Контрольная работа по «Транспортные двигателя и КЭМ»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

 

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ 

“БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА”

 

 

Кафедра “Тепловозы и тепловые двигатели”

 

 

 

 

 

Контрольная работа

 

 

по дисциплине «Транспортные двигателя и КЭМ»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Гомель 2013

 

СОДЕРЖАНИЕ  РАБОТЫ

 

 

Введение

1 Расчет  объема камеры сгорания.

2 Расчет  процесса наполнения  цилиндра;

3 Расчет  параметров сжатия рабочего тела  в цилиндре;

4 Расчет  процесса сгорания;

5 Расчет  процесса расширения;

6 Расчет  индикаторных показателей работы  двигателя;

7 Расчет  эффективных показателей работы  двигателя;

8 Построение  индикаторной диаграммы.

       Список используемых источников

 

ВВЕДЕНИЕ

Технико-эксплуатационные и технико-экономические показатели работы автомобильного транспорта во многом зависят от уровня профессиональной подготовки инженерных кадров, обеспечивающих техническую эксплуатацию автомобилей.

            Основой автомобиля любого типа  является его энергетическая  установка. В настоящее время  наиболее распространенным типом  такой установки на автомобилях  является  двигатель внутреннего  сгорания (дизельный или бензиновый), преобразующий  внутреннюю химическую  энергию жидкого топлива в  механическую работу.

Контрольная работа ставит своей целью ознакомить студентов с методами расчета  и основными показателями работы транспортных двигателей.

 

1. Расчет объема камеры сгорания.

 

  Объем камеры сгорания

 = V_h / (e - 1),      (1)

 

где e - степень сжатия двигателя;

  e = 17,6

 V_h - рабочий объем цилиндра; м³

 

V_h=F_п×S,         (2)

где F_п - площадь поршня; м²;

      S- ход поршня; S = 0,078 м

 

F_п = πD /4,         (3)

 

где D - диаметр поршня; D =0,092 м.

 

 

 

 

 

 

 

2.Расчет процесса  наполнения

 

Давление  в цилиндре в конце процесса  наполнения для  четырехтактных ДВС без наддува можно ориентировочно  принять:

Р_а = (0,85–0,9) Р_о,         (МПа)  (4)

где Р_о – атмосферное давление воздуха, МПа.

Для стандартных  атмосферных условий Р_о = 0,101  МПа.

 

 

 

Температура заряда в конце процесса наполнения

    (5)

где  Т_о – температура воздушного заряда на входе в двигатель, К;    

   Dt – подогрев рабочего тела в цилиндре от стенок в конце наполнения;

       Т_r – температура выпускных газов, К;

       g_r –  коэффициент остаточных газов.

Для расчетов  можно принять:

Т_о = 293 К – для стандартных атмосферных условий;

g_r  = 0,03–0,06 – для дизелей;

Т_r = 700–900 К – для дизелей.

Подогрев  заряда для четырехтактных бензиновых и дизельных двигателей без наддува  Dt = 10–30 °С; четырехтактных и двухтактных дизелей с наддувом Dt = 0–15 °C.

 

 

 

Коэффициент  наполнения  цилиндра определяется по формуле

     (6)

где  e – степень сжатия двигателя (принимается по заданию).

 

 

 

Эта формула  справедлива как для четырехтактных, так  и для двухтактных  двигателей. В последнем случае степень  сжатия e должна быть отнесена к полезной части хода поршня.

Объем цилиндра  в точках "а" и "b" индикаторной диаграммы:

для 4-х  тактных 

                               V_а = V_в = V_c + V_h ;     (7)

 

 

 

 

 

3.Параметры рабочего тела в конце сжатия

 

Давление  и температура в конце сжатия

      (8)  

 

где n₁ - показатель политропы сжатия.

для дизельного двигателя n₁ = 1,35 – 1,38.

 

 

4.Расчет процесса сгорания

 

Количество  воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива, определяется по формуле

  (кмоль)      (9)

где – элементарный состав соответственно углерода, водорода и кислорода в топливе по массе.

      

       Средние значения  для дизельного топлива

 

Для дизельных  двигателей количество свежего заряда в цилиндре определяется по формуле:

М₁ = a × L_о, кмоль.       (10)            

 

 

 

 a – коэффициент избытка воздуха, который можно принять :

               a  = 1,3–1,7 – для дизельных двигателей.

 

Общее количество продуктов сгорания на один  кг топлива:

при  a > 1

 

 кмоль     (11)

 

 

 

 

Химический  коэффициент молекулярного  изменения  рабочего тела:

при a > 1

       (12)

 

 

Действительный  коэффициент молекулярного  изменения  рабочей смеси с учетом наличия  в цилиндре остаточных газов

 

_{,      (13)}

 

 

Максимальная  температура газов  в процессе сгорания определяется из уравнения  сгорания.

где x – коэффициент эффективного использования теплоты, для дизелей

      x = 0,75 - 0,85;

    Н_u – низшая теплота сгорания  топлива, кДж/кг;

    Н_u = 42500 кДж/кг

 

Уравнение сгорания для дизелей имеет вид

  (14)

 

где  mc_vc – средняя молярная теплоемкость свежего заряда;

mc_vc = 20,16 + 1,74 ×10^-3 Т_с;     (15)

 

=21,90;

     

Для дизелей 

mc_v^” =

    (16)

 

 

 

Для дизельных  двигателей по заданному значению  Р_z определяется степень повышения давления в цилиндре

l_z = P_z / P_c.      (17)

 

 

 

Подставляя  полученные значения  величин в  уравнения сгорания, получаем уравнение  с двумя неизвестными:  максимальной температурой сгорания Т_z и теплоемкости продуктов сгорания mc_v^” при этой же температуре.

После подстановки  в уравнение сгорания известных  параметров в виде числовых значений и последующих преобразований оно  превращается  в квадратное уравнение

0,00256Т_z² + 31,444Т_z – 76999,697 = 0,

 

где А, В, С  – числовые коэффициенты.

Тогда решение  уравнения имеет вид

       (17)

 

 

Для дизелей теоретическое  максимальное давление цикла определяется по формуле

 

Р_z¢ = Р_z.          (18)

 

Р_z¢ = Р_z.=8,4 Мпа

 

 

5.Расчет процесса расширения

 

Степень предварительного расширения

      для дизелей

r = (m / l_z )× (Т_z / Т_с) ;      (19)

 

 

     

Объем  цилиндра в точке  Z

V_z = V_c  r.       (20)

 

 

 

Степень  последующего  расширения

d = e / r.      (21)

 

Давление  и температура в цилиндре в  конце процесса расширения

Р_в = Р_z / dⁿ₂;      (22)

Т_в = Т_z / dⁿ₂^-1;     (23)

где  n₂ – показатель политропы расширения.

          для дизельных двигателей n₂ = 1,26–1,28.

 

 

 

 

6.Расчет индикаторных  показателей работы двигателя

 

После определения параметров характерных точек индикаторной диаграммы вычисляются показатели рабочего процесса.

Средним индикаторным давлением  Р_i называют отношение работы газов за цикл L_i к рабочему объему V_h четырехтактного двигателя.

Среднее индикаторное давление теоретического цикла для дизелей

 

    (24)

 

Среднее индикаторное давление действительного цикла для четырехтактного  двигателя

 

Р_i = j_п Р_i¢;          (25) 

 

где j_п - коэффициент полноты индикаторной

диаграммы;

Для дизелей j_п = 0,94.

 

Индикаторный коэффициент  полезного действия h_i характеризует степень совершенства рабочего процесса в двигателе и представляет собой отношение теплоты, эквивалентной индикаторной работе цикла, к теплоте сгорания топлива

,      (26)

 

Удельный индикаторный расход топлива г/квт.ч определяется по формуле

 

        (27)

 

г/квт.ч

Индикаторная мощность двигателя, кВт

 

        (28)

 

где i - число цилиндров  двигателя, i = 4- частота вращения коленчатого  вала двигателя, n = 5200 об/мин;

t - коэффициент тактности двигателя, для 4-х тактных ДВС t = 4,

 

 

7.Расчет эффективных  показателей работы двигателя

 

Эффективные показатели характеризуют  двигатели в целом, так как  учитывают не только потери теплоты но и механические потери в двигателе. Для их определения вначале находят среднее давление механических потерь:

для дизелей

 

Р_м = 0,103 + 0,012C_m МПа,       (29)

 

где С_m - средняя скорость поршня, м/с;- диаметр цилиндра, м.

(30)

  м/с.

Р_м = 0,103 + 0,012·13,52 = 0,265 МПа;

 

Среднее эффективное давление определяется по формуле

 

Р_е = Р_i - Р_м.       (31)

 

 

Механический КПД двигателя

 

        (32)

 

Эффективный КПД двигателя

 

h_е = h_i h       (33)

0,609=1,175

Удельный эффективный  расход топлива, г/кВт.ч

(34)

  г/кВт.ч

Эффективная мощность двигателя, кВт

N_е = N_i h ,       (35)

  кВт

 

8.Построение индикаторной диаграммы

Индикаторная диаграмма  строится в координатах давление Р - V ( приложение А). По оси абсцисс откладываются вычисленные ранее объемы V_a, V_c, V_z, V_b, соответствующие положению характерных точек индикаторной диаграммы. По оси ординат откладываются вычисленные ранее давления P_a, P_c, P_z, P_b. По значениям объемов и давлений находим положение характерных точек индикаторной диаграммы ("а","с","z","b").

Далее необходимо определить координаты промежуточных точек  политроп сжатия "а"-"с" и расширения "z"-"b". Для этого выразим значение давлений Р этих политроп при заданном текущем объеме V.

Расчет политропы сжатия

        (36)

 

Расчет политропы расширения

 

,       (37)

V = V_c + F_п S;

 

 S = R(1 - cos j + l(1 - cos 2j)/ 4),

 

где R - радиус кривошипа коленчатого  вала, R = 0,039 м;

 

 

 

Расчет политропных процессов  расширения и сжатия выполнены в  таблице 1.

 

Таблица 1 – Результаты расчета политропных процессов сжатия и расширения

j, °	S, м	V=Vc+ FпS, м3	Сжатие			Расширение
			Va / V	(Va/V)n1	P, МПа	V / Vz	(V/Vz)n2	P, МПа
180	0,078	0,000388	0,985	0,979	0,213	14,370	29,510	0,285
210	0,0736	0,000368	1,038	1,0528	0,228	13,630	27,594	0,304
240	0,0610	0,000309	1,236	1,340	0,291	11,444	22,100	0,380
270	0,0523	0,000268	1,425	1,630	0,354	9,926	18,446	0,455
300	0,0220	0,000125	3,056	4,672	1,0135	4,630	7,003	1,199
330	0,00605	0,0000504	7,579	16,363	3,803	1,867	2,210	3,801
360	0	0,000022	17,364	51,371	11,141	0,815	0,771	10,895