Курсовая работа: тепловой, кинематический и динамический расчет карбюраторного двигателя. Тепловой расчет Топливо. Параметры рабочего тела. …

1. Исходные данные

Тип двигателя - карбюратор

Эффективная мощность двигателя:

Частота вращения коленчатого вала:

Число цилиндров:

Степень сжатия:

Число тактов:

Дополнительные данные:

Температура окружающего воздуха

Температура воздуха на впуске

Отношение радиуса кривошипа к длине шатуна

Материал поршня:

Неуравновешенные части одного колена без противовесов:

Ход поршня

2.Тепловой расчет двигателя

Выбор режимов работы двигателя

При проведении теплового расчета для нескольких скоростных режимов выберем 3-4 основных режима. Такими режимами являются:

1)Режим минимальной частоты вращения

2) Режим максимального крутящего момента

3)Режим максимальной мощности

4)Режим максимальной скорости движения автомобиля

Выбор марки топлива

Топливо: В соответствии с заданной степенью сжатия можно использовать бензин марки АИ-92

Средний элементарный состав и молекулярная масса топлива:

Низшая теплота сгорания топлива

Параметры рабочего тела. Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива.

При расчете двигателя на режимах внешней соростной характеристики принимаем на основных режимах, а на режиме минимальной частоты вращения:

Количество горючей смеси

при

при трех остальных режимах

Количество отдельных компонентов продуктов сгорания при и принятых скоростных режимах

при

при трех остальных режимах

Общее количество продуктов сгорания

при

при остальных режимах работы

Параметры окружающей среды и остаточные газы. Давление и температура окружающей среды при работе двигателя без наддува

Температура остаточных газов.

При постоянном значении степени сжатия температура остаточных газов практически линейно возрастает с увеличением скоростного режима , но уменьшается при обогащении смеси. Учитывая, что при n = 1000 об/мин, α= 0,86, а на остальных режимах α= 0,96

тогда

2.4 Давление остаточных газов

Давление остаточных газов при номинальном скоростном режиме

Тогда

Тогда

получим

Процесс впуска. Температура подогрева свежего заряда. С целью хорошего наполнения двигателя на номинальном скоростном режиме принимается градусов. Тогда

далее получим:

получим

плотность заряда при впуске:

где

где

тогда

Потери давления на впуске

Примем:

Тогда

получим

Давление в конце впуска

Коэффициент остаточных газов.

Определим коэффициент дозарядки по справочной таблице

можно вывести зависимость коэффициента дозарядки от частоты оборотов

Коэффициент очистки

Температура в конце впуска

Коэффициент наполнения

=

=

=

=

Процесс сжатия

Определяем показатель политропы и адиабаты по номограмме для определения показателя адиабаты

Давление в конце сжатия определяется по формуле

Температура в конце сжатия

Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия

свежей смеси

Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия

остаточных газов определяется методом экстраполяции по табличым данным

-значения теплоемкости продуктов при 400 С сгорания соответственно при a=0.86 и a=0.9 взятые из табл.

-значения теплоемкости продуктов при 500 С сгорания соответственно при a=0.86 и a=0.9 взятые из табл.

-значения теплоемкости продуктов при 400 С сгорания соответственно при a=0.95 и a=1 взятые из табл.

-значения теплоемкости продуктов при 500 С сгорания соответственно при a=0.95 и a=1 взятые из табл.

Средняя мольная тепломкость рабочей смеси определяется по формуле

Процесс сгорания. Кэффициент изменения горючей и рабочей смеси

при

и остальных режимах

Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания топлива

Теплота сгорания рабочей смеси

Величина коэффициента использования теплоты z при п1, п2, п3об/мин в результате значительного догорания топлива в процессе расширения снижается, а при n = 1000 об/мин z интенсивно уменьшается в связи с увеличением потерь тепла через стенки цилиндра и неплотности между поршнем и цилиндром. Поэтому при изменении скоростного режима z ориентировочно принимается в пределах, которые имеют место у работающих карбюраторных двигателей:

Температура в конце видимого процесса сгорания

Тогда

при

Тогда

Абсолютная температура

Максимальное давление сгорания теоретическое

Максимальное давление сгорания действительное

Степень повышения давления

Процессы расширения и выпуска. Средний показатель адиабаты расширения k2 определяется по номограмме (см. рис. 5а) при заданном для соответствующих значений и Tz.

Определение k2 по номограммам производится следующим образом: по имеющимся значениям (или для дизеля) и Тz определяют точку, которой соответствует значение k2 при α= 1. Для этого с нижней шкалы восстанавливают вертикальную линию до точки пересечения с кривой температуры. Для нахождения значения k2 при заданном необходимо полученную точку перенести по горизонтали на вертикаль, соответствующую α = 1, и далее эквидистантно вспомогательным кривым до вертикали, соответствующей заданному значению . На рис. приложений показано определение k2 для рассчитываемых карбюраторного двигателя и дизеля.

А средний показатель политропы расширения n2 оценивается по величине среднего показателя адиабаты:

Отсюда получим

Давление и температура в конце процесса расширения

Проверка ранее принятой температуры остаточных газов

Индикаторные параметры рабочего цикла

Теоретическое среднее индикаторное давление

Среднее индикаторное давление

0.96 - коэффициент полноты диаграммы

индикаторный КПД и удельный раход топлива

Расчет эффективных показателей

Эффективные показатели двигателя. Среднее давление механических потерь для карбюраторного двигателя с числом цилиндров до шести и отношением S/D меньше 1

Предварительно приняв ход поршня S равным 78мм, получим

Скоростной режим

Среднее давление механических потерь

Среднее эффективное давление и механический КПД:

Эффективный КПД и удельный расход ттоплива

Основные параметры цилиндра и двигателя. Литраж двигателя

Расчитываем для режима максимальной мощности

рабочий объем одного цилиндра

Диаметр цилиндра. Так как ход поршня предварительно был принят мм, то

Основные параметры и показатели двигателя определяются по окончательно принятым значениям D ,S

Литровая мощность двигателя

Тепловой баланс

Общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом

Теплота, эквивалентная эффективной работе за 1 с.

Теплота, передаваемая охлаждаюей среде:

где

- коэффициент пропорциональности

-диаметр цилиндра

Теплота, унесенная с отработанными газами

где

- теплоемкость остаточных газов при тепературе t=20C

Теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания

Неучтенные потери теплоты

Полученные результаты сведем в таблицу:

Расчет и построение внешних скоростных характеристик

При известной максимальной мощности двигателя

и частоте вращения двигателя при максимальной мощности

и коэффициентах, характеризующих тип двигателя

Запишем формулу С.Р. Лейдермана, которая позволит построить внешнюю скоростную характеристику

Крутящий момент двигателя на режимах внешней характеристики вычисляют по формуле:

Удельный расход топлива по формуле

- для карбюраторных двигателей

построим графики

Построение индикаторной диаграммы.

Индикаторную диаграмму строят для номинального режима работы двигателя . Т.е. при кВт и об/мин

Масштабы диаграммы: масштаб хода поршня мм в мм. Масштаб давлений МПа в мм. Приведенные величины, соответствующие рабочему обьему цилиндра и объему камеры сгорания

Максимальная высота диаграммы

Ординаты характерных точек

Построение политроп сжатия и расширения аналитическим методом

а) политропа сжатия

б) политропа расширения

Результаты расчета точек приведены в таблице.

Теоретическое среднее индикаторное давление

Полученные данные сведем в таблицу:

Политропа сжатия

политропа расширения

где

- отношение радиуса кривошипа к длине шатуна(предварительно выбранная величина)

Положение точки

определяется из выражения

Действительное давление сгорания

Нарастание давления от точки

до

составляет

Динамический расчет кривошипно - шатунного механизма.

Индикаторная диаграмма

- масштаб давлений

по оси абцисс(масштаб хода поршня)

мм в мм

индикаторная диаграмма

Диаграмма сил давления газов развернутая по углу поворота коленчатого вала

Динамика кривошипно - шатунного механизма

Зададимся удельной массой :

так как

то удельная масса поршневой группы колеблется в пределах

при

при

При известном диаметре

интерполируя выше известные величины, получим

масса шатуна

при

при

При известном диаметре

интерполируя выше известные величины, получим

Так как в нашем случае -

то удельная масса неуравновешенных частей одного колена без противовесов

при

при

При известном диаметре

интерполируя выше известные величины, получим

Площадь верхней поверхности поршня

Масса деталей поршневой группы считается сосредоточенной на сои поршевого пальца. Значение этой массы

масса шатуна

масса колена вала

массу шатуна расчленяем на две массы

одну часть отнесем к поршневой группе:

другую часть отнесем к массе шатунной шейке (массе вращающихся деталей)

Тогда суммарная масса, совершающая возвратно поступательное движение

и вращательное движение -

Силы и моменты, действующие в КШМ

Сила инерции поступательно движущихся масс

Сила инерции вращающихся масс

Эта сила приложена в центре шатунной шейки, постоянна по величине и направлению и направленна по радиусу кривошипа.

Сила давления газов в зависимости от угла поворота кривошипа имеет

различные значения

Суммарная сила, действующая в направлении оси цилиндра

угол наклона шатуна относительно оси цилиндра

Сила, действующая вдоль шатуна

Сила, перпендикулярная оси цилиндра, которая создает боковое давление на стенку цилиндра

Сила, действующая вдоль кривошипа

Сила, создающая крутящий момент

Крутящий момент одного цилиндра

построим графики

Скорость поршня

Перемещение поршня в зависимости угла поворота кривошипа

Скорость поршня в зависимости от поворота кривошипа

примерная максимальная скорость

средняя скорость поршня

ускорение поршня

максимальное значение ускорения

минимальное ускорение поршня

Построим графики