Почему при проектировании двигателей стараются увеличить их обороты и снизить коэффициент короткоходности

Почему при проектировании двигателей стараются увеличить их обороты и снизить коэффициент короткоходности.

Дата добавления: 2014-09-05 | Просмотров: 1200

21.3 Определение основных размеров двигателя (D и S)

Основные размеры двигателя — диаметр и ход его поршня находят используя выражение для определения эффективной мощности двигателя:

где i — число цилиндров двигателя;

V_h — рабочий объем цилиндра, в м 3 ;

t — коэффициент тактности, равный 1 в случае двухтактного двигателя и 0,5 — четырехтактного;

п — частота вращения, в мин -1 ;

р_i — среднее индикаторное давление, в кПа.

Ориентировочную величину эффективной мощности N_e можно определить исходя из удельной мощности двигателя автомобиля (лекция 2) или трактора из его тягового усилия.

Из выражения (1) следует:

(2)

Следует отметить, что в карбюраторных двигателях V_h редко пре­вышает 0,7 л (у двигателя ЗИЛ-375 автомобиля Урал-375 V_h= 0,875; а у опытного ЗИЛ-378 — 1,13 л).

Исходя из величины V_h определяются S и D следующим образом.

Т.к. ,

то приняв коэффициент короткоходности к=S/D (ориентируясь на выполнение двигатели) находим S=кD и затем последовательно получаем:

, и

Как следует из таблицы, моторесурс непосредственно зависит от средней скорости поршня, которая в свою очередь зависит от коэффициента короткоходности к. Поэтому выбору величины к следует уделять самое серьезное внимание.

Снижение к=S/D на 1% позволяет повысить частоту вращении на 0,2% (при условии снижения С_т на 0,5%).

Снижение к кроме всего прочего:

— повышает жесткость коленчатого вала двигателя (снижая r и повышая перекрытие шеек коленчатого вала);

— увеличивает коэффициент наполнения цилиндров двигателя свежим зарядом (увеличивая диаметр цилиндра);

— снижает тепловые потери в охлаждающую жидкость (снижая отношение поверхности камеры сжатия к ее объему F/V_c, называемое коэффициентом компактности камеры сгорания).

Отрицательное последствие снижения к — увеличиваются длина и ширина двигателя. Сократить длину двигателя можно переходя на V-образное расположение цилиндров.

Положительные моменты снижения к объясняют наметившуюся тенденцию её снижения

Величина к современных двигателей находится в пределах:

0,7-1,2 – в автомобильных (у ЗИЛ-130 – к=0,95; ГАЗ-53 – 0,87);

1,15 – 1,40 – в тракторных (до 0,85…0,95 иногда).

Как видно, значение к у тракторных ДВС больше. Объясняется это их меньшей частотой вращения.

После определения диаметра поршня можно найти его ход S=кD, а затем и радиус кривошипа коленчатого вала r=0,5S.

Почему стараются повысить обороты:

M_k=(30* N_e)/(π*n) Следовательно, при повышении оборотов Крут.момент понижается, а мощность возрастает.

При использовании материала ссылка на сайт Конспекта.Нет обязательна! (0.055 сек.)

15.Мощность двс. Что она из себя представляет и в каких единицах измеряется.

Отличают индикаторные (газовые) и эффективные (соответствующие выходу коленчатого вала) мощности – N_i и N_e.

Мощность – работа, совершаемая за секунду. Измеряется в л.с. или в кВт (1 кВт = 1,36 л.с.).

Такая единица как лошадиная сила представляется не совсем удачной, поскольку при ее использовании у обучающихся понятие «мощность» обычно ассоциируется с понятием «сила».

Более удачным представляется термин – «лошадиная единица» (л.е.).

Диапазон мощностей автотракторных ДВС – 7…313 кВт (и более), а вообще у двигателей отечественного производства до 18382 кВт.

Для сравнения также отметим, что кратковременная мощность человека составляет около 1 кВт, а длительная – вдесятеро меньше. Мощность трехлинейной русской винтовки – 2400 кВт ( в 10 раз больше мощности двигателя трактора К-701), мощность кита (его хвостового плавника) – 500 л.с. Танки времен Великой отечественной войны Т-34, КВ, ИС были оснащены двигателями В-2 мощностью около 440 кВт. Г. Гудериан считал, что двигатель танка должен считаться таким же оружием, как и пушка.

16.Почему при проектировании двигателей стараются увеличить их обороты и снизить коэффициент короткоходности.

21.3 Определение основных размеров двигателя (d и s)

Основные размеры двигателя — диаметр и ход его поршня находят используя выражение для определения эффективной мощности двигателя:

N_e=0,0167P_iV_hni_м, кВт, (1)

где i — число цилиндров двигателя;

V_h — рабочий объем цилиндра, в м 3 ;

 — коэффициент тактности, равный 1 в случае двухтактного двигателя и 0,5 — четырехтактного;

п — частота вращения, в мин -1 ;

р_i — среднее индикаторное давление, в кПа.

Ориентировочную величину эффективной мощности N_e можно определить исходя из удельной мощности двигателя автомобиля (лекция 2) или трактора из его тягового усилия.

Из выражения (1) следует:

(2)

Следует отметить, что в карбюраторных двигателях V_h редко пре­вышает 0,7 л (у двигателя ЗИЛ-375 автомобиля Урал-375 V_h= 0,875; а у опытного ЗИЛ-378 — 1,13 л).

Исходя из величины V_h определяются S и D следующим образом.

Т.к. ,

то приняв коэффициент короткоходности к=S/D (ориентируясь на выполнение двигатели) находим S=кD и затем последовательно получаем:

, и

Как следует из таблицы, моторесурс непосредственно зависит от средней скорости поршня, которая в свою очередь зависит от коэффициента короткоходности к. Поэтому выбору величины к следует уделять самое серьезное внимание.

Снижение к=S/D на 1% позволяет повысить частоту вращении на 0,2% (при условии снижения С_т на 0,5%).

Снижение к кроме всего прочего:

— повышает жесткость коленчатого вала двигателя (снижая r и повышая перекрытие шеек коленчатого вала);

— увеличивает коэффициент наполнения цилиндров двигателя свежим зарядом (увеличивая диаметр цилиндра);

— снижает тепловые потери в охлаждающую жидкость (снижая отношение поверхности камеры сжатия к ее объему F/V_c, называемое коэффициентом компактности камеры сгорания).

Отрицательное последствие снижения к — увеличиваются длина и ширина двигателя. Сократить длину двигателя можно переходя на V-образное расположение цилиндров.

Положительные моменты снижения к объясняют наметившуюся тенденцию её снижения

Величина к современных двигателей находится в пределах:

0,7-1,2 – в автомобильных (у ЗИЛ-130 – к=0,95; ГАЗ-53 – 0,87);

1,15 – 1,40 – в тракторных (до 0,85…0,95 иногда).

Как видно, значение к у тракторных ДВС больше. Объясняется это их меньшей частотой вращения.

После определения диаметра поршня можно найти его ход S=кD, а затем и радиус кривошипа коленчатого вала r=0,5S.

Почему стараются повысить обороты:

M_k=(30*N_e)/(π*n) Следовательно, при повышении оборотов Крут.момент понижается, а мощность возрастает.

Проектирование бензинового двигателя — Курсовая работа

Чтобы скачать работу, Вы должны пройти проверку:

1. Расчет и выбор исходных параметров

2. Тепловой расчет проектируемого двигателя

2.2 Параметры рабочего тела

2.3 Параметры окружающей среды и остаточных газов

2.4 Расчет параметров в конце процесса впуска

2.5 Процесс сжатия

2.6 Процесс сгорания

2.7 Процесс расширения

2.8 Индикаторные и эффективные параметры рабочего цикла, основные параметры цилиндра и двигателя

2.9 Построение индикаторной диаграммы

2.10 Построение круговой диаграммы фаз газораспределения

3. Расчет и построение внешней скоростной характеристики

4. Динамический расчет КШМ с применением ЭВМ

4.1 Силы давления газов

4.2 Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма

4.3 Силы инерции

4.4 Суммарные силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме

4.5 Силы, действующие на шатунные шейки коленчатого вала

5. Патентно-информационный поиск аналогов заданного типа ДВС

6. Обоснование и выбор механизмов и систем проектируемого двигателя

7. Расчет масляного насоса

Особенности и тенденции развития конструкций автомобильных и тракторных двигателей полностью определяются требованиями, предъявляемыми к автомобилям и тракторам промышленностью и сельским хозяйством. Эти требования сводятся к обеспечению максимальной производительности автомобиля и трактора, минимальной стоимости перевозок и выполняемых трактором работ при надежной и безопасной их работе. Основные требования, предъявляемые к автомобильным и тракторным двигателям, следующие: 1. Развитие необходимой мощности двигателей при различных скоростях движения автомобиля.

2. Максимально возможная экономичность на всех режимах работы.

3. Простота конструкции, упрощающая условия выпуска и последующих ремонтов автомобильных и тракторных двигателей и облегчающая условия их обслуживания и эксплуатации.

4. Низкая производственная стоимость, достигаемая за счет обеспечения технологичности конструкции деталей автомобильных и тракторных двигателей, снижения их веса и применения полноценных заменителей металлов.

5. Возможно меньший удельный и литровый веса двигателя, достигаемые без снижения надежности и долговечности его работы.

6. Максимально целесообразное уравновешивание двигателя и необходимая равномерность хода.

