Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Чернігівський державний технологічний університет

Кафедра інтегрованих технологій машинобудування і автомобілів

Курсовий проект

з дисципліни: "Автомобільні двигуни"

на тему: "Тепловий розрахунок двигуна"

Чернігів ЧДТУ - 2012

Зміст

Вступ

1. Тепловий розрахунок двигуна

1.1 Завдання на проектування

1.2 Вибір вихідних даних

1.3 Розрахунок параметрів робочого тіла

1.4 Параметри навколишнього середовища і залишкових газів

1.5 Параметри процесу впуску

1.6 Параметри процесу стиску

1.7 Параметри процесу згоряння

1.8 Параметри процесу розширення

1.9 Параметри процесу випуску

1.10 Індикаторні параметри робочого циклу

1.11 Ефективні показники двигуна

1.12 Основні розміри і параметри циліндра і двигуна

1.13 Тепловий баланс двигуна

1.14 Побудова індикаторної діаграми

2. Кінематика і динаміка кривошипно-шатунного механізму (КШМ)

2.1 Кінематика кривошипно-шатунного механізму

2.2 Динаміка кривошипно-шатунного механізму

3. Розрахунок деталей поршневої групи

3.1 Поршень

3.2 Поршневі кільця

3.3 Поршневий палець

Висновки

Список використаної літератури

Вступ

Сучасні двигуни внутрішнього згорання широко застосовуються у всіх галузях техніко-економічної діяльності, досягли високого ступеня вдосконалення, продовжуючи тенденцію безперервного зростання питомих (літрової і поршневої) потужностей, зниження питомої металомісткості, витрат палива і мастил, токсичності відпрацьованих газів, зростання надійності і довговічності.

Двигуни внутрішнього згорання широко застосовуються на транспорті в якості автомобільних, тракторних, суднових, локомотивних силових агрегатів. Аналіз тенденцій розвитку конструкцій легкових і вантажних автомобілів свідчить про значні перспективи використання поршневих двигунів у середньостроковій перспективі на 15…20 років.

Розвиток двигунів тісно пов'язаний з підвищенням продуктивності роботи, поліпшенням експлуатаційних та економічних характеристик, зменшенням витрат при виготовленні, економією експлуатаційних матеріалів, поліпшенням процесів обслуговування й ремонту автомобілів, тим більше, що сучасний рівень життя характеризується поступовим зменшенням світових запасів нафти і значним підвищенням вимог до економічності і екологічності двигунів.

Досягнення сучасних показників і характеристик двигунів пов'язано з використанням їх прогресивних конструкторських схем, конструкцією систем, механізмів, вузлів, використанням ефективних робочих процесів.

На сучасних автомобілях широко використовуються двигуни з впорскуванням палива, конструкції яких продовжують вдосконалюватись.

Подальший розвиток їх буде здійснюватися у напрямі підвищення паливної економічності при значному зменшенні токсичності відпрацьованих газів. Вирішення цих задач можливе при роботі двигунів на збіднених паливно-економічних сумішах, інтенсифікації процесу згоряння шляхом використання різних форм камер згоряння, застосування систем впорскування легкого палива, заміщення нафтових моторних палив альтернативними, використання електроніки і мікропроцесорної техніки у системах паливоподачі, керування роботою двигунів тощо.

1. Тепловий розрахунок двигуна

1.1 Завдання на проектування

Провести тепловий розрахунок автомобільного дизеля з наступними технічними характеристиками:

- максимальна потужність двигуна, N_мах =170 кВт;

- частота обертання колінчастого валу при N_e, n_e = 2100 хв^-1;

- ступінь стиску е = 16.5;

- коефіцієнт надлишку повітря, б = 1,6;

- відношення радіусу кривошипа до довжини шатуна, л_ш = 0,26.

Тип двигуна - V-подібний, чотиритактний, шестициліндровий, дизель, безпосереднє впорскування, сумішоутворення об'ємне.

У якості прототипу вибрано двигун ЯМЗ - 236, технічна характеристика якого наступна:

- номінальна потужність двигуна, N_e =180 кВт;

- частота обертання колінчастого валу при N_e, n_e = 2200 хв^-1;

- ступінь стиску е = 16,5;

- коефіцієнт надлишку повітря, б = 1,5;

- відношення радіусу кривошипа до довжини шатуна, л_ш = 0,267.

1.2 Вибір вихідних даних

Ступінь стиску двигуна, що проектується, приймаємо е = 16,5. У відповідності з ДГСТ 305-62 для дизеля, що розраховується, приймаємо дизельне паливо (для роботи в літніх умовах - марки Л і для роботи в зимових умовах - марки З). Цетанове число палива не менше, ніж 45.

Середній елементарний склад дизельного палива С=0,857; Н=0,133; О=0,01.

Визначаємо нижчу теплоту згоряння згідно з елементарним складом палива за формулою:

кДж/кг.

1.3 Розрахунок параметрів робочого тіла

Визначаємо теоретично необхідну кількість повітря для повного згоряння одиниці палива:

- у масових одиницях: кг.пов./кг.пал. У об'ємних одиницях:

кмоль пов. / кг.пал.,

де µ_п =28,96 - молярна маса повітря.

Визначаємо кількість свіжого заряду для дизеля:

M₁=·L₀ = 1,6·0,501= 0,801 кмоль зар./кг пал.

Загальна кількість продуктів згоряння: М ₂=·L₀ + Н/4 +О/32 = 0,801 + 0,133/4 + 0,01/32 = 0,83 кмоль/ кг. пал.

Кількість окремих компонентів та загальна кількість продуктів згоряння (при a=1,6):

М_{СО 2}= С/12 = 0,857/12 = 0,0714 кмоль/кг. палива;

М_{Н 2О} = Н/2 = 0,133/2 = 0,0665 кмоль/кг. палива;

М_{О 2}=0,21·(б - 1)·L₀ = 0,21·(1,6-1) ·0,501=0,0631 кмоль/кг.палива;

М_N2=0,79·б·L₀ = 0,79·1,6·0,501=0,6332 кмоль/кг. палива;

Сумарна кількість продуктів згоряння:

М ₂= М_{СО 2} + М_{Н 2О}+ М_{О 2}+ М_N2 = 0,0714+0,0665+0,0631+0,6332=

= 0,834 кмоль/кг. пал.

Перевірку здійснюємо за формулою:

М ₂ = С/12+Н/2+ 0,79· б·L₀+0,21· (б - 1) ·L₀= 0,0714+0,0665+ 0,79·0,501·1,6 + 0,21· (1,6-1) ·0,501 = 0,8342 кмоль/ кг. пал.

- не повинна перевищувати 3 %.

Коефіцієнт молекулярної зміни паливної суміші:

µ₀=М ₂/М ₁ = 0.83 / 0,801=1,036 (як правило - µ₀= 1,02…1,12).

Коефіцієнт молекулярної зміни паливної суміші:

µ₀=М ₂ / М ₁ = 0,834/ 0,801= 1,041 (як правило - µ₀= 1,02…1,12).

1.4 Параметри навколишнього середовища і залишкових газів

Приймаємо на впуску: тиск р ₀ = 0,1 МПа, температуру Т ₀ =293 К.

У двигуні підігрів свіжого заряду здійснюється у впускному трубопроводі, який омивається охолоджуючою рідиною, а також у циліндрах. Враховуючи те, що при підвищеній температурі заряду його щільність знижується, підігрів повинен забезпечувати підвищення температури ДТ ₀ = 0...20 К; приймаємо ДТ ₀ = 10 К.

Значення тиску залишкових газів для номінального режиму роботи для дизелів р_г = (1,05…1,25)·р ₀ МПа.. Оскільки двигун, що проектується, має високу частоту обертання колінчастого валу при максимальній потужності, приймаємо значення тиску залишкових газів приймаємо р_г = 0,115 МПа.

Двигун має високу ступінь стиску е = 16.5 та збагачений склад суміші б = 1,6. У відповідності з цим приймаємо значення температури залишкових газів Тг = 900 К (для дизелів значення Тг =700… 900 К).

1.5 Параметри процесу впуску

Щільність заряду на впуску визначаємо за формулою:

с₀ = р ₀·10⁶/RвТ ₀ = 0,1·10⁶/287·293= 1,19 кг/м ³,

де р ₀, Т ₀ - відповідно тиск і температура навколишнього середовища;

R_в=287 Дж/кг·град - питома газова стала для повітря.

Втрати тиску на впуску визначаємо з рівняння Бернуллі:

, МПа,

де (в²+о_вп) = (2,5...4,0) - гідравлічний опір впускної системи; приймаємо (в²+о_вп)= 2,5;

щ_вп - швидкість руху заряду у впускній системі; для бензинових і дизельних двигунів щ_вп = 50…130 м/с. Приймаємо щ_вп = 120 м/с.

Таким чином, втрати тиску на впуску:

Др_а= 120²·2,5·1,19·10^-6/2=0,021 МПа.

Для автомобільних двигунів розрахункові значення величини Др_а=(0,006…0,2) МПа, або Др_а=(0,06…0,2)·р ₀ МПа. Отримане нами значення входить до наведеного діапазону.

Тиск у кінці процесу впуску:

р_а= р ₀ - Др_а = 0,1-0,021=0,079 МПа.

Коефіцієнт залишкових газів г_г характеризує ступінь очистки циліндра від продуктів згоряння і визначається за формулою:

г_г=(Т ₀+ ДТ ₀)·р _г / Т_г·(е·р_а-р_г),

Після підстановки відповідних чисельних значень параметрів знаходимо: г_г=(293+ 10)·0,115 / 900·(16.5·0,079-0,115) = 0,029.

Температура заряду в кінці процесу впуску визначається за формулою:

Т_а= (Т ₀+ ДТ ₀+ г_г·Т_г) / (1+ г_г).

Після підстановки чисельних значень знаходимо:

Т_а= (293+ 10+ 0,029·900) / (1+0,029)= 321 К.

Розрахункові значення повинні знаходитись у межах Т_а=320…360 К.

Коефіцієнт наповнення циліндрів двигуна з_v визначається за формулою:

з_v= е·р_а·Т ₀ / [р ₀·(е-1)·(Т ₀+ ДТ ₀+ г_г·Т_г)].

Після підстановки відповідних значень параметрів знаходимо:

з_v= 16.5·0,079 ·293 / [0,1·(16.5-1)·(293+ 10+ 0,029·900)]= 0,71.

Розрахункові значення величини з_v для сучасних дизелів знаходяться у межах з_v= 0,7…0,85. Отримане значення з_v у нашому випадку знаходиться в існуючих межах.

1.6 Параметри процесу стиску

Процес стиску характеризується показником політропи стиску, температурою, тиском, теплоємністю робочого тіла у процесі стиску.

Величина показника політропи стиску n₁ визначається на основі дослідних даних залежно від ступеня стиску і температури в кінці процесу стиску Т_а. Для автотракторних двигунів n₁=(к ₁-0,01)…(к _1-0,04), де к ₁ - показник адіабати стиску, який залежить від е і Т_а. Визначається з номограми (рисунок 1.1).

Для дизелів n₁=(к ₁ +0,02)…(к _1-0,02).

Для е = 16.5 і Т_а=322 К к ₁=1,372. Приймають для розрахунків n₁=1,392…1,352. Обираємо n₁=1,37.

Тиск в кінці процесу стиску визначаємо за формулою:

р_с = р_а·= 0,079·16.5^1,37 = 3,80 МПа.

Рисунок 1.1 - Номограма для визначення показника адіабати стиску к ₁

Температуру робочого тіла в кінці процесу стиску визначаємо за формулою:

Т_с=Т_а· = 322*16.5 ^1,37-1 =912,4 К.

Для визначення середніх мольних теплоємностей компонентів робочої суміші залежно від температури у градусах Цельсія використовують формули, які наведено в таблиці 1.1.

Таблиця 1.1 - Середні мольні теплоємності для газів

Найменування газу	Формула для визначення mcv залежно від температури
	-	від 0 до 1500С	від 1501 до 2800С
Повітря	-	20,6+0,002638· t	22,387+0,00145· t
Кисень	O2	20,930+0,004641 ·t-0,00000084· t2	23,723+0,00155· t
Нітроген (азот)	N2	20,398+0,0025· t	21,951+0,001457 ·t
Гідроген (водень)	H2	20,684+0,000206· t+0,000000588 ·t2	19,678+0,001758·t
Окись вуглецю	CO	20,597+0,00267· t	22,49+0,001430 ·t
Вуглекислий газ	CO2	27,941+0,019· t- 0,0000055· t2	39,123+0,003349 ·t
Водяна пара	H2O	24,953+0,005359 ·t	26,67+0,004438 ·t

Таким чином, середня мольна теплоємність в кінці процесу стиску при сталому об'ємі для окремих компонентів становить:

- повітря=20,6+0,002638·t_с=20,6+0,002638·645,6=22,3 кДж/(кмоль·К), де t_c =(T_c-273)C = (918,6-273)=645,6C;

- вуглекислий газ СО ₂ =27,941+0,019·t_с - 0,0000055·t²_с= =27,941+0,019·645,6-0,0000055·(645,6)² = 37,92 кДж/(кмоль·К);

- окис вуглецю = 20,597+0,00267· t_с = 20,597+0,00267·645,6 = 22,32 кДж/(кмоль·К);

- водяна пара = 24,953+0,005359· t_с = 24,953+0,005359·645,6= 28,41 кДж/(кмоль·К);

- водень = 20,684+0,000206·t_с + 0,000000588·t²_с = =20,684+0,000206·645,6 + 0,000000588·(645,6)² = 21.05 кДж/(кмоль·К);

- азот = 20,398+0,0025· t_с= 20,398+0,0025·645,6 = 22,01 кДж/(кмоль·К).

Середню мольну теплоємність в кінці процесу стискування при сталому об'ємі для залишкових газів визначаємо за формулою:

Отже, =1/0,834·(0,0569·37,92+0,0144·22,32+0,0653·28,41+

+0,0072·21,05+ 0,368·22,01)= 16,81 кДж/(кмоль·К).

Cередню мольну теплоємність робочої суміші mc_v' (свіжий заряд + залишкові гази) визначаємо за формулою:

де mc_v - мольна теплоємність свіжого заряду приймається рівній теплоємності повітря,

mc"_v - мольна теплоємність суміші залишкових газів.

Отже, при :

кДж/(кмоль·К).

За формулою, яку наведено в [1], середнє значення теплоємності у процесі стиску:

mc_v = 20,16 + 1,74·10^-3·Т_с =20,16 + 1,74·10^-3·918,6 = 21,76 кДж/(кмоль·К).

Таким чином, отримане середнє значення теплоємності робочої суміші знаходиться у існуючих межах = 20…25 кДж/(кмоль·К).

Визначаємо кількість молів залишкових газів (кмоль):

Визначаємо кількість молів газів в кінці процесу стиску до згоряння(кмоль):

М_с = М ₁+М_г.

М_с = 0,801+0,023 = 0,824.

1.7 Параметри процесу згоряння

Для дизеля коефіцієнт молекулярної зміни свіжої суміші:

₀=M₂ / M₁

₀ =0,83 / 0,801 = 1,036.

Коефіцієнт молекулярної зміни робочої суміші:

Теплота згоряння робочої суміші:

.

кДж/кмоль роб. сум.

Значення коефіцієнта використання теплоти визначається за дослідними даними з урахуванням кількості палива, що подається до циліндрів, форми камери згоряння тощо. Це дозволяє приймати коефіцієнт використання теплоти в межах о _z = 0,7...0,9. Приймаємо о _z = 0,8.

Ступінь підвищення тиску в дизелі в основному залежить від величини циклової подачі палива та від камери згоряння.

Орієнтовно значення ступеня підвищення тиску приймають:

– для дизелів з нерозділеними камерами згоряння та об'ємним сумішоутворенням =1,6…2,5; Попередньо приймаємо =1.6.

З метою зниження навантажень на деталі кривошипно-шатунного механізму необхідно слідкувати, щоб максимальний тиск згоряння не перевищував 12 МПа.

Середня мольна теплоємність продуктів згоряння при сталому об'ємі:

,

де , , ,, ,- середні мольні теплоємності окремих компонентів продуктів згоряння і залишкового кисню в інтервалі температур tz... t0, кДж / (кмоль·К).

Використовуючи відповідні формули з таблиці 3.1 для температур від 1501 до 2800С, записуємо формулу для визначення середньої мольної теплоємності для робочої суміші:

=1 / 0,83 · ((39,123+0,003349·tZ)·0,0714 + 0,0665·(26,67+0,004438· tZ) + +0,5739·(21,951+0,001457·tZ) + 0,0473·(23,723+0,00155 tZ)) = 25,06 + 0,001901· (TZ - 273).

Рівняння для визначенні температури у цьому випадку має вигляд:

Після підстановки значень параметрів маємо:

0,8·58077 + 22,12·(918.6-273) = 1,046· [25,06+0,001901· (TZ - 273)]· (TZ - 273).

Отримуємо квадратне рівняння:

0,00199·(TZ - 273)2 + 26,212·(TZ - 273) -58742= 0.

Звідки TZ = 2017 К.

В усіх випадках після підстановки відповідних значень параметрів розв'язують квадратне рівняння відносно Tz і знаходять його значення.

Для дизеля визначають максимальний тиск в кінці процесу згоряння:

рz= ·рc МПа,

рz=1,6*3,83=6.128 МПа,

а дійсний максимальний тиск в кінці процесу згоряння:

р_zд=0,85·р_z,МПа.

р_zд=0.85*6.128=5.2088 МПа,

Ступінь підвищення тиску уточняється за формулою:

=р_z / р_с.

=6.128/3.83=1.6.

1.8 Параметри процесу розширення

У процесі розширення під впливом догоряння робочої суміші, яка не встигла згоріти на лінії згоряння, відбувається наступне розширення. Ступінь наступного розширення визначається:

д= е /с,

д =16,5 /1,58 =10,44.

Процес розширення відбувається, як і при стискуванні, за політропою розширення. Для чого, спочатку визначаємо адіабату розширення.

Середній показник адіабати розширення при д =10,44, T_z =2114 K, =1,5 визначаємо з номограми (рисунок 1.2) k₂=1,284.

Рисунок 1.2 - Номограма для визначення показника адіабати розширення к ₂ для дизеля

Середній показник політропи розширення приймаємо n₂ =1,27.

Тиск в кінці процесу розширення:

МПа.

Температура в кінці процесу розширення:

К.

1.9 Параметри процесу випуску

Для дизеля температура залишкових газів на початку розрахунку приймалась Т_г = 900 К. За формулою Є.К. Мазінга:

,

Розходження між прийнятими і отриманими значеннями Т'_г не повинно перевищувати 5 %:

1.10 Індикаторні параметри робочого циклу

Середній розрахунковий індикаторний тиск за цикл для дизельного двигуна, враховуючи отримані значення р_с = 3,62 МПа, =1,6, =1,66, знаходимо за формулою:

МПа.

МПа.

Для дизельних двигунів .

Дійсний індикаторний тиск р_і визначається за формулою:

р_і= ц· ,

де ц =0,9…0,97 - коефіцієнт повноти індикаторної діаграми.

Прийнявши ц = 0,9, знаходимо середній індикаторний тиск для карбюраторного двигуна:

р_і = 0,9·1,11 = 1,00 МПа.

Індикаторний коефіцієнт корисної дії (індикаторний ККД) визначаємо за формулою:

.

Визначаємо індикаторні питомі витрати палива за формулою:

г/кВт·год.

Розрахункові значення величин р_і, , для сучасних автотракторних двигунів знаходяться у межах р_і = 0,6…1,4 МПа, = 0,26…0,45, = 205…290 г/кВт·год.

Механічні показники двигуна. Середній ефективний тиск визначаємо за формулою:

р_е= р_і - р_м.

Середній тиск механічних втрат р_м визначається за емпіричними формулами залежно від типу двигуна, кількості циліндрів, середньої швидкості поршня V_п..с (таблиці 5.1, 5.2, 5.3).

Таблиця 5.1 - Тиск механічних втрат р_M

Бензинові двигуни
При S/D ? 1, i < 6 рM= 0,049+0,0152·Vп..с	При S/D < 1, i < 6 рM= 0,034+0,0113·Vп..с	При S/D < 1, i = 8 рM= 0,039+0,0132·Vп..с
Дизелі
З нерозділеними камерами рM= 0,089+0,0118·Vп..с	Передкамерні рM= 0,103+0,0153·Vп..с	З вихровими камерами рM= 0,089+0,0135·Vп..с

Для проведення розрахунку механічних показників двигунів потрібно вибрати відношення ходу поршня до діаметру циліндру S/D. При цьому використовуються також емпіричні значення, які наведено в таблиці 5.2.

Таблиця 5.2 - Вибір відношення ходу поршня до діаметру циліндра S/D

Однорядні двигуни	S/D
Бензинові легкових автомобілів	0,9…1,6
Бензинові вантажних автомобілів	1,0…1,5
Дизелі чотиритактні	1,10…1,45
Дизелі двотактні	1,14…1,45
V-образні двигуни
Бензинові легкових автомобілів	0,75…0,95
Бензинові легкових автомобілів	0,92…1,1
Дизелі чотиритактні	0,95…1,4

Орієнтовні значення середньої швидкості поршня наведено в таблиці 5.3.

Таблиця 5.3 - Орієнтовні значення середньої швидкості поршня V_п.с.

Тип двигуна	ne,хв. - 1.	Vn.с, м/сек
Бензинові
Важкі вантажні	3000…3500	7…12
Вантажні середні	3500…4200	7…13
Легкові	4000…6000	8…15
Спортивні	5000…14000	16…25
Чотиритактні дизелі
Важкі вантажні	2000…3400	9…11
Вантажні середні	2200…3600	9…12
Легкові	3000…4400	9…11

Для дизельних двигунів при S/D = 1,10…1,45, а також і = 8 р_M визначається за формулою:

р_M= 0,089+0,0135·V_п..с

Для легкових автомобілів V_п.с. = 9…11 м/с. Приймаємо V_п.с. = 10 м/с.

Отже, для бензинового двигуна у нашому випадку:

р_M=0,089+0,0135·10 = 0,224 МПа.

1.11 Ефективні показники двигуна

Середній ефективний тиск:

р_е= р_і - р_м= 1,0-0,224=0,776 МПа.

Механічний коефіцієнт корисної дії (ККД) враховує механічні втрати двигуна і визначаємо за формулою:

Ефективний ККД враховує теплові і механічні втрати двигуна і визначається за формулою:

Питомі ефективні витрати палива визначаємо за формулою:

г/кВт·год.

Для сучасних автотракторних двигунів р_е=0,5…1,1 МПа, , =270…350 г/кВт·год.

Погодинні витрати палива двигуном визначаємо за формулою:

кг /год.

1.12 Основні розміри і параметри циліндра і двигуна

На основі заданих: ефективної потужності, номінальної частоти обертання колінчастого валу, розрахунку середнього ефективного тиску, тактності двигуна і числа циліндрів визначаємо робочий об'єм двигуна за формулою:

л.

Робочий об'єм одного циліндра:

л.

Прийнявши попередньо згідно з таблицею 5.1 відношення к= S/D,

визначаємо, округлюючи до цілого, діаметр циліндра і хід поршня за формулами:

мм;

S = D·k = 136·1,1 = 150, мм.

Остаточно уточнюємо основні розміри і параметри двигуна за формулами:

- робочий об'єм двигуна:

л;

- діаметр циліндра за формулою:

мм.

- хід поршня за формулою:

S = D·k = 136·1,1 =150 мм;

- площу дна поршня:

мм ²;

- середню швидкість поршня:

V_п.с. = S·n_е / 30·10³ = 150·2100 / 30·10³= 10,5 м/с.

Похибка Д= (10,5-10,0) ·100/10,5 =3,95 %.

Якщо похибка між прийнятою і розрахунковою середньою швидкістю руху поршню V_п.с. перебільшує 4 %, ведуть перерахунок ефективних показників двигуна.

Визначаємо ефективну потужність двигуна:

кВт.

Похибка Д= (240,4-240,00) ·100/240,4 =0,16 %.

Потужність двигуна, віднесену до 1л об'єму, визначаємо за формулою:

кВт / л.

Для автотракторних двигунів літрова потужність знаходиться у межах 20…50 кВт/л.

Погодинну витрату палива визначаємо за формулою:

кг /год.

1.13 Тепловий баланс двигуна

Тепло, що вводиться до циліндрів двигуна, розподіляється за наступними складовими:

, Дж/с.

У останній формулі складові мають наступні значення.

Загальна кількість теплоти, що вводиться в двигун з паливом:

, Дж/с.

Теплота, еквівалентна ефективній роботі за 1 с:

Q_e=1000·N_e=1000·240,4=240400 Дж/с.

Теплота, що передається охолоджуючому середовищу:

,Дж/с,

де с - коефіцієнт пропорційності. Для чотиритактних двигунів

с = 0,45…0, 53. Приймаємо с = 0,5;

i - число циліндрів;

D - діаметр циліндра, см;

m - показник степені. Для чотиритактних двигунів m = 0,6…0,7. Приймаємо m = 0,65;

n_е - кількість обертів колінчастого валу двигуна, хв^-1.

Теплота, винесена з відпрацьованими газами:

,Дж/с;

де t_г =Т_г - 273, ⁰С;

,- відповідно теплоємності відпрацьованих газів і свіжого заряду, кДж / (кмоль·град).

Для температури Т_г = 962 К ,кДж/ (кмоль·К) (додаток А) теплоємність відпрацьованих газів:

кДж / (кмоль·К).

Аналогічно, знаходимо величину теплоємності свіжого заряду:

кДж / (кмоль·К).

Після підстановки значень параметрів отримуємо:

= 88152,Дж / с.

Теплота, втрачена внаслідок хімічної неповноти згоряння палива:

, Дж / с.

Невраховані втрати теплоти:

= 116391, Дж/с.

Додаток 1 - Середня мольна теплоємність для дизельного палива

Складові теплового балансу зводимо в таблицю 6.1.

Таблиця 6.1 - Складові теплового балансу двигуна

Складові теплового балансу двигуна	Q, Дж / с	q, %
Теплота, еквівалентна ефективній роботі	240400	30,2
Теплота, що передається навколишньому середовищу	233590	29,4
Теплота, винесена з відпрацьованими газами	88152	11,1
Теплота, втрачена із-за неповноти згоряння палива	115980	14,6
Невраховані втрати теплоти	116391	14,7
Загальна кількість тепла, введена в двигун з паливом	794513	100

1.14 Побудова індикаторної діаграми

Вибираємо масштаби: ходу поршня - µS =1 мм/мм; тиску - µ_р = 0,05 МПа / мм; = S=АВ (по осі абсцис). АВ= 162 мм. Знаходимо приведену згідно з масштабом величину об'єму камери згоряння:

,

ОВ=ОА+АВ

.

ОВ =10+ 162 =172 мм.

Визначаємо максимальну висоту індикаторної діаграми:

А_Z= p_z/ µ_p= 6,128 /0,05 = 122,56123 мм.

Відношення висоти індикаторної діаграми до її ширини у нашому випадку становить 123/172=0,72.

Знаходимо значення відрізків залежно від раніше визначених величин тиску в характерних точках діаграми (таблиця 2.1).

Таблиця 2.1 - Тиск (відрізки) у характерних точках індикаторної діаграми

Тиск	Позначен-ня	Значення, МПа	Відрізок
				мм
Навколишнього середовища	р 0	0,1	АР 0	2
У кінці процесу впуску	ра	0,079	Ва	1,58
У кінці процесу стиску	рс	3,83	АС	76,6
У кінці процесу згоряння	рZ	6,128	АZ	122,56
У кінці процесу розширення	рb	0,312	ВРb	6,24
Залишкових газів	рг	0,115	Аг	2,3

Для розрахунку значень координат політроп стиску і розширення скористаємось аналітичним способом.

Координати політропи стиску розраховуємо за формулою:

р_хс=р_а· (V_a/V_x)ⁿ¹ = 0,072· (V_a/V_x)^1,37.

