Методика теплового расчета двигателя внутреннего сгорания

Содержание

Введение

1. Исходные данные

2. Параметры рабочего тела

2.1 Расчет теоретически необходимого количества воздуха

2.2 Расчет количества свежего заряда

2.3 Расчет количества продуктов сгорания

2.4 Расчет объёмных долей компонентов продуктов сгорания

3. Расчет параметров наддува

4. Расчет процесса впуска

5. Расчёт процесса сжатия

6. Расчет процесса сгорания

7. Расчёт процесса расширения

8. Проверка расчета процесса впуска

9. Расчет показателей рабочего цикла

10. Определение основных размеров цилиндра

11. Расчёт и проектирование системы наддува

12. Построение индикаторной диаграммы

Выводы

Список литературы

Приложения

Реферат

Цель курсового проекта - ознакомиться с методикой теплового расчета двигателя внутреннего сгорания и выполнить расчет для прототипа двигателя марки MAN.

Тепловой расчёт двигателя включает:

1) Расчёт всех основных процессов цикла (впуска, сжатия, сгорания, расширения, выпуска) и определение параметров рабочего тела (объёма, давления) в характерных точках цикла (a, c, z’, z b, r). На основе этих расчётов строят индикаторную диаграмму в системе координат p-v.

2) Определение основных энергетических индикаторных показателей, среди которых:

L_i - индикаторная работа цикла;

P_i - среднее индикаторное давление, а также экономических индикаторных показателей; среди них:

h_i - индикаторный к. п. д.;

g_i - удельный индикаторный расход топлива.

После оценки механического к. п. д. двигателя определяют также аналогичные эффективные показатели: (энергетический (Ре) и экономические (h_e, g_e)).

3) Определение основных размеров цилиндра (диаметра D и хода поршня S), а также характерных объёмов:

рабочего объёма цилиндра V_h;

объёма камеры сжатия V_c;

полного объёма цилиндра V_a;

литража двигателя .

Тепловой расчёт выполняют для нормального режима.

Наддув, степень сжатия, цилиндр, коэффициент избытка воздуха, рабочее тело, индикаторное давление.

Введение

В качестве источника механической энергии на современных автомобилях и тракторах применяют в основном двигатели внутреннего сгорания (ДСВ). В ДСВ химическая энергия топлива преобразуется сначала в тепловую в процессе сгорания, а затем теплота превращается в механическую энергию на валу двигателя. Вырабатываемая механическая энергия частично используется для обслуживания внутренних систем двигателя (охлаждения, смазки, питания), а также внешних систем автомобиля или трактора (электроснабжения; тормозных, если тормозные системы с гидро- или пневмоприводом и т.д.). Но основным потребителем механической энергии является движитель (приводные колёса или гусеницы), куда энергия подаётся с помощью трансмиссии.

Основные показатели автомобиля или трактора (скорость движения, максимальная грузоподъёмность, экономичность, экологические факторы и т.п.) определяются главным образом двигателем. Поэтому, представляется очень важным уметь прогнозировать показатели двигателя и его характеристики, чтобы удовлетворить требованиям транспортного средства.

На современных автомобилях и тракторных применяют главным образом четырёхтактные бензиновые и дизельные двигатели. Основным направлением их форсирования и улучшения показателей служат газотурбинный наддув и охлаждение надувочного воздуха. Поэтому, необходимо выполнять тепловой расчёт двигателей именно таких типов с ориентацией на лучшие результаты, достигнутые в практике мирового автотракторного двигателестроения.

Таким образом, тепловой расчёт двигателя является первой и необходимой ступенью в процессе проектирования и создания нового двигателя или в процессе совершенствования существующего.

1. Исходные данные

Исходные данные включают все необходимые для расчёта величины, а также важную информацию для обоснования выбора ряда констант и коэффициентов:

1 Тактность - четырёхтактный.

2 Вид топлива - бензин.

3 Мощность (эффективная) - N_e.

4 Частота вращения вала - n.

5 Степень сжатия - e.

6 Коэффициент избытка воздуха - a.

7 Давление наддува - P_k.

8Число цилиндров - i.

9 Отношение хода поршня к диаметру цилиндра - S/D.

Указанные величины в проектном расчёте предварительно оценивают, исходя из назначения двигателя, условий его работы, и пользуясь опытом отечественного и мирового автомобиле- и тракторостроения.

В средней климатической зоне, характерной для Украины, эти особенности можно не учитывать и расчёты вести при стандартных атмосферных условиях: Ро=0,101 МПа, То=293 К.

Для удобства исходные данные сводим в таблицу 1.1.

Таблица 1.1 - Исходные данные.

Ne, кВт	n, об/мин	e	a	Pk, Мпа	i	s/d	p0	T0		D, мм
169	2600	17	1,6	0,185	6	1,1	0,101	293	2	108,0

Прототип - MAN (Германия).

2. Параметры рабочего тела

Рабочее тело в цилиндре представляет собой в общем случае смесь воздуха, продуктов сгорания и паров топлива. Необходимо знать конкретный состав рабочего тела в каждом процессе, так как от этого зависят теплофизические свойства рабочего тела (теплоёмкости и показатель адиабаты).

  2.1 Расчет теоретически необходимого количества воздуха

Теоретически необходимое количество воздуха определяют в расчёте на 1 кг топлива (жидкого):

массовое количество:

; (4.1)

мольное количество:

; (4.2)

где g₀₂ и r₀₂ - соответственно массовая и объёмная доли кислорода в атмосферном воздухе (для стандартной атмосферы доли кислорода стабильны и равны g₀₂ =0,23, r₀₂ =0,21);

C, H, O - элементарный состав топлива (массовые доли входящих в топливо химических элементов: углерода, водорода и кислорода см. таблицу 4.1).

Элементарный состав топлива определяют в зависимости от вида топлива. Основные данные о жидком топливе (дизельном топливе) приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Данные о бензине

тип	С	Н	О		Hu
Дизельное топливо	0,870	0,126	-	190	42,5

Проводим расчет по формулам 4.1, 4.2:

2.2 Расчет количества свежего заряда

Свежий заряд - это смесь, поступающая в цилиндр в процессе впуска. Количество свежего заряда определяют также в расчете на 1кг топлива.

В дизельном двигателе свежий заряд состоит только из воздуха:

массовое количество заряда

 (4.3)

мольное количество заряда

 (4.4)

Проводим расчет по формулам 4.3, 4.4:

2.3 Расчет количества продуктов сгорания

Массовое количество продуктов сгорания для всех типов двигателей определяется одинаково и по закону сохранения массы (в расчете на 1кг топлива) равно:

 (4.5)

Мольное количество продуктов сгорания не равно мольному количеству исходных веществ, т.к. в процессе сгорания углеводородных топлив в воздухе изменяется количеством молекул.

Для стехиометрического состава смеси при полном сгорании:

 (4.6)

В дизельном двигателе, который работает на бедных смесях, коэффициент избытка воздуха больше единицы; поэтому после сгорания остается избыточный воздух:

 (4.7)

Важной характеристикой процесса сгорания является коэффициент молекулярного изменения, который равен отношению мольного количества продуктов сгорания к мольному количеству свежего заряда:

 (4.8)

Для углеводородных топлив, сгорающих в воздухе характерна величина β > 1, что указывает на изменение количества молей в сторону увеличения.

2.4 Расчет объёмных долей компонентов продуктов сгорания

Для удобства расчётов продукты сгорания условно делят на две части: