известные  значения, получим:

Т_а- температура заряда в конце впуска (в начале сжатия), Т_{а =} 320….370К

    

Применительно к нашим  данным, имеем:

К

Коэффициент наполнения η_v представляет собой отношение действительного количества свежего заряда, поступившего в цилиндр в процессе впуска, к тому количеству, которое могло бы поместиться в рабочем объеме цилиндра при условии, что температура и давление в нем равны температуре и давлению среды на впуске. Коэффициент продувки φ₁ = 1,02…1,06, примем φ₁ = 1,02.

  

Для двигателей с распределенным впрыском бензина при работе на номинальном режиме коэффициент наполнения η_v должен находиться в пределах 0,7 …. 0,9.

 

1.1.3. Расчет процессов сжатия

Основными характеристиками процесса сжатия являются параметры заряда в конце сжатия: давление Р_с, температура Т_с и средний показатель политропы сжатия n₁. Показатель политропы сжатия:

• Давление газов конца сжатия:  

     

= 0,9….1,5 МПа

Имеем: МПа

• Температура конца сжатия:   

     

= 550….750 К

Имеем: К

• Средний показатель политропы сжатия n₁, который характеризует теплообмен между зарядом и стенками камеры сгорания. Факторы, увеличивающие отвод теплоты от заряда, снижают значение n₁ и показатели цикла. Для двигателей с распределенным впрыском бензина на номинальном режиме работы значения n₁ находятся в пределах 1,3 … 1,37.

 

 

 

 

 

 

1.1.4. Расчет процесса сгорания

Процесс сгорания – основной процесс, в котором химическая энергия  топлива превращается в теплоту и идет на повышение внутренней энергии рабочего тела и совершение работы.

Расчет процесса сгорания проводится в 2 этапа: термохимический расчет для определения количества рабочего тела и термодинамический расчет для оценки параметров состояния рабочего тела.

 

Термохимический расчет процесса сгорания.

Количество воздуха (L₀, кМоль  или L₀¹, кг) теоретически необходимое для полного сгорания 1кг топлива, зависит от элементарного состава топлива и определяется по формуле:

   

Для автомобильных бензинов:

С,Н,О - массовые доли углерода, водорода в 1 кг топлива:

С = 0,855; Н = 0,145; О = 0,145

кМоль

- количество свежего заряда, находящегося в цилиндре:

 кМоль    

 кМоль

Где α = 0,93 -  коэффициент избытка воздуха на основных режимах.

  - количество остаточных газов:

 кМоль    

 кМоль

 - количество продуктов сгорания:

кМоль,

где

- действительный коэффициент  молекулярного изменения 

Для двигателей с распределенным впрыском бензина 1,02….1,12

     

_{Принимаем равным 1,07. Получаем:}

 кМоль

Термодинамический расчет процесса сгорания;

- изохорная теплоемкость свежего заряда:

 кДж/кМоль·К  

Где = 18,42+1,61а, = (15,5+13,82)*10^-4 . Для карбюраторных двигателей а = 1, тогда: = 18,42+1,61 = 20,03, = 29,32*10^-4 .

 кДж/кМоль·К

- изохорная теплоемкость продуктов  сгорания:

 кДж/кМоль·К,   

Где А₂ = 20,2+(0,92/а), В₂ = 15,5+(13,8/а)*10^-4Т_z. Для карбюраторных двигателей а = 1, тогда А₂ = 20,2+(0,92/1) = 21,12,

В₂ = 15,5+(13,8/1)*10^-4Т_z = 29,3*10^-4Т_z

 кДж/кМоль·К

1.1.5.Расчет процесса расширения

В результате процесса расширения происходит преобразование тепловой энергии заряда в механическую работу. Основными характеристиками процесса являются давление Р_в = 0,35….0,5 МПа и температура Т_в = 1200….1500 К в конце процесса и средний показатель политропы расширения n₂. Для упрощения расчета допускают, что расширение происходит по политропному процессу со средним показателем политропы n₂ = 1,23….1,30. Давление Р_в, МПа и температура Т_в, К конца расширения определяют для точки «в» по уравнению политропного процесса:

 , МПа    

  , К     (2.16)

     

 

Расчет процесса расширения завершает  расчет параметров рабочего тела в  характерных точках цикла. Правильность выбора исходных температуры и давления остаточных газов проверяется по формуле:

 К   

Отклонение величины температуры незначительно, следовательно  параметры заданы правильно и рассчёт верен. 

 

1.1.6. Расчет показателей рабочего цикла и двигателя.

Оценку рабочего цикла проводят по индикаторным показателям, среди которых важны прежде всего среднее индикаторное давление, индикаторная мощность, индикаторный КПД, удельный индикаторный расход топлива. Работу двигателя в целом оценивают по эффективным показателям – среднему эффективному давлению, эффективной мощности, эффективному КПД, удельному расходу топлива.

Расчет индикаторных показателей двигателя:

Среднее индикаторное давление цикла Р_i - это условное постоянное давление, при котором за один ход поршня совершается работа, равная индикаторной работе цикла L_i. Действительное среднее индикаторное давление для двигателя с распределенным впрыском бензина определяется по

формуле:

 = 0,8….1,2 МПа

= 0,92….0,97 - коэффициент полноты индикаторной диаграммы, принимаем равным 0,93.

Индикаторный КПД характеризует  степень использования в действительном цикле теплоты топлива для получения индикаторной работы

и представляет собой  отношение количества теплоты, которое пошло на совершение полезной работы, ко всей теплоте затраченного топлива. Индикаторный КПД определяется по формуле:

0,26….0,4

 

М_с – количество молей газов, находящихся в цилиндре в начале сгорания.

Совершенство цикла, его  топливная экономичность может быть оценена величиной удельного индикаторного расхода топлива, характеризующего затраты топлива в граммах на получение единицы мощности в 1 кВт при работе в течении 1 часа, т.е.:

Для бензинового топлива = 235….320 г/кВт ч:

, г/кВт*ч   

Индикаторная мощность определяется по формуле:

кВт   

, л – рабочий объем цилиндра;

= 4 – число цилиндров;

= 4 – коэффициент тактности

 

 

1.1.7.  Расчет эффективных показателей двигателя

Средне давление механических потерь , по которому оценивают потери на преодоление внутренних сопротивлений, определяется по эмпирической зависимости:

, МПа    

, об/мин – частота вращения  вала двигателя;

=0,05 МПа; =0,013 МПа – эмпирические коэффициенты для двигателя с распределенным впрыском бензина.

Среднее эффективное  давление Р_е представляет собой отношение эффективной работы на коленчатом валу двигателя к величине рабочего объема цилиндра. Величина Р_е может быть определяется по формуле:

 МПа    

= 0,6….1,1 МПа;

Механический КПД характеризует относительный уровень механических потерь и определяется как отношение среднего эффективного давления к индикаторному:

     

=0,7….0,9;

В целом топливная  экономичность двигателя с учетом всех потерь теплоты, в том числе и механических, может характеризоваться величиной эффективного КПД η_е или удельного эффективного расхода топлива g_е.

Эффективным КПД называется отношение количества теплоты, эквивалентной эффективной работе, получаемой на коленчатом валу двигателя, к общему количеству теплоты, внесенной в двигатель с топливом. Эффективный КПД определяется выражением: