Разработка четырехцилиндрового четырехтактного рядного двигателя внутреннего сгорания для легкового автомобиля

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Министерство образования Республики Беларусь

Министерство образования Российской Федерации

Федеральное агенство по образованию

Государственное учреждение высшего профессионального образования

Белорусско-Российский университет

Кафедра "Техническая эксплуатация автомобилей"

Пояснительная записка

к курсовой работе по дисциплине

"Автомобильные двигатели"

Разработка четырехцилиндрового четырехтактного рядного двигателя внутреннего сгорания для легкового автомобиля

Выполнил: студент группы ТЭАЗ-122

Сивчик М.С.

Проверил: преподаватель

Ким В.А.

Могилев, 2016

Содержание

цилиндр двигатель кривошипный скоростной

Введение

1. Расчёт и выбор исходных параметров

2.Тепловой расчет проектируемого двигателя

2.1 Топливо

2.2 Параметры рабочего тела

2.3 Параметры окружающей среды

2.4 Расчет параметров в конце процесса впуска

2.5 Процесс сжатия

2.6 Процесс сгорания

2.7 Процесс расширения

2.8 Индикаторные и эффективные параметры рабочего цикла, основные параметры цилиндра и двигателя

2.9 Построение индикаторной диаграммы

2.10 Построение круговой диаграммы фаз газораспределения

3. Расчет и построение внешней скоростной характеристики

4. Динамический расчет КШМ с применением ЭВМ

4.1 Силы давления газов

4.2 Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма

4.3 Силы инерции

4.4 Суммарные силы, действующие в кривошипно-шатунном

механизме

4.5 Силы, действующие на шатунные шейки коленчатого вала

5. Патентно-информационный поиск аналогов заданного типа ДВС

6. Обоснование и выбор механизмов и систем проектируемого

двигателя

7. Расчет привода распределительного вала

8. Техническая характеристика двигателя

Заключение

Список использованных источников

Приложение А. Название

Введение

Особенности и тенденции развития конструкций автомобильных и тракторных двигателей полностью определяются требованиями, предъявляемыми к автомобилям и тракторам промышленностью и сельским хозяйством. Эти требования сводятся к обеспечению максимальной производительности автомобиля и трактора, минимальной стоимости перевозок и выполняемых трактором работ при надёжной и безопасной их работе. Основные требования, предъявляемые к автомобильным и тракторным двигателям, следующие:

1. Развитие необходимой мощности двигателей при различных скоростях движения автомобиля; обладание хорошей приёмистостью при трогании автомобиля с места и при изменении его рабочих режимов.

2. Максимально возможная экономичность на всех режимах работы.

3. Простота конструкции, упрощающая условия выпуска и последующих ремонтов автомобильных и тракторных двигателей и облегчающая условия их обслуживания и эксплуатации.

4. Низкая производственная стоимость, достигаемая за счёт обеспечения технологичности конструкции деталей автомобильных и тракторных двигателей, снижения их веса и применения полноценных заменителей металлов.

5. Возможно меньший удельный и литровый веса двигателя, достигаемые без снижения надёжности и долговечности его работы.

6. Максимально целесообразное уравновешивание двигателя и необходимая равномерность хода.

7. Удобство в эксплуатации, а также простота и удобство ремонта и технического обслуживания в гаражных и дорожных условиях.

8. Высокая надёжность и долговечность работы.

В соответствии с перечисленными требованиями конструкции современных автомобильных и тракторных двигателей развиваются и совершенствуются в направлениях максимального их соответствия условиям эксплуатации, повышения экономичности и снижения себестоимости.

1. Расчёт и выбор исходных параметров

Исходные данные:

Полная масса автомобиля, m = 1127 кг

Максимальная скорость автомобиля, Vmax = 145 км/ч

Высота автомобиля, Н = 1405 мм

Ширина колеи передних колёс автомобиля, В = 1375 мм

Степень сжатия, = 9,5

Число цилиндров, i = 4

Тактность двигателя, =4

Отношение хода поршня к диаметру S/D =0,93

Коэффициент избытка воздуха,

Частота вращения коленчатого вала при номинальной мощности

Определяем номинальную мощность двигателя, необходимую для развития автомобилем максимальной скорости:

, (1.1)

где g - ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с ;

- коэффициент дорожного сопротивления, преодолеваемый АТС на максимальной скорости, = 0,02;

- коэффициент сопротивления воздуха, = 0,15...0,35 Нс2/м4 ,

принимаем kv = 0,3 ;

- коэффициент полезного действия трансмиссии, для АТС с колесной формулой 4х4: 4х2=0,85...0,92, принимаем =0,85;

F - площадь лобового сопротивления АТС, При этом:

w - коэффициент, учитывающий разницу между максимальной и номинальной угловыми скоростями двигателя; wбенз= 0,912

, (1.2)

где В - ширина колеи передних колес АТС, м;

Н - габаритная высота АТС, м.

Тогда:

2. Тепловой расчет проектируемого двигателя

Тепловой расчет будем производить на режиме номинальной мощности. Целью теплового расчета является определение аналитическим путем основных параметров, характеризующих двигатель в целом (среднее эффективное давление, удельный эффективный расход топлива, эффективный коэффициент полезного действия), основных размеров двигателей (литраж, рабочий объем цилиндра, ход поршня и диаметр цилиндра) и построение индикаторной диаграммы.

2.1 Топливо

Для бензинового двигателя в соответствии с заданной степенью сжатия =9,5 определяем марку бензина (ГОСТ 51105 - 97) по таблице 1.

Таблица 1 - Выбор марки бензина

Степень сжатия	7,6-8,5	8,5-9,5	9,5-12,0
Марка бензина	Нормаль-80	АИ-93	АИ-98

Для проектируемого двигателя оптимальным является бензин марки АИ-93.

Средний элементарный состав бензина:

С = 0,855; Н = 0,145;

где С - углерод, Н - водород, молярная масса = 115 кг/ кмоль;

Определяем низшую теплоту сгорания топлива Нu :

Нu = (33,91 С + 103,01 Н ) 103 (2.1)

2.2 Параметры рабочего тела

Определяем теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива :

(2.2)

Определяем теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива :

(2.3)

Определяем количество горючей смеси :

(2.4)

Определяем количество отдельных компонентов продуктов сгорания:

(2.5)

(2.6)

(2.7)

(2.8)

(2.9)

Определяем общее количество продуктов сгорания:

(2.10)

2.3 Параметры окружающей среды и остаточных газов

Давление и температура окружающей среды при работе двигателя без наддува:

Давление остаточных газов:

(2.11)

Температура остаточных газов:

(2.12)

Принимаем .

2.4 Расчет параметров в конце процесса впуска

Давление газов в цилиндре:

(2.13)

где - потери давления на впуске

(2.14)

Коэффициент остаточных газов:

(2.15)

Принимаем =10, (для бензинового двигателя = 0...20 К).

Температура в конце впуска:

(2.16)

Коэффициент наполнения:

(2.17)

Таким образом, полученные результаты соответствуют параметрам современных четырехтактных двигателей, где =320…370 К; =0,04...0,10; = 0,7 - 0,9.

2.5 Процесс сжатия

Давление и температура в конце сжатия:

(2.18)

(2.19)

где - показатель политропы сжатия, определяется по формуле:

(2.20)

У современных карбюраторных двигателей значения находятся в пределах:

и .

2.6 Процесс сгорания

Максимальная температура цикла в двигателе определяется из уравнений сгораний:

(2.21)

где - средняя мольная теплоемкость свежего заряда

(2.22)

где - коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси

(2.23)

- количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания:

(2.24)

Принимаем коэффициент использования тепла =0,9.

- средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания при постоянном объеме:

(2.25)

Решив уравнение вида:

Давление в конце сгорания теоретическое:

(2.26)

Действительное давление в конце сгорания:

(2.27)

Для современных двигателей давление и температура в конце сгорания находится в пределах:



2.7 Процесс расширения

Давление в конце расширения:

(2.28)

где - показатель политропы расширения

(2.29)

Температура в конце расширения:

(2.30)

Для современных двигателей давление и температура в конце расширения находится в пределах:

Проводится проверка ранее принятой температуры остаточных газов:

(2.31)

2.8 Индикаторные и эффективные параметры рабочего цикла, основные параметры цилиндра и двигателя

Теоретическое среднее индикаторное давление:

(2.32)

где - степень повышения давления

Действительное среднее индикаторное давление:

 (2.33)

где - коэффициент полноты диаграммы =0,955

Индикаторный коэффициент полезного действия:

(2.34)

где - плотность заряда на впуске

Удельный индикаторный расход топлива:

(2.35)

Среднее давление механических потерь вычисляем в соответствии с данными таблицы 2.[2]

Таблица 2 - Значения коэффициентов для расчета механических потерь

Двигатель
Бензиновый	0,034	0,0113

(2.36)

где - скорость поршня, определяется по формуле:

(2.37)

Ходом поршня задаются из аналогичного двигателя Fiat Duna 1.6 SCR

S=70 мм

Среднее эффективное давление:

= (2.38)

Механический КПД:

(2.39)

Литраж двигателя:

(2.40)

Рабочий объем цилиндра:

(2.41)

Диаметр цилиндра:

(2.42)

Ход поршня:

(2.43)

где - заданный коэффициент короткоходности, =0,78

Скорость поршня:

Необходимо организовать сравнение :

Литраж двигателя:

(2.44)

Эффективная мощность:

(2.45)

Литровая мощность:

(2.46)

Эффективный крутящий момент:

(2.47)

Эффективный КПД:

 (2.48)

Удельный эффективный расход топлива:

(2.49)

Часовой расход топлива:

(2.50)

2.9 Построение индикаторной диаграммы

Из начала координат под углом =20 к горизонтальной оси проводим луч ОК, угол обычно выбираем из интервала 15...20.

Под углами =28 и =25 к вертикальной оси проводим лучи ОМ и ОN.

Величины углов и вычисляем по формулам:

= (2.51)

= (2.52)

где , показатели политроп сжатия и расширения.

Для построения политропы сжатия из точки с проводим горизонтальную линию до пересечения с вертикальной осью. Из полученной точки под углом 45 проводим прямую линию до пересечения с лучом ОМ, а из полученной точки пересечения - горизонтальную линию. Затем из точки с опускаем перпендикуляр к горизонтальной оси до пересечения с лучом ОК. Из полученной точки проводим прямую линию под углом 45 к вертикали до пересечения с горизонтальной осью, а из этой точки восстанавливаем перпендикуляр к горизонтальной оси до пересечения с ранее проведенной горизонтальной линией. Полученная точка принадлежит политропе сжатия. Последующие точки политропы сжатия находим аналогичным построением, но за начальную берем точку, полученная перед этим.

Указанные построения повторяем до получения требуемого числа точек политропы сжатия. Точки соединяем плавной кривой, образующей политропу сжатия индикаторной диаграммы.

Построение политропы расширения производим аналогично построению политропы сжатия.

Из точки z проводим горизонтальную линию до пересечения с вертикальной осью, из точки их пересечения под углом 45 к вертикали проводим прямую линию до пересечения с лучом ОN, а из этой точки проводим горизонтальную линию до пересечения с продолжением вертикальной линии, полученной при нахождении аналогичной точки политропы сжатия. В месте пересечения этих линий получаем точку, принадлежащую политропе расширения.

Подобным образом строим следующие точки политропы расширения, выбирая каждый раз за начальную точку последнюю, полученную при предыдущем построении. Затем все точки соединяем плавной кривой, образующей политропу расширения.

После построения политроп сжатия и расширения производим скругление индикаторной диаграммы с учетом предварения открытия выпускного клапана, опережения зажигания и скорости нарастания давления, а также наносят линии впуска и выпуска.

Для этой цели под горизонтальной осью проводим на пути поршня S, как на диаметре, полуокружность радиусом S/2. Из центра полуокружности О' в сторону нижней мертвой точки (н.м.т.) откладываем отрезок О'О1 мм, длиной:

(2.53)

где r - радиус кривошипа, мм;

отношение радиуса кривошипа к длине шатуна проектируемого двигателя, =0,23…0,3 .

Из точки под углом (угол опережения открытия выпускного клапана), проводим луч . Полученную точку , соответствующую открытию выпускного клапана, сносим на политропу расширения (точка b').

Луч проводят под углом , соответствующем углу опережения зажигания ( = 20...30), а точку сносим на политропу сжатия, получая точку d'. Положение точки с'' (действительное давление в конце такта сжатия) определяем как , а положение точки z' (действительное максимальное давление цикла) определяется по . Точка b'' располагается между точками b и а. Затем проводим плавную линию d'c''z' изменения кривых сжатия и сгорания в связи с углом опережения зажигания и линию - в связи с предварением открытия выпускного клапана.

Далее проводим линии впуска и выпуска, соединяя их в точке r. В результате указанных построений получаем действительную индикаторную диаграмму.

Индикаторная диаграмма бензинового двигателя, полученная в результате построения, приведена на первом листе.

2.10 Построение круговой диаграммы фаз газораспределения

По результатам построения индикаторной диаграммы и с учетом характеристик прототипа строим круговую диаграмму фаз газораспределения проектируемого двигателя.

Впуск начинается в точке А с опережением = 20 и заканчивается в точке В с опозданием = 50. От В до С идет сжатие и расширение, в С начинается выпуск с опережением = 45 и заканчивается в D с запаздыванием = 20.

Таким образом, продолжительность впуска равна + 180° + = 250, продолжительность выпуска + 180° + = 245.

Одновременное открытое состояние впускного и выпускного клапанов называется перекрытием клапанов, и оно равно + = 40.

Рисунок 1 - Диаграмма фаз газораспределения

3. Расчет и построение внешней скоростной характеристики

Внешней скоростной характеристикой двигателя называется зависимость основных параметров двигателя (эффективная мощность , эффективный

крутящий момент , часовой расход топлива , удельный эффективный расход топлива , коэффициент наполнения ) от частоты вращения коленчатого вала двигателя при полностью открытой дроссельной заслонке.

По внешней скоростной характеристике определяются максимальные мощностные параметры двигателя и минимальные удельные параметры. Также по внешней скоростной характеристике определяется коэффициент приспособляемости двигателя, равный отношению максимального эффективного момента к моменту при максимальной мощности .

(3.1)

Скоростную характеристику реального двигателя строят по результатам стендовых испытаний. Для вновь проектируемого двигателя при построении внешней скоростной характеристики угловая скорость - вращения коленчатого вала принимается от (0,2.. .1,2) с учетом того, что -- номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя.

Основные параметры двигателя в зависимости от угловой скорости

вращения коленчатого вала определяются по эмпирическим формулам.

Текущее значение эффективной мощности , кВт, равно:

 (3.2)

где а, в, с - коэффициенты корректирования.

Для бензиновых двигателей: а = в = с = 1.

Текущее значение эффективного крутящего момента , кНм, равно:

(3.3)

Текущее значение часового расхода топлива , кг/ч, равно:

(3.4)

Текущее значение удельного эффективного расхода топлива:

(3.5)

Полученные результаты расчета занесем в таблицу 3.

Таблица 3 - Результаты расчёта основных параметров двигателя

,	, кВт	, кН·м	, г/кВт·ч	, кг/ч
113,1	13,987	0,123	298	4,1682
226,19	29,904	0,132	262,24	7,842
339,29	44,856	0,132	250,32	11,228
452,39	55,949	0,123	262,24	14,672
565,49	60,29	0,106	298	17,966
678,58	54,984	0,81	357,6	19,662

Результаты построений внешних скоростных характеристик приведены в приложении В.

4. Динамический расчет КШМ с применением ЭВМ

Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма заключается в определении суммарных сил и моментов, возникающих от давления газов и сил инерции. По этим силам рассчитывают основные детали на прочность и износ, а также определяют неравномерность крутящего момента и степень неравномерности хода двигателя. Во время работы двигателя на детали кривошипно-шатунного механизма действуют силы давления газов в цилиндре, силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс, центробежные силы, давление на поршень со стороны картера и силы тяжести.

Все действующие в двигателе силы воспринимаются полезным сопротивлением на коленчатом валу, силами трения и опорами двигателя.

В течение каждого рабочего цикла, силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме, непрерывно изменяются по величине и направлению. Поэтому для определения характера изменения этих сил по углу поворота коленчатого вала их величины определяют для ряда отдельных положений вала обычно через каждые 30°.

4.1 Силы давления газов

Силы давления газов, действующие на площадь поршня, для упрощения динамического расчета заменяют одной силой, направленной по оси цилиндра и приложенной к оси поршневого пальца. Ее определяют для каждого момента времени по действительной индикаторной диаграмме, построенной на основании теплового расчета.

Перестроение индикаторной диаграммы в развернутую по углу поворота коленчатого вала осуществляют по методу Брикса. Для этого под индикаторной диаграммой строят вспомогательную полуокружность радиусом R = S/2. Далее от центра полуокружности (точка О) в сторону НМТ откладывают поправку Брикса, равную . Полуокружность делят лучами из центра О на несколько частей, а из центра Брикса проводят линии, параллельные этим лучам. Точки, полученные на полуокружности, соответствуют определенным углам . Развертку индикаторной диаграммы начинают от ВМТ в процессе хода пуска. При этом следует учесть, что на свернутой индикаторной диаграмме давление отсчитывают от абсолютного нуля, а на развернутой показывают избыточное давление над поршнем:

(4.1)

Следовательно, давления в цилиндре двигателя, меньшие атмосферных, на развернутой диаграмме будут отрицательными. Силы давления газов,

направленные к оси коленчатого вала, считаются положительными, а от коленчатого вала - отрицательными. Сила давления на поршень:

(4.2)

где - сила давления газов, кН;

- сила атмосферного давления, кН

- сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс, кН

4.2 Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма

Для упрощения динамического расчета действительный кривошипно-шатунный механизм заменяется динамически эквивалентной системой

сосредоточенных масс, состоящей из массы , сосредоточенной в точке А и имеющей возвратно-поступательное движение, и массы сосредоточенной в точке В и имеющей вращательное движение.

(4.3)

FП = ==5,252 (4.4)

mП = mП' FП; (4.5)

где - масса поршневой группы,

- масса шатунной группы, сосредоточенная на оси поршневого пальца.

mШ = mШ' FП= (4.6)

(4.7)

где - масса шатуна,

(4.8)

4.3 Силы инерции

Силы инерции, действующие в кривошипно-шатунном механизме, в соответствии с характером движения приведенных масс подразделяют на

силы инерции поступательно движущихся масс и центробежные силы инерции вращающихся масс .

Сила инерции от возвратно-поступательно движущихся масс:

(4.9)

Знак минус показывает, что сила инерции направлена в сторону, противоположную ускорению.

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рисунок 2 - Схема действия сил в кривошипно-шатунном механизме:

а - инерционных и газовых; б - суммарных.

Центробежная сила инерции вращающихся масс:

(4.10)

Центробежная сила инерции является результирующей двух сил: силы инерции вращающихся масс шатуна:

- 0,26 МПа (4.11)

и силы инерции вращающихся масс кривошипа:

(4.12)

4.4 Суммарные силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме

Суммарные силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме, определяем алгебраическим сложением сил давления газов и сил возвратно-поступательно движущихся масс:

(4.13)

При проведении динамического расчета двигателя целесообразно пользоваться не полными, а удельными силами, отнесенными к единице площади поршня.

Суммарная сила Р , как и силы , направлена по оси цилиндра и приложена к оси поршневого пальца. Воздействие от силы Р передается на стенки цилиндра перпендикулярно его оси и на шатун по направлению его оси.

Сила N, действующая перпендикулярно оси цилиндра, называется нормальной силой и воспринимается стенками цилиндра:

(4.14)

Нормальная сила считается положительной, если создаваемый ею момент относительно оси коленчатого вала направлен противоположно направлению вращения вала двигателя.

Сила S, действующая вдоль шатуна, воздействует на него и далее передается кривошипу. Она считается положительной, если сжимает шатун, и отрицательной, если его растягивает:

(4.15)

От действия силы S на шатунную шейку возникают две составляющие силы:

сила, направленная по радиусу кривошипа

(4.16)

и тангенциальная сила, направленная по касательной к окружности радиуса кривошипа

(4.17)

Сила К считается положительной, если она сжимает щеки колена. Сила Т принимается положительной, если направление создаваемого ею момента совпадает с направлением вращения коленчатого вала.

4.5 Силы, действующие на шатунные шейки коленчатого вала

Силы, действующие на шатунную шейку рядного двигателя, определяют аналитическим способом или графическим построением.

Аналитически результирующая сила, действующая на шатунную шейку рядного двигателя:

(4.18)

где - сила, действующая на шатунную шейку по кривошипу.

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рисунок 3 - Силы, действующие на шатунную шейку

Результаты расчета сил и моментов действующих на элементы кривошипно - шатунного механизма приведены в приложении А.

Направление результирующей силы для различных положений коленчатого вала определяется углом , заключенным между вектором и осью кривошипа.

Графическое построение силы в зависимости от угла поворота кривошипа осуществляется в виде полярной диаграммы с полюсом в точке.

Диаграмму износа шатунной шейки строят по полярной диаграмме следующим образом. Проводят окружность, изображенную в произвольном масштабе шатунную шейку и делят ее на 12 участков лучами.

Дальнейшее построение осуществляют в предположении, что действие каждого вектора силы распространяется на 60° по окружности шейки

в обе стороны от точки приложения силы. Таким образом, для определения величины усилия (износа), действующего по каждому лучу необходимо:

а) определить по полярной диаграмме сектор на шатунной шейке, в

котором действующие силы создают нагрузку по направлению луча;

б) определить величину каждой силы, действующей в секторе

луча и подсчитать результирующую величину для луча;

в) отложить результирующую величину в выбранном масштабе на

диаграмме износа по лучу от окружности к центру, а концы отрезков

соединить плавной кривой, характеризующей износ шейки;

г) перенести на диаграмму износа ограничительные касательные к

полярной диаграмме и и, проведя от них лучи и под

углом 60°, определить граничные точки (Аи В) кривой износа шатунной

шейки, между которыми располагается ось масляного отверстия.

При построении диаграммы износа используем данные приведенные в таблице 4.

Таблица 4 - Результаты расчёта износа шатунной шейки

,град	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
0	2,43	2,43	-	-	-	-	-	-	-	-	-	2,43
30	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	1,97	1,97
60	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	0,78	-
90	-	-	0,47	0,47	-	-	-	-	-	-	-	-
120	-	-	1,23	-	-	-	-	-	-	-	-	-
150	-	1,46	1,46	-	-	-	-	-	-	-	-	-
180	-	1,48	-	-	-	-	-	-	-	-	-	1,48
210	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	1,47	1,47
240	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	1,26	1,26
270	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	0,56	-
300	-	-	0,53	0,53	-	-	-	-	-	-	-	-
330	-	1,15	1,15	-	-	-	-	-	-	-	-	-
360	0,25	0,25	-	-	-	-	-	-	-	-	-	0,25
375	-	-	-	-	3,05	3,05	-	-	-	-	-	-
390	-	-	-	1,49	1,49	-	-	-	-	-	-	-
420	-	-	0,62	0,62	-	-	-	-	-	-	-	-
450	-	-	1,20	1,20	-	-	-	-	-	-	-	-
480	-	1,71	1,71	-	-	-	-	-	-	-	-	-
510	-	1,84	1,84	-	-	-	-	-	-	-	-	-
540	1,65	1,65	-	-	-	-	-	-	-	-	-	1,65
570	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	1,49	1,49
600	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	1,26	1,26
630	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	0,50	-
660	-	-	0,75	0,75	-	-	-	-	-	-	-	-
690	-	1,94	1,94	-	-	-	-	-	-	-	-	-
	4,33	13,91	12,9	5,06	3,05	2,6	-	-	-	-	9,29	13,26

5. Патентно-информационный поиск аналогов заданного типа ДВС

При проектировании двигателя в качестве аналогов рассматривались двигатели с максимальной мощностью59,5 кВт при n=5250 мин-1

Аналогом проектируемого двигателя является двигатель с одним нижним распределительным валом. Основные характеристики аналогов разрабатываемого двигателя приведены в таблице 5.

Таблица 5 - Основные характеристики аналогов разрабатываемого двигателя.

тип параметр	Fiat Duna 1.6 SCR	Dacia Nova 1.6	Ford Tracer 160	Holden Integra 1.6	ИЖ 4121E
Диаметр цилиндра (мм)	86.4	77	81	75	82
Ход поршня (мм)	67.4	83.6	77,0	90	70
Рабочий объем (см3 )	1581	1557	1587	1590	1478
Степень сжатия	9,2	9,2	9,0	9,1	9,5
Максимальная мощность (кВт/(об./мин))	64/6000	53/5000	47/5500	77/6300	53/5400
Максимальный крутящий момент (Н•м)	140	122	120	135	106

За прототип принимаем ИЖ 4121E, так как наиболее близок по основным характеристикам к проектируемому двигателю.

6. Обоснование и выбор механизмов и систем проектируемого двигателя

На автомобиль устанавливается рядный пятицилиндровый бензиновый двигатель. Двигатель имеет блок цилиндров, отлитый из чугуна, а также головку блока цилиндров, отлитую из алюминиевого сплава. В головку блока цилиндров запрессованы направляющие втулки и седла клапанов, изготовленные из стали методом спекания.

Распределительный вал приводится в движение зубчатым ремнем, распределительный вал в свою очередь вращается на пяти подшипниках. Поршни отлиты из алюминиевого сплава со стальными вставками в более нагруженных местах. На каждом поршне установлено два компрессионных и одно маслосъемное кольцо.

Шатуны стальные кованые двутаврового сечения. В верхнюю головку шатуна запрессована втулка, в которую вставляется поршневой палец. В нижней головке устанавливают тонкостенные шатунные вкладыши. Крышка шатуна крепится двумя болтами.

Коленчатый вал стальной кованый, вращается на пяти подшипниках скольжения. Вкладыши коренных подшипников тонкостенные, с канавками для смазывания.

Система питания двигателя с принудительным воспламенением предназначена для приготовления топливно-воздушной смеси требуемого состава и качества, подачи ее к цилиндрам двигателя. Она состоит из топливного бака, фильтра-отстойника, топливного насоса, карбюратора, впускного и выпускного трубопроводов, воздухоочистителя, глушителя отработавших газов.

Система охлаждения предназначена для быстрого прогрева и поддержания рабочей температуры двигателя. Применим жидкостную систему охлаждения. Жидкостная система охлаждения состоит из радиатора, вентилятора, насоса, расширительного бочка, термостата, водяной рубашки в блоке цилиндров и головке блока цилиндров.

Система пуска двигателя предназначена для быстрого запуска двигателя путем сообщения коленчатому валу скорости, обеспечивающей нормальное протекание рабочего процесса. Она состоит из аккумуляторной батареи, зажигания и стартера.

