WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 9 |
В.М. МЕЛИСАРОВ, П.П. БЕСПАЛЬКО, М.А. КАМЕНСКАЯ ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ И ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КАРБЮРАТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ И ДВИГАТЕЛЯ С ВПРЫСКОМ ТОПЛИВА ИЗДАТЕЛЬСТВО ТГТУ УДК 621.431 ББК 39.35 М474 Р е ц е н з е н т ы:

Кандидат технических наук, старший научный сотрудник ВИИТиН Г.Н. Ерохин Кандидат педагогических наук, доцент А.Н. Попов Мелисаров, В.М.

М474 Тепловой расчёт и тепловой баланс карбюраторного двигателя и двигателя с впрыском топлива : учебное пособие / В.М. Мелисаров, П.П. Беспалько, М.А. Каменская. – Тамбов : Изд-во Тамб.

гос. техн. ун-та, 2009. – 128 с. – 100 экз.

ISBN 978-5-8265-0875-6 Рассмотрены тематика, объём структура и последовательность выполнения курсовых проектов по тепловому расчёту и тепловому балансу карбюраторного двигателя и двигателя с впрыском топлива, расчёт основных деталей двигателя.

Предназначено для студентов 4–5 курсов дневного и заочного отделений специальностей 190601 "Автомобили и автомобильное хозяйство", 311300 "Механизация сельского хозяйства".

УДК 621.431 ББК 39.35 ISBN 978-5-8265-0875-6 © ГОУ ВПО "Тамбовский государственный технический университет" (ТГТУ), 2009 Министерство образования и науки Российской Федерации ГОУ ВПО "Тамбовский государственный технический университет" В.М. Мелисаров, П.П. Беспалько, М.А. Каменская ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ И ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КАРБЮРАТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ И ДВИГАТЕЛЯ С ВПРЫСКОМ ТОПЛИВА Рекомендовано Учёным советом университета в качестве учебного пособия для студентов 4–5 курсов дневного и заочного отделений специальностей 190601 "Автомобили и автомобильное хозяйство", 311300 "Механизация сельского хозяйства" Тамбов Издательство ТГТУ 2009 Учебное издание МЕЛИСАРОВ Валерий Михайлович, БЕСПАЛЬКО Павел Павлович, КАМЕНСКАЯ Мария Анатольевна ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ И ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КАРБЮРАТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ И ДВИГАТЕЛЯ С ВПРЫСКОМ ТОПЛИВА Учебное пособие Редактор З.Г. Чернова Инженер по компьютерному макетированию М.Н. Рыжкова Подписано в печать 07.12.2009.

Формат 60 84 / 16. 7,44 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № Издательско-полиграфический центр Тамбовского государственного технического университета 392000, Тамбов, Советская, 106, к. ВВЕДЕНИЕ Автомобильный транспорт на современном этапе развития общества является одним из наиболее интенсивно развивающихся отраслей мировой экономики.

Автомобиль – это высокотехнологичное изделие, в котором сконцентрированы многие достижения современной науки и техники. Его грамотная эксплуатация требует глубоких знаний, связанных с производством и эксплуатацией автомобильных двигателей, глубоких знаний теории, конструкции и расчёта двигателей внутреннего сгорания.

Учебное пособие содержит систематизированную методику расчётов современных автомобильных бензиновых двигателей. Взаимосвязь комплексных тепловых расчётов с кинематическими и динамическими показана на примере двух двигателей с искровым зажиганием.

Курсовое проектирование оформляется в виде расчётно-пояснительной записки и графической части.

Учебное пособие содержит три раздела: тепловой расчёт и тепловой баланс карбюраторного двигателя;

тепловой расчёт и тепловой баланс двигателя с впрыском топлива; расчёт основных деталей двигателя. Учебное пособие позволит студенту выполнить курсовой проект на высоком профессиональном уровне и подготовиться к его защите.

Данное учебное пособие подготовлено в соответствии с государственными образовательными стандартами на подготовку дипломированных специалистов по специальностям 190601 "Автомобили и автомобильное хозяйство", 311300 "Механизация сельского хозяйства".

Задачи изучения дисциплины:

- ознакомиться с принципами систематизации и классификации автомобильных двигателей;

- изучить теорию рабочих процессов поршневого двигателя внутреннего сгорания (ДВС);

- освоить вопросы кинематики и динамики кривошипно-шатунного механизма двигателя;

- расчёт деталей с целью определения напряжений и деформаций, возникающих при работе двигателя;

- развить навыки и умение при расчётах и анализе качественных показателей рабочего процесса двигателя.

Структура расчётно-пояснительной записки:

1) титульный лист;

2) оглавление;

3) задание на курсовое проектирование.

Графическая часть проекта состоит из:

1) построения индикаторной и развернутой индикаторной диаграмм; построения суммарных сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме; сил, действующих на коренные шейки коленчатого вала – 1 лист.

