Проектирование и расчет двигателя внутреннего сгорания
Рабочее тело и его свойства. Характеристика процессов впуска, сжатия, сгорания, расширения, выпуска. Расчет факторов, действующих в кривошипно-шатунном механизме. Оценка надежности проектируемого двигателя и подбор автотранспортного средства к нему.
Рубрика | Транспорт |
Вид | курсовая работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 29.10.2013 |
Размер файла | 749,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Содержание
Введение
1. Тепловой расчет рабочего цикла двигателя
1.1 Рабочее тело и его свойства
1.2 Процесс впуска
1.3 Процесс сжатия
1.4 Процесс сгорания
1.5 Процесс расширения
1.6 Процесс выпуска
1.7 Индикаторные показатели рабочего цикла
1.8 Эффективные показатели двигателя
1.9 Основные параметры и показатели двигателя
1.10 Тепловой баланс двигателя
1.11 Построение индикаторной диаграммы
2 Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателя
2.1 Расчет силовых факторов, действующих в кривошипно-шатунном механизме
3. Оценка надежности проектируемого двигателя
4. Подбор автотранспортного средства к двигателю
5. Порядок компоновки двигателя
Заключение
Список использованных источников
Приложение А
Приложение Б
Введение
Предметом изучения дисциплины «Автомобильные двигатели»для студентов специальности190601.65являются автомобильные двигатели.
К автомобильным двигателям предъявляются следующие основные требования:
развитие необходимой мощности при различных скоростях движения автомобиля, хорошая приемистость при трогании автомобиля и изменении его рабочих режимов;
максимальная экономичность на всех режимах работы;
низкая себестоимость;
высокая удельная мощность;
удобство в эксплуатации, при техническом обслуживании и ремонте;
надежность работы;
низкая степень токсичности отработавших газов;
перспективность конструкции, позволяющая производить ее дальнейшую модернизацию.
Задачи изучения дисциплины определяются на основе требований к знаниям и умениям студента после изучения данного курса.
Курсовой проектвключает следующие разделы:
расчетную часть:
- тепловой расчет;
- динамический расчет;
- оценка надежности проектируемого двигателя;
- подбор автотранспортного средства к двигателю.
2) графическую часть:
- 1 лист - индикаторная диаграмма, характеристики автомобильного двигателя по результатам динамического расчета;
- 2 лист - поперечный разрез двигателя
1. Тепловой расчёт рабочего цикла двигателя
1.1 Рабочее тело и его свойства
автотранспортный двигатель кривошипный шатунный
Топливо
Теплота, необходимая для осуществления рабочего цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания, выделяется при химических реакциях сгорания топлива непосредственно в цилиндре двигателя.
Химический составбензина
Топливо |
Содержание в 1 кг |
Молекулярная масса mТ, г/моль |
|||
Углерода С |
Водорода Н |
Кислорода О |
|||
Бензин |
0,855 |
0,145 |
- |
110…120 |
Выбранный состав топлива отвечает условию:
С + Н + О = 1 кг. (1.1)
При тепловом расчёте ДВС пользуются значением низшей теплоты сгорания топлива, под которой понимается количество теплоты, выделяемое при полном сгорании топлива без учета теплоты конденсации водяных паров. Низшая теплота сгорания Нu в кДж/кг определяется по формуле Д.И. Менделеева:
(1.2)
где S и W - массовые доли серы и влаги в топливе.
В расчетах принимается S = 0, W = 0.
Горючая смесь
Для полного сгорания топлива необходимо определенное количество воздуха, которое называется теоретически необходимым, и определяется по элементарному составу топлива в кг возд/кг топл:
(1.3)
кг возд/кг топл
или в кмоль возд/кг топл:
(1.4)
кмоль возд/кг топл
Действительное количество воздуха L в кмоль возд/кг топл определяется по формуле:
(1.5)
кмоль возд/кг топл
где б - коэффициент избытка воздуха.
Для различных двигателей при номинальной мощности принимаются следующие значения б: карбюраторные двигатели 0,85…0,98;
Количество горючей смеси М1 в кмоль гор.см/кг топлива определяется по формуле:
(1.6)
кмоль гор.см/кг топл
где mТ - молекулярная масса паров топлива, г/моль.
Величина mТ выбирается по таблице 1.2.
Продукты сгорания
Количество продуктов сгораниядля двигателей с воспламенением от сжатия рассчитывается по формуле (1.13).
При полном сгорании топлива (при б > 1,0) продукты сгорания состоят из углекислого газа СО2, водяного пара Н2О, избыточного кислорода О2 и азота N2.
Общее количество продуктов М2 неполного сгорания в кмоль пр.сг/кг топл определяется по формуле:
(1.7)
кмоль пр.сг/кг топл.
Количество отдельных составляющих продуктов сгорания в кмоль пр.сг/кг топл. определяются по следующим формулам:
(1.8)
кмоль пр.сг/кг топл
(1.9)
кмоль пр.сг/кг топл
(1.10)
кмоль пр.сг/кг топл
(1.11)
кмоль пр.сг/кг топл
(1.12)
кмоль пр.сг/кг топл
где -константа, зависящая от отношения количества водорода и оксида углерода в продуктах сгорания; для бензинов =0,45…0,5.
Изменение количества молей рабочего тела при сгорании в ?М в кмоль /кг топл. определяется по формуле:
(1.13)
кмоль /кг топл
Относительное изменение количества молей при сгорании горючей смеси характеризуется химическим коэффициентом молекулярного изменения горючей смеси , который определяется по формуле:
(1.14)
1.2 Процесс впуска
Давление и температура окружающей среды
При работе двигателя без наддува в цилиндр поступает воздух из атмосферы. В этом случае при расчёте рабочего цикла двигателя давление и температура окружающей среды принимаются равными МПа и K соответственно.
Давление и температура остаточных газов
Для автомобильных двигателей без наддува давление остаточных газов в МПа принимают равным:
(1.15)
МПа
В зависимости от типа двигателя, степени сжатия, частоты вращения и коэффициента избытка воздуха выбираются значения температуры Тr остаточных газов для карбюраторных двигателей:900…1100 К.
Степень подогрева заряда
В процессе наполнения температура свежего заряда несколько увеличивается на величину ?Т благодаря подогреву от нагретых деталей двигателя. Величина ?Т зависит от расположения и конструкции впускного трубопровода, системы охлаждения, скоростного режима, нагрузки, размеров цилиндра. С увеличением числа оборотов величина ?Т при неизменном крутящем моменте двигателя уменьшается приблизительно линейно.
В зависимости от типа двигателя значения ?Т принимают из следующих пределов: для карбюраторных двигателей0…20 К;
Давление в конце впуска
Величина давления в конце впуска ра, в МПа может быть определена по формулам: для двигателей без наддува:
; (1.16)
МПа;
где - потери давления во впускном трубопроводе, МПа.
Потери давления во впускном трубопроводе в МПа определяются по формуле:
(1.17)
МПа
где - коэффициент затухания скорости заряда в цилиндре;
- коэффициент, учитывающий гидравлическое сопротивление впускного тракта;
- средняя скорость движения заряда при максимальном открытии клапана, м/с;
- плотность заряда на впуске, кг/м3.
При средней скорости заряда щвп от 50 до 130 м/с величину (овп+в2) принимают в пределах от 2,5 до 4,0.