7. Удобство в эксплуатации, а также простота и удобство ремонта и технического обслуживания в гаражных и дорожных условиях.

8. Высокая надежность и долговечность работы.

В соответствии с перечисленными требованиями конструкции современных автомобильных и тракторных двигателей развиваются и совершенствуются в направлениях максимального их соответствия условиям эксплуатации, повышения экономичности и снижения себестоимости.

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ

Б3.Б.8.3 Двигатели внутреннего сгорания

Б3.В.1 Силовые агрегаты

Б3.В.9 Тракторы и автомобили

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗНИЯ

к выполнению курсовой работы

для студентов специальности

23.03.02 машины и оборудование для городского хозяйства.

23.03.03 автомобили и автомобильное хозяйство.

35.03.06 технические системы в агробизнесе.

35.03.06 технический сервис в агропромышленном комплексе.

Уфа 2015

Обсуждены и одобрены на заседании кафедры «Автомобили и машинно – тракторные комплексы» «» ноября 2015 года (протокол №).

Рекомендовано к опубликованию методической комиссией механического факультета «» ноября 2015г. (протокол №).

Составители: д.т.н., профессор Баширов Р.М.,

к.т.н., доцент Костарев К.В.

Ответственный за выпуск:

зав. кафедрой, к.т.н., Костарев К.В.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ЦЕЛЬ, ЗАДАЧИ И СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОЙ

РАБОТЫ

Цель курсовой работы – овладение методикой и навыками самостоятельного решения инженерных задач в области двигателей внутреннего сгорания.

Студенту выдается задание на курсовую работу по расчету двигателя трактора (автомобиля).

Курсовая работа состоит из разделов:

— выбор типа и основных параметров двигателя и обоснование принимаемой формы камеры сгорания и схемы коленчатого вала, анализ процессов смесеобразования и сгорания (для принятой камеры сгорания) с использованием индикаторной диаграммы;

— тепловой расчет двигателя;

— построение индикаторной диаграммы, удельных сил инерции и диаграммы удельных тангенциальных усилий для одного цилиндра, и суммарной удельной тангенциальной силы для всех цилиндров и определение индикаторных и эффективных показателей двигателя;

— тепловой баланс двигателя;

— изображение усилий, действующих на детали кривошипно-шатунного механизма (КШМ) при заданном его положении;

— расчет массы маховика.

ОФОРМЛЕНИЕ РАБОТЫ

Все расчеты выполняются в международной системе измерений СИ.

Курсовая работа (проект) оформляется строго соблюдая требования стандарта предприятия – СТО 0493582-003-2006 в виде пояснительной записки формата А4 с необходимыми схемами, таблицами, графиками.

Все графики строятся в одинаковом масштабе.

Графический материал выполняется карандашом на ватмане формата А1.

Приводимые в пояснительной записке схемы должны иметь порядковые номера и подрисуночные надписи. В тексте на них должны содержаться соответствующие ссылки.

Необходимые для расчетов коэффициенты должны приниматься обосновано (с соответствующими пояснениями и ссылкой на литературный источник цифрами в квадратных скобках, соответствующих нумерации списка литературы, приводимого в конце пояснительной записки).

ВЫБОР ТИПА И ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ

ДВИГАТЕЛЯ И ОБОСНОВАНИЕ ПРИНИМАЕМОГО

СПОСОБА СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ

Тип двигателя (дизельный или с искровым зажиганием (ДсИЗ)), число и расположение цилиндров принимаются с учетом его назначения, условий работы и технико-экономических показателей (сложность конструкции и проведения технического обслуживания, моторесурс, стоимость изготовления и ремонта, экономичность и т.д.).

Обоснование выбора приводится в пояснительной записке.

Форму коленчатого вала (расположение колен) следует определять с учетом необходимости обеспечения высокой равномерности крутящего момента и упрощения решения вопросов уравновешивания двигателя.

Принимаемые формы коленчатого вала двигателя, камеры сгорания и способ смесеобразования следует обосновать, учитывая назначение двигателя и требования к его технико-экономическим показателям и простоте конструкции.

В пояснительной записке следует дать подробный анализ процессов смесеобразования и сгорания (для принятой камеры сгорания) с использованием развернутой индикаторной диаграммы.

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ

Тепловой расчет двигателя производится с целью нахождения показателей рабочего цикла, необходимых для построения индикаторной диаграммы и определения мощностных и экономических показателей работы двигателя.

Расчет рабочего цикла производится для режима работы двигателя, соответствующего номинальной мощности и нормальным условиям окружающей среды. Необходимые для расчета двигателя значения степени сжатия, коэффициента наполнения цилиндров, показатели политроп сжатия и расширения, параметров окружающей среды, коэффициента использования тепла, а для дизеля – и степени повышения давления и давления наддува принимаются на основании лекционного материала и литературных источников.

