Мегаобучалка Главная | О нас | Обратная связь


ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОМИНАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ И СРЕДНЕГО ИНДИКАТОРНОГО ДАВЛЕНИЯ ГАЗОВ



2016-09-16 510 Обсуждений (0)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОМИНАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ И СРЕДНЕГО ИНДИКАТОРНОГО ДАВЛЕНИЯ ГАЗОВ 0.00 из 5.00 0 оценок




Энергетические, динамические и экономические показатели трактора в значительной степени определяются параметрами установленного на нем двигателя, важнейшим из которых является номинальная эффективная мощность.

Номинальная мощность двигателя расходуется на создание тя­говой мощности трактора и на привод различных механизмов че­рез вал отбора мощности (ВОМ).

Мощность двигателя, затрачиваемая на создание тяговой мощ­ности трактора, движущегося с постоянной скоростью по горизонтальной поверхности, определяется по зависимости:

, кВт (1.1)

где Ркр - сила тяги, кН; Vд - скорость трактора, м/с (эти параметры указываются в задании);

hтяг - тяговый к.п.д. трактора, учитывающий потери мощности в трансмиссии, затраты мощности на качение трактора и затраты мощности на буксование движителя.

Тяговый к.п.д. зависит от типа и конструктивного исполнения трансмиссии, движителя и почвенного фона. Его величина определяется большей частью опытным путем. Значения тягового к.п.д. при работе трактора с оптимальной силой тяги приведены в табл. 1.1.

 

Таблица 1.1 - Тяговый к.п.д. тракторов на разных почвенных фонах

 

Почвенный фон Тип движителя
  колесный 4х2 колесный 4х4 гусеничный
Стерня 0,60 - 0,65 0,66 - 0,70 0,70 - 0,78
Вспаханное поле 0,50 - 0,55 0,56 - 0,60 0,65 - 0,70

 

Номинальная мощность двигателя с учетом отбора мощности на ВОМ рассчитывается по формуле:

, кВт (1.2)

где a - величина отбора мощности на ВОМ, % (указана в задании).

Номинальная мощность двигателя и его оценочные параметры зависят от качества проектирования, изготовления и от согласованности в работе механизмов и систем. Определяющее влияние на выходные показатели двигателя оказывают режимы его работы и степень совершенства рабочего процесса.

Крутящий момент двигателя определяется по зависимости

(1.3)

Качество рабочего процесса в ДВС оценивается индикаторными показателями, позволяющими учесть потери, которые имеют место при преобразовании тепловой энергии сгоревшего топлива в механическую энергию.

Полученная в ДВС механическая энергия расходуется на выполнение полезной работы и на преодоление механических потерь, связанных с преодолением сил трения и с затратами энергии на привод вспомогательных механизмов и газообмен.

Среднее за цикл индикаторное давление газов на поршень определяется по зависимости вида:

(1.4)

где - среднее эффективное давление, МПа;

- условное среднее давление механических потерь, МПа.

Среднее эффективное давление, находят по формуле:

, МПа (1.5)

где Nе – номинальная мощность двигателя, кВт (формула 1.2);

t - тактность двигателя;

i - число цилиндров;

n - частота вращения коленчатого вала, об/мин;

Vh - рабочий объем одного цилиндра, л.

Среднее давление механических потерь при номинальном тепловом состоянии двигателя определяют по эмпирическим формулам вида:

МПа (1.6)

где Сп - средняя скорость поршня, м/с, определяется по формуле:

, (1.7)

где S - ход поршня, м;

a, b - эмпирические коэффициенты (для различных типов двигателей приведены в табл.1.2).

Механический кпд равен

. (1.8)

 

Таблица 1.2 - Значение коэффициентов для определения механических потерь

Тип двигателя Коэффициент
а b
Карбюраторный    
S/D>1 0,049 0,0152
S/D<1 0,039 0,0113
Дизель 4-тактный с неразделенными камерами сгорания 0,103 0,0118
Дизель 4-тактный с разделенными камерами сгорания 0,103 0,0135

 

 

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ЦИКЛА И

ПОСТРОЕНИЕ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ

 

Индикаторной диаграммой называется графическое изображение зависимости давлений газа в цилиндре двигателя от объема (координаты Р-V), хода поршня (координаты «Р-S») или от угла поворота коленчатого вала (координаты «Р-j »).

Для построения индикаторной диаграммы выполняется тепловой расчет двигателя и определяются показатели, характеризующие процессы впуска, сжатия, сгорания, расширения и выпуска.

 

Процесс впуска

 

В приближенных расчетах абсолютное давление газов в процессе впуска принимают неизменным, зависящим от гидравлического сопротивления впускного тракта, степени подогрева заряда и количества газов, оставшихся в цилиндре после выпуска.

Давление газов в конце впуска зависит от гидравлического сопротивления впускного такта, степени подогрева на впуске, количества газов, оставшихся в цилиндре в конце впуска, и других факторов.

Давление в конце впуска для двигателей без наддува определяют:

, МПа (2.1)

где - потери давления во впускной магистрали, МПа. ро = 0,1 МПа.

С целью лучшего наполнения цилиндров двигателя свежим зарядом необходимо эти потери свести к минимуму.

Для 4-тактных двигателей указанные потери можно ориентировочно подсчитать по эмпирической формуле:

а = (0,03...0,18) ро или Dра = 0,055∙ 10-4 n, МПа, (2.2)

где n - частота вращения коленчатого вала, об/мин.

Давление в конце впуска для двигателей с наддувом определяют по зависимости:

ра = рк - Dрак, МПа, (2.3)

где рк - давление наддува, МПа (принимается по заданию) или определяется по формуле:

рк = (1,4...2,0) ро, МПа. (2.4)

Потери давления на впуске после компрессора равны:

ак = (0,04...0,1)рк, МПа. (2.5)

Конечную температуру впуска Та для 4-тактного двигателя можно определить для двигателей без наддува по выражению:

 

, К, (2.6) а для двигателей с наддувом


, К, (2.7)

где Dt - подогрев свежего заряда во впускном трубопроводе (может быть принят по табл. 2.1) .

Тк - температура газов после компрессора

, (2.8)

где nк - показатель политропы сжатия воздуха в компрессоре (для центробежных компрессоров nк = 1.4...2,0).

Степень заполнения цилиндра свежим зарядом характеризуется коэф-фициентом наполнения hv, который представляет собой отношение количества свежего заряда, поступившего в цилиндр при работе двигателя, к тому количеству заряда, которое мог бы заполнить этот цилиндр при температуре и давлении окружающей среды.

Для двигателей без наддува


; (2.9)

для двигателей с наддувом

. (2.10)

Значения основных параметров процесса впуска современных ДВС представлены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Основные параметры процесса впуска

Тип ДВС   ра, МПа   рк, МПа   Та, К   hv   Δt, оС
Дизель без наддува   0.085…0,09   -   310…350   0,8…0,94   20…40
Дизель с турбонаддувом   (0,9...0,96) рк   0,15…0,25   310…400   0,8…0,97   0…10
Бензиновый карбюраторный   0,07... 0,08   - 320…380   0,75…0,85   -5…+25
Бензиновый с впрыском 0,07…0,08   -   320…380   0,8…0,96   -5…+25

 

 

Процесс сжатия

Определение давления и температуры в конце такта сжатия проводят с рядом допущений, а именно: в период сжатия отсутствуют утечки газа через неплотности в клапанах и поршневых кольцах, в газе не протекает никаких химических реакций и испарений топлива, теплоемкость газа не меняется, сжатие начинается с НМТ и заканчивается в ВМТ, показатель политропы сжатия применяется постоянным. Тогда, используя уравнение политропического процесса, нетрудно определить давление рс и температуру Тс газа в конце такта сжатия

, МПа;

,

где ε –степень сжатия;

n1 - показатель политропы сжатия.

Ориентировочно показатель политропы сжатия можно определить по эмпирическим зависимостям:

для карбюраторных двигателей

n1 = 1,41-110/n

для дизелей

n1 = 1,41-110/n - 0,02

Значения основных параметров процесса сжатия представлены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Основные параметры процесса сжатия

Тип ДВС   рс, МПа   Тс, К   n1 ε  
Дизель без наддува   3...5.5   750... 900   1,38. ..1,42   15. ..22  
Дизель с турбонаддувом   6. ..8   950... 1200   1,35. ..1,38   12. ..15  
Бензиновый карбюраторный   0,5. ..2,0   400. ..700   1,34. ..1,39   6. ..9  
Бензиновый с впрыском   1,0. ..2,5   400... 800   1,34. ..1,39   8. ..11  

 

Процесс сгорания

При анализе и расчете процесса сгорания необходимо различать сгорание в бензиновом и дизельном двигателях.

Уравнение сгорания (баланс тепла) для карбюраторного двигателя

, (2.13)

где Qс - количество тепла в газе в конце сжатия (до начала сгорания), кДж;

Qсг - количество тепла, выделившегося при сгорании топлива и переданного сжатому газу, кДж; Qz - ко­личество тепла в газе после сгорания топлива, кДж.

Для дизельного двигателя

Qс + Qсг = Qz +Qz'-z , (2.14)

где - количество тепла, затраченного на работу расши­рения газов при движении поршня от ВМТ до расчетного конца сгорания, кДж.

Температура газов в конце сгорания Тzопределяется по уравнениям сгорания, выраженным через параметры состоя­ния газов [2]:

для бензинового двигателя при a <1

; (2.15)

для дизельного двигателя

(2.16)

Значение Тz также можно выбрать из таблицы 2.4, учиты­вая, что дизелям с наддувом соответствуют большие значения температуры.

Давление газов в конце сгорания Ргориентировочно определяется по эмпирическим выражениям

для дизельных двигателей

, МПа (2.17)

для бензиновых двигателей

, МПа (2.18)

где m, - коэффициент молекулярного изменения (m = 1,01... 1,05);

lр = Рrс - степень повышения давления, пока­зывающая увеличение давления газов в цилиндре ДВС в про­цессе сгорания.

Величину lр подсчитать теоретически довольно сложно, поэтому ее значение принимают ориентировочно в зависимо­сти от способа смесеобразования:

Таблица 2.3 - Зависимость lр от способа смесеобразования

Тип ДВС lр
Дизель с предкамерным или вихрекамерным смесеобразованием 1,2…1,4
Дизель с пленочным/объемно-пленочным смесеобразованием 1,4…1,8
Дизель с объемным смесеобразованием 1,6…2,5
Бензиновые двигатели 3,0…4,0
Газовые двигатели 3,0…5,0

Подобрав значения Тz и lр рассчитывают значения рz по выражениям (2.16) или (2.17) в зависимости от типа заданного двигателя.

Параметры процесса сгорания представлены в таблице 2.4.

Таблица 2.4 - Основные параметры процесса сгорания современных ДВС

Тип ДВС   рz, МПа   Тz, К lр  
Дизель без наддува 5…10   1800…2200 1,4… 2,5  
Дизель с турбонаддувом   6…12   2000…2300   1,4…2,5  
Бензиновый карбюраторный   3,5…6,5   2000…2500   3...4  
Бензиновый с впрыском   3,5…7,5   2400…3100   3...4  

Процесс расширения

При теоретических расчетах этот процесс описывается политропой расширения с постоянным показате­лем n2. Тогда давление и температура газов в конце расшире­ния определяются по выражениям

для бензинового двигателя

, МПа (2.19)

, К ; (2.20)

для дизеля

МПа (2.21)

К, (2.22)

где n2 - показатель политроны расширения, который имеет тот же физический смысл, что и показатель политропы сжа­тия, и ориентировочно определяется по выражениям

для карбюраторных двигателей n2 = 1,21 + 130/n;

для дизелей n2 = 1,21 + 130/n - 0,02;

d - степень последующего расширения (изменение объема га­зов в цилиндре от начала до конца расширения или от конца расчетного сгорания до НМТ) подсчитывается по формуле

(2.23)

где r - степень предварительного расширения (изменение объема газов от начала до конца расчетного периода сгорания или от ВМТ до конца расчетного сгорания) рассчитывается по формуле

(2.24)

Параметры процесса расширения приведены в таблице 2.5.

