4056

УДК 656.1 (075.8)

Белокуров В.П. Транспортная энергетика [Электронный ресурс]: Методические указания к самостоятельной работе студентов по направлению подготовки 23.03.01 – Технология транспортных процессов / В.П. Белокуров, Д.В. Лихачев, Н.И. Злобина, Е.В. Тарасова; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2016. – ЭБС ВГЛТУ.

профессор Д.Н. Афоничев.

Введение

Цель данной курсовой работы – систематизация и закрепление знаний студентов по основным вопросам теории автомобильного двигателя.

Выполнению теплового расчета должно предшествовать изучение основных типов двигателей, применяемых в последние годы. На грузовых автомобилях, особенно большой грузоподъемности, стали применяться дизельные двигатели, имеющие ряд преимуществ перед бензиновыми, основными из которых являются:

Дизель на единицу производимой работы расходует в среднем на 2025% (по массе) меньше топлива вследствие более высокой степени сжатия;

Работает на тяжелых сортах топлива, которые дешевле и менее пожароопасные.

Оценка степени совершенства рабочего процесса, а также сравнение двигателей по их экономичности и эффективности использования рабочего объема цилиндра осуществляются с помощью среднего индикатора и эффективного КПД, удельных расходов топлива в индикаторном и эффективном процессах.

Студенту предстоит в полном объеме изучить все аспекты рассматриваемой проблемы и показать свои знания в этой области.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

Курсовая работа состоит из расчетно-пояснительной записи, в которой приводятся формулы, используемые в расчетах, а также исходные данные для их выполнения.

Индикаторная диаграмма вычерчивается на миллиметровой бумаге формата А4. В записке приводится форма таблицы, где помещаются результаты расчета.

На титульном листе необходимо указать наименование института, факультета и кафедры, дисциплину, по которой выполняется работа, тему курсовой работы, фамилию и инициалы студента, выполнившего работу, группу, курс, фамилию и инициалы, ученую степень и звание руководителя курсовой работы.

В конце титульного листа – город, в котором находится институт и год выполнения курсовой работы.

Выполненная согласно стандарту на листах белой бумаги и подписанная студентом и преподавателем курсовая работа скрепляется и помещается в мягкую обложку.

Графический материал приводится на двух листах плотной бумаги типа ватман формата А1.

После защиты курсовая работа сдается на кафедру, где хранится в течении года.

2. ВЫПОЛНЕНИЕ ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА.

Работа поршневого 4-х тактного дизельного двигателя включает четыре процесса:

Впуск воздуха в цилиндр;

Сжатие воздуха, начало впрыска топлива в конце сжатия и сгорание смеси;

Расширение образовавшихся при этом газов(рабочий ход);

Выпуск отработавших газов.

Постоянно повторяющийся комплекс этих процессов в определенной последовательности называется циклом работы двигателя.

Теоретический рабочий цикл – такой цикл, при котором не учитываются аэродинамические потери газовой смеси при впуске и выпуске, теплообмен со стенками цилиндров и камеры сгорания, неполнота сгорания топлива.

Действительный рабочий цикл – такой, в котором все эти факторы учитываются.

Процесс рабочего цикла двигателя описывается графически в системе(давление и объем) координат в виде индикаторной диаграммы.

Индикаторной она называется потому, что давление газов и объем полости над поршнем регистрируются прибором индикатором и записываются на осциллографе.

Рисунок 1 - Схемы и рабочий процесс четырехтактного двигателя.

1 – цилиндр; 2 – поршень; 3,5 – впускной и выпускной клапаны; 4 – свеча или форсунка; 6 – шатун; 7 – коленчатый вал.

Для построения индикаторной диаграммы последовательно определяются координаты характерных точек диаграммы:

в – начало процесса впуска топливной смеси или воздух; а – конец процесса впуска и начало сжатия; с – начало процесса горения топливной смеси; д – конец процесса горения;

г– начало процесса выпуска отработавших газов.

3.ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ.

Главными задачами теплового расчета двигателя при выполнении курсовой работы являются: построение индикаторной диаграммы по характерным ее точкам, определение среднего индикаторного давления, расчет основных размеров двигателя, оценка его коэффициентов полезного действия и топливной экономичности.

г 750 900К; чем больше сопротивление выпускного такта, тем больше г и тем выше степень сжатия и ниже число оборотов, тем меньше температура г ;

Коэффициент наполнения цилиндров 0,8 0,9

Температура всасываемого заряда 0' 0 +10 15; чем быстроходней

дизель, тем меньше подогрев всасываемого воздуха.

Другие исходные данные общего характера, качающиеся, в основном, топлива, состояния окружающей среды, давлений и температурных режимов, используемые в расчетных формулах, указаны в Приложениях 1, 2.

