Расчет автомобильного бензинового двигателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Выбор исходных параметров

Целью курсового проекта является проектирование автомобильного бензинового двигателя с номинальной мощностью 45 кВт=61,2 л.с.

За прототип выбран двигатель Ваз 21114 , имеющий следующие параметры:

-количество цилиндров: 4;

-расположение цилиндров: рядное;

-рабочий объем цилиндров: 1,596;

-степень сжатия :9,6;

-номинальная мощность двигателя при частоте вращения конечатого вала 5600 об/мин: 60 кВт(81,6 л.с.);

-диаметр цилиндра: 82 мм;

-ход поршня: 75,6 мм;

-число клапанов: 8;

-минимальная частота вращения коленчатого вала: 800-850 об/мин;

-максимальный крутящий момент при 3000 об/мин: 125 Н*м;

-порядок работы цилиндров: 1-3-4-2.

Исходные параметры

автомобильный бензиновый двигатель без наддува

Ne = 45 Квт = 61,2 л.с., n =6000 об/мин;

1) Условия окружающей среды:

2) Действительная степень сжатия:

3) Коэффициент избытка воздуха при сгорании:

4) Теплотворная способность топлива:

Q_H= 44000-? Q_H =44000-120000(1- )М₀=37856 кДж/кг; (бензин АИ-92)

М₀=0,512кг/м³

Состав топлива:

С = 0,855; H = 0,145; О = 0;

5) Механический коэффициент полезного действия:

6) Коэффициент полезного тепловыделения:

о_z=0,8; о_b=0,9;

7) Давление в начале сжатия:

8) Коэффициент :

ш'=1,13- учитывает неодинаковость теплоемкостей смеси и остаточных газов;

9) давление остаточных газов:

10) Температура остаточных газов:

11) Подогрев заряда от стенок цилиндра:

12) Коэффициент дозарядки:

13) Коэффициент очистки от остаточных газов:

л₂₌1

14) Расчёт коэффициента наполнения з_v :

з_v=л₁ 1• 0,83

Расчет процесса наполнения

Определим температуру в конце наполнения заряда:

- это температура свежего заряда, получившего теплоту от внутренних стенок цилиндра и остаточных газов, оставшихся в цилиндре от предыдущего цикла.

Расчет процесса сжатия

В действительном рабочем цикле сжатия представляет процесс с переменным показателем политропы. Практически переменный показатель заменяется средним показателем , величина которого обычно лежит в пределах 1,32-1,39. Сжатие в большинстве случаев сопровождается в среднем некоторым теплоотводом от рабочего тела. Однако общая отдача теплоты незначительна и поэтому процесс сжатия в двигателях мало отличается от адиабатного.

Средняя теплоемкость при сжатии:

к₁-средний показатель адиабаты

, тогда

Найдем k₁ методом последовательных приближений:

пусть k₁=1,37, тогда

Отсюда к₁=1,3757

Отсюда k₁=1,375

То есть два последних полученных k₁ совпадают и равны 1,375.

Итак k₁=1,375, положим k₁=n₁

Давление конца сжатия:

Термохимический расчет

С = 0,855; H = 0,145; О = 0; S = 0; С + Н + O + S = 1;

Количество воздуха, теоретически необходимое для сгорания, (в кмоль/кг топлива):

кмоль/кг;

Количество свежего заряда для бензинового двигателя (в кмоль/кг топлива):

кмоль/кг;

где - средний молекулярный вес бензина.

Количество продуктов полного сгорания (в кмоль/кг топлива):

кмоль/кг.

Теоретический коэффициент молекулярного изменения:

.

Действительный коэффициент молекулярного изменения:

.

Термодинамический расчет процессов сгорания

Коэффициент молекулярного изменения в точке z:

Уравнение сгорания для бензиновых двинателей с б?1:

Средние мольные теплоемкости:

Подставим все в уравнение сгорания:

Решая относительно , получаем:

= 2623 K

Т.к. для бензиновых лежит в пределах 2400-3100 К, то найденное = 2623К является допускаемым.

Степень повышения давления

Максимальное давление сгорания

Расчет процесса расширения

Средний показатель политропы расширения принимаем в первом приближении =1,23:

T_b= ;

n₂=1,211;

Во втором приближении имеем:

T_b= ;

Итак, принимаем n₂=1,21

T_b=1631К

Давление в конце расширения:

p_b==0.473МПа

Проверим принятое ранее значение T_r=

То есть принятое ранее значение температуры остаточных газов отличается от полученной лишь на 0,009%, поэтому можно принять все рассчитанные параметры.

