Содержание
ВВЕДЕНИЕ
1. Расчётно-физическоеопределение параметров внешней скоростной характеристики транспортногопоршневого двигателя
1.1 Расчёт бензиновогодвигателя
1.2 Расчёт дизельногодвигателя
ВВЕДЕНИЕ
Основойсилового модуля современных транспортных средств является поршневой двигательвнутреннего сгорания – тепловая машина, преобразующая теплоту сгоранияуглеводородных топлив в механическую энергию.
В процессеэксплуатации параметры работы двигателя (развиваемые мощность и крутящиймомент, массовый и удельный расходы топлива, выброс токсичных и концерогенныхвеществ с отработавшими газами и др.) существенно ухудшаются и возникаетнеобходимость в автосервисном воздействии на двигатель, то есть в различныхрегулировках или текущем ремонте его систем и узлов.
Правильностьреализованных технологических процессов в сервисе и выбранного инструментария,достаточность квалификационного уровня исполнителей и наличие у них устойчивыхнавыков выполнения конкретных услуг, а также, в конечном итоге, соответствиеавтомобиля в целом и отремонтированного двигателя в частности правиламбезопасности дорожного движения могут быть проверены, например, путём сравненияряда замеренных на испытательном стенде и расчётно-теоретических параметровработы двигателя.
Целью работыявляется закрепление знаний, полученных на лекционных и практических подисциплине.
Задачамиработы являются приобретение навыков расчёта и построения скоростнойзависимости бензинового или дизельного двигателя, анализ регулировочных кривых,а также оценка качества выполненных регулировочных и ремонтных воздействий на двигатель.
1. Расчётно-физическоеопределение параметров внешней скоростной характеристики транспортногопоршневого двигателя
1.1 Расчётбензинового двигателя
В качествебазового принимаем четырёхтактный 4-цилиндровый безнаддувный бензиновый двигатель(плотность воздуха на всасывании Pо=1,21 кг/м3), вкотором для стехиометрического сгорания 1 кг топлива требуется 14,95 кг воздуха(L0=14,95 кг/кг).
Таблица 1: Вариантырасчёта.Параметры Варианты 1 2 3 4 5 резерв Эффективная мощность двигателя Ne, кВт 55 58 60 62 65 62
Частота вращения коленчатого вала в режиме эффективной мощности nN, мин-1 5200 5250 5300 5400 5500 5550 Объём двигателя Vдв, л 1,35 1,40 1,45 1,50 1,55 1,60 Ход поршня S, мм 70 70 75 75 80 80 Коэффициент избытка воздуха LN на режиме эффективной мощности 0,90 0,90 0,92 0,91 0,91 0,90
Удельный эффективный расход топлива на режиме эффективной мощности qeN, г/кВтч 298 297 296 295 294 294
Для расчётапринимаем вариант – резерв.
Расчёт.
1. Мощностьв расчётных точках:
Nex=Ne·nx/nN·(1+nx/nN-(nx/nN)2);кВт
N500=68·500/5550·(1+500/5550-(500/5550)2)=6,043 кВт
N1000=68·1000/5550·(1+1000/5550-(1000/5550)2)= 12,821 кВт
N2000=68·2000/5550·(1+2000/5550-(2000/5550)2)= 27,492 кВт
N3000=68·3000/5550·(1+3000/5550-(3000/5550)2)=41,837кВт
N4000=68·4000/5550·(1+4000/5550-(4000/5550)2)=53,679кВт
N5000=68·5000/5550·(1+5000/5550-(5000/5550)2)=60,843кВт
N6000=68·6000/5550·(1+6000/5550-(6000/5550)2)=61,152кВт
2. Эффективныйкрутящий момент:
Mex=9550·Nex/ nx; Нм
M500=9550·6,043 / 500=115,43 Нм
M1000=9550·12,821/ 1000=122,444 Нм
M2000=9550·27,492/ 2000=131,276 Нм
M3000=9550·41,837/ 3000=133,181 Нм
M4000=9550·53,679/ 4000=128,158 Нм
M5000=9550·60,843/ 5000=116,209 Нм
M6000=9550·61,152/ 6000=97,333 Нм
3. Средняяскорость поршня.
Vсрх=333·10-7·S·nx; м/с
V500=333·10-7·80·500 =1,332 м/с
V1000=333·10-7·80·1000 =2,664 м/с
V2000=333·10-7·80·2000=5,328 м/с
V3000=333·10-7·80·3000=7,992 м/с
V4000=333·10-7·80·4000=10,656 м/с
V5000=333·10-7·80·5000 =13,32 м/с
V6000=333·10-7·80·6000 =15,984 м/с
4. Среднееэффективное давление цикла.
Pex=120·Nex / Vдв ·nx; МН/м2
P500=120·6,043/1,60·500=0,907 МН/м2
P1000=120·12,821/1,60·1000=0,962 МН/м2
P2000=120·27,492/1,60·2000=1,031 МН/м2
P3000=120·41,837/1,60·3000=1,046 МН/м2
P4000=120·53,679/1,60·4000=1,006 МН/м2
P5000=120·60,843/1,60·5000=0,913 МН/м2
P6000=120·61,152/1,60·6000=0,764 МН/м2
5. Среднеедавление механических потерь.
Pmx=0.034+0.0113·Vсрх; МН/м2
P500=0.034+0.0113·1,332=0.049 МН/м2
P1000=0.034+0.0113·2,664=0.064 МН/м2
P2000=0.034+0.0113·5,328=0.094 МН/м2
P3000=0.034+0.0113·7,992=0.124 МН/м2
P4000=0.034+0.0113·10,656=0.154 МН/м2
P5000=0.034+0.0113·13,32=0.185 МН/м2
P6000=0.034+0.0113·15,984=0.215 МН/м2
6. Среднееиндикаторное давление цикла.
Pix=Pex+ Pmx; МН/м2
P500=0,907 + 0.049=0.956 МН/м2
P1000=0,962 + 0.064=1.026 МН/м2
P2000=1,031 + 0.094=1.125 МН/м2
P3000=1,046 + 0.124=1.170 МН/м2
P4000=1,006 + 0.154=1.161 МН/м2
P5000=0,913 + 0.185=1.097 МН/м2
P6000=0,764 + 0.215=0.979 МН/м2
7. Индикаторныйкрутящий момент.
Mix=79.59·Vдв · Pix; Нм
M500=79.59·1,60·0.956=121,686 Нм
M1000=79.59·1,60·1.026=130,617 Нм
M2000=79.59·1,60·1.125=143,283 Нм
M3000=79.59·1,60·1.170=149,022 Нм
M4000=79.59·1,60·1.161=147,833 Нм
M5000=79.59·1,60·1.097=139,716 Нм
M6000=79.59·1,60·0.979= 124,672Нм
8.Удельныйэффективный расход топлива.
qex=qeN·(1.55-1.55·nx/nN+(nx/nN)2); г/кВтч
q500=294·(1.55-1.55·500/5550+(500/5550)2)=417,032 г/кВтч
q1000=294·(1.55-1.55·1000/5550+(1000/5550)2)=383,137 г/кВтч
q2000=294·(1.55-1.55·2000/5550+(2000/5550)2)=329,663 г/кВтч
q3000=294·(1.55-1.55·3000/5550+(3000/5550)2)=295,278 г/кВтч
q4000=294·(1.55-1.55·4000/5550+(4000/5550)2)=279,982 г/кВтч
q5000=294·(1.55-1.55· 5000/5550+(5000/5550)2)=283,776г/кВтч
q6000=294·(1.55-1.55·6000/5550+(6000/5550)2)=306,66 г/кВтч
9. Часовойрасход топлива.
GTx=0.001·qex· Nex; кг/ч
G500=0.001·417,032 · 6,043=2,520кг/ч
G1000=0.001·383,137 · 12,821=4,912 кг/ч
G2000=0.001·329,663 · 27,492=9,063кг/ч
G3000=0.001·295,278 · 41,837=12,353 кг/ч
G4000=0.001·279,982 · 53,679=15,029 кг/ч
G5000=0.001·283,776 · 60,843=17,266 кг/ч
G6000=0.001·306,66 · 61,152=18,753 кг/ч
10.Коэффициент избытка воздуха.
Lx=0.7– 0.8
L500=0.7
L1000=0.7
L2000 –6000 =0.8
11.Коэффициент наполнения цилиндров.
ƞVx=L0· Pex·Lx· qex/3600·P0;
ƞ500=14,95 · 0,907 ·0,7· 417,032 /3600·1,21=0,9081
ƞ1000=14,95 · 0,962 ·0,7· 383,137 /3600·1,21=0,885
ƞ2000=14,95 · 1,031 ·0,7· 329,663 /3600·1,21=0,817
ƞ3000=14,95 · 1,046 ·0,7· 295,278 /3600·1,21=0,742
ƞ4000=14,95 · 1,006 ·0,7· 279,982 /3600·1,21=0,677
ƞ5000=14,95 · 0,913 ·0,7· 283,776 /3600·1,21=0,622
ƞ6000=14,95 · 0,764 ·0,7· 306,66 /3600·1,21=0,563
Полученныеданные группируем в таблицу.
Таблица 2:Расчётные данные.
Частота вращения коленчатого вала, мин-1 Параметры внешней скоростной характеристики /> /> Ne, кВт Me, Нм Ре, МН/м2 Vср, м/с Рm, МН/м2 Mi, Нм
ge, г/кВтч
GТ, кг/ч
ƞV /> 500 6,043 115,43 0,907 1,332 0,049 121,686 417,032 2,52 0,091 /> 1000 12,821 122,444 0,962 2,664 0,064 130,617 383,137 4,912 0,885 /> 2000 27,492 131,276 1,031 5,328 0,094 143,283 329,663 9,063 0,817 /> 3000 41,837 133,181 1,046 7,992 0,124 149,022 295,278 12,353 0,742 /> 4000 53,679 128,158 1,006 10,656 0,154 147,833 279,982 15,029 0,677 /> 5000 60,842 116,209 0,913 13,32 0,185 139,716 283,776 17,266 0,622 /> 6000 61,152 97,333 0,764 15,984 0,215 124,672 306,66 18,753 0,563 />
По даннымтаблицы строим графики внешней скоростной характеристики ДВС.
(см.Приложение 1).
1.2 Расчётдизельного двигателя
В качествебазового принимаем четырёхтактный 8-цилиндровый дизельный двигатель с наддувом(плотность воздуха на всасывании Pо=1,73 кг/м3), вкотором для стехиометрического сгорания 1 кг топлива требуется 14,45 кг воздуха(L0=14,45 кг/кг).
Таблица 3:Варианты расчёта.Параметры Варианты 1 2 3 4 5 резерв Эффективная мощность двигателя Ne, кВт 290 295 300 305 310 315
Частота вращения коленчатого вала в режиме эффективной мощности nN, мин-1 2200 2250 2300 2350 2400 2450 Объём двигателя Vдв, л 14,0 14,2 14,5 14,8 15,0 15,0 Ход поршня S, мм 138 140 142 144 146 148 Коэффициент избытка воздуха LN на режиме эффективной мощности 1,56 1,57 1,58 1,59 1,60 1,61
Удельный эффективный расход топлива на режиме эффективной мощности qeN, г/кВтч 233 234 234 235 235 236
Для расчётапринимаем вариант – 4.
Расчёт.
1. Мощностьв расчётных точках:
Nex=Ne·nx/nN·(0,87+1,13·nx/nN-(nx/nN)2);кВт
N500=305·500/2350·(0,87+1,13·500/2350-(500/2350)2)=69,122 кВт
N1000=305·1000/2350·(0,87+1,13·1000/2350-(1000/2350)2)= 151,822 кВт
N1500=305·1500/2350·(0,87+1,13·1500/2350-(1500/2350)2)= 230,473 кВт
N2000=305·2000/2350·(0,87+1,13·2000/2350-(2000/2350)2)=287,451 кВт
2. Эффективныйкрутящий момент:
Mex=9550·Nex/ nx; Нм
M500=9550·69,122 / 500=1320,227 Нм
M1000=9550·151,822 / 1000= 1449,897 Нм
M1500=9550·230,473 / 1500=1467,347 Нм
M2000=9550·287,451 / 2000=1372,578 Нм
3. Средняяскорость поршня.
Vсрх=333·10-7·S·nx; м/с
V500=333·10-7·144·500 =2,398 м/с
V1000=333·10-7·144·1000 =4,795 м/с
V1500=333·10-7·144·1500=7,193 м/с
V2000=333·10-7·144·2000=9,59 м/с
4. Среднееэффективное давление цикла.
Pex=120·Nex / Vдв ·nx; МН/м2
P500=120·69,122/14,8·500=1,121 МН/м2
P1000=120·151,822/14,8·1000=1,231 МН/м2
P2000=120·230,473/14,8·1500=1,246 МН/м2
P3000=120·287,451/14,8·2000=1,165 МН/м2
5. Среднеедавление механических потерь.
Pmx=0.09+0.0112·Vсрх; МН/м2
P500=0.09+0.0112·2,398 =0,119 МН/м2
P1000=0.09+0.0112·4,795 =0,148 МН/м2
P1500=0.09+0.0112·7,193 =0,176 МН/м2
P2000=0.09+0.0112·9,59 =0,205 МН/м2
6. Среднееиндикаторное давление цикла.
Pix=Pex+ Pmx; МН/м2
P500=1,121 + 0,119 =0,133 МН/м2
P1000=1,231 + 0,148 =0,181 МН/м2
P1500=1,246 + 0,176 =0,22 МН/м2
P2000=1,165 + 0,205 =0,239 МН/м2
7.Индикаторный крутящий момент.
Mix=79.59·Vдв · Pix; Нм
M500=79.59·14,8·0,133=156,818 Нм
M1000=79.59·14,8·0,181=213,939 Нм
M1500=79.59·14,8·0,22=258,735 Нм
M2000=79.59·14,8·0,239=281,518 Нм
8. Удельныйэффективный расход топлива.
qex=qeN·(1.2-nx/nN+0,8·(nx/nN)2);г/кВтч
q500=235·(1.2-500/2350+0,8·(500/2350)2)= 240,511 г/кВтч
q1000=235·(1.2-1000/2350+0,8·(1000/2350)2)= 216,143 г/кВтч
q1500=235·(1.2-1500/2350+0,8·(1500/2350)2)= 208,596 г/кВтч
q2000=235·(1.2-2000/2350+0,8·(2000/2350)2)= 218,17 г/кВтч
9. Часовойрасход топлива.
GTx=0.001·qex· Nex; кг/ч
G500=0.001·240,511 · 69,122 =16,625 кг/ч
G1000=0.001·216,143 · 151,822 =32,8 кг/ч
G1500=0.001·208,596 · 230,473 =48,076 кг/ч
G2000=0.001·218,17 · 287,451 =62,713 кг/ч
10.Коэффициент избытка воздуха.
L500=0.7·LN=1.113
L1000 –2000 =0.8·LN=1.272
11.Коэффициент наполнения цилиндров.
ƞVx=L0· Pex·Lx· qex/3600·P0;
ƞ500=14,45 · 1,121·1.113· 240,511/3600·1,21=0,696
ƞ1000=14,45 · 1,231·1.272· 216,143/3600·1,21=0,785
ƞ2000=14,45 · 1,246·1.272· 208,596/3600·1,21=0,767
ƞ3000=14,45 · 1,165·1.272· 218,17/3600·1,21=0,75
Таблица 4:Расчётные данные.
Частота вращения колен-чатого вала, мин-1 Параметры внешней скоростной характеристики /> /> Nex, кВт Mex, Нм
Реx,
МН/м2
Vсрx,
м/с
Рmx,
МН/м2 Mix, Нм
gex, г/кВтч
GТx, кг/ч
ƞVx /> 500 69,122 1320,227 1,121 2,398 0,119 156,818 240,511 16,625 0,696 /> 1000 151,822 1449,897 1,231 4,795 0,148 213,939 216,143 32,8 0,785 /> 1500 230,473 1467,347 1,246 7,193 0,176 258,735 208,596 48,076 0,767 /> 2000 287,451 1372,578 1,165 9,59 0,205 281,518 218,17 62,713 0,75 />