Значення об'єму V_a відповідає абсцисі ОВ, значення V_x - ОХ і знаходяться у межах від V_x = V_а= ОВ до V_x = V_с= ОА. Тобто, відношення V_а / V_x = ОВ / ОХ = 1…е.

Координати політропи розширення розраховуємо за формулою, аналогічною формулі для політропи стиску:

р_хр=р_b· (V_a/V_x)ⁿ²= 0,312· (V_a/V_x)^1,27.

Для зручності при розрахунках використаємо рівняння:

р_хс / µ_р = р_а / µ_р·(ОВ / ОХ)ⁿ¹ = 0,079 / 0,05·(ОВ / ОХ)^1,37= 1,58·(172/ОХ)^1,37;

р_хр /µ_р = р_b /µ_р·(ОВ /ОХ)ⁿ²= 0,312 /0,05·(ОВ / ОХ)^1,27= 6,24·(172 /ОХ)^1,27.

Задаючи послідовно значення V_x= ОХ і розв'язуючи наведені рівняння, отримуємо координати точок політроп стиску і розширення (таблиця 1.2). Перша точка V_x= ОХ=10 відповідає об'єму камери згоряння.

Таблиця 1.2 - Дані для побудови індикаторної діаграми

№ точки	ОХ, мм	ОВ / ОХ	Політропа стиску	Політропа розширення
			(ОВ/ОХ)1.37	рхс, МПа	рхс/µр. мм	(ОВ/ОХ)1.27	рхр, МПа	рхр /µр мм
1	10	17,20	49,28	3,89	77,86	37,08	6,128	122,56
2	24,73	6,96	14,25	1,13	22,52	11,74	3,66	73,27
3	39,46	4,36	7,52	0,59	11,87	6,49	2,02	40,47
4	54,19	3,17	4,87	0,38	7,69	4,34	1,35	27,05
5	68,92	2,50	3,50	0,28	5,53	3,19	1,00	19,93
6	83,65	2,06	2,68	0,21	4,24	2,50	0,78	15,59
7	98,38	1,75	2,15	0,17	3,40	2,03	0,63	12,69
8	113,11	1,52	1,78	0,14	2,81	1,70	0,53	10,63
9	127,84	1,35	1,50	0,12	2,37	1,46	0,45	9,10
10	142,57	1,21	1,29	0,10	2,04	1,27	0,40	7,92
11	157,3	1,09	1,13	0,09	1,79	1,12	0,35	6,99
12	172	1,00	1,00	0,08	1,58	1,00	0,31	6,24

Нижче наведено алгоритм визначення координат для побудови політроп стиску і розширення за допомогою програми в системі MathCad.

. . .

.

Таблиці значень ординат точок політроп стиску і розширення, отримані в програмі MathCad, наведено в таблиці 1.3.

Таблиця 1.3 - Значення ординат політроп стиску і розширення для побудови індикаторної діаграми бензинового двигуна

Скруглення індикаторної діаграми. У сучасних швидкохідних двигунах початок випуску відпрацьованих газів (відкриття клапана) проводять за 40…80 до НМТ (точка r'), а закриття клапана - після 15…60 за ВМТ (точка a'), причому більш швидкохідним двигунам відповідають більші значення кута. Кути відкриття і закриття впускних клапанів: відкриття - 9…35⁰ до ВМТ; закриття - 40…80⁰ після НМТ.

Для врахування фаз газорозподілу і кута випередження запалювання на характер зміни індикаторної діаграми скористаємось даними, які наведено в таблиці 2.4, для двигуна-прототипу ЯМЗ-236.

Таблиця 2.4 - Фази газорозподілу двигуна ЯМЗ-236 і їх позначення точками на діаграмі

Фази газорозподілу, кут випередження запалювання	Кут повороту колінчастого валу, градус	Позначення точки на діаграмі
Відкриття впускного клапана до ВМТ	13	r'
Закриття впуского клапана після НМТ	46	a''
Відкриття випускного клапана до НМТ	66	b'
Закриття випускного клапана після ВМТ	10	a'
Кут випередження запалювання до ВМТ	10	c'

Кути відкриття і закриття клапанів для конкретних двигунів наведено в технічній літературі і інструкціях по експлуатації двигунів.

Абсциса кожної з названих раніше характерних точок визначається графічно за методом проф. Брікса Ф.А.

Для цього, під індикаторною діаграмою будується півколо діаметру, що дорівнює ходу поршня. З центра півкола О в бік НМТ відкладається в масштабі діаграми поправка Брікса, яка визначається за формулою:

, мм,

162*0,264/2= 21,384 мм,

де - відношення радіусу кривошипа до довжини шатуна (вибирається за прототипом).

Рисунок 2.2 - Індикаторна діаграма дійсного циклу ДВЗ

Отримують точку О'. З точки О' проводять довільним радіусом (доцільно більшим за R(1+ л_ш/2) півколо, яке ділять на 12 (або більше) рівних частин, а потім - з центра О' проводять ряд променів під кутами, які проходять через точки поділу півкола з центром О' до кола з центром О. Півколо більшого радіусу витирають ластиком. Точки перетину променів з головним півколом, починаючи від нуля (ВМТ) позначають через кожні 30⁰. Всього 24 точки. При цьому кожна точка матиме декілька номерів.

Для визначення тиску на індикаторній діаграмі, що відповідає заданому повороту кривошипа, відкладають указаний кут на півколі діаграми Брікса відносно точки О' і проектують отриману точку перетину відповідного променю і півкола на індикаторну діаграму.

