1ВЫБОР ТИПА ИОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДВИГАТЕЛЯ
В соответствии с данными варианта для рас чета дан двигатель внутреннего сгорания с номинальной мощностью 50 кВт — тракторный.
На сельскохозяйственных работах 80% времени трактор работает с нагрузкой близкой к номинальной остальную часть – в режиме холостого хода (стр.16 /5/).
При этих условиях эксплуатации целесообразно применять дизель. Это объясняется больший экономичностью дизелей, меньшими выбросами вредных веществ в отработавших газах.
Индикаторные показатели дизелей также оптимальны для работы в полную мощность (лучшим тепло использованием, большим эффективным КПД).
Основное преимущество рядного расположения цилиндров двигателя перед V- образным – простота конструкции, изготовления и уравновешивания двигателя. Большие размеры в частности длина двигателя не являются существенным недостатком для тракторов сельскохозяйственного назначения.
Принимаем камеру сгорания тороидальную с объемнымсмесеобразовании все топливо впрыскивается в объем камеры сгорания, при этом снижаются затраты на изготовление и обслуживание топливной системы (форсунок и насоса высокого давления ) отсутствуют острые кромки имеющие низкую термостойкость.
В двигателях с тороидальными камерами на поверхность камеры сгорания падает незначительное количество топлива. Организованное движениевоздуха обеспечивается при в пуске его в цилиндр и около 20% всей энергии затрачиваемой на смесеобразование приходиться на него (стр.14 /5/).
Впрыск топлива осуществляется 3..5- дырчатыми распылителями с диаметром отверстий0.15…0.4 мм при давлении начала впрыск а 17.5 МПа. Недостатком камеры с тороидальными камерами являются высокие динамические показатели процесса сгорания, доходят до 0.6 …1.0МПа/град п. к. в. но его можно уменьшить увеличивая давление в цилиндре в момент начала впрыск а топлива (стр.14/5/).
2 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТДВИГАТЕЛЯ
2.1 Процесс впуск а
Определяем температуру в конце процесса впуск а:
? , [К]
где То –температура окружающей среды, К;
- DТ –подогрев свежего заряда, К;
- gr –коэффициент остаточных газов;
Тr –температура остаточных газов, К,
Принимаем То =293 К(стр.19/3/), DТ =+15…+25? С – для дизелей без наддув а (стр.19 /3/), принимаемDТ =20? С ; gr =0,03…0.06-в четырех тактных дизелях; gr =0,05(стр.23 /3/); Тr =800…900 К для дизелей, Тr =800 К.
?
Определяем давление в концевпуска
Физические основы устройства двигателя внутреннего сгорания (Двигатель Отто)
... воздуха и паров жидкого или газообразного топлива. Цикл Отто - это порядок работы двигателя внутреннего сгорания, состоящий из четырех тактов: впрыск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Назван ... форсунку жидкое топливо, которое самовоспламеняется и сгорает. Распыление жидкого топлива в форсунке может осуществляться воздухом, сжатым в специальном компрессоре (компрессорные дизеля), или механическое ...
Ра =(0,85…0,9)
- Ро, [к Па]
где Ро – давление окружающей среды, к Па
Принимаем для нормальных условий Ро =100к Па
Ра =0,9
- 100=90к Па
Определяем коэффициент наполнения
?
где e — степень сжатия, e=15.
?
Найденное значение hn= входит в предел hn= 0.8…0.9 – для дизелей без наддув а
2.2 Процесс сжатия
Определяем давление в конце сжатия:
Рс =Ра·en1, [к Па]
где n1- средний показатель политропы сжатия.
Величину n1определяем по эмпирической формуле профессора В. А. Петрова, как функцию угловой скорости вращения колен вала w, для дизеля:
?
?
?
?
Рс =Ра·en1, [к Па]
Определяем температуру в конце сжатия:
Тс = Тс ·en1-1, [К]
2.3 Процесс сгорания:
Определяем теоретически необходимое количество воздух а(в молях) на сгорание 1 кг топлива:
?, [к моль/кг]
где С- содержание углерод а в топливе;
- Н- содержание водород а в топливе;
- О- содержание кислород а в топливе;
- Принимаем состав топлива: С=0,87;
- Н=0,124;
- О=0,004;
?[к моль/кг]
Определяем действительное количество воздух а:
L=a·L0 , [к моль/кг]
где a — коэффициент избытка воздух а.
