Проектирование и расчет двигателя внутреннего сгорания
Далее в соответствии с принятыми значениями угла опережения зажигания или угла опережения впрыска топлива, периодом задержки воспламенения и значениями фаз газораспределения определяют углы поворота коленчатого вала б в градусах, соответствующие характерным точкам: Затем по данным теплового расчета на диаграмме откладывают в масштабе µр величины давлений pа, pc, pz, pb, pr, соответствующих… Читать ещё >
Проектирование и расчет двигателя внутреннего сгорания (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Содержание Введение
1. Тепловой расчет рабочего цикла двигателя
1.1 Рабочее тело и его свойства
1.2 Процесс впуска
1.3 Процесс сжатия
1.4 Процесс сгорания
1.5 Процесс расширения
1.6 Процесс выпуска
1.7 Индикаторные показатели рабочего цикла
1.8 Эффективные показатели двигателя
1.9 Основные параметры и показатели двигателя
1.10 Тепловой баланс двигателя
1.11 Построение индикаторной диаграммы
2 Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателя
2.1 Расчет силовых факторов, действующих в кривошипно-шатунном механизме
3. Оценка надежности проектируемого двигателя
4. Подбор автотранспортного средства к двигателю
5. Порядок компоновки двигателя Заключение Список использованных источников Приложение, А Приложение Б
Предметом изучения дисциплины «Автомобильные двигатели"для студентов специальности190 601.65являются автомобильные двигатели.
К автомобильным двигателям предъявляются следующие основные требования:
развитие необходимой мощности при различных скоростях движения автомобиля, хорошая приемистость при трогании автомобиля и изменении его рабочих режимов;
максимальная экономичность на всех режимах работы;
низкая себестоимость;
высокая удельная мощность;
удобство в эксплуатации, при техническом обслуживании и ремонте;
надежность работы;
низкая степень токсичности отработавших газов;
перспективность конструкции, позволяющая производить ее дальнейшую модернизацию.
Задачи изучения дисциплины определяются на основе требований к знаниям и умениям студента после изучения данного курса.
Курсовой проектвключает следующие разделы:
расчетную часть:
— тепловой расчет;
— динамический расчет;
— оценка надежности проектируемого двигателя;
— подбор автотранспортного средства к двигателю.
2) графическую часть:
— 1 лист — индикаторная диаграмма, характеристики автомобильного двигателя по результатам динамического расчета;
— 2 лист — поперечный разрез двигателя
1. Тепловой расчёт рабочего цикла двигателя
1.1 Рабочее тело и его свойства
автотранспортный двигатель кривошипный шатунный
Топливо Теплота, необходимая для осуществления рабочего цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания, выделяется при химических реакциях сгорания топлива непосредственно в цилиндре двигателя.
Химический составбензина
Топливо | Содержание в 1 кг | Молекулярная масса mТ, г/моль | |||
Углерода С | Водорода Н | Кислорода О | |||
Бензин | 0,855 | 0,145 | ; | 110…120 | |
Выбранный состав топлива отвечает условию:
С + Н + О = 1 кг. (1.1)
При тепловом расчёте ДВС пользуются значением низшей теплоты сгорания топлива, под которой понимается количество теплоты, выделяемое при полном сгорании топлива без учета теплоты конденсации водяных паров. Низшая теплота сгорания Нu в кДж/кг определяется по формуле Д. И. Менделеева:
(1.2)
где S и W — массовые доли серы и влаги в топливе.
В расчетах принимается S = 0, W = 0.
Горючая смесь Для полного сгорания топлива необходимо определенное количество воздуха, которое называется теоретически необходимым, и определяется по элементарному составу топлива в кг возд/кг топл:
(1.3)
кг возд/кг топл или в кмоль возд/кг топл:
(1.4)
кмоль возд/кг топл Действительное количество воздуха L в кмоль возд/кг топл определяется по формуле:
(1.5)
кмоль возд/кг топл где б — коэффициент избытка воздуха.
Для различных двигателей при номинальной мощности принимаются следующие значения б: карбюраторные двигатели 0,85…0,98;
Количество горючей смеси М1 в кмоль гор. см/кг топлива определяется по формуле:
(1.6)
кмоль гор. см/кг топл где mТ — молекулярная масса паров топлива, г/моль.
Величина mТ выбирается по таблице 1.2.
Продукты сгорания Количество продуктов сгораниядля двигателей с воспламенением от сжатия рассчитывается по формуле (1.13).
При полном сгорании топлива (при б > 1,0) продукты сгорания состоят из углекислого газа СО2, водяного пара Н2О, избыточного кислорода О2 и азота N2.
Общее количество продуктов М2 неполного сгорания в кмоль пр. сг/кг топл определяется по формуле:
(1.7)
кмоль пр. сг/кг топл.
Количество отдельных составляющих продуктов сгорания в кмоль пр. сг/кг топл. определяются по следующим формулам:
(1.8)
кмоль пр. сг/кг топл
(1.9)
кмоль пр. сг/кг топл
(1.10)
кмоль пр. сг/кг топл
(1.11)
кмоль пр. сг/кг топл
(1.12)
кмоль пр. сг/кг топл гдеконстанта, зависящая от отношения количества водорода и оксида углерода в продуктах сгорания; для бензинов =0,45…0,5.
Изменение количества молей рабочего тела при сгорании в? М в кмоль /кг топл. определяется по формуле:
(1.13)
кмоль /кг топл Относительное изменение количества молей при сгорании горючей смеси характеризуется химическим коэффициентом молекулярного изменения горючей смеси, который определяется по формуле:
(1.14)
1.2 Процесс впуска
Давление и температура окружающей среды При работе двигателя без наддува в цилиндр поступает воздух из атмосферы. В этом случае при расчёте рабочего цикла двигателя давление и температура окружающей среды принимаются равными МПа и K соответственно.
Давление и температура остаточных газов Для автомобильных двигателей без наддува давление остаточных газов в МПа принимают равным:
(1.15)
МПа В зависимости от типа двигателя, степени сжатия, частоты вращения и коэффициента избытка воздуха выбираются значения температуры Тr остаточных газов для карбюраторных двигателей:900…1100 К.
Степень подогрева заряда В процессе наполнения температура свежего заряда несколько увеличивается на величину? Т благодаря подогреву от нагретых деталей двигателя. Величина? Т зависит от расположения и конструкции впускного трубопровода, системы охлаждения, скоростного режима, нагрузки, размеров цилиндра. С увеличением числа оборотов величина? Т при неизменном крутящем моменте двигателя уменьшается приблизительно линейно.
В зависимости от типа двигателя значения? Т принимают из следующих пределов: для карбюраторных двигателей0…20 К;
Давление в конце впуска Величина давления в конце впуска ра, в МПа может быть определена по формулам: для двигателей без наддува:
; (1.16)
МПа;
где — потери давления во впускном трубопроводе, МПа.
Потери давления во впускном трубопроводе в МПа определяются по формуле:
(1.17)
МПа где — коэффициент затухания скорости заряда в цилиндре;
— коэффициент, учитывающий гидравлическое сопротивление впускного тракта;
— средняя скорость движения заряда при максимальном открытии клапана, м/с;
— плотность заряда на впуске, кг/м3.
При средней скорости заряда щвп от 50 до 130 м/с величину (овп+в2) принимают в пределах от 2,5 до 4,0.
Для двигателей без наддува плотность заряда на впуске в кг/м3 определяют по формуле:
(1.18)
кг/м3
где Rв — удельная газовая постоянная воздуха, Дж/(кг · град);
Rв = 287 Дж/(кг · град);
Коэффициент остаточных газов Коэффициент остаточных газов гr для четырёхтактных двигателей внутреннего сгорания определяется по формуле:
(1.19)
Количество остаточных газов в кмоль ост. газов/кг топл определяется по формуле:
; (1.20)
кмоль ост. газов/кг топл.
Температура в конце впуска Температуру в конце впуска Та в градусах Кельвина (К) определяют по формуле:
(1.21)
K
Коэффициент наполнения Для четырёхтактных двигателей без учёта продувки и дозарядки коэффициент наполнения определяется по формуле:
(1.22)
Величина коэффициента наполнения в основном зависит от тактности двигателя, его быстроходности и совершенства системы газораспределения.
Значения параметров процесса впуска
Тип двигателя | Параметры | ||||
pa, МПа | гr | Та, К | зv | ||
Карбюраторный | 0,080…0,095 | 0,04…0,1 | 340…400 | 0,7…0,9 | |
Проектируемый | 0,084 | 0,055 | 344,5 | 0,765 | |
1.3 Процесс сжатия
Показатель политропы сжатия Учитывая, что теплообмен между рабочим телом и стенками цилиндра за процесс сжатия незначителен, то величину можно оценить по среднему показателю адиабаты сжатия по следующим формулам: для карбюраторных двигателей:
(1.23)
Значение определяется в зависимости от температуры и степени сжатия е по формуле :
(1.24)
Давление и температура конца процесса сжатия Давление в МПа и температура в градусах Кельвина (К) в конце процесса сжатия определяются из уравнения политропы с постоянным показателем :
(1.25)
МПа
(1.26)
K
Средняя мольная теплоёмкость рабочей смеси Температура конца процесса сжатия tc в градусах Цельсия (оС).
(1.27)
°c
Средняя мольная теплоёмкость свежей смеси в конце сжатия принимается равной теплоёмкости воздуха в кДж/(кмоль· град) и определяется по формуле :
(1.28)
Средняя мольная теплоёмкость остаточных газов в конце сжатия в кДж/(кмоль· град) определяется по следующим формулам:
— для карбюраторных двигателей
(1.29)
кДж/(кмоль· град) Средняя мольная теплоёмкость рабочей смеси в кДж/(кмоль· град) определяется по формуле:
(1.3)
кДж/(кмоль· град) Рассчитанные параметры процесса сжатия необходимо сравнить со значениями этих параметров у современных автомобильных двигателей внутреннего сгорания, представленных в таблице.
Значения параметров процесса сжатия
Тип двигателя | Параметры | |||
n1 | рс, МПа | Тс, К | ||
Карбюраторных | 1,34…1,38 | 0,9…2,0 | 600…800 | |
Проектируемый | 1,366 | 1,587 | 757,7 | |
1.4 Процесс сгорания
Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси Изменение объёма при сгорании рабочей смеси учитывает коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси, который определяется по формуле:
(1.31)
Температура конца видимого сгорания Температура газа Тz в конце видимого сгорания определяется на основании первого закона термодинамики:
для карбюраторных двигателей
(1.32)
где — коэффициент использования низшей теплоты сгорания на участке видимого сгорания, который принимается для дизелей 0,7…0,88;
л — степень повышения давления цикла, которая устанавливается по опытным данным в зависимости от количества топлива подаваемого в цилиндр, формы камеры сгорания и способа смесеобразования, и выбирается из таблицы 1.5;
— потеря теплоты вследствии химической неполноты сгорания, кДж/кг;
(1.33)
кДж/кг
tz — температура в конце видимого сгорания, о С;
— средняя мольная теплоёмкость продуктов сгорания при постоянном объёме, кДж/(кмоль· град), которая определяется по следующей формуле:
(1.34)
гдесредние мольные теплоёмкости продуктов сгорания при изменении температуры в диапазоне 1501…2800 оС, которые могут быть выражены в зависимости от температуры tz следующими формулами:
(1.35)
(1.36)
(1.37)
(1.38)
(1.39)
После подстановки всех величин в уравнение сгорания получается квадратное уравнение вида:
(1.40)
где А, В, С — числовые значения известных величин.
Из формулы (1.34) выражается температура в градусах Цельсия (оС):
(1.41)
°c
Температура Тz в градусах Кельвина (К) определяется как:
(1.42)
°c
Степень повышения давления цикла Для карбюраторных двигателей определяется по формуле:
(1.43)
Степень предварительного расширения Степень предварительного расширения для карбюраторных двигателей. Максимальное давление сгорания Величина давления в МПа в конце сгорания определяется по формуле:
(1.44)
МПа Рассчитанные параметры процесса сгорания необходимо сравнить со значениями этих параметров у современных автомобильных двигателей внутреннего сгорания, представленных в таблице.
Значения параметров процесса сгорания
Тип двигателя | Параметры | ||||
Карбюраторный | 3,2…4,2 | 1,0 | 3,5…7,5 | 2400…3100 | |
Проектируемый | 3,97 | 1,0 | 6,3 | 2811,6 | |
1.5 Процесс расширения
Показатель политропы расширения Средний показатель политропы расширения n2 незначительно отличается от показателя адиабаты k2 и может быть определён по следующим формулам: для карбюраторных двигателей
(1.45)
(1.46)
Давление и температура конца процесса расширения Значения давления в МПа и температуры в градусах Кельвина (К) в конце процесса расширения определяется по формулам:
для карбюраторных двигателей
(1.47)
МПа
(1.48)
K
Рассчитанные параметры процесса расширения необходимо сравнить со значениями этих параметров у современных автомобильных двигателей внутреннего сгорания, представленных в таблице.
Значения параметров процесса расширения
Тип двигателя | Параметры | |||
Карбюраторный | 1,23…1,30 | 0,35…0,6 | 1200…1700 | |
Проектируемый | 1,25 | 0,42 | 1625,4 | |
1.6 Процесс выпуска
Точность выбора температуры остаточных газов в градусах Кельвина (К) определяется по формуле:
(1.49)
K
При расхождении между принятой величиной Тr в пункте (2.2.2) и рассчитанной по формуле (2.43) ?10% параметры теплового расчёта необходимо пересчитать.
(1.50)
1.7 Индикаторные показатели рабочего цикла
Среднее индикаторное давление Среднее теоретическое индикаторное давление в МПа определяется по формулам:
для карбюраторных двигателей
(1.51)
МПа Среднее индикаторное давление действительного цикла в МПа отличается от теоретического на величину уменьшения работы газов действительного цикла против работы газов теоретического цикла (пропорционально уменьшению расчётной индикаторной диаграммы за счёт скругления) и определяется по формуле:
(1.52)
МПа где — коэффициент полноты индикаторной диаграммы.
