Министерство образования

Российской Федерации

Вологодский государственный

технический университет

Факультет: ФПМ

Кафедра: А и АХ

Дисциплина: АД

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

Тема: расчет карбюраторного V-образного четырехцилиндрового двигателя

на шасси автомобиля ЗАЗ-968М

(Ne=60 л. с. (44,1 кВт), n=4500 мин-1, e=7,5, воздушное охлаждение)

Выполнил:

Группа: МАХ-41

Принял: к. т.н.

Вологда, 2001 г.

Содержание

Введение

Задание на курсовой проект

1.  Тепловой расчет

2.  Построение внешней скоростной характеристики двигателя

3.  Сравнение параметров проектируемого двигателя и прототипа

4.  Расчет кинематики и динамики двигателя

4.1.  Кинематический расчет

4.2.  Динамический расчет

5.  Анализ компьютерного расчета на ЭВМ

6.  Уравновешивание двигателя

7.  Расчет основных деталей двигателя

8.  Спец. разработка ( система охлаждения)

Заключение

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

На наземном транспорте наибольшее распространение получили двигатели внутреннего сгорания. Эти двигатели отличаются компактностью, высокой экономичностью, долговечностью и применяются во всех отраслях народного хозяйства.

В настоящее время особое внимание уделяется уменьшению токсичности выбрасываемых в атмосферу вредных веществ и снижению уровня шума работы двигателей.

Специфика технологии производства двигателей и повышение требований к качеству двигателей при возрастающем объеме их производства, обусловили необходимость создания предполагаемые показатели цикла, мощность и экономичность, а также давление газов, действующих в надпоршневом пространстве цилиндра, в зависимости от угла поворота коленчатого вала. По данным расчета можно установить основные размеры двигателя (диаметр цилиндра и ход поршня) Успешное применение двигателей внутреннего сгорания, разработка опытных конструкций и повышение мощностных и экономических показателей стали возможны в значительной мере благодаря исследованиям и разработке теории рабочих процессов в двигателях внутреннего сгорания.

Выполнение задач по производству и эксплуатации транспортных двигателей требует от специалистов глубоких знаний рабочего процесса двигателей, знания их конструкций и расчета двигателей внутреннего сгорания.

Рассмотрение отдельных процессов в двигателях и их расчет позволяют определить и проверить на прочность его основные детали.

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По заданным параметрам двигателя произвести тепловой расчет, по результатам расчета построить индикаторную диаграмму, определить основные параметры поршня и кривошипа. Разобрать динамику кривошипно-шатунного механизма. Построить график средних крутящих моментов.

Параметры двигателя:

1.ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ [1, с.72-94]

1.1. Выбор исходных данных

1.1.1. Топливо

Степень сжатия проектируемого двигателя e =7,5. В качестве топлива выбираем бензин марки А-76.

Элементарный состав топлива: С+Н+О=1

где C=0,855; H=0,145; О=0.

Молекулярная масса топлива: МT=115 кг/кмоль.

Низшая теплота сгорания топлива:

Нu=33,91C+125,60H-10,89(O-S)-2,51(9H+W);

Нu=33,91*0,855+125,60*0,145-2,51(9*0,145)=43930 кДж/кг.

1.1.2. Параметры рабочего тела

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1кг топлива:

кг возд./кг топл.

кмоль возд./кг топл.

Коэффициент избытка воздуха α принимаем равным 0,96 для получения оптимального соотношения экономичности и мощности проектируемого двигателя.

Количество горючей смеси: М1 = aLo+1/ mт = 0,96*0,516+1/115= 0,5050 кмоль.

При неполном сгорании топлива ( a<1 ) продукты сгорания представляют собой смесь окиси углерода (СО), углекислого газа (СО2) , водяного пара (Н2О), свободного водорода (Н2) , и азота (N2) . Количество отдельных составляющих продуктов сгорания и их сумма при К=0,5 (К-постоянная зависящая от отношения количества водорода к окиси углерода, содержащихся в продуктах сгорания):

МСО =2*[(1-a)/(1+K)]*0,208*Lo;

МСО =2*[(1-0,96)/(1+0,5)]*0,208*0,517=0,0057 кмоль/кг топл.

МСО=С/12-2*[(1-a)/(1+K)]*0,208*Lo;

МСО=0,855/12-2*[(1-0,96)/(1+0,5)]*0,208*0,517=0,0655 кмоль/кг топл.

МН=2*К*[(1-a)/(1+K)]*0,208*Lo;

МН=2*0,47*[(1-0,96)/(1+0,5)]*0,208*0,517=0,0029 кмоль/кг топл.

МНО=Н/2-2*К*[(1-a)/(1+K)] *0,208*Lo;

МНО=0,145/2-2*0,47*[(1-0,96)/(1+0,5)]*0,208*0,517=0,0696 кмоль/кг топл.

МN=0,792*aLo;

МN=0,792*0,96*0,517=0,393 кмоль/кг топл.

Суммарное количество продуктов сгорания:

М2 =МСО+МСО+МН + МНО + МN;

М2 =0,0073+0,063+0,0034+0,069+0,388=0,5367 кмоль/кг топл.

Проверка:

М2 =С/12+Н/2+0,792*a*Lo;

М2=0,855/12+0,145/2+0,792*0,96*0,517=0,5367 кмоль/кг топл.

1.1.3. Параметры окружающей среды и остаточных газов

Атмосферное давление и температура окружающей среды: po=0,101 МПа; To=293 К. Температуру остаточных газов принимаем на основании опытных данных [1,с.43]:

Тr =1040 К; pr =1,16*po =1,16*0,101=0,11716 МПа.

Давление остаточных газов Рr можно получить на номинальном режиме:

РrN=1,18*Р0=0,118 Мпа

Ар=(РrN - Р0*1,035) *108/(nN2*Р0)=0,716

Находим давление остаточных газов Рr:

Рr= Р0* (1.035+ Ар*10-8*n2)

Рr=0,101* (1,035+0,716*10-8*45002)=0,118 МПа

1.2. Процесс впуска

Температуру подогрева свежего заряда принимаем на основании опытных данных [1,с.44]: DТ=8 0 C.

Плотность заряда на впуске: ρо= р0 *106 /(RВ*TО) =0,101*106/(287*293) =1,189 кг/м3,

где р0 =0,101 МПа; Т0 =293 К; RВ - удельная газовая постоянная равная 287 Дж/(кг* град).

Давление заряда в конце наполнения Ра принимаем на основании рекомендаций [1,с.44] в зависимости от средней скорости поршня Сп=S*n/30, где S - ход поршня, n-заданная частота вращения коленвала двигателя: Сп =0,092 *4500/30=9,51 м/с.

Принимаем ра=0,0909 МПа.

Коэффициент остаточных газов:

γr=,

где jоч - коэффициент очистки; jдоз - коэффициент дозарядки (без учета продувки и

дозарядки jоч=1; jдоз=0,95).

γr==0,07.

Температура заряда в конце впуска:

Та =(To +DТ + γr*Тr)/(1+ γr);

Та =(293+8+0,07*1040)/(1+0,07)= 349,3 К.

Коэффициент наполнения:

;

=0,73.

1.3. Процесс сжатия

Средние показатели адиабаты сжатия при работе двигателя на номинальном режиме определяем по номограмме [1,с.48] при e =7,5 и Та =349,3 К: k1=1,3775; средний показатель политропы сжатия принимаем несколько меньше k1 : n1= k1-0,02=1,3575.

Давление в конце сжатия:

рс = ра* e n 1;

рс =0,085*7,51,3575 = 1,31 МПа.

Температура в конце сжатия:

Тс = Та*e( n 1-1) ;

Тс =349,3*7,5(1,3575-1) =717,85 К.

tc=Тс –273;

tc=717,85-273=444,85 0C.

Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия:

свежей смеси:

(mC)=20,6+2,638*10-3*tc=20,6+2,638*10-3*444,85=21,77 кДж/(моль* град) ;

остаточных газов:

(mC)=23,805 кДж/(моль* град) - определяем методом экстрополяции (1, табл.7)

рабочей смеси:

(mC)=(mC)=1/(1+γr)*((mC)+ γr*(mC))=21,903 кДж/(моль* град)

Число молей остаточных газов:

Мr =a*gr*L0;

Мr =0,96*0,07*0,517=0,0347 кмоль/кг топл.

Число молей газов в конце сжатия до сгорания:

Мс=М1+Мr ;

Мс=0,505+0,0347=0,5397 кмоль/кг топл.

1.4. Процесс сгорания

Химический коэффициент молекулярного изменения:

mо=М2/М1,

где М1 - количество горючей смеси, отнесенное к 1кг топлива; М2 - количество продуктов сгорания, отнесенное к 1кг топлива.

mо=0,5367 / 0,505=1,0628.

Действительный коэффициент молекулярного изменения:

m= (mо+γr)/(1+γr);

m=(1,0628+0,07)/(1+0,07)=1,0587 .

Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания топлива:

DНи=119950*(1-a)*L0;

DНи=119950*(1-0,96)*0,517=2480,57 кДж/кг топл.

