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.

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

N1000=68·1000/5550·(1+1000/5550-(1000/5550)2)= 12,821 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

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

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

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

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

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

G500=0.001· 417,032 · 6,043=2,520 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	295,278	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	144	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.

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

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

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

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

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

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

G1500=0.001· 208,596 · 230,473 =48,076 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