Реферат: Транспортные двигатели - Refy.ru - Сайт рефератов, докладов, сочинений, дипломных и курсовых работ

Транспортные двигатели

Рефераты по транспорту » Транспортные двигатели

Введение


Во второй половине XIX века произошли события, приведшие впоследствии к появлению наиболее массового средства передвижения – автомобиля. В 1860г. французский механик Этьен Ленуар создал первый двигатель внутреннего сгорания. Однако этот двигатель во многом уступал паровым машинам того времени. Существенно повысить его эффективность удалось механику из Кельна Августу Отто, построившему в 1862г. четырехтактный двигатель внутреннего сгорания со сжатием горючей смеси.

Отто понадобилось 15 лет, чтобы сконструировать работоспособный двигатель. Однако этот двигатель работал на газе, был тихоходным и тяжелым, из-за чего получил применение лишь в стационарных условиях. Только перевод двигателя внутреннего сгорания на жидкое топливо открыл ему широкую дорогу на транспорте. Такой двигатель был создан в 1881г. техническим директором завода Отто в г. Дойце Готтлибом Даймлером.

Претерпев значительные конструктивные изменения, постоянно совершенствуясь, двигатели Отто с принудительным искровым воспламенением и до настоящего времени остались наиболее массовой силовой установкой автомобиля.

В данной контрольной работе необходимо рассмотреть тепловой расчет автомобильного двигателя, определить основные параметры рабочего процесса двигателя. Также необходимо определить индикаторные и эффективные показатели работы двигателя и построить индикаторную диаграмму.

Исходные данные для выполнения контрольной работы приведены в таблице 1.


Таблица 1 – Исходные данные

Тип двигателя дизельный
Степень сжатия, ε 14,5
Максимальное давление, Pz, МПа 6,7
Частота вращения коленчатого вала двигателя, n, об/мин 3800
Число цилиндров двигателя, i 6
Диаметр цилиндра, dц, м 0,095
Ход поршня, S, м 0,102
Длина шатуна, lш, м 0,26

1 Расчет объема камеры сгорания


Объем камеры сгорания определяется по формуле:


, (1.1)


где Vc – объем камеры сгорания двигателя, м3;

Vh – рабочий объем цилиндра, м3;

 – степень сжатия;  = 14,5.

Рабочий объем цилиндра определяется по формуле:


, (1.2)


где Fп – площадь поршня, м2;

S – ход поршня, S = 0,102 м.


Fп = π D2 / 4, (1.3)


где D – диаметр поршня, D = 0,095 м.

Площадь поршня согласно формуле (1.3) составит:


Fп = 3,14 · 0,0952 / 4 = 0,708 · 10– 2 м2.


Рабочий объем цилиндра согласно формуле (1.2) равен:


Vh = 0,708 · 10– 2  0,102 = 0,723 · 10– 3 м3.


Объем камеры сгорания равен:


Vc = 0,723 · 10– 3 / (14,5 – 1) = 0,054 · 10– 3 м3.


Объем цилиндра в точках "а" и "b" индикаторной диаграммы для четырехтактного двигателя:


, (1.4)


где Vа, Vв – объем цилиндра в точках "а" и "b" индикаторной диаграммы

соответственно.


Vа = Vв = 0,054 · 10– 3 + 0,723 · 10– 3 = 0,777 · 10– 3 м3.


2 Расчет процесса наполнения


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


Ра  = (0,85 – 0,9) Ро, (2.1)


где Ро – атмосферное давление воздуха, МПа. Для стандартных атмосферных

условий Ро = 0,101 МПа [2].


Ра = 0,87 · 0,101 = 0,088 МПа.


Температура заряда в конце процесса наполнения определяется по формуле:


(2.2)


где То – температура воздушного заряда на входе в двигатель, То = 293 К [2];

t – подогрев рабочего тела в цилиндре от стенок в конце наполнения,

t = 15 C [2];

Тr – температура выпускных газов, Тr = 800 К [2];

r – коэффициент остаточных газов, r = 0,05 [2].



Коэффициент наполнения цилиндра определяется по формуле:


(2.3)



3 Расчет параметров сжатия рабочего тела в цилиндре


Давление и температура в конце сжатия определяется по формуле:


(3.1)

(3.2)


где n1 – показатель политропы сжатия, n1 = 1,35 [2]. 



4 Расчет процесса сгорания


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


(4.1)


где – элементарный состав соответственно углерода, водорода и

кислорода в топливе по массе, [2].


кмоль.


Количество свежего заряда в цилиндре, кмоль, приходящегося на 1 кг топлива, определяется по формуле:


М1 =  Lо, (4.2)


где  – коэффициент избытка воздуха,  = 1,3 [2].


М1 = 1,3  0,495 = 0,644 кмоль.


Общее количество продуктов сгорания на 1 кг топлива определяется по формуле:


(4.3)


кмоль.


Химический коэффициент молекулярного изменения рабочего тела:


(4.4)


Действительный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси с учетом наличия в цилиндре остаточных газов определяется по формуле:


(4.5)



Уравнение сгорания для дизельных двигателей имеет вид:


(4.6)


где  – коэффициент использования теплоты, для дизельных двигателей,  = 0,7;

Нu – низшая теплота сгорания топлива, Нu = 42500 кДж/кг [2];

mcvc – средняя молярная теплоемкость свежего заряда.

mcv” – средняя молярная теплоемкость продуктов сгорания.

Средняя молярная теплоемкость свежего заряда определяется по формуле:


mcvc = 20,16 + 1,74 10-3 Тс; (4.7)

mcvc = 20,16 + 1,74 10-3 ∙ 821 = 21,589.


Средняя молярная теплоемкость продуктов сгорания определяется по формуле:


mcv” = (4.8)

mcv” =


Степень повышения давления в цилиндре определяется по формуле:


z = Pz  / Pc. (4.9)

z = 6,7 / 3,253 = 2,060.


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



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


АТz2 + ВТz + С = 0, (4.10)


где А, В, С – числовые коэффициенты.


2,740 · 10–3 Тz2 + 30,549 Тz – 75781,564 = 0.


Тогда решение уравнения имеет вид


(4.11)




Максимальная температура сгорания равна Тz = 2089 К.

Теоретическое максимальное давление цикла определяется по формуле:


Рz = Рz. (4.12)


Рz = 6,7 МПа.


5 Расчет процесса расширения


Степень предварительного расширения для дизельных двигателей определяется по формуле:


 = ( / z )  (Тz / Тс) ; (5.1)


 = (1,049 / 2,060) · (2089 / 821) = 1,296.


Объем цилиндра в точке Z определяется по формуле:


Vz = Vc ; (5.2)


Vz = 0,054 · 10– 3  1,296 = 0,070 · 10– 3 м3.


Степень последующего расширения определяется по формуле:


 =  / ; (5.3)


 = 14,5 / 1,296 = 11,188.


Давление и температура в цилиндре в конце процесса расширения определяются по формулам:


(5.4)

(5.5)


где n2 – показатель политропы расширения, n2 = 1,26 [2].


Рв = 6,7 / 11,1881,26 = 0,320 МПа;


Тв = 2089 / 11,1881,26 – 1 = 1117 К.


6 Индикаторные показатели работы двигателя


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

Средним индикаторным давлением Рi называют отношение работы газов за цикл Li к рабочему объему Vh четырехтактного двигателя. Среднее индикаторное давление теоретического цикла для дизелей определяется по формуле:


(6.1)



Среднее индикаторное давление действительного цикла для четырехтактного двигателя определяется по формуле:


Рi = п Рi , (6.2)


где п – коэффициент полноты индикаторной диаграммы, п = 0,94 [2].


Рi = 0,94 · 0,882 = 0,829 МПа.


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


(6.3)



Удельный индикаторный расход топлива определяется по формуле:

(6.4)


г/кВт.ч.


Индикаторная мощность двигателя определяется по формуле:


(6.5)


где i – число цилиндров двигателя, i = 6;

n – частота вращения коленчатого вала двигателя, n = 3800 об/мин;

 – коэффициент тактности двигателя, для 4-х тактных ДВС  = 4,


кВт.


7 Эффективные показатели 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:


Рм = 0,103 + 0,012 Cm , (7.1)


где Сm – средняя скорость поршня, м/с:


(7.2)



Среднее давление механических потерь равно:


Рм = 0,103 + 0,012 · 12,92 = 0,258 МПа.


Среднее эффективное давление определяется по формуле:


Ре = Рi – Рм; (7.3)


Ре = 0,829 – 0,258 = 0,571 МПа.


Механический КПД двигателя определяется по формуле:


(7.4)



Эффективный КПД двигателя определяется по формуле:


е = i м ; (7.5)


е = 0,374  0,689 = 0,258.


Удельный эффективный расход топлива определяется по формуле:


(7.6)



Эффективная мощность двигателя, определяется по формуле:


Nе = Ni м. (7.7)


Nе = 113,88  0,689 = 78,46 кВт.


8 Построение индикаторной диаграммы


Индикаторная диаграмма строится в координатах давление Р – V. По оси абсцисс откладываются вычисленные ранее объемы Va, Vc, Vz, Vв, соответствующие положению характерных точек индикаторной диаграммы. По оси ординат откладываются вычисленные ранее давления Pa, Pc, Pz, Pв. По значениям объемов и давлений находим положение характерных точек индикаторной диаграммы ("а", "с", "z", "в").

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


(8.1)


Расчет политропы расширения


(8.2)


Объем цилиндра определяется по формуле:


V = Vc + Fп S. (8.3)


Ход поршня определяется по формуле:


S = R (1 – cos  +  (1 – cos 2) / 4), (8.4)


где R – радиус кривошипа коленчатого вала (берется по заданию как половина

хода поршня), R = 0,051 м;

 – угол поворота коленчатого вала, град.

 – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна:


(8.5)


где lш – длина шатуна, lш = 0,26 м.



Пример расчета при  = 180є.


S = 0,051 · (1 – cos 180є + 0,196 · (1 – cos (2 · 180є)) / 4) = 0,102 м;


Результаты расчетов политропных процессов расширения и сжатия приведены в таблице 2.


Таблица 2 – Результаты расчета политропных процессов сжатия и расширения

,  S, м V = Vc+ Fп  S, м3 Сжатие Расширение
Va / V (Va / V)n1 P, МПа V / Vz (V / Vz)n2 P, МПа
180 0,102 0,777 · 10–3 1 1 0,088 11,188 20,962 0,320
210 0,096 0,734 · 10–3 1,059 1,080 0,095 10,486 19,318 0,347
240 0,080 0,621 · 10–3 1,251 1,353 0,119 8,871 15,648 0,428
270 0,056 0,451 · 10–3 1,723 2,084 0,183 6,443 10,458 0,641
300 0,029 0,259 · 10–3 3,000 4,407 0,388 3,700 5,199 1,289
330 0,008 0,111 · 10–3 7,000 13,832 1,217 1,586 1,788 3,747
360 0 0,054 · 10–3 14,5 36,970 3,253 1 1 6,7

Индикаторная диаграмма дизельного двигателя изображена на рисунке 1.


Список использованных источников


1 В. М Кленников., Ю. И. Боровских и др. Устройство автомобиля. – М.: Высшая школа, 1978. – 165 с.

2 С. И. Сухопаров, Р. К. Гизатуллин. Термодинамика и транспортные двигатели: методические указания по выполнению контрольной работы "Расчет рабочего процесса автотранспортного двигателя". – Гомель/БелГУТ , 2005. – 18 с.


Содержание


Введение……………………………………………………………………. 3
1 Расчет объема камеры сгорания………………………………………… 4
2 Расчет процесса наполнения……………………………………………. 5
3 Расчет параметров сжатия рабочего тела в цилиндре………………… 6
4 Расчет процесса сгорания……………………………………………….. 7
5 Расчет процесса расширения……………………………………………. 10
6 Индикаторные показатели работы двигателя………………………….. 11
7 Эффективные показатели работы двигателя…………………………... 13
8 Построение индикаторной диаграммы………………………………… 15
Список использованных источников……………………………………... 18