Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
РАСЧЁТ ДВИГАТЕЛЯ ИСКРОВОГО ЗАЖИГАНИЯ.
Исходные данные: Выполнить расчет двигателя искрового зажигания с распределенным впрыском,
Газодинамическим впрыском, предназначенного для легкового автомобиля.
Выбор аналагов.
Исходя из рабочего объема рассчитываемого двигателя (iVh’=1795 см) и его назначения в качестве аналогов выбираем двигатели:
Технические данные прототипов представлены в таблице
|
Наименование, обозначение |
Ед. изм. |
VW GOLF 1.8 GL |
R 19 16 V 1.8i |
Проект |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
1. Рабочий объем, iVh' |
см3 |
1781 |
1764 |
1795 |
|
2. Число цилиндров |
- |
4 |
4 |
4 |
|
3.Диаметр, D |
мм |
81 |
82 |
82 |
|
4.Ход поршня, S |
мм |
86,4 |
83,5 |
85 |
|
5. Отношение S/D |
- |
1,07 |
1,02 |
1,04 |
|
6. Степень сжатия, |
- |
10,0 |
10,0 |
10,4 |
|
7. Номинальная мощность, Ne |
кВт |
66 |
99 |
69 |
|
8. Номинальная частота вращения, nN |
мин-1 |
5500 |
6500 |
6000 |
|
9. Максимальный крутящий момент, Ме |
Нм. |
145 |
158 |
136 |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
10. Частота вращения nN при Ме |
мин-1 |
2500 |
4250 |
4800 |
|
11. Коэффициент приспособляемости Кm |
- |
1,265 |
1,09 |
1,14 |
|
12. Скоростной коэффициент, Кс |
- |
0,45 |
0,65 |
0,72 |
|
13. Удельный расход топлива на номинальном режиме, ge |
г/кВтч |
нет данных |
нет данных |
323,3 |
|
14. Удельный расход топлива, минимальный по ВСХ. |
г/кВтч |
нет данных |
264 |
254 |
|
15. Среднее эффективное давление Ре, максимальное |
МПа |
0,809 |
1,036 |
1,01 |
|
16. Средняя скорость поршня СП на номинальном режиме |
м/с |
15,84 |
18,1 |
17,57 |
|
17. Литровая мощность, Nл |
кВт/л |
37,1 |
56,1 |
45,6 |
|
18. Удельная поршневая мощность, Nп |
кВт/дм2 |
32,0 |
46,9 |
39,5 |
|
19. Число впускных клапанов на цилиндр, iкл |
- |
1 |
2 |
2 |
|
20. Охлаждение |
- |
жидкостн. |
жидкостн. |
жидкостн. |
|
21. Система питания |
- |
центр. впрыск |
распред. впрыск |
распред. впрыск |
|
22. Вид наддува |
- |
нет |
газодинам. |
газодинамич. |
Выбор исходных данных
Выбор скоростных режимов.
Для двигателей легкового топлива номинальная частота вращения частота вращения заранее не известна, поэтому необходимозадаться средней скоростью поршня для режима максимальной частоты вращения коленчатого вала.
Средняя скорость поршня на номинальном режиме у большинства современных ДВС составляет 13…18 м/с.
Предварительно примем среднюю скорость поршня на режиме номинальной мощности
сп=17 м/с . Тогда расчетные частоты вращения примут вид:
частота вращения коленчатого вала на номинальном режиме, мин-1
nN 30 сп / S=600 мин-1
где S ход поршня
Другие расчетные режимы определяются следующим образом:
nx1 =2400 мин-1
nx2 =3600 мин-1
nx3=4800 мин-1
Задание на проектирование двигателя содержит не все необходимые исходные данные, поэтому некоторыми из них нужно задаться до начала расчетов.
1. Давление и температура окружающей среды для двигателя без наддува Рк = Ро = 0,1013 МПа, Тк = То = 293 К.
2. Максимально допустимая степень сжатия =10,4
3. По ВСХ двигатели ИЗ работают на обогащенной смеси
( 1) с целью повышения мощности и улучшения тягово-динамических показателей автомобиля.
Основные свойства применяемых топлив – средний элементарный состав, молекулярная масса mт, низшая теплотворная способность Нu, теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива lo (или Lo), приведены в таблице
6. Для расчета процессов газообмена необходимо задаться некоторыми параметрами впускной и выпускной систем.
При установке одного впускного клапана на цилиндр (iкл. = 4), его диаметр dкл. =28,7, наибольшая высота подъема hкл. =7,462., угол фаски клапана = 45 (рис. 2.6).
Для современных автомобильных двигателей предпочтительной является установка двух впускных клапанов (iкл. = 2) на цилиндр. Это обеспечивает повышение литровой мощности за
счет увеличения коэффициента наполнения v во всем диапазоне режимов работы двигателя. Общая площадь сечения впускных клапанов (м2):
fкл = 0,000941 м2
кл = 2,7-(0,8/rкл)+(0,14/rкл2)=1.7 (2.10)
где rкл = hкл / dкл.
