Расчёт рабочего цикла двигателя. Построение регуляторной характеристики двигателя

 

                                                      Оглавление.

Введение.

I.Цели и задачи курсовой работы

Раздел 1. Расчет рабочего цикла двигателя.

1. Тепловой расчет двигателя
2. Определение основных параметров двигателя
3. Сводная таблица основных параметров двигателя

Раздел 2. Построение регуляторной характеристики двигателя.

2.1 Определение характерных точек регуляторной характеристики.

Библиографический список

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

   Автотракторный двигатель состоит из следующих основных узлов: кривошипно-шатунного механизма, механизма газораспределения, системы питания, механизма регулирования, системы зажигания, системы смазки, системы охлаждения и системы пуска.

   Кривошипно-шатунный механизм преобразует возвратно-поступательное движение поршней во вращательное движение коленчатого вала. В свою очередь весь кривошипно-шатунный механизм состоит из цилиндра, его головки, поршня, в комплекте с кольцами и поршневым пальцем, шатуна, коленчатого вала с маховиком и картера.

   Все цилиндры двигателя объединяются в единый блок цилиндров. Цилиндры двигателя служат для направления движения поршней, в цилиндрах двигателя протекает процесс сгорания топлива. Обычно блок цилиндров отливается из серого чугуна. Если блок цилиндра отливается заодно с картером двигателя, то он носит название блока-картера. Для увеличения срока службы всего блока цилиндров он выполняется со вставными сменными гильзами. Различают гильзы «мокрые» и «сухие». «Мокрые» гильзы с наружной стороны омываются охлаждающей водой, «сухие» гильзы вставляются в предварительно расточенный блок цилиндров. Гильзы изготавливаются обычно из легированного чугуна.

   Головка блока крепится к блоку цилиндров сверху. В головке блока располагаются камеры сгорания. Обычно головка блока отливается из серого или легированного чугуна. Форма камеры сгорания в зависимости от расположения клапанов и требования качественного сгорания может быть разнообразной: Т-образная,  Г-образная, вихревая,  сферическая.

   Поршень служит для выполнения всех процессов работы двигателя: всасывания, сжатия, рабочего хода и выпуска. Условия работы поршня очень тяжелые. Поэтому поршень должен быть прочным, легким, износостойким, обладать хорошей теплопроводностью, минимально расширяться при нагреве.

Поршни изготавливаются из высококачественных материалов, например, для двигателя Д-54 отливаются из высококачественного чугуна следующего состава: углерода—3,2—3,6 /0 марганца—0,45—0,6%, кремния—2,1—2,4%, хрома—0,07—0,1 % никеля—0,55—0,65 %, фосфора—0,13—0,3% и серы не более 0,12%. У дизеля ЯАЗ-204 он изготовлен из ковкого чугуна. Поршни двигателей ДТ-14, Д-20, Д-54А и многих автомобильных отливают из алюминиевых сплавов.

   В конструкции поршней различают: днище, головку, юбку, приливы-бобышки и ребра жесткости. Между поршнем и цилиндром для предотвращения заклинивания должен быть обязательно зазор, равный 0,001 диаметра цилиндра.

                            Принцип работы дизельного двигателя

                            Четырёхтактный цикл

                            Работа четырёхтактного дизельного двигателя.

   1-й такт. Впуск. Соответствует 0°—180° поворота коленвала. Через открытый на, приблизительно, 345—355° впускной клапан воздух поступает в цилиндр, на 190—210° клапан закрывается. При этом до 10—15° поворота коленвала одновременно открыт и выхлопной клапан. Время совместного открытия клапанов называется перекрытием клапанов.

   2-й такт. Сжатие. Соответствует 180° — 360° поворота коленвала. Поршень, двигаясь к ВМТ (верхней мёртвой точке), сжимает воздух от 16 (в тихоходных двигателях) до 25 (в быстроходных) раз.

