10

23

Рязанский государственный агротехнологический университет

им. П.А. Костычева

ИЭИ

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине:

Автомобильные двигатели



Содержание

Введение

1. Задание на курсовое проектирование и выбор аналога двигателя

2. Тепловой расчет двигателя

2.1 Процесс впуска

2.2 Процесс сжатия

2.3 Процесс сгорания

2.4 Процесс расширения

2.5 Индикаторные параметры рабочего цикла двигател.

2.6 Эффективные показатели двигател

2.7 Построение индикаторной диаграммы

3. Построение развернутой индикаторной диаграммы

Вывод

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 специализированных моторных заводов. 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 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) и проверить на прочность его основные детали.



1. 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 определить радиальные, тангенциальные, нормальные и суммарные набегающие силы, действующие на кривошипно-шатунный механизм. Построить график средних крутящих моментов.

Прототипом двигателя по заданным параметрам может служить двигатель АЗЛК - 412.

Таблица 1.

Параметры двигателя.

Номинальная мощность КВт.	Число цилиндров	Расположение цилиндров.	Тип двигателя.	Частота вращения К.В.	Степень сжатия е.	Коэффициент избытка воздух
55,2	4	Рядное.	Карбюратор	6000	9	0,85



2. Тепловой расчет двигателя

При проведении теплового расчета необходимо правильно выбрать исходные данные и опытные коэффициенты, входящие в некоторые формулы. При этом нужно учитывать скоростной режим и другие показатели, характеризующие условия работы двигателя.

Топливо

Степень сжатия = 9. Допустимо использование бензина АИ-93 (октановое число = 8190). Элементарный состав жидкого топлива принято выражать в единицах массы. Например в одном килограмме содержится С = 0,855, Н = 0,145, где О_т - кислород; С- углерод; Н - водород. Для 1кг жидкого топлива, состоящего из долей углерода, водорода, и кислорода, при отсутствии серы можно записать: С+Н+О_т = 1 кг.

Пaраметры рабочего тела:

Определение теоретически необходимого количества воздуха при полном сгорании жидкого топлива. Наименьшее количество кислорода О_о, которое необходимо подвести извне к топливу для полного его окисления, называется теоретически необходимым количеством кислорода. В двигателях внутреннего сгорания необходимый для сгорания кислород содержится в воздухе, который вводят в цилиндр во время впуска. Зная, что кислорода в воздухе по массе 0,23%, а по объему 0,208%, получим теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1кг топлива:

кмоль.

Расчет ведем для условий сгорания 1 кг топлива:



М₁ = кмоль.

При неполном сгорании топлива (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=0,47 (постоянная зависящая от отношения количества водорода к окиси углерода, содержащихся в продуктах сгорания).:

М_со = 2•0,21•[(1-)/(1+K)]•L_o = 0,42•()•0,531 = 0,0227 кмоль.

М_СО2 = С/12- М_со = 0,83/12-0,0227 = 0,0464 кмоль.

М_Н2 = К• М_со = 0,47•0,0227 = 0,01 кмоль.

М_Н2О = Н/2 - М_Н2 = =0,075 кмоль.

М_N2 = 0,792•L_o = 0,792•0,85•0,531 = 0,357 кмоль.

Суммарное количество продуктов сгорания:

М₂= М_со+ М_СО+ М_Н2+ М_Н2О+ М_N2

М₂ = 0,0227+0,0464+0,01+0,075+0,357 = 0,511 кмоль.

Проверка: М₂ = С/12+Н/2+0,792•L_o = +0,792•0,85•0,531 = 0,511.

Теоретический коэффициент молекулярного изменения смеси:

; =1,02 -1,12.



Условие выполняется.

Параметры окружающей среды и остаточные газы

Принимаем атмосферные условия: р₀ =0,1 МПа, Т₀=293 К. Дав ление окружающей среды: р_к=р₀=0,1 МПа, температура окру жающей среды Т_к=Т₀=293 К.

Давление остаточных газов:

р_г=1,15•р₀=1,15•0,1=0,115 МПа

Принимаем температуру остаточных газов Тг=1000 К.

2.1 Процесс впуска

Температура подогрева свежего заряда Т с целью получения хорошего наполнения двигателя на номинальном скоростном режиме принимается Т_N =10^о С.

Плотность заряда на впуске:

Р_к=1,189 кг/м³

В соответствии со скоростным режимом двигателя п_ном= 6000 мин^-1 и качеством обработки внутренней поверхности впускной системы принимаем (в²+о_вп)=3,5 и щ_вп=100 м/с

Потери давления на впуске в двигатель:

МПа

Давление в конце впуска:

МПа

Коэффициент остаточных газов:

=0,303•0,19=0,057

Температура в конце впуска:

К

Коэффициент наполнения:

К

2.2 Процесс сжатия

Учитывая характерные значения политропы сжатия для заданных параметров двигателя принимаем n₁= 1,41-=1,39. Тогда давление в конце сжатия:

р_с = р_а ⁿ¹ = 0.08 9^1.39 = 1,69 Мпа.

