Расчет скоростной характеристики ДВС

1. Расчётно-физическое определение параметров внешней скоростной характеристики транспортного поршневого двигателя

1.1 Расчёт бензинового двигателя

1.2 Расчёт дизельного двигателя

Основой силового модуля современных транспортных средств является поршневой двигатель внутреннего сгорания — тепловая машина, преобразующая теплоту сгорания углеводородных топлив в механическую энергию.

В процессе эксплуатации параметры работы двигателя (развиваемые мощность и крутящий момент, массовый и удельный расходы топлива, выброс токсичных и концерогенных веществ с отработавшими газами и др.) существенно ухудшаются и возникает необходимость в автосервисном воздействии на двигатель, то есть в различных регулировках или текущем ремонте его систем и узлов.

Правильность реализованных технологических процессов в сервисе и выбранного инструментария, достаточность квалификационного уровня исполнителей и наличие у них устойчивых навыков выполнения конкретных услуг, а также, в конечном итоге, соответствие автомобиля в целом и отремонтированного двигателя в частности правилам безопасности дорожного движения могут быть проверены, например, путём сравнения ряда замеренных на испытательном стенде и расчётно-теоретических параметров работы двигателя.

Целью работы является закрепление знаний, полученных на лекционных и практических по дисциплине.

Задачами работы являются приобретение навыков расчёта и построения скоростной зависимости бензинового или дизельного двигателя, анализ регулировочных кривых, а также оценка качества выполненных регулировочных и ремонтных воздействий на двигатель.

1. Расчётно-физическое определение параметров внешней скоростной характеристики транспортного поршневого двигателя

1.1 Расчёт бензинового двигателя

В качестве базового принимаем четырёхтактный 4-цилиндровый безнаддувный бензиновый двигатель (плотность воздуха на всасывании P_о=1,21 кг/м³), в котором для стехиометрического сгорания 1 кг топлива требуется 14,95 кг воздуха (L₀=14,95 кг/кг).

Таблица 1: Варианты расчёта.

Для расчёта принимаем вариант — резерв.

Расчёт.

1. Мощность в расчётных точках:

N_ex=N_e· n_x/n_N·(1+n_x/n_N-(n_x/n_N)²); кВт

N₅₀₀=68· 500/5550·(1+500/5550-(500/5550)²)= 6,043 кВт

N₁₀₀₀=68· 1000/5550·(1+1000/5550-(1000/5550)²)= 12,821 кВт

N₂₀₀₀=68· 2000/5550·(1+2000/5550-(2000/5550)²)= 27,492 кВт

N₃₀₀₀=68· 3000/5550·(1+3000/5550-(3000/5550)²)=41,837 кВт

N₄₀₀₀=68· 4000/5550·(1+4000/5550-(4000/5550)²)=53,679 кВт

N₅₀₀₀=68· 5000/5550·(1+5000/5550-(5000/5550)²)=60,843 кВт

N₆₀₀₀=68· 6000/5550·(1+6000/5550-(6000/5550)²)=61,152 кВт

2. Эффективный крутящий момент:

M_ex=9550· N_ex/ n_x; Нм

M₅₀₀=9550· 6,043 / 500 =115,43 Нм

M₁₀₀₀=9550· 12,821/ 1000= 122,444 Нм

M₂₀₀₀=9550· 27,492/ 2000 =131,276 Нм

M₃₀₀₀=9550· 41,837/ 3000= 133,181 Нм

M₄₀₀₀=9550· 53,679/ 4000 =128,158 Нм

M₅₀₀₀=9550· 60,843/ 5000 =116,209 Нм

M₆₀₀₀=9550· 61,152/ 6000 =97,333 Нм

3. Средняя скорость поршня.

V_срх=333· 10^-7·S· n_x; м/с

V₅₀₀=333· 10^-7·80· 500 =1,332 м/с

V₁₀₀₀=333· 10^-7·80· 1000 =2,664 м/с

V₂₀₀₀=333· 10^-7·80· 2000=5,328 м/с

V₃₀₀₀=333· 10^-7·80· 3000=7,992 м/с

V₄₀₀₀=333· 10^-7·80· 4000=10,656 м/с

V₅₀₀₀=333· 10^-7·80· 5000 =13,32 м/с

V₆₀₀₀=333· 10^-7·80· 6000 =15,984 м/с

4. Среднее эффективное давление цикла.

P_ex=120· N_ex / V_дв · n_x; МН/м²

P₅₀₀=120· 6,043 /1,60· 500=0,907 МН/м²

P₁₀₀₀=120· 12,821 /1,60· 1000=0,962 МН/м²

P₂₀₀₀=120· 27,492 /1,60· 2000=1,031 МН/м²

P₃₀₀₀=120· 41,837 /1,60· 3000=1,046 МН/м²

P₄₀₀₀=120· 53,679 /1,60· 4000=1,006 МН/м²

P₅₀₀₀=120· 60,843 /1,60· 5000=0,913 МН/м²

P₆₀₀₀=120· 61,152 /1,60· 6000=0,764 МН/м²

5. Среднее давление механических потерь.

P_mx=0.034+0.0113· V_срх; МН/м²

P₅₀₀=0.034+0.0113· 1,332=0.049 МН/м²

P₁₀₀₀=0.034+0.0113· 2,664=0.064 МН/м²

P₂₀₀₀=0.034+0.0113· 5,328=0.094 МН/м²

P₃₀₀₀=0.034+0.0113· 7,992=0.124 МН/м²

P₄₀₀₀=0.034+0.0113· 10,656=0.154 МН/м²

P₅₀₀₀=0.034+0.0113· 13,32=0.185 МН/м²

P₆₀₀₀=0.034+0.0113· 15,984=0.215 МН/м²

6. Среднее индикаторное давление цикла.

P_ix= P_ex+ P_mx; МН/м²

P₅₀₀= 0,907 + 0.049=0.956 МН/м²

P₁₀₀₀= 0,962 + 0.064=1.026 МН/м²

P₂₀₀₀= 1,031 + 0.094=1.125 МН/м²

P₃₀₀₀= 1,046 + 0.124=1.170 МН/м²

P₄₀₀₀= 1,006 + 0.154=1.161 МН/м²

P₅₀₀₀= 0,913 + 0.185=1.097 МН/м²

P₆₀₀₀= 0,764 + 0.215=0.979 МН/м²

7. Индикаторный крутящий момент.

M_ix=79.59· V_дв · P_ix; Нм

M₅₀₀=79.59· 1,60· 0.956=121,686 Нм

M₁₀₀₀=79.59· 1,60· 1.026=130,617 Нм

M₂₀₀₀=79.59· 1,60· 1.125=143,283 Нм

M₃₀₀₀=79.59· 1,60· 1.170=149,022 Нм

M₄₀₀₀=79.59· 1,60· 1.161=147,833 Нм

M₅₀₀₀=79.59· 1,60· 1.097=139,716 Нм

M₆₀₀₀=79.59· 1,60· 0.979= 124,672Нм

8.Удельный эффективный расход топлива.

q_ex=q_eN· (1.55−1.55· n_x/n_N+(n_x/n_N)²); г/кВтч

q₅₀₀=294· (1.55−1.55· 500/5550+(500/5550)²)=417,032 г/кВтч

q₁₀₀₀=294· (1.55−1.55· 1000/5550+(1000/5550)²)=383,137 г/кВтч

q₂₀₀₀=294· (1.55−1.55· 2000/5550+(2000/5550)²)=329,663 г/кВтч

q₃₀₀₀=294· (1.55−1.55· 3000/5550+(3000/5550)²)=295,278 г/кВтч

q₄₀₀₀=294· (1.55−1.55· 4000/5550+(4000/5550)²)=279,982 г/кВтч

q₅₀₀₀=294· (1.55−1.55· 5000/5550+(5000/5550)²)=283,776 г/кВтч

q₆₀₀₀=294· (1.55−1.55· 6000/5550+(6000/5550)²)=306,66 г/кВтч

9. Часовой расход топлива.

G_Tx=0.001· q_ex· N_ex; кг/ч

G₅₀₀=0.001· 417,032 · 6,043=2,520 кг/ч

G₁₀₀₀=0.001· 383,137 · 12,821=4,912 кг/ч

G₂₀₀₀=0.001· 329,663 · 27,492=9,063 кг/ч

G₃₀₀₀=0.001· 295,278 · 41,837=12,353 кг/ч

G₄₀₀₀=0.001· 279,982 · 53,679=15,029 кг/ч

G₅₀₀₀=0.001· 283,776 · 60,843=17,266 кг/ч

G₆₀₀₀=0.001· 306,66 · 61,152=18,753 кг/ч

10. Коэффициент избытка воздуха.

L_x=0.7 — 0.8

L₅₀₀=0.7

L₁₀₀₀=0.7

L_{2000 — 6000} =0.8

11. Коэффициент наполнения цилиндров.

?_Vx=L₀· P_ex· L_x· q_ex/3600· P_0;

?₅₀₀=14,95 · 0,907 · 0,7· 417,032 /3600· 1,21=0,9081

?₁₀₀₀=14,95 · 0,962 · 0,7· 383,137 /3600· 1,21=0,885

?₂₀₀₀=14,95 · 1,031 · 0,7· 329,663 /3600· 1,21=0,817

?₃₀₀₀=14,95 · 1,046 · 0,7· 295,278 /3600· 1,21=0,742

?₄₀₀₀=14,95 · 1,006 · 0,7· 279,982 /3600· 1,21=0,677

?₅₀₀₀=14,95 · 0,913 · 0,7· 283,776 /3600· 1,21=0,622

?₆₀₀₀=14,95 · 0,764 · 0,7· 306,66 /3600· 1,21=0,563

Полученные данные группируем в таблицу.

Таблица 2: Расчётные данные.

По данным таблицы строим графики внешней скоростной характеристики ДВС.

(см. Приложение 1).

1.2 Расчёт дизельного двигателя

В качестве базового принимаем четырёхтактный 8-цилиндровый дизельный двигатель с наддувом (плотность воздуха на всасывании P_о=1,73 кг/м³), в котором для стехиометрического сгорания 1 кг топлива требуется 14,45 кг воздуха (L₀=14,45 кг/кг).

Таблица 3: Варианты расчёта.

Для расчёта принимаем вариант — 4.

Расчёт.

1. Мощность в расчётных точках:

N_ex=N_e· n_x/n_N·(0,87+1,13·n_x/n_N-(n_x/n_N)²); кВт

N₅₀₀=305· 500/2350·(0,87+1,13·500/2350-(500/2350)²)= 69,122 кВт

N₁₀₀₀=305· 1000/2350·(0,87+1,13·1000/2350-(1000/2350)²)= 151,822 кВт

N₁₅₀₀=305· 1500/2350·(0,87+1,13·1500/2350-(1500/2350)²)= 230,473 кВт

N₂₀₀₀=305· 2000/2350·(0,87+1,13·2000/2350-(2000/2350)²)= 287,451 кВт

2. Эффективный крутящий момент:

M_ex=9550· N_ex/ n_x; Нм

M₅₀₀=9550· 69,122 / 500 =1320,227 Нм

M₁₀₀₀=9550· 151,822 / 1000= 1449,897 Нм

M₁₅₀₀=9550· 230,473 / 1500 =1467,347 Нм

M₂₀₀₀=9550· 287,451 / 2000= 1372,578 Нм

3. Средняя скорость поршня.