   3-й такт. Рабочий ход, расширение. Соответствует 360°—540° поворота коленвала. При распылении топлива в горячий воздух происходит инициация сгорания топлива, то есть частичное его испарение, образование свободных радикалов в поверхностных слоях капель и в парáх. Наконец, оно вспыхивает и сгорает по мере поступления из форсунки, а продукты горения, расширяясь, двигают поршень вниз. Впрыск и, соответственно, воспламенение топлива происходит чуть раньше момента достижения поршнем мёртвой точки вследствие некоторой инертности процесса горения. Отличие от опережения зажигания в бензиновых двигателях в том, что задержка необходима только из-за наличия времени инициации, которое в каждом конкретном дизеле — величина постоянная и изменению в процессе работы не подлежит. Сгорание топлива в дизеле происходит, таким образом, столько времени, сколько длится подача порции топлива из форсунки. Вследствие этого рабочий процесс протекает при относительно постоянном давлении газов, из-за чего двигатель развивает большой крутящий момент. Из этого следуют два важных вывода:

   1. Процесс горения в дизеле длится ровно столько времени, сколько требуется для впрыска данной порции топлива, но не дольше времени рабочего хода. Это приводит к тому, что рабочий процесс в дизеле протекает при постоянном давлении.

   2. Соотношение топливо/воздух в цилиндре дизеля может существенно отличаться от стехиометрического, причем очень важно обеспечить избыток воздуха, так как пламя факела занимает небольшую часть объема камеры сгорания и атмосфера в камере должна до последнего обеспечить нужное содержание кислорода. Если этого не происходит, возникает массивный выброс несгоревших углеводородов с сажей (тепловоз «даёт медведя́»).

   4-й такт. Выпуск. Соответствует 540°—720° поворота коленвала. Поршень идёт вверх, через открытый на 520—530° выхлопной клапан, выталкивая отработавшие газы из цилиндра.

   Далее цикл повторяется.

   В зависимости от конструкции камеры сгорания, существует несколько типов дизельных двигателей:

   Дизель с неразделённой камерой: камера сгорания выполнена в поршне, а топливо впрыскивается в надпоршневое пространство. Главное достоинство — минимальный расход топлива. Недостаток — повышенный шум («жесткая работа»), особенно на холостом ходу. В настоящее время ведутся интенсивные работы по устранению указанного недостатка. Например, в системе Common Rail для снижения жёсткости работы используется (зачастую многостадийный) предвпрыск.

   Дизель с разделённой камерой: топливо подаётся в дополнительную камеру. В большинстве дизелей такая камера (она называется вихревой либо предкамерой) связана с цилиндром специальным каналом так, чтобы при сжатии воздух, попадая в оную камеру, интенсивно завихрялся. Это способствует хорошему перемешиванию впрыскиваемого топлива с воздухом и более полному сгоранию топлива. Такая схема долго считалась оптимальной для легких дизелей и широко использовалась на легковых автомобилях. Однако, вследствие худшей экономичности, последние два десятилетия идёт активное вытеснение таких дизелей двигателями с нераздельной камерой и с системами подачи топлива Common Rail.

                            I.Цели и задачи курсовой работы

   Целью выполнения работы является закрепление и углубление знаний по теории, расчёту и конструированию автотракторных двигателей. Выполняя работу, студент должен усвоить основные зависимости между важнейшими эксплуатационными показателями двигателя и параметрами его конструкции.

   Основой первого раздела курсовой работы является тепловой расчёт, построение индикаторной диаграммы двигателя.

   Второй раздел курсовой работы посвящен построению регуляторной или скоростной характеристики двигателя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                    Раздел 1. Расчет рабочего цикла  двигателя.

1. Тепловой расчет двигателя

   При тепловом расчёте определяются параметры, характеризующие рабочий процесс двигателя. В конечном итоге находят: среднее эффективное давление Ре, коэффициенты полезного действия (индикаторный ηi ,механический ηм, эффективный ηе), удельный расход топлива gе.

