Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Бензиновый двигатель для легкового автомобиля мощностью N

Федеральное агентство по образованию и науки РФ

Тольяттинский государственный университет

Кафедра: «Тепловые двигатели»

Курсовой проект

по дисциплине: Автомобильные двигатели

Тема: «Бензиновый двигатель для легкового автомобиля

мощностью N

= 30 кВт при частоте вращения коленчатого вала n= 5600 об/мин»

Студент: Житлов Я.Э.

Группа: АХ-402

Преподаватель: Ложкин М.Н.

Ритмичность	Оформление	Оценка	Общая оценка

Тольятти 2010

Содержание

Введение

Глава 1. Тепловой расчет карбюраторного двигателя……………………………….4

Выбор топлива…………………………………………………………………...5
Параметры рабочего тела……………………………………………………….5
Параметры окружающей среды………………………………………………...6
Процесс впуска…………………………………………………………………..6
Процесс сжатия………………………………………………………………….7
Процесс сгорания………………………………………………………………..8
Процессы расширения и впуска………………………………………………..9
Индикаторные параметры рабочего цикла…………………………………...10
Эффективные показатели двигателя………………………………………….10
Основные параметры цилиндра……………………………………………….10
Построение индикаторной диаграммы……………………………………….11
Тепловой баланс………………………………………………………………..13

Глава 2. Кинематический и динамический расчеты………………………………..15

2.1. Кинематика……………………………………………………………………….15

2.2. Динамика………………………………………………………………………….16

2.3. Уравновешивание………………………………………………………………...22

2.4. Равномерность крутящего момента и равномерность хода двигателя……….23

Глава 3. Расчет основных деталей двигателя……………………………………….24

3.1. Расчет поршневой группы……………………………………………………….24

3.2. Расчет шатунной группы………………………………………………………...27

Глава 4. Расчет элементов системы охлаждения…………………………………...33

4.1. Общие сведения………………………………………………………………….33

4.1. Расчет жидкостного насоса……………………………………………………...33

4.2. Устройство и принцип работа охлаждающей системы………………………..34

Заключение

Литература

Приложение

Введение

Прогресс в автомобильной и тракторной промышленности, дальнейшее увеличение грузооборота автомобильного транспорта, значительное расширение тракторного парка в сельском хозяйстве предусматривают не только значительный рост автотранспортного парка, но и значительное улучшение использования имеющихся автомобилей и тракторов, повышение культуры их эксплуатации, увеличение межремонтных сроков.

В области развития и совершенствования автомобильных и тракторных двигателей основными задачами на современном этапе являются: расширение использования дизелей, повышение топливной экономичности и снижение удельной массы двигателей, стоимости их производства и эксплуатации. На принципиально новый уровень становится борьба с токсичными выбросами двигателей в атмосферу, а также задачи по снижению шума двигателей в процессе их эксплуатации. Значительно больше внимания уделяется использованию электронно-вычислительных машин при расчетах и испытаниях двигателей. Намечаются пути использования вычислительной техники непосредственно в конструкциях двигателей и в первую очередь в конструкции дизелей.

Выполнение этих задач требует от специалистов, связанных с производством и эксплуатацией автомобильных и тракторных двигателей, глубоких знаний теории, конструкции и расчета двигателей внутреннего сгорания.

Глава 1. Тепловой расчет карбюраторного двигателя

Исходные данные:

- эффективная мощность двигателя N= 30 кВт;

- максимальная частота вращения коленчатого вала n= 5600 об/мин;

- степень сжатия ε=8,5;

- система охлаждения жидкостная, закрытого типа;

- коэффициент избытка воздуха на основных режимах α=0,96;

- отношение радиуса кривошипа к длине шатуна λ==0,285;

При проведении теплового расчета для нескольких скоростных режимов обычно выбирается 3 - 4 основных режима. С учетом исходных данных выбираем максимальную частоту вращения коленчатого вала (n= 5600 об/мин) и тепловой расчет последовательно проводим для n= 5600 об/мин.

1.1. Выбор топлива.

В соответствии с заданной степенью сжатия ε=8,5 можно использовать бензин марки Премиум-95.

Средний элементный состав и молекулярная масса бензина:

С= 0,855; Н= 0,145; m= 115 кг/кмоль.

Низшая теплота сгорания топлива:

Н= 33,91С + 125,6Н – 10,89(О – S) – 2,51(9Н + W) = 33,91 · 0,855 + 125,6 · 0,145 –

2,51 · 9 · 0,145 = 43,93 МДж/кг = 43930 кДж/кг.

1.2. Параметры рабочего тела.

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива.

или

Количество горючей смеси.

М=.

Количество отдельных компонентов продуктов сгорания.

При К= 0,5.

Общее количество продуктов сгорания.

1.3. Параметры окружающей среды и остаточные газы.

Давление и температура окружающей среды.

Температура остаточных газов.

Давление остаточных газов.

На номинальном скоростном режиме.

где

При n= 5600 об/мин.

1.4. Процесс впуска.

Температура подогрева свежего заряда.

С целью получения хорошего наполнения двигателей на номинальном скоростном режиме принимаем ΔТ= 8°С.

Тогда

ΔТ=

где .

Плотность заряда на впуске.

где R= 287 Дж/(кг · град) – удельная газовая постоянная для воздуха.

Потери давления на впуске.

В соответствии со скоростным режимом (n= 5600 об/мин) и при учете качественной обработки внутренних поверхностей впускных систем можно принять и .

Тогда ΔР=

где А=,

тогда ΔР=.

Давление в конце впуска.

Р=

Коэффициент остаточных газов.

При определении для карбюраторного двигателя без наддува принимается коэффициент очистки , а коэффициент дозарядки на номинальном скоростном режиме - , что вполне возможно получить при подборе угла опаздывания закрытия впускного клапана в пределах 30 - 60°. При этом на номинальном скоростном режиме возможен обратный выброс в пределах 5%, т.е. . На остальных режимах значения можно получить, приняв линейную зависимость от скоростного режима.

Температура в конце впуска.

Коэффициент наполнения.

1.5. Процесс сжатия.

Средний показатель адиабаты сжатия k определяется по номограмме, а средний показатель политропы сжатия n принимается несколько меньше k. При выборе n учитывается, что с уменьшением частоты вращения теплоотдача от газов в стенки цилиндра увеличивается, а n уменьшается по сравнению с k более значительно.

При n= 5600 об/мин Т= 337 К и ε= 8,5 показатель адиабаты сжатия определен по номограмме k= 1,3772.

Давление в конце сжатия.

где n= 1,377 принят несколько меньше k=1,3772.

Температура в конце сжатия.

Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия.

а) свежей смеси (воздуха) – ,

где = .

;

б) остаточных газов - определяется методом интерполяции.

При n= 5600 об/мин, α= 0,96, t= 482°C.

где – 23,586 и 23,712 – значения теплоемкости продуктов сгорания при 400°С соответственно при α= 0,95 и α= 1,0.

где 24,014 и 24,150 – значения теплоемкости продуктов сгорания при 500°С соответственно при α= 0,95 и α= 1,0.

Теплоемкость продуктов сгорания при = 482°С и α= 0,96.

;

в) рабочей смеси

1.6. Процесс сгорания.

Коэффициент молекулярного изменения горючей и рабочей смеси .

Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания, и теплота сгорания рабочей смеси

и .

Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания.

Коэффициент использования теплоты .

Зависит от совершенства организации процессов смесеобразования и сгорания топлива. Он повышается за счет снижения потерь теплоты газов в стенки цилиндра и неплотности между поршнем и цилиндром. При увеличении скоростного режима снижается. При проведении расчетов двигателя выбирается по опытным данным в зависимости от конструктивных особенностей двигателя. Коэффициент использования теплоты для карбюраторного двигателя принимается = 0,91 при n= 5600 об/мин.

Температура в конце видимого процесса сгорания.

При n= 5600 об/мин.

или ,

откуда

;

Максимальное давление сгорания теоретическое.

Максимальное давление сгорания действительное.

Степень повышения давления.

1.7. Процессы расширения и выпуска.

Средний показатель адиабаты расширения k определяется по номограмме при заданном ε для соответствующих значений α и , а средний показатель политропы расширения n оценивается по величине среднего показателя адиабаты.

При ε= 8,5, α= 0,96 и = 2848 К k= 1,2518, что позволяет принять n= 1,251.

Давление и температура в конце процесса расширения.

и ,

и .

Проверка ранее принятой температуры остаточных газов.

, ,

где - погрешность расчета.

На выбранном скоростном режиме температура остаточных газов принята в начале расчета достаточно удачно, т.к. ошибка не превышает 1%.

1.8. Индикаторные параметры рабочего цикла.

Теоретическое среднее индикаторное давление.

Среднее индикаторное давление.

Индикаторный КПД и индикаторный удельный расход топлива.

и ,

1.9. Эффективные показатели двигателя.

Среднее давление механических потерь для бензиновых двигателей с числом цилиндров до шести и отношением S/D ≤ 1.

Для карбюраторного двигателя, предварительно приняв ход поршня S равным 78 мм, получим значение средней скорости поршня при n= 5600 об/мин.

Тогда

Среднее эффективное давление и механический КПД.

;

Эффективный КПД и эффективный удельный расход топлива.

; .

1.10. Основные параметры цилиндра и двигателя.

Литраж.

Рабочий объем одного цилиндра.

Диаметр цилиндра.

Окончательно принимаются D= 82 мм и S= 71 мм.

Основные параметры и показатели двигателя определяются по окончательно принятым значениям S и D:

- площадь поршня ;

- литраж двигателя ;

- мощность двигателя ;

- литровая мощность двигателя ;

- крутящий момент ;

- часовой расход топлива

1.11. Построение индикаторных диаграмм.

Индикаторную диаграмму двигателя строят с использованием данного расчета рабочего процесса для номинального режима работы, т.е. при и

n= 5600 об/мин.

Масштабы диаграммы: масштаб хода поршня ; масштаб давлений .

Величины в приведенном масштабе, соответствующие рабочему объему цилиндра и объему камеры сгорания.

; .

Максимальная высота диаграммы (точка z).

Ординаты характерных точек.

;

Построение политропы сжатия и расширения аналитическим методом:

а) политропа сжатия .

Отсюда ,

где ОВ= ОА + АВ= 10,4 + 78= 88,4 мм.

б) политропа расширения .

Отсюда .

Результаты расчета точек политроп приведены в табл. 1.

Таблица 1

№ точек	ОХ, мм	ОВ/ОХ	Политропа сжатия			Политропа расширения
№ точек	ОХ, мм	ОВ/ОХ		,мм	, МПа		,мм	, МПа
1	10,4	8,5	19,04	32,4	1,62 (точка с)	14,55	129,5	6,47 (точка z)
2	11,0	8	17,52	29,8	1,49	13,48	120,0	6,00
3	12,6	7	14,57	24,8	1,24	11,41	101,5	5,08
4	17,7	5	9,173	15,6	0,78	7,49	66,7	3,34
5	22,1	4	6,747	11,5	0,58	5,666	50,4	2,52
6	29,5	3	4,539	7,7	0,385	3,953	35,2	1,76
7	44,2	2	2,597	4,4	0,22	2,38	21,2	1,06
8	58,9	1,5	1,748	3,0	0,15	1,661	14,8	0,74
9	8 ,4	1	1	1,7	0,085 (точка а)	1	8,9	0,445 (точка b)

Теоретическое среднее индикаторное давление.

где - площадь диаграммы aczba.

Величина , полученная планиметрированием индикаторной диаграммы, очень близка к величине , полученной в тепловом расчете.

Скругление индикаторной диаграммы осуществляется на основании следующих соображений и расчетов. Т.к. рассчитываемый двигатель достаточно быстроходный (n= 5600 об/мин), то фазы газораспределения необходимо устанавливать с учетом получения хорошей очистки цилиндра от отработавших газов и обеспечения дозарядки в пределах, принятых в расчете. В связи с этим начало открытия впускного клапана (точка ) устанавливается за 18° до прихода поршня в в.м.т., а закрытие (точка ) – через 60° после прохода поршнем н.м.т.; начало открытия выпускного клапана (точка ) принимается за 55° до прихода поршня в н.м.т., а закрытие (точка ) – через 25° после прохода поршнем в.м.т. Учитывая быстроходность двигателя, угол опережения зажигания θ принимается равным 35°, а продолжительность периода задержки воспламенения – Δ.

В соответствии с принятыми фазами газораспределения и углом опережения зажигания определяют положение точек , , , , f и .

где λ – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

Выбор величины λ производится при проведении динамического расчета, а при построении индикаторной диаграммы предварительно принимается λ= 0,285.

Расчеты ординат точек , , , , f и сведены в табл. 2.

Таблица 2

Обозначение точек	Положение точек			Расстояние точек от в.м.т. (АХ), мм
	18° до в.м.т.	18	0,0655	2,6
	25° после в.м.т.	25	0,1223	4,8
	60° после н.м.т.	120	1,6069	62,5
	35° до в.м.т.	35	0,2313	9,0
f	30° до в.м.т.	30	0,1697	6,6
	55° до н.м.т.	125	1,6667	65,0

Положение точки .

;

Действительное давление сгорания.

;

Нарастание давление от точки до составляет 5,5021 – 2,023= 3,479 МПа или 3,479/12= 0,29 МПа/град п.к.в., где 12° - положение точки по горизонтали (для упрощения дальнейших расчетов можно принять, что действительное максимальное давление сгорания достигается через 10° после в.м.т., т.е. при повороте коленчатого вала на 370°).

Соединяя плавными кривыми точки с , с и далее с и кривой расширения с (точка располагается обычно между точками b и a) и линией выпуска , получим скругленную действительную индикаторную диаграмму f.