1 Глава
.pdf
Московский автомобильно-дорожный институт (Государственный технический университет)
Кафедра теплотехники и автотракторных двигателей
Курсовой проект по дисциплине «Автомобильные двигатели»
Студент |
Коновалов А.С. |
Группа |
4АС3 |
Руководитель |
|
Москва 2014
Задание на курсовой проект по дисциплине «Автомобильные двигатели»
Группа 4АС3 Студент Коновалов А.С. Дата выдачи __/__.14
1 |
Тип двигателя |
ДсИЗ |
2 |
Наддув |
Нет |
3 |
Тип системы охлаждения |
Жидкостная |
4 |
Тип топливной системы |
Центральный впрыск |
5 |
Число клапанов на цилиндр |
2 |
6 |
Тип камеры сгорания |
Плосковальная |
7 |
Число и расположение цилиндров |
Р6 |
8 |
Номинальная мощность двигателя |
Ne = 105 кВт |
9 |
Номинальная частота вращения |
nном = 6000мин-1 |
10 |
Степень сжатия двигателя |
ε = 10,3 |
11 |
Коэффициент избытка воздуха α |
α = 0,9 |
12 |
Топливо – бензин с элементным составом: |
|
|
- массовая доля углерода |
gC = 0,855 |
|
- массовая доля водорода |
gH= 0,145 |
|
- низшая теплота сгорания |
Hu = 44,0 МДж/кг |
|
- кажущаяся молярная масса |
μт = 115 кг/моль |
13 |
Уровень форсированности |
Nл ≈ кВт/л |
2
Оглавление |
|
Оглавление ......................................................................................................... |
3 |
РАЗДЕЛ 1. РАСЧЁТ РАБОЧЕГО ЦИКЛА ДВИГАТЕЛЯ (тепловой расчёт) ... |
5 |
1.1. Расчет характеристик рабочего тела ................................................................ |
5 |
Количество свежего заряда ...................................................................................... |
5 |
Состав и количество продуктов сгорания.............................................................. |
5 |
1.2. Расчет процессов газообмена.............................................................................. |
6 |
Исходные данные для расчета процессов газообмена:.......................................... |
6 |
1.3. Расчет процесса сжатия ....................................................................................... |
7 |
1.4. Расчет процесса сгорания.................................................................................... |
7 |
1.5. Расчет процесса расширения.............................................................................. |
9 |
1.6. Определение индикаторных показателей двигателя .................................. |
10 |
1.7. Механические (внутренние) потери и эффективные показатели |
|
двигателя ..................................................................................................................... |
10 |
1.8. Определение рабочего объёма, диаметра цилиндра и хода поршня |
|
двигателя ..................................................................................................................... |
10 |
1.9. Построение индикаторной диаграммы .......................................................... |
11 |
Выбор масштабов .................................................................................................... |
11 |
Построение индикаторной диаграммы теоретического цикла......................... |
12 |
Построение индикаторной диаграммы, соответствующей действительному |
|
циклу ........................................................................................................................... |
12 |
Сглаживание индикаторной диаграммы вблизи ВМТ в конце процесса сжатия |
|
и в начале процесса расширения ............................................................................. |
13 |
Выбор фаз газораспределения................................................................................. |
13 |
РАЗДЕЛ 2. ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ ...................................... |
15 |
2.1.Исходные данные для динамического расчета двигателя.......................... |
15 |
2.2. Выбор масштабов ............................................................................................... |
15 |
2.3. Диаграмма сил давления газов г развернутая по углу ПКВ................... |
15 |
2. . Приведение масс частей КШМ........................................................................ |
15 |
2.5.Выбор масс деталей КШМ................................................................................. |
16 |
2.6. Диаграмма сил инерции возвратно-поступательного движущихся масс |
|
КШМ ............................................................................................................................ |
17 |
2.7. Диаграмма суммарной силы, действующей на поршень........................... |
17 |
2.8. Диаграммы сил: боковой, тангенциальной и силы, направленной по |
|
радиусу кривошипа................................................................................................... |
17 |
2.9. Полярная диаграмма силы шш, действующей на шатунную шейку |
|
коленчатого вала ....................................................................................................... |
19 |
2.10. Диаграмма суммарного индикаторного крутящего момента................. |
19 |
2.11. Анализ уравновешенности двигателя.......................................................... |
20 |
РАЗДЕЛ 3. КОНСТРУИРОВАНИЕ И ОЦЕНКА РАБОТОСПОСОБНОСТИ |
|