Для двигателей без наддува плотность заряда на впуске в кг/м3 определяют по формуле:
(1.18)
кг/м3
где Rв - удельная газовая постоянная воздуха, Дж/(кг · град);
Rв = 287 Дж/(кг · град);
Коэффициент остаточных газов
Коэффициент остаточных газов гr для четырёхтактных двигателей внутреннего сгорания определяется по формуле:
(1.19)
Количество остаточных газов в кмоль ост.газов/кг топл определяется по формуле:
; (1.20)
кмоль ост.газов/кг топл.
Температура в конце впуска
Температуру в конце впуска Та в градусах Кельвина (К) определяют по формуле:
(1.21)
K
Коэффициент наполнения
Для четырёхтактных двигателей без учёта продувки и дозарядки коэффициент наполнения определяется по формуле:
(1.22)
Величина коэффициента наполнения в основном зависит от тактности двигателя, его быстроходности и совершенства системы газораспределения.
Значения параметров процесса впуска
Тип двигателя |
Параметры |
||||
pa, МПа |
гr |
Та, К |
зv |
||
Карбюраторный |
0,080…0,095 |
0,04…0,1 |
340…400 |
0,7…0,9 |
|
Проектируемый |
0,084 |
0,055 |
344,5 |
0,765 |
1.3 Процесс сжатия
Показатель политропы сжатия
Учитывая, что теплообмен между рабочим телом и стенками цилиндра за процесс сжатия незначителен, то величину можно оценить по среднему показателю адиабаты сжатия по следующим формулам: для карбюраторных двигателей:
(1.23)
Значение определяется в зависимости от температуры и степени сжатия е по формуле :
(1.24)
Давление и температура конца процесса сжатия
Давление в МПа и температура в градусах Кельвина (К) в конце процесса сжатия определяются из уравнения политропы с постоянным показателем :
(1.25)
МПа
(1.26)
K
Средняя мольная теплоёмкость рабочей смеси
Температура конца процесса сжатия tc в градусах Цельсия (оС).
(1.27)
°c
Средняя мольная теплоёмкость свежей смеси в конце сжатия принимается равной теплоёмкости воздуха в кДж/(кмоль·град) и определяется по формуле :
(1.28)
Средняя мольная теплоёмкость остаточных газов в конце сжатия в кДж/(кмоль·град) определяется по следующим формулам:
- для карбюраторных двигателей
(1.29)
кДж/(кмоль·град)
Средняя мольная теплоёмкость рабочей смеси в кДж/(кмоль·град) определяется по формуле:
(1.3)
кДж/(кмоль·град)
Рассчитанные параметры процесса сжатия необходимо сравнить со значениями этих параметров у современных автомобильных двигателей внутреннего сгорания, представленных в таблице.
Значения параметров процесса сжатия
Тип двигателя |
Параметры |
|||
n1 |
рс, МПа |
Тс, К |
||
Карбюраторных |
1,34…1,38 |
0,9…2,0 |
600…800 |
|
Проектируемый |
1,366 |
1,587 |
757,7 |
1.4 Процесс сгорания
Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси
Изменение объёма при сгорании рабочей смеси учитывает коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси, который определяется по формуле:
(1.31)
Температура конца видимого сгорания
Температура газа Тz в конце видимого сгорания определяется на основании первого закона термодинамики:
для карбюраторных двигателей
(1.32)
где - коэффициент использования низшей теплоты сгорания на участке видимого сгорания, который принимается для дизелей 0,7…0,88;
л - степень повышения давления цикла, которая устанавливается по опытным данным в зависимости от количества топлива подаваемого в цилиндр, формы камеры сгорания и способа смесеобразования, и выбирается из таблицы 1.5;
-потеря теплоты вследствии химической неполноты сгорания, кДж/кг;
(1.33)
кДж/кг
tz - температура в конце видимого сгорания, о С;
- средняя мольная теплоёмкость продуктов сгорания при постоянном объёме, кДж/(кмоль·град), которая определяется по следующей формуле:
(1.34)
где -средние мольные теплоёмкости продуктов сгорания при изменении температуры в диапазоне 1501…2800 оС, которые могут быть выражены в зависимости от температуры tz следующими формулами:
(1.35)
(1.36)
(1.37)
(1.38)
(1.39)
После подстановки всех величин в уравнение сгорания получается квадратное уравнение вида:
(1.40)
где А, В, С - числовые значения известных величин.
Из формулы (1.34) выражается температура в градусах Цельсия (оС):
(1.41)
°c
Температура Тz в градусах Кельвина (К) определяется как:
(1.42)
°c
Степень повышения давления цикла
Для карбюраторных двигателей определяется по формуле:
(1.43)
Степень предварительного расширения
Степень предварительного расширения для карбюраторных двигателей. Максимальное давление сгорания
Величина давления в МПа в конце сгорания определяется по формуле:
(1.44)
МПа
Рассчитанные параметры процесса сгорания необходимо сравнить со значениями этих параметров у современных автомобильных двигателей внутреннего сгорания, представленных в таблице.
Значения параметров процесса сгорания
Тип двигателя |
Параметры |
||||
Карбюраторный |
3,2…4,2 |
1,0 |
3,5…7,5 |
2400…3100 |
|
Проектируемый |
3,97 |
1,0 |
6,3 |
2811,6 |
1.5 Процесс расширения
Показатель политропы расширения
Средний показатель политропы расширения n2 незначительно отличается от показателя адиабаты k2 и может быть определён по следующим формулам: для карбюраторных двигателей
(1.45)
(1.46)
Давление и температура конца процесса расширения
Значения давления в МПа и температуры в градусах Кельвина (К) в конце процесса расширения определяется по формулам:
для карбюраторных двигателей
(1.47)
МПа
(1.48)
K
Рассчитанные параметры процесса расширения необходимо сравнить со значениями этих параметров у современных автомобильных двигателей внутреннего сгорания, представленных в таблице.
Значения параметров процесса расширения
Тип двигателя |
Параметры |
|||
Карбюраторный |
1,23…1,30 |
0,35…0,6 |
1200…1700 |
|
Проектируемый |
1,25 |
0,42 |
1625,4 |
1.6 Процесс выпуска
Точность выбора температуры остаточных газов в градусах Кельвина (К) определяется по формуле:
(1.49)
K
При расхождении между принятой величиной Тr в пункте (2.2.2) и рассчитанной по формуле (2.43) ?10 % параметры теплового расчёта необходимо пересчитать.
(1.50)
1.7 Индикаторные показатели рабочего цикла
Среднее индикаторное давление
Среднее теоретическое индикаторное давление в МПа определяется по формулам:
для карбюраторных двигателей
(1.51)
МПа
Среднее индикаторное давление действительного цикла в МПа отличается от теоретического на величину уменьшения работы газов действительного цикла против работы газов теоретического цикла (пропорционально уменьшению расчётной индикаторной диаграммы за счёт скругления) и определяется по формуле:
(1.52)
МПа
где - коэффициент полноты индикаторной диаграммы.
Значения коэффициента принимаются из следующих интервалов значений: для карбюраторных двигателей - = 0,94…0,97.
Индикаторные КПД
Индикаторный КПД характеризует степень использования теплоты топлива для получения полезной работы в действительном цикле, то есть индикаторный КПД учитывает все тепловые потери действительного цикла.
Индикаторный КПД определяется по формуле:
(1.53)
где рi - среднее индикаторное давление, МПа;
- теоретически необходимое количество воздуха, кг возд/кг топл;
б - коэффициент избытка воздуха;
Нu - низшая теплота сгорания, кДж/кг;
сk - плотность заряда на впуске, кг/м3;
зv - коэффициент наполнения.
