Двигуни внутрішнього згорання
Аналіз та обґрунтування конструктивних рішень та параметрів двигуна внутрішнього згорання. Вибір вихідних даних для теплового розрахунку. Індикаторні показники циклу. Розрахунок процесів впускання, стиску, розширення. Побудова індикаторної діаграми.
Рубрика | Физика и энергетика |
Вид | курсовая работа |
Язык | украинский |
Дата добавления | 24.03.2014 |
Размер файла | 92,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ
ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ АВТОМОБІЛЬНО-ДОРОЖНІЙ УНІВЕРСИТЕТ
Курсова робота
З дисципліни: «Двигуни внутрішнього згорання»
Виконав:
Нетребенко Е.С.
Перевірив: доцент
Жилін С. С.
Харків 2012
Зміст
Вступ
1. Аналіз та обґрунтування конструктивних рішень та параметрів двигуна
2. Тепловий розрахунок
2.1 Вибір і обгрунтування вихідних даних для теплового розрахунку
2.2 Розрахунок процесу впускання
2.3 Розрахунок процесу стиску
2.4 Розрахунок матеріального балансу
2.5 Розрахунок процесу згоряння
2.6 Розрахунок процесу розширення
2.7 Індикаторні показники циклу
2.8 Ефективні показники
3. Побудова індикаторної діаграми
Висновок
Перелік посилань
Вступ
двигун згорання тепловий
Двигун внутрішнього згорання (скорочено ДВС) - це тип двигуна, теплової машини, в якій хімічна енергія палива (звичайно застосовується рідке або газоподібне вуглеводневе паливо), згораючи в робочій зоні, перетворюється в механічну роботу.
Незважаючи на те, що ДВС відносяться до відносно недосконалому типу теплових машин (громіздкість, сильний шум, токсичні викиди і необхідність системи їх відведення, відносно невеликий ресурс, необхідність охолодження і змащення, висока складність у проектуванні, виготовленні і обслуговуванні, складна система запалювання, велике кількість зношуються частин, високе споживання пального і т. д.), завдяки своїй автономності (використовуване паливо містить набагато більше енергії, ніж найкращі електричні акумулятори), ДВС дуже широко поширені, особливо на транспорті.
Карбюраторний двигун - один з типів двигуна внутрішнього згоряння із зовнішнім сумішоутворенням. У карбюраторному двигуні паливно-повітряна суміш, що надходить по впускному колектору в циліндри двигуна, готується в спеціальному приладі - карбюраторі. Також карбюраторні двигуни поділяються на двигуни без наддуву або атмосферні, у яких впускання повітря або горючої суміші здійснюється за рахунок розрядження в циліндрі при всмоктуючому ході поршня; двигуни з наддувом, у яких впускання повітря або горючої суміші в робочий циліндр відбувається під тиском, створюваним турбокомпресором, з метою збільшення заряду повітря і отримання підвищеної потужності і ККД двигуна.
В якості палива для карбюраторного двигуна в різний час застосовувалися спирт, гас, нафта, бензин. Найбільшого поширення набули бензинові карбюраторні двигуни.
Метою теплового розрахунку двигуна є визначення основних параметрів і показників робочого процесу двигуна [1].
1 Аналіз та обґрунтування конструктивних рішень та параметрів двигуна
Виконуємо тепловий розрахунок для карбюраторного чотирьохтактного двигуна ВАЗ 21-08, який встановлюється на легковому автомобілі ВАЗ 21-08, який має свої характерні особливості.
Ступінь стиснення: для двигунів з іскровим запалюванням =10,2 (за завданням кафедри).
Відношення ходу поршня до діаметру циліндра: для проектованого двигуна значення відношення S / D приймаємо менше 1.
Число і розташування циліндрів: залишаються незмінними, тобто чотири циліндри розташованих в ряд.
Частота обертання колінчастого вала: для легкових автомобілів з КБД n = (40006000) мин-1.
n=5900 мин-1 (за завданням кафедри).
Спосіб сумішоутворення і форма камери згоряння: КБД є двигуном із зовнішнім сумішоутворенням. Камера згоряння повинна забезпечити високу наповнення циліндра, ефективність протікання процесу згоряння (з найменшою токсичністю продуктів згоряння та використання виділилася теплоти), а також високу ступінь очищення від відпрацьованих газів і наповнення циліндрів свіжим зарядом, оптимальну ступінь турбулізації на впуску і стиску, можливість підвищення ступеня стиснення при одночасному зниженні схильності до детонаційному горіння, зменшення тривалості горіння.