V_срх=333· 10^-7·S· n_x; м/с

V₅₀₀=333· 10^-7·144· 500 =2,398 м/с

V₁₀₀₀=333· 10^-7·144· 1000 =4,795 м/с

V₁₅₀₀=333· 10^-7·144· 1500=7,193 м/с

V₂₀₀₀=333· 10^-7·144· 2000=9,59 м/с

4. Среднее эффективное давление цикла.

P_ex=120· N_ex / V_дв · n_x; МН/м²

P₅₀₀=120· 69,122 /14,8· 500=1,121 МН/м²

P₁₀₀₀=120· 151,822 /14,8· 1000=1,231 МН/м²

P₂₀₀₀=120· 230,473 /14,8· 1500=1,246 МН/м²

P₃₀₀₀=120· 287,451 /14,8· 2000=1,165 МН/м²

5. Среднее давление механических потерь.

P_mx=0.09+0.0112· V_срх; МН/м²

P₅₀₀=0.09+0.0112· 2,398 =0,119 МН/м²

P₁₀₀₀=0.09+0.0112· 4,795 =0,148 МН/м²

P₁₅₀₀=0.09+0.0112· 7,193 =0,176 МН/м²

P₂₀₀₀=0.09+0.0112· 9,59 =0,205 МН/м²

6. Среднее индикаторное давление цикла.

P_ix= P_ex+ P_mx; МН/м²

P₅₀₀= 1,121 + 0,119 =0,133 МН/м²

P₁₀₀₀= 1,231 + 0,148 =0,181 МН/м²

P₁₅₀₀= 1,246 + 0,176 =0,22 МН/м²

P₂₀₀₀= 1,165 + 0,205 =0,239 МН/м²

7. Индикаторный крутящий момент.

M_ix=79.59· V_дв · P_ix; Нм

M₅₀₀=79.59· 14,8· 0,133=156,818 Нм

M₁₀₀₀=79.59· 14,8· 0,181=213,939 Нм

M₁₅₀₀=79.59· 14,8· 0,22=258,735 Нм

M₂₀₀₀=79.59· 14,8· 0,239=281,518 Нм

8. Удельный эффективный расход топлива.

q_ex=q_eN· (1.2- n_x/n_N+0,8· (n_x/n_N)²); г/кВтч

q₅₀₀=235· (1.2−500/2350+0,8·(500/2350)²)= 240,511 г/кВтч

q₁₀₀₀=235· (1.2−1000/2350+0,8·(1000/2350)²)= 216,143 г/кВтч

q₁₅₀₀=235· (1.2−1500/2350+0,8·(1500/2350)²)= 208,596 г/кВтч

q₂₀₀₀=235· (1.2−2000/2350+0,8·(2000/2350)²)= 218,17 г/кВтч

9. Часовой расход топлива.

G_Tx=0.001· q_ex· N_ex; кг/ч

G₅₀₀=0.001· 240,511 · 69,122 =16,625 кг/ч

G₁₀₀₀=0.001· 216,143 · 151,822 =32,8 кг/ч

G₁₅₀₀=0.001· 208,596 · 230,473 =48,076 кг/ч

G₂₀₀₀=0.001· 218,17 · 287,451 =62,713 кг/ч

10. Коэффициент избытка воздуха.

L₅₀₀=0.7· L_N=1.113

L_{1000 — 2000} =0.8· L_N=1.272

11. Коэффициент наполнения цилиндров.

?_Vx=L₀· P_ex· L_x· q_ex/3600· P_0;

?₅₀₀=14,45 · 1,121· 1.113· 240,511/3600· 1,21=0,696

?₁₀₀₀=14,45 · 1,231· 1.272· 216,143/3600· 1,21=0,785

?₂₀₀₀=14,45 · 1,246· 1.272· 208,596/3600· 1,21=0,767

?₃₀₀₀=14,45 · 1,165· 1.272· 218,17/3600· 1,21=0,75

Таблица 4: Расчётные данные.