Главная страница
Навигация по странице:

  • Глава 1. Теоретические термодинамические циклы ДВС

  • 1.1. Цикл двигателей с подводом теплоты при постоянном объеме.

  • 1.2. Цикл двигателей с подводом теплоты при постоянном давлении

  • 1.3. Цикл двигателей с подводом тепла при постоянном объеме и постоянном давлении (смешанный цикл)

  • Глава 2. Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания УАЗ-31512

  • Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания уаз31512


    Скачать 121.38 Kb.
    НазваниеТепловой расчет двигателя внутреннего сгорания уаз31512
    Анкорganna_termodenamika_ush_3_kur.docx
    Дата12.01.2018
    Размер121.38 Kb.
    Формат файлаdocx
    Имя файлаganna_termodenamika_ush_3_kur.docx
    ТипКурсовая
    #14941
    страница2 из 4
    1   2   3   4


    Введение

    УАЗ – это аббревиатура от «Ульяновский автомобильный завод». Завод находится в городе Ульяновске и был основан 1942-ом году во время Великой Отечественной Войны на базе эвакуированной части оборудования Московского автомобильного Завода имени Лихачева (ЗИЛ). В разное время завод выпускал грузовики, военные и военизированные автомобили. В настоящие время УАЗ принадлежит ОАО «Северсталь-авто» и продолжает выпускать легковые автомобили, грузовики и микроавтобусы для специальных служб.

    C 1985-го года им на смену пришли УАЗ 3151 (военный) и УАЗ 31512 (гражданский). В настоящее время эти машины производятся только для Российской армии. Для гражданских же лиц доступны новые модели, удовлетворяющие современным российским требованиям для подобных автомобилей.

    Актуальность:

    Легковой полноприводный автомобиль с мягким верхом (тент) и задним откидным бортом. Данная модель УАЗ - Недорогая модель для перевозки людей и грузов по любым дорогам и по бездорожью. Успешно эксплуатируется в армии, в сельской местности и др. 92-сильный "движок", прочный 4-дверный кузов и практически вечное шасси 31512 не подведут.

    Грузопассажирский автомобиль повышенной проходимости с открытым цельнометаллическим кузовом, имеющим съемный мягкий тентовый верх и задний откидной борт. Модификация автомобиля УАЗ-31512-10 с пружинной передней подвеской и задними малолистовыми рессорами обеспечивает более комфортные условия при движении по дорогам с твердым покрытием.

    Установка на автомобиль ведущих мостов с бортовой передачей увеличивает дорожный просвет до 300 мм. Конструкция переднего моста допускает отключение ступиц передних колес. В качестве дополнительного оборудования предусмотрена установка пускового подогревателя, обеспечивающего надежный запуск двигателя в зимних условиях. УАЗ 31512 - полноприводный открытый легковой автомобиль, для защиты от непогоды предусмотрен тент, задний борт откидной. Основное назначение этого автомобиля - движение по бездорожью. Плюсы: низкая стоимость. Минусы: практически полное отсутствие комфорта. Выпускались варианты как с пружинной подвеской, так и с мелколистовыми рессорами, обычные мосты и мосты оснащенные колесными редукторами, так называемые "военные мосты". Кроме различных модификаций за годы производства менялись многие технические характеристики, из книги Э.Н. Орлова и Е.Р. Варченко "Автомобили УАЗ" техническое обслуживание и ремонт Первые полноприводные автомобили ГАЗ-69 и ГАЗ-69А повышенной проходимости Ульяновский автомобильный завод начал выпускать в 1954 г. ГАЗ-69 - это грузопассажирский автомобиль с колесной формулой 4х4 для перевозки людей и грузов по всем видам дорог и бездорожью. Автомобиль рамной конструкции, классической компоновки (с передним расположением двигателя) с цельнометаллическим двухдверным кузовом, восьмиместный с продольным расположением задних сидений. Кузов закрыт тентом из прорезиненной ткани. Для работы в зимних условиях в автомобиле предусмотрен отопитель. Автомобиль может буксировать прицеп полной массой до 850 кг. Автомобиль ГАЗ-69А отличается от автомобиля ГАЗ-69 только тем, что имеет четырехдверный кузов, поперечное расположение заднего трехместного сиденья и предназначен для перевозки 5 чел. и 50 кг груза в багажнике. Простота конструкции, удобство обслуживания, надежность в эксплуатации и универсальность позволили этим автомобилям очень быстро завоевать признание на отечественном и международном рынке. В 1958 г. завод освоил новое семейство автомобилей УАЗ-450 повышенной проходимости (фургон, санитарный автомобиль и грузовик).

    При их создании основные узлы шасси были использованы от автомобиля ГАЗ-69, но компоновка этих автомобилей была оригинальной, в дальнейшем получившая название вагонной. Рабочее место водителя и место пассажира были размещены над передними колесами, что позволило увеличить объем закрытого цельнометаллического кузова до 5 м3, а применение усиленной подвески и новых более мощных шин (8,40-15) позволило поднять грузоподъемность этих автомобилей. При всех достоинствах автомобили ГАЗ-69 и УАЗ-450 имели и недостатки: не хватало мощности двигателя, а форсировать его по частоте вращения коленчатого вала и степени сжатия не позволяло нижнее расположение привода клапанов; рама была технологически сложная и недостаточно прочная; были недоработки у трехскоростной коробки передач, рычажных амортизаторов и других узлов.

    В 1966 г. завод освоил новое семейство автомобилей УАЗ-452 вагонной компоновки (фургон, санитарный автомобиль, грузовик и автобус). Эти автомобили, сохранив внешние формы автомобилей УАЗ-450 (с небольшими изменениями), были спроектированы на новых более надежных и совершенных узлах: верхнеклапанном четырехцилиндровом двигателе мощностью 51,5 кВт, усиленном сцеплении, новом рулевом управлении и четырехступенчатой коробке передач, новой раздаточной коробке, ведущих мостах с четырехсателлитными дифференциалами, новой раме, подвеске и других узлах. Кроме того, была сделана боковая дверь кузова.

    Грузоподъемность этих автомобилей повысилась до 800 кг, а максимальная скорость до 95 км/ч. На этих новых узлах был спроектирован и в 1972 г. поставлен на производство новый джип - УАЗ-469Б. Завод постоянно совершенствует свои автомобили, уделяя особое внимание повышению их надежности и долговечности, улучшению их активной и пассивной безопасности, снижению расхода топлива и повышению комфортности для водителя и пассажиров. И хотя внешне автомобили изменились незначительно, конструкция многих узлов и систем, а также технические характеристики автомобилей улучшены значительно. Так, за последние годы на автомобили устанавливаются: двигатель мощностью 58,8…67,6 кВт; (При установке двигателя мощностью 58,8 кВт в обозначение автомобиля добавляется цифровой суффикс "01", например, УАЗ-3151-01.) закрытая система охлаждения с расширительным бачком; гидравлический привод выключения сцепления; карданные валы с радиально-торцовым уплотнением подшипников крестовин; телескопические амортизаторы; новые осветительные и светосигнальные приборы; смыватель ветрового стекла с электрическим приводом; аварийная система сигнализации; тормозная система с двухконтурным приводом и сигнальным устройством; вакуумный усилитель тормозов; ведущие мосты повышенной надежности с передаточным числом главной пары 4,625; коробка передач с синхронизаторами на всех передачах переднего хода. Автозавод выпускает целую серию автомобилей повышенной проходимости, спроектированных на двух базовых автомобилях: грузопассажирском и грузовом, именуемых с 1985 г. (после их модернизации) соответственно УАЗ-3151 и УАЗ-3741.

    Объект исследования – двигатель внутреннего сгорания УАЗ-31512.

    Предмет – тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания УАЗ-31512

    Цель – расчет рабочих циклов двигателя внутреннего сгорания УАЗ-31512

    В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи:

    1. Проанализировать литературу по теме исследования.

    2. Провести расчеты.

    3. Определить результаты исследования.

    Глава 1. Теоретические термодинамические циклы ДВС

    Поршневым двигателем внутреннего сгорания (ДВС) называют такую тепловую машину, в которой превращение химической энергии топлива в тепловую, а затем в механическую энергию, происходит внутри рабочего цилиндра. Превращение теплоты в работу в таких двигателях связано с реализацией целого комплекса сложных физико-химических, газодинамических и термодинамических процессов, которые определяют различие рабочих циклов и конструктивного исполнения.

    Экономические и мощностные показатели двигателей внутреннего сгорания, работающих по разным циклам, трудно сравнить в реальных условиях. В этих условиях особенность протекания отдельного процесса рабочего цикла или деталь конструкции двигателя могут повлиять на конечные результаты сравнения. Поэтому основные показатели разных циклов на первом этапе рассматривают в теоретических условиях, когда каждый цикл осуществляется в наивыгоднейших условиях, в воображаемой тепловой машине. На втором этапе в теоретические зависимости (т. е. в условиях воображаемой тепловой машины) вводятся коэффициенты, учитывающие действительные условия.

    В теоретических циклах введены следующие допущения:

    1. В цикле используется в качестве рабочего тела идеальный газ, состав которого в цикле не изменяется.

    2. Циклы считаются замкнутыми, происходящими при постоянном количестве идеального газа.

    3. Теплоемкость газа в течение всего цикла постоянна, т. е. не зависит от температуры.

    4. Сгорание топлива в цилиндре заменяется мгновенным подводом тепла, а выпуск – мгновенным отводом теплоты в холодный источник.

    5. Процесс сжатия и расширения газа происходит без теплообмена с окружающей средой, и называются адиабатическими.

    В соответствии с этими допущениями теоретический цикл представляет собой замкнутый цикл, осуществляемый в воображаемой тепловой машине постоянной несменяемой порцией рабочего тела. Вследствие замкнутости процессы сгорания и выпуска рабочего тела при действительном цикле заменяют подводом и отводом теплоты. Процессы сжатия и расширения предполагаются адиабатическими, т.к. это обеспечивает максимальное теплоиспользование.

    Теоретические циклы имеют минимальное количество потерь, находящихся в строгом соответствии со вторым законом термодинамики. Существующие двигатели внутреннего сгорания работают по одному из трех циклов, имеющих свои характерные особенности.

    1.1. Цикл двигателей с подводом теплоты при постоянном объеме.

    Автомобильные карбюраторные двигатели, а также двигатели газогенераторные, газобаллонные и с впрыском легкого топлива работают по циклу, в котором горючая смесь, вошедшая в цилиндр во время впуска, сжимается, поджигается искрой и быстро сгорает в момент нахождения поршня около ВМТ, т. е. при почти неизменяемом объеме.

    Индикаторная диаграмма теоретического цикла показана на рис. 1.1.



    рис.1.1

    Теоретический цикл с сообщением тепла при постоянном объеме осуществляется следующим образом. При движении поршня от НМТ (точка а диаграммы теоретического цикла) газ, заполняющий цилиндр, начинает сжиматься. Чтобы довести потери тепла до минимума, стенки цилиндра должны быть абсолютно нетеплопроводными, т. е. покрытыми идеальной тепловой изоляцией. В этом случае процесс сжатия (линия ас индикаторной диаграммы) будет адиабатическим, а внешняя механическая работа, затрачиваемая на сжатие, полностью пойдет на увеличение внутренней энергии сжимаемого газа.

    Давление газа в цилиндре в конце процесса сжатия (точка с) равно:

    ,

    где k – показатель адиабаты идеального газа.

    Температура газа в цилиндре в конце процесса сжатия (точка с) равна:

    .