Таблица 2.5 - Основные параметры процесса расширения современных ДВС

Тип ДВС   рв, МПа   Тв, К n2 r
Дизель без наддува     0,2…0,5   1000…1200   1,18…1,28   1,2…1,4  
Дизель с турбонаддувом   0,2…0,5   1000…1200   1,18…1,28   1,2…1,4  
Бензиновый карбюраторный   0,35…0,6   1200…1700   1,23…1,3   -  
Бензиновый с впрыском   0,35…0,6   1200…1700   1,23…1,3   -  

Процесс выпуска

Давление остаточных газов в цилиндре в конце выпуска зависит от конструктивных, эксплуатационных и других факторов и может быть ориентировочно определено по формуле:

, МПа (2.25)

где ро - давление окружающей среды; Dрг - избыточное давление в цилиндре за счет гидравлического сопротивления выпускных трубопроводов, глушителя, газовой турбины (при наличии турбонаддува).

В целях лучшей очистки цилиндров от остаточных газов необходимо стремиться, чтобы это давление было как можно меньше.

При расчете давления остаточных газов пр;инимают:

Для двигателей без наддува рг = (1,05...1,25) ро;

Для двигателей с турбонаддувом рг = (0,75…0,95)рк, где рк - давление наддува после компрессора.

Для автотракторных двигателей рк = ( 1,4...2,0)ро. „

Температура газов Тг в конце выпуска также принимают ориентировочно: для дизелей 700...900 К, для карбюраторных двигателей 900…1100 К.

Качество очистки цилиндров от остаточных газов в конце выпуска характеризуется коэффициентом остаточных газов g, который представляет собой отношение количества оставшихся в цилиндре газов к свежепоступившему заряду.

Для двигателей без наддува

; (2.26)

Для двигателей с наддувом


, (2.27)

 

где То - температура окружающей среды, К; То = 298 К;

Тк - температура воздуха после компрессора (см. такт впуска), К;

e - степень сжатия;

DТ - температура подогрева во впускном трубопроводе.

При расчетах значение параметров процесса выпуска принимают в соответствии с таблицей 2.6.

Таблица 2.6- Параметры процесса выпуска

Тип ДВС   рr, МПа   Тr, К gr
Дизели без наддува   0,105. ..0,125   600... 900   20... 40   0,03... 0,06  
Дизели с турбонаддувом   (0,75... 0,95) Рк   700... 950   0...10   0,02... 0,05  
Бензиновые карбюраторные   0,102. ..0,120   900... 1000   -5. ..+25   0,04... 0,08  
Бензиновые с впрыском   0,102. ..0,120   900... 1000   -5... +25   0,02... 0,05  

Полученные в результате расчетов, значения параметров рабочего цикла двигателя заносятся в таблицу 2.7 для построения индикаторной диаграммы.

 

Таблица 2.7 Результаты расчета параметров рабочего цикла

 

ра, МПа Та, К рс, МПа Тс, К рz, МПа Тz, К рв, МПа Тв., К рr, МПа Тr, К Sс, м Sа, м Sz, м
                                                   


2016-09-16 510 Обсуждений (0)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОМИНАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ И СРЕДНЕГО ИНДИКАТОРНОГО ДАВЛЕНИЯ ГАЗОВ 0.00 из 5.00 0 оценок









Обсуждение в статье: ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОМИНАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ И СРЕДНЕГО ИНДИКАТОРНОГО ДАВЛЕНИЯ ГАЗОВ

Обсуждений еще не было, будьте первым... ↓↓↓

Отправить сообщение

Популярное:



©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (510)

Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку...

Система поиска информации

Мобильная версия сайта

Удобная навигация

Нет шокирующей рекламы



(0.01 сек.)