Расчет скоростной характеристики ДВС
Содержание
ВВЕДЕНИЕ
1. Расчётно-физическое
определение параметров внешней скоростной характеристики транспортного
поршневого двигателя
1.1 Расчёт бензинового
двигателя
1.2 Расчёт 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, путём сравнения
ряда замеренных на испытательном стенде и расчётно-теоретических параметров
работы двигателя.
Целью работы
является закрепление знаний, полученных на лекционных и практических по
дисциплине.
Задачами
работы являются приобретение навыков расчёта и построения скоростной
зависимости бензинового или дизельного двигателя, анализ регулировочных кривых,
а также оценка качества выполненных регулировочных и ремонтных воздействий на двигатель.
1. Расчётно-физическое
определение параметров внешней скоростной характеристики транспортного
поршневого двигателя
1.1 Расчёт
бензинового двигателя
В качестве
базового принимаем четырёхтактный 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
расчёта.
|
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 расчёта
принимаем вариант – резерв.
Расчёт.
1.
Мощность
в 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
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
G1000=0.001·
383,137 · 12,821=4,912 кг/ч
G2000=0.001·
329,663 · 27,492=9,063 кг/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:
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
|
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 данным
таблицы строим графики внешней скоростной характеристики ДВС.
(см.
Приложение 1).
1.2 Расчёт
дизельного двигателя
В качестве
базового принимаем четырёхтактный 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 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
|
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 расчёта
принимаем вариант – 4.
Расчёт.
1.
Мощность
в 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.
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
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
|
|