Тепловой расчет двигателя BFQ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПО РЫБОЛОВСТВУ

МУРМАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

Политехнический институт

Кафедра Энергетики и Транспорта

ЗАДАНИЕ

на выполнение РГЗ

студенту Дарковскому Павлу Павловичу                            группа ЭТМ(б)-311      

 

1. Тема: Тепловой расчет двигателя BFQ                        

2. Основные данные для  выполнения проекта:

Марка автомобиля                                                    Volkswagen Golf 4  Марка двигателя                                                     BFQ

Эффективная мощность двигателя, Nе, кВт   75 кВт

Номинальная частота вращения, n, об/мин   5600 об/мин

Применяемое топливо                                           Бензин

3. Содержание проекта:

3.2. Раздел 1. Расчет рабочих процессов, индикаторных и эффективных показателей двигателя.

3.3. Раздел 2. Расчет и построение индикаторной диаграммы.

 

 

Дата выдачи задания «     »                            2014 г.

Руководитель проекта _______________________________________________

(подпись)

Исполнитель _______________________________________________________

(подпись)

Введение

 

На наземном транспорте наибольшее распространение получили двигатели внутреннего сгорания. Эти двигатели отличаются компактностью, высокой экономичностью, долговечностью и применяются во всех отраслях народного хозяйства.                                              

В настоящее время особое внимание уделяется уменьшению токсичности выбрасываемых в атмосферу вредных веществ и снижению уровня шума работы двигателей.

Специфика технологии производства двигателей и повышение требований к качеству двигателей при возрастающем объеме их производства, обусловили необходимость создания специализированных моторных заводов. Успешное применение двигателей внутреннего сгорания, разработка опытных конструкций и повышение мощностных и экономических показателей стали возможны в значительной мере благодаря исследованиям и разработке теории рабочих процессов в двигателях внутреннего сгорания.

Выполнение задач по производству и эксплуатации транспортных двигателей требует от специалистов глубоких знаний рабочего процесса двигателей, знания их конструкций и расчета двигателей внутреннего сгорания.

Рассмотрение отдельных процессов в двигателях и их расчет позволяют определить предполагаемые показатели цикла, мощность и экономичность, а также давление газов, действующих в надпоршневом пространстве цилиндра, в зависимости от угла поворота коленчатого вала. По данным расчета можно установить основные размеры двигателя (диметр цилиндра и ход поршня) и проверить на прочность его основные детали.

Расчётно-графическое задание по теме "Тепловой расчёт двигателя" ставит своей целью:

•  закрепление и расширение теоретических и практических знаний по тепловому расчёту автомобильных двигателей;

•   развитие у студентов навыков самостоятельной работы со специальной нормативной и научно-технической литературой, обучение современным методам расчёта, сбора, анализа, обработки полученных данных и информации.

Темой данного курсового проекта является исследование теплового расчёта двигателя автомобиля Volkswagen Golf 4, составление математического описания диаграмм: индикаторной и диаграммы сил двигателя автомобиля Volkswagen Golf 4.

 

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

Введение……………………………………………………………………………3

Раздел 1. Расчет рабочих процессов, индикаторных и эффективных

показателей двигателя ………………………………………………….5

Раздел 2. Расчет и построение индикаторной диаграммы …………….……....20

Заключение……………………………………………………………….…….…26

Список использованных источников……………………………………………27

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1 Исходные данные для расчета

 

Таблица 1.1 - Исходные данные для расчета двигателя

Наименование параметра	Обозначение	Единицы измерения	Значение
1	2	3	4
Характеристики двигателя
Диаметр цилиндра	Dц	м	0,081
Ход поршня	S	м	0,077
Степень сжатия	e		10,5
Номинальное число оборотов	n	об/мин	5600
Минимальная устойчивая частота вращения	nmin	об/мин	900
Число цилиндров	i		4
Давление окружающей среды	Р0	МПа	0,1013
Температура окружающей среды	Т0	К	293
Давление остаточных газов	Pr	МПа	0,11
Температура остаточных газов	Тr	К	900
Подогрев заряда от стенок цилиндра при наполнении	DТ	К	20
Коэффициент дозарядки	λ 1	-	1,12
Коэффициент очистки камеры сжатия	λ2	-	1
Давление в конце наполнения	pa	МПа	0,085
Доля углерода в топливе	gC		0,865
Доля водорода в топливе	gH		0,132
Доля кислорода в топливе	gО		0,003
Низшая теплота сгорания топлива	QH	кДж/кг	42900
Коэффициент использования тепла в точке цикла z	zz		0,9
Коэффициент использования тепла в точке цикла b	zb		0,9
Коэффициент скругления индикаторной диаграммы	jид		0,95
Коэффициент избытка воздуха	α	-	1
Молекулярный вес		Кг/моль	114
Коэффициент учитывающий различие в теплоемкостях свежего заряда и остаточных газов	φ		1,1
Коэффициент для корректировки максимального давления при расчете величины действительного наибольшего давления цикла	Kz		0,85
Коэффициент «a» для расчета давления механических потерь	а	МПа	0,034
Коэффициент «a» для расчета давления механических потерь	b	(МПа*c)/м	0,0113
Радиус кривошипа	Rкр	м	0,0385
29. Длина шатуна	Lш	м	0,143

 

1.2 Параметры процессов газообмена

Смену рабочего тела при осуществлении процессов выпуска и впуска называют газообменом. От количества свежего заряда, оставшегося в цилиндре после завершения газообмена, в решающей степени зависят получаемая в цикле работа и, следовательно, мощность двигателя.

