Тепловой расчет двигателя "Москвич- 412"

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение.                                                                                                               2

Исходные данные.                                                                                                  3

1.Расчёт параметров рабочего тела.                                                                    4

2.Расчёт параметров процесса  впуска.                                                                 7

3.Расчёт параметров сжатия.                                                                                9

4. Расчет параметров процесса горения.                                                            10   


5.Параметры процесса расширения.                                                                    14

6 Определение индикаторных и  эффективных показателей двигателя.          15

7.Основные размеры двигателя.                                                                           18

Заключение.                                                                                                            21

Список используемой литературы.                                                                      22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


ВВЕДЕНИЕ

 

Карбюраторные двигатели  прошли длительный путь развития и  достигли высокого совершенства. Однако перед конструкторами и эксплуатационниками стоит задача —обеспечить дальнейший существенный рост экономичности этих двигателей.

Для этого необходимо сокращение энергозатрат и уменьшение трудозатрат на их изготовление, техническое обслуживание и ремонт, снижение расхода металла, эксплуатационных материалов; облегчение условий труда персонала и управления двигателями; улучшение их экологических характеристик. Достижение более совершенных показателей возможно на основе применения прогрессивных конструктивных схем, рабочих процессов, конструкций систем узлов и деталей.

Повышение степени сжатия является эффективным средством  улучшения топливной экономичности  карбюраторных двигателей на всех режимах  работы. Однако этот путь требует или повышения октанового числа бензина, или снижения требований двигателя к антидетонационным качествам бензина. В связи с известными проблемами обеспечения поршневых д.в.с. жидкими топливами нефтяного происхождения дальнейшее повышение октанового числа бензина маловероятно. Поэтому активно разрабатываются различные способы снижения требований двигателя к антидетонационным качествам бензина. Одним из таких способов является использование винтовых впускных каналов в новых карбюраторных двигателях, ранее нашедших применение в дизелях.

 

Интенсивное вращательное движение заряда в цилиндрах, создаваемое каналами в процессе впуска, приводит к заметному  увеличению скорости сгорания и способствует благодаря этому уменьшению опасности  возникновения детонации, так как сокращается время, в течение которого в последних порциях заряда развиваются очаги самовоспламенения. Переход к винтовым впускным каналам позволяет без изменения октанового числа бензина увеличить степень сжатия двигателя, в результате чего эксплуатационная экономичность двигателя улучшается на 3—4%.

Большие перспективы  в направлении повышения топливной  экономичности карбюраторных двигателей имеет применение электроники в  системах питания и зажигания. Применение электроники позволяет повысить мощность искрового разряда, а при необходимости и изменять ее в зависимости от режима работы двигателя. Внедрение микропроцессорных систем зажигания улучшает топливную экономичность карбюраторных двигателей на 3—5%.

На основе исходых  данных в настоящем курсовом проекте проводится тепловой расчет двигателя, в результате которого определяются основные энергетические, экономические и конструктивные параметры двигателя. По результатам теплового расчета производится построение индикаторной диаграммы, выполняется динамический, кинематический и прочностной расчеты.

     Таким образом,  тепловой расчёт двигателя является  первой и необходимой ступенью  в процессе проектирования и  создания нового двигателя или в процессе совершенствования существующего.

     

 

 

 

 

 

 


ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

 

Номинальная мощность двигателя  кВт л.с.

Номинальное число оборотов об/мин

Число цилиндров

Степень сжатия

Коэффициент избытка воздуха 

Топливо – бензин А-76 с химическим составом:

С=0,855; Н=0,145; .

Низшая  теплота сгорания

 

1 РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ТЕЛА.

  

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива.

 

    ;                                                                     (1.1)

 

     кг                                     или

 

                                                                      (1.2)

 

  кмоль .

  Действительное количество  воздуха, участвующего в сгорании 1 кг топлива при =0,9:

                                                                                                      (1.3)     

                                                                                              (1.4)

Суммарное количество свежей смеси:

                                                                                            (1.5)

кг;

 

        ;                                                                                    (1.6)

  кмоль.

Здесь μт- молярная масса топлива;  μт=114

 

1.4. Общее количество  продуктов сгорания при α < 1 . Продукты сгорания состоят из углекислого газа , водяного пара (водяные пары), окиси углерода , свободного водорода и азота .

