Тепловой и динамический расчет двигателей внутреннего сгорания

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

САМАРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра

тАЬТракторы и автомобилитАЭ

Пояснительная записка

к курсовой работе по тракторам и автомобилям.

Раздел 1 тАЬТепловой и динамический расчет двигателей внутреннего сгораниятАЭ

Выполнил: студент И-IV-8

Кухарь А.А.

Принял: доцент

Мусин Р.Б.

Кинель 2002 г.

Задание на выполнение курсовой работы

Вариант	Прототип	Nе, кВт	n, об/мин	Назначение	Тип ДВС	ε	Топливо
12	КамАЗ 740	157	2650	автомобиль	В-8	17,2	дизельное

Реферат

Курсовая работа состоит из расчетно-пояснительной записки и графической части. Содержит тепловой и динамический расчеты автотракторного двигателя:

В· расчет рабочего цикла двигателя;

В· определение основных размеров двигателя;

В· эффективные и экономические показатели двигателя;

В· тепловой баланс двигателя;

В· построение индикаторной диаграммы;

В· кинематический и динамический расчеты двигателя;

В· расчет и построение теоретической скоростной (регуляторной) характеристики двигателя.

На листе графической части выполняются:

В· индикаторная диаграмма;

В· графики сил давления газов, инерции и суммарных сил;

В· графики тангенциальной силы одного цилиндра, суммарной тангенциальной силы, силы, действующей на шатунную шейку;

В· теоретическая скоростная (регуляторная) характеристика двигателя.

В пояснительной записке объемом 22 страницы машинописного текста, приводятся основные расчеты, необходимые графики и рисунки.

Графическая часть курсового проекта состоит из 1-го листа формата А1, выполненного с соблюдением требований ЕСКД.

Введение

Современные поршневые двигатели внутреннего сгорания достигли высокой степени совершенства, продолжая тенденцию непрерывного роста удельных (литровой и поршневой) мощностей, снижения удельной материалоемкости, токсичности отработанных газов, снижения удельных расходов топлива и масел, повышения надежности и долговечности.

Анализ тенденций развития конструкций тракторов и автомобилей показывает большую перспективность применения поршневых двигателей в ближайшие 15 .. 20 лет.

От будущего специалиста в области механизации сельскохозяйственного производства требуется широкий научный и технический кругозор, умение с наибольшим экономическим эффектом использовать современную сельскохозяйственную технику.

Важным элементом подготовки инженеров данного направления является курсовая работа по разделу ВлОсновы теории тракторных и автомобильных двигателейВ».

Цель курсовой работы состоит в овладении методикой и навыками самостоятельного решения по проектированию и расчету автотракторных двигателей внутреннего сгорания на основе приобретенных знаний при изучении курса ВлОсновы теории тракторных и автомобильных двигателейВ».

Содержание

Задание на выполнение курсовой работы. 2

Реферат. 3

Введение. 4

1. Расчет рабочего цикла двигателя. 6

1.1. Выбор исходных параметров для теплового расчета. 6

1.2. Процесс впуска. 6

1.3. Процесс сжатия. 6

1.4. Процесс сгорания. 7

1.5. Процесс расширения. 8

1.6. Определение среднего индикаторного давления. 9

1.7. Определение основных размеров двигателя и показателей его топливной экономичности 9

1.8. Построение индикаторной диаграммы. 12

2. Динамический расчет двигателя. 14

2.1. Определение силы давления газов. 14

2.2. Определение сил инерции. 15

2.3. Определение сил, действующих на шатунную шейку коленчатого вала. 15

2.4. Построение диаграммы тангенциальных сил. 16

3. Расчет и построение регуляторной характеристики тракторного дизеля. 19

3.1. Регуляторная характеристика в функции от частоты вращения коленчатого вала. 19

4. Заключение. 21

5. Список использованной литературы. 22

Приложения. 23

1. Расчет рабочего цикла двигателя

1.1. Выбор исходных параметров для теплового расчета

Одним из важных этапов выполнения первого раздела курсовой работы является выбор параметров для теплового расчета. Правильный выбор этих параметров позволит получить высокие мощностные и экономические показатели, отвечающие современному уровню развития двигателестроения.

Учитывая исходные данные, принимаем:

Коэффициент избытка воздуха ;

Коэффициент наполнения ;

Степень повышения давления .

1.2. Процесс впуска

В двигателях без наддува воздух в цилиндры поступает из атмосферы, и при расчете рабочего цикла давление окружающей среды принимается равным , а температура .

Давление остаточных газов:

Принимаем

Давление в конце впуска:

Выбираем значение

Температура в конце впуска:

В двигателях без наддува .

тАУ температура подогрева заряда. Принимаем .

тАУ температура остаточных газов. Принимаем .

тАУ коэффициент остаточных газов.

1.3. Процесс сжатия

Расчет давления и температуры в конце сжатия проводят по уравнениям политропического процесса:

где тАУ средний показатель политропы сжатия, который определяется по формуле:

Находим температуру и давление в конце сжатия:

1.4. Процесс сгорания

Теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания 1 кг топлива определяется по его элементарному составу.

