Расчет двигателя внутреннего сгорания

1. Расчет параметров рабочего тела

Теоретическое кол-во воздуха необходимое для сгорания 1 кг топлива, кг, кмоль:

кг;

или в молях:

кмоль.

Проверка:

.

кмоль.

Действительное кол-во воздуха, участвующего в сгорании 1 кг топлива при, кг, кмоль:

;

кг.

;

кмоль.

Суммарное кол-во свежей смеси, кг, кмоль:

;

кг.

кмоль.

Кол-во отдельных составляющих продуктов сгорания, кмоль:

где =0,5;

кмоль.

;

кмоль.

;

кмоль.

;

кмоль.

;

кмоль.

Суммарное кол-во продуктов сгорания, кмоль:

;

кмоль.

Приращение объема и теоретический коэффициент молекулярного изменения, кмоль:

;

кмоль.

.

2. Расчет процесса впуска

Для расчета параметров процесса впуска примем:

приращение температуры в процессе подогрева заряда от стенок впускной системы? С);

температура остаточных газов (К);

давление остаточных газов (МПа/м?=1,15 кг/см?);

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

скорость движения заряда в сечении клапана м/с);

в карбюраторном двигателе без наддува впуск воздуха происходит из атмосферы, тогда МПа/м?? 1,03 кг/см?), ();

плотность заряда на впуске:

для воздуха:

;

;

кг/м?.

Определим давление в конце впуска:

;

н/м? 0,085 МПа/м?.

или

;

кг/см?.

Определим коэффициент остаточных газов, %:

;

Определим температуру конца впуска, К:

;

К.

Определим коэффициент наполнения:

.

Принимаем:

;

.

3. Расчет параметров сжатия

Определим давление в конце сжатия, кг/см?:

где — показатель политропы сжатия, выбираем .

Мн/м?? 11,53 кг/см?.

Определим температуру в конце сжатия, К:

;

К.

4. Расчет параметров процесса сгорания

Определим параметры конца процесса сгорания:

Уравнение сгорания для карбюраторного двигателя при < 1:

где — коэффициент теплоиспользования, выбираем .

Здесь:

.

кДж.

Или (старые единицы):

;

ккал/кг.

Определим внутреннюю энергию 1 моля свежей смеси в конце процесса сжатия:

где — теплоемкость свежей смеси при температуре ;

Принимаем теплоемкость свежей смеси, равной теплоемкости воздуха.

;

?С.

Принимаем ?С.

21,627 кДж/кмоль•град? 5,165 ккал / кмоль•град.

Тогда:

21,627•450 = 9732,15 кДж/кмоль? 2328 ккал / кмоль.

Определим внутреннюю энергию 1 кмоля продуктов сгорания в конце процесса сжатия:

где — теплоемкость продуктов сгорания в конце процесса сжатия.

Теплоемкость смеси равна сумме произведений теплоемкостей отдельных компонентов продуктов сгорания на их объемные доли.

Для принятого элементарного состава топлива при объемные доли отдельных компонентов продуктов сгорания составят:

;

.

;

.

;

.

;

.

;

.

.

Используя данные для? С получим:

двигатель сгорание воздух энергия Внутренняя энергия продуктов сгорания при? С:

;

23,631•450 = 10 634 кДж/кмоль = 2544 ккал / кмоль.

Тогда левая часть уравнения сгорания решается следующим образом:

;

;

.

кДж/кмоль? 16 459 ккал / кмоль.

Примем, что? С. Находим значения теплоемкостей компонентов продуктов сгорания при? С:

кДж/кмоль•град. = 6,189 ккал / кмоль•град.

кДж/кмоль•град. = 11,246 ккал / кмоль•град.

кДж/кмоль•град. = 5,039 ккал / кмоль•град.

кДж/кмоль•град. = 8,917 ккал / кмоль•град.

кДж/кмоль•град. = 6,079 ккал / кмоль•град.

•град. = 7 ккал / кмоль•град.

Внутренняя энергия продуктов сгорания при температуре? С:

;

кДж/кмоль = 16 800 ккал / кмоль.

Полученное при? С значение

кДж/кмоль.

68 472 < 70 324,8.

Определим при? С. При находим теплоемкость продуктов сгорания бензина:

кДж/кмоль•град. = 7,05 ккал / кмоль•град.

Тогда:

;

кДж/кмоль = 17 649,8 ккал / кмоль.

Искомое значение температуры сгорания, соответствующее полученному значению кДж/кмоль, находится в интервале температур 2400<<2500?C.

Принимая, что при изменении температуры от 2400 до 2500? С меняется линейно, построив график, находим значения? С или К.

Расчетное давление конца сгорания, кг/см?:

;

МПа/м? = 46,4 кг/см?.

Степень повышения давления:

;

.

Максимальное давление цикла с учетом скругления диаграммы, кг/см?:

;

МПа/м? = 39,5 кг/см?.

5. Расчет параметров процесса расширения

Определим давление конца расширения, кг/см?:

где — показатель политропы, .

Тогда:

;

МПа/м?? 4 кг/см?.

Определим температуру конца расширения:

;

К.

6. Определение индикаторных и эффективных показателей двигателя

Рассчитаем среднее индикаторное давление цикла, кг/см?:

;

Примем коэффициент скругления индикаторной диаграммы, тогда действительное среднее индикаторное давление составит:

;

МПа/м?? 9,8 кг/см?.

Определим основные показатели цикла.

Доля индикаторного давления, затраченного на трение и привод вспомогательных механизмов, Па/м?:

где м/с.

Тогда:

Па/м?;

МПа/м?? 2 кг/см?.

Среднее эффективное давление цикла:

;

МПа/м?? 7,8 кг/см?.

Механический КПД:

;

.

Удельный индикаторный расход топлива, г/(кВт•ч):

;

г/(кВт•ч).

В старых единицах:

;

г/(э.л.с.•ч).

Удельный эффективный расход топлива, г/(э.л.с.•ч):

;

г/(кВт•ч)? 223 г./(э.л.с.•ч).

Индикаторный КПД цикла, г/(кВт•ч), и МДж/кг:

;

.

В старых единицах:

;

.

Принимаем .

Эффективный КПД цикла:

;

.

Часовой расход топлива:

;

кг/ч.

7. Определение основных размеров и удельных показателей двигателя

Основные размеры двигателя:

Определим рабочий объем двигателя, л.:

;

л.

В старых единицах:

;

л.

Рабочий объем одного цилиндра, л:

;

л.

Определим диаметр цилиндра, мм:

Обозначим отношение хода поршня S к диаметру цилиндра D:

где К — показатель короткоходности или длинноходности двигателя.

Для карбюраторных двигателей:

.

Принимаем К = 0,9 (для быстроходности карбюраторного двигателя об/мин).

Тогда:

.

Отсюда:

;

мм.

;

мм.

Примем:

D=100 мм.

S=90 мм.

л.

л.

Проверим среднюю скорость поршня, м/с:

.

м/с.

;

9 < 12,0

Площадь поршня, см?:

;

мм? = 78,5 см?.

Эффективный крутящий момент двигателя, H•м:

;

H•м.

Определим литровую мощность, кВт/л:

;

кВт/л.

Определим литровую массу двигателя, кг/л:

;

кг/л. кг, прототип ЗИЛ-130.

Поршневая мощность, кВт/дм?:

;

кВт/дм?.

Радиус кривошипа:

мм.

Длина шатуна:

где

мм.

Заключение

В результате выполнения курсовой работы по дисциплине «Тепловые двигатели и нагнетали» были рассчитаны основные параметры двигателя ЗИЛ-130 (V-образный восьми цилиндровый двигатель с мощностью 108,9 кВт и частотой вращения коленчатого вала 3000 об/мин): рабочий объем двигателя л., рабочий объем одного цилиндра л., диаметр цилиндра D=100 мм., средняя скорость поршня м/с, литровая мощность двигателя кВт/л, а также были изучены детали и механизмы, модели основных систем двигателя, и получены навыки конструирования двигателей внутреннего сгорания.

1. Тепловые двигатели и нагнетатели: методические указания к практическим занятиям и самостоятельной работе / Сост.: А. М. Эфендиев; ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». — Саратов, 2006. — 52 с.

2. Автомобильные двигатели / В. М. Архангельский (и др.) — М.: Машиностроение, 1977. — 495 с.

3. Методические указания для выполнения курсовой работы по теории автотракторных двигателей / Сост. Г. М. Легошин; ИМЭСХ. — Саратов, 1990.

4. Тепловой расчет автомобильных двигателей: метод. указания к выполнению самостоятельной работы по курсу «Автомобильные двигатели» / Сост.: Н. Н. Третьяков, Ю. Н. Юдин; СГТУ. — Саратов, 1989. — 45 с.

5. Руководство к выполнению курсовой работы по дисциплине «Теория и расчет тракторных и автомобильных двигателей». Для студентов факультета механизации процессов сельскохозяйственного производства / Шумило И. А. — Барнаул: Алт. СХИ, 1977. — 62 с.