Курсовая работа: Тепловой расчет двигателя МеМЗ-245

2.3 Выбор и обоснование конструктивных и эксплуатационных параметров для теплового расчета.

2.3.1 Степень сжатия.

В современных автотракторных бензиновых ДВС степень сжатия изменяется в диапазоне от 10 - 11 [1].

При проектировании двигателя с искровым зажиганием степень сжатия выбирают по возможности высокой. Это связано с тем, что при повышении степени сжатия:

а) улучшается теплоиспользование, а следовательно, топливная экономичность двигателя вследствие роста индикаторного КПД цикла;

б) улучшаются пусковые качества двигателя;

Однако повышение степени сжатия имеет и отрицательные стороны: - рост температуры в цилиндре при высоких оборотах приводит, особенно на средних и номинальных нагрузках, к увеличению содержания окислов азота в продуктах сгорания;

растут механические и тепловые нагрузки на детали поршневой группы и коленчатого вала, что снижает надежность и долговечность двигателя.

С повышением степени сжатия двигатель работает более жёстко и шумно, но поскольку целью данной работы является улучшения его технико-экономических показателей, а не бесшумности и комфорта, принимаю наиболее подходящий для модернизируемого двигателя =10 (по заданию кафедры), учитывая возраст этого автомобиля и то, что заводская степень сжатия всего лишь =9,5.

2.3.2 Коэффициент избытка воздуха. Коэффициент сильно влияет на протекание рабочего цикла в ДВС и на индикаторные показатели цикла. Максимум величины достигается при более бедных смесях по сравнению с теми, которые соответствуют максимуму и . С обеднением смеси до определенных пределов улучшается полнота сгорания. Однако при слишком сильном обеднении смеси скорость ее сгорания падает, и могут появляться циклы с пропуском воспламенения. Наибольшей величине соответствует такой состав смеси, при котором имеет место оптимальное сочетание полноты и скорости сгорания смеси. Максимальное значение достигается при несколько обогащенных смесях, при сгорании которых имеют место наибольшие значения количества выделившейся теплоты и скорости сгорания. Значения , которые соответствуют величинам и , зависят от протекания процесса сгорания, т.е. от конструкции двигателя, также определяются положением дроссельной заслонки и частотой вращения. На режимах полного открытия дроссельной заслонки максимум имеет место при = 1.05 - 1.15, а максимум и при = 0,80 - 0,95. Учитывая эти пределы, и выбранную максимально допустимую степень сжатия=9,5, беру 0,88 (по заданию кафедры), поскольку большие значения берут для двигателей с высокой степенью сжатия. На мой взгляд =0,88 соответствует выбранной ранее степени сжатия.

2.3.3 Частота вращения коленчатого вала. В карбюраторных двигателях частота вращения коленчатого вала легковых автомобилей находится в пределах n=4500-5700 [4]. Для данного ДВС принимаем

С увеличением частоты вращения коленвала потери тепла за цикл снижаются за счет сокращения времени на теплообмен между газом и стенками цилиндра, что увеличивает индикаторный КПД. Но, поскольку увеличение частоты вращения коленчатого вала сопровождается увеличением сил инерции, которые нагружают детали КШМ, мы не можем выбрать максимальную частоту из-за необходимости увеличения размеров и массы этих деталей. Принимаю n=5600 (по заданию кафедры).

2.3.4 Давление окружающей среды Р_{0 -} постоянная величина. Р₀ =0,1МПа

2.3.5 Температура окружающей среды Т₀ (атмосферного воздуха). Принимается среднее значение Т₀ =288 К.

2.3.8 Давление остаточных газов Р_r , МПа, определяется давлением окружающей среды, в которую происходит выпуск отработавших газов и оборотами двигателя:

.

2.3.9 Температура остаточных газов T_r , К, для КБД изменяется в пределах 900 - 1100 К [2]. При увеличении a и e - Т_r снижается, а при увеличении n увеличивается. Принимаем Т_r = 1000К.

2.3.10 Степень подогрева заряда на впуске DТ=10 - 20 К [2]. На DТ влияют: длина, материал трубопровода впускной системы; скорость движения воздушного заряда во впускной системе. При увеличении диаметра цилиндра D, увеличении n и e - DТ уменьшается. Принимаем DТ=15К.

2.3.11 Гидравлические потери С во впускной системе уменьшаются при увеличении проходных сечений, обработке внутренней поверхности впускной системы, правильным выбором фаз газораспределения. Коэффициент сопротивления С изменяется в пределах 2,5 - 4,0 [2]. Он учитывает падение скорости свежего заряда после входа его в цилиндр и гидравлические сопротивления впускной системы двигателя.

В связи с незначительной длиной трубопровода принимаем С = 3,2.

2.3.12 Средняя скорость воздуха в проходных сечениях впускных клапанов W_кл [50-130м/с] может достигать 130 м/с. Эта скорость зависит от диаметра впускного клапана и частоты вращения коленвала. При уменьшении диаметра впускного клапана и увеличении n, средняя скорость W_кл увеличивается. В модернизированном двигателе W_кл не изменяется.

Принимаем .

2.3.13 Показатель политропы сжатия (условный) n₁ =1,32 - 1,40 [2]. При повышении n увеличивается и n₁ ; при повышении средней температуры процесса сжатия n₁ - уменьшается; с уменьшением интенсивности охлаждения двигателя n₁ - увеличивается; с уменьшением отношения поверхности охлаждения к объему цилиндра n₁ - увеличивается. Учитывая все это принимаем n₁ =1,37.

2.3.14 Коэффициент эффективного теплоиспользования x_z =0,85 - 0,9 [2] это параметр, учитывающий потери теплоты в процессе сгорания. При увеличении оборотов двигателя x_z возрастает с улучшением процесса смесеобразования и сгорания. На номинальной частоте вращения x_z снижается за счет увеличения фазы догорания. Примем значение x_z =0,9.

2.3.15 Коэффициент полноты индикаторной диаграммы учитывает уменьшение теоретического среднего индикаторного давления вследствие отклонения действительного процесса от расчетного. Принимаем j_i =0,96.

С увеличением продолжительности догорания топлива, снижается относительный теплообмен и утечки газа, n₂ уменьшается. Показатели политропы расширения для бензиновых ДВС изменяются в диапазоне n₂ =1,23-1,3. Примем n₁ =1,27

3. Тепловой расчет позволяет с достаточной степенью точности аналитическим путем проверить степень совершенства действительного цикла реально работающего двигателя. На основе установленных исходных данных (тип двигателя, мощность, частота вращения коленчатого вала, число и расположение цилиндров, отношение S/D, степень сжатия) проводят тепловой расчет двигателя, в результате которого определяют основные энергетические, экономические и конструктивные параметры двигателя. По результатам теплового расчета строят индикаторную диаграмму. Параметры, полученные в тепловом расчете, являются исходными при проведении динамического и прочностных расчетов.

3.1 Материальный баланс.

3.1.1 Теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания 1 кг топлива