Тепловой расчет двигателя

Б3.Б.8.3 Двигатели внутреннего сгорания

Б3.В.1 Силовые агрегаты

Б3.В.9 Тракторы и автомобили

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗНИЯ

к выполнению курсовой работы

для студентов специальности

23.03.02 машины и оборудование для городского хозяйства.

23.03.03 автомобили и автомобильное хозяйство.

35.03.06 технические системы в агробизнесе.

35.03.06 технический сервис в агропромышленном комплексе.

Уфа 2015

Обсуждены и одобрены на заседании кафедры «Автомобили и машинно – тракторные комплексы» «» ноября 2015 года (протокол №).

Рекомендовано к опубликованию методической комиссией механического факультета «» ноября 2015г. (протокол №).

Составители: д.т.н., профессор Баширов Р.М.,

к.т.н., доцент Костарев К.В.

Ответственный за выпуск:

зав. кафедрой, к.т.н., Костарев К.В.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ЦЕЛЬ, ЗАДАЧИ И СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ (ПРОЕКТА)…………………………………………………………
ОФОРМЛЕНИЕ РАБОТЫ ….……………………………………
1 ВЫБОР ТИПА И ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДВИГАТЕЛЯ И ОБОСНОВАНИЕ ПРИНИМАЕМОГО СПОСОБА СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ………………… ………………………...
2 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ……………………………..
2.1 Процесс впуска………………………………………………
2.2 Процесс сжатия……………………………………………..
2.3 Процесс сгорания………………………………………........
2.4 Процесс расширения………………………………………..
2.5 Процесс выхлопа……………………………………………
3 ПОСТРОЕНИЕ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ……………………………………………………….
3.1 Построение индикаторной диаграммы……………………
3.2 Определение индикаторных показателей работы двигателя (рi, hi и gi)…………………………………..………...
3.3 Определение эффективных показателей работы двигателя……………………………………………………..…..
4 УТОЧНЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОМПЛЕКСНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СТЕПЕНИ ФОРСИРОВАННОСТИ ДВИГАТЕЛЯ………………………….…
5 ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ДВИГАТЕЛЯ………………………….....
6 КИНЕМАТИЧЕСКИЙ И ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА ………………..
6.1. Построение графика инерционных усилий……………….
6.2. Построение графика тангенциальных сил………………..
6.3. Расчет массы маховика……………………………………
7 СВОДНЫЕ ДАННЫЕ СПРОЕКТИРОВАННОГО ДВИГАТЕЛЯ…….…………………………………………………..
БИБЛИОГРАФИЯ………………………………………………..

ЦЕЛЬ, ЗАДАЧИ И СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОЙ

РАБОТЫ

Цель курсовой работы – овладение методикой и навыками самостоятельного решения инженерных задач в области двигателей внутреннего сгорания.

Студенту выдается задание на курсовую работу по расчету двигателя трактора (автомобиля).

Курсовая работа состоит из разделов:

- выбор типа и основных параметров двигателя и обоснование принимаемой формы камеры сгорания и схемы коленчатого вала, анализ процессов смесеобразования и сгорания (для принятой камеры сгорания) с использованием индикаторной диаграммы;

- тепловой расчет двигателя;

- построение индикаторной диаграммы, удельных сил инерции и диаграммы удельных тангенциальных усилий для одного цилиндра, и суммарной удельной тангенциальной силы для всех цилиндров и определение индикаторных и эффективных показателей двигателя;

- тепловой баланс двигателя;

- изображение усилий, действующих на детали кривошипно-шатунного механизма (КШМ) при заданном его положении;

- расчет массы маховика.

ОФОРМЛЕНИЕ РАБОТЫ

Все расчеты выполняются в международной системе измерений СИ.

Курсовая работа (проект) оформляется строго соблюдая требования стандарта предприятия – СТО 0493582-003-2006 в виде пояснительной записки формата А4 с необходимыми схемами, таблицами, графиками.

Все графики строятся в одинаковом масштабе.

Графический материал выполняется карандашом на ватмане формата А1.

Приводимые в пояснительной записке схемы должны иметь порядковые номера и подрисуночные надписи. В тексте на них должны содержаться соответствующие ссылки.

Необходимые для расчетов коэффициенты должны приниматься обосновано (с соответствующими пояснениями и ссылкой на литературный источник цифрами в квадратных скобках, соответствующих нумерации списка литературы, приводимого в конце пояснительной записки).

ВЫБОР ТИПА И ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ

ДВИГАТЕЛЯ И ОБОСНОВАНИЕ ПРИНИМАЕМОГО

СПОСОБА СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ

Тип двигателя (дизельный или с искровым зажиганием (ДсИЗ)), число и расположение цилиндров принимаются с учетом его назначения, условий работы и технико-экономических показателей (сложность конструкции и проведения технического обслуживания, моторесурс, стоимость изготовления и ремонта, экономичность и т.д.).

Обоснование выбора приводится в пояснительной записке.

Форму коленчатого вала (расположение колен) следует определять с учетом необходимости обеспечения высокой равномерности крутящего момента и упрощения решения вопросов уравновешивания двигателя.

Принимаемые формы коленчатого вала двигателя, камеры сгорания и способ смесеобразования следует обосновать, учитывая назначение двигателя и требования к его технико-экономическим показателям и простоте конструкции.

В пояснительной записке следует дать подробный анализ процессов смесеобразования и сгорания (для принятой камеры сгорания) с использованием развернутой индикаторной диаграммы.

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ

Тепловой расчет двигателя производится с целью нахождения показателей рабочего цикла, необходимых для построения индикаторной диаграммы и определения мощностных и экономических показателей работы двигателя.

Расчет рабочего цикла производится для режима работы двигателя, соответствующего номинальной мощности и нормальным условиям окружающей среды. Необходимые для расчета двигателя значения степени сжатия, коэффициента наполнения цилиндров, показатели политроп сжатия и расширения, параметров окружающей среды, коэффициента использования тепла, а для дизеля – и степени повышения давления и давления наддува принимаются на основании лекционного материала и литературных источников.

Индикаторная диаграмма строится расчетным путем на основе вычисленных основных параметров характерных точек для процессов впуска, сжатия, сгорания, расширения и выпуска.

Предварительно ориентируясь на заданную мощность (Nе) и выполненные двигатели и принятый коэффициент избытка воздуха (α) назначаются приближенные значения удельного расхода топлива (ge) номинальной частоты вращения коленчатого вала (n) и коэффициента наполнения цилиндра двигателя (hv).

Дается обоснование принятых значений ge , n и hv.

После этого проводится ориентирвочный расчет двигателя следующим образом. Находится ориентировочное значение цикловой подачи топлива (gц в мм3/цикл):

тепловой расчет двигателя - student2.ru , (2.1)

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

ge- эффективный удельный расход топлива в г/(кВт∙ч) (предварительно принимается ориентируясь на выполненные двигатели);

t - коэффициент тактности двигателя (τ=1– если двухтактный и 0,5 - четырехтактный);

Ne - эффективная мощность двигателя, кВт;

ρТ - плотность топлива, г/мм3.

Для определения объема воздуха, поступающего в цилиндр двигателя в процессе впуска Vо, необходимо предварительно вычислить его плотность на впуске тепловой расчет двигателя - student2.ru (кг/м3):

тепловой расчет двигателя - student2.ru = тепловой расчет двигателя - student2.ru , (2.2)

где: p0 - давление окружающей среды (или давление наддува pк дизелей с наддувом), МПа;

То- температура окружающей среды (или надувочного воздуха Тк), К;

Rв- газовая постоянная воздуха, тепловой расчет двигателя - student2.ru .

Учитывая, что для сгорания одного кг топлива требуется примерно Lo/= 14,5 кг воздуха, для вычисленной цикловой подачи находится требуемый объем воздуха (м3):

Vо = тепловой расчет двигателя - student2.ru , (2.3)

где: ΔV /- цикловая подача топлива, г/цикл;

α- коэффициент избытка воздуха.

Приняв коэффициент короткоходности (к) определяются ориентировочные значения диаметра (D) и хода

поршня (S), м:

тепловой расчет двигателя - student2.ru , (2.4)

и S=к∙D, (2.5)

где: к- коэффициент короткоходности;

ηv- коэффициент наполнения цилиндра свежим зарядом

Ориентируясь на эти значения, ведется уточненный тепловой расчет двигателя. Окончательные значения D и S уточняются по результатам теплового расчета двигателя.

Тепловой расчет начинается с процесса впуска.

Процесс впуска

Температура в конце процесса впуска Та в К:

тепловой расчет двигателя - student2.ru , (2.6)

где: Т0 – температура окружающей среды, К; (Т0=293 К)

DТ – подогрев свежего заряда, К;

gr – коэффициент остаточных газов;

Тr – температура статочных газов, К.

r=1000…1100 К – для ДсИЗ, и800…900 К – для дизелей).

Для двигателя с наддувом вместо То принимается Тк – температура воздуха после компрессора, К:

Тк= тепловой расчет двигателя - student2.ru (2.7)

где: nk – показатель политропы сжатия воздуха в компрессоре.

Для центробежных нагнетателей с охлаждаемым корпусом nk=1,4…1,8 – без охлаждаемого корпуса

nk=1,8…2,0 – с охлаждаемым корпусом.

Давление в конце впуска pа, в кПа:

pа= (0,85…0,9)∙p0 , (2.8)

где p0– давление окружающей среды (или в случае наддува - давление наддува pк), кПа.

Процесс сжатия

Давление в конце сжатия pс , кПа:

pс = pа · ε n1 , (2.9)

Температура в конце сжатия Тс, К:

Тс= Та · εn1-1, (2.10)

где: n1 - средний показатель политропы сжатия.

Величину n1 можно (определить, если она не задана) по эмпирической формуле профессора В.А. Петрова, как функцию от угловой скорости вращения коленчатого вала.

Процесс сгорания

Предварительно находится теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива (кмоль/кг):

тепловой расчет двигателя - student2.ru , (2.11)

где: С, Н и О – содержание углерода, водорода и кислорода в топливе, кг.

Затем определяется действительное количество воздуха (кмоль/кг):

L= a×L0, (2.12)

Дается обоснование выбранного значения коэффициента избытка воздуха a.

Вычисляется число молей газов после сгорания:

- при a>1: тепловой расчет двигателя - student2.ru ; (2.13)

- при a<1: тепловой расчет двигателя - student2.ru . (2.14)

Находятся последовательно химический β0 и действительный β коэффициенты молярного изменения:

тепловой расчет двигателя - student2.ru . (2.15)

тепловой расчет двигателя - student2.ru . (2.16)

Мольная теплоемкость чистого воздуха в конце сжатия μvc, в кДж/(кмоль·К):

тепловой расчет двигателя - student2.ru , (2.17)

где: а = 20,16 и в = 1,738×10-3 – постоянные коэффициенты.

Для продуктов сгорания (в конце сгорания):

- при a<1 тепловой расчет двигателя - student2.ru ,

- при a>1 тепловой расчет двигателя - student2.ru (2.18)

Мольная теплоемкость при постоянном давлении:

тепловой расчет двигателя - student2.ru , (2.19)

где: mR=8,314 кДж/ (кмоль·К) – универсальная газовая постоянная.

Температура в конце сгорания Тz определяется по формулам:

- для дизеля: тепловой расчет двигателя - student2.ru , (2.20)

- для ДсИЗ: тепловой расчет двигателя - student2.ru . (2.21)

где: x– коэффициент использования тепла.

для ДсИЗ x=0,85...0,95; для дизелей x=0,7…0,85;

Qн– низшая удельная теплота сгорания (у дизельных топлив QH=42500 кДж/кг, бензина QH=44000 кДж/кг);

DQ –потеря тепла из-за неполноты сгорания для случая, когда

a<1. DQ=119950 (1-a) Lо , кДж/кг;

Затем находится степень нарастания давления l.

Для дизельных двигателей величину l следует принять в соответствии с типом камеры сгорания и затем определить максимальное давление сгорания Pz:

Pz= l×Pc, (2.23)

Для ДсИЗ величина l определяется после вычисления температуры в конце сгорания Тz:

тепловой расчет двигателя - student2.ru , (2.24)

По величине l определяется Pz:

Pz= l×Pc, (2.25)

Процесс расширения

Для дизеля находится cтепень предварительного расширения ρ:

тепловой расчет двигателя - student2.ru , (2.26)

и затем степень последующего расширения δ:

тепловой расчет двигателя - student2.ru , (2.27)

Давление в конце расширения pe, кПа:

тепловой расчет двигателя - student2.ru ,

Температура в конце расширения Тe, К:

- для дизеля: тепловой расчет двигателя - student2.ru (2.28)

- для ДсИЗ: тепловой расчет двигателя - student2.ru (2.29)

Показатель политропы расширения n2 определяется также по эмпирическим формулам профессора В.А. Петрова.

Процесс выхлопа

Давление в конце выхлопа pr , кПа:

pr=kr× p0 , (2.31)

где: p0 – давление окружающей среды (или давление наддува pк), кПа.

kr– коэффициент, зависящий от сопротивления выпускного тракта.

- для ДсИЗ и двигателей без наддува kr=(1.05…1.25);

- для двигателей с наддувом kr=(0,75…0,98).

Наши рекомендации