2. Кінематика і динаміка кривошипно-шатунного механізму (КШМ)

2.1 Кінематика кривошипно-шатунного механізму

Розрахунок кінематики кривошипно-шатунного механізму зводиться до визначення переміщення, швидкості та прискорення поршня. При цьому приймається, що колінчастий вал обертається з постійною кутовою швидкістю щ (у дійсності за рахунок постійної зміни газових навантажень на поршень та деформації колінчастого валу щ ? const). Це припущення дозволяє розглядати усі кінематичні величини у вигляді функціональної залежності від кута повороту колінчастого валу ц, який при щ = const пропорційний часу.

Формули для визначення кінематичних характеристик КШМ мають наступний вигляд:

- переміщення поршня

, м;

- швидкості поршня:

,м/с,

- прискорення поршня:

м/с ².

Для дизельного двигуна, який проектується:

- радіус кривошипа

мм;

- довжина шатуна

мм;

- кутова швидкість колінчастого валу:

рад/с,

- площа дна поршня:

м ².

Переміщення, швидкість і прискорення поршня визначимо, скориставшись системою MathCad і наведеним нижче алгоритмом.

Чисельні значення переміщення, швидкості, прискорення поршня за робочий цикл, залежно від кута повороту колінчастого валу, зведено в таблицю 3.1, а графіки указаних залежностей, побудовані також у системі MathCad, наведено на рисунку 3.1. Значення параметрів на графіках рисунку 3.1 наведено у системі СІ.

Таблиця 3.1 - Переміщення, швидкість і прискорення поршня

0	Sx, м	Vx, м/с	Jx, м/с 2
0	0	0	6178
30	0,011	10,349	4878
60	0,04	16,923	1799
90	0,075	17,961	-1290
120	0,106	14,186	-3089
150	0,125	7,612	-3588
180	0,132	0	-3597
210	0,125	-7,612	-3588
240	0,106	-14,186	-3089
270	0,075	-17,961	-1290
300	0,04	-16,923	1799
330	0,011	-10,349	4878
360	0	0	6178
390	0,011	10,349	4878
420	0,04	16,923	1799
450	0,075	17,961	-1290
480	0,106	14,186	-3089
510	0,125	7,612	-3588
540	0,132	0	-3597
570	0,125	-7,612	-3588
600	0,106	-14,186	-3089
630	0,75	-17,961	-1290
660	0,04	-16,923	1799
690	0,011	-10,349	4878
720	0	0	6178

Рисунок 3.1 - Графіки переміщення, швидкості, прискорення поршня (S - переміщення, V - швидкість, j - прискорення)

2.2 Динаміка кривошипно-шатунного механізму

Сумарна сила, яка діє на поршень визначається за формулою:

де Р_г = (р_і - р ₀)·F_n - сила тиску газів, що діють на поршень;

Р_і, - сили інерції, що діють на поршень;

Визначення сил інерції. При наближеному розрахунку масу шатуна приводять до маси, яка здійснює зворотно-поступальний рух (поршень, палець), і до маси, що здійснює обертальний рух навколо осі валу (незрівноважена частина колінчастого валу).

Для існуючих конструкцій автотракторних двигунів рекомендується приймати частину маси шатуна, віднесену до поршня і пальця, , а масу, віднесену до кривошипної головки - . Приймаємо для розрахунку , .

Взявши масу шатуна за прототипом (ЯМЗ-236) кг, знаходимо кг, кг.

Споряджена маса поршня з алюмінієвого сплаву АЛ-30, кілець, пальця за прототипом кг.

Отже, маса деталей, які здійснюють зворотно-поступальний рух кг, а маса деталей, які здійснюють обертальний рух навколо осі колінчастого валу, кг.

Визначаємо сили інерції мас кривошипно-шатунного механізму, які здійснюють обертальний і зворотно-поступальний рухи.

Силу інерції мас, які здійснюють обертальний рух, визначаємо за формулою:

Н.

Визначаємо силу інерції мас, які здійснюють зворотно-поступальний рух.

Для цього використовуємо формулу:

Н.

Значення сили інерції , сили тиску газів і сумарні силизалежно від кута повороту колінчастого валу наведено в таблиці 4.1

Таблиця 4.1 - Складові і сумарна сили, що діють на поршень двигуна

ц0	рі, МПа	рг,МПа	Рг,Н	Рj,Н	P?,Н
0	0.1	0	0	-22179	-22179
30	0.088	-0.012	-135.6	-17532	-17667.6
60	0.088	-0.012	-135.6	-6513	-6648.6
90	0.088	-0.012	-135.6	4576	4440
120	0.088	-0.012	-135.6	11089	10953
150	0.088	-0.012	-135.6	12956	12820
180	0.088	-0.012	-135.6	13026	12890
210	0.1	0	0	12956	12956
240	0.13	0.03	339.12	11089	11428.12
270	0.18	0.08	904.32	4576	5480.32
300	0.26	0.16	1808.6	-6513	-4705.6
330	0.6	0.5	5652	-17532	-11880
360	3	2.9	32781	-22179	10602
375	6.46	6.36	71893	-20966	50927
390	3.36	3.26	36851	-17532	19319
420	2.53	2.43	27468	-6513	20956
450	2.2	2.1	23738	4576	28314
480	1.8	1.7	19216	11089	30305
510	1.1	1.0	11304	12956	23960
540	0.38	0.28	3165	13026	16191
570	0.116	0.016	180	12656	12836
600	0.116	0.016	180	11089	11269
630	0.116	0.016	180	4576	4756
660	0.116	0.016	180	-6513	-6333
690	0.116	0.016	180	-17532	-17352
720	0.1	0	0	-22179	-22179

Сумарні сили, які діють у кривошипно-шатунному механізмі. Визначення сил, що діють у кривошипно-шатунному механізмі, потрібне для розрахунку навантажень на елементи механізму, їх міцності, ефективних показників двигуна, дозволяє отримувати корисну роботу, їх зміни за робочий цикл двигуна тощо.

