Ульяновскийавтомеханический техникум
Курсоваяработа
по предмету: ДвигателиА.Т.Т.
Выполнил студент
3 курса гр. 538-А
Сасиков М.А.
Содержание
Введение
Исходныеданные.
Процессывпуска и выпуска.
Процесссжатия.
Процесссгорания.
Параметрырабочего тела.
Процессырасширения и выпуска.
Построениеиндикаторной диаграммы.
Тепловойбаланс.
Кинематическийрасчет КШМ.
Перемещениепоршня.
Скоростьпоршня.
Ускорениепоршня.
Динамическийрасчет КШМ.
Построениеразвернутой индикаторной диаграммы.
Расчет ипостроение удельной силы инерции.
Определениесуммарной силы, действующей на поршень.
Расчет ипостроение диаграммы тангенциальной силы.
Построениесуммарной тангенциальной диаграммы многоцилиндрового двигателя.
Определениекрутящего момента и мощности двигателя.
Расчетмаховика.
Нормальнаясила.
Введение
Цели и задачи:
Целью данного курсовогопроекта является улучшение эксплуатационных и технических показателейвследствие применения более современных конструкционных материалов и улучшениятепловых процессов двигателя, а также повышение надёжности его работы, снижениетоксичности отработанных газов и улучшение вибрационно-акустических качеств засчёт повышения уравновешенности масс кривошипно-шатунного механизма. В задачипроекта входит расчёт и определение параметров и показателей рабочего цикла,основных размеров, кинематический и динамический анализ, оценка прочностидеталей, расчёт и компоновка систем, обслуживающих двигатель.
В курсовом проекте вкачестве прототипа используется автомобиль ВАЗ-2106 легковой, с закрытымчетырёхдверным кузовом, с передним расположением двигателя и задними ведущимиколёсами, предназначен для перевозки пяти человек и багажа не более 50 кг. Автомобиль рассчитан для эксплуатации при температуре окружающей среды от минус 400С до плюс 450С.
На автомобильустанавливается 4-цилиндровый карбюраторный двигатель с рядным вертикальнымрасположением цилиндров и верхним расположением распределительного вала рабочимобъёмом 1,6 литра. Двигатель приводит в движение автомобиль и его оборудование.В таблице приведены основные показатели и параметры двигателя в сравнении с лучшимиотечественными и мировыми аналогами.
Таким образом, двигательВАЗ 2106 значительно отстаёт от аналогов и на мой взгляд требует значительноймодернизации конструкции с целью дальнейшего повышения производительности,эффективных показателей, а также уменьшения выбросов вредных веществ вокружающую среду.
Определяемэксплуатационную мощность двигателя из условия обеспечения максимальнойскорости движения.
/>
/>=43 м/с – максимальная скоростьавтомобиля
та = 1445 кг — масса автомобиля
/> — коэффициент суммарного сопротивления дороги.Принимаю />
КВ =0,2 — коэффициент обтекаемости, Н с2/м4
F=1,7— лобовая площадь, м2
/>— коэффициент учета силы инерцииприведенных вращающихся масс
/> = 1,04+0,04 ik, где ik=1 — передаточное число коробки передач
/> = 1,04+0,04*1=1,08
ja=0,2 — ускорение автомобиля м/с2
/> =0,85 — КПД трансмиссии.
/>
=47,6 кВт.
Определяем эффективнуюмощность:
/> кВт.
Тепловойрасчёт и тепловой баланс карбюраторного двигателя
Произвести расчет четырехтактного карбюраторногодвигателя, предназначенного для легкового автомобиля. Эффективная мощность двигателя Nе= 56 кВт при частоте вращения коленчатого вала п = 5400 об/мин.Двигатель четырехцилиндровый, i= 4 с ряднымрасположением. Система охлаждения жидкостная закрытого типа. Степень сжатияε = 8,5.Тепловой расчет
Среднийэлементарный состав и молекулярная масса топлива
С=0,855; Н =0,145 и mт = 115 кг/кмоль.
Низшая теплота сгорания топлива
/>
Параметры рабочего тела. Теоретическинеобходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива
/>кмоль возд/кг топл.;
/>=/> кгвозд/кг топл.
Коэффициент избытка воздуха. Стремление получить двигательдостаточно экономичный и с меньшей токсичностью продуктов сгорания, котораядостигается при α ≈ 0,95 — 0,98, позволяет принять α = 0,96 наосновных режимах, а на режиме минимальной частоты вращения α = 0,86.
Количествогорючей смеси
М1= αL0+ l/mт;
M1 = 0,96 0,516+1/115= 0,5041 кмоль гор. см/кг топл.
Количествоотдельных компонентов продуктов сгорания при К=0,5 и принятых скоростныхрежимах:
при п = 900 об/мин
/> кмоль СО2/кг топл;
/> кмоль СО/кг топл;
/> кмоль Н2О/кг топл;
/> кмоль Н2/кг топл;
/> кмоль N2/кг топл;
при п = 3000, 5400и 6000 об/мин
/> кмоль СО2/кг топл;
/> кмоль СО/кг топл;
/> кмоль Н2О/кг топл;
/> кмоль Н2/кг топл;
/> кмоль N2/кг топл;
Общее количествопродуктов сгорания
/>;
М2 = 0,0655 +0,0057+0,0696 + 0,0029 + 0,3923 = 0,5360 кмоль пр. сг/кг топл.
Проверка: М2 =0,855/12 + 0,145/2 + 0,792 ∙ 0,96 ∙ 0,516 = 0,5360 кмоль пр. сг/кгтопл.
Параметры окружающей среды и остаточные газы
Давлениеи температура окруж. среды при работе двигателей без наддува рk=р0=0,1МПа и Тk=Т0=293 К.
Температура остаточныхгазов. При постоянном значении степени сжатия ε = 8,5 температураостаточных газов практически линейно возрастает с увеличением скоростногорежима при α = const, но уменьшается при обогащении смеси. Учитывая, чтопри п = 900 об/мин α = 0,86, а на остальных режимах α = 0,96,принимается:
Тr 1060 МПа
Давление остаточных газоврr за счет расширения фазгазораспределения и снижения сопротивлений при конструктивном оформлениивыпускного тракта рассчитываемого двигателя можно получить на. номинальномскоростном режиме
prN =1,18р0= 1,18 0,1 =0,118 МПа.
Тогда
Aр = (prN – p0·1.035)108/( /> )= (0,118-0,1·1,035) 108/(54002 • 0,1) = 0,4973;
Рr= р0(1,035 + Aр· 10-8n2) = 0,1 (1,035+ 0,4973 10-8n2) = 0,1035 + 0,4973·10-9n2.
Отсюда получим:
pr 0,1170 МПа
Процессвпуска
/>;
/>.
Далееполучим:
∆Т 7,99 °С Плотность заряда на впуске
/>,
где RB = 287 Дж/кг град — удельная газоваяпостоянная для воздуха.
Потери давления навпуске. В соответствии со скоростным режимом двигателя (n = 5400 об/мин) и при условиикачественной обработки внутренней поверхности впускной системы можно принятьβ2 + ξвп = 2,8 и ωвп = 95 м/с. Тогда
Аn = ωвп /nN = 95/5400= 0,01759;
/>.
Отсюда получим:
∆pα= 2,8 • 0.017592 • 54002• 1,189 ×10-6/2 = 0,015 МПа;
Давление в конце впуска
рα= p0— ∆pα,
рα 0,085 МПа
Коэффициент остаточныхгазов. При определении γr для двигателя без наддува принимается коэффициент очисткиφоч = 1, а коэффициент дозарядки на номинальном скоростномрежиме φдоз = 1,10, что вполне возможно получить при подбореугла опаздывания закрытия впускного клапана в пределах 30—60°. При этом наминимальном скоростном режиме (п = 900 об/мин) возможен обратный выброс впределах 5%, т. е. φдоз = 0,95. На остальных режимах значенияφдоз можно получить, приняв линейную зависимость φдозот скоростного режима. Тогда
/>
/>;
Температурав конце впуска:
/>
/> К;
Коэффициент наполнения:
/>.
/>
/>
Процесссжатия. Среднийпоказатель адиабаты сжатия k1при ε =8,5 и рассчитанныхзначениях Та определяется по графику, а средний показатель политропысжатия n1 принимается несколько меньше k1. При выборе n1 учитывается, что с уменьшениемчастоты вращения теплоотдача от газов в стенки цилиндра увеличивается, а n1 уменьшается по сравнению с k1 более значительно:
k1 1,3772
Tα 336 К
n1 1,377
Давление в конце сжатия
/>
/>МПа;
Температурав конце сжатия
/>
/> К;
Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия:
а) свежей смеси (воздуха):
/>,
где />
tc 479,88 °С
/> 21,87 кДж/(кмоль · град);
б) остаточных газов
/> — определяется методомэкстраполяции;
α =0,96 и tc =480 °С
/> кДж/(кмоль • град);
в) рабочей смеси
/>
/> кДж/(кмоль • град);
Процесс сгорания
Коэффициент молекулярного изменения горючей /> и рабочей смеси
/>
μ0=0,5360/0,5041=1,0633;
μ=(1,0633+0,04902)/(1+0,04902)=1,06034;
Количествотеплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания топлива:
∆Нu= 119950(1—α)L0.
∆Нu= 119950·(1— 0,6)·0,516=2476 кДж/кг.
Теплотасгорания рабочей смеси
Нраб.см = (Нu — ∆Hu)/[М1(1 + γr)]
Нраб.см = (43930 — 2476)/[0,5041(1 + 0,04902)]=78391 кДж/кмоль раб. см;
Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания
/>
/>=(1/0,536) [0,0655 ∙(39,123 +0,003349tz) +0,0057∙ (22,49 + 0,00143tz) + 0,0696 (26,67 + 0,004438tz) + 0,0029 (19,678 + 0,001758tz) + 0,3923(21,951+ 0,001457tz)] = 24,656 + 0,002077tz кДж/(кмоль∙град).
Величина коэффициентаиспользования теплоты ξzпри п = 5600 и 6000 об/мин в результате значительного догорания топлива впроцессе расширения снижается, а при т = 900 об/мин ξz интенсивно уменьшается в связи сувеличением потерь тепла через стенки цилиндра и неплотности между поршнем ицилиндром. Поэтому при изменении скоростного режима ξz ориентировочно принимается впределах, которые имеют место у работающих карбюраторных двигателей:
ξz 0,91
Температура в конце видимого процесса сгорания
/>
0,9 78390 + 21,9627 ∙480 = 1,0603 ∙ (24,656 + 0,002077tz)tz, или
/>, откуда
/>°C;
Tz=tz+273=2574+273=2847 K;
Максимальное давление сгорания теоретическое
рz= pcμTz/Tc.
рz = 1,6189·1,06034·2847/752=6,4988 МПа;
Максимальное давлениесгорания действительное рzд = 0,85/ рz;
рzд 5,524 МПа
Степень повышениядавления
λ= рz/pc
λ 4,0143
Процессырасширения и выпуска.Средний показатель адиабаты расширения k2 определяется по номограмме при заданном ε =8,5 длясоответствующих значений α и Тz, а средний показатель политропы расширения n2 оценивается по величине среднего показателя адиабаты:
α 0,96
Tz 2847 К
k2 1,2518
n2 1,251
Давление и температура в конце процесса расширения
/> и />
рb= 6,4988/8,51,251 = 0,4468МПа и Тb= 2847/8,51,251 -1 =1664,8 К;
Проверкаранее принятой температуры остаточных газов:
/>
/>;
газовпринята в начале расчета достаточно удачно, так как ошибка не превышает 1,7%.
Индикаторные параметры рабочего цикла. Теоретическоесреднее индикаторное давление
/>
/>;
Среднее индикаторное давление:
/>МПа
гдекоэффициент полноты диаграммы принят φи = 0,96;
pi 1,0729 МПа
Индикаторный КПД и индикаторный удельный расход топлива
/> и />
/>; /> г/(кВт·ч);
Эффективные показатели двигателя. Среднеедавление механических потерь для карбюраторного двигателя с числом цилиндров до шести и отношением S/D≥1 />
Предварительноприняв ход поршня S равным 80 мм, получим υп.ср. = Sn/3 104= 80 n/3 ·104 = =0,002667n м/с, тогда рм = 0,049 +0,0152 • 0,002667n МПа, а наразличных скоростных режимах: