1. ЦЕЛЬ, ЗАДАЧИ И ОБЪЕМ КУРСОВОЙ РАБОТЫ Цель выполнения курсовой работы- развитие творческих способностей и инициативы при решении инженерно-конструкторских задач в области конструирования и расчёта энергетических установок Задачами курсового проектирования являются: 1. Закрепление и расширение знаний, полученных на теоретических занятиях, приобретение навыков по выполнению теплового расчета автомобильных двигателей, навыков пользования справочной литературой в работе по проведению инженерных расчётов и проектированию. 2. Получение практики по обоснованию принимаемых решений и по критической оценке конструкций энергетических установок. 3. Приобретение будущими специалистами способности к краткому изложению сути и способов решения задач, мотивированному обоснованию принимаемых решений. Содержание этапов и ориентировочный объём работы в процентах от общего объёма указаны в табл. 1. Отдельные вопросы проектирования определяются студентом по согласованию с руководителем. Таблица 1 График выполнения курсовой работы 100 % 70 % 30 % 10 % Процент выполнения Выдача задания 100%: 10 %: Определить номинальную мощность двигателя при движении автомобиля с заданной скоростью. Номер недели в семестре 1 Защита работы Наименование основных разделов работы 3 70 %: Рассчитать циклы сгорания и расшире30 %: ния. Рассчитать Рассчитать индикациклы впус- торные и эффективка и сжатия ные показатели цикла двигателя. 6 12 3 Построить и проанализировать индикаторную диаграмму двигателя при работе с номинальной мощностью. Оценить тепловой баланс двигателя. Проанализировать полученные параметры двигателя. Оформить расчетно- пояснительную записку. 17 18 Для выполнения курсовой работы руководитель выдаёт каждому студенту индивидуальное задание. После получения задания студент должен тщательно ознакомиться с его содержанием, ясно представив себе сущность задания и вопросы, которые подлежат исследованию. Оформление пояснительной записки и графической части должно соответствовать стандартам ЛГТУ или ГОСТ. По согласованию с преподавателем пояснительная записка и графическая часть могут быть выполнены на персональном компьютере. Выполнение задания начинается с изучения технических характеристик автомобиля (двигателя), указанного в задании и выборе исходных данных для дальнейших расчетов. 2. ВЫБОР ИСХОДНЫХ ДАННЫХ В качестве исходных данных для выполнения курсовой работы задаются: марка автомобиля-прототипа и максимальная скорость автомобиля. Для дальнейших расчетов студент самостоятельно должен определить максимальную(номинальную) мощность двигателя, частоту вращения коленчатого вала, соответствующую максимальной мощности и выбрать ряд параметров двигателя в приведенном в методических рекомендациях порядке. Первым шагом выполнения курсовой работы является выбор прототипа автомобиля и двигателя и изучение их технических характеристик. Определение мощности двигателя для проектируемого автомобиля производится из условия его движения на прямой передаче с максимальной скоростью Vmax , на ровном горизонтальном участке дороги с асфальтобетонным покрытием. 1. Мощность двигателя, соответствующая максимальной скорости автомобиля: 3 NV ( Ga f vVmax k w FVmax ) / (тр K р ) , где G a (1) ma g – полный вес автомобиля, Н; ma - полная масса, кг; f v -коэффициент сопротивления качению при скорости автомобиля Va ; f v f 0 kvVa2 f 0 - нормативный коэффициент сопротивления качению, табл. 2 ; kv 7 *106 - динамический коэффициент, с2/м2; тр 0,925 0,85 – КПД трансмиссии автомобиля на высшей передаче; K р - коэффициент коррекции, учитывающий потери мощности на привод генератора, компрессора кондиционера, насоса гидроусилителя руля, вентилятора системы охлаждения, потери в выхлопной системе и т. п., K р 0,95 ; 4 Vmax - максимальная скорость автомобиля, м/с. k w - коэффициент аэродинамического сопротивления (коэффициент обтекаемости), Н·с2/м4, прил. 1. F - лобовая площадь(площадь лобового сопротивления)автомобиля, м2. Для легкового и грузового автомобиля со стандартным кузовом F=0.8BH, для автобусов и грузовых автомобилей с кузовом-фургоном или с тентом F=0.9BH, где В, Н - соответственно габаритная ширина и высота автомобиля, м. Таблица 2 Средний нормативный коэффициент сопротивления качению колеса на дороге с сухим асфальтобетонным покрытием хорошего качества ( f 0 ) Тип автомобиля Значение коэффициента Легковой автомобиль 0,018 Грузовой автомобиль: с колёсной формулой 4х2 0,020 6х4 0,022 4х4 0,021 6х6 0,024 2. Максимальная мощность двигателя: Ne max = Nv/[ a(nv/nN) + b(nv/nN)2 – c(nv/nN)3], (2) где a, b, c - коэффициенты, значения которых зависят от типа и конструкции двигателя; nN - частота вращения коленчатого вала, соответствующая максимальной мощности, мин-1 (об/мин); (nv/nN) =1 для дизельного двигателя и (nv/nN)=1,2 для двигателя с искровым зажиганием (ДсИЗ) - отношение частоты вращения коленчатого вала двигателя при движении автомобиля с Vmax к частоте вращения коленчатого вала двигателя при максимальной мощности Ne max. Тип двигателя: двигатель с искровым зажиганием или дизель выбирается студентом самостоятельно на основе изучения конструкции и анализа работы двигателя-прототипа и согласовывается с преподавателем. Коэффициенты a, b, c можно найти решая систему уравнений. а) для дизельного двигателя б) для ДсИЗ c k w=2 b 2 k =a+b / 4c a+b-c=1 c k w=2 b a+2b-3c=0 а b c 1 M Kw - коэффициент запаса по частоте вращения, kw = nN/nМ ; 5 Kм - коэффициент приспособляемости по моменту, kM = Mmax/MN; В курсовой работе можно принять a=b=c=1 3. Частота вращения коленчатого вала двигателя(об/мин) при движении автомобиля с Vmax в nv = Vmax · uкп · uгп /(0,377 · rк), (3) в где Vmax - максимальная скорость автомобиля, км/ч; uкп - передаточное число коробки передач на высшей передаче; uгп - передаточное число главной передачи; rк – кинематический радиус колеса (радиус качения), м . rk rст д Статический радиус при известных конструктивных параметрах шин можно найти из соотношения: rст 0,5d см B , мм d - посадочный диаметр обода, мм; - отношение высоты профиля колеса к его ширине (Н/B); см - коэффициент, учитывающий смятие шины под нагрузкой; д - коэффициент деформации пневматической шины. Для легковых автомобилей принимают д =1,05 , для грузовых - д =1,03. Таблица 3 Параметры пневматических шин № Тип шины автомобиля см H /B 1. Шины грузовых автомобилей: - с регулируемым давлением (кроме широкопрофильных) - широкопрофильные 2. Шины легковых автомобилей - с дюймовым обозначением -со смешанным обозначением -радиальные 1 0,85…0,9 0,7 0,85 0,95 0,85…0,9 0,8…0,85 0,8…0,85 0,7 0,8…0,85 Диагональные и радиальные шины различаются не только конструкцией, но и маркировкой. Например, диагональная шина имеет обозначение 6,1513/155-13, где 6,15 - условная ширина профиля шины (В) , дюйм; 13 - посадочный диаметр (d) шины (и колеса) , дюйм; 155 - условная ширина профиля шины , мм. Дробь перед числом 155 разделяет дюймовое обозначение шины от миллиметрового (1 дюйм=25,4мм). Вместо числа 13 во втором случае может быть и миллиметровое обозначение посадочного диаметра (330). 