Теплота сгорания рабочей смеси:

Н раб. см.=(Ни-DНи)/[М1*(1+γr )];

Н раб. см.=(,57)/[0,505*(1+0,07)]=76708,5 кДж/кг топл.

Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания:

(mC)=(1/М2)*[МCО(mC)+МСО(mC)+МН(mC)+МНО(mC)+

+МN( mC)];

(mC)=(1/0,5367)*[0,0057*(22,49+0,0143*tz)+0,0655*(39,123+0,003349*tz)+0,0029*

*(19,678+0,001758*tz)+0,0699*(26,67+0,004438*tz)+0,393*(21,951+0,001457*tz)]=

=(24,652+0,002076*tz ) кДж/(моль* град);

Коэффициент использования теплоты x z определяем по рис.37 [1,с.77] исходя из скоростного режима двигателя: x z =0,93 .

Температура в конце видимого периода сгорания:

x z* Н раб. см. + (mC)* tc=m* (mC)*tz;

0,93*76708,5+21,903*445=1,0587*(24,652+0,002076*tz)*tz;;

0,002198 * tz2+ 26,099* tz –81085,74=0;

tz =(-26,099+)/(2*0,002198)= 2556,45 0С;

Tz= tz+273=2556,45+273 =2829,45 K.

Максимальное теоретическое давление в конце процесса сгорания:

рz = pc*m*Tz /Tc;

рz =1,31*1,0587*2829,45 /717,85=5,4665 МПа.

Действительное максимальное давление в конце процесса сгорания:

рzд =0,85*рz;

рzд =0,85*5,4665=4,6465 МПа.

Степень повышения давления:

l =рz / рс ;

l =5,4665/1,31=4,173.

1.5. Процессы расширения и выпуска

Средний показатель адиабаты расширения k2 определяем по номограмме (см. рис.29 [1,с.57]) при заданном e =7,5 для соответствующих значений Tz и α , а средний показатель политропы расширения n2 оцениваем по величине среднего показателя адиабаты k2=1,2511: n2=1,251.

Давление и температура в конце процесса расширения:

pb=pz /ε n2 ;

pb=5,7665/7,51,251=0,43957 МПа.

Tb=TZ / ε n2-1;

Tb=2829/7,51,251-1=1706 К.

Проверка ранее принятой температуры остаточных газов:

;

=1100 К.

Погрешность составит: Δ=100*()/1040=5,65 %.

1.6. Индикаторные параметры рабочего цикла

Теоретическое среднее индикаторное давление определяем по формуле:

МПа.

Для определения среднего индикаторного давления примем коэффициент полноты индикаторной диаграммы равным jи=0,96 , тогда: рi =jи*рi’ =0,96*1,0406=1,0 МПа.

Индикаторный к. п.д.:

hi = pi* l0* a / (Ни* r0 *hv );

hi = (1,0 *14,957*0,96)/(43,93*1,189*0,73) =0,3766.

Индикаторный удельный расход топлива:

gi = 3600/( Ни*hi);

gi = 3600/( 43,93*0,3766)= 218 г/(кВт* ч).

1.7. Эффективные показатели двигателя

Среднее давление механических потерь для карбюраторного двигателя с числом цилиндров

до 6 и отношением S/D£1:

pм=0,034+0,0113*Vп;

Предварительно приняв ход поршня S равным 70 мм, получим:

Vп=S*n/3*104

Vп =70*4500/3*104=10,35 м/с.

pм=0,034+0,0113*10,35=0,151 МПа.

Среднее эффективное давление и механический к. п.д.:

pе=pi - pм ;

pе =1,0-0,151=0,849 МПа.

hм = ре / рi ;

hм =0,849/1,0=0,849.

Эффективный к. п.д. и эффективный удельный расход топлива:

hе=hi*hм ;

hе=0,3766*0,849=0,3198.

ge=3600/(Ни*hе);

ge=3600/(43,93*0,3198)=256 г/(кВт* ч).

1.8. Основные параметры цилиндра и двигателя

а. Литраж двигателя: Vл=30*t*Nе/(ре* n)=30*4*44,1/(0,849*4500)=1,3852 л.

б. Рабочий объем цилиндра: Vh=Vл / i =1,3852/4=0,3463 л.

в. Диаметр цилиндра: D=2*103√(Vh/(π*S))=2*103*Ö(0,3463/(3,14*70))=96,8 мм.

Окончательно принимаем: S=70 мм и D=80 мм. Основные параметры и показатели двигателя определяются по окончательно принятым значениям S и D:

а. Литраж двигателя: Vл=p*D2*S*i / (4*106) =3,14*802 *70*4/(4*106)=1,41 л.

б. Площадь поршня: Fп=pD2 / 4=3,14*802/4=5024 мм2 =50,24 см2.

в. Эффективная мощность: Nе=ре*Vл*n/(30*t)=0,849*1,41*4500/(30*4)=44,89 кВт.

Расхождение с заданной мощностью: D=100*(Nе з-Nе)/ Nе з=100*(44,1-44,89)/44,89=0,017 %.

г. Эффективный крутящий момент: Ме=(3*104/p)*(Ne/n)=(3*104/3,14)*(44,89/4500)=95,3 Н* м.

д. Часовой расход топлива: Gт=Ne *ge *10-3 =44,89*256*10-3=11,492 кг/ч.

е. Литровая мощность двигателя: Nл=Ne/Vл=44,89/1,41=31,84 кВт/л.

1.9. Построение индикаторной диаграммы

Режим двигателя: Ne=44,89 кВт, n=4500 об/мин.

Масштабы диаграммы: хода поршня Ms=0,7 мм в мм, давлений Mp=0,035 МПа в мм.

Величины, соответствующие рабочему объему цилиндра и объему камеры сгорания:

АВ=S/Ms=70/0,7=100 мм;

ОА=АВ / (e-1)=100/(7,5-1)=15,38 мм.

Масштабная высота диаграммы (т. Z):

Pz/Мр=5,4665/0,035=156,2 мм.

Ординаты характерных точек:

ра / Мр=0,085/0,035=2,4 мм;

рс / Мр=1,31/0,035=37,4 мм;

рb / Мр=0,4395/0,035=12,6 мм;

рr / Мр=0,118/0,035 =3,4 мм;

ро / Мр=0,1/0,035=2,9 мм.

Построение политроп сжатия и расширения аналитическим методом:

а. Политропа сжатия: рх=ра*(Vа / Vх )n1. Отсюда рх / Мр=(ра/Мр)*(ОВ/ОХ)n1 мм,

где ОВ= ОА+АВ=15,38+100=115,38 мм; n1 1,3575 .

б. Политропа расширения: рх = рb*(Vb / Vх)n2. Отсюда рх / Мр=(pb/Мр)*(ОВ/ОХ)n2 мм,

где ОВ=115,38; n2=1,251.

Данные расчета точек политроп приведены в табл.1.1.

Теоретическое среднее индикаторное давление:

рi’=F1*Mp/AB=2950*0,035/100=1,0325 МПа,

где F1=2950 мм2 - площадь диаграммы aczba на рис.1.1.

Величина рi’ =1,0325 МПа полученная планиметрированием индикаторной диаграммы очень близка к величине рi’=1,0406 МПа полученной в тепловом расчете.

Таблица 1.1.

Фазы газораспределения двигателя:

открытие впускного клапана (точка r’) 10° до в. м.т.

закрытие впускного клапана (точка a’’) 46° после н. м.т.

открытие выпускного клапана (точка b’) 46° до н. м.т.

закрытие выпускного клапана (точка a’) 10° после в. м.т.

угол опережения зажигания (точка c’) 35° до в. м.т.

В соответствии с фазами газораспределения и углом опережения зажигания определяем положение точек r’,a'',b',a',c' и f по формуле для перемещения поршня:

AX= ,

где l ¾ отношение радиуса кривошипа к длине шатуна (предварительно принимаем l=0,285).

Расчеты ординат точек сведены в табл. 1.2.

Таблица1.2.

Положение точки с’’ определяется из выражения:

pc’’ =(1,15...1,25)*pc;

pc’’ =1,25*1,31=1,638 МПа; pc’’/Мp=1,638/0,035=46,8 мм.

Действительное давление сгорания:

pzд=0,85*рz;

pzд=0,85*5,4665=4,6465 МПа.

pzд/МP=4,6465/0,035=132,8 мм.

1.10.Тепловой баланс

Общее количество теплоты, введенное в двигатель с топливом:

Qo=Hи*Gт/3,6;

Qo=43930*11,492/3,6=140234 Дж/с.

Теплота, эквивалентная эффективной работе:

Qе=1000*Nе;

Qе=1000*44,89=44890 Дж/с.

Теплота, передаваемая охлаждающей среде:

Qв=c* i *D1+2m *nm*(Hи-DHи)/(a*Hи),

где c=0,5 - коэффициент пропорциональности для четырехтактного двигателя; m=0,62-показатель степени для четырехтактного двигателя; i = 4 - число цилиндров; n=4500 об/мин - частота вращения коленвала.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7