Коэффициентом остаточных газов называется отношения количества газов оставшихся в цилиндре от предыдущего цикла, к количеству поступившего свежего заряда.

Расчет значений осуществляется методом последовательных приближений.

 Необходимо принять первоначальное  значение коэффициента наполнения ( ).

Принимаем =0,760.

(1.1)

Рассчитывается значение температуры заряда в конце наполнения.

Температура заряда в конце наполнения представляет собой температуру рабочей смеси свежего заряда, получившего теплоту от внутренних стенок цилиндра и остаточных газов, оставшихся в цилиндре от предыдущего цикла

(1.2)

Рассчитывается значение коэффициента наполнения.

Коэффициент наполнения представляет собой отношение действительного количества свежего заряда, заполнившего цилиндр после завершения газообмена, к тому количеству свежего заряда, которое теоретически могло бы заполнить рабочий объем цилиндра при давлении р0 (рк) и температуре Т0 (Тк).

Коэффициент наполнения для четырехтактных двигателей определяется по формуле:

(1.3)

Сравнивается принятое значение коэффициента наполнения со значением коэффициента наполнения рассчитанного по формуле 2.4. Значения равны, расчет данных показателей считается законченным.

 

1.3 Процесс сжатия

 

Посредством сжатия свежего заряда достигается увеличение температуры, улучшаются условия воспламенения и горения топлива. Это позволяет получить большую работу при расширении продуктов сгорания и повысить экономичность двигателя.

Действительный процесс сжатия в двигателях представляет собой политропический процесс, осуществляющийся с переменным показателем политропы ( ) по всей линии сжатия. При практических расчетах рабочего цикла использование переменных значений показателя затруднительно и не вызывается необходимостью. При расчетах по методу Гриневецкого переменный показатель политропы сжатия заменяют постоянным средним значением n1, обеспечивающим те же значения в конце сжатия.

Показатель политропы сжатия n1 рассчитывается методом последовательных приближений из выражения

 

0,37=0,37.

(1.4)

где Rм = 8,31451 кДж/(кмоль×К) – универсальная газовая постоянная; а, b – коэффициенты в уравнении средней теплоемкости при сжатии (а = 20,16, b = 0,001738).

    

Давление в конце сжатия

 

(1.5)

 

Температура в конце сжатия

 

(1.6)

 

Работа сжатия

 

(1.7)

 

 

1.4 Расчет параметров рабочего тела

 

В поршневых двигателях внутреннего сгорания происходит горение топливовоздушной смеси при окислении топлива кислородом воздуха. Соотношение между количеством исходных продуктов (топливо и воздух) и продуктов сгорания может быть найдено из уравнений химической реакции при следующих допущениях:

• все химические соединения состоят из атомов отдельных элементов, связанных между собой в определенных численных соотношениях;
• при химических реакциях атомы сохраняют свою индивидуальность и происходит только их перегруппировка;
• массы исходных продуктов и продуктов сгорания равны между собой. Объем продуктов сгорания в общем случае не равен объему исходных продуктов.

Химическая реакция сопровождается перестройкой электронных оболочек реагирующих веществ, в результате чего образуются новые внутримолекулярные связи, изменяющие силы взаимодействия между молекулами. Часть внутренней энергии системы, которая преобразуется в теплоту и работу только при протекании химической реакции, называется химической энергией. Если при реакции химическая энергия системы уменьшается и в виде теплоты передается окружающей среде, то реакцию называют экзотермической. Все реакции окисления топлив кислородом воздуха являются экзотермическими и идут с интенсивным повышением температуры и образованием пламени, т.е. имеет место горение топлива.

Для нефтяных моторных топлив приближенно известен групповой (углеводородный) состав, который зависит от типа исходной нефти и технологического процесса нефтепереработки. По мере увеличения молярной массы топлив в них могут появляться в незначительном количестве соединения серы, азота, смолистые соединения, тяжелые металлы и др. При расчете процесса сгорания наличием этих элементов в бензинах и дизельных топливах обычно пренебрегают. Для нефтяных топлив элементный состав в зависимости от группового состава задают массовыми долями углерода gC, водорода gH и кислорода gО, сумма которых равна единице.

Минимальное количество воздуха, необходимое для полного окисления всего поданного топлива, называется стехиометрическим.

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива

 

	(1.8)
	(1.9)

где mв - молярная масса воздуха, mв = 28,95 кг/кмоль.

Коэффициентом избытка воздуха называется отношение количества воздуха содержащегося в смеси, к количеству, которое теоретически необходимо для полного сгорания топлива.

В начале каждого цикла в двигатель поступает свежий заряд, который представляет собой воздух.

 

Количество свежего заряда равно:

• для двигателей с искровым зажиганием

 

(1.10)

Количество молей остаточных газов

 

(1.11)

 

Количество молей составляющих продукты сгорания:

• количество молей окиси углерода:
• если

 

(1.12)

 

• количество молей двуокиси углерода:
• если

 

(1.13)

 

• количество молей водорода:
• если

 

(1.14)

 

• количество молей воды:
• если

 

(1.15)

 

• количество молей азота:
• если

 

(1.16)

 

• количество молей кислорода:
• если