     Количество  отдельных составляющих продуктов  сгорания в                    

кмоль:

                                                                                      (1.7)   

  ,

                                                                                  (1.8)

        ,

                                                                                      (1.9) 

                                                                                         (1.10)

        ,

                                                                                       (1.11)       

      ,

где – константа, зависящая от отношения количества водорода и окиси углерода в продуктах сгорания; для бензинов =0,45…0,5

Принимаем =0,5

 

    Суммарное количество продуктов сгорания в кмоль:

                                                      (1.12)

     .

 

     Приращение объема и теоретический коэффициент молекулярного изменения в кмоль:

 

                                                                                         (1.13)       

     .

 

     Химический  коэффициент молекулярного изменения  горючей смеси:

 

                                                                                                  (1.14)    

  

 

2 РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ВПУСКА

        2.1.  Пользуясь таблицей 4, зададимся следующими параметрами заряда в процессе впуска:

           Приращение температуры в процессе подогрева заряда от стенок впускной системы   ∆T=30˚С;

температура остаточных газов Tг =1110˚К;

в карбюраторном двигателе  без наддува впуск воздуха  происходит из атмосферы, давление атмосферное МПа/ / ;

давление остаточных газов рг=0,116 Мпа/м2;

абсолютная температура окружающей среды t = 273+15=288 ;

суммарный коэффициент, учитывающий  гашение скорости движение потока топливно-воздушной  смеси во впускной системе и сопротивление  этой системы, отнесенное к сечению клапана ;

скорость движения заряда в сечении клапана ;

 

         Тогда плотность заряда на впуске:

                                                                                                      (2.1)

            Для воздуха ;

 

          ;                                                                           (2.2)

           кг/

 

       2.2.  Давление в конце впуска:

          ;                                                             (2.3)

         

             2.3.     Коэффициент остаточных газов .

;                                                                    (2.4)

 

2.4 Температура конца впуска:

;                                                                       (2.5)                         

2.5. Коэффициент наполнения :

;                                                          (2.6)                                                 

 


3 РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА СЖАТИЯ

               Пользуясь таблицей 4, задаёмся показателем политропы сжатия

              

 

               3.1 Давление конца сжатия:

                                                                                                     (3.1)

              МПа/ / .

 

               3.2. Температура конца сжатия:

              ;                                                                                        (3.2)

             

 

4 РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА  ГОРЕНИЯ

 

      4.1.Уравнение процесса горения в карбюраторных двигателях при а <1.

.                                                          (4.1)

Действительный коэффициент  молекулярного изменения:

                                                                                         (4.2)

Где -количество продуктов сгорания, кмоль; -количество свежего заряда, кмоль; -коэффициент теплоиспользования.

-невыделившаяся теплота вследствие неполноты сгорания при а<1:

                                                                              (4.3)

 кДж/кг

Из таблицы 4 примем значение

внутренняя энергия 1 кмоля свежей смесив конце процесса сжатия:

  где -теплоёмкость свежей смеси при температуре конца

сжатия 

                                                                                             (4.4)

 

Принимаем теплоёмкость свежей смеси  равной теплоёмкости воздуха.

для находим

     

           Внутренняя энергия 1 кмоля воздуха при температуре сжатия

                                                                                                   (4.5)

         

          Для принятого элементарного состава топлива при α=0,9 объемные доли отдельных компонентов продуктов сгорания составляет:

                                                                                                                

         

         

         

         

         

         

         

         

         

        

                                                    

      Внутренняя энергия  продуктов сгорания при t=500˚С:

,                                                                                            (4.7)

 

    Тогда левая часть уравнения сгорания решается следующим образом :

 

                                                                      (4.8)

       Примем, что tz=2300˚С, то значения теплоемкости компонентов продуктов сгорания при tz=2300˚С составит в кДж/кмоль град.:

 

  Внутренняя энергия продуктов сгорания при tz=2300˚С:

,                                                                                     (4.9)

 

Полученное  при t=2300˚С значение

U˝z<70543,2

67109<70543,2

 

         Определим U˝z при t=2400˚С. Находим теплоемкость продуктов сгорания бензина:

Тогда

Определим U˝z при t=2500˚С. Находим теплоемкость продуктов сгорания бензина:

Тогда

         Искомое значение температуры сгорания, соответствующее полученному значению U˝z=72214,05 кДж/кмоль, находится в интервале температур 2400<tz<2500˚С.

         Принимая, что при изменении температуры от 2400 до 2500˚С U˝z=ƒ(t) меняется линейно, по графику, находим значения  Тz=2723˚К.