Индикаторный удельный расчет топлива
Индикаторный удельный расход топлива в г/(кВт·ч) определяется по формуле:
(1.54)
г/(кВт·ч)
Рассчитанные индикаторные показатели двигателя сравниваются со значениями этих показателей современных двигателей внутреннего сгорания, представленных в таблице.
Значение индикаторных показателей
Тип двигателя |
Показатели |
|||
Карбюраторный |
0,6…1,4 |
0,3…0,4 |
210…275 |
|
Проектируемый |
1,01 |
0,347 |
235,7 |
1.8 Эффективные показатели двигателя
Давление механических потерь
Давление механических потерь - это условное давление, равное отношению работы механических потерь к рабочему объёму цилиндра двигателя. Величину давления механических потерь в МПа оценивают по средней скорости поршня по формуле:
(1.55)
МПа
где аМ и bМ- экспериментальные коэффициенты, величины которых приведены в таблице 1.8;
нn.cp - средняя скорость поршня в м/с, которая для различных типов двигателей выбирается в следующих пределах:
карбюраторные двигатели легковых автомобилей 12...20
Значения коэффициентов аm и bm
Тип двигателя |
аm |
bm |
|
Карбюраторный с числом цилиндров (?6) и отношением хода поршня к его диаметру (?1,0) |
0,034 |
0,0113 |
Среднее эффективное давление в МПа определяется по формуле:
(1.56)
МПа.
Механический КПД определяется по формуле:
(1.57)
Эффективный КПД
Отношение количества теплоты, эквивалентной полезной работе на валу двигателя, к общему количеству теплоты, внесённой в двигатель с топливом, называется эффективным КПД , который определяется по формуле:
(1.58)
Эффективный удельный расход топлива
Эффективный удельный расход топлива в г/(кВт·ч) определяется по формуле:
(1.59)
г/(кВт·ч)
Рассчитанные эффективные показатели двигателя необходимо сравнить со значениями этих показателей современных двигателей внутреннего сгорания, представленных в таблице.
Значения эффективных показателей двигателей
Тип двигателя |
Показатели |
||||
Карбюраторный |
0,6…1,1 |
0,23…0,38 |
0,75…0,92 |
230…310 |
|
Проектируемый |
0,8 |
0,277 |
0,798 |
283,23 |
1.9 Основные параметры и показатели двигателя
Рабочий объём цилиндра - это объем пространства, освобождаемого поршнем при перемещении его от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке, и определяется в дм3 по формуле:
(1.60)
дм3
где ф - тактность рабочего процесса двигателя, для четырёхтактного процесса (ф - 4);
Nе - мощность двигателя по заданию, кВт;
n - номинальная частота вращения по заданию, мин-1;
i - число цилиндров двигателя по заданию.
Определение размеров цилиндра двигателя производится на основе выбора отношения хода поршня S к диаметру цилиндра D.
Отношение линейных размеров цилиндра S/D находится в следующих пределах:
для карбюраторных двигателей 0,86…1,07.
Диаметр цилиндра двигателя D в мм определяется по формуле:
(1.61)
мм
Ход поршня двигателя S в мм определяется по формуле:
(1.62)
мм
Полученные значения S и D округляются в большую сторону до чисел чётных или кратных пяти.
Окончательная средняя скорость поршня в м/с определяется по формуле:
(1.63)
м/с
Ошибка между принятой величиной в пункте 2.8.1 и рассчитанной по формуле 2.56 в процентах определяется:
(1.64)
Расхождение между рассчитанным значением по формуле и принятым значением средней скорости поршня при оценке механических потерь в пункте (1.8.1) не должно превышать 5%. В противном случае производится перерасчет средней скорости поршня по полученному значению.
По принятым значениям D и S определяют окончательные основные параметры и показатели двигателя.
Рабочий объём одного цилиндра в дм3 определяется по формуле:
(1.65)
дм3
Литраж двигателя в дм3 определяется по формуле:
(1.66)
дм3
Объём камеры сгорания в дм3 определяется по формуле:
(1.67)
дм3
Полный объём цилиндра в дм3 определяется по формуле:
(1.68)
дм3
Мощность двигателя в кВт определяется по формуле:
(1.69)
кВт
Поршневая мощность двигателя в кВт/дм2 определяется по формуле:
(1.70)
кВт/дм2
Эффективный крутящий момент в Н·м определяется по формуле:
(1.71)
Н·м
Часовой расход жидкого топлива в кг/ч определяется по формуле:
(1.72)
кг/ч
Для ориентировочной оценки массы двигателя в кг используют статические данные по удельным массам двигателя по формуле:
(1.73)
кг
где - удельная масса двигателя, кг/кВт, значения принимаются по данным таблицы.
Удельные массы двигателей в кг/кВт
Тип двигателя |
Расположение цилиндров |
||
Рядное |
V-образное |
||
Карбюраторный |
1,9…5,6 |
1,3…5,9 |
1.10 Тепловой баланс двигателя
Уравнение теплового баланса имеет вид:
(1.74)
где Qo - общее количество теплоты, введённое в цилиндр, Дж/с;
Qe - теплота, эквивалентная эффективной работе двигателя, Дж/с;
Qохл - теплота, отданная окружающей среде, Дж/с;
Qr - теплота, уносимая из двигателя с отработавшими газами, Дж/с;
Qн.с - теплота, потерянная при неполном сгорании топлива, Дж/с;
Qост - неучтённые потери теплоты, Дж/с.
Общее количество теплоты
Общее количество теплоты в Дж/с определяется по формуле:
(1.75)
Дж/с
Теплота , эквивалентная эффективной работе, в Дж/с определяется по формуле:
(1.76)
Дж/с
Теплота, отданная охлаждающей среде
Теплота , отданная окружающей среде, в Дж/с определяется по формулам:
при жидкостном охлаждении:
для карбюраторных двигателей
(1.77)
Дж/с
где D - диаметр цилиндра, мм;
с - коэффициент пропорциональности, который принимается из интервала с = 0,45…0,53;
m - показатель степени, который принимается из интервала m = 0,6…0,7;
Теплота , унесённая из двигателя с отработавшими газами, в Дж/с определяется по формуле:
(1.78)
Дж/с
где tr - температура остаточных газов, оС.
- теплоёмкость остаточных газов в кДж/(кмоль·град), которую можно определить по формуле (1.36) для карбюраторных двигателей при подстановке в данную формулу значения температуры остаточных газов tr;
- теплоёмкость свежего заряда в кДж/(кмоль·град), которую можно определить по формуле (1.34) при подстановке в данную формулу значения температуры to = 20 0C.
Теплота ,потерянная при неполном сгорании топлива, в Дж/сопределяется по формуле:
(1.79)
Дж/с
Неучтённые потери теплоты в Дж/с определяются по формуле:
(1.80)
Дж/с
Если значение (< 0), то необходимо пересчитать величину , уменьшив значения коэффициента с и (или) показателя m.
Тепловой баланс определяется также в процентах от всего количества введённой теплоты по следующим формулам:
(1.81)
(1.82)
(1.83)
(1.78) (1.84)
(1.79) (1.85)
Очевидно, что должно выполняться условие:
(1.86)
Рассчитанные значения составляющих теплового баланса необходимо сравнить со значениями у современных автомобильных двигателей внутреннего сгорания, представленных в таблице
Значения составляющих теплового баланса в процентах
Тип двигателя |
Составляющие теплового баланса в процентах |
|||||
Карбюраторный |
21…28 |
12…27 |
30…55 |
0…45 |
3…10 |
|
Проектируемый |
27,77 |
25,38 |
32,09 |
11,29 |
3,47 |
1.11 Построение индикаторной диаграммы
Отрезок, соответствующий рабочему объему цилиндра,АВ=72/1=72 мм.
Отрезок,соответствующий объёму камеры сгорания,ОА=72/(8,6-1)=9,47 мм.
Отрезок, соответствующий полному объему цилиндра ОВ=72+9,47=81,47 мм.
По оси ординат откладывается отрезок ОД, соответствующий максимальному давлению сгорания, в масштабе µр=рz /ОД в МПа/мм так, чтобы отношениеОД/АВ = 1,2…1,7,а масштаб давления принимал одно из рекомендуемых значений µр=0,02; 0,025; 0,04; 0,05; 0,07; 0,10.
ОД=6,3/0,05=126мм.
Масштаб давленияµр =0,05 МПа/мм.
Затем по данным теплового расчета на диаграмме откладывают в масштабе µр величины давлений pа, pc, pz, pb, pr, соответствующих характерным точкам: а; с; z; b; r. Между точками А и В проводятся прямые линии, параллельные оси абсцисс, ординаты которых соответствуют давлениям.
мм
мм
мм
мм
мм
мм
Построение политроп сжатия и расширения проводится аналитическим методом. Для этого вычисляется ряд промежуточных точек (от 8 до 12) для интервала объёмов (Vc … Va) и (Vz … Vb) по уравнению политропы pVn = const.
Для политропы сжатия откуда определяется давление в МПа по формулам:
(1.87)
где px и Vx - давление и объём в расчетной точке процесса сжатия;
ОВ - отрезок, соответствующий полному объему цилиндра, мм;
ОХ - абсцисса расчетной точки, мм.
Аналогично для политропы расширения определяется давление в МПа по формулам:
(1.88)
Абцисса расчетной точки ОХ в мм определяется по формуле:
(1.89)
где АХ - перемещение поршня в мм и определяется по формуле:
(1.90)
где л - отношение радиуса кривошипа R к длинне шатуна Lш, выбирается по таблице 1.11.
б - угол поворота коленчатого вала, град., а значения тригонометрической функции
Величина параметра различных двигателей
Двигатель |
||
Существующие |
0,24…0,31 |
|
Проектируемый |
0,296 |
Для построения действительной индикаторной диаграммы находятся характерные точки. Давление в точке с?, характеризующей момент достижения поршня ВМТ, определяется по формуле:
, МПа (1.91)
Точку bЅ - момент достижения поршня НМТ в конце расширения - располагают между точками b и a. При этом давление рbЅ в МПа ориентировочно расчитывают по формуле:
МПа (1.92)
Размещено на http://www.allbest.ru/
град, a |
(1-cos a)+ л/4(1-cos2a) |
AX |
OX |
OB/OX |
Px |
Px/Mp |
град, a |
Px |
Px/Mp |
|
180 |
2 |
72 |
81,47368 |
1 |
0,083901 |
1,678027 |
540 |
0,423869 |
8,47738 |
|
190 |
1,98927 |
71,613738 |
81,08742 |
1,004764 |
0,084448 |
1,688958 |
530 |
0,426404 |
8,528077 |
|
200 |
1,957005 |
70,452192 |
79,92588 |
1,019366 |
0,086129 |
1,722583 |
520 |
0,434193 |
8,683864 |
|
210 |
1,903025 |
68,508915 |
77,9826 |
1,044767 |
0,089075 |
1,781499 |
510 |
0,447811 |
8,956226 |
|
220 |
1,827194 |
65,779001 |
75,25269 |
1,082668 |
0,093519 |
1,87038 |
500 |
0,468287 |
9,365736 |
|
230 |
1,729638 |
62,266953 |
71,74064 |
1,13567 |
0,09983 |
1,996594 |
490 |
0,497227 |
9,944543 |
|
240 |
1,611 |
57,996 |
67,46968 |
1,20756 |
0,108563 |
2,171253 |
480 |
0,537032 |
10,74064 |
|
250 |
1,472707 |
53,017468 |
62,49115 |
1,303764 |
0,120549 |
2,410985 |
470 |
0,591246 |
11,82492 |
|
260 |
1,317185 |
47,418676 |
56,89236 |
1,432067 |
0,137044 |
2,740886 |
460 |
0,665142 |
13,30283 |
|
270 |
1,148 |
41,328 |
50,80168 |
1,60376 |
0,159974 |
3,199482 |
450 |
0,766679 |
15,33358 |
|
280 |
0,969889 |
34,916007 |
44,38969 |
1,835419 |
0,192357 |
3,847149 |
440 |
0,908097 |
18,16194 |
|
290 |
0,788667 |
28,392017 |
37,8657 |
2,151649 |
0,239019 |
4,780383 |
430 |
1,108536 |
22,17072 |
|
300 |
0,611 |
21,996 |
31,46968 |
2,588958 |
0,307765 |
6,155303 |
420 |
1,398192 |
27,96385 |
|
310 |
0,444062 |
15,986245 |
25,45993 |
3,200075 |
0,411118 |
8,222362 |
410 |
1,824067 |
36,48133 |
|
320 |
0,295106 |
10,623801 |
20,09749 |
4,053924 |
0,567945 |
11,3589 |
400 |
2,454227 |
49,08453 |
|
330 |
0,170975 |
6,1550855 |
15,62877 |
5,213058 |
0,800808 |
16,01617 |
390 |
3,364696 |
67,29391 |
|
340 |
0,07762 |
2,7943233 |
12,26801 |
6,641151 |
1,114796 |
22,29593 |
380 |
4,559059 |
91,18118 |
|
350 |
0,019655 |
0,7075797 |
10,18126 |
8,002315 |
1,438228 |
28,76455 |
370 |
5,760614 |
115,2123 |
|
360 |
0 |
0 |
9,473684 |
8,6 |
1,586971 |
31,73943 |
360 |
6,305482 |
126,1096 |
Размещено на http://www.allbest.ru/
Точка zд характеризует действительное максимальное давление цикла рzдв МПа, определяемое по формуле:
- для карбюраторного двигателя
(1.93)
МПа
Положение точки zддолжно соответствовать условию допустимой скорости нарастания давления Крв МПа/град, которая определяется по формуле:
(1.94)
МПа/град
где - нарастание давления в МПа, определяется по формуле:
(1.95)
МПа
- угол поворота коленчатого вала, соответствующий точкеzд:
для карбюраторных двигателей = 8…12°;=0,1…0,4 МПа/град. Положение точки zд на индикаторной диаграмме АХ(zд) определяется при б = 360 + . Поскольку точка zднеможет находиться за пределами индикаторной диаграммы,то должно выполняться следующее условие:
(1.96)
Принимаются характерные углы:
угол опережения начала впрыска топлива для дизелей бв = 15…25о или угол опережения зажигания для карбюраторных двигателейбз = 30…40о;
продолжительность периода задержки воспламенения би = 8…12о для дизелей или би = 5…18о для карбюраторных двигателей;
значения фаз газораспределения выбираются либо близкими к значениям современных автомобильных двигателей внутреннего сгорания, либо из статистического диапазона в соответствии с таблицей.