Коэффициент расхода впускного клапана:
=0,609.
2.2. Определение параметров рабочего тела.
М1 = Lo+1/mT, . (2.14)
МСО = 20,208Lo,
= (C*/12)-МСО,
= 2К0,208Lo, (2.15)
= (Н*/2)- ,
= 0,792 Lo,
где К = 0,4…0,5 – характеристика топлива, или отношение / МСО в продуктах сгорания при 1.
Количество (кМоль/кг.топлива) отдельных компонентов продуктов сгорания обедненной (1) смеси:
= C*/12,
= Н*/2,
= 0,792 Lo, (2.16)
= 0,208 ( - 1) Lo.
Общее количество продуктов сгорания (кМоль/кг.топлива):
При 1: М2 =+ МСО+++, (2.17)
При 1: М2 =+ ++. (2.18)
2.3. Расчет основных процессов цикла.
Процессы газообмена.
Основная задача расчета газообмена состоит в определении количественных и качественных показателей наполнения цилиндров свежим зарядом и очистки их от отработавших газов.
Потеря давления в воздухоочистителе (МПа):
в/о = в/о,max , (2.19)
где в/о,max = 0,0024…0,0026 МПа - для ДВС ИЗ;
в/о,max = 0,0018…0,0022 МПа - для дизелей
при их работе на номинальной мощности.
Здесь и далее: = nx/nN, причем у дизелей nN = nр.
Давление за воздухоочистителем (МПа):
Ро' = Ро - в/о (2.20)
Плотность заряда за воздухоочистителем (кг/м3):
о' = 106 Ро' / (287 То). (2.21)
Степень повышения давления в турбокомпрессоре:
к = Рк / Ро' (2.22)
где Рк – принятое значение давления за компрессором (МПа).
Для безнаддувных ДВС к = 1.
Температура за компрессором (К):
Тк = То , (2.23)
где nк – показатель политропы сжатия в компрессоре. Ориентировочно, для центробежных компрессоров nк = 1,6…1,8.
Снижение давления в охладителе наддувочного воздуха (МПа):
ОНВ = ОНВ,max , (2.24)
где ОНВ,max = 0,004…0,005 МПа.
Для безнаддувных ДВС и двигателей с наддувом, но без ОНВ ОНВ=0.
Давление за охладителем наддувочного воздуха (МПа):
Рк' = Рк - ОНВ. (2.25)
Температура заряда за ОНВ (К):
Тк' = Тк - ТОНВ, (2.26)
причем зависимость ТОНВ(n) ориентировочно определяется при предварительном выборе параметров системы наддува (см. разд. 2.1).
Потери давления в АЦП (МПа):
РАЦП = РАЦП,max , (2.27)
где РАЦП,max = 0,004…0,006 МПа.
При использовании вместо АЦП карбюратора, потеря давления (МПа):
Рк = Рк,max , (2.28)
где Рк,max = 0,007…0,010 МПа - в карбюраторе с одинарным и
Рк = 0,005…0,007 МПа двойным и тройным диффузорами.
У дизелей и ДВС ИЗ с распределенным впрыском этот вид потерь давления отсутствует.
Потеря давления во впускном трубопроводе (МПа):
Ртр. = Ртр.,max , (2.29)
где Ртр.,max = 0,002…0,004 МПа для разветвленных коллекторов дизелей и ДВС ИЗ с АЦП и карбюраторами. Для ДВС ИЗ с распределенным впрыском топлива Ртр.,max = 0,0015…0,0025 МПа.
Давление во впускном трубопроводе, перед клапаном (МПа):
Ртр = Рк'- РАЦП-Ртр.
или
Ртр = Рк'- Рк - Ртр. (2.30)
или для дизелей и ДВС ИЗ с распределенным впрыском:
Ртр = Рк' - Ртр.
Средняя за процесс впуска скорость в узком сечении впускного клапана (м/с):
Wкл.=. (2.31)
Плотность заряда во впускном трубопроводе перед клапаном (кг/м3): тр.= 106 Ртр./(287Тк'). (2.32)
Если двигатель имеет настроенную впускную систему, необходимо вычислить давление (МПа) во впускном трубопроводе с учетом газодинамического наддува, но только на расчетных режимах, удовлетворяющих условию nн nх nв (см. 2.1):
Ртр' = Ртр + тр lтр n 10-6, (2.33)
где Wтр.= Wкл./(1,2…1,4) – средняя за процесс впуска скорость заряда во впускном трубопроводе (м/с).
Плотность заряда во впускном трубопроводе, с учетом газодинамического наддува (кг/м3):
тр.' = 106 Ртр.' / (287 Тк'). (2.34)
Потеря давления во впускном клапане (МПа):
кл. = кл. тр. / (2 106), (2.35)
при газодинамическом наддуве
кл.' = кл. тр.' / (2 106).