 

Расчетное давление конца сгорания:

          .                                                                                (4.10)

         

          Степень повышения давления:

                                                                                        (4.11)

Максимальное давление цикла с учетом скругления диаграммы:

                                                                                        (4.12)

 

 

 


5 ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССА РАСШИРЕНИЯ

 

     5.1. Давление конца расширения pв.

                                                                                                          (5.1)

           Из таблицы 4 выбираем показатель политропы расширения

     . Тогда:

    

    5.2. Температура конца расширения:

    , получим:                                                                                    (5.2)

   

 

6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДИКАТОРНЫХ И ЭФФЕКТИВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДВИГАТЕЛЯ

 

  6.1.Расчёт среднего индикаторного давления цикла:

.                        (6.1)

. 

Значения параметров и берутся из предыдущих расчётов.

Принимаем коэффициент  скругления индикаторной диаграммы  , тогда действительное среднее индикаторное давление

МПа/м =8,4кг/см

 

       6.2.Основные показатели цикла.

Доля индикаторного  давления , затраченного на трение и  привод вспомогательных механизмов:

,Па/м                                                                      (6.2)

где   - средняя скорость поршня которую примем=12м/с.

Тогда:

Па/м =0,20 МПа/м

          Среднее эффективное давление  цикла:

;                                                                                                   (6.3)

МПа/м =6,4 кг/см

 

           Механический  КПД:

;                                                                                                               (6.4)

      Удельный  индикаторный расход топлива:

;                                                                                               (6.5)

г/(кВт ч)

      Удельный  эффективный расход топлива:

;                                                                                                               (6.6)

г/(кВт ч)      

Индикаторный КПД цикла:

;                                                                                                              (6.8)

    

     Эффективный  КПД цикла:

                                                                                                           (6.9)

      Часовой  расход топлива:

;                                                                                                        (6.10)

кг/ч

   

 

 

 

 

 


7 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ И УДЕЛЬНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДВИГАТЕЛЯ.

 

7.1. Основные размеры двигателя.

     Рабочий  объём двигателя:

;                                                                                                  (7.1)

л

      Рабочий  объём одного цилиндра:

;                                                                                                           (7.3)

л

       Обозначение  отношения хода поршня S к диаметру цилиндра D:

      Принимаем К= 0,82 для карбюраторного двигателя с n=6000 об/мин.

Тогда получим следующее  выражение:

 

.                                                                                            (7.4)

       Отсюда  следует;

,                                                                                                             (7.5)

мм

 

, отсюда  мм

7.2. Проверим среднюю скорость поршня:

;                                                                                                                (7.6)

м/с.

      Площадь  поршня:

,                                                                                                             (7.7)

мм =56,7см .

      Эффективный  крутящий момент двигателя

;                                                                                                     (7.8)

.

     7.3.Литровая мощность:

;                                                                                                               (7.9)

кВт/л

      Литровая  масса двигателя:

;                                                                                                        (7.10)

кг/л.

       Поршневая  мощность двигателя:

;                                                                                                    (7.11)

кВт/дм

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения курсового  проекта приобретены навыки расчета  рабочих процессов двигателя, теплового баланса,  динамических характеристик кривошипно-шатунного механизма.

Данный курсовой проект включает в себя графическую часть  в виде:

1) лист А1- поперечный разрез двигателя с детальной проработкой основных механизмов и систем двигателя;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


                                                                                          

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

  1. Нигматулин, И.Н. Тепловые двигатели/ И.Н. Нигматулин, В.А. Ценев, П.Н.Шляхин.-М.: Высш.шк., 1974.-374 с.
  2. Теплотехника /под ред. И.Н. Сушкина.-М.: Металлургия, 1973.-478 с.
  3. Теплотехнический справочник: В 2 т. – Т. 1 / под ред. В.Н. Юренева, П. Д. Лебедева.-М.:Энергия, 1975.
  4. Автомобильные двигатели / В.М. Архангельский (и др.).- М.: Машиностроение, 1977.-495 с.
  5. Метод. Указания к практическим занятиям и самостоятельной работе / Сост. А.М. Эфендиев; ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». – Саратов, 2006.-52с.
  6. Тепловой расчет автомобильных двигателей: метод. Указания в выполнению самостоятельной работы по курсу «Автомобильные двигатели» / Сост.: Н.Н.Третьяков, Ю.Н.Юдин; СГТУ. – Саратов, 1989.- 45 с.