Индикаторные показатели

Среднее индикаторное давление теоретического цикла:

Среднее индикаторное давление действительного цикла:

Индикаторный к.п.д.:

Удельный индикаторный расход топлива:

Эффективные показатели

Среднее эффективное давление:

Эффективный к.п.д.:

Удельный эффективный расход топлива:

Эффективный крутящий момент:

Часовой расход топлива на номинальной нагрузке:

Средняя скорость поршня:

Размеры цилиндра

Число цилиндров:

i=4

Рабочий объем одного цилиндра:

Принимаем отношение S/D=1,013

Ход поршня:

Определение объёмов в характерных точках

Для четырёхтактного двигателя объём камеры сжатия:

Объём в начале сжатия:

Объём цилиндра в точке z:

Радиус кривошипа

R=S/2=0,071/2=0,036 м=36 мм

Таблица значений для построения P-V и P-ц диаграмм

Примеры вычисления параметров для :

Динамический расчет двигателя

Определение ПДМ и НВМ КШМ.

Определим следующие величины:

Радиус кривошипа:

Параметр л выбран из прототипа:

Тогда длина шатуна будет равна:

Реальный КШМ двигателя, включающий в себя поршневой комплект, шатун и колено коленчатого вала, может быть условно заменен динамической эквивалентной в отношении внешнего действия сил инерции моделью, состоящей из двух сосредоточенных масс.

Поршневой комплект совершает прямолинейное возвратно - поступательное движении вдоль оси цилиндра. Условно предполагается, что масса сосредоточена в точке пересечения оси поршневого пальца с осью цилиндра.

Найдем массу поршневого комплекта по данным прототипа:

Тогда масса поршневого комплекта проектируемого двигателя определится как:

Шатунный механизм совершает сложное плоскопараллельное движение.

В случае индивидуального шатуна его масса условно заменяется двумя статически эквивалентными массами:

Рис. 2. Распределение масс

Массу шатунного механизма также возьмем из прототипа:

кг

Масса шатуна проектируемого двигателя:



Определим массы и , где:

m_шs - условно сосредоточенна в центре поршневой головки шатуна, совпадающем с точкой пересечения оси поршневого пальца с осью цилиндра. Поршневая головка совершает прямолинейное возвратно-поступательное движение вдоль оси цилиндра совместно с поршневым комплектом.

m_шR -условно сосредоточена в центре подшипника кривошипной головки шатуна, совпадающей с центром сопряжений шатунной шейки и совершающей вращательное движение вокруг оси коленчатого вала с постоянной угловой скоростью

Коленчатый вал двигателя и входящие в его состав массы каждого колена совершают вращательное движение с постоянной угловой скоростью. Неуравновешенная масса колена, состоящая из массы шатунной шейки и массы 2х щёк, приводится к радиусу кривошипа R. При этом масса шатунной шейки не требует приведения т.к. наход ится на расстоянии R от оси коленчатого вала.

Коленчатый вал - стальной, цельноштампованный, полноопорный.



Рис. 2. Участок коленвала

R=0,036м- расстояние между осью коренной и шатунной шеек коленвала.

Определим массу шатунной шейки и щеки:

кг

кг

где 0,7D_п/2=0,7*0,07/2=0,02 м - радиус шатунной шейки коленчатого вала,

м - длина шатунной шейки,

0,012 м - ширина щеки,

0,060 м - радиус щеки.

Найдём приведённые массы:

кг

кг

где м- расстояние от оси щеки до оси коренной шейки коленчатого вала.

кг

кг

Построение диаграммы Брикса и диаграммы Толле

Определим поправку Брикса, площадь поршня и угловую скорость вращения коленчатого вала:

Поправка Брикса:

Площадь поршня:

Угловая скорость:

Далее определим граничные значения диаграммы Толле:

Отрезок АВ:

Отрезок EF:

Список литературы:

расчет автомобильный бензиновый двигатель

1. Дьяченко Н.Х. Конструирование и расчёт ДВС. - Л.: Машиностроение, 1979.

2.А.И Колчин ,В.П.Демидов Расчет автомобильных и тракторных двигателей, 2008.

3. Румянцев. Динамика двигателей внутреннего сгорания.

4.Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. - М.: Машиностроение, 1978.

Размещено на Allbest.ru