Значения коэффициента принимаются из следующих интервалов значений: для карбюраторных двигателей — = 0,94…0,97.
Индикаторные КПД Индикаторный КПД характеризует степень использования теплоты топлива для получения полезной работы в действительном цикле, то есть индикаторный КПД учитывает все тепловые потери действительного цикла.
Индикаторный КПД определяется по формуле:
(1.53)
где рi — среднее индикаторное давление, МПа;
— теоретически необходимое количество воздуха, кг возд/кг топл;
б — коэффициент избытка воздуха;
Нu — низшая теплота сгорания, кДж/кг;
сk — плотность заряда на впуске, кг/м3;
зv — коэффициент наполнения.
Индикаторный удельный расчет топлива Индикаторный удельный расход топлива в г/(кВт· ч) определяется по формуле:
(1.54)
г/(кВт· ч) Рассчитанные индикаторные показатели двигателя сравниваются со значениями этих показателей современных двигателей внутреннего сгорания, представленных в таблице.
Значение индикаторных показателей
Тип двигателя | Показатели | |||
Карбюраторный | 0,6…1,4 | 0,3…0,4 | 210…275 | |
Проектируемый | 1,01 | 0,347 | 235,7 | |
1.8 Эффективные показатели двигателя
Давление механических потерь
Давление механических потерь — это условное давление, равное отношению работы механических потерь к рабочему объёму цилиндра двигателя. Величину давления механических потерь в МПа оценивают по средней скорости поршня по формуле:
(1.55)
МПа где аМ и bМэкспериментальные коэффициенты, величины которых приведены в таблице 1.8;
нn.cp — средняя скорость поршня в м/с, которая для различных типов двигателей выбирается в следующих пределах:
карбюраторные двигатели легковых автомобилей 12…20
Значения коэффициентов аm и bm
Тип двигателя | аm | bm | |
Карбюраторный с числом цилиндров (?6) и отношением хода поршня к его диаметру (?1,0) | 0,034 | 0,0113 | |
Среднее эффективное давление в МПа определяется по формуле:
(1.56)
МПа.
Механический КПД определяется по формуле:
(1.57)
Эффективный КПД Отношение количества теплоты, эквивалентной полезной работе на валу двигателя, к общему количеству теплоты, внесённой в двигатель с топливом, называется эффективным КПД, который определяется по формуле:
(1.58)
Эффективный удельный расход топлива Эффективный удельный расход топлива в г/(кВт· ч) определяется по формуле:
(1.59)
г/(кВт· ч) Рассчитанные эффективные показатели двигателя необходимо сравнить со значениями этих показателей современных двигателей внутреннего сгорания, представленных в таблице.
Значения эффективных показателей двигателей
Тип двигателя | Показатели | ||||
Карбюраторный | 0,6…1,1 | 0,23…0,38 | 0,75…0,92 | 230…310 | |
Проектируемый | 0,8 | 0,277 | 0,798 | 283,23 | |
1.9 Основные параметры и показатели двигателя
Рабочий объём цилиндра — это объем пространства, освобождаемого поршнем при перемещении его от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке, и определяется в дм3 по формуле:
(1.60)
дм3
где ф — тактность рабочего процесса двигателя, для четырёхтактного процесса (ф — 4);
Nе — мощность двигателя по заданию, кВт;
n — номинальная частота вращения по заданию, мин-1;
i — число цилиндров двигателя по заданию.
Определение размеров цилиндра двигателя производится на основе выбора отношения хода поршня S к диаметру цилиндра D.
Отношение линейных размеров цилиндра S/D находится в следующих пределах:
для карбюраторных двигателей 0,86…1,07.
Диаметр цилиндра двигателя D в мм определяется по формуле:
(1.61)
мм Ход поршня двигателя S в мм определяется по формуле:
(1.62)
мм Полученные значения S и D округляются в большую сторону до чисел чётных или кратных пяти.
Окончательная средняя скорость поршня в м/с определяется по формуле:
(1.63)
м/с Ошибка между принятой величиной в пункте 2.8.1 и рассчитанной по формуле 2.56 в процентах определяется:
(1.64)
Расхождение между рассчитанным значением по формуле и принятым значением средней скорости поршня при оценке механических потерь в пункте (1.8.1) не должно превышать 5%. В противном случае производится перерасчет средней скорости поршня по полученному значению.
По принятым значениям D и S определяют окончательные основные параметры и показатели двигателя.
Рабочий объём одного цилиндра в дм3 определяется по формуле:
(1.65)
дм3
Литраж двигателя в дм3 определяется по формуле:
(1.66)
дм3
Объём камеры сгорания в дм3 определяется по формуле:
(1.67)
дм3
Полный объём цилиндра в дм3 определяется по формуле:
(1.68)
дм3
Мощность двигателя в кВт определяется по формуле:
(1.69)
кВт Поршневая мощность двигателя в кВт/дм2 определяется по формуле:
(1.70)
кВт/дм2
Эффективный крутящий момент в Н· м определяется по формуле:
(1.71)
Н· м Часовой расход жидкого топлива в кг/ч определяется по формуле:
(1.72)
кг/ч Для ориентировочной оценки массы двигателя в кг используют статические данные по удельным массам двигателя по формуле:
(1.73)
кг
где — удельная масса двигателя, кг/кВт, значения принимаются по данным таблицы.
Удельные массы двигателей в кг/кВт
Тип двигателя | Расположение цилиндров | ||
Рядное | V-образное | ||
Карбюраторный | 1,9…5,6 | 1,3…5,9 | |
1.10 Тепловой баланс двигателя
Уравнение теплового баланса имеет вид:
(1.74)
где Qo — общее количество теплоты, введённое в цилиндр, Дж/с;
Qe — теплота, эквивалентная эффективной работе двигателя, Дж/с;
Qохл — теплота, отданная окружающей среде, Дж/с;
Qr — теплота, уносимая из двигателя с отработавшими газами, Дж/с;
Qн.с — теплота, потерянная при неполном сгорании топлива, Дж/с;
Qост — неучтённые потери теплоты, Дж/с.
Общее количество теплоты Общее количество теплоты в Дж/с определяется по формуле:
(1.75)
Дж/с Теплота, эквивалентная эффективной работе, в Дж/с определяется по формуле:
(1.76)
Дж/с Теплота, отданная охлаждающей среде Теплота, отданная окружающей среде, в Дж/с определяется по формулам:
при жидкостном охлаждении:
для карбюраторных двигателей
(1.77)
Дж/с где D — диаметр цилиндра, мм;
с — коэффициент пропорциональности, который принимается из интервала с = 0,45…0,53;
m — показатель степени, который принимается из интервала m = 0,6…0,7;
Теплота, унесённая из двигателя с отработавшими газами, в Дж/с определяется по формуле:
(1.78)
Дж/с
где tr — температура остаточных газов, оС.