Фазы газораспределения различных двигателей
Тип двигателя |
Впускной клапан |
Выпускной клапан |
|||
Начало открытия до ВМТ б о.вп , |
полное закрытие после НМТ б з.вп, град. |
начало откры-тия до НМТ б о.в, град. |
полное закрытие после ВМТ б з.в, град. |
||
Карбюраторный |
10…35 |
40…85 |
40…70 |
10…50 |
|
Проектируемый |
12 |
40 |
42 |
10 |
Далее в соответствии с принятыми значениями угла опережения зажигания или угла опережения впрыска топлива, периодом задержки воспламенения и значениями фаз газораспределения определяют углы поворота коленчатого вала б в градусах, соответствующие характерным точкам:
f -начало впрыска топлива или подача искры б(f) = 360 - 35=325;
с? - начало видимого сгорания б (c') =360 - 35 + 10=335;
b' - начало открытия выпускного клапана б (b') =540 - 42=498;
r' - начало открытия впускного клапана б (r') =720 - 12=708;
а" - полное закрытие впускного клапана б (a") =180 + 40=220;
a' - полное закрытие выпускного клапана б (а') = 10.
Определяется положение характерных точек по формуле для перемещения поршня АХ (2.90).
Соединение плавными кривыми точек r a? а a" f c' c" zд b' b" r' r позволяет получить cкругленную действительную диаграмму. По индикаторной диаграмме для проверки теплового расчета и правильности построения диаграммы определяется среднее индикаторное давление в МПа:
(1.97)
МПа
где - площадь скругленной индикаторной диаграммы, мм2.
Величина , полученная планиметрированием индикаторной диаграммы, не должна отличаться от величины , полученной в тепловом расчете, более чем на 10%.
Размещено на http://www.allbest.ru/
2. Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателя
2.1 Расчет силовых факторов, действующих в кривошипно-шатунном механизме
Сила давления газов ?Рг в Н определяется по формуле:
(2.1)
где рг - индикаторное давление газов (давление над поршнем) при заданном угле поворота кривошипа, МПа;
р0 - давление в картере двигателя (под поршнем), МПа; принимается равным атмосферному - р0 = 0,1 МПа;
FП - площадь поршня, м2; определяется из выражения.
(2.2)
м3
Для определения сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс необходимо определить массу mj в кг частей кривошипно-шатунного механизма, совершающих возвратно-поступательное движение:
(2.3)
кг
где mп - масса поршневого комплекта (поршень, палец, поршневые кольца, детали стопорения пальца), кг;
mш.п - часть массы шатуна в сборе, отнесенная к поступательно движущимся массам, кг.
Для большинства существующих конструкций автомобильных двигателей mш.п = (0,25…0,30) mш, где mш - масса шатуна в сборе.
кг
Массы mп и mш рассчитываются по чертежам деталей или выбираются по статистическим данным по следующим зависимостям:
(2.4)
кг/м2
кг
(2.5)
кг/м2
кг
где mп? и mш? - удельные массы соответственно поршневого комплекта и шатуна, значения которых приведены в таблице 2.1.
Удельная масса в кг/м2 элементов КШМ
Элемент КШМ |
Карбюраторные двигатели при диаметре поршня, мм |
||
80…120 |
108 |
||
Поршневой комплект: - алюминиевый сплав - чугун |
80…120 150…200 |
160 |
|
Шатун |
100…150 |
120 |
Сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс Рj в Н определяется по формуле:
(2.6)
, м
(2.7)
рад/с
где R - радиус кривошипа, м; R = 0,5 S (S - ход поршня);
щ - угловая скорость коленчатого вала, щ = р n/30, рад/c.
Значения (cosб + л cos2б) для различных б и л приведены в приложении А. Расчеты Рj проводятся для тех же значений б, для которых определялась ?Pг. Результаты расчета сводятся в таблицу 2.
Суммарная сила Р в Н, действующая на поршневой палец, определяется алгебраическим сложением сил давления газов ?Pг и сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс Рj по формуле:
(2.8)
Результаты расчетов сводятся в таблицу 2.
От действия суммарной силы возникают следующие силы:
- суммарная нормальная (боковая) сила N в Н, направленная перпендикулярно оси цилиндра; определяется по формуле:
(2.9)
- суммарная радиальная сила К в Н, направленная по радиусу кривошипа; определяется по формуле:
(2.10)
Размещено на http://www.allbest.ru/
Динамический расчет КШМ
б |
?Рг |
Рi |
P |
Sш |
N |
K |
T |
Rш.ш |
|||||||||
мм |
Н |
мм |
Н |
мм |
Н |
мм |
Н |
мм |
Н |
мм |
Н |
мм |
Н |
мм |
Н |
||
0 |
0,4 |
88,31 |
-11595,16 |
-52,52 |
-11506,85 |
-52,12 |
-11506,85 |
-52,12 |
0 |
0 |
-11506,85 |
-52,12 |
0,00 |
0,00 |
15744,85 |
71,31 |
|
30 |
-0,37 |
-81,69 |
-9072,37 |
-41,09 |
-9154,06 |
-41,46 |
-9154,09 |
-41,46 |
-23,73 |
-0,11 |
-7915,78 |
-35,85 |
-4597,58 |
-20,82 |
9154,09 |
41,46 |
|
60 |
-0,52 |
-115,47 |
-3149,30 |
-14,26 |
-3264,77 |
-14,79 |
-3264,80 |
-14,79 |
-14,77 |
-0,07 |
-1619,59 |
-7,34 |
-2834,76 |
-12,84 |
3260,87 |
14,77 |
|
90 |
-0,70 |
-154,55 |
2648,28 |
12,00 |
2493,73 |
11,30 |
2493,76 |
11,30 |
13,08 |
0,06 |
-13,08 |
-0,06 |
2493,73 |
11,30 |
2730,40 |
12,37 |
|
120 |
-0,87 |
-192,08 |
5797,58 |
26,26 |
5605,50 |
25,39 |
5605,56 |
25,39 |
25,36 |
0,11 |
-2824,71 |
-12,79 |
4841,82 |
21,93 |
5605,56 |
25,39 |
|
150 |
-1,00 |
-220,78 |
6424,09 |
29,10 |
6203,31 |
28,10 |
6203,33 |
28,10 |
16,08 |
0,07 |
-5380,26 |
-24,37 |
3087,73 |
13,99 |
6138,39 |
27,80 |
|
180 |
-1,00 |
-220,78 |
6298,61 |
28,53 |
6077,82 |
27,53 |
6077,82 |
27,53 |
0,00 |
0,00 |
-6077,82 |
-27,53 |
0,00 |
0,00 |
6040,32 |
27,36 |
|
210 |
-1,00 |
-220,78 |
6424,09 |
29,10 |
6203,31 |
28,10 |
6203,33 |
28,10 |
-16,08 |
-0,07 |
-5380,26 |
-24,37 |
-3087,73 |
-13,99 |
6198,45 |
28,08 |
|
240 |
-0,78 |
-171,24 |
5797,58 |
26,26 |
5626,34 |
25,48 |
5626,40 |
25,48 |
-25,46 |
-0,12 |
-2835,22 |
-12,84 |
-4859,83 |
-22,01 |
5600,13 |
25,37 |
|
270 |
0,01 |
2,21 |
2648,28 |
12,00 |
2650,49 |
12,01 |
2650,52 |
12,01 |
-13,90 |
-0,06 |
-13,90 |
-0,06 |
-2650,49 |
-12,01 |
2650,53 |
12,01 |
|
300 |
3,62 |
799,23 |
-3149,30 |
-14,26 |
-2350,07 |
-10,64 |
-2350,10 |
-10,64 |
10,63 |
0,05 |
-1165,83 |
-5,28 |
2040,54 |
9,24 |
2335,36 |
10,58 |
|
330 |
13,60 |
3002,63 |
-9072,37 |
-41,09 |
-6069,74 |
-27,49 |
-6069,76 |
-27,49 |
15,74 |
0,07 |
-5248,68 |
-23,77 |
3048,50 |
13,81 |
6067,17 |
27,48 |
|
360 |
32,10 |
7087,08 |
-11595,16 |
-52,52 |
-4508,08 |
-20,42 |
-4508,08 |
-20,42 |
0,00 |
0,00 |
-4508,08 |
-20,42 |
0,00 |
0,00 |
4502,46 |
20,39 |
|
370 |
105,20 |
23226,19 |
-11299,53 |
-51,18 |
11926,66 |
54,02 |
11926,67 |
54,02 |
10,70 |
0,05 |
11743,61 |
53,19 |
2081,58 |
9,43 |
11933,31 |
54,05 |
|
390 |
63,88 |
14103,51 |
-9072,37 |
-41,09 |
5031,14 |
22,79 |
5031,16 |
22,79 |
13,04 |
0,06 |
4350,57 |
19,71 |
2526,87 |
11,45 |
5033,75 |
22,80 |
|
420 |
24,88 |
5493,04 |
-3149,30 |
-14,26 |
2343,73 |
10,62 |
2343,76 |
10,62 |
10,60 |
0,05 |
1162,68 |
5,27 |
2035,04 |
9,22 |
2345,25 |
10,62 |
|
450 |
12,86 |
2839,25 |
2648,28 |
12,00 |
5487,52 |
24,86 |
5487,60 |
24,86 |
28,78 |
0,13 |
-28,78 |
-0,13 |
5487,52 |
24,86 |
5487,59 |
24,86 |
|
480 |
7,76 |
1712,38 |
5797,58 |
26,26 |
7509,96 |
34,02 |
7510,04 |
34,02 |
33,98 |
0,15 |
-3784,41 |
-17,14 |
6486,83 |
29,38 |
7482,10 |
33,89 |
|
510 |
5,00 |
1103,91 |
6424,09 |
29,10 |
7528,00 |
34,10 |
7528,02 |
34,10 |
19,52 |
0,09 |
-6529,19 |
-29,57 |
3747,10 |
16,97 |
7526,98 |
34,09 |
|
540 |
3,00 |
662,34 |
6298,61 |
28,53 |
6960,95 |
31,53 |
6960,95 |
31,53 |
0,00 |
0,00 |
-6960,95 |
-31,53 |
0,00 |
0,00 |
6942,20 |
31,44 |
|
570 |
0,72 |
159,85 |
6424,09 |
29,10 |
6583,93 |
29,82 |
6583,96 |
29,82 |
-17,07 |
-0,08 |
-5710,39 |
-25,86 |
-3277,18 |
-14,84 |
6572,58 |
29,77 |
|
600 |
0,40 |
88,31 |
5797,58 |
26,26 |
5885,89 |
26,66 |
5885,95 |
26,66 |
-26,63 |
-0,12 |
-2966,01 |
-13,43 |
-5084,02 |
-23,03 |
5855,95 |
26,52 |
|
630 |
0,40 |
88,31 |
2648,28 |
12,00 |
2736,59 |
12,40 |
2736,63 |
12,40 |
-14,35 |
-0,07 |
-14,35 |
-0,07 |
-2736,59 |
-12,40 |
2736,63 |
12,40 |
|
660 |
0,40 |
88,31 |
-3149,30 |
-14,26 |
-3060,99 |
-13,86 |
-3061,02 |
-13,86 |
13,85 |
0,06 |
-1518,50 |
-6,88 |
2657,82 |
12,04 |
3061,02 |
13,86 |
|
690 |
0,40 |
88,31 |
-9072,37 |
-41,09 |
-8984,05 |
-40,69 |
-8984,08 |
-40,69 |
23,29 |
0,11 |
-7768,77 |
-35,19 |
4512,20 |
20,44 |
8964,64 |
40,60 |
|
720 |
0,40 |
88,31 |
-11595,16 |
-52,52 |
-11506,85 |
-52,12 |
-11506,85 |
-52,12 |
0,00 |
0,00 |
-11506,85 |
-52,12 |
0,00 |
0,00 |
11480,60 |
52,00 |
Размещено на http://www.allbest.ru/
- суммарная тангенциальная сила Т в Н, направленная перпендикулярно к радиусу кривошипа; определяется по формуле:
(2.11)
- суммарная сила, действующая вдоль шатуна Sш в Н определяется по формуле:
(2.12)
где в - угол отклонения оси шатуна от оси цилиндра, в = arcsin(л sinб).
Значения тригонометрических функций для различных б и л приведены в приложении А. Результаты расчета сил K, N, T, Sш сводятся в таблицу 2.
Суммарный (индикаторный) крутящий момент Мкр в Н·м, развиваемый одним цилиндром двигателя:
(2.13)
Центробежная сила инерции вращающей части шатуна Кr.ш в Н, направленная по радиусу кривошипа и нагружающая шатунную шейку (шатунный подшипник):
(2.14)
Н
где mш.к - часть массы шатуна, отнесённая к вращающимся массам, кг.
(2.15)
кг
Абсолютное значение этой силы в Н определяется по формуле:
(2.16)
а ее направление относительно кривошипа определяется углом:
(2.17)
По графику силы Rш.ш в прямоугольной системе координат определяются ее максимальное Rш.ш.max=23689,42Н, минимальное Rш.ш.min=2705,03Н и среднее значения Rш.ш.ср по формуле:
(2.18)
Н
где F=13854,8 мм2- площадь, ограниченная кривой Rш.ш = f (б) и осью абсцисс, мм2 ;
l =360 мм- длина диаграммы по оси б, мм;
µ - принятый в динамическом расчете масштаб сил, Н/мм.
Среднее значение суммарного индикаторного крутящего момента двигателя УМкр.ср (индикаторный крутящий момент) в Н·м определяется графоаналитическим способом по формуле:
(2.19)
Н·м
где F1 и F2 - площади, ограниченные кривой УМкр = f(б) соответственно выше и ниже оси абсцисс в пределах одного периода, мм2 (при I ?4 в большинстве случаев F2 = 0);
l - длина графика в пределах одного периода, мм.
Эффективный крутящий момент двигателя в Н·м:
(2.20)
Н·м
где зМ - механический КПД двигателя (из теплового расчета).
Полученное значение Ме не должно отличатся более чем на ?Ме = 5% от рассчитанного в тепловом расчете значения Ме.
3. Оценка надежности проектируемого двигателя
При проектировании двигателя ориентировочная оценка надежности двигателя может быть осуществлена определением следующих критериев:
- Б.Я Гинцбурга
(3.1)
где Ne - номинальная мощность, кВт;
I - число цилиндров;
D - диаметр цилиндра, см;
-А.К.Костина
(3.2)
где VП.СР - средняя скорость поршня, м/с;
ре - среднее эффективное давление, МПа;
ge - удельный эффективный расход топлива, кг/(кВт·ч);
D - диаметр цилиндра, дм;
pk и Tk - давление, МПа, и температура, К, на впуске;
зV - коэффициент наполнения.
4. Подборавтотранспортногосредствакдвигателю
Подбор автотранспортного средства (АТС) к проектируемому двигателю включает определение типа АТС, полной массы и максимальной скорости.
Тип АТС выбирается по номинальной мощности двигателя:
если Ne ? 80 кВт - легковой автомобиль.
Для ориентировочной оценки полной массы АТС ma в кг пользуются статистическими данными по удельным мощностям двигателя по формуле:
(4.1)
кг
где Ne - максимальная (номинальная) мощность двигателя, кВт;
Nуд - удельная мощность двигателя, кВт/кг.
Для легковых автомобилей Nуд = 0,040...0,045; для автобусов - Nуд = 0,010…0,012.
Связь между максимальной мощностью двигателя и максимальной скоростью АТС выражается следующей формулой, полученной из уравнения баланса сил, действующих на движущиеся по прямой поверхности АТС:
(4.2)
где Va max - максимальная скорость АТС, м/с;
ц-коэффициент суммарного сопротивления дороги (асфальтобетонное покрытие); для легковых автомобилей ц = 2·10-7Va max2; для грузовых автомобилей и автобусов ц = 0,015 + 6·10-6Va max2;
ma - масса АТС, кг;
зт = 0,85…0,9 - КПД трансмиссии;
kв - коэффициент обтекаемости, Н·с2/м4; для легковых автомобилей kв = 0,2…0,3; для грузовых автомобилей kв = 0,5…0,7; для автобусов kв = 0,35…0,45;
F - лобовая площадь АТС, м2; для легковых автомобилей F = 1,5…2,0; для грузовых автомобилей F = 3,0…6,5; для автобусов kв = 3,0…7,5.
Максимальная скорость Va max? в км/ч определяется по формуле
(4.3)
Va max? = 49·3,6 = 176,4 км/ч
5. Порядок компоновки двигателя
Компоновку поршневой группы начинают с определения высоты поршня hП. Затем находят расстояние от верхней кромки поршня до оси пальца h1. Далее с учетом размещения предварительно выбранного числа колец в соответствии с рисунком 7 прорисовывают элементы поршневой группы по размерам.
Рисунок 7 - Схема поршня
Размеры элементов поршневой группы
Элементы поршневой группы |
Значения размеров в мм |
||
карбюраторные двигатели |
проектируемый |
||
1 |
2 |
3 |
|
Высота поршня hП |
(0,8…1,73)D |
75 |
|
Расстояние от верхней кромки поршня до оси пальца h1 |
(0,45…0,75)D |
37,5 |
|
Толщина днища поршня д |
(0,05…0,10)D |
5,625 |
|
Высота юбки поршня hю |
(0,6…0,8)D |
52,5 |
|
Диаметр бобышки dб |
(0,3…0,5)D |
30 |
|
Расстояние между торцами бобышек b |
(0,3…0,5)D |
30 |
|
Толщина стенки юбки поршня дю |
1,5…4,5 |
3 |
|
Толщина стенки головки поршня s |
(0,05…0,10)D |
5,625 |
|
Расстояние до первой поршневой канавки е |
(0,06…0,12)D |
6,75 |
|
Радиальная толщина кольца t |
(0,04…0,05)D |
3 |
|
Высота кольца а |
2…4 |
3 |
|
Радиальный зазор кольца в канавке поршня ?t |
0,70…1,1 |
1 |
|
Внутренний диаметр поршня di |
55,75 |
||
диаметр масляного канала dм |
(0,3…0,5)a |
1,2 |
|
Наружный диаметр пальца dп |
(0,22…0,28)D |
18,75 |
|
Внутренний диаметр пальца dв |
(0,65…0,75) dп |
13,125 |
|
Длина пальца lп |
(0,78…0,88)D |
60 |
|
Длина втулки шатуна lш |
(0,33…0,45)D |
30 |
Для окончательной проверки длины зеркала цилиндра следует определить минимальный зазор между стержнем шатуна и нижней кромкой цилиндра (при больших значениях R/Lш возможно задевание им нижней кромки цилиндра). Минимальный зазор д1 в соответствии с рисунком 7 должен составлять 3...5 мм.
Рисунок 8 - Схема шатунной группы
Размеры элементов шатуна
Элементы шатуна |
Значения размеров в мм |
||
карбюраторные двигатели |
проектируемый |
||
Внутренний диаметр поршневой головки d: - с втулкой |
(1,1…1,25) dп |
22,5 |
|
Наружный диаметр головки dг |
(1,25…1,65) dп |
26,25 |
|
Минимальная радиальная толщина стенки головки hг |
(0,16…0,27) dп |
3,75 |
|
Радиальная толщина стенки втулки sв |
(0,055…0,085) dп |
12,1875 |
|
Диаметр шатунной шейки dшш |
(0,56…0,70)D |
48 |
|
Толщина стенки вкладыша tв |
(0,03…0,05) dшш |
72 |
|
Расстояние между шатунными болтами Сб |
(1,30…1,75) dшш |
28,8 |
|
Длина кривошипной головки lк |
(0,45…0,95) dшш |
22,5 |
|
Размеры среднего сечения В - В шатуна: hш min hш bш - tш = аш |
(0,50…0,55) dг (1,2…1,4)hш min (0,5…0,6)lш 2,5…4,0 |
13,125 17,0625 15 3 |
Проектирование механизма газораспределения начинают с определения диаметра горловины проходного сечения dгор клапана в мм по формуле:
(5.1)
мм
В современных двигателях длина клапана в мм определяется по формуле:
(5.2)
мм
Диаметр стержня клапана в мм определяется по формуле:
(5.3)
мм
Толщину стенки гильзы в мм в первом приближении можно определить по формуле:
(5.4)
мм
где - допускаемое напряжение растяжения, которое для чугунных гильз равно = 50...60в МПа, для стальных - = 80...100 МПа;
- давление газов в цилиндре двигателя в конце процесса сгорания топлива, МПа.
Толщина нижней опорной стенки головки блока в мм и толщина стенок водяной рубашки в мм определяются по следующим формулам:
длякарбюраторных двигателей
(5.5)
мм
(5.6)
мм
Заключение
В процессе расчета и проектирования двигателя было изучено и должным образом усвоено следующее:
сущность и значение процессов, происходящих в цилиндре ДВС при реализации действительного цикла, закономерности и наиболее эффективные методы превращения химической энергии топлива в работу ДВС;
влияние основных конструктивных, эксплуатационных и атмосферно-климатических факторов на протекание процессов в ДВС и на формирование внешних показателей работы двигателя, современные методы улучшения технико-экономических показателей и характеристик двигателя, основные критерии работы ДВС и общепринятые характеристики;
тенденции и направления развития ДВС, диктуемые современными требованиями к подвижному составу автотранспорта.
Спроектированный двигатель обладает повышенной надежностью (критерий Гинцбурга N'П= 1,5 кВт/см), соответствует экологическим требованиям (по массовым долям СО и СО2 ), удовлетворяет требованиям экономичности ( эффективный удельный расход топлива gе= 283,23 г/ (кВтч), имеет опрятный внешний вид (Лист 2), удовлетворяя тем самым требованию эстетичности.
Исходя из вышеперечисленного, можно сделать прогноз о достойной конкурентоспособности спроектированного двигателя.
Показатели рассчитанного двигателя и прототипа приведены в приложении А, техническая характеристика двигателя приведена в приложении Б.
Список использованных источников
1 Золотарев, Е.С. Методические указания к курсовому проекту по дисциплине «Автомобильные двигатели»/ Е.С. Золотарев - Кумертау: Кумертауский филиал ГОУ ОГУ, 2009. - 91 с.
2 Двигатели внутреннего сгорания: в 3 кн. Кн. 1. Теория рабочих процессов./ Под ред. В.Н. Луканина и М.Г. Шатрова. - 3-е изд., перераб. и испр. - М.: Высшая школ, 2007. - 479 с.
3 Двигатели внутреннего сгорания: в 3 кн. Кн. 2. Динамика и конструирование./ Под ред. В.Н. Луканина и М.Г. Шатрова. - 3-е изд., перераб. и испр. - М.: Высшая школа, 2007. - 400 с.
Колчин, А.И. Расчет автомобильных и тракторных двигателей/ А.И. Колчин, В.П. Демидов - М.: Высшая школа 2008. - 496 с.
Приложение А
Таблица А1 - Сравнения показателей рассчитанного двигателя с прототипом
Показатели |
Тип двигателя |
||
Прототип |
Рассчитанный |
||
Коэффициент избытка воздуха |
0,85...0,98 |
0,92 |
|
Давление остаточных газов рг, МПа |
0,105...0,125 |
0,12 |
|
Температура остаточных газов Тг, К |
900... 1100 |
1100 |
|
Степень подогрева заряда , К |
0...20 |
10 |
|
Коэффициент остаточных газов |
0,04...0,1 |
0,055 |
|
Температура в конце впуска Та, К |
340...400 |
344,5 |
|
Коэффициент наполнения |
0,7...0,9 |
0,76 |
|
Показатель политропы сжатия |
1,27...1,4 |
1,36 |
|
Температура конца процесса сжатия Тс, К |
600...800 |
757 |
|
Давление в конце процесса сжатия рс, МПа |
0,9...2,0 |
1,6 |
|
Степень повышения давления цикла |
3,2...4,2 |
3,97 |
|
Степень предварительного расширения |
1,0 |
1,0 |
|
Температура конца видимого сгорания Tz, К |
2400...3100 |
2812 |
|
Максимальное давление в конце сгорания pz, МПа |
3,5...7,5 |
6,3 |
|
Показатель политропы расширения |
1,23...1,30 |
1,254 |
|
Температура в конце процесса расширения Тb, К |
1200...1700 |
1625 |
|
Давление в конце процесса расширения рb, МПа |
0,35...0,6 |
0,42 |
|
Средняя скорость поршня, , м/с |
9...16 |
12 |
|
Среднее эффективное давление ре, МПа |
0,6...1,1 |
0,84 |
|
Индикаторный КПД ; |
0,3... 0,4 |
0,348 |
|
Эффективный КПД |
0,23...0,38 |
0,29 |
|
Механический КПД |
0,75...0,92 |
0,83 |
|
Эффективный удельный расход топлива ge, г / (Квт ч) |
230...310 |
283 |
|
Отношение S / D |
0,86... 1,07 |
0,94 |
|
Относительная теплота qe, % |
21...38 |
29 |
|
Относительная теплота q0XЛ% |
24...32 |
24 |
|
Относительная теплота qr, % |
30...55 |
32 |
|
Относительная теплота qH.c, % |
0...21 |
11 |
|
Относительная теплота q0CT, % |
3...10 |
3,62 |
|
Фазы газораспределения: - открытие впускного клапана до ВМТ, , град |
10...35 |
12 |
|
- закрытие впускного клапана после НМТ, азвп , град |
40...85 |
40 |
|
- открытие выпускного клапана до НМТ, ао.в., град |
40...70 |
42 |
|
- закрытие выпускного клапана после ВМТ, aз.в., град |
10...50 |
10 |
|
Скорость нарастания давления при сгорании / , МПа / град |
0,1...0,4 |
0,35 |
|
Критерий Гинцбурга N'n, кВт / см |
1,2...2,8 |
||
Критерий Костина qn |
3,5...9,0 |
8,345 |
|
Масса двигателя mдв, кг |
- |
225 |
Приложение Б
Техническая характеристика двигателя
1 Тип двигателя -карбюраторныйбез наддува.
2 Число тактов - 4.
3 Число и расположение цилиндров - 4Р - образный.
4 Порядок работы цилиндров - 1-3-2-4.
5 Расположение и число клапанов в цилиндре -- верхнее, по два в цилиндре.
6 Рабочий объем двигателя, дм3-1,27.
7 Диаметр цилиндра, мм - 75.
8 Ход поршня, мм - 72.
9 Степень сжатия - 8,6.
10 Номинальная мощность, кВт - 45.
11Максимальная рабочая частота вращения, мин-1 - 5200.
12Габаритные размеры двигателя д * ш * в, мм - 860*922*1010.
13 Направление вращения коленчатого вала - правое.
14 Максимальное среднее эффективное давление, МПа -0,84.
15 Максимальный эффективный крутящий момент, Нм - 82,68.
16 Минимальная частота вращения холостого хода, мин-1 - 1000.
17 Сорт топлива - бензин.
18 Минимальный удельный расход топлива, г / (кВтч) - 283.
19 Фазы газораспределения: впуск (начало, конец), выпуск (начало,
конец) -(12,40), (42, 10).
20 Наличие наддува - отсутствует.
21 Тип нагнетателя - отсутствует.
22 Тип системы охлаждения - жидкостный, закрытый с принудительной циркуляцией.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания. Параметры рабочего тела и остаточных газов. Процессы впуска, сжатия, сгорания, расширения и выпуска. Внешние скоростные характеристики, построение индикаторной диаграммы. Расчет поршневой и шатунной группы.
курсовая работа [4,2 M], добавлен 17.07.2013Техническая характеристика судового двигателя внутреннего сгорания и его конструктивные особенности. Выбор начальных параметров для теплового расчёта. Построение индикаторной диаграммы. Определение моментов, действующих в кривошипно-шатунном механизме.
курсовая работа [673,9 K], добавлен 16.12.2014Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания, параметры окружающей среды и остаточных газов. Описание процессов впуска, сжатия, сгорания, расширения и выпуска. Индикаторные параметры рабочего цикла. Характеристика эффективных показателей двигателя.
курсовая работа [786,4 K], добавлен 22.03.2013Расчет скоростной характеристики, номинальной мощности двигателя. Основные параметры, характеризующие работу дизеля. Процесс впуска, сжатия, сгорания и расширения. Построение индикаторной диаграммы. Тепловой, кинематический, динамический расчет двигателя.
курсовая работа [1012,7 K], добавлен 21.01.2015Определение свойств рабочего тела. Расчет параметров остаточных газов, рабочего тела в конце процесса впуска, сжатия, сгорания, расширения, выпуска. Расчет и построение внешней скоростной характеристики. Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 14.01.2018Общие сведения об автомобиле ЯМЗ-236. Тепловой расчет и внешняя скоростная характеристика двигателя. Сущность процессов впуска, сжатия, сгорания, расширения и выпуска. Индикаторные параметры рабочего цикла двигателя. Конструкторский расчет его деталей.
курсовая работа [539,1 K], добавлен 07.12.2011Техническая характеристика двигателя внутреннего сгорания. Тепловой расчет рабочего цикла и свойства рабочего тела. Процессы выпуска, сжатия, сгорания, расширения и проверка точности выбора температуры остаточных газов, построение индикаторной диаграммы.
курсовая работа [874,5 K], добавлен 09.09.2011Тепловой расчет ДВС автомобиля КамАЗ-740, анализ основных параметров. Определение индикаторных показателей рабочего цикла; расчет процесса впуска, сжатия, сгорания, расширения. Оценка влияния продолжительности сгорания на эффективность рабочего цикла.
курсовая работа [799,1 K], добавлен 20.05.2011Показатели эффективной работы и определение основных параметров впуска, сжатия и процессов сгорания в двигателе. Составление уравнения теплового баланса и построение индикаторной диаграммы. Динамическое исследование кривошипно-шатунного механизма.
курсовая работа [253,7 K], добавлен 16.09.2010Топливо, состав горючей смеси и продуктов сгорания. Параметры окружающей среды. Процесс сжатия, сгорания и расширения. Кинематика и динамический расчет кривошипно-шатунного механизма. Четырёхцилиндровый двигатель для легкового автомобиля ЯМЗ-236.
курсовая работа [605,6 K], добавлен 23.08.2012