Методика расчёта бензинового инжекторного двигателя

    Министерство  Образования и науки Украины

    ЛНУ имени Т. Шевченко 
 
 
 
 
 
 

    Реферат

    Тема: Методика расчёта бензинового инжекторного двигателя  
 

                      Выполнил:

                      Проверил:  
                   
                   
                   
                   
                   
                   
                   
                   
                   
                   
                   
                   
                   

    Луганск 2010

 

     содержание 

    Введение

    1. Тепловой расчёт бензинового двигателя

    1. Топливо
    2. Параметры рабочего тела
    3. Параметры окружающей среды и остаточные газы
    4. Процесс впуска
    5. Процесс сжатия
    6. Процесс сгорания
    7. Процессы расширения и выпуска
    8. Индикаторные параметры рабочего цикла
    9. Эффективные показатели двигателя
    10. Основные параметры цилиндра и двигателя
    11. Посторенние индикаторной диаграммы

    2. Тепловой баланс двигателя

    3. Построение внешней скоростной характеристики двигателя 

 

    

    Введение 

    Современные наземные виды транспорта обязаны своим  развитием главным образом применению в качестве силовых установок  поршневых двигателей внутреннего сгорания. Именно поршневые ДВС до настоящего времени являются основным видом силовых установок, преимущественно используемых на автомобилях, тракторах, сельскохозяйственных, дорожно-транспортных и строительных машинах.

    Являясь достаточно сложным агрегатом, любой двигатель должен вбирать в себя многие достижения постоянно развивающихся различных направлений и отраслей науки: химии и физики, гидравлики и аэродинамики, теплотехники и электроники, металлургии и сопротивления материалов, математики и вычислительной техники и т. д. и т. п.

    Выполнение  сегодняшних задач и движение к прогрессу требует от специалистов, связанных с производством и  эксплуатацией автомобильных двигателей, глубоких знаний теории, конструкции  и расчета двигателей внутреннего сгорания.

    Прогресс  в автомобильной промышленности, дальнейшее увеличение грузооборота автомобильного транспорта предусматривает не только количественный рост автопарка, но и  значительное улучшение использования  имеющихся автомобилей, повышение, культуры эксплуатации, увеличение межремонтных сроков службы.

    Тепловой  расчет позволяет с достаточной  степенью точности аналитическим путем  определить основные параметры вновь  проектируемого двигателя, а также  проверить степень совершенства действительного цикла реально работающего двигателя.

    В данном учебном пособии основное внимание уделено расчету вновь  проектируемого двигателя. В связи  с этим приводятся основные положения, необходимые для выбора исходных параметров, которые используются при  выполнении как теплового, так и последующих расчетов двигателя.

    При расчете двигателя обычно задаются величиной номинальной мощности или определяют ее с помощью тяговых  расчетов. Номинальной мощностью (Nе) называют эффективную мощность, гарантируемую заводом-изготовителем для определенных условий работы. В автомобильных и тракторных двигателях номинальная мощность равна максимальной мощности при нормальной частоте вращения коленчатого вала. Выбор или задание номинальной мощности определяется прежде всего назначением двигателя (для легкового или грузового автомобилей, трактора); его типом (бензиновый - карбюраторный или двигатель с впрыском топлива, газовый, дизель); условиями эксплуатации и т.д. Мощность современных автомобильных и тракторных двигателей колеблется в очень широких пределах – 15 – 500 кВт.

    Другим  важнейшим показателем двигателя  является частота вращения коленчатого  вала, характеризующая тип двигателя  и его динамические качества. На протяжении длительного времени  существовала тенденция повышения  частоты вращения коленчатого вала. Результатом этого являлось снижение основных размеров двигателя, его массы и габаритов. Однако с увеличением частоты вращения возрастают инерционные силы, ухудшается наполнение цилиндров, возрастает токсичность продуктов сгорания, повышается износ деталей и узлов двигателя, снижается его срок службы. В связи с этим в 60- 80-х годах частота вращения коленчатого вала двигателей практически стабилизировалась, а для отдельных типов автомобильных двигателей даже снижалась. Однако применение бензиновых двигателей с впрыском топлива во впускную систему и непосредственно в цилиндр позволило значительно увеличивать частоту вращения коленчатого вала при снижении токсичности отработавших газов. 

