Курсовая работа (т): Тепловой и динамический расчет двигателя внутреннего сгорания

Тепловой и динамический расчет двигателя внутреннего сгорания

Костанайский социально - технический университет

имени академика З. Алдамжар

ТЕХНИЧЕСКИЙ факультет

Кафедра ТРАНСПОРТ И ТЕХНОЛОГИИ

Курсовая работа по дисциплине

Энергетические установки транспортной техники

ТЕМА: Тепловой и динамический расчет двигателя внутреннего сгорания

Выполнил: Смагул

Жанболат Дулатулы

курса специальности

ТТТиТ, заочной формы обучения

Научный руководитель

Сатыбалдин Т. Т.

ст. преподаватель кафедры «ТиТ»

Костанай

2013

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу студенту

Смагулу

Жанболату Дулатулы

Тема курсовой работы: Тепловой и динамический расчет двигателя внутреннего сгорания

Целевая установка: Произвести расчеты четырехтактного карбюраторного двигателя предназначенного для легковых автомобилей (1-вариант). Эффективная мощность карбюраторного двигателя N_e=47,1 кВт при частоте вращения коленчатого вала n_N=5600 мин^-1.

Двигатель четырехцилиндровый, i=4 с рядным расположением. Система охлаждения жидкостная закрытого типа. Степень сжатия ε=8,5 для карбюраторного двигателя.

С учетом приведенных рекомендаций и заданий n_N=5600 мин^-1 тепловые расчеты последовательно проводятся для карбюраторного двигателя при п=1000, 3200, 5600 и 6000 мин^-1.

Объем курсовой работы - не менее 25-30 стр.

Срок доклада руководителю о ходе разработки курсовой работы:

а)    доклад о собранном материале и ходе разработки курсовой работы

до «   »_____ 20___г.

б)    доклад о ходе написания курсовой работы до «____»___________       20____г.

Срок сдачи курсовой работы - «____» ________20_ г.

Руководитель курсовой работы: ______________ /Сатыбалдин Т.Т./

«___»_____________20___ г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

. Тепловой расчет

1.1 Топливо

1.2 Параметры рабочего тела

.3 Параметры окружающей среды и остаточные газы

.4 Процесс впуска

.5 Процесс сжатия

.6 Процесс сгорания

.7 Процессы расширения и выпуска

.8 Индикаторные параметры рабочего цикла

.9 Эффективные показатели двигателя

.10 Основные параметры цилиндра и двигателя

.11 Построение индикаторных диаграмм

. Тепловой баланс

. Расчет внешних скоростных характеристик

. Кинематика

. Динамика

.1 Силы давления газов

.2 Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма

.3 Удельные и полные силы инерции

.4 Удельные суммарные силы

.5 Крутящие моменты

.6 Силы, действующие на шатунную шейку коленчатого вала

.7 Силы, действующие на колено вала

.8 Равномерность крутящего момента и равномерность хода двигателя

Заключение

Список использованной литературы

ВВЕДЕНИЕ

двигатель тепловой динамический газ

Карбюраторные двигатели находят широкое применение в современной жизни. Их используют в основном на транспортных средствах (из-за высокой стоимости топлива которые данные виды двигателей используют), к таким транспортным средствам относятся: мотоциклы, автомобили, а также катера, моторные лодки и т. п.

Используются карбюраторные двигатели и в современной автомобильной промышленности.

Самый распространенный тип современного теплового двигателя - двигатель внутреннего сгорания. Двигатели внутреннего сгорания могут работать на жидком топливе (бензин, керосин и т. п.) или на горючем газе, сохраняемом в сжатом виде в стальных баллонах или добываемом сухой перегонкой из дерева (газогенераторные двигатели).

Особое место в конструкции автомобиля занимает силовая установка, т. е. двигатель внутреннего сгорания (ДВС).

На автомобильном транспорте применяются карбюраторные и дизельные двигатели, а также бензиновые двигатели с впрыском топлива и принудительным воспламенением рабочей смеси.