Смазка двигателя осуществляется посредством двух роторного шестеренчатого насоса, который всасывает масло из поддона через сетчатый приемник и нагнетает его через фильтр в смазочные каналы, где масло распределяется по коленчатому валу, распределительному валу и вспомогательному валу. Шатунные подшипники снабжаются маслом через внутренние отверстия в коленчатом вале. Внутренние поверхности поршней смазываются из отверстий в нижних головках шатуна. На вал распределителя масло периодически подается из отверстия вспомогательного вала. Распределительный вал и коромысла снабжаются маслом через трубку-разбрызгиватель, идущую от центрального подшипника распределительного вала.

Полузакрытая система вентиляции картера втягивает прорвавшиеся газы во впускной коллектор через регулирующий клапан.

7. Расчет клапанного механизма

Рисунок 4 - Расчетная схема проходного сечения в клапане

Диаметр цилиндра:

Средняя скорость поршня:

Скорость газа в проходном сечении:

Число одноименных клапанов:

Площадь поршня:

Проходное сечение клапана:

(7.1)

Площадь горловины:

(7.2)

Диаметр горловины:

(7.3)

Максимальная высота подъема клапана при б=45є:

(7.4)

Масса клапанного механизма:

(7.5)

Максимальная сила упругости пружин:

(7.6)

Минимальная сила упругости пружин:

(7.7)

Жесткость пружин:

(7.8)

Предварительная деформация пружин:

(7.9)

Полная деформация пружин:

(7.10)

Число рабочих витков:

(7.10)

8. Техническая характеристика двигателя

Техническая характеристика разрабатываемого двигателя приведена в таблице 8.

Таблица 8 - Техническая характеристика двигателя

Тип двигателя	четырехтактный
Число цилиндров	4
Расположение	рядное
Порядок работы цилиндров	1-3-4-2
Рабочий объем, л	1,6
Диаметр и ход поршня, мм	81,8/63,8
Степень сжатия	9,5
Мощность, кВт (л.с.)	60,29 (81,97)
Номинальная частота вращения, об/мин	5400
Литровая мощность, кВт	38,7
Удельный эффективный расход топлива,г/кВт*ч	298
Крутящий момент при 4320мин-1, Н*м	123

Спроектированный двигатель внутреннего сгорания отвечает современным требованиям и ограничениям, предъявляемых к двигателям автомобилей данного класса.

Заключение

В результате проведённой работы был разработан пятицилиндровый рядный бензиновый двигатель для легкового автомобиля массой 1790кг, с рабочим объёмом 1,4 литра и номинальной мощностью 59,5 кВт.

В ходе решения поставленных задач, была основана методика расчета и выбора двигателя внутреннего сгорания, получены навыки проектирования, позволяющие обеспечить необходимый технический уровень, надёжность и долгий срок службы двигателя.

Опыт и навыки, полученные в ходе выполнения курсового проекта, будут востребованы при выполнении как курсовых проектов по специальным дисциплинам, так и при выполнении дипломного проекта.

Список использованных источников

1 Колчин, А.И. Расчёт автомобильных и тракторных двигателей: учебное посодие для вузов / А.И. Колчин, В.П. Демидов. - 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 2002. - 496с.

2 Силовые установки транспортных средств: метод. указания к контрольной работе №1 для студентов заочного факультета специальности 1-37 01 06 «Техническая эксплуатация автомобилей» / Сост. В.А. Ким, А.М. Скребунов, А.А. Метто. - Могилёв: Белорус.- Рос. ун-т,2006. - 23с.

3 Скребунов, А.М. Силовые установки транспортных средств: метод. указания к курсовой работе.- Могилёв: ММИ, 2000, - 20с.

4 Скребунов, А.М. - Динамический расчёт на ПЭВМ КШМ двигателя внутреннего сгорания. Методические указания к курсовой работе и практическим занятиям по курсовой работе для студентов специальности “Эксплуатация транспортных средств” - Могилёв: ММИ, 2000, - 7с.

5 Рожанский, В.А. Тепловой и динамический расчет автотракторных двигателей / В.А.Рожанский, А.Н. Сарапин, Б.Е. Железко. - Минск: Выс. шк., 1984. - 265с.

Приложение

Исходные данные для расчета
четырехцилиндрового кабюраторного двигателя
Введите отношение радиуса кривошипа к длине шатуна. lambda =	0,240
Введите радиус кривошпа.R, мм. =				33,8
Введите угловую скорость коленчатого вала. Omega , 1/c =	566
Введите давление в конце впуска. Pa, Mpa =			0,085
Введите давл. в конце сгорания. P z, Mpa =			6,847
Введите давление в конце выпуска. Pr, Mpa =			0,115
Введите степень сжатия. Epsilon =				9,5
Введите показатель политропы сжатия. N1 =			1,381
Введите показатель политропы расширения. N2 =		1,234
Введите степень предварительного расширения. Ro =		1,000
Введите давление окружающей среды. Po, Mpa =		0,100
Введите площадь поршня. Fп, кв.мм. =			5914
Введите массы, совершающие возвратно-поступательное движение.Mj, Kg =	0,774
Введите число цилиндров.I =				4
Введитие среднее значение сумарного
индикаторного крутящего момента.( Mi)ср, Н*м =			117
Введите массу шатуна.Мш, kg =				0,525
		Таблица удельных сил N,S,T в (Мра)
fi,град	fi,rad	Sx	p г	p in	p сум	p n	p s	p t
0	0,0000	0,0	0,015	-2,440	-2,425	0,000	-2,425	0,000
30	0,5236	5,5	-0,015	-1,940	-1,955	-0,236	-1,969	-1,182
60	1,0472	19,9	-0,015	-0,748	-0,763	-0,162	-0,780	-0,742
90	1,5708	37,9	-0,015	0,472	0,457	0,113	0,471	0,457
120	2,0944	53,7	-0,015	1,220	1,205	0,256	1,232	0,915
150	2,6180	64,1	-0,015	1,468	1,453	0,176	1,463	0,574
180	3,1416	67,6	-0,015	1,495	1,480	0,000	1,480	0,000
210	3,6652	64,1	-0,009	1,468	1,459	-0,176	1,469	-0,577
240	4,1888	53,7	0,012	1,220	1,232	-0,262	1,259	-0,936
270	4,7124	37,9	0,069	0,472	0,541	-0,134	0,558	-0,541
300	5,2360	19,9	0,234	-0,748	-0,514	0,109	-0,525	0,499
330	5,7596	5,5	0,798	-1,940	-1,142	0,138	-1,150	0,690
360	6,2832	0,0	2,187	-2,440	-0,253	0,000	-0,253	0,000
375	6,5450	1,4	5,350	-2,310	3,041	0,189	3,047	0,970
390	6,8068	5,5	3,420	-1,940	1,480	0,179	1,490	0,895
420	7,3304	19,9	1,358	-0,748	0,611	0,130	0,624	0,594
450	7,8540	37,9	0,696	0,472	1,168	0,289	1,202	1,168
480	8,3776	53,7	0,452	1,220	1,672	0,355	1,709	1,271
510	8,9012	64,1	0,357	1,468	1,825	0,221	1,838	0,721
540	9,4248	67,6	0,158	1,495	1,653	0,000	1,653	0,000
570	9,9484	64,1	0,015	1,468	1,483	-0,179	1,494	-0,586
600	10,4720	53,7	0,015	1,220	1,235	-0,262	1,262	-0,938
630	10,9956	37,9	0,015	0,472	0,487	-0,120	0,502	-0,487
660	11,5192	19,9	0,015	-0,748	-0,733	0,156	-0,749	0,712
690	12,0428	5,5	0,015	-1,940	-1,925	0,233	-1,939	1,164
720	12,5664	0,0	0,015	-2,440	-2,425	0,000	-2,425	0,000

		Таблица удельных сил К,Rш.ш. в (Мра)
fi,град	fi,rad	p к	р Rш.ш.	Sx,мм	Vп,м/с	Jп,м/c*c
0	0,000	-2,42485	2,4248485	0,000	0,000	16529
30	0,524	-1,57503	1,9693538	4,558	12,819	13144
60	1,047	-0,24100	0,7797235	16,990	20,589	5065
90	1,571	-0,11304	0,4709946	33,920	21,226	-3199
120	2,094	-0,82419	1,2318256	50,790	16,177	-8265
150	2,618	-1,34605	1,4634698	63,102	8,407	-9945
180	3,142	-1,48039	1,4803914	67,600	0,000	-10131
210	3,665	-1,35139	1,4692762	63,102	-8,407	-9945
240	4,189	-0,84291	1,2597955	50,790	-16,177	-8265
270	4,712	-0,13386	0,5577504	33,920	-21,226	-3199
300	5,236	-0,16227	0,5250003	16,990	-20,589	5065
330	5,760	-0,91972	1,1499798	4,558	-12,819	13144
360	6,283	-0,25295	0,2529468	0,000	0,000	16529
375	6,545	2,88821	3,046687	1,160	6,767	15647
390	6,807	1,19204	1,4904861	4,558	12,819	13144
420	7,330	0,19297	0,6243534	16,990	20,589	5065
450	7,854	-0,28869	1,2028887	33,920	21,226	-3199
480	8,378	-1,14387	1,7096109	50,790	16,177	<...

Подобные документы

• Расчет двигателя внутреннего сгорания

  Описание прототипа двигателя ЯМЗ-236. Блок цилиндров, кривошипно-шатунный механизм, газораспределение. Исходные данные для теплового расчета. Параметры цилиндра и двигателя. Построение и скругление индикаторной диаграммы. Тепловой баланс двигателя.
  
  курсовая работа [1,5 M], добавлен 25.05.2013
  

• Тепловой расчет двигателя

  Выбор топлива и основных показателей работы для двигателя внутреннего сгорания. Тепловой расчет проектируемого двигателя для режима максимальной мощности и по его результатам построение индикаторной диаграммы и внешней скоростной характеристики.
  
  контрольная работа [187,4 K], добавлен 12.01.2012
  

• Расчет рабочих процессов безнаддувного четырехтактного двигателя с впрыском топлива

  Параметры рабочего тела. Процесс впуска и выпуска, расширения, определение необходимых значений. Коэффициент молекулярного изменения горючей и рабочей смеси. Индикаторные параметры рабочего тела. Эффективные показатели двигателя, параметры цилиндра.
  
  курсовая работа [2,5 M], добавлен 12.10.2011
  

• Тепловой расчёт двигателя внутреннего сгорания марки 8ЧНСП 3А 22/28-2 и построение индикаторной диаграммы

  Выполнение теплового расчёта двигателя внутреннего сгорания и определение его индикаторных, эффективных, термических, механических показателей, а также геометрических размеров цилиндра. Построение индикаторной диаграммы на основе полученных данных.
  
  курсовая работа [886,3 K], добавлен 10.07.2011
  

• Тепловой и динамический расчет двигателя

  Тепловой расчет двигателя на номинальном режиме работы. Расчет процессов газообмена, процесса сжатия. Термохимический расчет процесса сгорания. Показатели рабочего цикла двигателя. Построение индикаторной диаграммы. Расчет кривошипно-шатунного механизма.
  