ЭЛЕМЕНТОВ ДВИГАТЕЛЯ....................................................................................... |
23 |
3.1. Поршневая группа ............................................................................................. |
23 |
3.1.1. Поршень.......................................................................................................... |
23 |
3
3.1.2. Поршневой палец ........................................................................................... |
27 |
3.1.3. Поршневые кольца......................................................................................... |
30 |
3.2. Шатунная группа ............................................................................................... |
32 |
3.2.1. Шатун ............................................................................................................ |
32 |
3.2.2. Шатунные болты ......................................................................................... |
40 |
3.3. Коленчатый вал.................................................................................................. |
43 |
3.4. Корпус двигателя ............................................................................................... |
44 |
3.5. Газовый стык ...................................................................................................... |
46 |
3.6. Механизм газораспределения .......................................................................... |
51 |
3.6.1. Определение основных параметров механизма газораспределения ........ |
53 |
3.6.2. Профилирование кулачков ............................................................................ |
55 |
3.6.3. Определение характеристики пружинного узла ....................................... |
57 |
3.7.Система смазывания ................................................................. |
63 |
3.8.Система охлаждения ................................................................. |
66 |
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ................................................. |
70 |
4
РАЗДЕЛ 1. РАСЧЁТ РАБОЧЕГО ЦИКЛА ДВИГАТЕЛЯ (тепловой расчёт)
1.1. Расчет характеристик рабочего тела
Количество свежего заряда
Количество воздуха, теоретически необходимого для полного сгорания топлива:
|
|
|
|
1 |
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
8 |
|
|
|
|
|
в |
|||
l |
|
|
|
|
|
|
|
g |
|
8 g |
|
g |
|
|
|
|
|
|
|
0,855 8 0,145 0 14,9565 |
кг |
||||||||||
0 |
|
|
|
|
c |
H |
OT |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
0,23 |
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,23 |
|
3 |
|
|
|
|
|
т |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кг |
||||||||
|
|
|
1 |
|
|
g |
c |
|
g |
H |
|
g |
OT |
|
|
1 |
|
0,855 |
|
0,145 |
|
0,5119 |
кмоль |
|
|||||||
L |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
||||||||||
|
0 |
|
|
0,21 |
|
12 |
|
|
4 |
|
32 |
|
|
0,21 |
|
12 |
|
4 |
|
|
т |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кг |
|
|||||||||||||||
Действительное кол-во воздуха, участвующего в сгорании
Количество свежего заряда М1 в кмолях на 1 кг топлива (перед началом сгорания):
,
где L0 – стехиометрическое количество кмолей воздуха на 1 кг топлива.
Состав и количество продуктов сгорания
Состав продуктов сгорания при α=0.9 - СО2, H2O, N2,
Суммарное количество кмолей продуктов сгорания:
Объемные доли компонентов продуктов сгорания:
5
Теоретический коэффициент молярного изменения:
Статистическая величина μ0 =f(α) для двигателей с искровым зажиганием μ0 =
1,02…1,12.
1.2. Расчет процессов газообмена
Исходные данные для расчета процессов газообмена:
Табл.1
|
Параметр |
|
|
Значение |
||
|
Давление остаточных газов |
|
рr = 0,115 МПа |
|||
|
Температура остаточных газов |
Tr = 950 К |
||||
|
Подогрев свежего заряда на впуске |
Т = 10 К |
||||
|
Суммарный |
фактор |
сопротивления |
(β2 + ξ) = 3 |
||
|
впускного тракта |
|
|
|
|
|
|
Средняя за процесс впуска скорость смеси |
W = 80 м/с |
||||
|
в наименьшем сечении впускного тракта |
|
|
|
||
|
Отношение |
теплоемкости остаточных |
|
|
|
|
|
газов к теплоемкости свежего заряда |
|
|
|
||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||
|
Коэффициент дозарядки |
|
φ1 =1,04 |
|||
Условия на впуске
Плотность заряда на впуске
|
|
p |
|
100000 |
1,169 |
0 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
0 |
|
R T |
|
287 298 |
|
|
|
|
|
||
|
|
0 |
|
|
|
кг м3
,
где р0 =0,1 МПа и Т0=298 К – соответственно значения атмосферного давления и температуры воздуха на входе во впускную систему двигателя;
R = 287 Н м/К - газовая постоянная. Параметры рабочего тела в конце такта впуска Давление в конце впуска
Величина гидравлических потерь
( )
Коэффициент остаточных газов
6
Температура конца впуска
Коэффициент наполнения
1.3. Расчет процесса сжатия
Показатель политропы сжатия n1 = 1,35. Параметры рабочего тела в конце такта сжатия:
1.4. Расчет процесса сгорания
Количество теплоты, выделяющееся при сгорании одного киломоля рабочей смеси:
( |
) |
( |
) |
( |
) |
( |
) |
Значение действительного коэффициента молярного изменения рабочей смеси:
Определение термодинамических параметров рабочего тела в конце процесса видимого сгорания
Коэффициент использования теплоты на участке видимого сгорания
[ |
( |
) |
] |
ξz = 0,83.
