Загрузка...Форсированный бензиновый двигатель для автомобиля семейства ВАЗ
Форсированный бензиновый двигатель для автомобиля семейства ВАЗ
Введение
тепловой расчет выполняется с целью предварительного определения индикаторных показателей рабочего цикла и эффективных показателей проектируемого двигателя. По заданной номинальной мощности и результатам теплового расчета определяется рабочий объем цилиндров, выполняются динамический расчет, расчет на прочность, расчет систем двигателя и др. Выполнение теплового расчета при разных исходных данных позволяет оценить влияние на работу двигателя различных конструктивных и эксплуатационных факторов, что в совокупности с результатами экспериментальной доводки опытных образцов позволяет разработать рациональную конструкцию двигателя.
Тепловой расчет, как правило, выполняется для режима номинальной мощности, в связи с чем указанный режим называется расчетным. Традиционно внешняя скоростная характеристика двигателя рассчитывалась на базе теплового расчета номинального режима с помощью эмпирических зависимостей, с удовлетворительной точностью описывающих закономерности изменения мощностных и экономических показателей двигателя в зависимости от частоты вращения коленчатого вала. однако в настоящее время в связи с ужесточением требований к тягово — динамическим и экономическим показателям автомобилей и тракторов все большее распространение получают перспективные турбопоршневые двигателя с пологим протеканием кривой удельного эффективного расхода топлива, а также двигатели с постоянной мощностью (ДПМ) имеющие высокий коэффициент приспособляемости. В связи с этим для формирования внешней скоростной характеристики необходимо выполнение многовариантных тепловых расчетов на частичных скоростных режимах, что позволит получить предварительную информацию о требуемом характере изменения параметров наддува и, в частности, о целесообразности применения охладителя наддувочного воздуха.
1. Расчетная схема турбопоршневого двигателя
В результате политропического сжатия в компрессоре давление и температура воздуха повышаются до значений и . Для повышения плотности воздушного заряда и снижения теплонапряженности двигателей находят применение охладители наддувочного воздуха 5, снижающие его температуру во впускном коллекторе 6 до величины . давление при этом из-за гидравлических потерь в охладителе снижается до величины . Выпускные газы двигателя 8, имеющие температуру и давление , поступают в выпускной коллектор 7, на выходе из которого (на входе во входной патрубок турбины 3) устанавливается давление и температура , определяемые принятой схемой наддува и конструкцией выпускного тракта.
после политропического расширения в турбине 3 отработавшие газы с параметрами и поступают в глушитель 4, а затем в атмосферу.
2.Определение исходных данных для теплового расчета номинального режима
турбопоршневой двигатель газообмен индикаторный
В техническом задании на создание нового двигателя задаются его тип, назначение, номинальная мощность, частота вращения и удельный эффективный расход топлива при номинальной мощности и др. С учетом этих показателей выбирается прототип — хорошо зарекомендовавший себя в эксплуатации двигатель (или двигатели), ряд конструктивных решений которого может быть использован при создании перспективного образца, отвечающего предъявляемым требованиям. затем на основании полученной информации выбираются исходные данные для теплового расчета.
Ne =88 кВт, n = 6000 об/мин., V = 1,6 л., τ = 4. i = 4, жидкостное охлаждение, ge = 280 гр/кВт.
Среднее эффективное давление
Величина среднего эффективного давления Ре характеризует уровень форсирования двигателя.
где — тактность двигателя;
— номинальная мощность, кВт;
— рабочий объем одного цилиндра, л (дм3);
— число цилиндров.
Pe = мПа.
Коэффициент избытка воздуха
В двигателях с впрыском бензина и нейтрализацией отработавших газов = 1.
Удельный эффективный расход топлива
В техническом задании на проектирование двигателя удельный эффективный расход топлива на номинальном режиме задается и затем подтверждаются результатами теплового расчета = 280 гр/кВт.
Сопротивление воздухоочистителя
Для бензиновых двигателей сопротивление воздухоочистителя =0,004 МПа
Коэффициент наполнения
Коэффициент наполнения комплексно характеризует совершенство процесса наполнения цилиндров двигателя свежим зарядом. У бензиновых двигателей =0,94.
Показатель политропы сжатия воздуха в компрессоре
Величина показателя политропы сжатия =1,7.
термический КПД охладителя наддувочного воздуха
=0,8.
Температура охлаждающего агента (воздуха или охлаждающей жидкости) на входе в охладитель наддувочного воздуха
Для двигателей без охладителя =355 о К.
Условия окружающей среды
Расчет производится для нормальных атмосферных условий: =293о К, Ро=0,1 МПа.
Отношение хода поршня к диаметру цилиндра
Современные бензиновые двигатели проектируются с невысоким отношением хода поршня S к диаметру цилиндра D. =0,86.
Число цилиндров
Число цилиндров i = 4.
Число впускных клапанов в цилиндре
Бензиновый двигатель с инжекторной системой впрыска i Кл = 2.
Коэффициент сопротивления впускной системы
,
где — коэффициент затухания скорости движения заряда;
— коэффициент сопротивления впускной системы, отнесенный к наиболее узкому ее сечению.
По опытным данным принимаем =3,5.
Отношение диаметра горловины впускного клапана к диаметру цилиндра
Для бензинового двигателя с клиновидной и плоскоовальной камерами сгорания = 0,46.
Тактность двигателя
Для четырехтактных двигателей =4.
Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива
Для жидких топлив теоретически необходимое количество воздуха
,
где С, Н и ОТ — массовые доли углерода, водорода и кислорода в топливе.
=0,516 для бензинов.
Степень сжатия
=10.
Отношение давления остаточных газов к давлению перед впускными органами двигателя
Для двигателей с газотурбинным наддувом =1.
Температура выпускных газов
Температура выпускных газов возрастает с уменьшением степени сжатия и увеличением быстроходности двигателей. =1300 К.
Отношение теплоемкости остаточных газов к теплоемкости свежего заряда
Величина отношения теплоемкостей зависит от состава смеси и температуры
= 1,17.
Коэффициент дозарядки
Для бензиновых двигателей коэффициент дозарядки=1,11.
Коэффициент очистки камеры сгорания от остаточных газов
Для бензиновых двигателей =1.
Коэффициент остаточных газов
Прямоточная продувка 0,1.
Величина подогрева DТ зависит от типа двигателя, его быстроходности, наличия наддува, способа охлаждения и проч. В бензиновых двигателях подогрев заряда меньше, чем в дизелях, в основном, из-за их быстроходности. Величина подогрева смеси в бензиновых двигателях выбирается с учетом необходимости обеспечения качественного смесеобразования, что требует повышения температуры заряда. однако при этом снижается его плотность, что отрицательно влияет на массовое наполнение цилиндров.
DТ = 30 °К.
Отклонение показателя политропы сжатия от среднего за процесс сжатия показателя адиабаты
Отклонение в процессе сжатия показателя политропы от паказателя адиабаты = -0,02.
Коэффициент использования тепла к моменту достижения максимального давления цикла
Величина коэффициент использования тепла зависит от скорости сгорания рабочей смеси и тепловых потерь в стенке =0,9.
Максимальное значение коэффициента использования тепла
максимальное значение коэффициента использования тепла учитывает суммарные за процесс сгорания теплопотери из-за теплоотдачи неполноты сгорания, диссоциации, из-за несвоевременности сгорания и т.д.
= 0,97.
максимальное давление рабочего цикла
Для бензиновых двигателей подлежит расчету.
Коэффициент полноты индикаторной диаграммы
Коэффициент полноты для бензиновых двигателей равен 0,95.
Коэффициенты для определения среднего давления механических потерь
ДвигателиБензиновые с числом цилиндров до шести и отношением 10,0340,0113
3.Алгоритм расчета
Расчет параметров процесса газообмена
давление за воздухоочистителем, МПа
= 0,1-0,004 = 0,096 мПа.
Степень повышения давления в компрессоре
Выбираем πк = 1,5
Тк = 353,22 °К.
Тк < Тw значит воздухоохладитель не нужен
πк = 2,31
расхождение 0,011
выбираем πк = 1,489
πк = 2,31
расхождение 0,034
Выбираем πк = 1,455
πк = 2,31
расхождение 0,014
выбираем πк = 1,441
πк = 2,31
расхождение 0,006
Выбираем πк = 1,435
πк = 2,31
расхождение 0,002
давление перед впускными органами двигателя, МПа
Рк = πк
πк = значит нужен турбонаддув.
Потери давления за счет сопротивления впускной системы и затухания скорости движения заряда в цилиндре, МПа
= 0,00017 мПа.
давление в конце впуска, МПа.
= 0,134-0,00017 = 0,133 мПа.
Температура перед впускными органами
= 293 = 339,88 °К.
Коэффициент наполнения.
Для четырехтактных двигателей с продувкой камеры сжатия и дозарядкой
= 0,98
Коэффициент остаточных газов (для четырехтактных двигателей)
= 0,027
Температура в конце впуска, К
= 385,53°К.
Расчет процесса сжатия
Показатель адиабаты сжатия
выбираем К = 1,375
К1 = 1+
Расхождение 0,005
Выбираем К = 1,37
К1 = 1+
Расхождение 0,001
Показатель политропы сжатия
Средняя мольная теплоемкость при сжатии, кДж/кмоль×К
= 20,16+1,738
давление в конце процесса сжатия, МПа
= 0,133
Температура в конце процесса сжатия, К
Тс = Та°К.
Расчет параметров в начале процесса расширения
Количество свежего заряда для бензиновых двигателей, кмоль/кг топлива
= 1+0.0087 = 0.5247
Количество продуктов сгорания для бензиновых двигателей, кмоль/кг топлива
= 0.1438+0.4087= 0.5525
Теоретический коэффициент молекулярного изменения
=
Действительный коэффициент молекулярного изменения
=
Коэффициент молекулярного изменения в точке Z индикаторной диаграммы
= 1+
Потери от неполноты сгорания в бензиновом двигателе при .
Максимальная температура сгорания в бензиновых двигателях, К
Тz = = 2646,92 °К.
Максимальное давление рабочего цикла бензинового двигателя, МПа
= 1,146мПа
Показатель политропы расширения для бензинового двигателя
Выбираем n2 = 1,25
расхождение 0,019
Выбираем n2 = 1,231
n2 = 1.227
расхождение 0,004
Выбираем n2 = 1,227
n2 = 1.2273
расхождение 0,0003
температура в конце процесса расширения для бензинового двигателя
= °К.
Давление в конце процесса расширения для бензинового двигателя
= мПа.
Давлением и температурой выпускных газов задаются. Точность выбора указанных величин проверяется по формуле
= °К
Рr = 1 мПа.
Относительная ошибка не должна превышать 15%.
;
Относительная ошибка 4%.
Среднее индикаторное давление расчетного цикла для бензиновых двигателей
=
МПа.
Среднее индикаторное давление действительного цикла четырехтактных двигателей
= 0,95мПа.
Индикаторный КПД
=
Удельный индикаторный расход топлива, г/кВт×ч
=
Среднее давление механических потерь
= =0,0453мПа.
Среднее эффективное давление
= 1,463-0,55 = 1.08 мПа.
эффективный КПД двигателя
= 0,3
Удельный эффективный расход топлива, г/кВт×ч
=281
Рабочий объем цилиндра, дм3(л)
=0.45
диаметр цилиндра, мм
= 87.4
Ход поршня, мм
=75.2
Расчетная эффективная мощность, кВт
=
турбопоршневой двигатель газообмен индикаторный
В ходе работы рассчитаны индикаторные параметры рабочего цикла бензинового двигателя. По результатам расчета построены индикаторная диограмма зависимости P-V и развернутая диограмма по углу поворота коленчатого вала P-φ.
В ходе расчета были произведены проверки по выбранным исходным данным. В результате расчетов расчетная мощность получилась не ниже заданной, значит, расчет выполнен правильно.
Список используемой литературы
1.А.И. Колчин, В.П. Демидов «Расчет автомобильных и тракторных двигателей» Москва «Высшая школа». 1980 г.
2.В.М. Архангельский «автомобильные двигатели» Москва «Машиностроение».1967 г.
.А.С. Орлина, М.Г. Круглова «двигатели внутреннего сгорания» Москва «Машиностроение».1980 г.