Для жидких топлив соответственно в [кг воздуха/кг топлива] и [киломоль воздуха/кг топлива]:

где: 0,23 и 0,21 тАУ соответственно значения массового и объемного содержания кислорода в 1 кг воздуха;

тАУ масса 1 кмоля воздуха ();

тАУ соответственно массовые доли углерода, водорода и кислорода, содержащихся в топливе. Из [1] (приложение 3) определяем средние значения этих величин:

Действительное количество воздуха, поступившее в цилиндр:

где тАУ коэффициент избытка воздуха.

Количество остаточных газов в цилиндре двигателя равно:

где тАУ коэффициент остаточных газов.

Число киломолей продуктов сгорания 1 кг жидкого топлива в [кмоль/кг]:

Действительный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси характеризует изменение объема газов при сгорании и равен:

Давление в конце сгорания определяется по формуле:

где тАУ степень повышения давления.

Температура в конце сгорания определяется из уравнения сгорания:

(1.4.1.)

где: тАУ коэффициент использования тепла. Принимаем ;

тАУ низшая теплотворная топлива. Из [1] (приложение 3) принимаем .

Средняя молекулярная теплоемкость для свежего заряда:

Средняя молекулярная теплоемкость для продуктов сгорания:

Подставляем все известные данные в (1.4.1.) и приводим его к квадратному уравнению:

Из этого уравнения определяем значение температуры :

1.5. Процесс расширения

Значения давления и температуры газов в конце процесса расширения рассчитывают по уравнениям политропического процесса:

где тАУ степень последующего расширения:

где тАУ степень предварительного расширения:

Для проверки теплового расчета и правильности выбора параметров процесса выпуска используем формулу проф. Е.К. Мазинга:

Принятое в начале расчета значение .

Отклонение тАУ меньше одного процента.

1.6. Определение среднего индикаторного давления

Теоретическое среднее индикаторное давление можно определить по построенной индикаторной диаграмме:

где тАУ площадь индикаторной диаграммы (a, c, z, z', b, a), мм²;

тАУ масштаб индикаторной диаграммы по оси давлений (1 мм = Мпа);

тАУ длина индикаторной диаграммы, мм.

Величина среднего теоретического индикаторного давления подсчитывается аналитическим путем на основании формулы:

Точность построения индикаторной диаграммы оценивается коэффициентом погрешности:

Коэффициент не должен превышать 3тАж4%.

Действительное среднее индикаторное давление определяется по формуле:

где тАУ коэффициент полноты индикаторной диаграммы. Принимаем .

тАУ потери индикаторного давления на выполнение вспомогательных ходов.

1.7. Определение основных размеров двигателя и показателей его топливной экономичности

Определим среднее давление механических потерь в двигателе:

где тАУ скорость поршня при номинальной мощности.

Среднее эффективное давление:

Механический КПД двигателя:

Исходя из заданной величины эффективной мощности , номинальной частоты вращения , числа цилиндров , тактности и среднего эффективного давления , определяется рабочий объем цилиндра двигателя по формуле:

С другой стороны, рабочий объем цилиндра равен:

где тАУ диаметр цилиндра, дм;

тАУ ход поршня, дм.

Диаметр цилиндра определяется из выражения:

где тАУ отношение хода поршня к диаметру цилиндра. Принимаем .

Ход поршня:

По найденным значениям и определяем основные параметры и показатели двигателя:

• рабочий объем цилиндра:

• эффективная мощность:

• эффективный крутящий момент:

• средняя скорость поршня:

Оценка работы двигателя, с точки зрения использования рабочего объема, а также тепловой и динамической напряженности, производится по удельной литровой и поршневой мощностям:

В качестве измерителей топливной экономичности двигателя при работе его на номинальной мощности принимаются эффективный удельный расход топлива:

где тАУ эффективный КПД двигателя.

Часовой расход топлива:

Индикаторный КПД двигателя вычисляется по выражению:

где ;

тАУ коэффициент избытка воздуха;

тАУ низшая теплотворная способность топлива, кДж/кг;

тАУ коэффициент наполнения;

тАУ плотность заряда на впуске, кг/м³:

где В тАУ удельная газовая постоянная.

Результаты теплового расчета двигателя и его основные размеры приведены в таблице 1:

Таблица 1

Давление газов, МПа		0,092
		4,563
		7,3
		7,3
		0,3811
Температура газов, К˚		336,7
		971
		2195
		1343
Среднее давление, МПа		0,7697
		0,9531
КПД		0,51225
		0,80758
		0,41368
Удельный эффективный расход топлива		203,37
Размеры двигателя		117,6
		112
		1,1586

Вместе с этим смотрят:

Автоматизированная система оперативного управления перевозками

Автоматика и автоматизация на железнодорожном транспорте

Автоматика и телемеханика на перегонах

Автомобили ВАЗ

Автомобили и автомобильное хозяйство