Индикаторная диаграмма строится расчетным путем на основе вычисленных основных параметров характерных точек для процессов впуска, сжатия, сгорания, расширения и выпуска.

Предварительно ориентируясь на заданную мощность (N_е) и выполненные двигатели и принятый коэффициент избытка воздуха (α) назначаются приближенные значения удельного расхода топлива (g_e) номинальной частоты вращения коленчатого вала (n) и коэффициента наполнения цилиндра двигателя (h_v).

Дается обоснование принятых значений g_{e ,} n и h_v.

После этого проводится ориентирвочный расчет двигателя следующим образом. Находится ориентировочное значение цикловой подачи топлива (g_ц в мм 3 /цикл):

, (2.1)

где: n и i – частота вращения коленчатого вала (мин -1 ) и число цилиндров двигателя;

g_e— эффективный удельный расход топлива в г/(кВт∙ч) (предварительно принимается ориентируясь на выполненные двигатели);

t — коэффициент тактности двигателя (τ=1– если двухтактный и 0,5 — четырехтактный);

N_e — эффективная мощность двигателя, кВт;

ρ_Т — плотность топлива, г/мм 3 .

Для определения объема воздуха, поступающего в цилиндр двигателя в процессе впуска V_о, необходимо предварительно вычислить его плотность на впуске (кг/м 3 ):

= , (2.2)

где: p — давление окружающей среды (или давление наддува p_к дизелей с наддувом), МПа;

Т_о— температура окружающей среды (или надувочного воздуха Т_к), К;

R_в— газовая постоянная воздуха, .

Учитывая, что для сгорания одного кг топлива требуется примерно L_o / = 14,5 кг воздуха, для вычисленной цикловой подачи находится требуемый объем воздуха (м 3 ):

V_о = , (2.3)

где: ΔV / — цикловая подача топлива, г/цикл;

α— коэффициент избытка воздуха.

Приняв коэффициент короткоходности (к) определяются ориентировочные значения диаметра (D) и хода

поршня (S), м:

, (2.4)

где: к— коэффициент короткоходности;

η_v— коэффициент наполнения цилиндра свежим зарядом

Ориентируясь на эти значения, ведется уточненный тепловой расчет двигателя. Окончательные значения D и S уточняются по результатам теплового расчета двигателя.

Тепловой расчет начинается с процесса впуска.

Процесс впуска

Температура в конце процесса впуска Т_а в К:

, (2.6)

где: Т – температура окружающей среды, К; (Т=293 К)

DТ – подогрев свежего заряда, К;

g_r – коэффициент остаточных газов;

Т_r – температура статочных газов, К.

(Т_r=1000…1100 К – для ДсИЗ, и800…900 К – для дизелей).

Для двигателя с наддувом вместо Т_о принимается Т_к – температура воздуха после компрессора, К:

Т_к= (2.7)

где: n_k – показатель политропы сжатия воздуха в компрессоре.

Для центробежных нагнетателей с охлаждаемым корпусом n_k=1,4…1,8 – без охлаждаемого корпуса

n_k=1,8…2,0 – с охлаждаемым корпусом.

Давление в конце впуска p_а, в кПа:

где p– давление окружающей среды (или в случае наддува — давление наддува p_к), кПа.

Процесс сжатия

Давление в конце сжатия p_с , кПа:

Температура в конце сжатия Т_с, К:

где: n₁ — средний показатель политропы сжатия.

Величину n₁ можно (определить, если она не задана) по эмпирической формуле профессора В.А. Петрова, как функцию от угловой скорости вращения коленчатого вала.

Процесс сгорания

Предварительно находится теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива (кмоль/кг):

, (2.11)

где: С, Н и О – содержание углерода, водорода и кислорода в топливе, кг.

Затем определяется действительное количество воздуха (кмоль/кг):

Дается обоснование выбранного значения коэффициента избытка воздуха a.

Вычисляется число молей газов после сгорания:

— при a>1: ; (2.13)

— при a c , в кДж/(кмоль·К):

, (2.17)

где: а = 20,16 и в = 1,738×10 -3 – постоянные коэффициенты.

Для продуктов сгорания (в конце сгорания):

— при a 1 (2.18)

Мольная теплоемкость при постоянном давлении:

, (2.19)

где: mR=8,314 кДж/ (кмоль·К) – универсальная газовая постоянная.

Температура в конце сгорания Т_z определяется по формулам:

— для дизеля: , (2.20)

— для ДсИЗ: . (2.21)

где: x– коэффициент использования тепла.

для ДсИЗ x=0,85. 0,95; для дизелей x=0,7…0,85;

Q_н– низшая удельная теплота сгорания (у дизельных топлив Q_H=42500 кДж/кг, бензина Q_H=44000 кДж/кг);

DQ –потеря тепла из-за неполноты сгорания для случая, когда