Давление в цилиндре в конце впуска (МПа):
Ра = Ртр. - Ркл. (2.36)
при газодинамическом наддуве
Ра = Ртр.' - Ркл.'.
Давление остаточных газов для двигателей без газотурбинного наддува (МПа), но с газодинамическим и без него:
Рг = Ро + 0,5 Ркл.+ Рвып., (2.37)
где Ркл. – противодавление со стороны выпускного клапана, приблизительно равное потере давления во впускном, определяемой по схеме, принятой для двигателей без газодинамического наддува.
Рвып. – противодавление в выпускной системе:
Рвып . = Рвып.,max , (2.38)
где Рвып.,max = 0,004…0,007 МПа.
При рециркуляции продуктов сгорания Рвып. увеличивается на 30…40 %.
У двигателей с газотурбинным наддувом
Рr = (0,95…1,15) Рвып. (2.39)
где давление в выпускной системе (МПа):
Рвып. = Ртр./(1,15…1,3). (2.40)
При рециркуляции продуктов сгорания Рвып. увеличивается на 15…25%.
Зададимся подогревом заряда при впуске Т от стенок впускного трубопровода (коллектора), стенок цилиндра и днища поршня. При nmin значения Т составляют: 25…35 К – у ДВС ИЗ с АЦП и карбюратором, 35…45 К – у дизелей без наддува, 20…30 К – у дизелей с наддувом. При nmax подогрев Т: 5…10 К – у ДВС ИЗ, 15…25 К – у дизелей без наддува и 10…15 К – у дизелей с наддувом. Изменение подогрева по частоте вращения принимается линейным. У ДВС ИЗ с распределенным впрыском значения Т снижаются в сравнении с приведенными на 25…40 %. При воздушном охлаждении двигателя подогрев заряда увеличивается на 25…30 %.
Задаемся значениями коэффициента дозарядки доз. для каждой из расчетных частот вращения, основываясь на статистических данных (рис. 2.9). Следует учитывать, что зависимости доз(n), применяемые в расчетах, обычно близки к линейным.
Процессы сжатия и сгорания.
Коэффициент молекулярного изменения горючей смеси:
2 = М2 / М1. (2.45)
Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси:
= (о + r) / (1 + r). (2.46)
Потеря тепла вследствие химической неполноты сгорания обогащенной смеси (определяется при 1), кДж/кг:
Нu = 119950 ( 1 - ) Lo (2.47)
Теплота сгорания рабочей смеси, кДж/кМоль:
Нр.с. = (Нu - Нu) / [M1 (1 + r)] (2.48)
Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания при температуре tx, С, определяется выражением, кДж/(кМольК):
где
Мольная теплоемкость смеси свежего заряда и остаточных газов, кДж/(кМольК):
, (2.50)
где а2 = (20,600 + r а1) / (1+r),
b2 = (0,002638 + r b1) / (1+r).
Показатель политропы сжатия:
n1 = 1,375 - 0,15(1,02 - ) (2.51)
Расчетное давление окончания сжатия в точке с2 (ВМТ), МПа:
Рс = Ра . (2.52)
Температура окончания сжатия (К):
Тс = Та , или (С): tc = Tc - 273. (2.53)
Коэффициент использования тепла при сгорании определяем основываясь на статистических данных для двигателей различных типов (рис. 2.10…2.12).
Двигатели ИЗ. Температура Тz в конце сгорания определяется из уравнения первого начала термодинамики, записанного в виде
Нр.с.+ (n2+b2 tc) tc = (a1+b1 tz) tz (2.54)
Обозначив: х1 = Нр.с.+ (а2+b2 tc) tc, х2=a, х3=b,
получаем квадратное уравнение относительно tz, С:
х3 tz2+ х2 tz+ х1 = 0.
Tz = tz+273, К.
Теоретическое максимальное давление цикла (МПа):
Pz,т= Pc Tz / Tc (2.57)
Действительное максимальное давление цикла (МПа):
Pz = (0,86…0,88)Pz,т. (2.58)
Степень повышения давления в цикле:
= Pz,т / Pc.
Внутренняя энергия рабочего тела в точке z (кДж/кМоль):
(2.64)
Внутренняя энергия рабочего тела в точке b (кДж/кМоль):
(2.65)
Степень последующего расширения:
= / . (2.66)
Показатель политропы расширения:
(2.67)
При расчете ДВС ИЗ в формулу для вычисления n2 вместо следует подставлять значение степени сжатия .
Уравнение для показателя политропы расширения решается методом последовательных приближений с точностью до 3-го знака после запятой. В качестве начального приближения в правую часть уравнения подставляются значения n2 = 1,26…1,33 - для ДВС ИЗ
Давление (МПа) и температура (К) в конце расширения:
для ДВС ИЗ ,
Температура Тr' остаточных газов (К):
Тr' = . (2.70)
Проверка совпадения с выбранными в начале расчета (см. 2.1) значениями температуры остаточных газов Тr :
= ( [ Тr - Тr'] / Тr) 100, %. (2.71)
Допустимая погрешность [] не должна превышать 15 %.
. Показатели цикла и двигателя в целом.
Индикаторные показатели.
Теоретическое среднее индикаторное давление цикла (МПа):
(2.72)
(2.73)
Действительное среднее индикаторное давление (МПа), с учетом скругления диаграммы рабочего цикла:
Pi = (0,95…0,96) Pi,т. (2.74)
Индикаторный КПД:
i = (103 Pi lo )/(Hu o v) (2.75)
Удельный индикаторный расход топлива (г/кВтчас):
gi = 3,6 106/(Hu i) (2.76)
Индикаторная мощность (кВт):
Ni = iVh' Pi nx / 120, (2.77)
где iVh' – полный рабочий объем двигателя (л), имеющего i цилиндров.
Индикаторный крутящий момент (Нм)
Mi = 9550 Ni/nx. (2.78)
Механические потери.
Механические потери в ДВС оцениваются средним давлением механических потерь Рm (МПа), которое в зависимости от средней скорости поршня Сп рассчитывается по формуле:
Рm = ам + bм Сп. (2.79)
Значения коэффициентов ам и bм для ДВС различных типов приведены в таблицах 2.4
Эффективные показатели.
Среднее эффективное давление цикла (МПа):
Pе = Pi m (2.81)
Эффективный коэффициент полезного действия:
е = i m (2.82)
Удельный эффективный расход топлива (г/кВтчас):
ge = gi / m (2.83)
Эффективная мощность (кВт):
Ne = Ni m (2.84)
Эффективный крутящий момент (Нм):
Ме = Мi m (2.85)
Часовой расход топлива (кг/час):
Gт = ge Ne
Таблица результатов вычислений
|
Величина |
Ед. изм. |
nx, мин-1 |
|||||
|
1200 |
2400 |
3600 |
4800 |
6000 |
6600 |
||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
% |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
110 |
|
|
Параметры рабочего тела и остаточных газов |
|||||||
|
a |
- |
0,80 |
0,89 |
0,90 |
0,90 |
0,90 |
0,90 |
|
Тr |
K |
800 |
890 |
960 |
1030 |
1080 |
1100 |
|
M1 |
0,4215 |
0,4679 |
0,4731 |
0,4731 |
0,4731 |
0,4731 |
|
|
МСО |
-"- |
0,0286 |
0,0157 |
0,0143 |
0,0143 |
0,0143 |
0,0143 |
|
-"- |
0,0426 |
0,0558 |
0,0569 |
0,0569 |
0,0569 |
0,0569 |
|
|
-"- |
0,0143 |
0,0079 |
0,0071 |
0,0071 |
0,0071 |
0,0071 |
|
|
-"- |
0,0582 |
0,0646 |
0,0654 |
0,0654 |
0,0654 |
0,0654 |
|
|
-"- |
0,3269 |
0,3637 |
0,3678 |
0,3678 |
0,3678 |
0,3678 |
|
|
М2 |
-"- |
0,4706 |
0,5077 |
0,5115 |
0,5115 |
0,5115 |
0,5115 |
|
Процессы впуска и выпуска |
|||||||
|
DРВ/О |
МПа |
0,0005 |
0,00096 |
0,00144 |
0,00192 |
0,0024 |
0,00264 |
|
РО' |
МПа |
0,1008 |
0,10034 |
0,09986 |
0,09938 |
0,0989 |
0,09866 |
|
ro' |
кг/м3 |
1,198 |
1,193 |
1,187 |
1,181 |
1,175 |
1,171 |
|
DRтр |
МПа |
0,0004 |
0,0008 |
0,0012 |
0,0016 |
0,002 |
0,0022 |
|
Ртр |
МПа |
0,1004 |
0,09954 |
0,09866 |
0,0977 |
0,0969 |
0,0956 |
|
Wкл |
м/с |
24,12 |
48,26 |
72,39 |
96,11 |
120,64 |
127,22 |
|
Wтр |
м/с |
- |
- |
55,5 |
73,0 |
90,5 |
- |
|
rтр |
кг/м3 |
1,19 |
1,18 |
1,173 |
1,162 |
1,152 |
1,147 |
|
Ртр' |
МПа |
0,1004 |
0,09954 |
0,09864 |
0,09748 |
0,0969 |
0,0964 |
|
rтр' |
кг/м3 |
1,193 |
1,183 |
1,173 |
1,163 |
1,152 |
1,146 |
|
DRкл |
МПа |
0,0006 |
0,0023 |
0,0051 |
0,0091 |
0,014 |
0,015 |
|
Ра |
МПа |
0,0996 |
0,0967 |
0,0973 |
0,0938 |
0,087 |
0,077 |
|
Рr |
МПа |
0,1051 |
0,10405 |
0,10625 |
0,10905 |
0,1123 |
0,1132 |
|
DT |
К |
25 |
21 |
17 |
13 |
9 |
7 |
|
Qдоз |
- |
0,81 |
0,95 |
0,99 |
1,03 |
1,15 |
1,08 |
|
gг |
- |
0,054 |
0,047 |
0,037 |
0,036 |
0,032 |
0,039 |
|
Та |
К |
328,4 |
329,7 |
324,0 |
314,4 |
308,3 |
317,8 |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
hv |
- |
0,65 |
0,77 |
0,82 |
0,831 |
0,88 |
0,71 |
|
Процесс сжатия и сгорания. |
|||||||
|
mо |
- |
1,1165 |
1,0851 |
1,0812 |
1,0812 |
1,0812 |
1,0812 |
|
m |
- |
1,1194 |
1,0813 |
1,0781 |
1,0784 |
1,0787 |
1,0783 |
|
DHu |
кДж/кг |
12379 |
6808 |
6189 |
6189 |
6189 |
6189 |
|
Нр.с |
-"- |
71709 |
76069 |
77022 |
77024 |
77026 |
77125 |
|
а1 |
- |
24,053 |
24,421 |
24,450 |
24,450 |
24,450 |
24,450 |
|
b1 |
- |
,00200 |
,00204 |
,00205 |
,00205 |
,00205 |
,00205 |
|
а2 |
- |
20,786 |
20,770 |
20,73 |
20,73 |
20,73 |
20,73 |
|
b2 |
- |
,00260 |
,00261 |
,00261 |
,00262 |
,00262 |
,00262 |
|
n1 |
- |
1,252 |
1,279 |
1,306 |
1,332 |
1,359 |
1,372 |
|
Рс |
МПа |
1,86 |
1,93 |
2,07 |
2,12 |
2,09 |
1.91 |
|
Тс |
К |
592,8 |
632 |
663 |
683 |
713 |
757 |
|
tc |
°С |
319,8 |
359,3 |
390 |
410 |
440 |
484 |
|
xz |
- |
0,7 |
0,805 |
0,855 |
0,85 |
0,85 |
0,83 |
|
х1 |
- |
57109 |
69028,3 |
74336,5 |
74413,6 |
75100,4 |
76203,25 |
|
х2 |
- |
26,6 |
26,3 |
26,35 |
26,36 |
26,37 |
26,36 |
|
х3 |
- |
0,00222 |
0,002203 |
0,00221 |
0,00221 |
0,00221 |
0,00221 |
|
tz |
°C |
1858,7 |
2210 |
2357 |
2356 |
2297,4 |
2404 |
|
Tz |
K |
2131 |
2483 |
2630 |
2629 |
2570 |
2677 |
|
Pz,т |
МПа |
7,42 |
8,18 |
8,8 |
8,4 |
8,1 |
7,28 |
|
Pz |
МПа |
6,45 |
7,11 |
7,65 |
7,3 |
7,04 |
6,3 |
|
l |
- |
4 |
4,23 |
4,25 |
3,96 |
3,87 |
3,81 |
|
Процессы расширения и выпуска |
|||||||
|
Uz" |
51594 |
63736 |
68622 |
68705 |
66714 |
70336 |
|
|
Dx |
- |
0,007 |
0,011 |
0,013 |
0,015 |
0,020 |
0,026 |
|
UB" |
52096 |
64572 |
69623 |
69860 |
68254 |
71878 |
|
|
N2 |
- |
1,27 |
1,259 |
1,255 |
1,242 |
1,252 |
1,25 |
|
Pb |
МПа |
0,39 |
0,42 |
0,465 |
0,458 |
0,43 |
0,39 |
|
Тb |
K |
1133 |
1356 |
1453 |
1493 |
1427 |
1495 |
|
Tr' |
K |
755 |
847,5 |
891 |
927 |
914 |
996 |
|
ïDï |
% |
0,3 |
1,0 |
1,7 |
1,3 |
2,0 |
4,1 |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
Индикаторные показатели. |
|||||||
|
Рi,т |
МПа |
1,047 |
1,15 |
1,24 |
1,223 |
1,157 |
1,016 |
|
Pi |
МПа |
1,006 |
1,067 |
1,191 |
1,186 |
1,122 |
0,976 |
|
hi |
- |
0,35 |
0,351 |
0,37 |
0,371 |
0,32 |
0,2995 |
|
gi |
г/кВтч |
234 |
233 |
221 |
220 |
246 |
232 |
|
Ni |
кВт |
18 |
38 |
60 |
84 |
100 |
96,6 |
|
Мi |
Нм |
143,25 |
151,2 |
159 |
167 |
159 |
138 |
|
Механические потери. |
|||||||
|
СП |
м/с |
3,4 |
6,8 |
10,2 |
13,6 |
17 |
18,7 |
|
Pm |
0,08 |
0,12 |
0,17 |
0,21 |
0,26 |
0,28 |
|
|
hm |
0,9268 |
0,88 |
0,85 |
0,82 |
0,76 |
0,71 |
|
|
Эффективные показатели. |
|||||||
|
Ре |
МПа |
0,92 |
0,93 |
1,01 |
0,972 |
0,85 |
0,69 |
|
hе |
- |
0,332 |
0,3 |
0,31 |
0,304 |
0,251 |
0,225 |
|
ge |
г/кВтч |
254 |
264 |
260 |
268 |
323 |
326 |
|
Ne |
кВт |
16,5 |
33 |
51 |
68,8 |
76 |
68,6 |
|
Ме |
Нм |
131,7 |
133,05 |
135,15 |
136,94 |
120,8 |
97,9 |
|
Gт |
кг/час |
4,191 |
8,782 |
13,2 |
18,4 |
24,5 |
22,4 |
Построение и анализ ВСХ
Коэффициент приспособляемости: Km = 149,0/128,4=1,16
Скоростной коэффициент: Кс = 3800/6200 = 0,61
Литровая мощность двигателя: Nл = 83,4/1,795 = 46,5 кВт/л
