Referat.me

Название: Транспортные двигатели

Вид работы: реферат

Рубрика: Транспорт

Размер файла: 99,55 Kb

Скачать файл: referat.me-338735.docx

Краткое описание работы: 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.

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, P z , МПа 6,7
Частота вращения коленчатого вала двигателя, n , об/мин 3800
Число цилиндров двигателя, i 6
Диаметр цилиндра, dц 0,095
Ход поршня, S , м 0,102
Длина шатуна, l ш , 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 ;

e – степень сжатия; e = 14,5.

Рабочий объем цилиндра определяется по формуле:

, (1.2)

где Fп площадь поршня, м2 ;

S – ход поршня, S = 0,102 м.

F п = πD 2 / 4,(1.3)

где D – диаметр поршня, D = 0,095 м.

Площадь поршня согласно формуле (1.3) составит:

F п = 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 V а ,V в – 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 Р о – 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 Т о – температура воздушного заряда на входе в двигатель, Т о = 293 К [2];

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

Dt = 15 °C [2];

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

gr – коэффициент остаточных газов, gr = 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 n 1 – показатель политропы сжатия, n 1 = 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:

М 1 = a Lо , (4.2)

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

М 1 = 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 x – коэффициент использования теплоты, для дизельных двигателей, x = 0,7;

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

mcvc – средняя молярная теплоемкость свежего заряда.

mcv – средняя молярная теплоемкость продуктов сгорания.

Средняя молярная теплоемкость свежего заряда определяется по формуле:

m cvc = 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:

m cv = (4.8)

m cv =

Степень повышения давления в цилиндре определяется по формуле:

lz = Pz / Pc . (4.9)

lz = 6,7 / 3,253 = 2,060.

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:

АТz 2 + ВТz + С = 0, (4.10)

где А, В, С – числовые коэффициенты.

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

Тогда решение уравнения имеет вид

(4.11)

Максимальная температура сгорания равна Т z = 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:

r= (m / lz ) × (Тz / Тс ) ; (5.1)

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

Объем цилиндра в точке Z определяется по формуле:

Vz = Vc r; (5.2)

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

Степень последующего расширения определяется по формуле:

d = e / r; (5.3)

d = 14,5 / 1,296 = 11,188.

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

(5.4)

(5.5)

где n 2 – показатель политропы расширения, n 2 = 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 = jп Рi ¢ ,(6.2)

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

Рi = 0,94 · 0,882 = 0,829 МПа.

Индикаторный коэффициент полезного действия hi 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;

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

hе = hi hм ; (7.5)

hе = 0,374 × 0,689 = 0,258.

Удельный эффективный расход топлива определяется по формуле:

(7.6)

Эффективная мощность двигателя, определяется по формуле:

Nе = Ni hм .(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 + F п S .(8.3)

Ход поршня определяется по формуле:

S = R (1 cos j + l (1 cos 2j) / 4), (8.4)

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

хода поршня), R = 0,051 м;

j – угол поворота коленчатого вала, град.

l – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна:

(8.5)

где l ш – длина шатуна, l ш = 0,26 м.

Пример расчета при j = 180º.

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

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

Таблица 2 – Результаты расчета политропных процессов сжатия и расширения

j, ° S , м V = Vc + F п × S , м3 Сжатие Расширение
Va / V (Va /V)n 1 P , МПа V / Vz (V / Vz )n 2 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

Похожие работы

  • Двигатели внутреннего сгорания

    Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – тепловой двигатель, в котором химическая энергия топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механическую работу. История создания и развитие ДВС, строение и разновидности, принцип работы двигателей.

  • Двигатель Стирлинга

    Содержание 1. Введение……………………………………………………………………………… 3 2. История ……………………………………………………………………………… 4 3. Описание …………………………………………………………………………… 4

  • Общие характеристики двигателя внутреннего сгорания

    Общие характеристики двигателя внутреннего сгорания (ДВС) В наши дни на автомобили в основном устанавливается двигатель внутреннего сгорания. Специалисты-профессионалы отмечают достаточно сложное его устройство. Для того чтобы остановить свой выбор, при покупке автомобиля, на какой-то конкретной версии, необходимо использовать технические характеристики двигателя внутреннего сгорания для анализа устройства всего автомобиля.

  • История развития автотранспорта

    История зарождения автомобилестроения, первые предки современных автомобилей, их внешний вид и свойства. Пружиномобили Вокансона и их практическое применение. Становление отечественного автотранспорта, его первые представители конвейерное производство.

  • История возникновения и дальнейших изменений ПДД

    Передвижение людей с помощью любых средств нуждается в определенных правилах. Самым распространенным средством передвижением является автомобиль. Лишь в 1920 г. появился первый нормативный документ, посвященный безопасности автодорожного движения.

  • Изобретение автомобиля

    Пермский Государственный Технический Университет Автодорожный факультет Реферат по дисциплине История транспорта и специальности на тему: «Изобретение автомобиля»

  • Исследование системы автоматического регулирования угловой скорости двигателя внутреннего сгорания

    Лабораторная работа №4 Исследование системы автоматического регулирования угловой скорости двигателя внутреннего сгорания (дизеля) Цель работы: изучить САР угловой скорости двигателя внутреннего сгорания (дизеля).

  • Автомобиль 2

    ОГЛАВЛЕНИЕ Введение 2 2. Основная часть 4 2.1 Виды теплового двигателя. 4 2.2. Принцип действия теплового двигателя. 4 2.3 Развитие шин (резина). 5 2.4 Бензины (новые виды топлива). 6

  • История трактора

    Трактор как мобильное энергетическое транспортное средство, которое обеспечивает движение сельскохозяйственных, дорожно-строительных, мелиоративных машин и орудий; история развития и совершенствование конструкций, техническая характеристика, назначение.

  • Изобретение паровоза и автомобиля

    История и основные этапы изобретения и совершенствования автомобилей, эволюция их внешнего вида и технологичности. Периоды развития паровозостроения, его первые представители и этапы совершенствования, временные границы выпуска и причины его прекращения.