    В конце сжатия, с приходом поршня в ВМТ, происходит не процесс сгорания, как в действительном цикле, а простое мгновенное сообщение теплоты Q1 рабочему телу; результатом этого будет повышение его температуры и давления при постоянном объеме (изохоры сz). При положении поршня в ВМТ (точка z диаграммы) сообщение теплоты прекращается.

    Степень повышения давления газа в цилиндре в конце процесса подвода теплоты

    ,

    где Pz – давление газа в цилиндре в конце процесса подвода теплоты.

    Температура газа в цилиндре в конце процесса подвода теплоты (точка z)

    .

    Температура газа в цилиндре в конце процесса расширения

    .

    Для повторения цикла надо вернуть газ в начальное состояние, характеризуемое точкой a индикаторной диаграммы. Для этого необходимо охладить газ, заключенный в цилиндре, т.е. отнять теплоту, представляющую собой долю Q2 от ранее введенной теплоты Q1. Таким образом, даже при осуществлении теоретического цикла часть вводимой теплоты теряется и, следовательно, не может быть полного превращения теплоты в работу.

    Степень преобразования теплоты в работу любого теоретического цикла оценивается термическим КПД, который представляет собой отношение теплоты, превращенной в полезную работу газов, к подведенной теплоте Q1.

    В теоретическом цикле какие-либо дополнительные тепловые потери, за исключением количества теплоты Q2, отсутствуют.

    Поэтому в полезную работу превращается разность количеств теплоты Q1Q2, тогда термический КПД можно выразить формулой:



    В цикле с сообщением теплоты при постоянном объеме вводимое количество Q1 теплоты и отводимое Q2 пропорциональны его изохорной теплоемкости Сνи соответствующим разностям температур:



    Термический КПД можно определять, подставив найденные значения температур:



    Согласно уравнению термического КПД, экономичность цикла с подводом теплоты при постоянном объеме возрастает при увеличении степени сжатия и показателя адиабаты идеального газа.

    1.2. Цикл двигателей с подводом теплоты при постоянном давлении

    По этому циклу работают стационарные и судовые компрессорные двигатели с воспламенением от сжатия или компрессорные дизели.

    В дизели в процессе впуска поступает воздух, давление и температура которого повышаются в процессе сжатия. Вследствие применения в дизелях высоких степеней сжатия (от 14 до 20) давление конца сжатия приближается к 3–4 МПа и соответствующая температура значительно превышает температуру самовоспламенения топлива. Топливо впрыскивается в конце сжатия через форсунку, мелко распыляется и, приходя в соприкосновение с сильно нагретым воздухом, начинает гореть.

    В этих двигателях для обеспечения хорошего распыливания топлива используют сжатый воздух с давлением около 6 МПа, получаемый в специальных компрессорах, включенных в конструктивную схему двигателя. Насос подает топливо в форсунку, в которую из компрессора подводится сжатый воздух, и в нужный момент внутренняя полость форсунки сообщается с цилиндром, куда поступает смесь распыляющего воздуха и топлива.

    Ввиду постепенной подачи топлива через форсунку нельзя получить резкого повышения давления при сгорании, как в цикле с сообщением теплоты при V = const, где все топливо перед сгоранием находится в цилиндре. В двигателях, работающих по циклу с подводом теплоты при P = const, топливо горит постепенно по мере его поступления в цилиндр, в результате чего процесс сгорания происходит при перемещающемся поршне, при почти постоянном давлении.

    Диаграмма теоретического цикла с подводом тепла при постоянном давлении показана на рис. 1.2.

    При движении поршня от НМТ (точка a диаграммы теоретического цикла) газ, заполняющий цилиндр, начинает сжиматься. В этом случае процесс сжатия (линия ас индикаторной диаграммы) будет адиабатическим. Давление и температура в конце этого процесса определяется так же, как и при термодинамическом цикле с подводом теплоты при постоянном давлении.