 

    

    1.Тепловой расчет бензинового двигателя 

    Исходные  данные

        Тип двигателя     Бензиновый  инжектор
        Тактность     4-х
        Количество  цилиндров     4
        Расположение  цилиндров     Рядный
        Частота вращения КВ, (n,мин-1)     5800
        Эффективная мощность, (Ne, КВт)     84
        Степень сжатия, (ε)     11,3
        Коэффициент избытка воздуха, (α)     1
 

    В соответствии с ГОСТ Р 51105-97 /2/. для рассчитываемого двигателя принимаем бензиновое топливо марки Премиум – 95.

    1.1 Топливо

 

    Средний элементарный состав бензинового топлива:

    Углерод: C=0,855; Водород: H2=0,145; Кислород: O2=0.

    Низшая  теплота сгорания бензина: 

    

    1.2 Параметры рабочего  тела

 

    Теоретически  необходимое количество воздуха  для сгорания 1кг топлива. 

      

      кмоль воздуха/кг топлива

 

    

    где 0,208 – объемное содержание кислорода  в 1кмоль воздуха. 

      

      кг воздуха/кг топлива  

    где 0,23 – массовое содержание кислорода  в 1кг воздуха.  

    Коэффициент избытка воздуха.

    Принимаем: .

    Количество  горючей смеси: 

      кмоль гор. смеси/кг топлива  

    где mТ = 115 кг/моль – молекулярная масса паров бензина.

    При неполном сгорании топлива продукты сгорания представляют собой смесь  углекислого газа СО , водяного пара Н О, кислорода О и азота N .

    Количество  отдельных компонентов продуктов  неполного сгорания топлива:

    Углекислого газа: 

      кмоль СО2/кг топлива  

    Водяного  пара: 

 

    

      кмоль Н2О/кг топлива  

    Кислорода: 

      

      кмоль О2/кг топлива 

    Азота: 

       кмоль N2/кг топлива  

    Общее количество продуктов неполного  сгорания топлива: 

      

      кмоль сгорания/кг топлива

    1.3 Параметры окружающей среды и остаточные газы

 

    Атмосферные условия 

      МПа и  К. 

    Степень сжатия 11,3

    Температура и давление остаточных газов. 

      К

       МПа

    1.4 Процесс впуска

 

    Температура подогрева свежего заряда.

    Рассчитываемый  двигатель не имеет специального устройства для подогрева свежего  заряда. Однако естественный подогрев заряда в бензиновом двигателе может достигать . Принимаем: 

       

    Потери  давления на впуске

     , 

    Примем 

     . 

    Давление  в конце впуска составляет: 

      

    Коэффициент остаточных газов  характеризует качество очистки цилиндра от продуктов сгорания и определяется по формуле: 

      

 

    

    Температура заряда в конце пуска  определяется: 

      

    Коэффициент наполнения 

      

        Параметры     Значения
        Pr, МПа     0,12
        P0, МПа     0,1
        Тr, K     1040
        T0, K     293
        ηv     0,79699
        ε     11,3
        ∆T, K     7
        γ     
        Pa, МПа     0,085
        Ta, К     329,27

     

    1.5 Процесс сжатия 

    Для расчетов параметров в конце сжатия примем показатель политропы равный 

     . 

    Давление  в конце сжатия: 

    

 

    

    Температура в конце сжатия: 

      

    Определим среднюю теплоемкость в конце  сжатия

    а) свежей смеси (воздуха) 

     ,

    где

      

    б) остаточных газов  определяем по рекомендации методического пособия. 

      

    в) рабочей смеси: 

      

        Параметры     Значения
        Tc, K     788,24
        Pc, МПа     2,299
 

 

    

    1. Процесс сгорания
 

    Коэффициент молекулярного изменения горючей  и рабочей смеси . 