По исходным данным рассчитываем давление и температуру в конце процессов впуска, сжатия, сгорания и расширения.

   Исходные данные: Двигатель В2-ТК-С5

1. коэф-т наполнения:

ηV=0,75…1,5

2. температура окружающей среды:

t0=15оС

3. приращение температуры заряда:

δt=15-25оС

4. температура свежего заряда:

Тo’=to+ δt; Тo’=35о

5. давление окружающей среды:

Ро=0,1 МПа

6. степень сжатия:

ε=18-22

7. давление в конце выпуска:

Рr=0,115…0,120

8. Tо= Тo’+273=308 К
9. Температура в конце выпуска:

Tr=600…700 К

10)εn1=1,28…1,37

                                     Процесс впуска.

Давление газов в конце впуска:

   (1)

 

Температура газов в конце впуска:

          (2)

 

Объём газов в конце впуска:

 

                           

Где Vc – объём камеры сгорания (условно приравнивается 1)

Давление газов в конце сжатия:

 

                                                    (3)

 

Температура газов в конце сжатия:

 

                                                                        (4)

 

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива:

                         (5)  

С=85,7; H2=13,3; O2=1.

 

                                              (6)

Коэффициент остаточных газов:

                       (7)

Для дизелей =0,015 - 0,06

Число молей остаточных газов:

                                (8)

Число молей продуктов сгорания при α=1,4:

           (9)

H2=13,3; O2=1.

Число молей газа при ходе сжатия:

                   (10)

Расчётный коэффициент молекулярного изменения:

                                                                (11)

где ;

Температура газов в конце сгорания:

            (12)

где tc=Tc-273oC=736,72-273=463,72oC

 

Средняя молекулярная теплоёмкость продуктов сгорания:

        (14)

где a=5; ; b=4,5

температура конца сгорания:

Для дизелей ; ;

Принимаем

Давление газов в конце сгорания:

                                            (15)

Где =1,2…2 – для дизелей

Объём газов в конце сгорания:

                                                  (16)

Где =1,4-1,8 для дизелей

Давление газов в конце расширения:

                                         (17)

Где n2=1,15…1,3; =9…11.

Температура газов в конце расширения:

                                     (19)

Объём газов  в конце расширения:

                                Процесс выпуска.

Рr=0,117      Тr=740   Vr=Vc=1   P=0,017

Аналитический метод построения политроп:

Ра=0,1 МПа      n1=1,33    n2=1,2     Рв=0,46 МПа

а) для политропы сжатия:

Vx1:2,4,6,8,10,12

б) для политропы расширения:

Теоретическое давление:

  (21)

Среднее эффективное давление:

                                                                   (23)

Индикатор КПД двигателя:

(24)

Где QH - низшая удельная теплота равная QH=9950 ккал/кг

Механический КПД двигателя:

                                                         (25)

Эффективный КПД двигателя:

                                               (26)

Удельный расход топлива:

                              (27)

Часовой расход топлива:

                                        (28)

2. Определение основных параметров двигателя

 

Рабочий объём цилиндра:

                                 (35)

Где i – количество цилиндров равное i=4; - коэффициент тактности (для 4-х тактного двигателя =2)

Литровая мощность двигателя:

                                           (36)

Удельная мощность двигателя:

               (37)

;

3. Сводная таблица основных параметров двигателя

Наименование параметров	Значение	Рекомендуемые пределы или значения прототипа
Среднее индикаторное давление, МПа	0,8385	0,7-4,2
Индикаторный КПД	0,36	0,38-0,5
Механический КПД	0,7	0,7-0,9
Среднее эффективное давление, МПа	0,5883	0,5-0,9
Эффективный КПД	0,25	0,28-0,39
Удельный расход топлива, г/КВт*ч	254,07	160-220