Транспортные двигатели


Транспортные двигатели - page 2

7 Эффективные показатели работы двигателяЭффективные показатели характеризуют  двигатели в целом, так как учитывают не только потери теплоты, но и механические потери в  двигателе. Для их определения вначале находят среднее давление  механических потерь: Рм = 0,103 + 0,012 Cm,                                         (7.1)где Сm – средняя скорость поршня, м/с:                                                   (7.2)Среднее давление механических потерь равно:Рм = 0,103 + 0,012 · 12,92 = 0,258 МПа.Среднее эффективное  давление определяется по формуле:

Ре  = Рi  –  Рм;                                                   (7.3)Ре = 0,829 – 0,258 = 0,571 МПа.Механический КПД  двигателя определяется по формуле:                                                  (7.4)Эффективный КПД двигателя определяется по формуле:

hе = hi hм ;                                              (7.5)hе = 0,374 × 0,689 = 0,258.Удельный эффективный расход  топлива определяется по формуле:

                                                  (7.6)Эффективная мощность двигателя, определяется по формуле:

Nе = Ni  hм.                                                (7.7)

Nе = 113,88 × 0,689 = 78,46 кВт.8 Построение индикаторной  диаграммыИндикаторная диаграмма строится в координатах давление Р – V. По оси абсцисс откладываются вычисленные ранее объемы Va, Vc, Vz, Vв, соответствующие положению характерных точек индикаторной диаграммы. По оси ординат откладываются вычисленные ранее давления Pa, Pc, Pz, Pв. По значениям объемов и давлений находим положение характерных точек индикаторной диаграммы ("а", "с", "z", "в").

Далее необходимо определить координаты промежуточных точек политроп сжатия "а" – "с" и расширения "z" – "b". Для этого выразим значение давлений Р этих политроп при заданном текущем объеме V.

Расчет политропы сжатия                                               (8.1)Расчет политропы расширения                                             (8.2)Объем цилиндра определяется по формуле:V = Vc + Fп  S.                                               (8.3)Ход поршня определяется по формуле:

S  = R (1 – cos j + l (1 – cos 2j) / 4),                              (8.4)где  R – радиус кривошипа коленчатого вала (берется по заданию как половина

              хода поршня), R  = 0,051 м;

      j  – угол  поворота коленчатого вала, град.

       l – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна:                                                      (8.5)где lш – длина шатуна, lш = 0,26 м.Пример расчета при   j  = 180º.S  = 0,051 · (1 – cos 180º + 0,196 · (1 – cos (2 · 180º)) / 4) = 0,102 м;

      

     

     Результаты  расчетов политропных процессов расширения и сжатия приведены в таблице 2.             Таблица 2 – Результаты расчета политропных процессов сжатия и расширения

j, ° S, м V = Vc+ Fп × S, м3 Сжатие Расширение
Va/ V (Va  / V)n1 P, МПа V / Vz (V / Vz)n2 P, МПа
180 0,102 0,777 · 10–3 1 1 0,088 11,188 20,962 0,320
210 0,096 0,734 · 10–3 1,059 1,080 0,095 10,486 19,318 0,347
240 0,080 0,621 · 10–3 1,251 1,353 0,119 8,871 15,648 0,428
270 0,056 0,451 · 10–3 1,723 2,084 0,183 6,443 10,458 0,641
300 0,029 0,259 · 10–3 3,000 4,407 0,388 3,700 5,199 1,289
330 0,008 0,111 · 10–3 7,000 13,832 1,217 1,586 1,788 3,747
360 0 0,054 · 10–3 14,5 36,970 3,253 1 1 6,7

Индикаторная диаграмма дизельного двигателя  изображена на рисунке 1.Список использованных источников      1 В. М Кленников., Ю. И. Боровских и др. Устройство автомобиля. – М.: Высшая школа, 1978. – 165 с.

     2  С. И. Сухопаров, Р. К. Гизатуллин. Термодинамика и транспортные двигатели: методические указания по выполнению контрольной  работы "Расчет рабочего процесса автотранспортного двигателя". – Гомель/БелГУТ , 2005. – 18 с.Содержание 

Введение……………………………………………………………………. 3
1 Расчет объема камеры сгорания………………………………………… 4
2 Расчет процесса наполнения……………………………………………. 5
3 Расчет параметров сжатия рабочего тела в цилиндре………………… 6
4 Расчет процесса сгорания……………………………………………….. 7
5 Расчет процесса расширения……………………………………………. 10
6 Индикаторные показатели работы двигателя………………………….. 11
7 Эффективные показатели работы двигателя…………………………... 13
8 Построение индикаторной  диаграммы………………………………… 15
Список использованных источников……………………………………... 18

en.coolreferat.com

Реферат Транспортные двигатели

ВведениеВо второй половине XIX века произошли события, приведшие впоследствии к появлению наиболее массового средства передвижения – автомобиля. В 1860г. французский механик Этьен Ленуар создал первый двигатель внутреннего сгорания. Однако этот двигатель во многом уступал паровым машинам того времени. Существенно повысить его эффективность удалось механику из Кельна Августу Отто, построившему в 1862г. четырехтактный двигатель внутреннего сгорания со сжатием горючей смеси.

Отто понадобилось 15 лет, чтобы сконструировать работоспособный двигатель. Однако этот двигатель работал на газе, был тихоходным и тяжелым, из-за чего получил применение лишь в стационарных условиях. Только перевод двигателя внутреннего сгорания на жидкое топливо открыл ему широкую дорогу на транспорте. Такой двигатель был создан в 1881г. техническим директором завода Отто в г. Дойце Готтлибом Даймлером.

Претерпев значительные конструктивные изменения, постоянно совершенствуясь, двигатели  Отто с принудительным искровым воспламенением и до настоящего времени остались наиболее массовой силовой установкой автомобиля.

В данной контрольной работе необходимо рассмотреть тепловой расчет автомобильного двигателя, определить основные параметры рабочего процесса двигателя. Также необходимо определить индикаторные и эффективные показатели работы двигателя и построить индикаторную диаграмму. 

Исходные данные для выполнения контрольной работы приведены в таблице 1.            Таблица 1 – Исходные данные

Тип двигателя дизельный
Степень сжатия, ε 14,5
Максимальное давление, Pz, МПа 6,7
Частота вращения коленчатого вала двигателя, n, об/мин 3800
Число цилиндров двигателя, i 6
Диаметр цилиндра,  dц, м 0,095
Ход поршня, S, м 0,102
Длина шатуна, lш, м 0,26

1 Расчет объема камеры сгоранияОбъем камеры сгорания определяется по формуле:                                                      ,                                                 (1.1)

                                                    

где  Vc– объем камеры сгорания двигателя, м3;

       Vh– рабочий объем цилиндра, м3;

         e – степень сжатия; e = 14,5.

Рабочий объем цилиндра определяется по формуле:                                                        ,                                                     (1.2)

                                                        

где  Fп – площадь поршня, м2;

         S – ход поршня, S  = 0,102 м. Fп = π D2 / 4,                                                     (1.3)где D – диаметр поршня, D = 0,095 м.

Площадь поршня согласно формуле (1.3) составит:Fп = 3,14 · 0,0952 / 4 = 0,708 · 10– 2 м2.Рабочий объем цилиндра согласно формуле (1.2) равен:

Vh = 0,708 · 10– 2× 0,102 = 0,723 · 10– 3 м3.Объем камеры сгорания равен: Vc = 0,723 · 10– 3 / (14,5 – 1) = 0,054 · 10– 3 м3.Объем цилиндра  в точках "а" и "b" индикаторной диаграммы для четырехтактного двигателя:                                            ,                                        (1.4)где  Vа, Vв – объем  цилиндра  в  точках   "а"  и  "b"   индикаторной   диаграммы 

    соответственно.Vа = Vв = 0,054 · 10– 3 + 0,723 · 10– 3 = 0,777 · 10– 3 м3.2 Расчет процесса наполненияДавление  в цилиндре в конце процесса  наполнения для  четырехтактных ДВС без наддува можно ориентировочно  принять:Ра  = (0,85 – 0,9) Ро,                                                                  (2.1)где Ро – атмосферное  давление  воздуха, МПа.  Для  стандартных  атмосферных

             условий Ро = 0,101 МПа [2]. Ра = 0,87 · 0,101 = 0,088 МПа.Температура заряда в конце процесса наполнения определяется по формуле:                                           (2.2)где  То – температура воздушного заряда на входе в двигатель, То = 293 К [2];   

       Dt – подогрев  рабочего  тела  в  цилиндре  от  стенок  в  конце  наполнения,

               Dt = 15 °C [2];

       Тr  – температура выпускных газов, Тr = 800 К [2];

        gr  – коэффициент остаточных газов, gr = 0,05 [2].Коэффициент  наполнения  цилиндра определяется по формуле:                                      (2.3)3 Расчет параметров сжатия рабочего тела в цилиндре

     Давление и температура в конце сжатия определяется по формуле:                                                  (3.1)

                                               (3.2)где n1 – показатель политропы сжатия, n1 = 1,35 [2]. 4 Расчет процесса сгоранияКоличество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива, определяется по формуле:                                      (4.1)где  – элементарный состав соответственно углерода, водорода и

                          кислорода в топливе по массе, [2]. кмоль.Количество свежего  заряда в цилиндре, кмоль, приходящегося на 1 кг топлива, определяется по формуле:М1 = a Lо,                                                      (4.2)где a – коэффициент избытка воздуха,  a  = 1,3 [2].М1 = 1,3 × 0,495 = 0,644 кмоль.Общее количество продуктов сгорания на 1  кг топлива определяется по формуле:                               (4.3) кмоль.Химический коэффициент молекулярного  изменения рабочего тела:                                            (4.4)

Действительный коэффициент молекулярного  изменения рабочей смеси с учетом наличия в цилиндре остаточных газов определяется по формуле:                                                                          (4.5)

Уравнение сгорания для дизельных двигателей имеет вид:    (4.6)где  x – коэффициент использования теплоты, для дизельных двигателей, x = 0,7;                

     Нu – низшая теплота сгорания  топлива, Нu = 42500 кДж/кг [2];

  mcvc – средняя молярная теплоемкость свежего заряда.

  mcv” – средняя молярная теплоемкость  продуктов  сгорания.

Средняя молярная теплоемкость свежего заряда определяется по формуле:

          

mcvc = 20,16 + 1,74 ×10-3Тс;                                        (4.7)

mcvc = 20,16 + 1,74 ×10-3 ∙ 821 = 21,589.Средняя молярная теплоемкость  продуктов  сгорания определяется по формуле:mcv” =                        (4.8)

mcv” = Степень  повышения давления в цилиндре определяется по формуле:lz = Pz  / Pc.                                                     (4.9)

lz = 6,7 / 3,253 = 2,060.Подставляя полученные значения  величин в уравнения сгорания, получаем уравнение с двумя неизвестными:  максимальной температурой сгорания Тz  и теплоемкости продуктов  сгорания mcv” при этой же температуре.После подстановки в уравнение сгорания известных параметров в виде числовых значений и последующих преобразований оно превращается  в квадратное уравнение:АТz2 + ВТz + С = 0,                                            (4.10)где А, В, С –  числовые коэффициенты.

2,740 · 10–3Тz2 + 30,549 Тz– 75781,564 = 0.Тогда решение уравнения имеет вид                                          (4.11)                Максимальная  температура сгорания равна  Тz = 2089 К.

Теоретическое максимальное давление цикла определяется по формуле:

Рz¢ = Рz.                                                       (4.12)

                                              Рz¢ = 6,7  МПа.5 Расчет процесса расширенияСтепень предварительного расширения для дизельных двигателей определяется по формуле:

 

r = (m / lz ) × (Тz / Тс) ;                                           (5.1)

r = (1,049 / 2,060) · (2089 / 821) = 1,296.Объем  цилиндра в точке  Z определяется по формуле:Vz = Vc  r;                                                    (5.2)

Vz = 0,054 · 10– 3× 1,296 = 0,070 · 10– 3 м3.

 

Степень  последующего  расширения определяется по формуле:d = e / r;                                                      (5.3)

d = 14,5 / 1,296 = 11,188.Давление и температура в цилиндре в конце процесса расширения определяются по формулам:

                                                  (5.4)

                                               (5.5)где  n2 – показатель политропы расширения, n2 = 1,26 [2].Рв = 6,7 / 11,1881,26 = 0,320 МПа;

Тв = 2089 / 11,1881,26 – 1   = 1117 К.6 Индикаторные показатели работы двигателяПосле определения параметров характерных точек индикаторной диаграммы вычисляются показатели рабочего процесса.

Средним индикаторным давлением  Рi  называют отношение работы газов  за цикл Li  к рабочему объему  Vhчетырехтактного двигателя. Среднее индикаторное давление теоретического цикла для  дизелей определяется по формуле:           (6.1)      Среднее индикаторное давление  действительного цикла для  четырехтактного двигателя определяется по формуле:Рi = jп Рi¢ ,                                                      (6.2)

 

где  jп  – коэффициент полноты индикаторной диаграммы, jп  = 0,94 [2].

Рi = 0,94 · 0,882 = 0,829 МПа.Индикаторный коэффициент  полезного  действия  hi характеризует  степень  совершенства рабочего процесса в двигателе и представляет собой отношение теплоты, эквивалентной  индикаторной работе  цикла, к теплоте сгорания топлива:                                            (6.3)Удельный индикаторный  расход  топлива определяется по формуле:

                                        (6.4) г/кВт.ч.Индикаторная мощность двигателя определяется по формуле:                                     (6.5)где   i – число цилиндров двигателя, i = 6;

       n – частота вращения коленчатого вала двигателя, n = 3800 об/мин;

       t – коэффициент тактности двигателя, для 4-х тактных ДВС t = 4,  кВт.

7 Эффективные показатели работы двигателяЭффективные показатели характеризуют  двигатели в целом, так как учитывают не только потери теплоты, но и механические потери в  двигателе. Для их определения вначале находят среднее давление  механических потерь: Рм = 0,103 + 0,012 Cm,                                         (7.1)где Сm – средняя скорость поршня, м/с:                                                   (7.2)Среднее давление механических потерь равно:Рм = 0,103 + 0,012 · 12,92 = 0,258 МПа.Среднее эффективное  давление определяется по формуле:

Ре  = Рi  –  Рм;                                                   (7.3)Ре = 0,829 – 0,258 = 0,571 МПа.Механический КПД  двигателя определяется по формуле:                                                  (7.4)Эффективный КПД двигателя определяется по формуле:

hе = hi hм ;                                              (7.5)hе = 0,374 × 0,689 = 0,258.Удельный эффективный расход  топлива определяется по формуле:

                                                  (7.6)Эффективная мощность двигателя, определяется по формуле:

Nе = Ni  hм.                                                (7.7)

Nе = 113,88 × 0,689 = 78,46 кВт.8 Построение индикаторной  диаграммыИндикаторная диаграмма строится в координатах давление Р – V. По оси абсцисс откладываются вычисленные ранее объемы Va, Vc, Vz, Vв, соответствующие положению характерных точек индикаторной диаграммы. По оси ординат откладываются вычисленные ранее давления Pa, Pc, Pz, Pв. По значениям объемов и давлений находим положение характерных точек индикаторной диаграммы ("а", "с", "z", "в").

Далее необходимо определить координаты промежуточных точек политроп сжатия "а" – "с" и расширения "z" – "b". Для этого выразим значение давлений Р этих политроп при заданном текущем объеме V.

Расчет политропы сжатия                                               (8.1)Расчет политропы расширения                                             (8.2)Объем цилиндра определяется по формуле:V = Vc + Fп  S.                                               (8.3)Ход поршня определяется по формуле:

S  = R (1 – cos j + l (1 – cos 2j) / 4),                              (8.4)где  R – радиус кривошипа коленчатого вала (берется по заданию как половина

              хода поршня), R  = 0,051 м;

      j  – угол  поворота коленчатого вала, град.

       l – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна:                                                      (8.5)где lш – длина шатуна, lш = 0,26 м.Пример расчета при   j  = 180º.S  = 0,051 · (1 – cos 180º + 0,196 · (1 – cos (2 · 180º)) / 4) = 0,102 м;

      

     

     Результаты  расчетов политропных процессов расширения и сжатия приведены в таблице 2.             Таблица 2 – Результаты расчета политропных процессов сжатия и расширения

j, ° S, м V = Vc+ Fп × S, м3 Сжатие Расширение
Va/ V (Va  / V)n1 P, МПа V / Vz (V / Vz)n2 P, МПа
180 0,102 0,777 · 10–3 1 1 0,088 11,188 20,962 0,320
210 0,096 0,734 · 10–3 1,059 1,080 0,095 10,486 19,318 0,347
240 0,080 0,621 · 10–3 1,251 1,353 0,119 8,871 15,648 0,428
270 0,056 0,451 · 10–3 1,723 2,084 0,183 6,443 10,458 0,641
300 0,029 0,259 · 10–3 3,000 4,407 0,388 3,700 5,199 1,289
330 0,008 0,111 · 10–3 7,000 13,832 1,217 1,586 1,788 3,747
360 0 0,054 · 10–3 14,5 36,970 3,253 1 1 6,7

Индикаторная диаграмма дизельного двигателя  изображена на рисунке 1.Список использованных источников      1 В. М Кленников., Ю. И. Боровских и др. Устройство автомобиля. – М.: Высшая школа, 1978. – 165 с.

     2  С. И. Сухопаров, Р. К. Гизатуллин. Термодинамика и транспортные двигатели: методические указания по выполнению контрольной  работы "Расчет рабочего процесса автотранспортного двигателя". – Гомель/БелГУТ , 2005. – 18 с.Содержание 

Введение……………………………………………………………………. 3
1 Расчет объема камеры сгорания………………………………………… 4
2 Расчет процесса наполнения……………………………………………. 5
3 Расчет параметров сжатия рабочего тела в цилиндре………………… 6
4 Расчет процесса сгорания……………………………………………….. 7
5 Расчет процесса расширения……………………………………………. 10
6 Индикаторные показатели работы двигателя………………………….. 11
7 Эффективные показатели работы двигателя…………………………... 13
8 Построение индикаторной  диаграммы………………………………… 15
Список использованных источников……………………………………... 18

bukvasha.ru

Транспортные двигатели

ВведениеВо второй половине XIX века произошли события, приведшие впоследствии к появлению наиболее массового средства передвижения – автомобиля. В 1860г. французский механик Этьен Ленуар создал первый двигатель внутреннего сгорания. Однако этот двигатель во многом уступал паровым машинам того времени. Существенно повысить его эффективность удалось механику из Кельна Августу Отто, построившему в 1862г. четырехтактный двигатель внутреннего сгорания со сжатием горючей смеси.

Отто понадобилось 15 лет, чтобы сконструировать работоспособный двигатель. Однако этот двигатель работал на газе, был тихоходным и тяжелым, из-за чего получил применение лишь в стационарных условиях. Только перевод двигателя внутреннего сгорания на жидкое топливо открыл ему широкую дорогу на транспорте. Такой двигатель был создан в 1881г. техническим директором завода Отто в г. Дойце Готтлибом Даймлером.

Претерпев значительные конструктивные изменения, постоянно совершенствуясь, двигатели  Отто с принудительным искровым воспламенением и до настоящего времени остались наиболее массовой силовой установкой автомобиля.

В данной контрольной работе необходимо рассмотреть тепловой расчет автомобильного двигателя, определить основные параметры рабочего процесса двигателя. Также необходимо определить индикаторные и эффективные показатели работы двигателя и построить индикаторную диаграмму. 

Исходные данные для выполнения контрольной работы приведены в таблице 1.            Таблица 1 – Исходные данные

Тип двигателя дизельный
Степень сжатия, ε 14,5
Максимальное давление, Pz, МПа 6,7
Частота вращения коленчатого вала двигателя, n, об/мин 3800
Число цилиндров двигателя, i 6
Диаметр цилиндра,  dц, м 0,095
Ход поршня, S, м 0,102
Длина шатуна, lш, м 0,26

1 Расчет объема камеры сгоранияОбъем камеры сгорания определяется по формуле:                                                      ,                                                 (1.1)

                                                    

где  Vc– объем камеры сгорания двигателя, м3;

       Vh– рабочий объем цилиндра, м3;

         e – степень сжатия; e = 14,5.

Рабочий объем цилиндра определяется по формуле:                                                        ,                                                     (1.2)

                                                        

где  Fп – площадь поршня, м2;

         S – ход поршня, S  = 0,102 м. Fп = π D2 / 4,                                                     (1.3)где D – диаметр поршня, D = 0,095 м.