2) конструктивной проработки КШМ, МГР и корпуса двигателя (продольный и поперечный разрезы двигателя) – 2 листа.

3) расчёта прочностных и основных элементов двигателя – 1 лист.

Исходные данные для теплового расчёта и теплового баланса двигателя выдаются руководителем курсового проекта и заносятся в табл. 1.

1. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ КАРБЮРАТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ Тепловой расчёт карбюраторного двигателя проводится в соотвествии с исходными данными, указанными в задании (табл. 1.1).

При проведении теплового расчёта для нескольких скоростных режимов обычно выбирают 3-4 основных режима. Для бензиновых двигателей такими режимами являются:



Таблица 1.Параметры Исходные данные Тип автомобиля ВАЗ Тип двигателя Карбюратор Тип трансмиссии Механическая трансмиссия Эффективная мощность двигателя, кВт Частота вращения коленчатого вала n, мин–1 Число цилиндров Степень сжатия 9,Коэффициент избытка воздуха 0,Давление окружающей среды Р0, МПа 0,Температура окружающей среды Т0, К Температура остаточных газов Тг, К Коэффициент выделения теплоты 0,1) режим минимальной частоты n = 600…1000 мин–1, обеспечивающий устойчивую работу двигателя.

2) режим максимального крутящего момента при n = (0,4…0,6) nN.

3) режим максимальной (номинальной) мощности при nN.

4) режим максимальной скорости движения автомобиля при n = (1,05…1,20) nN.

С учётом приведённых рекомендаций и задания на проектируемый двигатель тепловой расчёт последовательно проводится при n = 1000, 3200, 5600 мин–1.

Топливо. В соответствии с заданной степенью сжатия = 9,9 можно использовать бензины марок Премиум-95 и АИ-98 ЭК.

Средний элементарный состав и молекулярная масса бензина С = 0,855; Н = 0,145 и mт = 115 кг/кмоль.

Низшая теплота сгорания топлива Hи = 33,91C + 125,60H – 10,89(O – S) – 2,51(9H + W) = = 33,91 · 0,855 + 125,6 · 0,145 – 2,5 – 9 · 0, = 43,93 МДж/кг = 43 930 кДж/кг.

Параметры рабочего тела. Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива 1 C H O 1 0,855 0, L0 = + = + = - 0,208 4 32 0,208 12 12 = 0,516 кмоль возд. / кг топл.;

1 8 1 l0 = C + 8H - O = 0,855 + 8 0,145 = 0,23 3 0,23 = 14,957 кг возд. / кг топл.

Коэффициент избытка воздуха устанавливается на основании следующих соображений. На современных двигателях устанавливают многокамерные карбюраторы, обеспечивающие получение почти идеального состава смеси по скоростной характеристике. Возможность применения для рассчитываемого двигателя двухкамерного карбюратора с обогатительной системой и системой холостого хода позволяет получить при соответствующей регулировке как мощностной, так и экономичный состав смеси. Стремление получить двигатель достаточно экономичный и с меньшей токсичностью продуктов сгорания, которая достигается при = 0,93…0,98, позволяет принять = 0,93 на основ- ных режимах, а на режимах минимальной частоты вращения = 0,86 (рис. 1.1).

Тr, К 1,доз 0,Тr 0,8 0,0,0,доз 0, n, мин–Рис. 1.1. Исходные параметры для теплового расчёта карбюраторного двигателя Далее непосредственный числовой расчёт будет проводиться только для режимов максимальной мощности, а для остальных режимов окончательные значения рассчитываемых параметров приводятся в табличной форме.

Количество горючей смеси M1 = L0 +, mт mт – молекулярная масса паров топлива, кг/моль;

• для карбюраторного двигателя M1 = 0,93 · 0,516 + 1/115 = 0,48858 кмоль гор. см / кг топл., K – постоянная величина, зависящая от отношения количества водорода к окислу углерода (для бензина k = 045…0,5).

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

C 1- 0,855 1- 0,MCO2 = - 2 0,208L0 = - 2 0,208 0,516 = 12 1+ K 12 1+ 0, = 0,06125 кмоль СО2 / кг топл.;

1- 0,MCO = 2 0,208 0,516 = 0,01 кмоль СО / кг топл.;

1+ 0,H 1- 0,145 1- 0,MH2O = - 2K 0,208L0 = - 2 0,5 0,208 0,516 = 2 1+ K 2 1+ 0, = 0,0575 кмольН2О / кг топл.;

1- 1- 0,MH2 = 2K 0,208L0 = 2 0,5 0,208 0,516 = 1+ K 1+ 0, = 0,015 кмоль Н2 / кг топл.;

M = 0,792L0 = 0,792 0,93 0,516 = 0,3801 кмоль N2 / кг топл.

NОбщее количество продуктов сгорания:

M2 = MCO2 + MCO + MH2O + MH2 + MN2 = C /12 + H / 2 + 0,792L0 = = 0,06125 + 0,01+ 0,0575 + 0,015 + 0,3801 = = 0,52385 кмоль пр. сг / кг топл.

Параметры Рабочее тело N 1000 3200 0,86 0,93 0,M1 0,4525 0,48858 0,МСО0,0512 0,06125 0,МСО 0,0200 0,01000 0,МH2O 0,0625 0,05750 0,МH0,0100 0,00150 0,МN2 0,3515 0,38010 0, 0,4952 0,52385 0,Параметры окружающей среды и остаточные газы. Давление и температура окружающей среды при работе двигателей без наддува рк = р0 = 0,1 МПа и Тк = Т0 = 285 К.

Температура остаточных газов. При постоянных значениях степени сжатия = 9,9 температура остаточных газов практически линейно возрастёт с увеличением скоростного режима при = const, но уменьшается при обогащении смеси. Учитывая уже определённые значения п и, можно принять значения Тr для расчётных режимов карбюраторного двигателя по рис. 1.1 при номинальных режимах Tr = 1020 К.

Давление остаточных газов рr за счёт расширения фаз газораспределения и снижения сопротивлений при конструктивном оформлении выпускных трактов рассчитываемого двигателя можно принять на номинальном скоростном режиме:

prN = 1,18 p0 = 1,18 0,1 = 0,118 МПа;

тогда величины давлений на остальных режимах будут pr = p0(1,035 + Ap 10-8 n2), где Ap = ( prN - p0 1,035) 108 /(nN p0) ;

при nN = 5600 мин–Ap = (0,118 - 0,11,035) 108 /(56002 0,1) = 0,4624 ;

при nN = 3200 мин–pr = 0,1(1,035 + 0,4624 10-8 32002) = 0,108234976 ;

при nN = 1000 мин–pr = 0,1(1,035 + 0,4624 10-8 10002) = 0,1039624.

1.1. ПРОЦЕСС ВПУСКА Температура подогрева свежего заряда. С целью получения хорошего наполнения двигателей на номинальных скоростных режимах принимается TN = 8 °С для карбюраторного двигателя. Тогда на остальных режимах значения T рассчитываются по формуле T = AT (110 – 0,0125n) = 0,2·40 = 8 К;





где AT = TN / (110 – 0,0125nN) = 8 / (110 – 0,0125·5600) = 0,2;

при nN = 3200 мин–T = 0,2 · (110 – 0,0125 · 3200) = 0,2 · 70 = 14;

при nN = 1000 мин–T = 0,2 · (110 – 0,0125 · 1000) = 0,2 · 97,5 = 19,5.

Плотность заряда на впуске p0 = p0 106 /(RвT0 ) = 0,1106 /(287 285) = 1,223 кг/м3, где Rв = 287 Дж/(кг·град) – удельная газовая постоянная для воздуха.

Потери давления на впуске. В соответствии со скоростными режимами (n = 5600 мин–1) и при учёте качественной обработки внутренних поверхностей впускных систем можно принять для карбюраторного двигателя 2 + вп = 2,8 и вп = 95 м/с. Тогда Ра на всех скоростных режимах двигателей рассчитывается по формуле Pа = (2 + вп)An n2 pк10-6 / 2, где An = wвп / nN ;

при nN = 5600 мин–Pа = 2,8 0,016962 56002 1,22310-6 / 2 = 0,015428931, где An = wвп / nN.

Потери давления на впуске карбюраторного двигателя:

при nN = 5600 мин–1, An = 95/5600 = 0,01696;

при nN = 3200 мин–Pа = 2,8 0,016962 32002 1,22310-6 / 2 = 0,005038018 ;

при nN = 1000 мин–Pа = 2,8 0,016962 10002 1,22310-6 / 2 = 0,000491993.

Давление в конце впуска в карбюраторном двигателе:

при nN = 5600 мин–Pa = P0 - Pa = 0,1- 0,0154 = 0,0846 МПа;

при nN = 3200 мин–Pa = P0 - Pa = 0,1- 0,00504 = 0,09496 МПа;

при nN = 1000 мин–Pa = P0 - Pa = 0,1- 0,00049 = 0,09951 МПа.

Коэффициент остаточных газов. При определении r для карбюраторного двигателя без надува принимается коэффициент очистки оч = 1, а коэффициент дозарядки на номинальном скоростном режиме – доз = 1,10, что вполне возможно получить при подборе угла опаздывания закрытия впускного клапана в пределах 30…60°.

При этом на минимальном скоростном режиме (n = 1000 мин–1) возможен обратный выброс в пределах 5 %, т.е.