Коефіцієнт надлишку повітря: =0,94 (за завданням кафедри).
2. Тепловий розрахунок
2.1 Вибір і обгрунтування вихідних даних для теплового розрахунку
Тиск навколишнього середовища Р0 - постійна величина. Р0=0,1013 МПа.
Температура навколишнього середовища Т0 (атмосферного повітря). Приймається середнє значення Т0=293 К. Тиск залишкових газів Рr, МПа, визначається тиском навколишнього середовища, в яку відбувається випуск відпрацьованих газів і оборотами двигуна .
Температура залишкових газів Tr, К, для КБД змінюється в межах 900 - 1100 К[2]. При збільшенні і - Тr знижується, а при збільшенні n збільшується. Приймаємо Тr = 1000К.
Ступінь підігріву заряду на впуску Т=5 - 20 К[2]. При збільшенні діаметра циліндра D, збільшенні n і - Т зменшується. Приймаємо Т=5 К.
Коефіцієнт опору С мінюється в межах 2,5 - 4,0. Він враховує падіння швидкості свіжого заряду після входу його в циліндр і гідравлічні опору впускної системи двигуна. Приймаємо С = 3,2.
Середня швидкість повітря в прохідних перетинах впускних клапанів Wкл може досягати 150 м / с. Ця швидкість залежить від діаметра впускного клапана і частоти обертання колінчастого вала. При зменшенні діаметра впускного клапана і збільшенні n, середня швидкість Wкл збільшується. Вона орієнтовно визначається по залежності .
Показник політропи стиснення (умовний) n1=1,32 - 1,40. При підвищенні n збільшується і n1; при підвищенні середньої температури процесу стиснення n1 - зменшується; зі зменшенням інтенсивності охолодження двигуна n1 - збільшується; із зменшенням відносини поверхні охолодження до обсягу циліндра n1 - збільшується. Враховуючи все це приймаємо n1=1,36.
Коефіцієнт ефективного теплоспоживання z=0,85 - 0,9 це параметр, що враховує втрати теплоти в процесі згоряння. Приймаються його рівним z = 0,92
Коефіцієнт повноти індикаторної діаграми враховує зменшення теоретичного середнього індикаторного тиску внаслідок відхилення дійсного процесу від розрахункового. Приймаємо i=0.95.
2.2 Розрахунок процесу впускання
Тиск свіжого заряду в кінці процесу впускання, МПа
,
де 0 - плотність повітря
де R = 287 Дж/(кгК) - газова стала повітря;
p0 = 0,1013 МПа - тиск навколишнього середовища;
Т0 = 293 К - температура навколишнього середовища.
.
Для чотирьохтактних двигунів без наддування ра=(0,8-0,95)•р0, МПа.
Коефіцієнт залишкових газів
Для чотирьохтактних бензинових двигунів г=0,06-0,10.
Температура свіжого заряду в кінці процесу впускання, К
Для бензинових двигунів без наддува Ta=310-350 K.
Коефіцієнт наповнення
Для чотирьохтактних бензинових двигунів зv=0,75-0,85.
Об'єм циліндрів в кінці процесу впускання, л
де Vh - робочий об'єм циліндра, л
де D - діаметр циліндра, дм;
S - хід поршня, дм.
Vc - об'єм камери стиску, л
2.3 Розрахунок процесу стиску
Тиск робочої суміші в кінці процесу, МПа
Для чотирьохтактних бензинових двигунів pc=0,9-2,1 МПа.
Температура робочої суміші в кінці процесу стиску, К
Для бензинових двигунів Tc=550-750 K.
Середня мольна ізохорна теплоємність суміші визначається як теплоємність повітря, кДж/(кмольК)
де .
.
2.4 Розрахунок матеріального балансу
2.4.1 Теоретично необхідна кількість повітря для повного сгорання 1 кг палива, кмоль/кг
Кількість свіжого заряду, віднесена до 1 кг палива, кмоль
Кількість компонентів продуктів сгоряння, кмоль/кг
Оксид вуглецю:
Диоксид вуглецю:
Водень, що не прореагував з киснем:
Водяна пара:
Азот повітря:
Сумарна кількість продуктів сгоряння, кмоль/кг
.
Теоретичний коефіцієнт молекулярного змінення робочого тіла
Для бензинових двигунів м0=1,06-1,12.
Дійсний коефіцієнт молярного змінення
Середня мольна ізохорна теплоємність продуктів сгоряння, кДж/(кмольК) при б<1
,
Де
2.5 Розрахунок процесу сгорання
а) Рівняння процесу згоряння в карбюраторному двигуні має вигляд:
,
где Hu' - нижча теплота сгоряння суміші, кДж/кг, з врахуванням хімічної неповноти сгоряня при < 1.
Після підстановки теплоємності у вигляді лінійної залежності від температури у рівняння сгоряння, останнє обертається у квадратне відносно tz
,
;
;
;
;
;
.
Рішенням рівняння сгоряння буде температура сгоряння у точці z, 0С
.
Максимальна температура кінця процесу сгоряння, К
Максимальна температура для бензинових двигунів знаходиться у границях Tz=2300-2900К.
Б) Ступінь підвищення тиску в КБД
Для чотирьохтактних бензинових двигунів л=3,0-4,5.
В)Тиск газів в кінці процесу сгоряння, МПа
Для чотирьохтактних бензинових двигунів рz=3,0-8,5.
Г) Дійсний тиск в кінці процесу сгорання, МПа
В подальших розрахунках необхідно використовувати в формулах тиск рz.
Д) Об'єм циліндра в конці процесу сгоряння (точка z), л
.
2.6 Розрахунок процесу розширення
Тиск газів у кінці процесу розширення, МПа
де д - ступінь подальшого розширення. Для бензинових двигунів д=е.
Для карбюраторних двигунів тиск у кінці розширення знаходиться в межах рв=0,35-0,5 МПа.
Температура газів у кінці розширення, К
Для карбюраторних двигунів Тв=1200-1650 К.
Об'єм циліндра в кінці такта розширення (точка b), л
.
2.7 Індикаторні показники циклу
Середній індикаторний тиск, МПа
Для карбюраторних двигунів рi = 0,8-1,2 МПа.
Індикаторна потужність двигуна, кВт
де i - число циліндрів, ф - кількість тактів у двигуні. Для чотирьохтактних двигунів ф=4.
Індикаторний крутний момент, Нм
Індикаторний ККД для двигунів, працюючих на рідкому паливі
Для бензинових двигунів у номінальному режимі роботи зi=0,29-0,45.
Питомі індикаторні витрати рідкого палива, г/(кВтгод)
Для чотирьохтактних бензинових двигунів gi=180-300г/(кВт•год).
2.8 Ефективні показники
Середній тиск механічних витрат, МПа
де Ам и Вм - дослідні коефіцієнти.
Для бензинових двигунів з числом циліндрів до 6 та з S/D<1 Ам = 0.034; Вм = 0.0113.
. - середня швидкість поршня, м/с
Для чотирьохтактних бензинових двигунів рм=0,14-0,25 МПа.
Середній ефективний тиск, МПа
Для чотирьохтактних бензинових двигунів ре=0,6-1 МПа.
Ефективна потужність, кВт
де - коефіцієнт тактності для чотирьохтактних бензинових двигунів, = 4.
Крутний момент, Н·м
Механічний ККД
Для бензинових двигунів зм=0,7-0,85.
Ефективний ККД
Для бензинових двигунів зе=0,25-0,37.
Питомі ефективні витрати рідкого палива, г/(кВтгод)
Для бензинових двигунів ge=275-325 г/(кВт•ч).
Годинні витрати рідкого палива, кг/год
Літрова потужність двигуна, кВт/л
Для бензинових двигунів Nл=15-50 кВт/л.
3. Побудова індикаторної діаграми
Значення тиску знаходимо по формулам:
а) для процесу стиску
;
б) для процесу розширення
,
де Vz = Vc - для карбюраторного двигуна.
Значення тиску в проміжних точках діаграми
, л |
, МПа |
, МПа |
|
0,1 |
0,482 |
4,27 |
|
0,2 |
0,183 |
1,28 |
|
0,3 |
0,109 |
0,42 |
По результатам таблиці будуємо індикаторну діаграму (додаток 1). Розрахункову індикаторну діаграму скругляємо, так як в реальному двигуні за рахунок випередження запалювання робочої суміші запалюється до приходу поршня в в.м.т. і підвищує тиск кінця процесу стискання; процес видимого згоряння відбувається при постійно змінюваному обсязі; дійсний тиск кінця процесу видимого згорання рzд=МПа. Відкриття впускного клапана до приходу поршня в н.м.т. знижує тиск в кінці розширення і має місце процес випуску і наповнення циліндра.
Висновок
В результаті проведеного розрахунку отримані наступні результати:
* максимальна потужність при частоті обертання 5600 хв-1 - 64,1256 кВт;
* крутний момент при частоті обертання колінчастого вала 5600 хв-1, 109 Нм;
* середній індикаторний тиск МПа;
* питома індикаторний витрата палива г / (кВт • год);
* літрова потужність кВт / л.
Таким чином, після проведених розрахунків, отримано збільшення ефективної потужності розроблюваного двигуна. За результатами розрахунку побудована індикаторна діаграма.
Перелік посилань
1. Автомобільні двигуни / За ред. І.І. Тимченко. - Харків, Основа, 1995. - 460 стор.
2. Автомобільні двигуни. Теорія робочого циклу, система живлення і наддування, динаміка і зрівноваженість: Учеб. Посібник/Тимченко І.І. - К: УМКВО. 1990. 256 с.
3. Теорія двигунів внутрішнього згоряння/ Під ред.. Н.Х. Д'яченко. Л.: Машинобудування, 1974. - 552 с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Огляд електронної системи керування. Конструктивний опис двигуна. Розрахунок робочого процесу: наповнення, стиснення, згорання, розширення. Енергетичний баланс системи надуву. Розрахунок теплового балансу дизеля. Вимоги регістру до утилізаційного котла.
дипломная работа [1,9 M], добавлен 15.03.2014Графоаналітичний розрахунок перехідного процесу двигуна при форсуванні збудження генератора і без нього. Розрахунок перехідних процесів при пуску двигуна з навантаженням і в холосту. Побудова навантажувальної діаграми. Перевірка двигуна за нагрівом.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 11.02.2015Розрахунок і вибір тиристорного перетворювача. Вибір згладжуючого реактора та трансформатора. Побудова механічних характеристик. Моделювання роботи двигуна. Застосування асинхронного двигуна з фазним ротором. Керування реверсивним асинхронним двигуном.
курсовая работа [493,7 K], добавлен 11.04.2013Визначення динамічних параметрів електроприводу. Вибір генератора та його приводного асинхронного двигуна. Побудова статичних характеристик приводу. Визначення коефіцієнта форсування. Розрахунок опору резисторів у колі обмотки збудження генератора.
курсовая работа [701,0 K], добавлен 07.12.2016Вибір напівпровідникового перетворювача, розрахунок параметрів силового каналу вантажопідйомного візка. Вибір електричного двигуна та трансформатора. Розрахунок статичних потужностей механізму, керованого перетворювача, параметрів механічної передачі.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 01.03.2013Принципова схема і робота газотурбінної установки. Параметри стану робочого тіла в характерних точках циклу, визначення його теплоємності. Побудова їх робочої і теплової діаграм. Енергетичні, економічні характеристики ГТУ. Паливо і продукти його згорання.
курсовая работа [219,6 K], добавлен 04.01.2014Опис пристроїв, призначених для виконання корисної механічної роботи за рахунок теплової енергії. Дослідження коефіцієнту корисної дії деяких теплових машин. Вивчення історії винаходу парової машини, двигуна внутрішнього згорання, саморухомого автомобілю.
презентация [4,8 M], добавлен 14.02.2013Круговий термодинамічний процес роботи теплових машин. Прямий, зворотний та еквівалентний цикли Карно. Цикли двигунів внутрішнього згорання та газотурбінних установок з поступовим згоранням палива (підведенням теплоти) при постійних об’ємі та тиску.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 22.11.2014Методика визначення коефіцієнту корисної дії та корисної потужності газотурбінної установки без регенерації тепла з ізобарним підведенням тепла за параметрами. Зображення схеми ГТУ без регенерації і з нею, визначення витрати палива з теплотою згорання.
курсовая работа [178,3 K], добавлен 26.06.2010Перевірка можливості виконання двигуна по заданим вихідним даним. Обробка результатів обмірювання осердя статора. Методика визначення параметрів обмотки статора. Магнітна індукція. Розрахунок і вибір проводів пазової ізоляції, потужності двигуна.
контрольная работа [437,0 K], добавлен 21.02.2015