МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра транспорта и логистики

Курсовая работа по теме

«Устройство двигателя внутреннего сгорания и его внешние скоростные характеристики»

Выполнил

студент группы МЭА- …

………………………..

Проверил к.т.н, доцент

Рябов В.Г.

Новокузнецк

201…г.

Содержание

страница

Введение

1. Описание принципа действия и техническая характеристика заданного прототипа……………………………………………………………………………………….

2. Общее устройство двигателя-прототипа…........................................................

2.1. Конструкция двигателя...........................................................................................

2.1.1. Блок цилиндров....................................................................................................

2.1.2. Клапанная крышка...............................................................................................

2.1.3. Прокладка головки блока цилиндров.................................................................

2.1.4. Головка блока цилиндров...................................................................................

2.1.5. Клапанный механизм...........................................................................................

2.1.6. Распределительный вал....…………………................................................…….

2.1.7. Цепь газораспределительного механизма......................................................

2.2. Система смазки.....................................................................................................

2.2.1. Масляная форсунка двигателя.........................................................................

2.3. Система охлаждения............................................................................................

2.4. Впускная и выпускная системы...........................................................................

2.4.1. Впускная система...............................................................................................

2.4.2. Дроссельный патрубок..................................................................................…

2.4.3. Впускной коллектор...........................................................................................

2.4.4. Выпускная система….......................................................................................

2.4.5. Каталитический нейтрализатор........................................................................

2.4.6. Выхлопная труба...............................................................................................

2.5. Топливная система….........................................................................................

2.5.1. Топливная форсунка.........................................................................................

2.6. Система зажигания..............................................................................................

2.6.1. Свеча зажигания...............................................................................................

2.7. Система запуска двигателя.................................................................................

2.7.1. Принцип работы электростартера....................................................................

3. Внешняя характеристика двигателя. Основные определения………………....

3.1. Выбор основных параметров автомобиля..........................................................

3.1.1. Полная масса автомобиля.................................................................................

3.1.2. Коэффициент полезного действия трансмиссии.............................................

3.1.3. Коэффициент обтекаемости автомобиля.........................................................

3.1.4. Площадь лобового сопротивления....................................................................

3.2. Выбор характеристики двигателя.........................................................................

3.2.1. Максимальная мощность двигателя……………………………………………….

3.2.2. Расчет графика зависимости N_e = f(n)……………………………………………..

3.2.3. Расчет графика зависимости М_e = f(n)…………………………………………….

3.2.4. Расчет графика зависимости g_e = f(n)……………………………………………..

4. Факторы, влияющие на топливную экономичность двигателя внутреннего сгорания.

Литература..................................................................................................................

Модель прототипа, описание особенностей его работы и техническая характеристика являются исходным заданием и берутся у руководителя проекта.

Эффективность использования автотранспортных средств в различных условиях эксплуатации определяется комплексом их эксплуатационных свойств

- тягово-скоростных;

- тормозных;

- проходимости;

- топливной экономичности;

- устойчивости и управляемости и др.

На эти эксплуатационные свойства влияют:

1) основные параметры автомобиля и его узлов, прежде всего двигателя, трансмиссии и колес;

2) характеристики дороги и условий движения.

Целью выполнения данной курсовой работы является оценка зависимости конструктивных параметров автомобиля и условий движения на эксплуатационные свойства.

Основной задачей является предварительный выбор основных характеристик двигателя, обеспечивающие требуемые тягово-скоростные свойства автомобиля в соответствии с заданием.

В ходе выполнения расчетов решаются следующие задачи:

- выбор основных весовых и геометрических параметров автомобиля;

- определение максимальной мощности двигателя и выбор его внешней скоростной характеристики.

Внешняя скоростная характеристика, рис. 1, двигателя представляет собой функциональные зависимости от частоты вращения коленчатого вала n_e (при полностью открытой дроссельной заслонке или максимальной подаче топлива) следующих параметров:

- эффективной мощности N_e = f(n_e);

- эффективного крутящего момента M_e = f(n_e);

- удельного расхода топлива g_e = f(n_e);

- часового расхода топлива G_T = f(n_e).