Бензиновые двигатели с впрыском топлива и принудительным воспламенением рабочей смеси в зависимости от организации процесса смесеобразования и их конструктивных особенностей могут сочетать в себе положительные свойства и карбюраторных двигателей и дизелей.

Актуальность исследования: грамотная эксплуатация автомобиля предполагает не только знание его устройства и технического обслуживания, но и понимание физических процессов, посредством которых работает данное транспортное средство. Современный этап развития теории автомобиля требует углубленное изучение отдельных его составляющих и эксплуатационных свойств автомобиля, оптимизацией их показателей и технических параметров, что позволяет еще на стадии проектирования создавать наиболее рациональные конструкции автомобилей и обеспечить максимальную эффективность их применения.

Объект исследования: тепловой и динамический расчет двигателя внутреннего сгорания.

Предмет исследования: бензиновый двигатель внутреннего сгорания.

Цель исследования: произвести тепловой и динамический расчет двигателя внутреннего сгорания.

Задачи исследования: изучение научно-методической и справочной литературы, применение теории на практике расчета.

Методы исследования: анализ научно-методической и справочной литературы, тепловой и динамический расчет двигателя внутреннего сгорания.

1. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ

1.1 Топливо

В соответствии с заданной степенью сжатия ε=8,5 можно использовать бензины марок АИ-91, Регуляр-91 [1].

Средний элементарный состав и молекулярная масса бензина: С=0,855; Н=0,145 и т_т=114

Низшая теплота сгорания:

Н_и=33,91С+125,60Н-10,89(О-S)-2,51(9H+W)=

=33,91·0,855+125,60·0,145-2,15·9·0,145=43930 кДж                             (1.1)

1.2 Параметры рабочего тела

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива

L₀==0,517 кмоль возд/кг топ.

l₀==14,957 кг возд/кг топл.

Коэффициент избытка воздуха устанавливается на основании следующих соображений. На современных двигателях устанавливают многокамерные карбюраторы, обеспечивающие получение почти идеального состава смеси по скоростной характеристике. Возможность применения для рассчитываемого двигателя двухкамерного карбюратора с обогатительной системой и системой холостого хода позволяет получить при соответствующей регулировке как мощностной, так и экономичный состав смеси. Стремление получить двигатель достаточно экономичный и с меньшей токсичностью продуктов сгорания, которая достигается при α=0,95-0,98, позволяет принять α=0,96 на основных режимах, а на режимах минимальной частоты вращения α=0,86. Далее непосредственный числовой расчет будет проводиться только для режимов максимальной мощности, а для остальных режимов окончательные значения рассчитываемых параметров приводятся в табличной форме [2].

Количество горючей смеси для карбюраторного двигателя:

М₁=α·L₀+1/m=0,96·0,517+1/114=0,5051 кмоль гор.см/кг топл.;

Количество отдельных компонентов продуктов сгорания при К=0,5 и принятых скоростных режимах [3]:

=0,0770 кмоль СО₂/кг топл.

М_СО=2··0,208·L₀=2··0,208·0,517=0,0057 кмоль СО/кг топл.

М_НО=-2К··0,208·L₀=-2·0,5··0,208·0,517=0,0696 кмольН₂О/кг топл.

М_Н=2К··0,208·L₀=2·0,5··0,208·0,517=0,0029 кмольН₂ /кг топл.

М_N=0,792·α·L₀=0,792·0,96·0,517=0,3931 кмоль N₂/кг топл.

Общее количество продуктов сгорания для карбюраторного двигателя:

М₂=М_СО+М_со+М_НО+М_Н+М_N=

0,077+0,0057+0,0696+0,0029+0,3931=0,5483 кмоль пр.сг/кг топл.

Результаты расчетов при п=1000, 3200, 5600 и 6000 мин^-1 сведены в таблицу 1.

Таблица 1

Параметры рабочего тела

1.3 Параметры окружающей среды и остаточные газы

Давление и температура окружающей среды при работе двигателей без наддува: р_k=р₀=0,1 МПа и T_k=T₀=293 К

Температура остаточных газов. При постоянных значениях степени сжатия ε=8,5 температура остаточных газов практически линейно возрастет с увеличением скоростного режима при α-const, но уменьшается при обогащении смеси. Учитывая уже определенные значения п и α, можно принять значения Т_r для расчетных режимов карбюраторного двигателя [4]. При номинальных режимах для карбюраторного двигателя Т_r=1060 К.

Давление остаточных газов р_r за счет расширения фаз газораспределения и снижения сопротивлений при конструктивном оформлении выпускных трактов рассчитываемых двигателей можно принять на номинальном скоростном режиме для карбюраторного двигателя:

р_rN=1,18·p₀=1,18·0,1=0,118 МПа;

Тогда величины давлений на остальных режимах работы двигателей можно подсчитать по формулам:

р_r=р₀(1,035+А_р·10^-8·n²)=0,1(1,035+0,4624·10^-8·5600)=0,1180,

где А_р=(р_rN -p₀·1,035)·10⁸/(n_N² p₀)

При n_N=5600 мин^-1 А_р=(0,118-0,1·1,035)·10⁸/(5600²·0,1)=0,4624

1.4 Процесс впуска

Температура подогрева свежего заряда.

С целью получения хорошего наполнения двигателей на номинальных скоростных режимах принимается для карбюраторного двигателя ΔT_N=8°С.

Тогда на остальных режимах значения ΔT рассчитываются по формуле:

ΔT=A_T(110-0,0125n), где A_T=ΔT_N /(110-0,0125·n_N)

ΔT=ΔT_N /(110-0,0125·n_N) (110-0,0125n)=8                                     (1.4.1)

Плотность заряда на впуске:

ρ_о=р_о·10⁶/(R_вТ_о)=0,1·10⁶/(287·293)=1,189 кг/м³

где R_в=287 Дж/(кг·град)-удельная газовая постоянная для воздуха

Потери давления на впуске. В соответствии со скоростным режимом n=5600 мин^-1 и при учете качественной обработки внутренних поверхностей впускных систем можно принять для карбюраторного двигателя β²+ξ_вп=2,8 и ω_вп=95 м/с. Тогда ΔP_a на всех скоростных режимах двигателей рассчитывается по формуле: ΔP_a=(β²+ξ_вп)A_n²·n²·p_k·10^-6/2, где A_n=ω_вп/n_N

Потери давления на впуске карбюраторного двигателя при n=5600 мин^-1,

А_n=95/5600=0,01696,

тогда ΔP_a=2,8 0,01696²·5600²·1,189·10^-6/2=0,0150 МПа.

Давление в конце впуска в карбюраторном двигателе при n_N=5600 мин^-1

_а=P₀-ΔP_a=0,1-0,015=0,0850 МПа;

Коэффициент остаточных газов. При определении γ_r для карбюраторного двигателя без наддува принимается коэффициент очистки φ_оч=1, а коэффициент дозарядки на номинальном скоростном режиме, φ_дoз=1,10 что вполне возможно получить при подборе угла опаздывания закрытия впускного клапана в пределах 30-60°. При этом на минимальном скоростном режиме (n=1000 мин^-1) возможен обратный выброс в пределах 5%, т. е. φ_доз=0,95. На остальных режимах значения φ_доз можно получить, приняв линейную зависимость φ_доз от скоростного режима [5]

Тогда при n_N=5600 мин^-1:

γ_r=·==0,0495(1.4.2)

Температура в конце впуска:

Т_а=(Т₀+ΔТ+γ_rТ_r)/(1+γ_r)=(293+8+0,0495·1060)/(1+0,0495)=337 К (1.4.3)

Коэффициент наполнения:

η_v=(φ_доз·ε·р_а-φ_оч·р_r)=

=(1,1·8,5·0,085-1·0,118)=0,8784

Результаты расчетов при п=1000, 3200, 5600 и 6000 мин^-1 сведены в таблицу 2.

Таблица 2