ВСТУП
Автомобільні двигуни – складні технічні об’єкти. В результаті тривалого періоду розвитку вони характеризуються досить високим ступенем досконалості та економічними показниками, а також досить надійні в роботі. Однак, необхідність підвищення ефективності використання автомобілів і інших мобільних енергетичних засобів вимагає подальшого вдосконалювання як самих машин, так і їх силових установок.
Особливості конструкцій автомобільних двигунів і тенденції їх розвитку повністю визначаються вимогами до автомобілів відповідно до потреб народного господарства країни. Крім того, машини повинні бути конкурентоспроможними на світовому ринку.
Автомобілі використовуються для виконання різних операцій протягом року. Ці відмінності визначають особливі вимоги до типів силових установок, їх ресурсу, економічності й екологічної безпеки. Тому важливе значення мають питання правильної організації експлуатації автомобільних двигунів, при якій будуть досягнуті вищевказані вимоги.
Вибір основних параметрів двигуна
Головна тенденція в розвитку сучасних двигунів автомобілів полягає в підвищенні їх потужностей і економічних показників при одночасному зниженні маси й габаритів. Відповідно за цією тенденцією спостерігається ріст таких параметрів, як ступінь стиску, середній ефективний тиск, літрова й поршнева потужність, частота обертання колінчатого вала, надійність роботи двигуна при відповідному зменшенні його маси й питомої витрати палива.
Вибір розмірів і числа циліндрів проводиться на основі наступних міркувань. Діапазон можливої зміни діаметра циліндра можна визначити, використовуючи залежність D=f(nн) для існуючих моделей двигунів (додаток 1, рис. 1.1 [1]).
Відповідно до рекомендацій приймаємо діаметр циліндра D = 0,1м, а хід поршня S = 0,09 м.
Орієнтовно середня швидкість поршня
,
м/с. (1.1)
За заданою номінальною потужністю Neн, частотою обертання колінчатого вала nн, та розмірами циліндра визначаємо їх число i. Число циліндрів у свою чергу визначається літровою потужністю.
Для визначення літрової потужності Neл за відомим діаметром циліндра D доцільно використовувати графіки Nел=f(D) (додаток 2, рис. 1.2 [1]).
Приймаємо Nел=20 кВт/л.
По прийнятому діаметру циліндра встановлюємо циліндрову потужність
кВт, (1.2)
де Vh – робочий об’єм циліндра, л.
При заданій ефективній потужності двигуна Nен=90 кВт необхідне число циліндрів
.
(1.3)
Отримане значення i округляємо до найближчого цілого числа i = 4.
Після визначення числа циліндрів уточнюємо значення літрової потужності за формулою
кВт/л.
(1.4)
Ступінь стиску ε =9 задається.
2. Визначення параметрів робочого циклу двигуна
2.1. Розрахунок індикаторних параметрів чотиритактного двигуна
При виконанні теплового розрахунку двигуна в першу чергу визначаються параметри робочого тіла, навколишнього середовища й залишкових газів.
Атмосферні умови, необхідні для розрахунків приймаємо наступні:
p0 = 0,1 МПа; T0 = 293 K.
Тиск залишкових газів pr = 0,11 МПа, температура залишкових газів Tr = 950 K.
Тиск заряду наприкінці процесу наповнення (початку стиску)
Мпа.
Температура заряду
наприкінці впуску
К.
Тиск газів наприкінці процесу стиску (показник політропи стиску n1=1,38)
(2.1)
МПа.
температура
(2.2)
К.
Приймаємо температуру наприкінці згоряння Тz = 2400 К та коефіцієнт молекулярної зміни паливної суміші β0=1,045.
Тиск наприкінці згоряння
(2.3)
МПа.
Приймаємо показник
політропи розширення
= 1,28.
Температура газів наприкінці процесу розширення
(2.4)
К.
тиск наприкінці
розширення
(2.5)
МПа.
2.2. Побудова і аналіз індикаторної діаграми
Теоретична
індикаторна діаграма будується в
координатах
.
Порядок її побудови наступний.
На осі абсцис
відкладаємо довільний відрізок, що
зображує в якому-небудь масштабі об’єм
камери згоряння
,
цей відрізок приймаємо за одиницю. Далі
відкладаємо на осі абсцис в прийнятому
масштабі об’єми
,
Вибравши на осі
ординат масштаб тисків, відкладаємо
точки:
,
,
,
,
,
.
Точки а і с з'єднуються політропою стиску, а точки z і b – політропою розширення. Проміжні значення цих кривих визначаються з умови, що кожному значенню Vx на осі абсцис відповідають наступні значення тисків
– для політропи
стиску;
=
– для політропи розширення.
Вхідні в ці рівняння
відношення об’ємів
визначаються за співвідношенням
відповідних відрізків на осі абсцис.
Політропи: стиску розширення (Vc=1):
1 |
9 |
0,087 |
0,11 |
1,804571 |
5,594608 |
1,5 |
6 |
0,087 |
0,11 |
1,03126 |
3,329453 |
2 |
4,5 |
0,087 |
0,11 |
0,69335 |
2,303835 |
2,5 |
3,6 |
0,087 |
0,11 |
0,509585 |
1,731436 |
3 |
3 |
0,087 |
0,11 |
0,396229 |
1,371054 |
3,5 |
2,571429 |
0,087 |
0,11 |
0,320302 |
1,125544 |
4 |
2,25 |
0,087 |
0,11 |
0,266398 |
0,948709 |
4,5 |
2 |
0,087 |
0,11 |
0,226433 |
0,815939 |
5 |
1,8 |
0,087 |
0,11 |
0,195792 |
0,712998 |
5,5 |
1,636364 |
0,087 |
0,11 |
0,171662 |
0,631111 |
6 |
1,5 |
0,087 |
0,11 |
0,152239 |
0,564594 |
6,5 |
1,384615 |
0,087 |
0,11 |
0,136318 |
0,509613 |
7 |
1,285714 |
0,087 |
0,11 |
0,123066 |
0,463494 |
7,5 |
1,2 |
0,087 |
0,11 |
0,11189 |
0,424318 |
8 |
1,125 |
0,087 |
0,11 |
0,102355 |
0,390674 |
8,5 |
1,058824 |
0,087 |
0,11 |
0,09414 |
0,361504 |
9 |
1 |
0,087 |
0,11 |
0,087 |
0,336 |
За побудованою індикаторною діаграмою визначається середній теоретичний індикаторний тиск
;
(2.6)
МПа,
де F – площа індикаторної діаграми, F =5131 мм2;
– довжина
індикаторної діаграми, l
= 160
мм;
– прийнятий масштаб
тисків (1мм = 0,025 МПа), визначається по
осі ординат.
Для перевірки величина середнього теоретичного індикаторного тиску підраховується аналітичним шляхом по формулі:
МПа.
(2.7)