6 Радиальная шина имеет единое смешенное миллиметрово-дюймовое обозначение. Например, маркировка 165/70R13 78S Steel Radial Tubelles означает: 165 - условная ширина профиля шины (В) , мм; 70 - отношение высоты профиля (Н) к её ширине (В), %; «R» - обозначение радиальной шины; 13 посадочный диаметр , дюйм; 78 - условный индекс грузоподъёмности шины; S - скоростной индекс шины (максимально допустимая скорость движения автомобиля) , км/ч; «Steel Radial» - радиальная шина с металлическим кордом; «Tubeless» или «TL» - бескамерное исполнение шины. Скоростные индексы шин обозначают буквами латинского алфавита: Рис. 1. Скоростные индексы шин Рис.2. Конструктивные элементы и основные размеры шин. D – наружный диаметр; Н- высота профиля покрышки; В – ширина профиля покрышки; d – посадочный диаметр обода колеса (шины); 1 – каркас; 2 – брекер; 3 – протектор; 4 – боковина; 5 – борт; 7 – наполнительный шнур. Пример: определения статического радиуса колеса для шины марки 260508Р (автомобиль КамАЗ- 5320). 7 rст 0,5 508 1 0,9 260 488 мм 4. Частота вращения коленчатого вала двигателя(об/мин), соответствующая N e max : для дизельных двигателей nN nV , для ДсИЗ - nN nV / 1,2 . 5. Тип топливной системы (ТС) (системы питания) двигателя, табл. 4. Таблица 4 Типы топливной системы автомобильных ДВС Тип ДВС Тип топливной системы ДсИЗ распределённое впрыскивание топлива во впускной трубопровод (основной вариант); • центральное впрыскивание топлива; • впрыскивание топлива в цилиндр, • карбюраторная (практически не назначается). Дизель • непосредственного действия разделённого типа с моноблочным ТНВД; • непосредственного действия разделённого типа с секционным ТНВД; • аккумуляторная с электронным управлением и насосфорсунками. 6. Коэффициент избытка воздуха зависит от типа смесеобразования, условий воспламенения и сгорания топлива, а также от режима работы двигателя. Для различных двигателей при номинальной мощности принимаются следующие значения : - карбюраторные двигатели = 0,8…0,96, большие значения относятся к двигателям с лучшими условиями смесеобразования; - двигатели с форкамерно-факельным зажиганием =0,85…0,98 ; - двигатели с искровым зажиганием и впрыском топлива =0,85…1,3; - дизельные двигатели = 1,3…1,7; - дизели с наддувом = 1,3…2,2. Уменьшение коэффициента избытка воздуха двигателей до возможных пределов уменьшает размеры цилиндра и, следовательно, повышает литровую мощность дизеля, но одновременно с этим значительно возрастает теплонапряжённость двигателя, особенно деталей поршневой группы, увеличивается дымность отработавших газов. 7. Наличие или отсутствие наддува (отсутствие наддува специально не оговаривается) При наличии наддува указываются: • его тип (с приводным нагнетателем или с турбокомпрессором), • наличие или отсутствие промежуточного охлаждения, • примерное значение степени повышения давления при наддуве ( н ). 8. Тип системы охлаждения: жидкостная или воздушная. 8 9. Число клапанов на цилиндр; наличие динамического наддува (настройки впускной системы) Ее применение позволяет получить н = 1,05 ÷ 1,1. (отсутствие настройки специально не оговаривается). 10. Тип камеры сгорания (КС) (для ДсИЗ) или тип камеры сгорания и способ смесеобразования (для дизелей), табл. 5. Таблица 5 Тип камеры сгорания и тип смесеобразования (для дизелей) Тип ДВС Тип камеры сгорания и тип смесеобразования (для дизелей) Шатровая (для ДсИЗ с 4 клапанами на цилиндр, применяется ДсИЗ всегда); полисферическая, полусферическая; клиновая, полуклиновая, плоскоовальная. Неразделённые камеры сгорания (НР-КС) объёмное смесеобразование; Дизель пристеночное смесеобразование; объёмно-пристеночное смесеобразование. Разделённые камеры сгорания (Р-КС) (применяются редко): вихревая камера сгорания (ВКС); предкамера (ПК). 11. Число и расположение цилиндров ("V"-V-образное; "Р" - рядное). 12. Степень сжатия двигателя . Для ДсИЗ без наддува выбор степени сжатия определяется многими факторами, важнейшими из которых являются: тип ТС; тип камеры сгорания (КС); скоростной режим двигателя; диаметр цилиндра двигателя; октановое число топлива. Для дизелей важнейшими факторами являются: тип КС и способ смесеобразования; частота вращения; наличие или отсутствие наддува; размеры цилиндра. Ориентировочные значения степени сжатия для ДсИЗ и дизелей приведены в табл. 6 и 7. Таблица 6 Степень сжатия автомобильных ДсИЗ Тип ДВС Тип топливной системы Степень сжатия Распределённый впрыск топлива во впускной тру8 10 ДсИЗ бопровод Центральный впрыск топлива 7...9 Впрыск топлива в цилиндр 10... 12 Примечание. При прочих равных условиях большие значения характерны для шатровых КС, а меньшие - для клиновых, полуклиновых и плоскоовальных (последние применяются редко). Большие значения характерны для ДсИЗ с малыми геометрическими размерами цилиндра и большей частотой вращения. 9 Таблица 7 Степень сжатия автомобильных дизелей Конструктивные особенности (тип топливной систе- Степень Тип ДВС мы, тип КС, тип смесеобразования, скоростной ресжатия жим, геометрические размеры цилиндра) Разделённая, неразделённые КС, объёмно16 ...18 пристеночное смесеобразование, n=1800...2600 мин 1 Дизель Разделённая, неразделённые КС, пристеночное сме- 17…19 1 сеобразование, n= 1800...2600 мин Разделённые КС (применяются редко) 19...23 Аккумуляторная ТС с насос-форсунками с электрон- 20... 22 ным управлением, n= 3000...4000 мин 1 1 14.16 Неразделённые КС, n=1800...2400 мин , <1,90 н Неразделённые КС, n=1700...2200 мин 1 , н =1,90...2,50 13...15 Примечание. При прочих равных условиях большие значения характерны для дизелей с малыми геометрическими размерами цилиндра и большей частотой вращения. 13. Для ДсИЗ выбирается октановое число бензина с использованием табл.8 Таблица 8 Зависимость октанового числа бензина от степени сжатия автомобильного двигателя Степень 5,5...6,5 6,6...7,0 7,1...7,5 7,6...8,5 8,6...9,5 до 12 сжатия Октановое число 66...72 73...76 77...80 81...90 91...100 более бензина 100 Таблица 9 Топливо Химический состав автомобильных топлив Содержание в 1 кг Кажущаяся Низшая тепмолекулярная лота сгорамасса mT , ния H u , г/моль КДж/кг Углерода Водорода Кислорода С Бензин Дизельное топливо 0,855 0,870 H О 0,145 0,126 — 0,004 10 110...120 180...200 44000 42500 Давление и температура окружающей среды принимаются: для дизельных 2 двигателей - p0 = 0.1 МПа (1,03 кг / см ), T0 =293 К ; для ДсИЗ - p0 = 0.1 МПа 2 (1,03 кг / см ), T0 =298 К. Для выполнения дальнейших расчетов необходимо заполнить табл. 10: Таблица 10 Исходные данные Параметр, обозначение, ед. измерения 1. Тип двигателя и его назначение 2. Номинальная мощность, КВт 3. 