Температура в конце сжатия:

Т_с = Т_а^(n-1) = 3409^1,39-1 = 799 К.

Средняя молярная теплоемкость для свежего заряда в конце сжатия (без учета влияния остаточных газов):

Кдж/кмольград.

Число молей остаточных газов:

М_r = б_rL₀ = 0,850,0570,531=0,0257 кмоль.

Число молей газов в конце сжатия до сгорания:

М_с= М₁+М_r = 0,46+0,0257= 0,4857 кмоль

2.3 Процесс сгорания

Средняя молярная теплоемкость при постоянном объеме для продуктов сгорания жидкого топлива в карбюраторном двигателе при (1):

= 20,61+0,00272Т_z Кдж/кмольК.

Определим количество молей газов после сгорания:

М_z = M₂+M_г = 0,511+0,0257 = 0,5367 кмоль.

Расчетный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси находится по формуле:

== 1,1.

Примем коэффициент использования теплоты _z = 0,9, тогда количество теплоты, передаваемой на участке сz при сгорании топлива в 1 кг.:

Q = _z(Q_н-Q_н),

где Q_н - низшая теплотворная способность топлива равная 44100 Кдж/кг,

Q_H =119950(1-)L₀ - количество теплоты, потерянное в следствии химической неполноты сгорания:

Q_H = 119950(1-0,85)0,531=9518 Кдж/кг, отсюда

Q=0,9(44100-9518)=31123,8 Кдж/кг.

Определим температуру в конце сгорания из уравнения сгорания для карбюраторного двигателя (1):

, тогда получим:

1,1(20,61+0,00272•Т_z)•T_z =

22,67 T_z+0,00299T_z²=

0,00299T_z²+22,67 T_z-82475,49=0

K

Максимальное давление в конце процесса сгорания теоретическое:

Р_z = Мпа.

Действительное максимальное давление в конце процесса сгорания:



Р_zA = 0,85•Р_z = 0,85•6,24 =5,3 МПа.

Степень повышения давления:

= =3,69 МПа

2.4 Процесс расширения

С учетом характерных значений показателя политропы расширения для заданных параметров двигателя примем средний показатель политропы расширения n₂ = 1,25

Давление и температура в конце процесса расширения:

0,416 МПа.

К

Проверка ранее принятой температуры остаточных газов:

= 1011 К. Погрешность составит:

= = 1,1%, эта температура удовлетворяет условию 1,7.

2.5 Индикаторные параметры рабочего цикла

Теоретическое среднее индикаторное давление цикла для не скругленной индикаторной диаграммы:

Для определения среднего индикаторного давления примем коэффициент полноты индикаторной диаграммы равным х_и= 0,95, тогда среднее индикаторное давление получим: р_i = х_и р_i' = 0,95•1 =0,95 МПа.

Индикаторный К.П.Д.:

_i ==0,327

Индикаторный удельный расход топлива:

g_i = =249,65 г/КВт ч.

2.6 Эффективные показатели двигателя

При средней скорости поршня

W_п. ср = м/с.,

при ходе поршня S= 75 мм. и частотой вращения коленчатого вала двигателя n=6000 об/мин., рассчитаем среднее давление механических потерь: Р_м = а+b•W_п.ср, где коэффициенты a и b определяются соотношением S/D =0,751, тогда a=0,034, b=0,0113, отсюда



p_м = 0,034+0,0113•15 =0,2 МПа.

Рассчитаем среднее эффективное давление:

p_c = р_i - p_м = 1,95-0,2= 0,75 МПа.

Механический К.П.Д. составит:

Эффективный К.П.Д.:

_е= _{i м} = 0,327•0,789=0,258

Эффективный удельный расход топлива:

g_e = г/КВт ч

Основные параметры цилиндра и двигателя.

Литраж двигателя:

V_л = = =1,472 л

Рабочий объем цилиндра:

V_h = л.



, диаметр цилиндра:

D = 100• мм

Ход поршня:

S=D•с=80,15•0,91=73 мм

Площадь поршня:

см²

Средняя скорость поршня:

W_п.ср.=

Эффективный крутящий момент двигателя:

М_кр=9550Н•м

Часовой расход топлива:

G_т = N_e g_e = 55,2•316,62•10^-3=17,47



Литровая мощность:

Удельная поршневая мощность:

N_n =

Если принять массу сухого (незаправленного) двигателя со сцеплением, коробкой передач, ручным тормозом и вентилятором по прототипу АЗЛК - 412 G_сух=161,3 кг, то литровая масса

и удельная масса:

2.7 Построение индикаторной диаграммы двигателя

Индикаторную диаграмму строим для номинального режима двигателя, т.е. при N_e=55,2 кВт. И n=6000 об/мин.

Откладываем V_c=15 мм от оси Р.

Найдем

V_a=е• V_c= V_h+ V_c. Где V_h=(е-1) V_c, V_h=0,368 л, е=9, тогда

0,368=(9-1) V_с,

V_с= л. Тогда V_a=0,046+0,368=0,414 л.