Для дизелей с неразделеннымикамерами сгорания и объемным смесеобразовании a=1.25…1.65. Принимаем a=1,5 с учет ом несовершенства смесеобразования и малой мощности двигателя (стр.36 /3/)
L=1,5·0,492=0,738 к моль/кг
Определяем число молей продуктов сгорания 1 кг топлива при a >1:
?
?
Определим химический коэффициент молярного изменения:
?
?
Находим действительный коэффициент молярного изменения:
?
?
Определяем теплоёмкость газов для чистого воздух а:
m·С сn=а+в·Тс [кДж/к моль·град]
где а=20.16; в=1.738·10-3
m·С сn=20.16+1.738·10-3 ·Тс [кДж/к моль·град]
Для продуктов сгорания при a >1:
?
Теплоёмкость при постоянном давлении:
m·Сzр =m·Сzn+m·R
где m·R =8.314- универсальная газовая постоянная.
m·Сzр =m·Сzn+m·R
m·Сzр =m·Сzn+m·R
Температура в конце сгорания Тz определяется для дизеля из выражения:
?
где x- коэффициент использования тепла;
QH –низшая удельная теплота сгорания, для дизельных топлив QH = 42500 кДж/кг,
l- степень повышения давления.
Для дизелей с неразделеннымикамерами сгорания величина l =1.7…2.2 (стр.10/4/).
Принимаем l =1.8 с учет ом несовершенства конструкции двигателя.
Для дизелей x= 0.7…0.9, принимаем x=0.75 с учет ом обогащения смеси (a =1.5) и несовершенством процесса смесеобразования.
?
Решая квадратное уравнение определяем Тz.
Определяем давление в конце сгорания:
2.4 Процесс расширения:
Определяем степень предварительного расширения:
?
Степень последующего расширения:
?
Двигатель внутренного сгорания
... действия которых основан на линейном расширении трубки и стержня, изготовленных из материалов с различным температурным коэффициентом линейного расширения. ПОРШНЕВЫЕ ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Как было выше сказано, тепловое расширение применяется в ДВС. ...
Давление в конце расширения:
?
Температура в конце расширения:
?, [к Па]
где n2– показатель политропы расширения, который можно определить по эмпирической формуле профессора В. А. Петрова для дизельного двигателя:
?
2.5Процесс выхлопа
Давление в конце выхлопа для двигателей без наддув а:
Рr =кr
- Ро, [к Па]
где кr=1,2для двигателей без наддув а;
Рr=1,2
- 100=120к Па
Температура в конце выхлопа Тr =800 К.
3 ПОСТРОЕНИЕИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ
3.1 Построение индикаторной диаграммы.
Для построение индикаторной диаграммы выбираем масштабы:
- для давления: 25 к Па/мм
- для объёма : 10 мм = Vc (стр.11, /4/).
Определяем промежуточные точки политроп сжатия и расширения по уравнениям:
- для сжатия:
?,
- для расширения:
?.
3.2 Определение индикаторных показателей.
Среднее теоретическое индикаторное давление Рi` определяем графическим и аналитическим методами.
Графическое определение среднее теоретического индикаторного давление Рi`.
?, [к Па]
где F-площадь индикаторной диаграммы, мм2;
- L =Vh – длина диаграммы по оси, мм;
- m=25к Па/мм — масштаб давления.
F=, мм2;
? [к Па]
для аналитического определения теоретического индикаторного среднее давление используем для дизеля формулу:
?
?
Действительное среднее индикаторное давление определяем сучетом округления диаграммы и затрат на осуществления насосных ходов поршня:
Рi =f·Рi`-DР,[к Па]
где DР=Рr-Ра=120-90=30к Па
f=0/92…0.95- коэффициент округления.