4. Частота вращения коленчатого вала двигателя, соответствующая номинальной мощности, об/мин Коэффициент избытка воздуха, 5. Давление турбонаддува, МПа 6. Охлаждение воздуха после компрессора Tохл , К 7. Диаметр цилиндра, D, м 8. Ход поршня, S, м 9. Тип топливной системы 10. Тип системы охлаждения 11. Число клапанов на цилиндр, iкл 12. Тип камеры сгорания и тип смесеобразования(дизели) 13. Число и расположение цилиндров, i 14. Степень сжатия 15. Состав топлива 16 Низшая теплота сгорания Н н , кДж/кг 17 Температура окружающей атмосферы T0 , K 18 Давление окружающей атмосферы p0 , МПа 11 Значение Тепловой расчет двигателя(пример расчета) Бензиновый ДВС(ДсИЗ) Дизельный ДВС Параметры окружающей среды принимаются в соответствии с ГОСТ. T0 298 К , P0 0,1МПа T0 293К , P0 0,1МПа Выбираем топливо для двигателя Бензин Аи-92 Дизельное топливо ДЛЭ4 и ДЗЭ4 Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания топлива: 1 8 ( C 8 H O) 0, 23 3 1 8 ( 0,87 8 0,126 0.004) 0,23 3 кгВоздуха 14, 452 ; кгТоплива 1 C H O L0 ( ) 0,208 12 4 32 1 0,87 0,126 0,004 ( ) 0,208 12 4 32 кмольВоздуха 0,499 . кгТоплива Выбор коэффициента избытка воздуха С целью получения приемлемой эконо- На проектируемом дизеле предумичности и снижения в отработавших сматриваем объемно-пленочное газах содержания оксидов азота, присмесеобразование в неразделенмем =0,96. ной камере сгорания. С учетом этого принимаем = 1,5. Количество свежего заряда M 1 L0 mT 110...120 M 1 L0 1 , mT При расчете количества свежего mT -молекулярную массу паров топлива заряда (воздуха) в двигателях с воспламенением от сжатия (дизеmT 110...120 , принимаем лях) величиной 1 / mT пренебрегаmT 115кг / моль , ют M 1 0,96 0,517 1 115 M 1 1,5 0, 499 кмольВоздуха кмольВоздуха 0,505 . 0,7485 . кгТоплива кгТоплива 1 8 ( C 8H O ) 0,23 3 1 8 ( 0,855 8 0,145 0) 0,23 3 кгВоздуха 14,956 ; кгТоплива 1 C H O L0 ( ) 0, 208 12 4 32 1 0,855 0,145 ( 0) 0,208 12 4 кмольВоздуха 0,517 . кгТоплива l0 l0 12 Давление в конце такта впуска pa вп pк . При отсутствии наддува pк p0 , вп – коэффициент, учитывающий суммарные потери давления при впуске (коэффициент сопротивления впускной системы). Принимается по опытным данным. Для четырехтактных бензиновых двига- Для четырехтактных дизельных телей вп = 0,80…0,90 двигателей без наддува вп = 0,82…0,97; принимаем вп 0,87. pa вп p0 0,87 0,1 0,087 МПа . для четырехтактных дизельных двигателей с наддувом вп = 0,9…0,98; принимаем вп 0,89. pa вп p0 0,89 0,10 0, 089 МПа. Выбор степени сжатия В соответствии с выбранным топливом Для дизеля без наддува с нераздебензин Аи-92, применением на двигате- ленной камерой сгорания и объемле жидкостного охлаждения, принима- ным смесеобразованием, с учетом обеспечения требуемых пусковых ем 8,8 . качеств принимаем 16,5 . Величина подогрева свежего заряда Для бензинового двигателя Для дизеля без наддува 0 T 10...400 , T 0...20 . Для дизеля с наддувом T 0...100 , С учетом жидкостного охлаждения, Так как трубопроводы на дизеле принимаем T 50 предполагается устанавливать с одной стороны, то принимаем зна0 чение T 10 Параметры остаточных газов Давление pr определяется по эмпирической зависимости: – для двигателей с выпуском газов в атмосферу pr вып p0 , – для двигателей с турбонаддувом pr вып pк , где p0 , pк – давления соответственно атмосферное и компрессора при наддуве; вып -коэффициент, учитывающий сопротивление выпускного тракта в зависимости от его конструкции и режимных факторов. Бензиновый и газовый вып =1,02…1,20 Дизель без наддува вып =1,05…1,25 Дизель с механическим наддувом вып =1,06…1,28; Дизель с турбонаддувом вып =0,85…0,95 13 Температура остаточных газов Бензиновый Tr =900…1100К, дизель Tr =600…900К Так как на двигателе предусмотрен С учетом установки на дизель глуглушитель, учитывая заданную частоту шителя и относительно высокой вращения коленчатого вала принимаем частоты вращения коленчатого коэффициент сопротивления выпускной вала принимаем коэффициент сопротивления выпускной системы системы вып 1,16 вып 1,11. Тогда давление Тогда давление pr вып p0 1,16 0,1 0,116 МПа pr вып p0 1,11 0,1 0,111 МПа Температуру остаточных газов принимаем по среднему значению, Температуру остаточных газов принимаем по среднему значению, Tr 800 К T T pr Коэффициент остаточных газов r оч 0 , дозTr pa оч pr где оч и доз коэффициенты очистки и дозарядки; C pпс / С pсз - отношение Tr 1000 К теплоемкости продуктов сгорания к теплоемкости свежего заряда. В расчетах принимают 1,00...1,02 Так как двигатель без наддува, то приТак как дизель без наддува, то нимаем доз оч 1 можно принять оч 1 учитывая относительно высокую 298 5 0,116 r частоту вращения коленчатого ва1000 8,8 0,087 0,116 ла, принимаем доз 1,02 тогда 0,054 298 10 0,111 r 1,02 800 16,5 0,089 0,111 0,031 Количество рабочей смеси подсчитывается по уравнению: M M 1 M r M 1 (1 r ) M 0,7485(1 0,031) M 0,505(1 0,054) 0,5323 кгРабочейсмеси . кгТоплива 0,7717 кгРабочейсмеси . кгТоплива Температура рабочей смеси, для двигателей без наддува: Тa Тa T0 T доз rTr 1 r 298 5 0,054 1 1000 339 К 1 0,054 Тa 298 10 1,02 0,031 800 323 К 1 0,031 Коэффициент наполнения для двигателей без наддува 14 p Tk pr a (1 ). 1 pk Tk T pa 16,5 0,089 298 8,8 0,087 298 v 1,02 v 1 16,5 1 0,10 298 10 8,8 1 0,10 298 5 1 0,111 1 0,116 (1 ) 0,864 (1 ) 0,819 16,5 0,089 8,8 0,087 v доз Давление и температуру в конце сжатия вычислим по уравнениям: pc pa n1 , Tc Ta n1 1 . Бензиновый ДВС n1 k1 (0,00...0,02) . Дизельный ДВС n1 k1 (0,00...0,01) . k1 1, 4359 0,132*103 Ta 0,1643*102 Дизель без наддува n1 1,35...1,39 Бензиновый ДВС n1 1,34...1,37 С учетом жидкостного охлаждения заДизель с наддувом n1 1,32...1,37 крытого типа, средней частоты вращения коленчатого вала и испарения бензина принимаем n1 1,36 pc 0,087 8,81,36 1,675 МПа , С учетом жидкостного охлаждения закрытого типа и отсутствия наддува принимаем n1 1,38 pc 0,089 16,51,38 4,261 МПа Tc 339 8,81,361 742 К Tc 323 16,51,361 937 К Расчет параметров процесса сгорания При 1, т.е. неполном сгорании продукты сгорания будут включать следующие компоненты M 2 M CO2 M CO M H 2O M N 2 M H 2 . При 1, т.е. полном сгорании продукты сгорания будут включать следующие компоненты M 2 M CO2 M H 2O M N2 M O2 . Так как 0,96 1 , то сгорание будет неполным, и продукты сгорания будут включать следующие компоненты: Количество диоксида углерода: M CO2 C M CO 12 Так как 1,5 1 , то сгорание будет полным, и продукты сгорания будут включать следующие компоненты: Количество диоксида углерода: M CO2 Количество оксида углерода: C 12 1 M CO 2 0,208 L0 1 K Коэффициент K -коэффициент, зави- Количество водяного пара: сящий от отношения количества водорода к оксиду углерода, содержащихся в продуктах неполного сгорания. Количество азота: 15 M H 2O H 2 M N2 0,792 L0 Для бензина K = 0,45…0,50. Количество водяного пара: M H 2O Количество кислорода: M O2 0, 208( 1) L0 H M H2 2 Количество продуктов сгорания 0,87 0,0725кмоль 12 0,126 M H 2O 0,063кмоль. 2 M O2 0,208(1,5 1)0, 499 M CO2 Количество азота: M N2 0,792 L0 Количество водорода: M H2 2 K 1 0,208 L0 1 K Коэффициент К принимаем равным 0,5. 0,855 0,00574 12 0,06551кмоль. 1 0,96 M CO 2 0, 208 0,517 1 0,5 0,00574кмоль. 0,145 M H 2O 0,00287 2 0,06963кмоль. M N2 0,792 0,96 0,517 0,0519кмоль M N2 0,792 1,5 0,499 0,5928кмоль. M CO2 Общее количество продуктов сгорания M 2 0,0725 0,063 0,0519 0,5928 0,7802кмоль 0,39309кмоль. 