Тепловой расчет четырехтактного бензинового двигателя
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»
Контрольная
работа
ПО
ДИСЦИПЛИНЕ: Транспортная энергетика
Выполнил: Студент 2
курса
Факультет заочного
обучения
Специальность: 190700.62.03
Санкт-Петербург
Оглавление
Задание на контрольную работу
Введение
1. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ
1.1 Топливо
1.1.1 Низшая теплота сгорания топлива
1.1.2 Параметры рабочего тела
1.1.3 Параметры окружающей среды и остаточные газы
1.2 Процесс впуска
1.3 Процесс сжатия
1.4 Процесс сгорания
1.5 Процесс расширения
1.6 Индикаторные параметры рабочего цикла
1.7 Эффективные показатели двигателя
1.8 Определение размеров цилиндра
1.9 Построение индикаторной диаграммы
1.10 Построение внешней скоростной характеристики
Задание на контрольную работу
Произвести тепловой расчет четырехтактного
бензинового двигателя. Двигатель четырех цилиндровый, рядный.
Номинальная мощность 65 кВт. Частота оборотов
коленчатого вала 5800 об/мин. Степень сжатия 9. Коэффициент избытка воздуха
0,95.
Введение
В области развития и совершенствования
автомобильных двигателей основными задачами являются: расширение использования
дизелей, улучшение топливной экономичности и снижение удельной массы
двигателей, стоимости их производства и эксплуатации. На принципиально новый
уровень ставится борьба с токсичными выбросами двигателей в атмосферу, а также
задачи по снижению шума и вибрации в процессе их эксплуатации. Значительно
больше внимания уделяется использованию электронно-вычислительных машин при
расчетах и испытаниях двигателей.
Теория двигателей внутреннего сгорания основана
на использовании термодинамических зависимостей и приближения их к действительным
условиям путем учета реальных факторов. Поэтому глубокое изучение теоретических
циклов, основанное на знании термодинамики, является необходимым условием
успешного изучения процессов, происходящих в цилиндрах реальных автомобильных и
тракторных двигателей.
тепловой двигатель бензиновый
индикаторный
1.
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ
Тепловой расчет производится для одного
скоростного режима (номинального). Исходными данными для расчета являются:
·
номинальная
эффективная мощность Ne = 65 кВт;
·
частота
вращения коленчатого вала n = 5800 об./мин;
·
степень
сжатия e
= 9;
·
число
цилиндров i = 4;
·
коэффициент
избытка воздуха a = 0,95.
1.1 Топливо
Средний элементарный состав бензинового топлива:
С = 0,855; Н = 0,145; О = 0.
Молекулярная масса топлива:
T
= 120 кг/кмоль.
1.1.1 Низшая теплота сгорания
топлива
кДж/кг
1.1.2 Параметры рабочего тела
Теоретически необходимое количество воздуха для
сгорания 1 кг топлива:
кмоль воздуха/кг
топлива
кг воздуха/кг
топлива
Количество свежего заряда:
кмоль св.зар/кг
топлива
Общее количество продуктов сгорания:
кмоль
пр.сгорания/кг топлива
1.1.3 Параметры окружающей среды и
остаточные газы
Давление окружающей среды:
0 =
0,1
мПа.
Температура окружающей среды:
0
= 293 К.
Температура остаточных газов:
r =
1100 K;
Давление остаточных
газов:
Pr
=
(1.05...1.25)×P0 =
1,25×0,1=0,125
мПа.
1.2 Процесс впуска
Температура подогрева свежего заряда:
DТ = 20°С.
Плотность заряда на впуске:
Потери давления на впуске в двигателе:
мПа
где:
(b2
+ xвп)
= 3 - коэффициент сопротивления впускного тракта,
w вп = 90 - скорость потока в
проходном сечении клапана.
Приняты в соответствии со скоростным режимом
двигателей и с учётом небольших гидравлических сопротивлений во впускной
системе.
Давление в конце впуска:
мПа
Коэффициент
остаточных газов:
Температура в конце впуска:
К
Коэффициент наполнения:
1.3 Процесс сжатия
Показатель политропы сжатия:
n1 =
1,35;
Давление и температура в конце сжатия:
мПа
К
1.4 Процесс сгорания
Теоретический коэффициент молекулярного
изменения:
Действительный коэффициент молекулярного
изменения:
Теплота сгорания рабочей смеси:
кДж/кмоль
где 
кДж/кг
- количество теплоты, потерянной вследствие неполноты сгорания топлива;
Мольная теплоемкость свежего заряда:
кДж/кмоль
град
Уравнение сгорания:
где: 
=
0,85 - коэффициент использования теплоты
кДж/кмоль×град
мольная изохорная теплоемкость продуктов
сгорания
Для определения температуры конца сгорания Tz
приводим уравнение сгорания путем подстановки в него зависимостей для
теплоемкости к виду
, откуда:
К
Степень повышения давления:
Максимальное давление сгорания:
МПа
1.5 Процесс расширения
Показатель политропы расширения:
2=1,25
Давление и температура в конце расширения:
МПа
К
1.6 Индикаторные параметры рабочего
цикла
Теоретическое среднее индикаторное давление:
МПа
Среднее индикаторное давление:
МПа
где:
j = 0,95 - коэффициент полноты
индикаторной диаграммы.