  курсовая работа [144,2 K], добавлен 24.12.2016
  

• Тепловой расчет двигателя

  Расчет параметров состояния рабочего тела, соответствующих характерным точкам цикла. Расчет индикаторных и эффективных показателей двигателя, диаметра цилиндра, хода поршня, построение индикаторной диаграммы. Тепловой расчёт для карбюраторного двигателя.
  
  курсовая работа [97,0 K], добавлен 07.02.2011
  

• Расчет автотракторного двигателя внутреннего сгорания (прототип СМД-62)

  Определение параметров рабочего цикла дизеля. Выбор отношения радиуса кривошипа к длине шатуна. Построение регуляторной характеристики автотракторного двигателя внутреннего сгорания. Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма, параметров маховика.
  
  курсовая работа [309,2 K], добавлен 29.11.2015
  

• Тепловой расчет автомобильного двигателя

  Техническая характеристика двигателя. Тепловой расчет рабочего цикла двигателя. Определение внешней скоростной характеристики двигателя. Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма и системы жидкостного охлаждения. Расчет деталей на прочность.
  
  курсовая работа [365,6 K], добавлен 12.10.2011
  

• Тепловой расчет двигателя Д-440 с разработкой гидрозапорной системы

  Расчет рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания: динамический анализ сил, действующих на кривошипно-шатунный механизм, параметры процессов, расход топлива; проект гидрозапорной системы двигателя; выбор геометрических и экономических показателей.
  
  дипломная работа [3,7 M], добавлен 12.10.2011
  

• Рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя

  Алгоритм рабочего цикла четырехтактного бензинового двигателя внутреннего сгорания. Такт впуска, сжатия, рабочего хода механизмов. Процессы, происходящие при перемещении клапанов. Цикл вопросов для контроля усвоения информации о работе двигателя.
  
  презентация [1,5 M], добавлен 04.03.2015
  

• Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания

  Характеристика дизельного топлива двигателей внутреннего сгорания. Расчет стехиометрического количества воздуха на 1 кг топлива, объемных долей продуктов сгорания и параметров газообмена. Построение индикаторной диаграммы, политропы сжатия и расширения.
  
  курсовая работа [281,7 K], добавлен 15.04.2011
  

• Проектирование бензинового двигателя

  Основные требования, предъявляемые к автомобильным и тракторным двигателям. Тепловой расчет бензинового двигателя, выбор исходных параметров. Построение внешней скоростной характеристики. Патентно-информационный поиск аналогов заданного типа двигателя.
  
  курсовая работа [1,4 M], добавлен 12.10.2011
  

• Расчет двигателя типа 6ЧН 26/34

  Описание основного назначения и применения двигателя. Выбор исходных данных по расчету. Расчёты процессов: наполнения, сжатия, сгорания, расширения. Определение индикаторных и эффективных показаний. Построение теоретической индикаторной диаграммы.
  
  курсовая работа [287,0 K], добавлен 25.01.2010
  

• Тепловой расчет двигателя

  Определение параметров рабочего тела в конце тактов наполнения, в процессе сжатия и в конце процесса сгорания. Определение индикаторных и эффективных показателей дизеля. Расчет геометрических размеров цилиндра. Построение индикаторной диаграммы.
  
  контрольная работа [870,0 K], добавлен 08.08.2011
  

• Конструирование четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с одним цилиндром, работающего по схеме вращающегося цилиндра-клапана

  Разработка технического проекта четырехтактного двигателя с вращающимся цилиндром: проведение кинематического, динамического, теплового расчета устройства, просчет на прочность некоторых его основных деталей; зарисовка принципиальной схемы работы прибора.
  
  дипломная работа [1,6 M], добавлен 11.08.2011
  

• Проектирование дизельного двигателя по прототипу Д-37М

  Тепловой расчет двигателя: процесс впуска, сжатия, сгорания и расширения газов. Расчет индикаторных и эффективных показателей двигателя. Построение регуляторной характеристики тракторного дизеля. Кинематический расчет двигателя и расчет маховика.
  
  курсовая работа [196,2 K], добавлен 20.10.2009
  

• Расчет рабочего цикла и газообмена в двигателе внутреннего сгорания

  Изучение особенностей процесса наполнения, сжатия, сгорания и расширения, которые непосредственно влияют на рабочий процесс двигателя внутреннего сгорания. Анализ индикаторных и эффективных показателей. Построение индикаторных диаграмм рабочего процесса.
  
  курсовая работа [177,2 K], добавлен 30.10.2013
  

• Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания Д-240

  Рассмотрение термодинамических циклов двигателей внутреннего сгорания с подводом теплоты при постоянном объёме и давлении. Тепловой расчет двигателя Д-240. Вычисление процессов впуска, сжатия, сгорания, расширения. Эффективные показатели работы ДВС.
  
  курсовая работа [161,6 K], добавлен 24.05.2012
  

• Анализ эффективности работы двигателя внутреннего сгорания

  Общие сведения об устройстве двигателя внутреннего сгорания, понятие обратных термодинамических циклов. Рабочие процессы в поршневых и комбинированных двигателях. Параметры, характеризующие поршневые и дизельные двигатели. Состав и расчет горения топлива.
  
  курсовая работа [4,2 M], добавлен 22.12.2010
  

• Расчет двигателя внутреннего сгорания Д-245

  Тепловой расчет дизеля без наддува: параметры рабочего тела, окружающей среды и остаточные газы. Методика построения индикаторных диаграмм. Порядок проведения динамического, кинематического расчета. Уравновешивание двигателя и необходимые расчеты.
  
  курсовая работа [87,3 K], добавлен 12.10.2011
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам