Расчет скоростной характеристики ДВС


Содержание

ВВЕДЕНИЕ

1. Расчетно-физическое определение параметров внешней скоростной характеристики транспортного поршневого двигателя

1.1 Расчет бензинового двигателя

1.2 Расчет дизельного двигателя

ВВЕДЕНИЕ

Основой силового модуля современных транспортных средств является поршневой двигатель внутреннего сгорания – тепловая машина, преобразующая теплоту сгорания углеводородных топлив в механическую энергию.

В процессе эксплуатации параметры работы двигателя (развиваемые мощность и крутящий момент, массовый и удельный расходы топлива, выброс токсичных и концерогенных веществ с отработавшими газами и др.) существенно ухудшаются и возникает необходимость в автосервисном воздействии на двигатель, то есть в различных регулировках или текущем ремонте его систем и узлов.

Правильность реализованных технологических процессов в сервисе и выбранного инструментария, достаточность квалификационного уровня исполнителей и наличие у них устойчивых навыков выполнения конкретных услуг, а также, в конечном итоге, соответствие автомобиля в целом и отремонтированного двигателя в частности правилам безопасности дорожного движения могут быть проверены, например, путем сравнения ряда замеренных на испытательном стенде и расчетно-теоретических параметров работы двигателя.

Целью работы является закрепление знаний, полученных на лекционных и практических по дисциплине.

Задачами работы являются приобретение навыков расчета и построения скоростной зависимости бензинового или дизельного двигателя, анализ регулировочных кривых, а также оценка качества выполненных регулировочных и ремонтных воздействий надвигатель.

1. Расчетно-физическое определение параметров внешней скоростной характеристики транспортного поршневого двигателя

1.1 Расчет бензинового двигателя

В качестве базового принимаем четырехтактный 4-цилиндровый безнаддувный бензиновый двигатель (плотность воздуха на всасывании Pо =1,21 кг/м3 ), в котором для стехиометрического сгорания 1 кг топлива требуется 14,95 кг воздуха (L0 =14,95 кг/кг).

Таблица 1: Варианты расчета.

ПараметрыВарианты
12345Резерв
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

Объем двигателя Vдв, л

1,35

1,401,451,501,551,60
Ход поршня S, мм707075758080
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 расчета принимаем вариант – резерв.

Расчет.

1. Мощность в расчетных 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 )=41,837 кВт

N4000 =68-4000/5550-(1+4000/5550-(4000/5550)2 )=53,679 кВт

N5000 =68-5000/5550-(1+5000/5550-(5000/5550)2 )=60,843 кВт

N6000 =68-6000/5550-(1+6000/5550-(6000/5550)2 )=61,152 кВт

2. Эффективный крутящий 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. Средняя скорость 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. Среднее эффективное 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. Среднее давление 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. Среднее индикаторное 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. Индикаторный крутящий 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.Удельный эффективный 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 )=283,776 г/кВтч

Q6000 =294-(1.55-1.55- 6000/5550+(6000/5550)2 )=306,66 г/кВтч

9. Часовой расход 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

Полученные данные группируем в таблицу.

Таблица 2: Расчетные данные.

Частота вращения коленчатого вала, мин-1Параметры внешней скоростной характеристики
Ne, кВтMe, НмРе, МН/м2Vср, м/сРm, МН/м2Mi, НмGe, г/кВтчGТ, кг/чƞV
5006,043115,430,9071,3320,049121,686417,0322,520,091
100012,821122,4440,9622,6640,064130,617383,1374,9120,885
200027,492131,2761,0315,3280,094143,283329,6639,0630,817
300041,837133,1811,0467,9920,124149,022295,27812,3530,742
400053,679128,1581,00610,6560,154147,833279,98215,0290,677
500060,842116,2090,91313,320,185139,716283,77617,2660,622
600061,15297,3330,76415,9840,215124,672306,6618,7530,563

По данным таблицы строим графики внешней скоростной характеристики ДВС.

(см. Приложение 1).

1.2 Расчет дизельного двигателя

В качестве базового принимаем четырехтактный 8-цилиндровый дизельный двигатель с наддувом (плотность воздуха на всасывании Pо =1,73 кг/м3 ), в котором для стехиометрического сгорания 1 кг топлива требуется 14,45 кг воздуха (L0 =14,45 кг/кг).

Таблица 3: Варианты расчета.

ПараметрыВарианты
12345Резерв
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

Объем двигателя Vдв, л

14,0

14,2

14,5

14,8

15,0

15,0

Ход поршня S, мм138140142144146148
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 расчета принимаем вариант – 4.

Расчет.

1. Мощность в расчетных 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. Эффективный крутящий 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. Средняя скорость 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. Среднее эффективное 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. Среднее давление 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. Среднее индикаторное 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. Удельный эффективный 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. Часовой расход 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: Расчетные данные.

Частота вращения колен-чатого вала, мин-1Параметры внешней скоростной характеристики
Nex, кВтMex, Нм

Реx,

МН/м2

Vсрx,

М/с

Рmx,

МН/м2

Mix, НмGex, г/кВтчGТx, кг/чƞVx
50069,1221320,2271,1212,3980,119156,818240,51116,6250,696
1000151,8221449,8971,2314,7950,148213,939216,14332,80,785
1500230,4731467,3471,2467,1930,176258,735208,59648,0760,767
2000287,4511372,5781,1659,590,205281,518218,1762,7130,75


Зараз ви читаєте: Расчет скоростной характеристики ДВС