    

      

    Определим теплоту сгорания рабочей смеси 

      

    Определим мольную теплоемкость продуктов  сгорания 

        

    Температура в конце видимого процесса сгорания: 

      

    примем , получим 

    

 

    

    Отсюда  имеем 

      

    Отсюда 

      

    Максимальное  давление сгорания теоретическое: 

      

    Максимальное давление сгорания теоретическое: 

      

    Определим степень повышения давления 

      

        Параметры     Значения
        μ     1,024
        μ0     1,0524
        (mcv’), кДж/кг     21,96
        (mcv’’), кДж/кг     24,24
        ξ     0,91
        Tz, K     2978
        Pz, МПа     8,89
        λ     3,867

    1.7 Процессы расширения  и выпуска

 

    Для определения параметров процесса расширения примем показатель политропы расширения

    Определим давление : 

      

    Определим температуру: 

      

    Проверка  ранее принятой температуры остаточных газов: 

      

    Погрешность составляет: 

      

 

    

    Таблица 5

        Параметры     Значения
        Pb     0,4
        Tb     1510,3
 

    1.8 Индикаторные параметры  рабочего цикла 

    Рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания характеризуется индикаторными показателями:

    Среднее индикаторное давление теоретическое: 

      

    Среднее индикаторное давление действительное: 

      

    Примем  , получим 

      

    Определим индикаторный КПД: 

    

 

    

    Где плотность воздуха на впуске двигателя. 

      

    Удельный  расход топлива 

      

    Таблица 6

        Параметры     Значения
        Pi’, МПа     1,16
        Pi, МПа     1,14
        ηi     0,4
        gi, г/кВт*ч     204,87
        φ     0,98

    1.9 Эффективные показатели двигателя

 

    Эффективное давление определяется: 

     , 

    Где - среднее давление механических потерь. Для инжекторного двигателя составляет . 

      

    Механический  КПД:

 

    

      

    Эффективный КПД двигателя: 

      

    Определим эффективный удельный расход топлива: 

      

    Таблица 7

        Параметры     Значения
        ∆P, МПа     0,12
        Pe, МПа     1,02
        ηм     0,89
        ηe     0,356
        ge, г/кВт*ч     230,2
 

    1.10 Основные параметры цилиндра и двигателя 

    Литраж  двигателя: 

      

    Литраж  одного цилиндра: 

    

 

    

    Примем  соотношение хода поршня к диаметру и определим диаметр цилиндра. 

    

    Округлим  до 85мм.

    Определим ход поршня.

    

    Определим основные параметры двигателя для полученных значений S и D.

    Литраж  двигателя:

    

    Номинальная эффективная мощность

    

    Номинальный крутящий момент

    

    

    Таблица 8

        Параметры     Значения
        D, мм     85
        S,мм     77
        Vл, л     1,7
        Ne,кВт     86
        Me, Н·м     141,6
        Gт, кг/ч     19,8
 

    1.11 Посторенние индикаторной диаграммы 

    Индикаторная  диаграмма ДВС строится с использованием данных теплового расчета, в выбранных  масштабах. . В начале построения на оси абсцисс откладываем отрезок AB, соответствующий рабочему объему цилиндра, а по величине равный ходу поршня в масштабе MS.

    Масштабы  диаграммы: масштаб хода поршня МS=0,5мм в мм и масштаб давления МР=0,04 МПа в мм.

    Величины в приведенном масштабе, соответствующему рабочему объему цилиндра и объему камеры сгорания.

      

    Максимальная  высота диаграммы (точка Z)

      

    Заключение 

    В данном курсовом проекте представлен  расчет ,бензинового ижекторного двигателя. В ходе расчетов был определен рабочий объем двигателя, который составляет 1,447л. Диаметр цилиндра составляет 80мм а ход поршня 72 мм. Двигатель по расчетам получился мощностью 73 кВт при 6200 мин-1 и крутящем моменте в 112,44 Н·м Двигатель обладает хорошей топливной экономичностью - расход топлива 16,8 кг топлива в час при 6200 об/мин.. Двигатель с такими показателями можно использовать на легковых автомобилях среднего класса. 

    Библиографический список

 
    
  1. Богатырев А.В. Автомобили/А.В. Богатырев.- М.: Колос,2001.-496 с.
  2. Колчин А.И. Расчёт автомобильных и тракторных двигателей: учебное пособие для вузов/А.И.Колчин. – М.: Высшая школа, 2002.- 496с.
  3. Методические указания: "Программа, методические указания, задания на контрольные работы и курсовой проект для студентов специальности 190601 " Автомобили и автомобильное и автомобильное хозяйство", Сыктывкар 2007г. 

Методика расчёта бензинового инжекторного двигателя 📙 Реферат → 🆔 147962

Методика расчёта бензинового инжекторного двигателя 📙 Реферат → 🆔 147962

Методика расчёта бензинового инжекторного двигателя