    В конце сжатия, с приходом поршня в ВМТ, происходит, как в ранее рассмотренном теоретическом цикле, мгновенное сообщение теплоты Q1 рабочему телу; результатом этого будет повышение его температуры при постоянном давлении (изобара сz).



    рис.1.2.

    При положении поршня, когда объем надпоршневого пространства равен VZ (точка z диаграммы), сообщение теплоты прекращается.

    Степень предварительного расширения газа в цилиндре в конце процесса подвода теплоты:

    .

    Тогда температура газа в цилиндре в конце процесса подвода теплоты (точка z)

    .

    Затем газ адиабатически расширяется (линия zb диаграммы).

    Давление газа в цилиндре в конце процесса расширения

    .

    Температура газа в цилиндре в конце процесса расширения

    .

    Для повторения цикла необходимо охладить газ, заключенный в цилиндре, т. е. отнять теплоту Q2 от введенной теплоты Q1 при постоянном объеме Va.

    Термический КПД выражается формулой:

    .

    В цикле с сообщением теплоты при постоянном объеме вводимое количество Q1 теплоты пропорционально его изобарной теплоемкости СP, а отводимое Q2 пропорционально его изохорной теплоемкости Сν и соответствующим разностям температур:



    Термический КПД можно определять подставив значения температур с учетом того, что:





    Двигатели этого типа в качестве транспортных не использовались вследствие громоздкости установки, снабженной компрессором, имевшим две или три ступени давления. Поэтому данный цикл в дальнейшем рассматриваться не будет.

    1.3. Цикл двигателей с подводом тепла при постоянном объеме и постоянном давлении (смешанный цикл)

    Тракторные и автомобильные двигатели работают по смешанному циклу на дизельном топливе. Для самовоспламенения впрыскиваемого топлива степень сжатия должна быть не ниже 14.

    Индикаторная диаграмма теоретического цикла представлена на рис. 1.3.

    В теоретическом цикле кривая ас диаграммы изображает адиабатическое сжатие рабочего тела, заключенного в цилиндре, сz и zz' – сообщение теплоты, z'b – адиабатическое расширение и ba – отдачу части сообщенной теплоты холодному источнику в соответствии со вторым законом термодинамики.



    рис.1.3.

    Значения температуры и давления в конце процесса сжатия аналогичны предшествующим формулам:

    ; .

    Максимальное давление смешанного цикла:

    .

    Температура в ВМТ равна:

    .

    Температура в конце процесса подвода теплоты равна:

    .

    Давление в конце адиабатного расширения равно:

    .

    Температура в конце адиабатного расширения определяется формулой:



    Термический КПД теоретического цикла можно определить по разности количества теплоты: Q1' + Q1'', введенных соответственно при V = const (по изохоре сz) и при р = const (по изобаре zz') и Q2, отданного холодному источнику при V = const (по изохоре ba):

    .

    Теплота, сообщаемая соответственно по изохоре и изобаре, и отводимая теплота равны



    Подставляя Q1', Q1'' и Q2 в уравнение, определяющее термический КПД смешанного цикла, заменяя все температуры через температуру начала сжатия , аналогично предшествующим выводам и учитывая, что

    ,

    получаем



    Это уравнение позволяет утверждать, что использование тепла в смешанном цикле зависит от степени сжатия, предварительного расширения и повышения давления, а также показателя адиабаты.

    В смешанном цикле повышение степени сжатия улучшает экономические и мощностные показатели. Однако по мере увеличения степени сжатия прирост использования теплоты постепенно замедляется и после значений степени сжатия 10–12 становится малоощутимым. В дизельных двигателях значении степени сжатия больше 15 объясняются желанием облегчить пуск холодных двигателей. При повышении степени сжатия растет температура конца сжатия, что обеспечивает самовоспламенение топлива даже при низких температурах стенок цилиндра и засасываемого воздуха.

    Глава 2.

    Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания УАЗ-31512
    1   2   3   4
    написать администратору сайта