Рисунок 1. Примерная внешняя скоростная характеристика двигателя

1. Выбор основных параметров автомобиля.

Выбор основных параметров автомобиля проводится на основе анализа технических характеристик автомобилей, близких по назначению к рассчитываемому (в нашем случае – прототип автомобиля указан в задании).

1.1. Полная масса автомобиля ориентировочно может быть определена по формулам:

1) для легкового автомобиля:

(1)

где m₀ - масса снаряженного автомобиля (в расчетах может быть принята близкой к снаряженной массе автомобиля-прототипа), кг;

75 - усредненная масса одного пассажира, кг;

n_пас - число пассажиров, включая водителя;

m_баг - масса багажа 25…50 кг.

2) для грузового автомобиля:

(2)

где m_гр - грузоподъемность автомобиля, кг.

3) для городского автобуса:

(3)

где n_сид - число мест для проезда сидя;

n_ст - число мест для проезда стоя;

2 - места для водителя и кондуктора.

1.2. Коэффициент полезного действия трансмиссии η_тр зависит в основном от конструкции трансмиссии. В расчетах η_тр принимается:

1) для легковых автомобилей:

η_тр = 0,90…0,92.

2) для грузовых автомобилей:

η_тр = 0,80 (с колесной формулой 6х6, 6х4);

η_тр = 0,82 (с колесной формулой 4х4 и с двойной главной передачей);

η_тр = 0,85 (с колесной формулой 4х2 и с одинарной главной передачей).

1.3. Коэффициент обтекаемости автомобиля k_в выбирается из табл. 1:

Таблица 1

Коэффициент обтекаемости k_в

Эксплуатация автомобиля с прицепом вызывает увеличение коэффициента k_в на 15…25%.

1.4. Площадь лобового сопротивления F_а (м²) определяется по формуле:

(4)

где В - ширина автомобиля, м;

Н - высота автомобиля, м;

a - коэффициент заполнения площади:

а = 0,78…0,80 - для легковых автомобилей;

а = 0,75…0,90 – для грузовых автомобилей.

Большее значение коэффициента «а» относится к более тяжелым автомобилям.

2. Выбор характеристики двигателя.

2.1. Максимальная мощность двигателя.

Необходимая максимальная мощность двигателя N_ev предварительно определяется из условия обеспечения максимальной скорости v_max движения автомобиля, указанной в задании:

(5)

где ψ_r - коэффициент сопротивления дороги;

v_max - максимальная скорость движения автомобиля, км/час.

При определении максимальной мощности двигателя N_ev учитывается, что максимальная скорость v_max автомобиля обеспечивается при его движении по горизонтальной дороге.

Коэффициент дорожного сопротивления ψ_r в этом случае равен коэффициенту сопротивления качению f_r.

Учитывая, что коэффициент дорожного сопротивления ψ_r зависит и от скорости движения автомобиля, он рассчитывается по эмпирической зависимости:

(6)

При расчете характеристик двигателя учитывается, что автомобиль развивает максимальную скорость v_max при работе двигателя в режиме максимальной частоты вращения n_max коленчатого вала двигателя.

При этом:

1) для дизельного двигателя максимальная частота вращения коленчатого вала n_max и частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности n_N совпадают, то есть:

n_max = n_N (7)

где n_max - максимальная частота вращения коленчатого вала;

n_N – номинальная частота вращения коленчатого вала (при максимальной мощности).

Следовательно:

N_max = N_ev (8)

2) у бензиновых двигателей максимальная частота вращения коленчатого вала n_max и частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности n_N не совпадают:

n_max ≠ n_N (9)

Следовательно:

N_max ≠ N_ev (10)

Для определения максимальной мощности используется формула С. Лейдермана:

(11)

где n_N - значения принимаются по табл. 2:

n_max - для двигателей без ограничителя частоты вращения коленчатого вала:

n_max = (1,1…1,15) n_N (12)

Таблица 2

Номинальная частота вращения n_N коленчатого вала двигателя

Из функциональных характеристик N_e = f(n_e); M_e = f(n_e); g_e = f(n_e) и G_T = f(n_e) наиболее полные сведения о потенциальных возможностях двигателя дают внешние характеристики N_e = f(n) и M_e = f(n), где n – текущая частота вращения коленчатого вала, об/мин.