Площадь поршня согласно формуле (1.3) составит:Fп = 3,14 · 0,0952 / 4 = 0,708 · 10– 2 м2.Рабочий объем цилиндра согласно формуле (1.2) равен:

Vh = 0,708 · 10– 2× 0,102 = 0,723 · 10– 3 м3.Объем камеры сгорания равен: Vc = 0,723 · 10– 3 / (14,5 – 1) = 0,054 · 10– 3 м3.Объем цилиндра  в точках "а" и "b" индикаторной диаграммы для четырехтактного двигателя:                                            ,                                        (1.4)где  Vа, Vв – объем  цилиндра  в  точках   "а"  и  "b"   индикаторной   диаграммы 

    соответственно.Vа = Vв = 0,054 · 10– 3 + 0,723 · 10– 3 = 0,777 · 10– 3 м3.2 Расчет процесса наполненияДавление  в цилиндре в конце процесса  наполнения для  четырехтактных ДВС без наддува можно ориентировочно  принять:Ра  = (0,85 – 0,9) Ро,                                                                  (2.1)где Ро – атмосферное  давление  воздуха, МПа.  Для  стандартных  атмосферных

             условий Ро = 0,101 МПа [2]. Ра = 0,87 · 0,101 = 0,088 МПа.Температура заряда в конце процесса наполнения определяется по формуле:                                           (2.2)где  То – температура воздушного заряда на входе в двигатель, То = 293 К [2];   

       Dt – подогрев  рабочего  тела  в  цилиндре  от  стенок  в  конце  наполнения,

               Dt = 15 °C [2];

       Тr  – температура выпускных газов, Тr = 800 К [2];

        gr  – коэффициент остаточных газов, gr = 0,05 [2].Коэффициент  наполнения  цилиндра определяется по формуле:                                      (2.3)3 Расчет параметров сжатия рабочего тела в цилиндре

     Давление и температура в конце сжатия определяется по формуле:                                                  (3.1)

                                               (3.2)где n1 – показатель политропы сжатия, n1 = 1,35 [2]. 4 Расчет процесса сгоранияКоличество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива, определяется по формуле:                                      (4.1)где  – элементарный состав соответственно углерода, водорода и

                          кислорода в топливе по массе, [2]. кмоль.Количество свежего  заряда в цилиндре, кмоль, приходящегося на 1 кг топлива, определяется по формуле:М1 = a Lо,                                                      (4.2)где a – коэффициент избытка воздуха,  a  = 1,3 [2].М1 = 1,3 × 0,495 = 0,644 кмоль.Общее количество продуктов сгорания на 1  кг топлива определяется по формуле:                               (4.3) кмоль.Химический коэффициент молекулярного  изменения рабочего тела:                                            (4.4)

Действительный коэффициент молекулярного  изменения рабочей смеси с учетом наличия в цилиндре остаточных газов определяется по формуле:                                                                          (4.5)

Уравнение сгорания для дизельных двигателей имеет вид:    (4.6)где  x – коэффициент использования теплоты, для дизельных двигателей, x = 0,7;                

     Нu – низшая теплота сгорания  топлива, Нu = 42500 кДж/кг [2];

  mcvc – средняя молярная теплоемкость свежего заряда.

  mcv” – средняя молярная теплоемкость  продуктов  сгорания.

Средняя молярная теплоемкость свежего заряда определяется по формуле:

          

mcvc = 20,16 + 1,74 ×10-3Тс;                                        (4.7)

mcvc = 20,16 + 1,74 ×10-3 ∙ 821 = 21,589.Средняя молярная теплоемкость  продуктов  сгорания определяется по формуле:mcv” =                        (4.8)

mcv” = Степень  повышения давления в цилиндре определяется по формуле:lz = Pz  / Pc.                                                     (4.9)

lz = 6,7 / 3,253 = 2,060.Подставляя полученные значения  величин в уравнения сгорания, получаем уравнение с двумя неизвестными:  максимальной температурой сгорания Тz  и теплоемкости продуктов  сгорания mcv” при этой же температуре.После подстановки в уравнение сгорания известных параметров в виде числовых значений и последующих преобразований оно превращается  в квадратное уравнение:АТz2 + ВТz + С = 0,                                            (4.10)где А, В, С –  числовые коэффициенты.

2,740 · 10–3Тz2 + 30,549 Тz– 75781,564 = 0.Тогда решение уравнения имеет вид                                          (4.11)                Максимальная  температура сгорания равна  Тz = 2089 К.

Теоретическое максимальное давление цикла определяется по формуле:

Рz¢ = Рz.                                                       (4.12)

                                              Рz¢ = 6,7  МПа.5 Расчет процесса расширенияСтепень предварительного расширения для дизельных двигателей определяется по формуле:

 

r = (m / lz ) × (Тz / Тс) ;                                           (5.1)

r = (1,049 / 2,060) · (2089 / 821) = 1,296.Объем  цилиндра в точке  Z определяется по формуле:Vz = Vc  r;                                                    (5.2)

Vz = 0,054 · 10– 3× 1,296 = 0,070 · 10– 3 м3.

 

Степень  последующего  расширения определяется по формуле:d = e / r;                                                      (5.3)

d = 14,5 / 1,296 = 11,188.Давление и температура в цилиндре в конце процесса расширения определяются по формулам:

                                                  (5.4)

                                               (5.5)где  n2 – показатель политропы расширения, n2 = 1,26 [2].Рв = 6,7 / 11,1881,26 = 0,320 МПа;

Тв = 2089 / 11,1881,26 – 1   = 1117 К.6 Индикаторные показатели работы двигателяПосле определения параметров характерных точек индикаторной диаграммы вычисляются показатели рабочего процесса.

Средним индикаторным давлением  Рi  называют отношение работы газов  за цикл Li  к рабочему объему  Vhчетырехтактного двигателя. Среднее индикаторное давление теоретического цикла для  дизелей определяется по формуле:           (6.1)      Среднее индикаторное давление  действительного цикла для  четырехтактного двигателя определяется по формуле:Рi = jп Рi¢ ,                                                      (6.2)

 

где  jп  – коэффициент полноты индикаторной диаграммы, jп  = 0,94 [2].

Рi = 0,94 · 0,882 = 0,829 МПа.Индикаторный коэффициент  полезного  действия  hi характеризует  степень  совершенства рабочего процесса в двигателе и представляет собой отношение теплоты, эквивалентной  индикаторной работе  цикла, к теплоте сгорания топлива:                                            (6.3)Удельный индикаторный  расход  топлива определяется по формуле:

                                        (6.4) г/кВт.ч.Индикаторная мощность двигателя определяется по формуле:                                     (6.5)где   i – число цилиндров двигателя, i = 6;

       n – частота вращения коленчатого вала двигателя, n = 3800 об/мин;

       t – коэффициент тактности двигателя, для 4-х тактных ДВС t = 4,  кВт.

ua.coolreferat.com

Транспортные двигатели - сторінка 2

7 Эффективные показатели работы двигателяЭффективные показатели характеризуют  двигатели в целом, так как учитывают не только потери теплоты, но и механические потери в  двигателе. Для их определения вначале находят среднее давление  механических потерь: Рм = 0,103 + 0,012 Cm,                                         (7.1)где Сm – средняя скорость поршня, м/с:                                                   (7.2)Среднее давление механических потерь равно:Рм = 0,103 + 0,012 · 12,92 = 0,258 МПа.Среднее эффективное  давление определяется по формуле:

Ре  = Рi  –  Рм;                                                   (7.3)Ре = 0,829 – 0,258 = 0,571 МПа.Механический КПД  двигателя определяется по формуле:                                                  (7.4)Эффективный КПД двигателя определяется по формуле:

hе = hi hм ;                                              (7.5)hе = 0,374 × 0,689 = 0,258.Удельный эффективный расход  топлива определяется по формуле:

                                                  (7.6)Эффективная мощность двигателя, определяется по формуле:

Nе = Ni  hм.                                                (7.7)

Nе = 113,88 × 0,689 = 78,46 кВт.8 Построение индикаторной  диаграммыИндикаторная диаграмма строится в координатах давление Р – V. По оси абсцисс откладываются вычисленные ранее объемы Va, Vc, Vz, Vв, соответствующие положению характерных точек индикаторной диаграммы. По оси ординат откладываются вычисленные ранее давления Pa, Pc, Pz, Pв. По значениям объемов и давлений находим положение характерных точек индикаторной диаграммы ("а", "с", "z", "в").

Далее необходимо определить координаты промежуточных точек политроп сжатия "а" – "с" и расширения "z" – "b". Для этого выразим значение давлений Р этих политроп при заданном текущем объеме V.

Расчет политропы сжатия                                               (8.1)Расчет политропы расширения                                             (8.2)Объем цилиндра определяется по формуле:V = Vc + Fп  S.                                               (8.3)Ход поршня определяется по формуле:

S  = R (1 – cos j + l (1 – cos 2j) / 4),                              (8.4)где  R – радиус кривошипа коленчатого вала (берется по заданию как половина

              хода поршня), R  = 0,051 м;

      j  – угол  поворота коленчатого вала, град.

       l – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна:                                                      (8.5)где lш – длина шатуна, lш = 0,26 м.Пример расчета при   j  = 180º.S  = 0,051 · (1 – cos 180º + 0,196 · (1 – cos (2 · 180º)) / 4) = 0,102 м;

      

     

     Результаты  расчетов политропных процессов расширения и сжатия приведены в таблице 2.             Таблица 2 – Результаты расчета политропных процессов сжатия и расширения

j, ° S, м V = Vc+ Fп × S, м3 Сжатие Расширение
Va/ V (Va  / V)n1 P, МПа V / Vz (V / Vz)n2 P, МПа
180 0,102 0,777 · 10–3 1 1 0,088 11,188 20,962 0,320
210 0,096 0,734 · 10–3 1,059 1,080 0,095 10,486 19,318 0,347
240 0,080 0,621 · 10–3 1,251 1,353 0,119 8,871 15,648 0,428
270 0,056 0,451 · 10–3 1,723 2,084 0,183 6,443 10,458 0,641
300 0,029 0,259 · 10–3 3,000 4,407 0,388 3,700 5,199 1,289
330 0,008 0,111 · 10–3 7,000 13,832 1,217 1,586 1,788 3,747
360 0 0,054 · 10–3 14,5 36,970 3,253 1 1 6,7

Индикаторная диаграмма дизельного двигателя  изображена на рисунке 1.Список использованных источников      1 В. М Кленников., Ю. И. Боровских и др. Устройство автомобиля. – М.: Высшая школа, 1978. – 165 с.

