Расчет рабочих процессов безнаддувного четырехтактного двигателя с впрыском топлива

Курсовая работа

Расчет рабочих процессов безнаддувного четырехтактного двигателя с впрыском топлива

Исходные данные

N_max= 80 кВт;

i= 4; е=9; ф= 4

Тепловой расчет:

Выберем 4 основных режима:

1. минимальная частота вращения: n_min=600−1000 мин ^-1

2. максимальный крутящий момент: n_max=0,6 n_N

3. максимальная мощность: n_N

4. максимальная скорость авто: n_max=1,05… 1,2 n_N

Рассчитываем для точек: n = 900; 3200; 5500; 6000 мин ^-1

Бензин: АИ-98

Состав: С= 0,855; H=0,145

Масса кмоля бензина: m_T=115 кг/кмоль Необходимая теплота сгорания топлива:

Параметры рабочего тела

Количество воздуха необходимого для сгорания 1 кг топлива:

В кмоль:

0,208 — объемное содержание кислорода в1кмоль воздуха В килограммах:

Примем коэффициент избытка воздуха 1. И рассчитаем количество горючей смеси Где:

Количество отдельных компонентов продуктов сгорания при К=0,5 и принятых скоростных режимах.

Общее количество продуктов сгорания:

Аналогично для остальных режимов, результаты вносим в таблицу:

Таблица 1

Параметры окружающей среды и остаточные газы Температуру остаточных газов определим по графику / Рис. 1

Давление остаточных газов на номинальном скоростном режиме Для

Тогда на остальных режимах давление рассчитывается по формуле:

Результаты внесем в таблицу 2

Процесс Впуска

Температура подогрева свежего заряда, для получения хорошего наполнения двигателя при

Для n =900 мин ^-1 и остальных режимов? расчитаем по формуле:

14,3

Аналогично для остальных режимов, результаты вносим в таблицу 2

Плотность заряда на впуске:

Потери давления на впуске при

— ср скор движения заряда

-коэф. сопротивл. впускной сист.

при

Аналогично для остальных режимов, результаты вносим в таблицу 2

Коэффициент остаточных газов

По рис 1 определим коэффициент дозарядки.

При: коэффициент дозарядки

Примем коэффициент очистки тогда:

Аналогично для остальных режимов, результаты вносим в таблицу 2

Температура в конце впуска:

Аналогично для остальных режимов, результаты вносим в таблицу 2

Коэффициент накопления:

Аналогично для остальных режимов, результаты вносим в таблицу Таблица 2

Процесс сжатия: Средний показатель адиабаты сжатия определяется по номограмме по и, а средний показатель политропны сжатия принимается меньше. При выборе учитывается, что с уменьшением частоты вращения теплоотдача в стенки цилиндров увеличивается, а уменьшается по сравнению с более значительно.

Номограмма для определения адиабаты сжатия .

при, и и

Рассчитаем для

Давление в конце сжатия:

.

Температура в конце сжатия:

Средняя мольная теплоёмкость в конце сжатия:

а) свежей смеси (воздуха).

, где .

б) остаточных газов ;

— определяется интерполяцией по заданной таблице при .

где и — значения теплоёмкостей продуктов сгорания при .

в) рабочей смеси Аналогично для остальных режимов, результаты вносим в таблицу

Таблица 3

Процесс сгорания

Коэффициент молекулярного изменения горючей и рабочей смеси

При

Количество теплоты потерянного вследствие химической неполноты сгорания рабочеё смеси.

При

Средняя мольная теплоёмкость продуктов сгорания.

(эмпирическая формула для интервала температур от 1501 до 2800 °С)

Аналогично для остальных режимов, результаты вносим в таблицу Таблица 3

Коэффициент использования теплоты

Температура в конце сгорания:

При

Получаем квадратное уравнение:

Решая это уравнение получим.

Максимальное теоретическое давление сгорания:

Максимальное действительное давление:

Степень повышения давления:

Аналогично для остальных режимов, результаты вносим в таблицу 3

Процессы расширения и выпуска

Средний показатель адиабаты расширения определяется по номограмме по для соответствующих значений, а средний показатель политропны расширения определяется по .

При, ,, .

Номограмма определения показателя адиабаты расширения

Давление и температура в конце процесса расширения.

Для

Аналогично для остальных режимов, результаты вносим в таблицу Таблица 4

Индикаторные параметры рабочего тела

Среднее теоретическое индикаторное давление.

При

Среднее действительное индикаторное давление.

Индикаторный КПД и индикаторный удельный расход топлива.

При

Аналогично для остальных режимов, результаты вносим в таблицу Таблица 5

Эффективные показатели двигателя

Среднее давление механических потерь для бензиновых двигателей с числом цилиндров меньше шести и отношением S/D?1:

Приняв S=77 мм получим:

Тогда для

•= •0,1931МПа Среднее эффективное давление и механический КПД:

Эффективный КПД эффективный удельный расход топлива:

При

Аналогично для остальных режимов, результаты вносим в таблицу 5

Основные параметры цилиндра и двигателя

Рабочий объем (литраж) двигателя:

Рабочий объем одного цилиндра:

S=77 мм:

Окончательно принимаем: S=77 мм; D=86 мм

Площадь поршня:

Рабочий объем:

Мощность двигателя: (для)

Литровая мощность двигателя:

Крутящий момент:

Максимальный крутящий момент определяется после построения характеристики

однако из расчетов (табл 5) видно, что достигается при

цилиндр двигатель расширение индикаторный

Построение индикаторной диаграммы

Индикаторную диаграмму строят для режима номинального режима работы двигателя:

Т.е.

Для построения выбираем удобные масштабы:

;

Максимальная высота диаграммы (точка z):

Аналогично ординаты других точек:

Точки политроп. сжатия и расширения приведены в таблице 6

Таблица 6

Построение внешней скоростной характеристики

Для каждого выбранного числа оборотов определяем следующие параметры.

1. Эффективная мощность.

2. Удельный эффективный расход топлива.

3. Эффективный крутящий момент.

4. Часовой расход топлива.

Сводим расчёты в таблицу.

Динамический расчёт

Принимаем: удельная масса поршня из алюминиевого сплава, шатун, неуравновешенная часть одного колена вала: стальной кованный вал .

С учётом принятых данных определяем:

масса поршня:

масса шатуна: ;

масса кривошипа: ;

Масса шатуна разносится на две составляющие:

Окончательно массы, совершающие возвратно-поступательное движение, где

Развёртка индикаторной диаграммы

Используем графический метод Брикса. Базой для построения служит индикаторная диаграмма построенная ранее. На ходе поршня, как на диаметре, строится полуокружность с центром .

Определяем поправку Брикса.

где

Принимаем:

В таблицу динамического расчета заносятся величины избыточного давления где

Поскольку на участках всасывания и выпуска замерить давление чрезвычайно трудно, целесообразно заносить в таблицу:

Для углов Для углов

Для повышения точности расчёта в нарушении принятого шага 30° в таблицу добавляется строка 370°, давление для которой:

Для бензинового двигателя здесь и далее в качестве принимается

Определение сил и моментов действующих в КШМ

Сила давления газов:

Сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс Здесь — радиус кривошипа, — угловая скорость вращения коленчатого вала:

Суммарная сила, действующая на поршень, Разложение суммарной силы на составляющие в КШМ показано рисунке ниже. С учётом данной схемы получаем:

Нормальная сила:

Радиальная сила Тангенциальная сила Крутящий момент одного цилиндра Все расчёты сводим в таблицу.