— теплоёмкость остаточных газов в кДж/(кмоль· град), которую можно определить по формуле (1.36) для карбюраторных двигателей при подстановке в данную формулу значения температуры остаточных газов tr;
— теплоёмкость свежего заряда в кДж/(кмоль· град), которую можно определить по формуле (1.34) при подстановке в данную формулу значения температуры to = 20 0C.
Теплота, потерянная при неполном сгорании топлива, в Дж/сопределяется по формуле:
(1.79)
Дж/с Неучтённые потери теплоты в Дж/с определяются по формуле:
(1.80)
Дж/с Если значение (< 0), то необходимо пересчитать величину, уменьшив значения коэффициента с и (или) показателя m.
Тепловой баланс определяется также в процентах от всего количества введённой теплоты по следующим формулам:
(1.81)
(1.82)
(1.83)
(1.78) (1.84)
(1.79) (1.85)
Очевидно, что должно выполняться условие:
(1.86)
Рассчитанные значения составляющих теплового баланса необходимо сравнить со значениями у современных автомобильных двигателей внутреннего сгорания, представленных в таблице
Значения составляющих теплового баланса в процентах
Тип двигателя | Составляющие теплового баланса в процентах | |||||
Карбюраторный | 21…28 | 12…27 | 30…55 | 0…45 | 3…10 | |
Проектируемый | 27,77 | 25,38 | 32,09 | 11,29 | 3,47 | |
1.11 Построение индикаторной диаграммы
Отрезок, соответствующий рабочему объему цилиндра, АВ=72/1=72 мм.
Отрезок, соответствующий объёму камеры сгорания, ОА=72/(8,6−1)=9,47 мм.
Отрезок, соответствующий полному объему цилиндра ОВ=72+9,47=81,47 мм.
По оси ординат откладывается отрезок ОД, соответствующий максимальному давлению сгорания, в масштабе µр=рz /ОД в МПа/мм так, чтобы отношениеОД/АВ = 1,2…1,7,а масштаб давления принимал одно из рекомендуемых значений µр=0,02; 0,025; 0,04; 0,05; 0,07; 0,10.
ОД=6,3/0,05=126мм.
Масштаб давленияµр =0,05 МПа/мм.
Затем по данным теплового расчета на диаграмме откладывают в масштабе µр величины давлений pа, pc, pz, pb, pr, соответствующих характерным точкам: а; с; z; b; r. Между точками, А и В проводятся прямые линии, параллельные оси абсцисс, ординаты которых соответствуют давлениям.
мм мм мм мм мм мм Построение политроп сжатия и расширения проводится аналитическим методом. Для этого вычисляется ряд промежуточных точек (от 8 до 12) для интервала объёмов (Vc … Va) и (Vz … Vb) по уравнению политропы pVn = const.
Для политропы сжатия откуда определяется давление в МПа по формулам:
(1.87)
где px и Vx — давление и объём в расчетной точке процесса сжатия;
ОВ — отрезок, соответствующий полному объему цилиндра, мм;
ОХ — абсцисса расчетной точки, мм.
Аналогично для политропы расширения определяется давление в МПа по формулам:
(1.88)
Абцисса расчетной точки ОХ в мм определяется по формуле:
(1.89)
где АХ — перемещение поршня в мм и определяется по формуле:
(1.90)
где л — отношение радиуса кривошипа R к длинне шатуна Lш, выбирается по таблице 1.11.
б — угол поворота коленчатого вала, град., а значения тригонометрической функции Величина параметра различных двигателей
Двигатель | ||
Существующие | 0,24…0,31 | |
Проектируемый | 0,296 | |
Для построения действительной индикаторной диаграммы находятся характерные точки. Давление в точке с?, характеризующей момент достижения поршня ВМТ, определяется по формуле:
МПа (1.91)
Точку bЅ - момент достижения поршня НМТ в конце расширения — располагают между точками b и a. При этом давление рbЅ в МПа ориентировочно расчитывают по формуле:
МПа (1.92)
град, a | (1-cos a)+ л/4(1-cos2a) | AX | OX | OB/OX | Px | Px/Mp | град, a | Px | Px/Mp | |
81,47 368 | 0,83 901 | 1,678 027 | 0,423 869 | 8,47 738 | ||||||
1,98 927 | 71,613 738 | 81,8 742 | 1,4 764 | 0,84 448 | 1,688 958 | 0,426 404 | 8,528 077 | |||
1,957 005 | 70,452 192 | 79,92 588 | 1,19 366 | 0,86 129 | 1,722 583 | 0,434 193 | 8,683 864 | |||
1,903 025 | 68,508 915 | 77,9826 | 1,44 767 | 0,89 075 | 1,781 499 | 0,447 811 | 8,956 226 | |||
1,827 194 | 65,779 001 | 75,25 269 | 1,82 668 | 0,93 519 | 1,87 038 | 0,468 287 | 9,365 736 | |||
1,729 638 | 62,266 953 | 71,74 064 | 1,13 567 | 0,9 983 | 1,996 594 | 0,497 227 | 9,944 543 | |||
1,611 | 57,996 | 67,46 968 | 1,20 756 | 0,108 563 | 2,171 253 | 0,537 032 | 10,74 064 | |||
1,472 707 | 53,17 468 | 62,49 115 | 1,303 764 | 0,120 549 | 2,410 985 | 0,591 246 | 11,82 492 | |||
1,317 185 | 47,418 676 | 56,89 236 | 1,432 067 | 0,137 044 | 2,740 886 | 0,665 142 | 13,30 283 | |||
1,148 | 41,328 | 50,80 168 | 1,60 376 | 0,159 974 | 3,199 482 | 0,766 679 | 15,33 358 | |||
0,969 889 | 34,916 007 | 44,38 969 | 1,835 419 | 0,192 357 | 3,847 149 | 0,908 097 | 18,16 194 | |||
0,788 667 | 28,392 017 | 37,8657 | 2,151 649 | 0,239 019 | 4,780 383 | 1,108 536 | 22,17 072 | |||
0,611 | 21,996 | 31,46 968 | 2,588 958 | 0,307 765 | 6,155 303 | 1,398 192 | 27,96 385 | |||
0,444 062 | 15,986 245 | 25,45 993 | 3,200 075 | 0,411 118 | 8,222 362 | 1,824 067 | 36,48 133 | |||
0,295 106 | 10,623 801 | 20,9 749 | 4,53 924 | 0,567 945 | 11,3589 | 2,454 227 | 49,8 453 | |||
0,170 975 | 6,1 550 855 | 15,62 877 | 5,213 058 | 0,800 808 | 16,1 617 | 3,364 696 | 67,29 391 | |||
0,7 762 | 2,7 943 233 | 12,26 801 | 6,641 151 | 1,114 796 | 22,29 593 | 4,559 059 | 91,18 118 | |||
0,19 655 | 0,7 075 797 | 10,18 126 | 8,2 315 | 1,438 228 | 28,76 455 | 5,760 614 | 115,2123 | |||
9,473 684 | 8,6 | 1,586 971 | 31,73 943 | 6,305 482 | 126,1096 | |||||
Точка zд характеризует действительное максимальное давление цикла рzдв МПа, определяемое по формуле:
— для карбюраторного двигателя
(1.93)
МПа Положение точки zддолжно соответствовать условию допустимой скорости нарастания давления Крв МПа/град, которая определяется по формуле:
(1.94)
МПа/град где — нарастание давления в МПа, определяется по формуле:
(1.95)
МПа
— угол поворота коленчатого вала, соответствующий точкеzд:
для карбюраторных двигателей = 8…12°;=0,1…0,4 МПа/град. Положение точки zд на индикаторной диаграмме АХ (zд) определяется при б = 360 +. Поскольку точка zднеможет находиться за пределами индикаторной диаграммы, то должно выполняться следующее условие:
(1.96)
Принимаются характерные углы:
угол опережения начала впрыска топлива для дизелей бв = 15…25о или угол опережения зажигания для карбюраторных двигателейбз = 30…40о;
продолжительность периода задержки воспламенения би = 8…12о для дизелей или би = 5…18о для карбюраторных двигателей;
значения фаз газораспределения выбираются либо близкими к значениям современных автомобильных двигателей внутреннего сгорания, либо из статистического диапазона в соответствии с таблицей.
Фазы газораспределения различных двигателей
Тип двигателя | Впускной клапан | Выпускной клапан | |||
Начало открытия до ВМТ б о. вп , | полное закрытие после НМТ б з. вп, град. | начало откры-тия до НМТ б о. в, град. | полное закрытие после ВМТ б з. в, град. | ||
Карбюраторный | 10…35 | 40…85 | 40…70 | 10…50 | |
Проектируемый | |||||
Далее в соответствии с принятыми значениями угла опережения зажигания или угла опережения впрыска топлива, периодом задержки воспламенения и значениями фаз газораспределения определяют углы поворота коленчатого вала б в градусах, соответствующие характерным точкам:
fначало впрыска топлива или подача искры б (f) = 360 — 35=325;
с? — начало видимого сгорания б (c') =360 — 35 + 10=335;
b' - начало открытия выпускного клапана б (b') =540 — 42=498;
r' - начало открытия впускного клапана б (r') =720 — 12=708;
а" - полное закрытие впускного клапана б (a") =180 + 40=220;
a' - полное закрытие выпускного клапана б (а') = 10.
Определяется положение характерных точек по формуле для перемещения поршня АХ (2.90).
Соединение плавными кривыми точек r a? а a" f c' c" zд b' b" r' r позволяет получить cкругленную действительную диаграмму. По индикаторной диаграмме для проверки теплового расчета и правильности построения диаграммы определяется среднее индикаторное давление в МПа:
(1.97)
МПа где — площадь скругленной индикаторной диаграммы, мм2.
Величина, полученная планиметрированием индикаторной диаграммы, не должна отличаться от величины, полученной в тепловом расчете, более чем на 10%.
2. Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателя
2.1 Расчет силовых факторов, действующих в кривошипно-шатунном механизме
Сила давления газов? Рг в Н определяется по формуле:
(2.1)
где рг — индикаторное давление газов (давление над поршнем) при заданном угле поворота кривошипа, МПа;
р0 — давление в картере двигателя (под поршнем), МПа; принимается равным атмосферному — р0 = 0,1 МПа;
FП — площадь поршня, м2; определяется из выражения.
(2.2)
м3
Для определения сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс необходимо определить массу mj в кг частей кривошипно-шатунного механизма, совершающих возвратно-поступательное движение:
(2.3)
кг где mп — масса поршневого комплекта (поршень, палец, поршневые кольца, детали стопорения пальца), кг;
mш.п — часть массы шатуна в сборе, отнесенная к поступательно движущимся массам, кг.
Для большинства существующих конструкций автомобильных двигателей mш. п = (0,25…0,30) mш, где mш — масса шатуна в сборе.
кг Массы mп и mш рассчитываются по чертежам деталей или выбираются по статистическим данным по следующим зависимостям:
(2.4)
кг/м2
кг
(2.5)
кг/м2
кг где mп? и mш? — удельные массы соответственно поршневого комплекта и шатуна, значения которых приведены в таблице 2.1.
Удельная масса в кг/м2 элементов КШМ
Элемент КШМ | Карбюраторные двигатели при диаметре поршня, мм | ||
80…120 | |||
Поршневой комплект: — алюминиевый сплав — чугун | 80…120 150…200 | ||
Шатун | 100…150 | ||
Сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс Рj в Н определяется по формуле:
(2.6)
м
(2.7)
рад/с где R — радиус кривошипа, м; R = 0,5 S (S — ход поршня);
щ — угловая скорость коленчатого вала, щ = р n/30, рад/c.
Значения (cosб + л cos2б) для различных б и л приведены в приложении А. Расчеты Рj проводятся для тех же значений б, для которых определялась? Pг. Результаты расчета сводятся в таблицу 2.
Суммарная сила Р в Н, действующая на поршневой палец, определяется алгебраическим сложением сил давления газов? Pг и сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс Рj по формуле:
(2.8)
Результаты расчетов сводятся в таблицу 2.
От действия суммарной силы возникают следующие силы:
— суммарная нормальная (боковая) сила N в Н, направленная перпендикулярно оси цилиндра; определяется по формуле:
(2.9)
— суммарная радиальная сила К в Н, направленная по радиусу кривошипа; определяется по формуле:
(2.10)
Динамический расчет КШМ
б | ?Рг | Рi | P | Sш | N | K | T | Rш.ш | |||||||||
мм | Н | мм | Н | мм | Н | мм | Н | мм | Н | мм | Н | мм | Н | мм | Н | ||
0,4 | 88,31 | — 11 595,16 | — 52,52 | — 11 506,85 | — 52,12 | — 11 506,85 | — 52,12 | — 11 506,85 | — 52,12 | 0,00 | 0,00 | 15 744,85 | 71,31 | ||||
— 0,37 | — 81,69 | — 9072,37 | — 41,09 | — 9154,06 | — 41,46 | — 9154,09 | — 41,46 | — 23,73 | — 0,11 | — 7915,78 | — 35,85 | — 4597,58 | — 20,82 | 9154,09 | 41,46 | ||
— 0,52 | — 115,47 | — 3149,30 | — 14,26 | — 3264,77 | — 14,79 | — 3264,80 | — 14,79 | — 14,77 | — 0,07 | — 1619,59 | — 7,34 | — 2834,76 | — 12,84 | 3260,87 | 14,77 | ||
— 0,70 | — 154,55 | 2648,28 | 12,00 | 2493,73 | 11,30 | 2493,76 | 11,30 | 13,08 | 0,06 | — 13,08 | — 0,06 | 2493,73 | 11,30 | 2730,40 | 12,37 | ||
— 0,87 | — 192,08 | 5797,58 | 26,26 | 5605,50 | 25,39 | 5605,56 | 25,39 | 25,36 | 0,11 | — 2824,71 | — 12,79 | 4841,82 | 21,93 | 5605,56 | 25,39 | ||
— 1,00 | — 220,78 | 6424,09 | 29,10 | 6203,31 | 28,10 | 6203,33 | 28,10 | 16,08 | 0,07 | — 5380,26 | — 24,37 | 3087,73 | 13,99 | 6138,39 | 27,80 | ||
— 1,00 | — 220,78 | 6298,61 | 28,53 | 6077,82 | 27,53 | 6077,82 | 27,53 | 0,00 | 0,00 | — 6077,82 | — 27,53 | 0,00 | 0,00 | 6040,32 | 27,36 | ||
— 1,00 | — 220,78 | 6424,09 | 29,10 | 6203,31 | 28,10 | 6203,33 | 28,10 | — 16,08 | — 0,07 | — 5380,26 | — 24,37 | — 3087,73 | — 13,99 | 6198,45 | 28,08 | ||
— 0,78 | — 171,24 | 5797,58 | 26,26 | 5626,34 | 25,48 | 5626,40 | 25,48 | — 25,46 | — 0,12 | — 2835,22 | — 12,84 | — 4859,83 | — 22,01 | 5600,13 | 25,37 | ||
0,01 | 2,21 | 2648,28 | 12,00 | 2650,49 | 12,01 | 2650,52 | 12,01 | — 13,90 | — 0,06 | — 13,90 | — 0,06 | — 2650,49 | — 12,01 | 2650,53 | 12,01 | ||
3,62 | 799,23 | — 3149,30 | — 14,26 | — 2350,07 | — 10,64 | — 2350,10 | — 10,64 | 10,63 | 0,05 | — 1165,83 | — 5,28 | 2040,54 | 9,24 | 2335,36 | 10,58 | ||
13,60 | 3002,63 | — 9072,37 | — 41,09 | — 6069,74 | — 27,49 | — 6069,76 | — 27,49 | 15,74 | 0,07 | — 5248,68 | — 23,77 | 3048,50 | 13,81 | 6067,17 | 27,48 | ||
32,10 | 7087,08 | — 11 595,16 | — 52,52 | — 4508,08 | — 20,42 | — 4508,08 | — 20,42 | 0,00 | 0,00 | — 4508,08 | — 20,42 | 0,00 | 0,00 | 4502,46 | 20,39 | ||
105,20 | 23 226,19 | — 11 299,53 | — 51,18 | 11 926,66 | 54,02 | 11 926,67 | 54,02 | 10,70 | 0,05 | 11 743,61 | 53,19 | 2081,58 | 9,43 | 11 933,31 | 54,05 | ||
63,88 | 14 103,51 | — 9072,37 | — 41,09 | 5031,14 | 22,79 | 5031,16 | 22,79 | 13,04 | 0,06 | 4350,57 | 19,71 | 2526,87 | 11,45 | 5033,75 | 22,80 | ||
24,88 | 5493,04 | — 3149,30 | — 14,26 | 2343,73 | 10,62 | 2343,76 | 10,62 | 10,60 | 0,05 | 1162,68 | 5,27 | 2035,04 | 9,22 | 2345,25 | 10,62 | ||
12,86 | 2839,25 | 2648,28 | 12,00 | 5487,52 | 24,86 | 5487,60 | 24,86 | 28,78 | 0,13 | — 28,78 | — 0,13 | 5487,52 | 24,86 | 5487,59 | 24,86 | ||
7,76 | 1712,38 | 5797,58 | 26,26 | 7509,96 | 34,02 | 7510,04 | 34,02 | 33,98 | 0,15 | — 3784,41 | — 17,14 | 6486,83 | 29,38 | 7482,10 | 33,89 | ||
5,00 | 1103,91 | 6424,09 | 29,10 | 7528,00 | 34,10 | 7528,02 | 34,10 | 19,52 | 0,09 | — 6529,19 | — 29,57 | 3747,10 | 16,97 | 7526,98 | 34,09 | ||
3,00 | 662,34 | 6298,61 | 28,53 | 6960,95 | 31,53 | 6960,95 | 31,53 | 0,00 | 0,00 | — 6960,95 | — 31,53 | 0,00 | 0,00 | 6942,20 | 31,44 | ||
0,72 | 159,85 | 6424,09 | 29,10 | 6583,93 | 29,82 | 6583,96 | 29,82 | — 17,07 | — 0,08 | — 5710,39 | — 25,86 | — 3277,18 | — 14,84 | 6572,58 | 29,77 | ||
0,40 | 88,31 | 5797,58 | 26,26 | 5885,89 | 26,66 | 5885,95 | 26,66 | — 26,63 | — 0,12 | — 2966,01 | — 13,43 | — 5084,02 | — 23,03 | 5855,95 | 26,52 | ||
0,40 | 88,31 | 2648,28 | 12,00 | 2736,59 | 12,40 | 2736,63 | 12,40 | — 14,35 | — 0,07 | — 14,35 | — 0,07 | — 2736,59 | — 12,40 | 2736,63 | 12,40 | ||
0,40 | 88,31 | — 3149,30 | — 14,26 | — 3060,99 | — 13,86 | — 3061,02 | — 13,86 | 13,85 | 0,06 | — 1518,50 | — 6,88 | 2657,82 | 12,04 | 3061,02 | 13,86 | ||
0,40 | 88,31 | — 9072,37 | — 41,09 | — 8984,05 | — 40,69 | — 8984,08 | — 40,69 | 23,29 | 0,11 | — 7768,77 | — 35,19 | 4512,20 | 20,44 | 8964,64 | 40,60 | ||
0,40 | 88,31 | — 11 595,16 | — 52,52 | — 11 506,85 | — 52,12 | — 11 506,85 | — 52,12 | 0,00 | 0,00 | — 11 506,85 | — 52,12 | 0,00 | 0,00 | 11 480,60 | 52,00 | ||
— суммарная тангенциальная сила Т в Н, направленная перпендикулярно к радиусу кривошипа; определяется по формуле:
(2.11)
— суммарная сила, действующая вдоль шатуна Sш в Н определяется по формуле:
(2.12)
где в — угол отклонения оси шатуна от оси цилиндра, в = arcsin (л sinб).
Значения тригонометрических функций для различных б и л приведены в приложении А. Результаты расчета сил K, N, T, Sш сводятся в таблицу 2.
Суммарный (индикаторный) крутящий момент Мкр в Н· м, развиваемый одним цилиндром двигателя:
(2.13)
Центробежная сила инерции вращающей части шатуна Кr. ш в Н, направленная по радиусу кривошипа и нагружающая шатунную шейку (шатунный подшипник):
(2.14)
Н где mш. к — часть массы шатуна, отнесённая к вращающимся массам, кг.
(2.15)
кг Абсолютное значение этой силы в Н определяется по формуле:
(2.16)
а ее направление относительно кривошипа определяется углом:
(2.17)
По графику силы Rш. ш в прямоугольной системе координат определяются ее максимальное Rш.ш.max=23 689,42Н, минимальное Rш.ш.min=2705,03Н и среднее значения Rш.ш.ср по формуле:
(2.18)
Н где F=13 854,8 мм2- площадь, ограниченная кривой Rш. ш = f (б) и осью абсцисс, мм2 ;
l =360 ммдлина диаграммы по оси б, мм;
µ - принятый в динамическом расчете масштаб сил, Н/мм.