Рiграф.= -30= к Па
Рiанал.= -30=к Па
Среднее индикаторное давление Рi это такое условное постоянное давление в цилиндре двигателя, которое действуя в течение одного хода поршня совершает такую же работу, что и переменное давление внутри цилиндра.
Определяем процент несовпадения величин среднего индикаторного давления вычисленных графическими аналитическим методом:
?
?
Действительная погрешность DРi = 2 % не превысила допустимую DРi = 3…5%.
Индикаторный коэффициент полезного действия определяем по формуле:
?
?
Находим индикаторный удельный расход топлива:
? кг/кВт·ч
3.3 Определение эффективных показателей работы двигателя.
Среднее эффективное давление:
Ре=Рi-Рм ,[к Па]
где Рм –механические потери мощности, [к Па].
Предварительно определяем среднее эффективное давление:
Ре=0.85Рi,[к Па]
Ре=0.85Рi,[к Па]
Определяем предварительный рабочий объем одного цилиндра:
?, [м3]
где i – число цилиндров.
?
Предварительный диаметр цилиндра:
?, [м]
где к- коэффициенткороткоходности, который выбираем исходя из ориентировки по выполненным двигателям к=0.88.
?, [м]
Смесеобразование и сгорание топлива в цилиндрах дизеля
... двигателей ещё больше. Для улучшения процесса смесеобразования необходимо, чтобы скорость впрыскивания возросла и её максимум был в конце впрыскивания. Тогда каждая последующая доза впрыскиваемого в цилиндр топлива будет проникать в ...
Ход поршня:
S=к·D
S=к·D
Средняя скорость движения поршня:
? м/с
Механические потери вычисляем по эмпирическим формулам:
Рм = (0.9+(0.11…0.15)·Сп )·102
Рм = (0.9+(0.11…0.15)·Сп )·102
Среднее эффективное давление:
Ре=Рi-Рм , к Па
Уточняем объем одного цилиндра:
? м3
Уточняем диаметр поршня:
?, [м]
Уточняем ход поршня:
S=к·D м
Уточняем скорость движения поршня:
? м/с
Механические потери:
Рм = (0.9+(0.11…0.15)·Сп )·102
Среднее эффективное давление:
Ре=Рi-Рм , к Па
Определяем эффективных коэффициент полезного действия:
hе=hi·hм,
где ?-Механический коэффициент полезного действия.
?
hе=hi·hм
Эффективный удельный расход топлива:
? кг/кВт·ч
3.4 Физический смысл величин Ре, hе, ge.
Среднее эффективное давление Ре – это значение условного постоянного давления в цилиндре двигателя, при котором совершается работа равная эффективной работе цикла. Этом ера удельной работы (в к Па ), характеризующая полезную работу, получаемую с единицы рабочего объёма цилиндра.
Эффективных коэффициент полезного действия hепоказывает какая часть теплоты подведенная за цикл расходуется на совершение эффективной работы.
Эффективный удельный расход топлива ge указывает на количество топлива израсходованного на получение единицы работы.
ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ДВИГАТЕЛЯ
Общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом:
Q=Qн·GT , [кДж/ч]
где GT–часовой расход топлива, кг/ч.
GT= qe
- Neн
GT= qe
- Neн
Q=Qн·GT , [кДж/ч]
Теплота, эквивалентная эффективной работе:
Qe=3600·Ne , [кДж/ч]
?
Теплота передаваемая охлаждающей среде:
?, [кДж/ч]
где Qв–коэффициент равный 0.45…0.53.
?, [кДж/ч]
?
Теплота уносимая с отработавшими газами:
Qг=Ср·(Тr-To)·(Gв+Gт), [кДж/ч]
где Ср –средняя теплоемкость отработавших газов при постоянном давлении,
Ср =1.04 кДж/кг·град
Gв– часовой расход воздух а, кг/ч
Gв=a·L0
- Gт ,
где L0– теоретически необходимое количество воздух а для сгорания 1 кг топлива,
?
?
Gв=a·L0
- Gт ,
Qг=Ср·(Тr-To)·(Gв+Gт), [кДж/ч]
?
Неучтенные потери:
Qн. у.=Q-( Qe+ Qг + Qв), [кДж/ч]
?
