Расчет основных параметров и характеристик двигателя внутреннего сгорания ЗМЗ 402

Развитие многих отраслей народного хозяйства и внешней торговли тесно связано с созданием, модернизацией и расширением двигателей внутреннего сгорания.

Целью курсового проекта является расчет основных параметров и характеристик двигателя внутреннего сгорания ЗМЗ 402. Двигатель четырехцилиндровый, рядный. Эффективная мощность Ne=96 л.с. При частоте вращения коленчатого вала n=4500 мин-1. Система охлаждения жидкостная.

1. Тепловой расчет

Топливо

Средний элементный состав и молекулярная масса бензина:

С = 0,855;

Н = 0,145;

mT = 115 кг/кмоль.

Низшая теплота сгорания топлива:

Параметры рабочего тела

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1кг топлива

Коэффициент избытка воздух. Устанавливается на основании следующих соображений. На современных двигателях устанавливают многокамерные карбюраторы, обеспечивающие получение почти идеального состава смеси по скоростной характеристике. Возможность применения для рассчитываемого двигателя двухкамерного карбюратора с обогатительной и системой холостого хода позволяет получить при соответствующей регулировке как мощностной, так и экономичный состав смеем. Стремление получить двигатель достаточно экономичный и с меньшей токсичностью продуктов сгорания, которая достигается при, позволяет принять на основных режимах, а на режимах минимальной частоты вращения.

Количество горючей смеси при .

Количество отдельных компонентов продуктов сгорания:

Общее количество продуктов сгорания:

Параметры окружающей среды и остаточные газы

Давление окружающей среды:

Температура окружающей среды:

Температура и давление остаточных газов.

Учитывая уже определенные значения n и, можно принять значения и. При номинальных режимах .

Давление остаточных газов за счет расширения фаз газораспределения и снижения сопротивлений при конструктивном оформлении выпускных тактов рассчитываемого двигателя можно принять на номинальном скоростном режиме:

Процесс впуска

Температура подогрева свежего заряда. С целью хорошего наполнения двигателей на номинальных скоростных режимах для карбюраторного двигателя принимается

Плотность заряда на впуске:

где --удельная газовая постоянная для воздуха.=287 Дж/(кг0С)

Потери давления на впуске в двигателе.

В соответствии со скоростным режимом n=4500 об/мин и при учете качественной обработки внутренних поверхностей впускных систем можно принять:

.

Тогда

Давление в конце впуска:

Коэффициент остаточных газов. При определении для карбюраторного двигателя принимается коэффициент очистки, а коэффициент дозарядки на номинальном скоростном режиме , что вполне возможно получить при подборе угла опаздывания закрытия впускного клапана в пределах 30-600.

Тогда при nN=4500 об/мин

Примем степень сжатия

Температура в конце впуска:

Коэффициент наполнения:

Процесс сжатия Средние показатели адиабаты сжатия к1 определяется по номограмме, а средний показатель политропы сжатия n1 принимается несколько меньше к1.

Для карбюраторного двигателя при nN=4500 мин-1 и

, n1 = 1,377

Давление и температура в конце сжатия:

Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия:

а) Свежей смеси (воздуха)

б) Остаточных газов (определяется методом интерполяции);

для карбюраторного двигателя при и

.

в) Рабочей смеси

Процесс сгорания

Коэффициент молекулярного изменения горючей смеси:

Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси:

Количество теплоты, потерянное в следствии химической неполноты сгорания, и теплота сгорания рабочей смеси:

Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания:

Коэффициент использования теплоты зависит от совершенства организации процессов смесеобразования и сгорания топлива. Для карбюраторных двигателей можно принять.

Температура в конце видимого процесса сгорания:

Максимальное давление сгорания теоретическое:

Максимальное давление сгорания действительное:

Степень повышения давления:

Процесс расширения и выпуска

Средние показатели адиабаты расширения определяется по номограмме, а средний показатель политропы расширения оценивается по величине среднего показателя адиабаты,принимаем равным 1,25.

Давление и температура в конце расширения:

Индикаторные параметры рабочего цикла

Теоретическое среднее индикаторное давление:

Среднее индикаторное давление:

где коэффициент полноты диаграммы принят

Индикаторный КПД:

Индикаторный удельный расход топлива:

Эффективные показатели двигателя

Среднее давление механических потерь для бензиновых двигателей с отношением .

Для карбюраторного двигателя, предварительно приняв ход поршня S равным 80 мм, получим значение средней скорости поршня:

Среднее эффективное давление и механический КПД:

Эффективный КПД и эффективный удельный расход топлива:

Основные параметры цилиндра и двигателя

Мощность:

Литраж двигателя:

Рабочий объем цилиндра:

Так как ход поршня предварительно был принят S=95 мм, то

Окончательно принимаем.

По окончательно принятым значениям D и S определяются основные параметры и показатели двигателя:

Литраж двигателя:

Площадь поршня:

Крутящий момент:

Часовой расход топлива:

2. Построение индикаторной диаграммы

Масштабы диаграммы. Масштаб хода поршня -- Мs = 1 мм в мм; масштаб давлений -- Mp= 0,05 МПа в мм.

Приведенные величины рабочего объёма цилиндра и объема камеры сгорания соответственно:

,

Максимальная высота диаграммы (точка z):

Ординаты характерных точек:

двигатель внутреннее сгорание

Построение политроп сжатия и расширения проводится аналитическим методом:

а) Политропа сжатия

отсюда

,

где ,

б) Политропа расширения

Отсюда

Таблица 1 -- Расчетные точки политроп

Скругление индикаторной диаграммы. Учитывая достаточную быстроходность рассчитываемого двигателя, ориентировочно устанавливаются следующие фазы газораспределения: впуск -- начало (точка r?) за 18° до в.м.т. и окончание (точка a??) 60° после н.м.т.; впуск -- начало (точка b?) за 55° до н.м.т. и окончание (точка a?) -- 25° после в.м.т.

С учетом быстроходности двигателя принимается угол опережения зажигания 35°, а продолжительность периода задержки воспламенения .

В соответствии с принятыми фазами газораспределения и углом опережения зажигания определяется положение точек b?, r?, a?, a??, c? и f по формуле для перемещения поршня:

где -- отношение радиуса кривошипа к длине шатуна. Выбор величины производится при проведении динамического расчета, а при построении индикаторной диаграммы ориентировочно устанавливаем

Результаты расчета ординат точек b?, r?, a?, a??, c? и f приведены в таблице

Таблица 2 -- Результаты расчета точек ординат

Действительное давление сгорания:

,

Рисунок 1 -- Индикаторная диаграмма карбюраторного двигателя

3. Тепловой баланс

Общее количество теплоты, введенной в двигатель при номинальном скоростном режиме:

Теплота, эквивалентная эффективной работе за 1 с:

Теплота, передаваемая охлаждающей среде:

где С--коэффициент пропорциональности (для четырехтактных двигателей С= =0,45-0,53;

i -- число цилиндров;

D -- диаметр цилиндра, см;

m -- показатель степени т =0,65;

п -- частота вращения коленчатого вала двигателя, мин-1.

Теплота, унесенная с отработавшими газами:

где -- теплоемкость отработавших газов (определена методом интерполяции при и

--теплоемкость свежего заряда (определено методом интерполяции при.

Теплота, потерянная из-за неполноты сгорания топлива:

Неучтенные потери теплоты:

Таблица 3 -- Составляющие теплового баланса

4. Расчет и построение внешней скоростной характеристики