Расчет исходных данных для предполагаемого чип-тюнинга

Расчет исходных данных для предполагаемого чип-тюнинга

двигателя F4R........................................................................................................19

7. Графическая часть курсовой работы...............................................................22

8. Варианты чип-тюнинга двигателя F4R...........................................................23

9. Список использованной литературы...............................................................24

ВВЕДЕНИЕ

Основными задачами курсовой работы по расчету двигателя транспортно-технологических машин и оборудования являются:

1.) оценка технико-экономических и экологических показателей двигателя-прототипа;

2.) расчет термодинамических процессов рабочего цикладвигателя-прототипа;

3.) расчет и построение эксплуатационной (скоростной) характеристики двигателя-прототипа;

4.) конструктивная оценка мехатронной системы двигателя-прототипа;

5.) расчет исходных данных для предполагаемого чип-тюнинга двигателя-прототипа.

Оценка технико-экономических и экологических показателей F4R

На основании паспортных данных двигателя-прототипа (выбирается по желанию студента) заполняется таблица 1 по установленной форме

Таблица 1.

Техническая характеристика двигателяRenaultDuster (F4R) 2, 0

Nп/п	Показатель	Обозначение	Численное значение
	Номинальная мощность	Р_е,кВт
	Номинальная частота вращения	n, мин^-1
	Максимальный вращающий момент при частоте вращения	T_e, Hм n, мин^-1	(3750)
	Тип двигателя	Д.И.З.(Дизель)	Д.И.З.
	Компоновка двигателя	Р (V)	P
	Число цилиндров	i
	Размерность двигателя	S/D	1, 12
	Диаметр цилиндра	D, мм	82, 7
	Ход поршня	S, мм

	Число одноименных клапанов и их привод		8, цепь
	Тип охлаждения двигателя	Жидкостное (воздушное)	Жидкостное
	Наличие наддува		-
	Степень сжатия двигателя	ε
	Литраж двигателя	V_л,л

С учетом параметров технической характеристики двигателя-прототипа и предлагаемых формул проводится его технико-экономическая и экологическая экспертиза (табл.2.)

Таблица 2.

Технико-экономическая и экологическая экспертиза двигателя F4R

Nп/п	Показатель	Формула (обозначение)	Численное значение	Соотв. нормат.
Факт.	Нормат.
	Литровая мощность двигателя	Р_л=Р_е/V_л, кВт/л		40…70 (Д.И.З) 20…25 (Дизель)	Соотв.
	Среднее эффективное давление газов на номинальном режиме		1, 4	> 1, 1МПа	Соотв.
	Средняя скорость поршня		17, 8	< 15м/с	Не соотв.
	Поршневая мощность двигателя		7, 4	20…40 (Д.И.З) 20…30 (Дизель)	Не соотв.
	Оптимальная степень сжатия (Д.И.З)				Соотв.
	Требуемое октановое число топлива				Соотв.
	Оптимальный эффективный удельный расход топлива (Д.И.З)		155, 38		Соотв.
	Экологические показатели:	уменьшение выбросовза счет:	ЕВРО-5	ЕВРО-5, 6	Соотв.
	СО	катализатора	0, 08
	СН	катализатора	0, 05
	NOx	нейтрализатора системы «EGR»	1, 2
системы «Adblue-Bluetec»

Расчет термодинамических процессов рабочего цикла двигателя F4R

Процессы впуска и выпуска

а). Задаются значениями: Т_о; р_о; Т_r; р_r; DТ; р_а.

ТемператураТ_о и давление р_оокружающей среды принимаются в соответствии со стандартными атмосферными условиями: Т_о=273+25=298К; р_о=0, 1 МПа.

Температура Т_r и давление р_r остаточных газов зависят от частоты вращения и нагрузки двигателя, сопротивления выпускного тракта, способа наддува.

р_r=1, 12 (1, 05…1, 20)

Температура остаточных газов зависит в основном от коэффициента избытка воздуха a, степени сжатия e, частоты вращения коленчатого вала, нагрузки.

Т_r=800 К (900…1100) К;

DТ- степень подогрева свежего заряда во впускном тракте зависит от частоты вращения:

DТ=20 (10…30 )

Давление в конце впуска р_апринимается из следующего соотношения:

р_а= р_к- Dр_а;

р_а=0, 1 - 0, 0159 = 0, 0841МПа

У двигателей потери давления Dр_а за счет сопротивления впускного тракта находятся в пределах: (0, 05…0, 2)

Dр_{а =}0, 0159

б). Определяем величины: g _r (коэффициент остаточных газов), Т_a (температура конца наполнения) и h_v (коэффициент наполнения):

(0, 05…..0, 12) (1)

(320.....380) (2)

(0, 75…..0, 85) (3)

Т_к= Т_о; р_к= р_о.

в). В зависимости от принятого значения коэффициента избытка воздуха a определяют массу свежего заряда, введенного в цилиндры двигателя (ориентировочно):

М₁ = 1, 05*15/ 29 = 0, 54, кмоль(4)

Масса воздуха в кмолях: L_o=15/29 = 0, 54.

(29 –масса 1 кмоль воздуха), a = 1, 05

Процесс сжатия

Определяют параметры процесса сжатия: n₁; р_с; Т_с; М_с.

а). Показатель политропы сжатия п₁определяется из соотношения:

n₁ = 1, 41 – 100/3750=1, 39; (5)

б). Давление конца сжатия:

= 2, 2 (6)

в). Температура конца сжатия:

. (7)

г). Масса рабочей смеси в конце сжатия:

, кмоль. (8)

д). Теплоемкость рабочей смеси в конце сжатия:

С_v_._c=20, 16+1, 74× 10 ^-³928, 24 = 21, 77514, кДж/(кмоль.град). (9)

Процесс сгорания

а). Определяем массу продуктов сгорания в цилиндрах двигателя.

, (10)

б). Определяем температуру газов в цилиндре в конце процесса сгорания из уравнений:

, (11)

Теплоемкость продуктов сгорания при постоянном объеме:

С_vz =(18, 4+2, 6· 1, 05) + (15, 5 + 13, 8·1, 05)10 ^{– 4}·2912, 546=21, 133; (12)

Теплоемкость продуктов сгорания при постоянном давлении:

С_r_z =(20, 2 + 0, 92/1, 05) + (15, 5 + 13, 8/1, 05) 10^–42912, 546 + 8, 314; (13)

m -коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси в ходе сгорания m= =1, 05 (значения m находятся в пределах 1, 01…1, 1)

x - коэффициент использования теплоты в ходе сгорания,

x = 0, 85(0, 85… 0, 95);

Н_u- низшая теплотворная способность топлива:

для бензина - 44 × ; DН_u = 0

(-0, 0029)·Т_z² + (-21, 13)·Т_z +86142, 6 =0, (14)

T_z = . (15)

в). Определяем максимальное давление газов в цилиндре:

. (16)

Процесс расширения

Определяют параметры процесса расширения: n₂; р_b; Т_b.

а). Показатель политропы расширения n₂определяется из соотношения:

n₂ = 1, 22 + 130 / 3750=1, 24(20) (17)

б). Давление и температура конца расширения:

; (18)

; (19)

Полученные расчетные значения термодинамических параметров процессов цикла необходимо сопоставить с данными табл. 3.

Таблица 3

Предельные значения параметров процессов цикла

Тип двигателя	p_c, МПа	p_z,, МПа	Т_с, К	Т_z, К	Т_b, К
Бензиновые и газовые двигатели	0, 9…2, 2	3…5, 5	600…800	2400…2900	1400…1700

Рис.3. Структурная схема мехатронной системы двигателя F4R

Рис.4. Обработка сигналов в электронном блоке управления ЭБУ Sirius 32

В результате анализа мехатронной системы двигателя-прототипа, был сделан вывод: имеющиеся в системе элементы по реализации технико-экономических и экологических показателей имеют оптимальные показатели.

Чип-тюнинга двигателя F4R

Большинство заводов-производителей устанавливает в ЭБУ автомобиля " усредненные" программы, не учитывающие особенности российского топлива, климатические особенности региона и т.д. В результате на заводских программах наблюдаются ставшие уже классическими проблемы, например, рывки при переходе от холостого хода к движению на большинстве автомобилей, неконтролируемый подскок оборотов холостого хода двигателя, и многое другое. Указанные проблемы могут быть успешно устранены при помощи чип-тюнинга. В курсовой работе предполагается рассчитать программу для двигателя-прототипа по обеспечению топливной экономичности за счет оптимального соотношения тепловоздушной смеси.

На основании результатов расчета скоростной характеристики двигателя (табл.8, рис.4) определяются: расход топлива-B_т; расход воздуха-B_в; коэффициент избытка воздуха-α в зависимости от частоты вращения-n. (табл.10), строится 3D –матрица и 3-хмерный график.

Расчетный расход воздуха для соответствующего двигателя определяется по формуле:

(33)
;

η _v– коэффициент наполнения для двигателей без наддува определяется по эмпирической формуле:

; (34)

р₀ = 10⁵МПа;

V_h = 0, 002 м³.

Т₀ = 298К;

R = 287 Дж/кг*град;

Значения расходных характеристик двигателя

Таблица 9

n, мин^-1	B_т, кг/ч	η _V	B_в, кг/ч	α
	6, 3724	0, 4825	25, 387	0, 271
	12, 74	0, 64	67, 347	0, 3595
	18, 85	0, 7525	118, 78	0, 42
	24, 685	0, 82	172, 57	0, 4755
	30, 337	0, 8425	221, 64	0, 4969
	35, 833	0, 82	258, 86	0, 4914

Для обеспечения топливной экономичности бензинового двигателя коэффициент избытка воздуха α должен быть в пределах 1, 05…1, 20, т.е.=1, 15

Как видно из табл.9 состав топливовоздушной смеси по величине α не соответствует экономичному режиму, поэтому вводим корректировку этой величины до значения-1, 15 (табл.10) и определяем соответствующую цикловую подачу топлива (табл.11)

Таблица 10

3D-матрица по расходу топливовоздушной смеси двигателя

B_в/В_т
25, 387	1, 15
67, 347		1, 15
118, 78			1, 15
172, 57				1, 15
221, 64					1, 15
258, 86						1, 15

Цикловая подача топлива В_т._ц. и соответствующая подача воздуха В_в.ц.

определяются соотношениями:

(35)

(36)

i –число цилиндров двигателя; i = 4

(37)

14, 7 –стехиометрический состав смеси для бензинового двигателя

Таблица11

3D-матрица по определению цикловой подачи топлива

В_в.ц/n
0, 282	0, 016	0, 016	0, 016	0, 016	0, 016	0, 016
0, 374	0, 022	0, 022	0, 022	0, 022	0, 022	0, 022
0, 439	0, 026	0, 026	0, 026	0, 026	0, 026	0, 026
0, 479	0, 028	0, 028	0, 028	0, 028	0, 028	0, 028
0, 492	0, 029	0, 029	0, 029	0, 029	0, 029	0, 029
0, 479	0, 028	0, 028	0, 028	0, 028	0, 028	0, 028

Рис.5. 3-х мерный график по определению цикловой подачи топлива

7. ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Приложение 1.

9. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Г.В. Штайн, Методические указания «Расчет двигателя»

2. www.baza.drom.ru

3.www.wikimotors.ru/Renault-f4r-20