1 0,96 M H 2 2 0,5 0,208 1 0,5 0,517 0,00287кмоль. M 2 0,00574 0,06551 0,00287 0,06963 0,39309 0,53684кмоль. Mi , M2 M CO2 0,0725 rCO2 0,0929 M2 0,7802 M О2 0,0519 rО2 0,0665 M 2 0,7802 Объёмные доли компонентов в продуктах сгорания ri M CO 0,00574 0,01069 , M2 0,53684 M CO2 0,06551 0,12203 , M2 0,53684 rCO rCO2 16 M H2 0,00287 rH 2 0,00535 , M 2 0,53684 M H 2O 0,06963 rH 2O 0,1297 , M2 0,53684 M N2 0,39309 rN2 0,73223 M 2 0,53684 M H 2O 0,063 0,0808 M2 0,7802 M N2 0,5928 rN2 0,7598 M 2 0,7802 rH 2O Проверка ri 1 Проверка Проверка ri 0,01069 0,12203 0,00535 ri 0,0929 0,0665 0,0808 0,12970 0,73223 1. 0,7598 1. Коэффициенты молекулярного изменения: горючей смеси: 0 M 2 / M 1 , рабочей смеси: раб .смеси 0 r 1 r По опытным данным величина раб .смеси изменяется в следующих пределах: бензиновые двигатели раб .смеси = 1,02…1,12; дизели раб .смеси = 1,01…1,06. 0 0,53684 / 0,505 1,063 1,063 0,054 раб .смеси 1,060 1 0,054 0 0,7802 / 0,7485 1,042 1,042 0,031 раб .смеси 1,041 1 0,031 Температура продуктов сгорания в конце сгорания Tz t z 273 K . , B B 2 4 AC t z - температура в конце видимого сгорания, С ; t z 2A 2 уравнения At z Bt z C 0 в котором коэффициенты A, B, C определяют решая уравнение для бензиновых двигателей при 1 Z ( H u H u ) [( cv )tc r ( cv`` )tc ] tc раб .смеси ( cv`` )tZ t z ; M 1 (1 r ) 1 r Z Hu [( cv )tc r ( cv`` )tc ] tc R Tc M (1 ) 1 для дизелей при 1 1 r r 0 раб .смеси ( cv`` )tZ t z R (t z 273) В приведенных уравнениях неизвестными являются две величины: тепло`` емкость продуктов сгорания cv и их температура t z . Решение этих уравнений может выполняться методом последовательных приближений, 17 графически или аналитически с использованием формул для определения теплоемкостей . z - Коэффициент использования низшей теплоты сгорания для карбюраторных двигателей 0,8…0,95; для дизелей 0,7…0,88; H u , кДж / кг низшая теплота сгорания топлива; H u -Количество теплоты потерянной вследствие химической неполноты сгорания бензина; при 1 H u 119950 (1 ) L0 ; при 1: H u 0 . Температура в конце сжатия: tc Tc 273 C. R = 8,315 кДж/(кмоль·К) – универсальная газовая постоянная. pz / pc – степень повышения давления при сгорании, принимается по опытным данным. Коэффициент использования теплоты принимаем z 0,86 Низшая теплота сгорания топлива: H u 44000кДж / кг. Количество теплоты потерянной вследствие химической неполноты сгорания бензина при 0,96 : H u 114000 (1 ) L0 Коэффициент использования теплоты принимаем z 0,80 Низшая теплота сгорания топлива: H u 42500кДж / кг Максимальное давление сгорания в дизелях находится в пределах pz = 7,5…12 МПа. Большие значения имеют место в дизелях с наддувом. кДж 114000 (1 0,96) 0,517 2358 . Для рассчитываемого дизеля прикг нимаем pz 8 МПа. Температура в конце сжатия: степень повышения давления при t c Tc 273 742 273 469 C. Мольную теплоемкость воздуха при по- сгорании pz / pc 8,0 / 4, 2611 1,877 стоянном объеме в конце сжатия опреТемпература в конце сжатия: делим методом интерполирования прил.3.: tc Tc 273 937 273 6640 С (cv )500 (cv )400 469 400 Мольную теплоемкость воздуха (cv ) (cv ) при постоянном объеме в конце 500 400 сжатия определим методом интер21,781 21,475 (469 400) 21,475 69 полирования прил.3.: 100 (cv )700 (cv )600 664 600 кДж (cv ) (cv ) 21,686 . 700 600 (кмольС ) 22,409 22,091 Мольную теплоемкость остаточных га- (664 600) 22,091 100 зов при t c 469 C определим интеркДж 64 22,295 . полированием по температуре и коэф ( кмольС ) фициенту избытку воздуха, прил.4. Мольную теплоемкость остаточных при 0,95 : 18 ( cv`` )500 ( cv`` )400 ( c ) (c ) 500 400 24,014 23,586 (469 400) 23,586 69 100 кДж 23,881 (кмольС ) при 1 : ( cv`` )500 ( cv`` ) 400 `` 469 `` 400 ( cv ) ( cv ) 500 400 24,150 23,712 (469 400) 23,712 69 100 кДж 24,014 . (кмольС ) `` 469 v `` 400 v Аналогично интерполированием определяется теплоемкость при 0,96 : 24,014 23,881 1,0 0,95 кДж (0,96 0,95) 23,908 . (кмольС ) газов при tc 664 C определим интерполированием по температуре и коэффициенту избытку воздуха, прил.5. при 1,5 : ( cv`` )700 ( cv`` )600 ( cv`` )664 ( cv`` )600 700 600 24,218 23,819 (664 600) 23,819 100 кДж 64 24,074 (кмольС ) Преобразуем уравнение баланса энергии, подставив в него известные величины 0,80 * 42500 0, 7485(1 0,031) [22, 295 0, 031* 24,074] 664 1 0, 031 8,315*1,877 * 937 ( cv`` ) 469 23,881 1,041 ( cv`` )tZ t z 8,315(t z 273) Значение постоянных известных велиПосле преобразований получим чин в уравнении баланса энергии `` t Z Z ( H u H u ) [( cv )tc r ( cv`` )tc ] tc 71159 8,656 t z 1,041 ( cv ) t z C Это уравнение решаем методом M 1 (1 r ) 1 r последовательных приближений. 0,86(44000 2358) В нулевом приближении принима0,505(1 0,054) ем (21,686 0,054 * 23,908) * 469 t z 0 1800 C 77506 1 0,054 Первое приближение при 1,5 : ( cv`` )1800 27497кДж / (кмоль0С ) `` tZ v Тогда C рабсмеси ( c ) t z Для определения t z , значения теплоемкостей продуктов сгорания представим в виде формул прил. 6 . 19 (приложение 6) 71159 8,656 t z 1,041 27, 497 t z t z 71159 / 37, 280 1909 0 С Второе приближение: 2000 1900 ( cv`` )tZ ri ( cv`` )tZ rCO ( cv``CO)tZ (c )1909 (c )1900 (cv ) (cv ) v v 2000 1900 `` tZ `` tZ rCO2 ( cv CO2 ) rH 2 ( cv H 2 ) 27,898 27,704 `` v tZ `` v (1909 1900) 22,704 tZ rH 2O ( c H 2O ) rN 2 ( c N 2 ) 100 кДж . (кмольС ) 0,01069(22, 490 0,00143t z ) 9 27,721 0,12203(39,123 0,003349t z ) t z 2 71159 / (8, 656 1,041* 27, 72) 0,00535(19,678 0,001758t z ) 1897 0 С Сходимость (1909 1897) / 1897 0,006 0,002 Третье приближение 27,704 27,497 (cv )1897 22,497 100 кДж 97 27,700 . (кмольС ) 0,73223(21,951 0,001457t z ) 0,12970(26,670 0,004438t z ) 24,6522 0,002076t z . Получим квадратное уравнение 77506 1,060 (24,6522 , 0,002076t z )t z 0,0022t z2 26,1313t z 77506 0 tz t z 3 71159 / (8,656 1,041* 27,700) 18980 С Сходимость 26,1313 26,13132 4 0,0022 77506 (1897 1897) /1897 0,0008 5 0,002 2 0,0022 2458 C. Принимаем Tz t z 273 2458 273 2731 K . Расчетное давление в конце сгорания: T 2731 pzp рабсмеси pc z 1,060 1,675 Tc 742 t z 18980 С 6,5349МПа. Tz t z 273 1898 273 2171 K . Степень предварительного расширения рабсмеси Tz 2171 1,041 Tc 1,875 937 Действительное максимальное давление в конце сгорания: 1, 286 pz 0,85 pzp 0,85 6,5349 5,5547 МПа. 1, 2...1,7 Степень повышения давления: Полученные показатели сравнить с pzp / pc 6,5349 / 1,6750 3,9. их допустимыми значениями в прил.7. Расчет параметров расширения: n n 1 Для бензинового двигателя pb p zp / 2 , Tb Tz / 2 . n Для дизеля pb p zp / 2 , Tb Tz / n2 1 , где / Средний показатель политропы расширения n2 принимаем по значению показателя адиабаты K 2 с учетом поправки: n2 K 2 n2 , Показатель адиабаты расширения K 2 , определим по формулам. Для двигателей с воспламенением от искры 20 K 2 1,33 0,00076 * 0,000014 * Tz 0,0462 * , n2 n 105 , 0,05...0,2 Для дизелей K 2 1,3668 0,00334 * 0,00003* Tz 0,018894 * n2 n 104 , 0,1...0,3 / 16,5 / 1,286 12,83 Для 8,8 , 0,96 , Tz 2731K , Для 12,83 1,5 K 2 1,254 Tz 2171K , K 2 1,278 n2 K 2 n2 K 2 n104 n2 K 2 n 105 1,254 0,15 4000 105 1, 248. pb 6,5349 1,248 0,43 МПа 8,8 Tb 2731 1,2481 1593 K 8,8 1, 278 0,195* 4000 *104 1,2 pb 8,0 0,3743 МПа. 12,831,2 Tb 2171 1303 K . 12,831,21 Проверим правильность принятия pr и Tr при расчете r . pr 0,116МПа , Tr 1000 K Trp Tb 3 pr pb pr 0,111МПа , Tr 800 K , Trp Tb 3 1593 3 0,1160 1027 K . 0,4330 Trp Tr 1027 1000 0,027 0,1. Tr 1000 Параметры Tr и p r приняты правиль- pr pb 1303 3 0,111 869 K . 0,3743 Trp Tr 869 800 0,089 0,1. Tr 800 Параметры Tr и p r приняты пра- вильно. но. Определение индикаторных показателей цикла. Расчетное среднее индикаторное давление: Для бензиновых двигателей Pa n1 1 1 1 pip [ (1 n2 1 ) (1 n11 )] 1 n2 1 n1 1 Для дизельных двигателей Pa n1 1 1 1 pip [ ( 1) (1 n2 1 ) (1 n11 )] 1 n2 1 n1 1 21 0,089 *16,51,38 pip 16,5 1 0,087 8,81,36 3,90 pip [ 8,8 1 1, 248 1 1 1 (1 1,2481 ) 8,8 1,36 1 (1 1,361 )] 1,0839 МПа. 8,8 1,877 *1, 286 1,877(1, 286 1) 1,2 1 1 1 1 (1 12,831,21 ) 1,38 1 (1 16,51,381 ) =0,9997 МПа Действительное среднее индикаторное давление: pi п pip , п -коэффициент полноты диаграммы, прил.8. п 0,96 п 0,94. pi п pip 0,96 1,0839 1,0405 МПа pi п pip 0,94 0,9997 0,9397 МПа. Индикаторный К.П.Д. при p k p 0 и Tk T0 . i i pi R M 1 Tk pk v H u 1,0405 8,315 0,505 298 0,361. 0,10 0,819 44000 i . 0,9397 8,315 0,7485 298 0, 475 0,10 0,864 42500 Удельный индикаторный расход топлива: gi 3600 , где H u МДж ; кг H u i g i 3600 / (44 0,361) 227 г (кВт ч ) gi 3600 / (42,5 0,475) 178 г (кВт ч) Расчет эффективных показателей С учетом заданной частоты вращения С учетом заданной частоты вращеколенчатого вала, принимаем среднюю ния коленчатого вала, принимаем скорость поршня по прил. 12. среднюю скорость поршня по прил. Wсп 11,8 м / с. Уточняется после оп- 12. Wсп 11,8 м / с. Условное среднее ределения размеров ЦПГ по формуле давление механических потерь. Wсп Sn / 30 Условное среднее давление механических потерь. pm A B Wсп 0,04 0,0135 11,8 0,1993МПа. Значения А и B приведены в прил. 13. 22 pm A B Wсп 0,09 0,0118 11,8 0,2292 МПа. Значения А и B приведены в прил. 13. Механический К.П.Д. m 1 pm pi Механический КПД - оценивает механические потери в двигателе. Для бензинового двигателя m = [0,75...0,92]. Для четырехтактных дизелей без наддува m = [0,7...0,82]. Для четырехтактных дизелей с наддувом m = [0,8...0,9]. m 1 0,1993 0,808 1,0405 m 1 0, 2292 0,756 0,9397 Средне эффективное давление: pe pi pm pe 1,0405 0,1993 0,8412 МПа. pe 0,9397 0, 2292 0,7105 МПа. Эффективный К.П.Д. e i m . e 0,361 0,808 0,292 . e 0, 475 0,756 0,359 Удельный расход топлива: ge ge 3600 H u e 3600 280 г (кВт ч) 44 0, 292 ge 3600 236 г (кВт ч ) 42,5 0,359 Определение размеров цилиндра и показатели двигателя: Vh Vh 30 N e max pe nN i 30 4 50 0, 4458 дм3 . 0,8412 4000 4 Vh 30 4 50 0,5277 дм3 . 0,7105 4000 4 Диаметр цилиндра: 4Vh , S / D выбираем по прил.14. ( S / D) S / D 1,05. S / D 1,0. 4 0,4458 4 0,5277 D3 0,815 дм. D3 0,876 дм. 3,14 1,05 3,14 1,0 D 3 Ход поршня: 23 S D ( S / D) S 0,815 1,05 0,856 дм. S 0,876 *1,0 0,876 дм. Предварительно принимаем D мм, S мм . Предварительно принимаем Предварительно принимаем D 82 мм, S 86 мм . D 88 мм, S 88 мм . Определяем среднюю скорость поршня: Wсп ( Sn) / 30 Wсп 0,088 4000 / 30 11,73 м с Wсп 0,086 4000 / 30 11,47 м с 11,8 11,73 11,8 11,47 100% 0,6% 3%. 100% 2,8% 3%. 11,8 11,8 Отклонение скорости поршня в допустимых пределах. Окончательно принимаем S 88 мм , и D 88 мм , S / D 88 / 88 1,0 Рабочий объём цилиндра: Отклонение скорости поршня в допустимых пределах. Окончательно принимаем S 86 мм и D 82 мм , S / D 86 / 82 1,049 D2 Vh S 4 3,14 0,882 Vh 0,88 0,535 дм3 . 4 3,14 0,822 Vh 0,86 0,454 дм3 . 4 Литраж двигателя: iVh iVh 4 0,454 1,816 л iVh 4 0,535 2,14 л Номинальная мощность: N e max N e max pe iVh nN 30 0,7105 2,14 4000 0,8412 1,816 4000 50,7 кВт. 50,9 кВт. N e max 30 4 30 4 Литровая мощность: N eл N e max / iVh N eл 50,9 / 1,816 28,0 кВт / дм3 . N eл 50,7 / 2,14 23,7кВт / дм3 . Часовой расход топлива: GT N e max g e / 1000 GT 50,7 236 / 1000 11,97кг / ч. GT 50,9 280 / 1000 14,25кг / ч. Эффективный крутящий момент: M еN 9550 N e max nN 24 M еN 9550 50,9 122 Н м. 4000 M еN 9550 50,7 121 Н м. 4000 Построение индикаторной диаграммы: Индикаторная диаграмма – графическая зависимость давления газа в цилиндре от надпоршневого объема( перемещения поршня или угла поворота коленчатого вала). Индикаторная диаграмма строится с использованием результатов теплового расчета. Объём камеры сгорания: Vc Vh / ( 1) Полный объём цилиндра: Va Vh Vc При построении диаграммы ее масштабы рекомендуется выбирать с таким расчетом, чтобы получить высоту, равную 1,2 – 1,7 ее основания. В начале построения на оси абсцисс откладывают отрезок АВ, соответствующий рабочему объему цилиндра Vh , т.е. по величине равной ходу поршня S в масштабе M S S / AB , в зависимости от S масштаб принять 1:1, 1,5:1 или 2:1. Рекомендуется при S 80 мм M S 1 мм S /мм чертежа. При этом длина отрезка AB S / M S должна войти в рекомендуемый диапазон 70…100 мм. Отрезок ОА , мм, соответствующий объему камеры сгорания Vc , определяется из соотношения ОА АВ / ( 1) . Отрезок, соответствующий полному объему цилиндра ОВ в мм определяется по формуле: ОВ OA AB . Отрезок zz для дизелей работающих по циклу со смешанным подводом теплоты z z OА / ( 1) . При построении диаграммы используют следующий ряд масштабов давлений: M P 0,02; 0,025; 0,04; 0,05; 0,07 – 0,10 МПа в 1 мм. При pz 5 МПа рекомендуется выбирать M P 0,025 МПа/мм, при pz 5 МПа - M P 0,05 МПа/мм. По данным теплового расчета на диаграмме откладывают в выбранном масштабе величины давлений в характерных точках: a , c, z , z , b, r диаграммы , а так же давление p0 . Построение политроп сжатия и расширения можно производить графическим или аналитическим методами. Давления для построения политроп вычисляем по уравнениям в 8-10 точках по формулам: сжатие Px Pа ( Va n1 V ) , расширение Pxp Pb ( b ) n2 . Vx Vx Результаты заносим в таблицу . Строим теоретическую индикаторную диаграмму(ИД) прил.16. Для получения реальной ИД прил.17 необходимо воспользоваться диаграммой фаз газораспределения. Отношение радиуса кривошипа R к длине шатуна Lш ш R / Lш (постоянная КШМ) следует взять из технической характеристики двигателя или прил. 15. Для перестроения теоретической ИД в развернутую ИД воспользуемся 25 графоаналитическим методом. Под теоретической ИД строят полуокружность радиусом R , имея в виду, что S 2* R . Затем полуокружность делят на дуги, охватывающие углы 10°, 15° или 20°, и точки соединяют радиусами с центром. Затем центр смещают вправо на величину ш * R / 2 (поправка Брикса). Из нового центра строят лучи, параллельные ранее проведенным радиусам. Из новых точек на окружности проводят вертикальные линии до их пересечения с линиями индикаторной диаграммы. Точки пересечения дают значения давления газов pг при этих углах поворота кривошипа. Для построения развернутой ИД линию p0 свернутой диаграммы продолжают вправо, обозначая на ней значения