доз = 0,95. На остальных режимах значения доз можно получить, приняв линейную зависимость доз от скоростного режима. Тогда (см. рис. 1.1) при nN = 5600 мин–T0 + T оч pr 285 + 8 0,r = = = 0,041 ;

Tr доз pa - оч pr 1020 9,9 1,1 0,0873 - 0,при nN = 3200 мин–T0 + T оч pr 285 +14 0,r = = = Tr доз pa - оч pr 1000 9,9 1,025 0,09469 - 0,= 0,0410813;

при nN = 1000 мин–T0 + T оч pr 285 +19,5 0,r = = = Tr доз pa - оч pr 900 9,9 0,950 0,09951- 0,= 0,048812502.

Температура в конце впуска в карбюраторном двигателе Ta = (T0 + T + rTr ) /(1+ r ) ;

при nN = 5600 мин–Ta = (T0 + T + rTr ) /(1+ r ) = = (285 + 8 + 0,0411020) /(1+ 0,041) = 321,63 К;

при nN = 3200 мин–Ta = (T0 + T + rTr ) /(1+ r ) = = (285 +14 + 0,04108131000) /(1+ 0,0410813) = 326,67 К;

при nN = 1000 мин–Ta = (T0 + T + rTr ) /(1+ r ) = = (285 +19,5 + 0,048813900)/(1+ 0,048813) = 336,87 К.

Коэффициент наполнения карбюраторного двигателя T0 1 v = (дозpа - оч pr ) ;

T0 + T -1 pпри nN = 5600 мин–T0 1 v = (дозpа - оч pr ) = T0 + T -1 p285 1 = (1,19,9 0,0846 -1 0,118) = 0,875815382;

285 + 8 9,9 -1 0,при nN = 3200 мин–T0 1 v = (дозpа - оч pr ) = T0 + T -1 p285 1 = (1,025 9,9 0,09469 -1 0,1082) = 0,9133528;

285 +14 9,9 -1 0,при nN = 1000 мин–T0 1 v = (дозpа - оч pr ) = T0 + T -1 p285 1 = (0,950 9,9 0,09951-1 0,1040) = 0,875203.

285 +19,5 9,9 -1 0,Параметры Процесс впуска и газообмена n 1000 3200 0,86 0,93 0,Тr 900 1000 рr 0,1040 0,1082 0,Т 19,5 14,0 8,рa 0,000491993 0,005038018 0,рa 0,09951 0,09469 0,доз 0.950 1,025 1,r 0,048813 0,0410813 0,Та 337 327 v 0,8752 0,9134 0,1.2. ПРОЦЕСС СЖАТИЯ Средний показатель адиабаты сжатия k1 (при = 9,9, а также рассчитанных значениях Та ) определяется по номограмме (рис. 1.2), а средний показатель политропы сжатия n1 принимается несколько меньше k1. При выборе n1 учитывается, что с уменьшением частоты вращения теплоотдача от газов в стенки цилиндра увеличивается, а n1 уменьшается по сравнению с k1 более значительно:

T0, K Рис. 1.2. Номограмма для определения показателя адиабаты сжатия k• для карбюраторного двигателя при nN = 5600 мин–1, Ta = 322 К и = 9,9 показатель адиабаты сжатия определён по номограмме k1 = = 1,3785;

Давление в конце сжатия для карбюраторного двигателя:

при nN = 5600 мин–Pc = Pan1 = 0,0846 9,91,3780 = 1,9923 МПа;

при nN = 3200 мин–Pc = Pan1 = 0,09469 9,91,3770 = 2,2248 МПа;

при nN = 1000 мин–Pc = Pan1 = 0,09951 9,91,3760 = 2,33271 МПа, где n1 = 1,3735 принят несколько меньше k1 = 1,374.

Температура в конце сжатия для карбюраторного двигателя:

при nN = 5600 мин–Tc = Tan1 -1 = 322 9,91,3780-1 = 765,96 К;

при nN = 3200 мин–Tc = Tan1 -1 = 327 9,91,3770-1 = 776,07 К;

при nN = 1000 мин–Tc = Tan1 -1 = 337 9,91,3760-1 = 797,97 К.

Средняя мольная теплоёмкость в конце сжатия:

а) свежей смеси (воздуха) для карбюраторного двигателя (mcv)tc = 20,6 + 2,638 10-3tc, tгде tc = Tc - 273 °С; тогда при nN = 5600 мин–(mcv)tc = 20,6 + 2,638 10-3 493 = 21,900534 кДж/(кмоль·град);

tпри nN = 3200 мин–(mcv)tc = 20,6 + 2,638 10-3 503 = 21,926914 кДж/(кмоль·град);

tпри nN = 1000 мин–(mcv)tc = 20,6 + 2,638 10-3 525 = 21,98495 кДж/(кмоль·град);

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 9 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.