2.2. Расчет графика зависимости N_e = f(n).

Расчет графика зависимости мощности двигателя N_ei, кВт от частоты вращения n_i , об/мин коленчатого вала N_e = f(n) выполняется с помощью уравнения (11) С. Лейдермана, записанного в виде:

(13)

где a, b, c – эмпирические коэффициенты, зависящие от типа двигателя:

а = b = c =1 - для бензинового двигателя;

а = 0,53, b = 1,56, с = 1,09 – для дизельного двигателя;

n_i – текущие значения частоты вращения коленчатого вала, об/мин.

При этом построение графика N_e = f(n) ведется в интервале от n_min до n_max:

1) минимальную частоту вращения n_min коленчатого вала рекомендуется принимать:

n_min = 600…900 об/мин - для бензинового двигателя;

n_min = 800…1000 об/мин – для дизельного двигателя.

Минимальная частота вращения коленчатого вала определяется условиями устойчивой работы двигателя при полной нагрузке.

2) максимальная частота вращения

n_max = (1,05…1,20) n_N

Максимальная частота вращения коленчатого вала ограничивается: условиями качественного протекания рабочего процесса, термическим напряжением деталей, допустимой величиной инерционных усилий и т. д.

Расчетные точки графика N_e = f(n) эффективной мощности определяются по эмпирической зависимости (13) через каждые 1000 об/мин, то есть:

n_min = 600 об/мин;

n₁ = 1600 об/мин;

n₂ = 2600 об/мин;

n₃ = 3600 об/мин и т.д;

n_i = n_N

n_max =1,2n_max

Результаты расчетов сводятся в табл. 3:

Таблица 3

Результаты расчета внешней скоростной характеристики двигателя.

2.3. Расчет графика зависимости М_e = f(n).

Расчет графика зависимости мощности двигателя M_ei, Н*м от частоты вращения n_i , об/мин коленчатого вала М_e = f(n) выполняется по формуле:

(14)

Результаты расчетов сводятся в табл. 3.

По результатам расчетов N_e = f(n) и М_e = f(n) (табл.3) строятся соответствующие графики, рис.2.

Рисунок 2. График внешней скоростной характеристики двигателя

2.4. Расчет графика зависимости g_e = f(n).

Говоря об экономической эффективности двигателя рассмотрим принятую терминологию:

- удельный расход топлива двигателя g_e - расход топлива на 1 кВт·ч работы двигателя при стендовых испытаниях на заводе-изготовителе.

Удельный расход топлива, g_e г/(кВт·ч), в искомой точке скоростной характеристики, рассчитывается по зависимостям:

1. для бензиновых двигателей:

g_e = g_eN(1,2 – 1,2n_i /n_N + ( n_i /n_N)²) (15)

где g_eN - удельный эффективный расход топлива при максимальной мощности двигателя N_ev, г/(кВт∙ч):

g_eN = 300…380 г/(кВт∙ч).

2. для дизельных двигателей:

g_e = g_eN(1,55 - 1,55n_i /n_N + ( n_i /n_N)²) (16)

где g_eN - удельный эффективный расход топлива при максимальной мощности двигателя N_ev, г/(кВт∙ч):

g_eN = 200…240 г/(кВт∙ч) для тихоходных дизельных двигателей;

g_eN = 230…280 г/(кВт∙ч) для быстроходных дизельных двигателей.

Результаты расчетов по формулам (15) или (16) заносим в табл. 4.

Таблица 4

Результаты расчета удельный расход топлива g_e двигателя

Текущее значение ni	nmin	n1	n2	ni	…	nN	nmax
ge

По результатам расчетов g_e = f(n) (табл.4) строится график, пример которого показан на рис.3:

Рисунок 3. График удельного эффективного расхода топлива двигателя