углов поворота кривошипа в масштабе 1 мм = 2°. Значения pг (МПа) берут от линии p0 и откладывают на развертке. Полученные точки соединяют плавной кривой. Vc 0, 454 / (8,8 1) 0,058 дм3 . Vc 0,535 / (16,5 1) 0,035 дм3 . Va 0,454 0,058 0,512дм3 . Va 0,535 0,035 0,570дм3 . Принимаем высоту диаграммы H=120мм, Ширину В=60мм, масштабный коэффициент Ближайший кратный масштаб Принимаем высоту диаграммы H=140мм, Ширину В=100мм, масштабный коэффициент p zp 8 mp 0,057 МПа / мм H 140 Ближайший кратный масштаб m p 0,05 m p 0,05 Масштаб объемов Масштаб объемов mp mV pzp H 6,5349 0,0545МПа / мм 120 Vа 0,512 0,0057дм3 / мм H 90 mV Vа 0,57 0,005дм3 / мм H 100 Ближайший кратный масштаб Ближайший кратный масштаб mV 0,005 mV 0,005 Тепловой баланс. Теплота выделившаяся при сгорании топлива GT =14,25 кг/ч; Q0 = H u GT /3,6 GT =11,97 кг/ч; Q0 =14,25*12222,22=174167 Дж/с Q0 =11,97 *11805,556=141312,5 Дж/с Теплота , эквивалентная эффективной работе за 1с. Qe =1000Ne Qe = 1000* 50,7 = 50700 Дж/с Qe = 1000* 50,9 = 50900 Дж/с 26 Теплота передаваемая окружающей среде: Qохл CiD12 m n m ( H u H u ) Hu для четырехтактных двигателей без масляного радиатора С = 0,45…0,53; с радиатором С = 0,41…0,47; i – число цилиндров; D – диметр цилиндра, см; n – частота вращения коленчатого вала, мин–1; m = 0,6…0,7 – показатель степени для четырехтактных двигателей; принимаем С = 0,49, принимаем С = 0,47, принимаем m = 0,65 принимаем m = 0,65 0,47 * 4*8,812*0,65 * 40000,65 (42500 0) 0,49* 4 *8,212*0,65 * 40000,65 (44000 2358) Qохл Qохл 1,5* 42500 0,96 * 44000 40899 Дж / с 53601 Дж / с Теплота, унесённая отработавшими газами: Qг GT M 2 ( c"p )tr t r M 1 ( c p )t0 t0 3,6 c p cv 8,315, tr 1000 273 727 0 C c p cv 8,315, tr 800 273 527 C Мольную теплоемкость остаточных га зов при tr 727 C определим интерполированием по температуре и коэффициенту избытку воздуха прил.4. При 0,95 : (cv`` )800 (cv`` )700 (cv``)727 (cv`` )700 800 700 25,280 24,868 (727 700) 24,868 27 100 кДж 24,979 . (кмольС ) При 1: ( cv``)727 25,021 25,441 25,021 27 100 кДж (кмольС ) при 0,96 : 25,2134 ( cv`` )727 24,979 25,010 25,134 24,979 0,01 100 кДж . ( кмольС ) 27 Мольную теплоемкость остаточ ных газов при tr 527 C определим интерполированием по температуре и коэффициенту избытку воздуха прил.5. При 1,5 : (cv`` )600 (cv`` )500 (cv``)527 (cv``)500 600 500 23,819 23,421 (527 500) 23,421 27 100 кДж 23,528 . (кмольС ) ( c``p )527 ( cv`` )527 8,315 кДж (кмоль * град) Теплоемкость свежего заряда (воздуха) прил.3. 23,528 8,315 31,843 ( c``p )727 ( cv`` )727 8,315 0 ( cv ) 20 20,759 20,839 20,759 20 100 Т кДж 25,010 8,315 33,325 кДж 20,775 . (кмоль * град) ( кмольС ) еплоемкость свежего заряда (воздуха), кДж ( c p ) 25 20,775 8,315 29,09 прил.3. ( кмоль * град) 0 0 ( cv ) 25 20,759 20,779 20,839 20,759 25 100 кДж . (кмольС ) 0 ( c p ) 25 20,779 8,315 29,094 кДж (кмоль * град) 11,97 (0,7802 * 31,846 *527 3,6 Дж 0,7485 * 29,09 * 20) 42089,5 с Qг 14,25 (0,53684 *33,325 * 727 3,6 Дж 0,505 * 29,094 * 25) 50029 с Qг Теплота, потерянная из-за неполноты сгорания топлива: Qн.с. H u GT / 3,6 При наличии масляного радиатора QМ GМ (t М 2 tM 1 )cM где GМ – расход масла через радиатор, кг/с; t M 1 , tМ 2 – температура масла на входе и выходе из радиатора °C; cM – изобарная массовая теплоемкость масла, Дж/(кг*град). При отсутствии радиатора или данных GМ , tM 1 , t М 2 значение QМ включается в остаточный член уравнения баланса теплоты. Qост Q0 Qе Qохл Qг QМ Qн.с. Qн.с. H u GT / 3,6 =2358 * 14,25 /3,6 = 9 3 3 4 Дж/с Qн.с. H u GT / 3,6 =0 Qост Q0 Qе Qохл Qг Qн.с. Qост Q0 Qе Qохл Qг Qн .с. 141312, 5 50700 40899 42089,5 Дж 7624 с 174167 50900 53601 50029 9334 Дж 10303 с Заполняем таблицу с тепловым балансом qi (Qi / Q0 )100 Анализ вычисленных параметров Необходимо проанализировать значения выбранных и рассчитанных параметров, сравнить их с допустимыми а так же с основными параметрами современных двигателей(прил.20), оценить их влияние на качество рабочих процессов в двигателе. 28 № 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31. 32. 33. Приложение 1 Коэффициенты аэродинамического сопротивления и лобовая площадь некоторых автомобилей Автомобиль F, kw , м2 Н·с2/м4 ВАЗ-2108 0,25 1,87 ВАЗ-2110 0,208 2,04 ВАЗ-2121 0,35 1,8 М-2141 0,24 1,89 ГАЗ-2410 0,3 2,28 ГАЗ-3105 0,22 2,1 ГАЗ-3110 0,348 2,28 ГАЗ-3111 0,282 2,3 «Ока» 0,255 1,69 УАЗ-3160 (jeep) 0,328 3,31 ГАЗ-3302 бортовой 0,37 3,6 ГАЗ-3302 фургон 0,34 5,0 ЗИЛ-130 бортовой 0,54 5,05 КамАЗ-5320 бортовой 0,453 6,0 КамАЗ-5320 тентовый 0,43 7,6 МАЗ-500А тентовый 0,45 8,5 МАЗ-5336 тентовый 0,52 8,3 ЗИЛ-4331 тентовый 0,41 7,5 ЗИЛ-5301 0,34 5,8 Урал-4320 (military) 0,52 5,6 КрАЗ (military) 0,343 8,5 ЛиАЗ bus (city) 0,508 7,3 ПАЗ-3205 bus (city) 0,436 6,8 Ikarus bus (city) 0,494 7,5 Mercedes-Е 0,2 2,28 Mercedes-А (kombi) 0,206 2,31 Mercedes -ML (jeep) 0,27 2,77 Audi A-2 0,195 2,21 Audi A-3 0,205 2,12 Audi S 3 0,209 2,12 Audi A-4 0,199 2,1 BMW 525i 0,18 2,1 BMW- 3 0,182 2,19 29 34. 35. 36. 37. 38. 39. 40. 41. 42. 43. 44. 45. 46. 47. 48. 49. 50. 51. 52. 53. 54. 55. 56. 57. 58. 59. 60. 61. 62. 63. 64. 65. 66. 67. 68. 69. 70. 71. Citroen X sara DAF 95 trailer Ferrari 360 Ferrari 550 Fiat Punto 60 Ford Escort Ford Mondeo Honda Civic Jaguar S Jaguar XK Jeep Cherokes McLaren F1 Sport Mazda 626 Mitsubishi Colt Mitsubishi Space Star Nissan Almera Nissan Maxima Opel Astra Peugeot 206 Peugeot 307 Peugeot 607 Porsche 911 Renault Clio Renault Laguna Skoda Felicia Subaru Impreza Suzuki Alto Toyota Corolla Toyota Avensis VW Lupo VW Beetl VW Bora Volvo S 40 Volvo S 60 Volvo S 80 Volvo B12 bus (tourist) MAN FRH422 bus (city) Mercedes 0404(inter city) 0,207 0,39 0,227 0,195 0,21 0,225 0,219 0,221 0,24 0,26 0,296 0,198 0,20 0,21 0,212 0,236 0,218 0,21 0,21 0,203 0,19 0,206 0,217 0,198 0,21 0,23 0,239 0,20 0,203 0,197 0,24 0,204 0,217 0,20 0,203 0,307 0,318 0,311 30 2,02 8,5 1,99 2,11 2,09 2,11 2,66 2,16 2,24 2,01 2,48 1,80 2,08 2,02 2,28 1,99 2,18 2,06 2,01 2,22 2,28 1,95 1,98 2,14 2,1 2,12 1,8 2,08 2,08 2,02 2,2 2,14 2,06 2,19 2,26 8,2 8,0 10,0 Приложение 2 Шины, применяемые на отечественных автомобилях Марка автомобиля Обозначение шин rСТ, мм по ГОСТ ГРУЗОВЫЕ АВТОМОБИЛИ ГАЗ-3307 240-508 (8.25-20) 4655 ЗИЛ-431410, КамАЗ- 260-508Р (10.00R20) 4885 5320, ЗИЛ-43151 МАЗ-5432, МАЗ-6422 300-508Р (11.00R20) 5055 КрАЗ-256В1 320-508 (12.00-20) 5275 КрАЗ-256В1 320-508Р (12.00R20) 5255 Шины с регулируемым давлением ГАЗ-66-01 12.00-18 (320-457) 5055 ЗИЛ-131 12.00-20 (320-508) 5305 Урал-4320 14.00-20 (370-508) 5835 Широкопрофильные шины КрАЗ-260 1300х530-533 58510 ЛЕГКОВЫЕ АВТОМОБИЛИ ВАЗ-1111 135 / 80R12 2411 Калина 175/65 R14 2711 Приора, Ларгус 185/65 R14 2761 ВАЗ-21011 155-330 (6.15-13) 2781 ВАЗ-2106 175/70R-13 2651 ВАЗ-2105, 2107 175/70R-13 2651 ВАЗ-2108, 09 165/70R-13 2651 ВАЗ-2121 195/70 R15 3021 ЗАЗ-1102 155/70R-13 2651 ГАЗ-24 7.35-14 (185-355) 3101 ГАЗ-3102, 24-10 205/70R-14 2951 УАЗ-469Б 215-380 (8.40-15) 3701 УАЗ-31512 185 / 80R15 3101 УАЗ-3303 8,40 - 15 3701 РАФ-2203 185/80R-15 3101 *Справочные данные по шинам, устанавливаемых на иномарки можно посмотреть на сайте http://www.auto-legion.ru/avto_podbor.html 31 Приложение 3 Температура t , °С 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 2600 2700 2800 Теплоемкости газов Средняя мольная теплоемкость газов при постоянном объеме, кДж/(кмоль-град) Воздух СO O2 N2 H2 СO2 H 2O 20,759 20,839 20,985 21,207 21,475 21,781 22,091 22,409 22,714 23,008 23,284 23,548 23,795 24,029 24,251 24,460 24,653 24,837 25,005 25,168 25,327 25,474 25,612 25,746 25,871 25,993 26,120 26,250 26,370 20,960 21,224 21,617 22,086 22,564 23,020 23,447 23,837 24,188 24,511 24,804 25,072 25,319 25,549 25,763 25,968 26,160 26,345 26,520 26,692 26,855 27,015 27,169 27,320 27,471 27,613 27,753 27,890 28,020 20,705 20,734 20,801 20,973 21,186 21,450 21,731 22,028 22,321 22,160 22,882 23,142 23,393 23,627 23,849 24,059 24,251 24,435 24,603 24,766 24,917 25,063 25,202 25,327 25,449 25,562 25,672 25,780 25,885 20,303 20,621 20,759 20,809 20,872 20,935 21,002 21,094 21,203 21,333 21,475 21,630 21,793 21,973 22,153 22,333 22,518 22,698 22,878 23,058 23,234 23,410 23,577 23,744 23,908 24,071 24,234 24,395 24,550 32 20,809 20,864 20,989 21,203 21,475 21,785 22,112 22,438 22,756 23,062 23,351 23,623 23,878 24,113 24,339 24,544 24,737 24,917 25,089 25,248 25,394 25,537 25,666 25,792 25,909 26,022 26,120 26,212 26,300 27,546 29,799 31,746 33,442 34,936 36,259 37,440 38,499 39,450 40,304 41,079 41,786 42,427 43,009 43,545 44,035 44,487 44,906 45,291 45,647 45,977 46,283 46,568 46,832 47,079 47,305 47,515 47,710 47,890 25,185 25,428 25,804 26,261 26,776 27,316 27,881 28,476 29,079 29,694 30,306 30,913 31,511 32,093 32,663 33,211 33,743 34,262 34,756 35,225 35,682 36,121 36,540 36,942 37,331 37,704 38,060 38,395 38,705 Приложение 4 Температура t , °С 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 2600 2700 2800 `` v СРЕДНЯЯ ТЕПЛОЕМКОСТЬ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ БЕНЗИНА c кДж / (кмольС ) ПРИ КОЭФФИЦИЕНТЕ ИЗБЫТКА ВОЗДУХА 0,70 21,902 22,140 22,445 22,777 23,138 23,507 23,882 24,249 24,608 24,949 25,276 25,590 25,887 26,099 26,436 26,685 26,924 27,147 27,359 27,559 27,752 27,935 28,104 28,268 28,422 28,570 28,711 28,847 0,75 22,031 22,292 22,618 22,968 23,345 23,727 24,115 24,493 24,861 25,211 25,545 25,866 26,168 26,456 26,728 26,982 27,225 27,451 27,667 27,870 28,065 28,251 28,422 28,588 28,744 28,892 29,036 29,173 0,80 22,149 22,431 22,776 23,143 23,534 23,929 24,328 24,715 25,092 25,449 25,791 26,118 26,426 26,719 26,995 27,253 27,499 27,728 27,948 28,153 28,351 28,539 28,712 28,879 29,037 29,187 29,332 29,470 0,85 22,257 22,559 22,921 23,303 23,707 24,113 24,523 24,919 25,304 25,668 26,016 26,349 26,662 26,959 27,240 27,501 27,751 27,983 28,205 28,413 28,613 28,803 28,978 29,147 29,305 29,458 29,604 29,743 0,90 22,356 22,676 23,055 23,450 23,867 24,284 24,702 25,107 25,500 25,870 26,224 26,562 26,879 27,180 27,465 27,729 27,983 28,218 28,442 28,652 28,854 29,046 29,223 29,394 29,553 29,706 29,854 29,994 0,95 22,448 22,784 23,973 23,586 24,014 24,440 24,868 25,280 25,680 26,056 26,415 26,758 27,080 27,385 27,673 27,941 28,197 28,434 28,661 28,873 29,077 29,270 29,449 29,621 29,782 29,936 30,085 30,226 1,00 22,533 22,885 23,293 23,712 24,150 24,586 25,021 25,441 25,847 26,229 26,593 26,940 27,265 27,574 27,866 28,136 28,395 28,634 28,863 29,078 29,283 29,478 29,658 29,832 29,993 30,149 30,298 30,440 33 1,05 22,457 22,796 23,200 23,613 24,045 24,475 24,905 25,319 25,720 26,098 26,457 26,800 27,121 27,426 27,714 27,981 28,236 28,473 28,698 28,910 29,113 29,306 29,484 29,655 29,815 29,969 30,116 30,257 1,10 22,388 22,722 23,115 23,521 23,948 24,373 24,798 25,208 25,604 25,977 26,333 26,672 26,989 27,291 27,575 27,836 28,091 28,324 28,548 28,757 28,958 29,148 29,324 29,494 29,652 29,804 29,950 30,090 1,15 22,325 22,650 23,036 23,437 23,859 24,280 24,700 25,106 25,498 25,867 26,219 26,554 26,868 27,166 27,447 27,708 27,958 28,188 28,409 28,616 28,815 29,004 29,177 29,345 29,502 29,653 29,797 29,936 1,20 22,266 22,584 22,964 23,360 23,777 24,193 24,610 25,012 25,400 25,766 26,114 26,446 26,757 27,051 27,330 27,588 27,835 28,063 28,282 28,487 28,684 28,870 29,042 29,209 29,364 29,513 29,657 29,794 1,25 22,216 2,523 2,898 23,289 23,702 24,114 24,527 24,925 25,309 25,672 26,016 26,345 26,653 26,945 27,221 27,477 27,722 27,948 28,164 28,367 28,562 28,747 28,917 29,082 29,236 29,384 29,527 29,663 Приложение 5 Температура t , °С 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 2600 2700 2800 СРЕДНЯЯ ТЕПЛОЕМКОСТЬ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ ДИЗЕЛЬНОГО `` ТОПЛИВА cv кДж / (кмольС ) ПРИ КОЭФФИЦИЕНТЕ ИЗБЫТКА ВОЗДУХА 1,0 22,545 22,908 23,324 23,750 24,192 24,631 25,069 25,490 25,896 26,278 26,641 26,987 27,311 27,618 27,907 28,175 28,432 28,669 28,895 29,107 29,310 29,503 29,680 29,851 30,011 30,164 30,311 30,451 1,1 22,398 22,742 23,142 23,554 23,985 24,413 24,840 25,251 25,648 26,021 26,375 26,713 27,029 27,328 27,610 27,873 28,123 28,354 28,575 28,782 28,980 29,169 29,342 29,510 29,666 29,816 29,960 30,097 1,2 22,275 22,602 22,989 23,390 23,811 24,229 24,648 25,050 25,439 25,804 26,151 26,482 26,792 27,085 27,361 27,618 27,863 28,089 28,305 28,508 28,703 28,888 29,057 29,222 29,375 29,523 29,664 29,799 1,3 22,169 22,482 22,858 23,249 23,662 24,073 24,484 24,879 25,261 25,620 25,960 26,286 26,589 26,877 27,148 27,400 27,641 27,863 28,076 28,275 28,466 28,648 28,815 28,976 29,127 29,272 29,412 29,546 1,4 22,078 22,379 22,745 23,128 23,533 23,937 24,342 24,731 25,107 25,460 25,795 26,116 26,415 26,698 26,965 27,212 27,449 27,668 27,877 28,073 28,262 28,441 28,605 28,764 28,913 29,056 29,194 29,326 1,5 21,999 22,289 22,647 23,022 23,421 23,819 24,218 24,602 24,973 25,321 25,652 25,967 26,262 26,541 26,805 27,049 27,282 27,497 27,704 27,898 28,083 28,260 28,422 28,580 28,726 28,868 29,004 29,135 34 1,6 21,929 22,210 22,560 22,930 23,322 23,716 24,109 24,488 24,855 25,199 25,525 25,837 26,128 26,404 26,664 26,905 27,135 27,348 27,552 27,743 27,926 28,101 28,261 28,417 28,562 28,702 28,837 28,966 1,8 21,812 22,077 22,415 22,774 23,157 23,541 23,927 24,298 24,657 24,993 25,313 25,618 25,903 26,173 26,427 26,663 26,888 27,096 27,296 27,483 27,663 27,834 27,991 28,144 28,286 28,424 28,557 28,684 2,0 21,717 21,970 22,300 22,648 23,023 23,401 23,780 24,144 24,487 24,828 25,142 25,442 25,722 25,986 26,237 26,468 26,690 26,894 27,090 27,274 27,451 27,619 27,774 27,924 28,064 28,199 28,331 28,456 2,2 21,640 21,882 22,202 22,544 22,914 23,285 23,659 24,018 24,366 24,692 25,001 25,296 25,572 25,833 26,080 26,308 26,526 26,727 26,921 27,102 27,276 27,442 27,595 27,743 27,881 28,015 28,144 28,269 2,4 21,574 21,808 22,121 22,457 22,822 23,188 23,557 23,912 24,256 24,578 24,883 25,175 25,447 25,705 25,948 26,173 26,389 26,587 26,781 26,958 27,130 27,294 27,444 27,591 27,728 27,860 27,988 28,111 2,6 21,519 21,745 22,052 22,384 22,743 23,106 23,471 23,822 24,162 24,481 