По результатам теплового расчета строятся графики:
а) внешней скоростной характеристики (рис. 3.2);
б) параметров процесса газообмена, т.е. Ра(n), Та(n), v(n), г(n), Pr(n);
в) параметров процессов сжатия и сгорания, т.е. Pc(n), Тс(n), Pz(n), Tz(n);
г) индикаторных показателей и механических потерь, т.е. Pi(n), gi(n), Ni (n), i (n), m (n).
Вывод
Проведен расчет двигателя искрового зажигания , предназначенного для легкового автомобиля. Максимальная мощность двигателя составляет 68,8 кВт при частоте вращения коленчатого вала
N=600 мин-1 .Для современных двигателей предпочтительной является установка двух впускных клапанов на цилиндр. Это обеспечивает повышение литровой мощности за счет увеличения коэффициента наполнения hv во всем диапозоне режимов работы двигателя.
В общем можно сказать , что проектируемый двигатель удовлетворяет современные требования и незначительно уступает аналогичным двигателям.
Расчет дизеля с наддувом.
Исходные данные: выполнить тепловой расчет дизеля, предназначенного для установки на тягач автопоезда полной массой 7 т.
Исходя из рабочего объема рассчитываемого двигателя(iVh’=4,154 л) и его назначения в качестве аналогов выбираем двигатели:
Наименование |
Ед. изм. |
Аналог №1 |
Аналог №2 |
Проектируемый двигатель |
|
1. Рабочий объем, iVh’ |
см3 |
2800 |
3800 |
4154 |
|
2. Число цилиндров, i |
- |
4 |
4 |
4 |
|
3. Диаметр цилиндра, D |
мм |
94 |
102 |
105 |
|
4. Ход поршня, S |
мм |
100 |
115 |
120 |
|
5. Отношение, S/D |
- |
0,94 |
0,88 |
1,14 |
|
6. Степень сжатия, e |
- |
16,5 |
17,2 |
15 |
|
7. Номинальная мощность, Ne |
кВт |
147,1 |
105 |
|
|
8. Ном.частота вращения, nN |
мин-1 |
3200 |
2950 |
2400 |
|
9. Максимальный крутящий момент, Ме,max |
Нм |
410 |
600 |
1177 |
|
10. Частота вращения, при Ме,max , nМ |
мин-1 |
1800 |
||
|
11. Коэфф. приспособляемости, Кm. |
- |
1,20 |
||
|
12.Скоростной коэффициент, Кс. |
- |
1 |
||
|
13. Удельный расход топлива, ge на номинальном режиме. |
г/кВтч |
229,6 |
||
|
14. Удельный расход топлива, минимальный по ВСХ, ge.min. |
г/кВтч |
110 |
||
|
15. Среднее эффективное давление Ре. |
МПа |
1,29 |
||
|
16. Средняя скорость поршня сп на номинальном режиме. |
м/с |
9,6 |
||
|
17. Литровая мощность Neл |
кВт/л |
25,27 |
||
|
18. Удельная поршневая мощность, Neп |
кВт/ дм2 |
- |
||
|
19. Число впускных клапанов на цилиндр, iкл. |
- |
2 |
||
|
20. Тип камеры сгорания |
- |
неразделенная |
||
|
21. Вид охлаждения |
- |
жидкостное |
жидкостное |
|
|
22. Особенности сист. питания |
- |
|||
|
23. Вид наддува |
- |
газотурбиный |
||
|
24. Давление наддува, Рк, на на ном. режиме на режиме Ме,max |
0,236 и 0,248 |
Выбор недостоющих исходных данных
Атмосферные условия: Ро = 0,1013 МПа, То = 293 К
Рабочий объем двигателя iVh’= 4,154л
Мощность Ne = 715=105 кВт
Литровая мощность двигателя
Ne.л = Ne/iVh'=25,27 кВт/л
Полученный показатель литровой мощности может быть обеспечен только при использовании наддува, т.к. Nе.л. безнаддувных дизелей автомобильного типа, подобной размерности, обычно не превышает 15...16 кВт/л
Зададимся номинальной частотой вращения np=2400 мин-1.