Индикаторный КПД:
Индикаторный удельный расход топлива:
г/кВт×ч
1.7 Эффективные показатели
двигателя
Среднее давление механических потерь:
МПа
где:
= 0,039 - числовая
константа;= 0,0132 - числовая константа;
= 14 м/с - средняя
скорость поршня (предварительно принята с учетом частоты вращения коленчатого
вала).
Среднее эффективное давление:
МПа
Механический КПД:
Эффективный КПД:
Эффективный удельный расход топлива:
г/кВт×ч
1.8 Определение размеров цилиндра
Рабочий объем цилиндра:
л
Диаметр цилиндра:
мм
где S/D принимаем: S/D=0,9
Ход поршня:
мм
Проверка величины средней скорости поршня:
м/с
Ошибка:
- что не
допустимо.
Производим перерасчет по уточненным параметрам.
Среднее давление механических потерь:
МПа
где, =
0,039 - числовая константа;= 0,0132 - числовая константа;
Среднее эффективное давление:
МПа
Механический КПД:
Эффективный КПД:
Эффективный удельный расход топлива:
г/кВт×ч
По уточненным значениям S и D определяются:
рабочий объем цилиндра:
эффективная мощность двигателя:
кВт
1.9 Построение индикаторной диаграммы
Масштабы:
MS =
1 мм/мм;
MP =
0,05 МПа/мм.
Предварительно определяем положение характерных
точек:
мм
мм
Для построения политроп сжатия (a - c) и
расширения (z - b) используем уравнения:
сжатия
МПа
МПа
МПа
МПа
МПа
МПа
МПа
МПа
МПа
расширения
МПа
МПа
МПа
МПа
МПа
МПа
МПа
МПа
МПа
где Sx - любые промежуточные
значения хода поршня.
Форма 1
|
Sx, мм
|
Sa /Sx
|
Px1 , МПа
|
Px2 , МПа
|
|
10
|
8,8
|
1,612
|
10,806
|
|
20
|
0,633
|
4,544
|
|
30
|
2,93
|
0,366
|
2,737
|
|
40
|
2,2
|
0,248
|
1,910
|
|
50
|
1,76
|
0,183
|
1,445
|
|
60
|
1,47
|
0,144
|
1,150
|
|
70
|
1,26
|
0,117
|
0,950
|
|
80
|
1,1
|
0,097
|
0,803
|
|
88
|
1
|
0,0856
|
0,713
|
Определяем действительное максимальное давление
сгорания:
МПа
1.10 Построение внешней скоростной
характеристики
Скоростная характеристика строится по
эмпирическим зависимостям в диапазоне частоты вращения коленчатого вала от nmin
до n, где: n = 5800 об/мин - номинальная частота вращения
коленчатого вала. nmin = 800 об/мин - минимальная частота
вращения коленчатого вала. Определяются следующие параметры:
. Эффективная мощность:
кВт
кВт
кВт
кВт
кВт
кВт
кВт
кВт
кВт
кВт
кВт
кВт
. Удельный эффективный расход топлива:
г/кВтч
г/кВтч
г/кВтч
г/кВтч
г/кВтч
г/кВтч
г/кВтч
г/кВтч
г/кВтч
г/кВтч
г/кВтч
г/кВтч
. Эффективный крутящий момент:
Н×м
Н×м
Н×м
Н×м
Н×м
Н×м
Н×м
Н×м
Н×м
Н×м
Н×м
. Часовой расход топлива:
кг/ч
кг/ч
кг/ч
кг/ч
кг/ч
кг/ч
кг/ч
кг/ч
кг/ч
кг/ч
кг/ч
кг/ч
Расчеты в табличной форме.
Форма 2
|
nx
|
nx/n
|
(nx/n)2
|
|
|
|
GTx
|
|
об/мин.
|
-
|
-
|
кВт
|
г/кВт×ч
|
Н×м
|
кг/ч
|
|
800
|
0,138
|
0,019
|
9,855
|
332,409
|
117,695
|
3,277
|
|
1000
|
0,172
|
0,029
|
12,547
|
322,690
|
119,815
|
4,050
|
|
1500
|
0,258
|
0,066
|
18,755
|
301,800
|
119,398
|
5,661
|
|
2000
|
0,344
|
0,119
|
26,895
|
285,959
|
128,414
|
7,690
|
|
2500
|
0,431
|
0,185
|
34,275
|
273,842
|
130,920
|
9,384
|
|
3000
|
0,517
|
0,267
|
41,245
|
131,287
|
11,017
|
|
3500
|
0,603
|
0,363
|
47,721
|
264,880
|
130,200
|
12,640
|
|
4000
|
0,690
|
0,476
|
53,462
|
267,594
|
127,631
|
14,306
|
|
4500
|
0,776
|
0,602
|
58,144
|
274,788
|
123,385
|
15,976
|
|
5000
|
0,862
|
0,743
|
61,562
|
286,717
|
117,574
|
17,650
|
|
5500
|
0,948
|
0,899
|
63,469
|
303,378
|
110,197
|
19,255
|
|
5800
|
1
|
1
|
63,823
|
315,559
|
105,080
|
20,139
|