24,783 25,071 25,341 25,596 25,836 26,059 26,272 26,469 26,658 26,835 27,005 27,168 27,317 27,462 27,598 27,729 27,856 27,978 Приложение 6 Теплоемкости воздуха и продуктов сгорания Газ 0 Воздух Для температур газа, С от 0 до 1500 от 1501 до 2800 cv 26,6 0,002638t cv 22,387 0,001449t Кислород O2 cv O2 20,930 0,004641t cv O2 23,723 0,00155t Азот N 2 0,00000084t 2 cv N2 20,398 0,0025t cv N2 21,951 0,001457t Водород H 2 cv H2 20,684 0,000206t cv H2 19,678 0,001758t Окись углерода CO 0,000000588t 2 cv CO 20,597 0,002670t Углекислый газ CO2 Водяной пар H 2O cv CO2 27,941 0,019t cv CO 22, 49 0,00143t cv CO2 39,123 0,003349t 0,000005487t 2 cv H2O 24,953 0,005359t cv H2O 26,67 0,004438t Приложение 7 Показатели процесса сгорания pz, МПа Tz, К Дизель с неразделенной камерой сгорания 1,6…2,1 7,0… 12,0 1750…2300 Дизель с разделенной камерой сгорания 1,2… 1,8 5,5…7,5 1700…2000 Бензиновый Газовый 3,8…4,2 3,5… 4,0 3,0…6,5 2,5…5,5 2500… 2900 2200… 2500 Тип двигателя Приложение 8 Показатели процесса расширения Тип двигателя n2 pb, МПа Тb, К Бензиновый Дизель Газовый 1,20… 1,30 1,15… 1,30 1,25… 1,35 0,35… 0,60 0,20… 0,60 0,20… 0,55 1200…1700 1000…1300 1100…1500 35 Приложение 9 Коэффициент полноты диаграммы Тип двигателя Коэффициент п Бензиновый и газовый Дизель 0,94… 0,97 0,92… 0,95 Приложение 10 Индикаторные показатели двигателей Тип двигателя pi , МПа i gi , г/(кВт⋅ч) qi , кДж/(кВт⋅ч) Бензиновый: без наддува с наддувом 0,4… 1,4 0,9… 1,9 0,25… 0,40 0,30… 0,40 205…300 – Дизель: без наддува с наддувом 0,7… 1,2 1,4… 2,5 0,38…0,50 0,39… 0,53 169…223 160…217 – Газовый: 0,6… 0,9 0,28… 0,38 – 8600…13400 Приложение 11 Эффективные показатели двигателей Тип двигателя Дизель: без наддува с наддувом Бензиновый Газовый m pe , МПа 0,70… 0,82 0,60… 0,80 0,80… 0,9 0,75… 0,92 0,8… 1,8 0,6… 1,2 0,75… 0,85 0,50… 0,75 e g e ,г/(кВт⋅ч) 210…280 230… 280* 0,35… 0,45 190… 245 0,25… 0,33 260… 340 0,30… 0,40 0,23… 0,30 12…17** * для дизелей с разделенными камерами сгорания; удельный расход теплоты, МДж /(кВт⋅ч). ** Приложение 12 Средние скорости поршня Тип двигателя Wп, м/c Бензиновый: легковых автомобилей грузовых Дизель: автомобильные тракторные Газовый 12…18 9… 12 6,5… 12 5,5… 10,5 7… 12 36 Приложение 13 Значения коэффициентов А и В Тип двигателя А Бензиновый S/D > 1 0,049 S/D < 1 0,040 Дизель с камерой Нераздельной 0,090 сгорания Вихревой 0,095 Предкамерной 0,103 B 0,0155 0,0135 0,0118 0,0135 0,0153 Приложение 14 Пределы отношения S/D Тип двигателя Бензиновые и газовые Дизели: автомобильные тракторные S/D 0,7… 1,05 0,9… 1,2 1,1… 1,3 Приложение 15 Величина параметра ш различных двигателей Двигатель ш ВАЗ-2106 0,296 ЗМЗ-53-11 0,256 ЗИЛ-508.10 0,257 ЯМЗ-236М 0,264 КАМАЗ-740 0,270 Существующие 0,24…0,31 37 Приложение 16 Индикаторные диаграммы двигателя; б – дизеля теоретических 38 циклов: а – бензинового Приложение 17 Подготовка к перестроению теоретической ИД в реальную ИД 39 Приложение 18 Построение развернутой индикаторной диаграммы 40 Приложение 19 Фазы газораспределения различных двигателей Тип двигателя Впускной клапан начало открытия до ВМТ овп , полное закрытие после НМТ звп , град. начало открытия до НМТ овып , град. полное закрытие после ВМТ звып , град. 10…35 15…20 40…85 30…50 40…70 40…60 10…50 15…45 50…80 40…50 40…60 40…60 12 36 31 20 13 40 52 83 46 49 42 70 67 66 66 10 18 47 20 10 град. Карбюраторный Дизельный без наддува Дизельный с наддувом ВАЗ-2106 ЗМЗ-53-11 ЗИЛ-508.10 ЯМЗ-236М КАМАЗ-740 Выпускной клапан Приложение 20 Основные параметры современных двигателей Показатель Дизель без наддува с наддувом остаточ- 0,03…0,06 0,02…0,04 Бензиновый Газовый Коэффициент ных газов Коэффициент наполне- 0,80…0,94 0,90…0,98 ния при номинальной мощности Давление в конце сжа3,5…6,0 до 8,0 тия, МПа 0,04…0,12 0,04…0,10 0,70…0,90 0,70…0,90 0,9…1,9 1,0…2,0 Температура сжатия, К 600…800 650…800 в конце 800…1000 до 1100 Показатели политроп: – сжатия 1,35…1,39 1,32…1,37 – расширения 1,15…1,28 1,15…1,30 Максимальная темпера- 1700…2300 1800…2500 тура сгорания, К Индикаторный КПД 0,38…0,50 0,39…0,53 Среднее индикаторное 0,7…1,2 до 2,5 давление, МПа: 41 1,34…1,37 1,36…1,39 1,20…1,30 1,25…1,35 2500…2900 2200…2500 0,25…0,4 0,28…0,38 0,4…1,9 0,6…0,9 Удельный индикаторный расход: 169…223 – топлива, г/(кВт⋅ч) – теплоты, МДж/( кВт⋅ч) Эффективный КПД Среднее эффективное давление, МПа: 160…217 205…300 – 8,6…13,4 0,3…0,4 0,6…0,8 0,35…0,45 0,8…1,8 0,25…0,33 0,6…1,2 0,23…0,30 0,50…0,75 Удельный эффективный расход: – топлива, г/(кВт⋅ч) 210…280 190…245 250…325 – – теплоты, МДж/( кВт⋅ч) – – – 12…17 Максимальная температура газов перед турбиной, °С – 650…800 – – Геометрические параметры КШМ двигателей Марка двигателя МеМЗ-245 ВАЗ-2112,-1111 ЗМЗ-402 МеМЗ-968,УД-15 АЗЛК-412,2140, 331.10 ЗИЛ-130 ЗМЗ-53 ЗМЗ-66 ВАЗ-2103,-2130 ПА-15 ПА-10УД ММВЗ-3.115 СН-6Д Д-50,Д-240 Д-144, Д-37,Д-21 КамАЗ-740 ЯМЗ-842 ЯМЗ-238 ЯАЗ-204/206 Геометрические параметры КШМ R, мм L, мм ш Бензиновые двигатели 33,5 122 0,275 35,5 120 0,296 46,0 168 0,274 33 141 0,234 35 134 0,261 47,6 40 40 40 29 42,5 29 185 0,254 156 0,256 156 0,256 134 0,299 112 0,259 160 0,266 125 0,232 Дизельные двигатели ггели 37,5 112,6 0,333 62,5 230 0,272 60 215 0,279 60 210 0,286 70 270 0,259 70 265 0,264 63,75 257 0,248 42 1/ ш 3,64 3,38 3,65 4,27 3,38 3,94 3,91 3,91 3,34 3,86 3,76 4,31 3,0 3,68 3,58 3,50 3,86 3,79 4,03 Библиографический список Официальные документы 1. Студенческие работы. Общие требования к оформлению. Стандарт организации. СТО-13-2011. Офиц. сайт ЛГТУ. URL: http://www.stu.lipetsk.ru. 2. Студенческие работы: виды, требования к структуре и содержанию. Стандарт организации. СТО-12-2012. Офиц. сайт ЛГТУ. URL: http://www.stu.lipetsk.ru. Основная литература 1. Архангельский В.М и др. Автомобильные двигатели / Под. ред. М.С. Ховаха. - М.: Машиностроение, 1977. - 591 с. 2. Двигатели внутреннего сгорания: В 3 кн. Кн. 1. Теория рабочих процессов. /Под ред. В.Н. Луканина. - М.: Высшая школа, 1995. – 368 с. 3. Двигатели внутреннего сгорания. Теория поршневых и комбинированных двигателей: Учеб. для втузов / Под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. 4-е изд. – М.: Машиностроение, 1983. – 375 с. 4. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: Учеб. пособие для вузов. – М.: Высш. шк., 2002. – 496 с. 5. Гаврилов А.А., Игнатов М.С., Эфрос В.В. Расчет циклов поршневых двигателей: Учеб. пособие / Владим. гос. ун–т. Владимир, 2003. 124 с. Дополнительная литература 6. Алексеев И.В., С.Н. Богданов, С.А. Пришвин и др.Учебное пособие по курсовому проектированию двигателей внутреннего сгорания. Ч.1. Методика выполнения теплового расчета.- М: МАДИ(ГТУ), 2004. -85 с. 7. Лиханов В.А., Деветьяров Р.Р. Расчет двигателей внутреннего сгорания: Учебное пособие». - 3-е изд., испр. и доп. – Киров: Вятская ГСХА, 2008. – 69 с. 8. Якунин Н.Н., Калимуллин Р.Ф., Горбачев С.В. Расчет автомобильных двигателей: методические указания к курсовому проекту, часть 1 – тепловой расчет рабочего цикла двигателя.- Оренбург: ГОУ ОГУ, 2003.- 50с. 43