Номинальный режим:
Pe = 120 Ne/(iVh') np=1,67 МПа;
к = оРе/iНuv0,95m = 2,64 кг/м3
где = 1,8, i = 0,47, Hu = 42,44 МДж/кг, v = 0,89, m = 0,85;
Рк = кRTк' = 0,279 МПа,
где Тк' = 370 K – температура за ОНВ;
Тк = То= 443К,
где nk = 1,7- показатель политропы сжатия в компрессоре
глубина охлаждения заряда в ОНВ:
онв = Тк Тк' =73К
Режим максимального крутящего момента:
Pe = Km Pe, ном = 1,3 129 = 2,08 МПа;
к = oPe/iHuvm0,98 = 3,2 кг/м3
где = 1,5, i = 0,48, v = 0,92, m = 0,91
Pк = кRTк' = 0,333 МПа,
где Tк' = 360 K;
Тк =466 К;
онв = Tк' Tк = 106 K
Диаметр клапана
dкл = 0,35D=0.03675 м
Наибольшая высота подъема клапана
hкл = 0,3dкл= 0,011025 м
Угол фаски:
кл= 45
Общая площадь сечения впускных клапанов:
fкл = iкл dкл hкл cos кл= 0,00035622 м2
Коэффициент гидравлического сопротивления впускного клапана:
кл = 2,7=1,5
Коэффициент расхода впускного клапана:
кл==0,625
Таблица результатов вычислений
|
№ п/п |
Обознач. |
Ед. измер. |
N, минх-1 |
|||
|
850 |
1200 |
1800 |
2400 |
|||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
1. |
% |
35 |
50 |
75 |
100 |
|
|
Параметры рабочего тела и остаточных газов. |
||||||
|
2. |
a |
- |
1,6 |
1,5 |
1,65 |
1,8 |
|
3. |
Tr |
K |
800 |
830 |
800 |
780 |
|
4. |
М1 |
0,8 |
0,75 |
0,825 |
0,9 |
|
|
5. |
0,072 |
0,072 |
0,072 |
0,072 |
||
|
0,063 |
0,063 |
0,063 |
0,063 |
|||
|
0,062 |
0,052 |
0,068 |
0,083 |
|||
|
0,634 |
0,594 |
0,653 |
0,713 |
|||
|
6. |
M2 |
0,831 |
0,781 |
0,856 |
0,931 |
|
|
Процессы впуска |
||||||
|
7. |
DRв/о |
МПа |
0,0007 |
0,001 |
0,0015 |
0,002 |
|
8. |
Po' |
МПа |
0,1006 |
0,1003 |
0,0998 |
0,0993 |
|
9. |
ro' |
кг/м3 |
1,196 |
1,193 |
1,187 |
1,181 |
|
10. |
Рк |
МПа |
0,217 |
0,224 |
0,236 |
0,248 |
|
11. |
pк |
- |
2,157 |
2,233 |
2,365 |
2,497 |
|
12. |
Тк |
К |
402 |
408 |
418 |
427 |
|
13. |
DRонв |
МПа |
0,0018 |
0,0025 |
0,0038 |
0,005 |
|
14. |
Рк' |
МПа |
0,2152 |
0,2215 |
0,2322 |
0,243 |
|
15. |
DTонв |
К |
43 |
46 |
50 |
54 |
|
16. |
Тк' |
К |
359 |
362 |
368 |
373 |
|
17. |
DRвп.тр |
МПа |
0,0005 |
0,0015 |
0,00225 |
0,003 |
|
18. |
Ркл. |
МПа |
0,2141 |
0,2200 |
0,2299 |
0,2400 |
|
19. |
DT |
К |
13 |
11 |
8 |
5 |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
20. |
Wкл |
м/с |
33 |
37 |
54,6 |
77,3 |
|
21. |
rкл |
кг/м3 |
2,078 |
2,118 |
2,177 |
2,242 |
|
22. |
DRкл |
МПа |
0,0017 |
0,005 |
0,005 |
0,01 |
|
23. |
Ра |
МПа |
0,2124 |
0,215 |
0,225 |
0,24 |
|
24. |
Рr |
МПа |
0,186 |
0,191 |
0,200 |
0,209 |
|
25. |
Jдоз |
- |
0,97 |
0,99 |
1,02 |
1,05 |
|
26. |
gr |
- |
0,02 |
0,026 |
0,027 |
0,026 |
|
27. |
Та |
К |
382 |
387 |
390 |
391 |
|
28. |
hv |
- |
0,927 |
0,937 |
0,978 |
1,04 |
|
Процессы сжатия и сгорания |
||||||
|
29. |
mо |
- |
1,03 |
1,041 |
0,963 |
0,966 |
|
30. |
m |
- |
1,03 |
1,067 |
0,96 |
0,966 |
|
31. |
Нг.с. |
52009 |
55152 |
48275 |
44388 |
|
|
32. |
а1 |
- |
23,929 |
24,033 |
23,883 |
23,756 |
|
33. |
b1 |
- |
0,00185 |
0,00188 |
0,00184 |
0,00181 |
|
34. |
а3 |
- |
20,66 |
20,687 |
20,663 |
20,67 |
|
b3 |
- |
0,00265 |
0,00261 |
0,00262 |
0,00262 |
|
|
35. |
К1 |
- |
1,366 |
1,365 |
1,365 |
1,365 |
|
36. |
Dn1 |
- |
0,039 |
0,030 |
0,015 |
0 |
|
37. |
n1 |
- |
1,274 |
1,297 |
1,334 |
1,345 |
|
38. |
Pc |
МПа |
7,26 |
7,8 |
9 |
9,99 |
|
39. |
Тс |
К |
816,5 |
883 |
984,5 |
1020 |
|
tc |
°C |
543,5 |
610 |
711,5 |
747 |
|
|
40. |
xz |
- |
0,75 |
0,80 |
0,81 |
0,81 |
|
41. |
Pz |
МПа |
11,5 |
13,2 |
13,4 |
12,8 |
|
42. |
l |
- |
1,58 |
1,69 |
1,48 |
1,283 |
|
43. |
М |
- |
51024 |
57720 |
55140 |
52864 |
|
N |
- |
33,2 |
34,5 |
30,9 |
30,97 |
|
|
К |
- |
0,0019 |
0,002 |
0,0017 |
0,00174 |
|
|
44. |
tz |
°C |
1420 |
1535 |
1633 |
1572 |
|
Tz |
K |
1693 |
1808 |
1096 |
1845 |
|
|
45. |
r |
1,35 |
1,29 |
1,30 |
1,365 |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
Процессы расширения и впуска |
||||||
|
46. |
Dx |
- |
0,009 |
0,10 |
0,10 |
0,11 |
|
47. |
Uz" |
37709 |
41320 |
43907 |
41817 |
|
|
48. |
d |
- |
11,8 |
12,9 |
12,3 |
11,7 |
|
49 |
n2 |
- |
1,246 |
1,236 |
1,244 |
1,246 |
|
50 |
Рв |
МПа |
0,6414 |
0,7224 |
0,7055 |
0,6897 |
|
51 |
Тв |
К |
1120 |
1240 |
1188 |
1153 |
|
52 |
Tr' |
K |
746 |
800 |
781 |
779 |
|
53 |
D |
% |
-8 |
- 4,5 |
- 3 |
- 1,4 |
|
Индикаторные показатели и механические потери |
||||||
|
54 |
Рi,т |
МПа |
1,556 |
1,83 |
1,733 |
1,640 |
|
55 |
Pi |
МПа |
1,47 |
1,73 |
1,65 |
1,5662 |
|
56 |
hi |
- |
0,433 |
0,4492 |
0,4528 |
0,4445 |
|
57 |
gi |
г/(кВтч) |
195,7 |
188,9 |
187,4 |
190,6 |
|
58 |
Ni |
кВт |
102,5 |
160 |
235 |
296 |
|
59 |
Mi |
Нм |
1151 |
1273 |
1253 |
1177 |
|
60 |
Pm |
МПа |
0,1535 |
0,1755 |
0,2137 |
0,2524 |
|
61 |
hm |
- |
0,897 |
0,899 |
0,872 |
0,838 |
|
Эффективные показатели |
||||||
|
62 |
Ре |
МПа |
1,3 |
1,55 |
1,43 |
1,29 |
|
63 |
hе |
- |
0,379 |
0,4038 |
0,3947 |
0,36 |
|
64 |
ge |
г/(кВтч) |
219 |
210 |
215 |
230 |
|
65 |
Ne |
кВт |
91 |
143 |
204 |
245 |
|
66 |
Ме |
Нм |
1053 |
1132 |
1177 |
976 |
|
67 |
GТ |
кг/час |
20,17 |
31,39 |
44,55 |
56,36 |
Вывод
В данной работе был проведен расчет дизельного двигателя с турбонаддувом для грузового автомобиля полной массой 7 т. В результате расчета была получена мощность равная 295кВт при частоте вращения коленчатого вала 2400 об/мин.
Минимальный удельный расход топлива соответствует современным показателям дизелей с наддувом.
Таким образом, рассчитав и сравнив спроектированный двигатель с аналогами можно сделать вывод о том, что он может быть применен для грузового автомобиля общей массой 7 т. Спроектированный двигатель отвечает современным стандартам.
Список использованной литературы