Среднее значение суммарного индикаторного крутящего момента двигателя УМкр. ср (индикаторный крутящий момент) в Н· м определяется графоаналитическим способом по формуле:
(2.19)
Н· м где F1 и F2 — площади, ограниченные кривой УМкр = f (б) соответственно выше и ниже оси абсцисс в пределах одного периода, мм2 (при I ?4 в большинстве случаев F2 = 0);
l — длина графика в пределах одного периода, мм.
Эффективный крутящий момент двигателя в Н· м:
(2.20)
Н· м где зМ — механический КПД двигателя (из теплового расчета).
Полученное значение Ме не должно отличатся более чем на? Ме = 5% от рассчитанного в тепловом расчете значения Ме.
3. Оценка надежности проектируемого двигателя
При проектировании двигателя ориентировочная оценка надежности двигателя может быть осуществлена определением следующих критериев:
— Б. Я Гинцбурга
(3.1)
где Ne — номинальная мощность, кВт;
I — число цилиндров;
D — диаметр цилиндра, см;
— А.К.Костина
(3.2)
где VП. СР — средняя скорость поршня, м/с;
ре — среднее эффективное давление, МПа;
ge — удельный эффективный расход топлива, кг/(кВт· ч);
D — диаметр цилиндра, дм;
pk и Tk — давление, МПа, и температура, К, на впуске;
зV — коэффициент наполнения.
4. Подборавтотранспортногосредствакдвигателю
Подбор автотранспортного средства (АТС) к проектируемому двигателю включает определение типа АТС, полной массы и максимальной скорости.
Тип АТС выбирается по номинальной мощности двигателя:
если Ne? 80 кВт — легковой автомобиль.
Для ориентировочной оценки полной массы АТС ma в кг пользуются статистическими данными по удельным мощностям двигателя по формуле:
(4.1)
кг где Ne — максимальная (номинальная) мощность двигателя, кВт;
Nуд — удельная мощность двигателя, кВт/кг.
Для легковых автомобилей Nуд = 0,040…0,045; для автобусов — Nуд = 0,010…0,012.
Связь между максимальной мощностью двигателя и максимальной скоростью АТС выражается следующей формулой, полученной из уравнения баланса сил, действующих на движущиеся по прямой поверхности АТС:
(4.2)
где Va max — максимальная скорость АТС, м/с;
ц-коэффициент суммарного сопротивления дороги (асфальтобетонное покрытие); для легковых автомобилей ц = 2· 10−7Va max2; для грузовых автомобилей и автобусов ц = 0,015 + 6· 10−6Va max2;
ma — масса АТС, кг;
зт = 0,85…0,9 — КПД трансмиссии;
kв — коэффициент обтекаемости, Н· с2/м4; для легковых автомобилей kв = 0,2…0,3; для грузовых автомобилей kв = 0,5…0,7; для автобусов kв = 0,35…0,45;
F — лобовая площадь АТС, м2; для легковых автомобилей F = 1,5…2,0; для грузовых автомобилей F = 3,0…6,5; для автобусов kв = 3,0…7,5.
Максимальная скорость Va max? в км/ч определяется по формуле
(4.3)
Va max? = 49· 3,6 = 176,4 км/ч
5. Порядок компоновки двигателя
Компоновку поршневой группы начинают с определения высоты поршня hП. Затем находят расстояние от верхней кромки поршня до оси пальца h1. Далее с учетом размещения предварительно выбранного числа колец в соответствии с рисунком 7 прорисовывают элементы поршневой группы по размерам.
Рисунок 7 — Схема поршня Размеры элементов поршневой группы
Элементы поршневой группы | Значения размеров в мм | ||
карбюраторные двигатели | проектируемый | ||
Высота поршня hП | (0,8…1,73)D | ||
Расстояние от верхней кромки поршня до оси пальца h1 | (0,45…0,75)D | 37,5 | |
Толщина днища поршня д | (0,05…0,10)D | 5,625 | |
Высота юбки поршня hю | (0,6…0,8)D | 52,5 | |
Диаметр бобышки dб | (0,3…0,5)D | ||
Расстояние между торцами бобышек b | (0,3…0,5)D | ||
Толщина стенки юбки поршня дю | 1,5…4,5 | ||
Толщина стенки головки поршня s | (0,05…0,10)D | 5,625 | |
Расстояние до первой поршневой канавки е | (0,06…0,12)D | 6,75 | |
Радиальная толщина кольца t | (0,04…0,05)D | ||
Высота кольца а | 2…4 | ||
Радиальный зазор кольца в канавке поршня? t | 0,70…1,1 | ||
Внутренний диаметр поршня di | 55,75 | ||
диаметр масляного канала dм | (0,3…0,5)a | 1,2 | |
Наружный диаметр пальца dп | (0,22…0,28)D | 18,75 | |
Внутренний диаметр пальца dв | (0,65…0,75) dп | 13,125 | |
Длина пальца lп | (0,78…0,88)D | ||
Длина втулки шатуна lш | (0,33…0,45)D | ||
Для окончательной проверки длины зеркала цилиндра следует определить минимальный зазор между стержнем шатуна и нижней кромкой цилиндра (при больших значениях R/Lш возможно задевание им нижней кромки цилиндра). Минимальный зазор д1 в соответствии с рисунком 7 должен составлять 3…5 мм.
Рисунок 8 — Схема шатунной группы
Размеры элементов шатуна
Элементы шатуна | Значения размеров в мм | ||
карбюраторные двигатели | проектируемый | ||
Внутренний диаметр поршневой головки d: — с втулкой | (1,1…1,25) dп | 22,5 | |
Наружный диаметр головки dг | (1,25…1,65) dп | 26,25 | |
Минимальная радиальная толщина стенки головки hг | (0,16…0,27) dп | 3,75 | |
Радиальная толщина стенки втулки sв | (0,055…0,085) dп | 12,1875 | |
Диаметр шатунной шейки dшш | (0,56…0,70)D | ||
Толщина стенки вкладыша tв | (0,03…0,05) dшш | ||
Расстояние между шатунными болтами Сб | (1,30…1,75) dшш | 28,8 | |
Длина кривошипной головки lк | (0,45…0,95) dшш | 22,5 | |
Размеры среднего сечения В — В шатуна: hш min hш bш — tш = аш | (0,50…0,55) dг (1,2…1,4)hш min (0,5…0,6)lш 2,5…4,0 | 13,125 17,0625 | |
Проектирование механизма газораспределения начинают с определения диаметра горловины проходного сечения dгор клапана в мм по формуле:
(5.1)
мм В современных двигателях длина клапана в мм определяется по формуле:
(5.2)
мм Диаметр стержня клапана в мм определяется по формуле:
(5.3)
мм Толщину стенки гильзы в мм в первом приближении можно определить по формуле:
(5.4)
мм где — допускаемое напряжение растяжения, которое для чугунных гильз равно = 50…60 В МПа, для стальных — = 80…100 МПа;
— давление газов в цилиндре двигателя в конце процесса сгорания топлива, МПа.
