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 17.07.2013
- Техническая 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 16.12.2014
- Тепловой 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 22.03.2013
- Расчет 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 21.01.2015
- Определение 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 14.01.2018
- Общие 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 07.12.2011
- Техническая 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 09.09.2011
- Тепловой 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 20.05.2011
- Показатели 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 16.09.2010
- Топливо, 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
