Форсированный бензиновый двигатель для автомобиля семейства ВАЗ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Форсированный бензиновый двигатель для автомобиля семейства ВАЗ

Введение

Тепловой расчет выполняется с целью предварительного определения индикаторных показателей рабочего цикла и эффективных показателей проектируемого двигателя. По заданной номинальной мощности и результатам теплового расчета определяется рабочий объем цилиндров, выполняются динамический расчет, расчет на прочность, расчет систем двигателя и др. Выполнение теплового расчета при разных исходных данных позволяет оценить влияние на работу двигателя различных конструктивных и эксплуатационных факторов, что в совокупности с результатами экспериментальной доводки опытных образцов позволяет разработать рациональную конструкцию двигателя.

Тепловой расчет, как правило, выполняется для режима номинальной мощности, в связи с чем указанный режим называется расчетным. Традиционно внешняя скоростная характеристика двигателя рассчитывалась на базе теплового расчета номинального режима с помощью эмпирических зависимостей, с удовлетворительной точностью описывающих закономерности изменения мощностных и экономических показателей двигателя в зависимости от частоты вращения коленчатого вала. Однако в настоящее время в связи с ужесточением требований к тягово - динамическим и экономическим показателям автомобилей и тракторов все большее распространение получают перспективные турбопоршневые двигателя с пологим протеканием кривой удельного эффективного расхода топлива, а также двигатели с постоянной мощностью (ДПМ) имеющие высокий коэффициент приспособляемости. В связи с этим для формирования внешней скоростной характеристики необходимо выполнение многовариантных тепловых расчетов на частичных скоростных режимах, что позволит получить предварительную информацию о требуемом характере изменения параметров наддува и, в частности, о целесообразности применения охладителя наддувочного воздуха.

1. Расчетная схема турбопоршневого двигателя

В результате политропического сжатия в компрессоре давление и температура воздуха повышаются до значений и . Для повышения плотности воздушного заряда и снижения теплонапряженности двигателей находят применение охладители наддувочного воздуха 5, снижающие его температуру во впускном коллекторе 6 до величины . Давление при этом из-за гидравлических потерь в охладителе снижается до величины . Выпускные газы двигателя 8, имеющие температуру и давление , поступают в выпускной коллектор 7, на выходе из которого (на входе во входной патрубок турбины 3) устанавливается давление и температура , определяемые принятой схемой наддува и конструкцией выпускного тракта.

После политропического расширения в турбине 3 отработавшие газы с параметрами и поступают в глушитель 4, а затем в атмосферу.

2. Определение исходных данных для теплового расчета номинального режима

турбопоршневой двигатель газообмен индикаторный

В техническом задании на создание нового двигателя задаются его тип, назначение, номинальная мощность, частота вращения и удельный эффективный расход топлива при номинальной мощности и др. С учетом этих показателей выбирается прототип - хорошо зарекомендовавший себя в эксплуатации двигатель (или двигатели), ряд конструктивных решений которого может быть использован при создании перспективного образца, отвечающего предъявляемым требованиям. Затем на основании полученной информации выбираются исходные данные для теплового расчета.

Ne =88 кВт, n = 6000 об/мин., V = 1,6 л., ф = 4. i = 4, жидкостное охлаждение, ge = 280 гр/кВт.

Среднее эффективное давление

Величина среднего эффективного давления Р_е характеризует уровень форсирования двигателя.

где - тактность двигателя;

- номинальная мощность, кВт;

- рабочий объем одного цилиндра, л (дм³);

- число цилиндров.

Pe = мПа.

Коэффициент избытка воздуха

В двигателях с впрыском бензина и нейтрализацией отработавших газов = 1.

Удельный эффективный расход топлива

В техническом задании на проектирование двигателя удельный эффективный расход топлива на номинальном режиме задается и затем подтверждаются результатами теплового расчета = 280 гр/кВт.

Сопротивление воздухоочистителя

Для бензиновых двигателей сопротивление воздухоочистителя =0,004 МПа

Коэффициент наполнения

Коэффициент наполнения комплексно характеризует совершенство процесса наполнения цилиндров двигателя свежим зарядом. У бензиновых двигателей =0,94.

Показатель политропы сжатия воздуха в компрессоре

Величина показателя политропы сжатия =1,7.

Термический КПД охладителя наддувочного воздуха

=0,8.

Температура охлаждающего агента (воздуха или охлаждающей жидкости) на входе в охладитель наддувочного воздуха

Для двигателей без охладителя =355 ^о К.

Условия окружающей среды

Расчет производится для нормальных атмосферных условий: =293^о К, Р_о=0,1 МПа.

Отношение хода поршня к диаметру цилиндра

Современные бензиновые двигатели проектируются с невысоким отношением хода поршня S к диаметру цилиндра D. =0,86.

Число цилиндров

Число цилиндров i = 4.

Число впускных клапанов в цилиндре

Бензиновый двигатель с инжекторной системой впрыска i Кл = 2.

Коэффициент сопротивления впускной системы

,

где - коэффициент затухания скорости движения заряда;

- коэффициент сопротивления впускной системы, отнесенный к наиболее узкому ее сечению.

По опытным данным принимаем =3,5.

Отношение диаметра горловины впускного клапана к диаметру цилиндра

Для бензинового двигателя с клиновидной и плоскоовальной камерами сгорания = 0,46.

Тактность двигателя

Для четырехтактных двигателей =4.

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива

Для жидких топлив теоретически необходимое количество воздуха

,

где С, Н и О_Т - массовые доли углерода, водорода и кислорода в топливе.

=0,516 для бензинов.

Степень сжатия

=10.

Отношение давления остаточных газов к давлению перед впускными органами двигателя

Для двигателей с газотурбинным наддувом =1.

Температура выпускных газов

Температура выпускных газов возрастает с уменьшением степени сжатия и увеличением быстроходности двигателей. =1300 К.

Отношение теплоемкости остаточных газов к теплоемкости свежего заряда

Величина отношения теплоемкостей зависит от состава смеси и температуры

= 1,17.

Коэффициент дозарядки

Для бензиновых двигателей коэффициент дозарядки=1,11.

Коэффициент очистки камеры сгорания от остаточных газов

Для бензиновых двигателей =1.

Коэффициент остаточных газов

Прямоточная продувка 0,1.

Величина подогрева свежего заряда от горячих стенок

Величина подогрева Т зависит от типа двигателя, его быстроходности, наличия наддува, способа охлаждения и проч. В бензиновых двигателях подогрев заряда меньше, чем в дизелях, в основном, из-за их быстроходности. Величина подогрева смеси в бензиновых двигателях выбирается с учетом необходимости обеспечения качественного смесеобразования, что требует повышения температуры заряда. Однако при этом снижается его плотность, что отрицательно влияет на массовое наполнение цилиндров.

Т = 30 К.

Отклонение показателя политропы сжатия от среднего за процесс сжатия показателя адиабаты

Отклонение в процессе сжатия показателя политропы от паказателя адиабаты = -0,02.

Коэффициент использования тепла к моменту достижения максимального давления цикла

Величина коэффициент использования тепла зависит от скорости сгорания рабочей смеси и тепловых потерь в стенке =0,9.

Максимальное значение коэффициента использования тепла

Максимальное значение коэффициента использования тепла учитывает суммарные за процесс сгорания теплопотери из-за теплоотдачи неполноты сгорания, диссоциации, из-за несвоевременности сгорания и т.д.

= 0,97.

Максимальное давление рабочего цикла

Для бензиновых двигателей подлежит расчету.

Коэффициент полноты индикаторной диаграммы

Коэффициент полноты для бензиновых двигателей равен 0,95.

Коэффициенты для определения среднего давления механических потерь

Двигатели
Бензиновые с числом цилиндров до шести и отношением 1	0,034	0,0113

3. Алгоритм расчета

Расчет параметров процесса газообмена

Давление за воздухоочистителем, МПа

= 0,1-0,004 = 0,096 мПа.

Степень повышения давления в компрессоре

Выбираем рк = 1,5

Тк = 353,22 К.

Тк < Тw значит воздухоохладитель не нужен

рк = 2,31

расхождение 0,011

Выбираем рк = 1,489

рк = 2,31

расхождение 0,034

Выбираем рк = 1,455

рк = 2,31

расхождение 0,014

Выбираем рк = 1,441

рк = 2,31

расхождение 0,006

Выбираем рк = 1,435

рк = 2,31

расхождение 0,002

Давление перед впускными органами двигателя, МПа

Рк = рк

рк = значит нужен турбонаддув.

Потери давления за счет сопротивления впускной системы и затухания скорости движения заряда в цилиндре, МПа

= 0,00017 мПа.

Давление в конце впуска, МПа.

= 0,134-0,00017 = 0,133 мПа.

Температура перед впускными органами

= 293 = 339,88 К.

Коэффициент наполнения.

Для четырехтактных двигателей с продувкой камеры сжатия и дозарядкой

= 0,98

Коэффициент остаточных газов (для четырехтактных двигателей)

= 0,027

Температура в конце впуска, К



= 385,53К.

Расчет процесса сжатия

Показатель адиабаты сжатия

Выбираем К = 1,375

К1 = 1+

Расхождение 0,005

Выбираем К = 1,37

К1 = 1+

Расхождение 0,001

Показатель политропы сжатия

= 1,371-0,02 = 1,351

Средняя мольная теплоемкость при сжатии, кДж/кмольК

= 20,16+1,738

Давление в конце процесса сжатия, МПа

= 0,133

Температура в конце процесса сжатия, К

Тс = ТаК.

Расчет параметров в начале процесса расширения

Количество свежего заряда для бензиновых двигателей, кмоль/кг топлива

= 1 +0.0087 = 0.5247

Количество продуктов сгорания для бензиновых двигателей, кмоль/кг топлива

= 0.1438+0.4087 = 0.5525

Теоретический коэффициент молекулярного изменения

₌

Действительный коэффициент молекулярного изменения

=

Коэффициент молекулярного изменения в точке Z индикаторной диаграммы

= 1+

Потери от неполноты сгорания в бензиновом двигателе при .

Максимальная температура сгорания в бензиновых двигателях, К



Тz = = 2646,92 К.

Максимальное давление рабочего цикла бензинового двигателя, МПа

= 1,146мПа

Показатель политропы расширения для бензинового двигателя

Выбираем n2 = 1,25

расхождение 0,019

Выбираем n2 = 1,231

n2 = 1.227

расхождение 0,004

Выбираем n2 = 1,227

n2 = 1.2273

расхождение 0,0003

Температура в конце процесса расширения для бензинового двигателя

= К.

Давление в конце процесса расширения для бензинового двигателя

= мПа.

Давлением и температурой выпускных газов задаются. Точность выбора указанных величин проверяется по формуле

= К

Рr = 1 мПа.

Относительная ошибка не должна превышать 15%.

;

Относительная ошибка 4%.

Среднее индикаторное давление расчетного цикла для бензиновых двигателей

=

МПа.

Среднее индикаторное давление действительного цикла четырехтактных двигателей

= 0,95мПа.

Индикаторный КПД

=

Удельный индикаторный расход топлива, г/кВтч

=

Среднее давление механических потерь

= =0,0453мПа.

Среднее эффективное давление

= 1,463-0,55 = 1.08 мПа.

Эффективный КПД двигателя

= 0,3

Удельный эффективный расход топлива, г/кВтч

=281

Рабочий объем цилиндра, дм³(л)

=0.45

Диаметр цилиндра, мм

= 87.4

Ход поршня, мм

=75.2

Расчетная эффективная мощность, кВт

=

Вывод

турбопоршневой двигатель газообмен индикаторный

В ходе работы рассчитаны индикаторные параметры рабочего цикла бензинового двигателя. По результатам расчета построены индикаторная диограмма зависимости P-V и развернутая диограмма по углу поворота коленчатого вала P-ц.

В ходе расчета были произведены проверки по выбранным исходным данным. В результате расчетов расчетная мощность получилась не ниже заданной, значит, расчет выполнен правильно.

Список используемой литературы

1. А.И. Колчин, В.П. Демидов «Расчет автомобильных и тракторных двигателей» Москва «Высшая школа». 1980 г.

2. В.М. Архангельский «Автомобильные двигатели» Москва «Машиностроение».1967 г.

3. А.С. Орлина, М.Г. Круглова «Двигатели внутреннего сгорания» Москва «Машиностроение».1980 г.

Размещено на Allbest.ru