Толщина нижней опорной стенки головки блока в мм и толщина стенок водяной рубашки в мм определяются по следующим формулам:
длякарбюраторных двигателей
(5.5)
мм
(5.6)
мм
Заключение
В процессе расчета и проектирования двигателя было изучено и должным образом усвоено следующее:
сущность и значение процессов, происходящих в цилиндре ДВС при реализации действительного цикла, закономерности и наиболее эффективные методы превращения химической энергии топлива в работу ДВС;
влияние основных конструктивных, эксплуатационных и атмосферно-климатических факторов на протекание процессов в ДВС и на формирование внешних показателей работы двигателя, современные методы улучшения технико-экономических показателей и характеристик двигателя, основные критерии работы ДВС и общепринятые характеристики;
тенденции и направления развития ДВС, диктуемые современными требованиями к подвижному составу автотранспорта.
Спроектированный двигатель обладает повышенной надежностью (критерий Гинцбурга N’П= 1,5 кВт/см), соответствует экологическим требованиям (по массовым долям СО и СО2), удовлетворяет требованиям экономичности (эффективный удельный расход топлива gе= 283,23 г/ (кВтч), имеет опрятный внешний вид (Лист 2), удовлетворяя тем самым требованию эстетичности.
Исходя из вышеперечисленного, можно сделать прогноз о достойной конкурентоспособности спроектированного двигателя.
Показатели рассчитанного двигателя и прототипа приведены в приложении А, техническая характеристика двигателя приведена в приложении Б.
Список использованных источников
1 Золотарев, Е. С. Методические указания к курсовому проекту по дисциплине «Автомобильные двигатели"/ Е. С. Золотарев — Кумертау: Кумертауский филиал ГОУ ОГУ, 2009. — 91 с.
2 Двигатели внутреннего сгорания: в 3 кн. Кн. 1. Теория рабочих процессов./ Под ред. В. Н. Луканина и М. Г. Шатрова. — 3-е изд., перераб. и испр. — М.: Высшая школ, 2007. — 479 с.
3 Двигатели внутреннего сгорания: в 3 кн. Кн. 2. Динамика и конструирование./ Под ред. В. Н. Луканина и М. Г. Шатрова. — 3-е изд., перераб. и испр. — М.: Высшая школа, 2007. — 400 с.
Колчин, А. И. Расчет автомобильных и тракторных двигателей/ А. И. Колчин, В. П. Демидов — М.: Высшая школа 2008. — 496 с.
Приложение А
Таблица А1 — Сравнения показателей рассчитанного двигателя с прототипом
Показатели | Тип двигателя | ||
Прототип | Рассчитанный | ||
Коэффициент избытка воздуха | 0,85…0,98 | 0,92 | |
Давление остаточных газов рг, МПа | 0,105…0,125 | 0,12 | |
Температура остаточных газов Тг, К | 900… 1100 | ||
Степень подогрева заряда, К | 0…20 | ||
Коэффициент остаточных газов | 0,04…0,1 | 0,055 | |
Температура в конце впуска Та, К | 340…400 | 344,5 | |
Коэффициент наполнения | 0,7…0,9 | 0,76 | |
Показатель политропы сжатия | 1,27…1,4 | 1,36 | |
Температура конца процесса сжатия Тс, К | 600…800 | ||
Давление в конце процесса сжатия рс, МПа | 0,9…2,0 | 1,6 | |
Степень повышения давления цикла | 3,2…4,2 | 3,97 | |
Степень предварительного расширения | 1,0 | 1,0 | |
Температура конца видимого сгорания Tz, К | 2400…3100 | ||
Максимальное давление в конце сгорания pz, МПа | 3,5…7,5 | 6,3 | |
Показатель политропы расширения | 1,23…1,30 | 1,254 | |
Температура в конце процесса расширения Тb, К | 1200…1700 | ||
Давление в конце процесса расширения рb, МПа | 0,35…0,6 | 0,42 | |
Средняя скорость поршня,, м/с | 9…16 | ||
Среднее эффективное давление ре, МПа | 0,6…1,1 | 0,84 | |
Индикаторный КПД ; | 0,3… 0,4 | 0,348 | |
Эффективный КПД | 0,23…0,38 | 0,29 | |
Механический КПД | 0,75…0,92 | 0,83 | |
Эффективный удельный расход топлива ge, г / (Квт ч) | 230…310 | ||
Отношение S / D | 0,86… 1,07 | 0,94 | |
Относительная теплота qe, % | 21…38 | ||
Относительная теплота q0XЛ% | 24…32 | ||
Относительная теплота qr, % | 30…55 | ||
Относительная теплота qH. c, % | 0…21 | ||
Относительная теплота q0CT, % | 3…10 | 3,62 | |
Фазы газораспределения: — открытие впускного клапана до ВМТ,, град | 10…35 | ||
— закрытие впускного клапана после НМТ, азвп, град | 40…85 | ||
— открытие выпускного клапана до НМТ, ао.в., град | 40…70 | ||
— закрытие выпускного клапана после ВМТ, aз.в., град | 10…50 | ||
Скорость нарастания давления при сгорании /, МПа / град | 0,1…0,4 | 0,35 | |
Критерий Гинцбурга N’n, кВт / см | 1,2…2,8 | ||
Критерий Костина qn | 3,5…9,0 | 8,345 | |
Масса двигателя mдв, кг | ; | ||
Приложение Б
Техническая характеристика двигателя
1 Тип двигателякарбюраторныйбез наддува.
2 Число тактов — 4.
3 Число и расположение цилиндров — 4Р — образный.
4 Порядок работы цилиндров — 1−3-2−4.
5 Расположение и число клапанов в цилиндре — верхнее, по два в цилиндре.
6 Рабочий объем двигателя, дм3−1,27.
7 Диаметр цилиндра, мм — 75.
8 Ход поршня, мм — 72.
9 Степень сжатия — 8,6.
10 Номинальная мощность, кВт — 45.
11Максимальная рабочая частота вращения, мин-1 — 5200.
12Габаритные размеры двигателя д * ш * в, мм — 860*922*1010.
13 Направление вращения коленчатого вала — правое.
14 Максимальное среднее эффективное давление, МПа -0,84.
15 Максимальный эффективный крутящий момент, Нм — 82,68.
16 Минимальная частота вращения холостого хода, мин-1 — 1000.
17 Сорт топлива — бензин.
18 Минимальный удельный расход топлива, г / (кВтч) — 283.
19 Фазы газораспределения: впуск (начало, конец), выпуск (начало, конец) -(12,40), (42, 10).
20 Наличие наддува — отсутствует.
21 Тип нагнетателя — отсутствует.
22 Тип системы охлаждения — жидкостный, закрытый с принудительной циркуляцией.