     2  С. И. Сухопаров, Р. К. Гизатуллин. Термодинамика и транспортные двигатели: методические указания по выполнению контрольной  работы "Расчет рабочего процесса автотранспортного двигателя". – Гомель/БелГУТ , 2005. – 18 с.Содержание 

Введение……………………………………………………………………. 3
1 Расчет объема камеры сгорания………………………………………… 4
2 Расчет процесса наполнения……………………………………………. 5
3 Расчет параметров сжатия рабочего тела в цилиндре………………… 6
4 Расчет процесса сгорания……………………………………………….. 7
5 Расчет процесса расширения……………………………………………. 10
6 Индикаторные показатели работы двигателя………………………….. 11
7 Эффективные показатели работы двигателя…………………………... 13
8 Построение индикаторной  диаграммы………………………………… 15
Список использованных источников……………………………………... 18

ua.coolreferat.com

Новые транспортные двигатели - сторінка 6

Существует много разных топливных элементов, в основном они различаются типом электролита и рабочей температурой. Их можно классифицировать, например, по используемому топливу, рабочему давлению и температуре, по характеру применения. Элементы на водородном топливе. В этом типичном описанном выше элементе водород и кислород переходят в электролит через микропористые углеродные или металлические электроды. Высокая плотность тока достигается в элементах, работающих при повышенной температуре (около 250° С) и высоком авлении. Элементы, использующие водородное топливо, получаемое при переработке углеводородного топлива, например природного газа или нефтепродуктов, по-видимому, найдут наиболее широкое коммерческое применение. Объединяя большое число элементов, можно создавать мощные энергетические установки. В этих установках постоянный ток, вырабатываемый элементами, преобразуется в переменный со стандартными параметрами. Новым типом элементов, способных работать на водороде и кислороде при нормальных температуре и давлении, являются элементы с ионообменными мембранами. В этих элементах вместо жидкого электролита между электродами располагается полимерная мембрана, через которую свободно проходят ионы. В таких элементах наряду с кислородом может использоваться воздух. Образующаяся при работе элемента вода не растворяет твердый электролит и может быть легко удалена.

Элементы на углеводородном и угольном топливах. Топливные элементы, которые могут превращать химическую энергию таких широко доступных и сравнительно недорогих топлив, как пропан, природный газ, метиловый спирт, керосин или бензин, непосредственно в электричество, являются предметом интенсивного исследования. Однако пока не достигнуто заметных успехов в создании топливных элементов, работающих на газах, получаемых из углеводородного топлива, при нормальной температуре.

Для повышения скорости реакции углеводородного и угольного топлива приходится повышать рабочую температуру топливного элемента. Электролитами служат расплавы карбонатов или других солей, которые заключаются в пористую керамическую матрицу. Топливо «расщепляется» внутри элемента с образованием водорода и оксида углерода, которые поддерживают протекание токообразующей реакции в элементе. Элементы, работающие на других видах топлива. В принципе реакции в топливных элементах не обязательно должны быть реакциями окисления обычных топлив. В перспективе могут быть найдены и другие химические реакции, которые позволят осуществить эффективное непосредственное получение электричества. В некоторых устройствах электроэнергия получается при окислении, например, цинка, натрия или магния, из которых изготавливаются расходуемые электроды.

Превращение энергии обычных топлив (угля, нефти, природного газа) в электричество было до сих пор многоступенчатым процессом. Сжигание топлива, позволяющее получить пар или газ, необходимые для работы турбины или двигателя внутреннего сгорания, которые, в свою очередь, вращают электрический генератор, – процесс не очень эффективный. Действительно, коэффициент использования энергии такого превращения ограничен по второму закону термодинамики, и его вряд ли можно существенно поднять выше существующего уровня. Коэффициент использования энергии топлива самых современных паротурбинных энергетических установок не превышает 40%. Для топливных элементов нет термодинамического ограничения коэффициента использования энергии. В существующих топливных элементах от 60 до 70% энергии топлива непосредственно превращается в электричество, и энергетические установки на топливных элементах, использующие водород из углеводородного топлива, проектируются на КПД 40–45%. назад дальше Самый перспективный топливный элемент, который предполагается использовать в новых автомобилях, - это элемент с твёрдой ионообменной мембраной (proton exchange membrane fuel cell, или сокращённо РЕМFC). Твёрдый электролит имеет множество преимуществ: его не растворяет образующаяся при работе элемента вода, его просто делать в промышленном масштабе. Более того, элемент на твёрдом электролите работает при относительно низких температурах (80єС) и соответственно не требует предварительного прогрева. С другой стороны, и КПД при таких температурах меньше, чем при повышенных.

Самая большая проблема с топливным элементом – его цена. Когда – то она была высокой в основном из – за платины (катализатора), покрывающей электроды. За последние двадцать лет её количество, необходимое для топливного элемента, уменьшилось в 100 раз, и учёные хотят сократить её ещё в два раза. Теперь самая дорогая часть – это электролит, мембрана «Nafion», Сейчас она стоит около 700 евро/мі, а на батарею для среднего автомобиля (объём 90 л и вес 60 кг – даёт примерно 60 кВт) нужно десятки квадратных метров такого полимера. Естественно, учёные пытаются всеми способами удешевить этот материал и заставить его работать при более высоких температурах (150 - 200єС).

У нас во многих институтах занимаются фундаментальными исследованиями, которые могли бы стать основой отечественного компактного топливного элемента.

В общем, топливный элемент на водороде вполне готов к применению. Остались мелочи – сделать его поменьше и подешевле.

4.2.Применение чистого водорода.

Приемлемые объёмно – массовые показатели системы хранения водорода на автомобиле в чистом виде обеспечиваются только при его сжижении, т.е. в криогенной схеме. Это положение наглядно иллюстрируется показанными в табл. 7 данными по различным топливным системам, приведенным к энергетическому эквиваленту, обеспечивающему пробег 418 км [ ].

Использование водорода в газообразном виде отличается простотой, однако получило ограниченное применение из – за небольшого энергозапаса и существенного увеличения массы и объёма топливного бака.

Рис.8. Схема топливного элемента.

Классическим примером подобной схемы может служить экспериментальный автомобиль УКЛА (UCLA, США), работающий на сжатом водороде. Автомобиль УКЛА, предназначенный специально для городских условий, создан на базе модели «Форд Босс» (Ford Boss) 1971г. с двигателем V-8 объёмом 5,75 л [ ]. Мероприятия по модификации двигателя включают снижение степени сжатия с 11,7 до 8,9, установку ограничителя температуры топливной смеси (71єС) и изменение фаз газораспределения. Для предотвращения обратных вспышек водорода, снижения жёсткости его сгорания и уменьшения эмиссии NOx использовалась частичная балластировка топливной смеси с помощью 25%-ной рециркуляции ОГ.

Таблица 7.

Объёмно – массовые характеристики различных систем хранения водорода на автомобиле.

Показатель

Бензин

Сжатый

водород

Жидкий

водород

Гидрид

(Mgh3)

Масса топлива, кг

Объём топлива, мі

Масса бака, кг

Объём бака, мі

Общая масса топливной

системы, кг

53,5

0,07

13,06

0,08

67

13,4

1,0

1361

1,53

1374

13,4

0,19

181

0,28

195

181

0,23

45,4

0,25

227

Водород хранится в двух баллонах, размещаемых за передними сиденьями. В каждом баллоне массой 136 кг находится 1,36 кг Н2 под давлением 41 МПа. Водород подаётся в двигатель двухступенчатым редуктором, снижающим давление до 30 мм вод. ст. Для повышения безопасности водород подаётся только при наличии разряжения во впускном патрубке, для чего используется электромагнитный клапан, управляемый датчиком давления. При испытаниях автомобиля по методике СVS – 1973 расход топлива составлял 1 кг Н2 на 35 км, что обеспечило полный пробег без зарядки около 100 км. В выхлопных газах отсутствуют такие компоненты, как СО, СО2 и СН, и содержится лишь примерно 0,205 г/км NOx, что ниже Федерального стандарта США 1976 г.

Объёмно – массовые показатели топливной системы значительно улучшаются при использовании водорода в сжиженном состоянии. Основной проблемой при этом является низкая температура жидкого водорода, в связи с чем первостепенное значение имеет тепловая изоляция бака. Жидкий водород обычно транспортируют и хранят в криогенных резервуарах с двойными стенками, пространство между которыми заполнено изоляцией.

Наиболее эффективна многослойная изоляция, состоящая из чередующихся слоёв экранирующих и изолирующих материалов. Экранирующим материалом обычно является алюминиевая фольга, а для изолирующих слоёв используется стеклоткань, стеклобумага и др. При давлении в изолирующем пространстве ниже 1,33 Па такая изоляция практически не пропускает тепло, благодаря чему потери от испарения в цистерне ёмкостью 100 мі не превосходят 0,25% в сут., а при хранении в стационарном резервуаре – 10% в год. В настоящее время созданы криогенные баки для автомобиля, имеющие утечку жидкого водорода менее 1% в сутки [ ].

В двигатель жидкий водород подаётся путем его регазификации снижением давления газовой или нагревом жидкой фаз. На рис.8 показано размещение системы питания жидким водородом на автомобиле «Датсун В-210» (Datsun В-210) с двигателем рабочим объёмом 1,4 л и е=9,5 [ ].

Криогенный бак массой 120 кг и ёмкостью 230 л размещается в багажнике. Водород под давлением 0,4 – 0,5 МПа подаётся во впускной патрубок с помощью клапанного механизма, приводимого в действие дополнительным кулачковым валом. Клапан впрыска водорода открывается одновременно с впускным клапаном двигателя и закрывается через 90є ПКВ. Для изменения расхода водорода используется двухступенчатый редуктор с двумя игольчатыми клапанами. Проходное сечение первого клапана поддерживается в соответствии с оборотами двигателя с помощью вакуумного привода, а второго – механическим приводом от педали акселератора. Низкотемпературная изоляция топливных магистралей обеспечивает температуру водорода в точке впрыска порядка - 130єС, что позволяет значительно повысить наполнение цилиндров. Общая масса системы питания жидким водородом составляет 150 кг. Средний расход сжиженного водорода непосредственно двигателем составляет 22 л, а с учётом потерь при хранении и заправке – 25 л на 100 км, что обеспечивает полный пробег автомобиля порядка 1000 км. В пересчёте на бензиновый эквивалент топливная экономичность автомобиля составляет 5,7 – 6,5 л/100 км. При испытаниях автомобиля по городскому ездовому циклу в ОГ содержалось 0,05 г СН, 0,18 г СО и 2,56 г NOx на 1 км пробега.

    продолжение

ua.coolreferat.com


Смотрите также