Для перевода в масштаб составим пропорцию:

V_c-15

V_a-х, отсюда

х мм, откладываем по горизонтали V_a=135 мм.

Отсюда Р_z=202 мм.

Найдем Р₀ в мм.

Р_z-202

Р₀-х, отсюда

х мм, проводим линию Р₀=3,23 мм.

Далее определяем расположение всех давлений на графике, исходя из масштаба. Т. к. p_a, p_b, p_r, графически очень близки друг к другу, то их можно откладывать на 1-1,5 мм выше и ниже линии p₀.

Р_a=0,08 Мпа, тогда

х мм, проводим линию Р_a=2,58 мм.

Р_b=0,416 Мпа, тогда

х мм, проводим линию Р_b=13,46 мм.

Р_r=0,115 Мпа, тогда

х мм, проводим линию Р_r=3,72 мм.

Р_c=1,69 Мпа, тогда

х мм, проводим линию Р_c=54,7 мм.

Выбираем несколько промежуточных точек для построения линии политропы сжатия между объемами.

V₁=1,2• V_c=1,2•0,046=0,0552 л,

V₂=1,5• V_c=1,5•0,046=0,069 л,

V₃=2• V_c=2•0,046=0,092 л,

V₄=2,2• V_c=2,2•0,046=0,1 л,

V₅=2,5• V_c=2,5•0,046=0,115 л,

V₆=3• V_c=3•0,046=0,138 л,

V₇=3,2• V_c=3,2•0,046=0,177 л,

V₈=3,5• V_c=3,5•0,046=0,161 л,

хмм, проводим линию V₁=18 мм,

хмм, проводим линию V₂=22,5 мм,

хмм, проводим линию V₃=30 мм,

хмм, проводим линию V₄=32,6 мм,

хмм, проводим линию V₅=37,5 мм,

хмм, проводим линию V₆=43 мм,

хмм, проводим линию V₅=47,9 мм,

хмм, проводим линию V₅=52,9 мм.



На вертикальных линиях отложим значения соответствующих давлений: p_х1, p_х2, p_х3...

Значения рассчитываем по формулам:

p_n1= p_аn1=1,38,

p_х1= p_а,

p_х2= p_а,

p_х3= p_а,

p_х4= p_а,

p_х5= p_а,

p_х6= p_а,

p_х7= p_а,

p_х8= p_а.

х мм, проводим линию Р_x1=41,7 мм,

х мм, проводим линию Р_x2=30,42 мм,

х мм, проводим линию Р_x3=20,62 мм,

х мм, проводим линию Р_x4=18,38 мм,

х мм, проводим линию Р_x5=12,85 мм,

х мм, проводим линию Р_x6=11,78 мм,

х мм, проводим линию Р_x7=10,74 мм,

х мм, проводим линию Р_x8=9,16 мм.

Построение политропы расширения строится по тем же точкам V₁, V₁.

При этом значения промежуточных точек давлений определяются

,

n=1,28.

,

,

,

,

,

,

,

.

х мм, проводим линию Р₀₁=177 мм,

х мм, проводим линию Р₀₂=133,37 мм,

х мм, проводим линию Р₀₃=92,25 мм,

х мм, проводим линию Р₀₄=82,87 мм,

х мм, проводим линию Р₀₅=69,27 мм,

х мм, проводим линию Р₀₆=54,7 мм,

х мм, проводим линию Р₀₇=50,5 мм,

х мм, проводим линию Р₀₈=44,99 мм,

Проводим скругление диаграммы в точках c, z, b. Положение точки с^| определяем положением угла опережения зажигания 15?.

Положение точки с находим из соотношения р_с = (1,15-1,25) р_с,

р_z = 0,85 р_z.

р_с = 1,2•1,69 = 2,028 МПа,

р_z = 0,85•6,24 = 5,32 МПа,

х мм, отмечаем точку р_с = 65,65 мм,

х мм, отмечаем точку р_z = 172,2 мм.

Принимаем угол опережения зажигания 15?.



3. Построение развернутой индикаторной диаграммы

Найдем бицентровую поправку

ОО₁= мм.



Вывод

Тепловой расчет позволяет аналитически с достаточной степенью точности определить основные параметры вновь проектируемого или модернизируемого двигателя, а так же оценить индикаторные и эффективные показатели работы создаваемого двигателя.

Рабочий цикл рассчитывают для определения индикаторных, эффективных показателей работы двигателя и температурных условий работы деталей, основных размеров, а также выявления усилий, действующих на его детали, и построение характеристик.



Список литературы

1. Колчин А.И. Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. М.: Высшая школа, 1980г.;

2. Архангельский В.М. и другие. Автомобильные двигатели. М.: Машиностроение, 1967г.;

3. Изотов А.Д. Лекции по дисциплине: «Рабочие процессы и экологическая безопасность автомобильных двигателей». Заполярный, 1997г.