Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Тепловой расчёт и тепловой баланс дизельного двигателя без наддува

Министерство образования и наукиРоссийской Федерации

Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение

высшего профессионального образования

ТАМБОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра: Автомобильная и аграрная техника

УТВЕРЖДАЮ

Зав.кафедрой

к. п. н., доцентА. О. Хренников

подпись, инициалы, фамилия

“______”_______________________2013г.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К курсовому проекту на тему:

Тепловой расчёт и тепловой баланс дизельного двигателя без наддува .

Расчёт основных деталей двигателя.

Автор проекта (работы) Квасов А. А.Группа СМХ-41

инициалы, фамилия

Специальность 110301 Механизация сельского хозяйства

Номер, наименование

Обозначение курсовой работыТГТУ. КП 110301.001

Руководитель проекта (работы) Мелисаров В.М.

Подпись, дата инициалы, фамилия

Проект (работа) защищен(а) Оценка _________________

Члены комиссии:

Подпись, дата инициалы, фамилия

Нормоконтролер:

Подпись, дата инициалы, фамилия

Тамбов 2013 г.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального обучения

ТАМБОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра: Автомобильная и аграрная техника

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой

Хренников А. О.

подпись, инициалы, фамилия

“” 2013 г.

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Студент Квасов А. А. код ТГТУ. 110301. группаСМХ-41

1.Тема: Тепловой расчёт и тепловой баланс дизельного двигателя без наддува.

Расчёт основных деталей двигателя.

утверждено ____________________________________________

от “ _____ ” __________________ 2013 г.

2.Срок предоставления проекта к защите “ ”2013 г.

3. Исходные данные для проектирования (научного исследования):

Произвести расчёт четырёхтактного дизеля, предназначенного для легкового автомобиля. Двигатель четырёхцилиндровый (i=4) с неразделёнными камерами сгорания, объёмным смесеобразованием, частотой вращения коленчатого вала при максимальной мощности n=4200 и степенью сжатия e=19,5

4. Перечень разделов пояснительной записки

4.1 Тепловой расчёт и тепловой баланс дизелей без наддува.

4.2Расчёт основных деталей дизеля.

5.Перечень графического материала:

5.1построение индикаторной и развёрнутой индикаторной диаграмм;построение суммарных сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме двигателя; сил, действующих на коренные шейки коленчатого вала, –1 лист

5.2конструктивная проработки КШМ, МГР и корпуса двигателя

(поперечный и продольный разрез двигателя) – 2 листа

5.3 расчёт основных прочностных элементов двигателя-1 лист

Руководитель проекта (работы)

Подпись, дата, инициалы, фамилия

Задание принял к исполнению

Подпись, дата, инициалы, фамилия

Содержание.

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………..2

1.ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ И ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ДИЗЕЛЕЯ БЕЗ НАДДУВА…...3

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ……………………………………………………………........3

1.1 Процесс впуска………………………………………………….………………….6

1.2 Процесс сжатия…………………………………………………………………….8

1.3 Процесс сгорания…………………………………………………………………10

1.4 Процесс расширения…………………………...…………………………………12

1.5 Индикаторные параметры рабочего цикла………………………………………13

1.6 Эффективные показатели двигателя………..……………………………………14

1.7 Основные параметры цилиндра и двигателя…………………………………….15

1.8 Построение индикаторной диаграммы……...……………………………………17

ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС……………………………...…………………………………21

1.9 Кинематика расчёта дизельного двигателя………………………………………23

1.10 Динамика расчёта дизельного двигателя………………………...……………..25

1.11 Уравновешивание…………………………..…………….………………………33

2. РАСЧЁТ ОСНОВНЫХ ДЕТАЛЕЙ ДВИГАТЕЛЯ………………………………..34

2.1 Расчёт поршневой группы дизеля…………………………...……………………34

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………...………………………………………………………41

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ……………………………...……42

Введение.

Данный курсовой проект содержит систематизированную методикурасчётов современных дизельных двигателей. Взаимосвязь комплексныхтепловых расчётов с кинематическими и динамическими расчётамипоказана на примере двух дизельных двигателей – без наддува и с турбонаддувом.Курсовой проект содержит два раздела: тепловой расчёт и тепловойбаланс дизельного двигателя без наддува; расчёт основных деталейдизельного двигателя.

Задачи изучения дисциплины следующие:

- ознакомиться с принципами систематизации и классификации автомобильных и тракторных двигателей;

- изучить теорию рабочего процесса, происходящего в поршневомдвигателе внутреннего сгорания;

- освоить вопросы кинематики и динамики кривошипно-шатунногомеханизма двигателя;

- рассчитать основные детали двигателя с целью определения напряжений и деформаций, возникающих при работе двигателя;

- развить навыки при расчётах и анализе качественных показателейрабочего процесса двигателя.

Вариант № 1

Тепловой расчёт дизельного двигателя проводится в соответствии сисходными данными, указанными в задании (табл. 1).

Табл.1

Тип автомобиля	Иж-27171
Тип двигателя	ВАЗ 343 Д
Тип трансмиссии	МТ
Эффективная мощность двигателя, кВт	63,5
Частота вращения коленчатого вала n,	4200
Число цилиндров i	4
Степень сжатия e	19,5
Коэффициент избытка воздуха α	1,4
Давление окружающей среды , МПа	0,1
Температура окружающей среды , К	290
Температура остаточных газов К	750
Коэффициент выделения теплоты ξ	0,9

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ.

Топливо. В соответствии с ГОСТ 305–82 для рассчитываемого двигателя принимаем дизельное топливо (для работы в летних условиях марки Л и для работы в зимних условиях – марки 3). Цетановое числотоплива – не менее 45.

Средний элементарный состав и молекулярная масса дизеля:

С = 0,870; Н = 0,126; O = 0,004.

Низшая теплота сгорания топлива

Hи= 33,91C + 125,60H – 10,89(O – S) – 2,51(9H + W) =

= 33,91× 0,87 + 125,6× 0,126 – 10,89 × 0,004 – 2,51× 9 × 0,126 =

= 42,44 МДж/кг= 42 440 кДж/кг.

Параметры рабочего тела. Теоретически необходимое количество

воздуха для сгорания 1 кг топлива

=*(++)=*(++)=0,500

=*(+8-)=*(+8-)+14,452

К о э ф ф и ц и е н т и з б ы т к а в о з д у х а. Уменьшение коэффициента избытка воздуха α до возможных пределов уменьшает размеры цилиндра и, следовательно, повышает литровую мощность дизеля, но одновременно с этим значительно возрастает теплонапряжённость двигателя,особенно деталей поршневой группы, увеличивается дымность выпускных газов. Лучшие образцы современных дизелей без наддува со струйным смесеобразованием устойчиво работают на номинальном режиме без существенного перегрева при α = 1,4…1,5. В связи с этим можно принять

α = 1,4 (табл. 2).

Табл. 2

Параметры	Рабочее тело-дизель
	4200
α	1,4
	0,7
	0,0725
	0,063
	0,0416
	0,55
	0,73

Количество свежего заряда:

при a = 1,4
= α*Lо = 1,4 ・ 0,5 = 0,7

Количество отдельных компонентов продуктов сгорания:

==0,063

α-1)*Lо=0,208*0,40*0,5=0,0416

Общее количество продуктов сгорания

α*Lо=0,729*1,4*0,5=0,73

Параметры окружающей среды и остаточные газы. Атмосферныеусловия:

= 0,1 МПа; = 290К.

Давление окружающей среды для дизелей без наддува:

== 0,1 МПа.

Температура окружающей среды для дизелей без наддува:

= = 302 К.

Температура и давление остаточных газов. Достаточно высокоезначение ε = 19,5дизеля без наддува снижает температуру и давление остаточных газов, а повышенная частота вращения коленчатого вала несколько увеличивает значения и. При наддуве температурный режим двигателя повышается и увеличивает значения и .Поэтому можно принять для дизелей без наддува

=1,05*=1,05*0,1=0,105 МПа

1.1 Процесс впуска.

Т е м п е р а т у р а п о д о г р е в а с в е ж е г о з а р я д а. Рассчитываемый двигатель не имеет специального устройства для подогрева свежего заряда. Однако естественный подогрев заряда в дизеле без наддуваможет достигать ≈ 15…20 °С. Поэтому принимаем для дизелей без наддува ΔT = 20 °С.

Плотность заряда на впуске без наддува

===1,2 ,

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

Потери давления на впуске в двигателе без наддува

==0,0079 МПа

где ( )=2,7и приняты в соответствии со скоростным

режимом двигателей и с учётом небольших гидравлических сопротивлений во впускной системе дизеля без наддува.

Давление в конце впуска

- без наддува

==0,1-0,0079=0,0921 Мпа

Коэффициент остаточных газов

γr=*

- без наддува

γr=*=0,026

Температура в конце впуска

- без наддува

=321,15 К

Коэффициент наполнения

- без наддува

Табл.3

Параметры	Процесс впуска
n	4200
α	1,4
	750
	0,105
	20
	0,0079
	0,0921
γr	0,026
	321,15
	0,855

1.2 Процесс сжатия.

Средние показатели адиабаты и политропы сжатия. При работедизеля на номинальном режиме можно с достаточной степенью точностипринять показатель политропы сжатия приблизительно равным показателю адиабаты, который определяется по номограмме (рис. 1.1).

Для дизеля без наддува при e= 19,5 и К

==1,376

Давление и температура в конце сжатия

=и =

- без наддува

=5,480 МПа

=961 К

Средняя мольная теплоёмкость в конце сжатия:

а) воздуха:=20,6+2,638*

- для дизеля без наддува

=20,6+2,638**688=24,41 ,

где =°C

б) остаточных газов (определяется по табл. 1.4 методом интерполяции),

- для дизеля без наддува при α=1,4 и

=24,293 ,

в) рабочей смеси:

- для дизеля без наддува

=*[22,41*0,026*24,293]=22,465

Табл. 4

Параметры	Процесс сжатия
n	4200
	1,376
	1,376
	5,480
	961
	688
	22,41
	24,293
	22,465

1.3 Процесс сгорания.

Коэффициент молекулярного изменения свежей смеси в дизелях безнаддува

0===1,043

Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси в дизелях безнаддува

===1,042

Теплота сгорания рабочей смеси в дизелях без наддува

===59092

Средняя мольная теплоёмкость продуктов сгорания в дизелях определяется по эмпирическим формулам, приведённым в табл. 1.6:

- без наддува

)*[0,0725*(39,123+0,003349+0,063*(26,67+0,004438)+0,0416*

*(23,723+0,004438+0,55*(21,951+0,001457=24,08+0,001918

=24,08*0,001918

Коэффициент использования теплоты для современных дизелей снеразделёнными камерами сгорания и хорошо организованным струйнымсмесеобразованием можно принять для двигателей без наддува = 0,9.

Степень повышения давления в дизеле в основном зависит от величины цикловой подачи топлива. С целью снижения газовых нагрузок на детали кривошипно-шатунного механизма целесообразно иметь максимальное давление сгорания не выше 11…12 МПа. В связи с этим целесообразно принять для дизеля без наддува λ = 2,0.

Температура в конце видимого процесса сгорания:

++8,315 λ]+2270(λ-)=

-для дизеля без наддува

0,83*59092+[22,465+8,315*2*688+2270*(2-1,043)=1,043*(32,395+0,001918)*,

0,002+33,79-82252,55,

D=1141,76+658=1799,76

==2157,5 °C

=2157,5+273=2430,5 К

Максимальное давление сгорания для дизелей без наддува

= λ=2*5,49=10,75 МПа

Степень предварительного расширения для дизелей без наддува

==1,32

Табл. 5

Параметры	Процесс сгорания
n	4200
0	1,043
	1,042
	59092
	24,08+0,001918
	0,9
°C	2157,5
	2430,5
	10,75
	1,32

1.4 Процесс расширения.

Степень последующего расширения для дизелей без наддува

δ===14,77

Средние показатели адиабаты и политропы расширения для дизелейвыбираются следующим образом. На номинальном режиме можно принять показатель политропы расширения с учётом достаточно большихразмеров цилиндра несколько меньше показателя адиабаты расширения,который определяется по номограмме (рис. 1.2). Для дизелей без наддувапри δ=14,77; и α=1,4 =1,283; =1,253

Давление и температура в конце расширения для дизелей без наддува

===0,36 МПа

===1209 К

Проверка ранее принятой температуры остаточных газов без наддува:

===801 К

Δ==6,3 %, что допустимо.

Табл. 6

Параметры	Процесс расширения
n	4200
	1,283
	1,253
	0,36
	1209
	801
Δ, %	6,3

1.5 Индикаторные параметры рабочего цикла.

Теоретическое среднее индикаторное давление

=[λ(-1)+(1-)-1-)]

=[2*(1,32-1)+(1-)-(1-)]=1,14 МПа

Среднее индикаторное давление для дизелей без наддува

= =0,95*1,14=1,08 МПа,

где коэффициент полноты диаграммы принят = 0,95.

Индикаторный КПД для дизелей без наддува

=0,52

Индикаторный удельный расход топлива

=163

1.6 Эффективные показатели двигателя.

Среднее давление механических потерь

=0,089+0,0118=0,089+0,0118*10,2=0,212 МПа

Где средняя скорость поршня предварительно равна

Среднее эффективное давление и механический КПД для дизелей безнаддува

=-=1,08-0,212=0,868 МПа

==0,8

Эффективный КПД и эффективный удельный расход топлива для дизелей без наддува

==0,52*0,8=0,416

=204

Табл. 7

Индикаторные и эффективные параметры двигателей	Дизель
n	4200
	1.14
	1,08
	0,52
	163
	10,2
	0,212
	0,868
	0,8
	0,416
	204

1.7Основные параметры цилиндра двигателя

Литраж двигателя

===2,09 л

Рабочий объём одного цилиндра

===0,522 л

Диаметр и ход поршня дизеля, как правило, выполняются с отношением хода поршня к диаметру цилиндра S/D ≥ 1. Однако уменьшение S/D

для дизеля, так же как и для карбюраторного двигателя, снижает скорость

поршня и повышает ηм. В связи с этим целесообразно принять S/D = l:

D=100*=100*=87,22 мм

Окончательно принимаем для дизельного двигателяD=S=85мм

По окончательно принятым значениям Dи Sосновные параметры и показатели двигателя:

===1,92 л

===56,71

===11,9

что достаточно близко (ошибка < 3 %) к ранее принятому значению =10,2

==63,5 кВт

===144,4 Н*м

=*=63,5*0,204=12,95

===33,08

Табл. 8

Основные параметры и показатели двигателей	Дизельный двигатель
n	4200
	56,71
	1,92
	11,9
	63,5
	144,4
	0,13
	33,08

1.8 Построение индикаторной диаграммы

Масштабы диаграммы: масштаб хода поршня – Ms= 1,5 мм вмм; масштаб давления= 0,08 МПа в мм.

Приведённые величины рабочего объёма цилиндра и объёма камеры

сгорания соответственно:

AB===57 мм

ОА===3,08 мм

Максимальная высота диаграммы (точки z' и z) и положение точки zпо оси абсцисс

==134 мм

Ординаты характерных точек

==1,15 мм

==4,5 мм

==67,175 мм

==1,312 мм

==1,3 мм

Построение изотроп сжатия расширения проводим аналитическим методом

Политропа расширения				Политропа расширения
№ точек	ОХ, мм				, мм	, МПа		, мм	, МПа
1	3,08	19,5	59,57		68,5	5,5 (т. с)	41,3	185,8	14,86 (т. z)
2	10,19	5,89	11,53		13	1,04	9,2	41,4	3,31
3	17,31	3,47	5,56		6,4	0,51	4,7	21,15	1,69
4	24,42	2,46	3,46		4	0,32	3,1	13,95	1,12
5	31,54	1,9	2,423		2,8	0,22	2,2	9,9	0,79
6	38,65	1,55	1,830		2,1	0,17	1,7	7,65	0,62
7	45,77	1,31	1,451		1,7	0,13	1,4	6,33	0,5
8	52,92	1,13	1,185		1,4	0,1	1,16	5,22	0,42
9	60,08	1	1		1,15	0,09 (т. а)	1	4,5	0,36 (т. b)

Табл. 9

Теоретическое среднее индикаторное давление

===1,12 МПа,

что очень близко к величине =1,14 МПа, полученной в тепловом расчёте (-площадь диаграммы acz'zba).

Скругление индикаторной диаграммы.Учитывая достаточнуюбыстроходность рассчитываемого дизеля, ориентировочно устанавливаются следующие фазы газораспределения: впуск – начало (точка r') за 25°до в.м.т. и окончание (точка а") – 60° после н.м.т.; впуск – начало (точка b')за 60° до н.м.т. и окончание (точка а') – 25° после в.м.т.

С учётом быстроходности дизеля принимается угол опережения

впрыска 20° (точка с') и продолжительность периода задержки воспламе-

нения Δφ1 = 8° (точка f).

В соответствии с принятыми фазами газораспределения и углом опережения впрыска определяется положение точек b', r', a', a", с' и fпоформуле для перемещения поршня (см. Тепловой баланс):

АХ = (АВ/2) [(1 – cosφ) + (λ/4) (1 – cos 2φ)],

где λ – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна. Выбор величины λ

производится при проведении динамического расчёта, а при построении

индикаторной диаграммы ориентировочно устанавливаемλ = 0,270.

b':AX=()*[(1-)+*(1-)]=45,6 мм

r':AX=()*[(1-)+*(1-)]= 3,48 мм

a':AX=()*[(1-)+*(1-)]= 3,48 мм

a":AX=()*[(1-)+*(1-)]= 45,63 мм

с':AX=()*[(1-)+*(1-)]=2.17'мм

f:AX=()*[(1-)+*(1-)]=1,08 мм

Результаты расчёта ординат точек b', r', a', a", с' и fприведены в табл.10

Табл.10

Обозначение точек	Положение точек		(1 – cosφ) + (λ/4) (1 – cos 2φ)	Расстояние АХ от в.м.т., мм
b'	60° до н.м.т.	120	1,601	45,6
r'	25° до в.м.т.	25	0,122	3,48
a'	25° после в.м.т.	25	0,122	3,48
a"	60° после н.м.т.	120	1,601	45,63
с'	20° до в.м.т.	20	0,076	2,17
f	(20 – 8°) до в.м.т.	12	0,308	1,08