Уточняющие данные могут быть взяты из литературы и лекционного материала.

Далее определяются параметры всех четырех процессов двигателя.

3.2 Процесс впуска

3.2.1. Давление и температура в начале процесса впуска

в 0 сопр., кг/см 2 ,

Где 0 - давление окружающей среды кг/см 2 ;сопр - сумма гидравлического сопротивления выпускных клапанов,

кг/см 2 .

Средняя величина сопр определяется по эмпирической формуле:

сопр 0,2 0 , кг/см 2 ,

Отсюда в 1-0,2=0,8 кг/см 2 =0,08МПа.

в 273+15=288К.

3.3 Процесс сжатия

3.3.1. Давление и температура в начале процесса сжатия.

Где - коэффициент наполнения цилиндра двигателя

- степень сжатия;

0 и 0 - соответственно, давление и температура окружающей среды

0' - температура всасываемого заряда с учетом его подогрева при поступлении в цилиндры;

г и г - соответственно, давление и температура остаточных газов.

3.3.2Давление и температура в конце процесса сжатия

Где n1 - показатель политропы сжатия при выполнении курсовой работы можно определять по эмпирической формуле

n1 1,41 100n

Здесь n - число оборотов вала двигателя в минуту.

3.3.3 Количество газов, находящихся в цилиндре в конце сжатия.

Теоретически количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива с составом С – углерод, Н – водород, О – кислород определяется по формуле

Где С, Н и О – массовые доли соответствующих компонентов в 1 кг топлива.

Для дизельного топлива можно принять С=0,866, Н=0,133, О=0,001. Моль – количество вещества системы, содержащей столько же

структурных элементов, сколько содержится атомов в нуклиде 12С с массой

0,012 кг.

Действительное количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива:

Где - коэффициент избытка воздуха; приводится в приложении 1. Кроме поступившего воздуха, в цилиндре находятся остаточные газы,

количество которых составляет:

равным 0,07.

Общее количество газов, находящихся в цилиндре в конце сжатия:

3.3.4 Количество газов, находящихся в цилиндре в конце сгорания.

Число молей М продуктов сгорания 1 кг топлива (при коэффициенте избытка воздуха >1) определяется

С учетом оставшихся газов количество газов, находящихся в цилиндре в конце сгорания

50 60 кг/см 2 , для дизелей прямого впрыска 65 85 кг/см 2 .

Степень повышения давления в точке Z ' (характеристика взрыва).

3.4 Процесс расширения

3.4.1Степень предварительного расширения

Величина подсчитывается по формуле

=1,025.

3.4.2Степень последующего расширения

Определяется

Давление в конце расширения

г z (17)

n2

Где n2 - показатель политропы расширения. Определяется по эмпирической формуле

n2 1,22 130n

Здесь n - число оборотов вала двигателя в минуту.

3.4.3 Температура остаточных газов в конце такта расширения

3.5 Процесс выпуска

3.5.1 Давление в конце такта выпуска

3.5.2 Температура в конце такта выпуска

Где n - число оборотов вала двигателя в минуту.

3.6 Построение и анализ индикаторной диаграммы

3.6.1 Строится теоретическая диаграмма в координатах

На оси абсцисс (см. рисунок) откладывают произвольный отрезок, изображающий в каком-то масштабе объем камеры сгорания с и отрезок

принимают за единицу.

Далее откладывают на оси абцисс в принятом масштабе объем:

оси абсцисс, а второе – точке a .

Через точки проводятся соединяющие линии. Точки А и С соединяются политропой сжатия, а точки Z и Г политропой расширения.

Промежуточные точки этих кривых определяются из условия, что каждому значению x на оси абсцисс соответствуют следующие значения

давлений:

Входящие в эти уравнения отношения объемов va vг определяются по

vx vx

отношению соответствующих отрезков на оси абсцисс.

3.6.2 Определяется среднее индикаторное давление по диаграмме

Площадь индикаторной диаграммы можно определить с помощью специально прибора – планиметра, обводя контур фигуры.

При этом в расчет принимается заштрихованная площадь Fn диаграммы ( рисунок 1), которая соответствует полезной работе, а площадь Fo

относится к потерям на сопротивление движению газов при тактах впуска и выпуска.

Для удобства пользования площадь Fn изображают в виде

прямоугольника, основание которого равно длине хода поршня. Высота этого прямоугольника и представляет собой в масштабе среднее индикаторное давление. i .

Это такое условное постоянное давление газов в цилиндре, при котором работа, произведенная газов за 1 такт, ровняется индикаторной работе за цикл.