Внутренняя энергия одного киломоля продуктов сгорания при температуре конца такта сжатия
|
Значения внутренней энергии компонентов продуктов сгорания найдены по |
|||||
таблице [Приложение]. |
|
|
|
|
|
|
|
Внутренняя энергия одного киломоля продуктов сгорания при температуре |
|||||
конца |
видимого |
сгорания |
Tz |
определена |
решением |
уравнения |
7
|
|
|
|
U |
|
U |
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
'' |
U |
|
||
|
|
c |
|
с |
'' |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
z |
|
см |
|
|
1 |
|
|
z |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
методом последовательных приближений:
Расчётные значения удельной внутренней энергии компонентов свежей смеси и продуктов сгорания в точках c и z приведены в таблице 2.
Табл.2
Параметр |
CO2 |
CO |
N2 |
H2 |
H2O |
Воздух |
Uz’’ |
ri |
0,13647 |
0,02745 |
0,69721 |
0,01372 |
0,12515 |
|
|
tc=400 |
13,975 |
8,591 |
8,474 |
8,348 |
10,71 |
8,591 |
9,5 |
tc=462 |
16,55 |
9,95 |
9,87 |
9,66 |
12,537 |
10,02 |
11,115 |
tc=500 |
18,129 |
10,79 |
10,726 |
10,467 |
13,657 |
10,89 |
12,115 |
tz1=2000 |
90,942 |
50,786 |
49,823 |
46,473 |
71,343 |
53,716 |
58,11 |
tz2=2500 |
118,28 |
65,063 |
63,89 |
60,164 |
94,245 |
64,979 |
75,1 |
По вспомогательному графику (рис.1) определяем tz=2462°С; Тz =2735 К.
8
Рис.1. Вспомогательный график для определения tz. Степень повышения давления
Теоретическое максимальное давление сгорания
Действительное максимальное давление сгорания
1.5. Расчет процесса расширения
Выбор показателя политропы расширения n2:
n2 = 1,26.
Параметры рабочего тела в конце такта расширения
Проверка правильности выбора термодинамических параметров (pr, Tr) остаточных газов:
√√
| |
|
| |
| |
|
| |
|
|
9
1.6. Определение индикаторных показателей двигателя
Расчетное и действительное среднее индикаторное давление.
Расчетное:
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
c |
|
|
n |
1 |
1 |
|
|
|
n 1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
i нс |
|
|
1 |
|
|
|
|
n 1 |
|
|
|
|
|
|
n 1 |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
2,12 |
|
|
|
4,4864 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,4452 МПа. |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,26 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,35 |
|
|||||||||
10,3 1 |
|
|
|
|
1 |
1 |
10,3 |
|
|
1,35 1 |
1 |
10,3 |
|
|||||||||||||||||||||
|
|
1,26 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Действительное: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
p p |
i p |
|
|
|
1,4452 0,97 1.408 МПа, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
i |
|
|
|
п.д. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где п.д =0,97 - коэффициент полноты индикаторной диаграммы. Индикаторный КПД и удельный индикаторный расход топлива:
|
p l |
|
|
|
1,4018 0.9 14,9565 |
0,427; |
|||||||||
|
|
i |
|
|
0 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
i |
|
H |
|
|
|
|
|
|
44 0,859 1,169 |
|
|
|
|||
|
|
|
u |
0 |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
v |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
g |
|
|
3600 |
|
|
3600 |
191,6116 |
|
г |
. |
|||||
i |
H |
|
|
44 0,427 |
кВт ч |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
u |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.7. Механические (внутренние) потери и эффективные показатели двигателя
Среднее давление механических потерь.
0,07+0,026∙
где |
|
|
|
|
|
- ориентировочное значение средней |
|
|
|
скорости поршня;
а = 0,07 МПа и b = 0,026 МПа∙с/м - коэффициенты, зависящие от типа двигателя:
Среднее эффективное давление и механический КПД:
Эффективный КПД и удельный эффективный расход топлива:
Часовой расход топлива-
1.8. Определение рабочего объёма, диаметра цилиндра и хода поршня двигателя
Рабочий объем двигателя iV 30 Ne 30 4 105 |
2,0192 л. |
||
h |
pe n |
1,04 6000 |
|
|
|
||
10