При розрахунках визначають або сумарні сили або віднесені до одиниці площі поршня. Останнім способом користуються при порівняннях і аналізі силового навантаження елементів кривошипно-шатунного механізму різних двигунів.

Для визначення сил, які діють у кривошипно-шатунному механізмі, будемо використовувати сумарні сили.

Схему сил, що діють на деталі кривошипно-шатунного механізму наведено на рисунку 4.1.

Рисунок 4.1 - Сили, що діють на деталі кривошипно-шатунного механізму

Нормальна сила N, яка діє на циліндр, перпендикулярно до його осі, визначається за формулою: поршнева тепловий кривошипний кінематика

, Н.

Сила S, щодіє вздовж осі шатуна і передається кривошипу, визначається за формулою:

Н.

Силу S можна розкласти на дві складові:

- тангенціальну силу Т, яка визначається за формулою:

Н.

Силу К, спрямовану вздовж кривошипу, яка визначається за формулою:

Н.

Кут , що входить до наведених формул, визначається з виразу:

Крутний момент, прикладений до кривошипу валу, визначається за формулою:

М = Т·R, Н·м.

Результати розрахунку вказаних сил, отримані для різних кутів повороту колінчастого валу, зводять до таблиці.

Таблиця 4.2 - Сили, що діють у кривошипно-шатунному механізмі залежно від кутів ц і

ц0	0	N, H	S, H	T, Н	K. Н	M, Н·м
0	0	0	-22180	0	-22180	0
30	7,585	-2353	-17820	-10870	-14120	-717,5
60	13,216	-1561	-6829	-6539	-1972	-431,5
90	15,308	1215	4603	4440	-1215	293
120	13,216	2572	11250	8199	-7704	541
150	7,585	1707	12930	4932	-11960	325
180<...

Подобные документы

• Проект вихрокамерного 4-циліндрового дизельного двигуна для легкового автомобіля

  Параметри робочого тіла. Процес стиску, згоряння, розширення і випуску. Розрахунок та побудова швидкісної характеристики двигуна, його ефективні показники. Тепловий баланс та динамічний розрахунок двигуна, розробка та конструювання його деталей.
  
  курсовая работа [178,2 K], добавлен 14.12.2010
  

• Конструювання чотирьохтактного бензинового двигуна легкового автомобіля

  Тепловий розрахунок чотирьохтактного двигуна легкового автомобіля. Визначення параметрів робочого тіла, дійсного циклу. Побудова індикаторної діаграми. Кінематичний і динамічний розрахунок кривошипно-шатунного механізму. Аналіз врівноваженості двигуна.
  
  курсовая работа [1,5 M], добавлен 18.12.2013
  

• Розрахунок чотиритактного чотирьохциліндрового рядного двигуна для вантажного автомобіля

  Тепловий розрахунок: паливо, параметри робочого тіла, процеси впуску і стиснення. Складові теплового балансу. Динамічний розрахунок двигуна. Розрахунок деталей (поршня, кільця, валу) з метою визначення напруг і деформацій, що виникають при роботі двигуна.
  
  курсовая работа [2,0 M], добавлен 10.01.2012
  

• Розрахунок суднового двигуна типу 6L275ІІІPN

  Загальний опис, характеристики та конструкція суднового двигуна типу 6L275ІІІPN. Тепловий розрахунок двигуна. Схема кривошипно-шатунного механізму. Перевірка на міцність основних деталей двигуна. Визначення конструктивних елементів паливної апаратури.
  
  курсовая работа [1,8 M], добавлен 14.05.2014
  

• Визначення параметрів робочого циклу двигуна

  Тиск газів над поршнем у процесі впуску. Розрахунок параметрів процесу згорання. Побудова індикаторної діаграми робочого циклу двигуна внутрішнього згорання. Сила тиску газів на поршень. Побудова графіка сил. Механічна характеристика дизеля А-41.
  
  курсовая работа [90,3 K], добавлен 15.12.2013
  

• Розрахунок автомобільного двигуна

  Хімічні реакції при горінні палива. Розрахунок процесів, індикаторних та ефективних показників дійсного циклу двигуна. Параметри циліндра та тепловий баланс пристрою. Кінематичний розрахунок кривошипно-шатуного механізму. Побудова індикаторної діаграми.
  
  курсовая работа [1,2 M], добавлен 26.12.2010
  

• Основні розрахунки щодо роботи автомобільного двигуна

  Сучасна автомобільна силова установка - складна машина, що перетворює теплоту у механічну роботу. Розрахунок індикаторних та ефективних показників дійсного тиску, основних параметрів циліндра і теплового балансу двигуна та кривошипно-шатунного механізму.
  
  контрольная работа [516,9 K], добавлен 09.12.2010
  

• Розрахунок судового двигуна внутрішнього згоряння марки 7ДКРН 70/280

  Конструктивні особливості двигуна MAN B/W 7S70МС-С. Схема паливної системи для роботи дизеля на важкому паливі. Пускова система стисненого повітря. Розрахунок робочого циклу двигуна та процесу наповнення. Визначення індикаторних показників циклу.
  
  курсовая работа [4,4 M], добавлен 13.05.2015
  

• Тепловий розрахунок дизельного двигуна внутрішнього згорання з прототипом ЯМЗ-238Н

  Загальна будова та технічні характеристики двигуна внутрішнього згорання прототипу. Методика теплового розрахунку двигунів з іскровим запалюванням. Основні розміри двигуна та побудова зовнішньої швидкісної характеристики. Побудова індикаторної діаграми.
  
  курсовая работа [3,5 M], добавлен 02.06.2019
  

• Проект дизельного двигуна вантажного автомобіля

  Кінематичний та динамічний розрахунки кривошипно-шатунного механізму. Сили, які діють на шатунні шийки колінвалу. Розрахунок деталей кривошипно-шатунного механізму на міцність. Діаметри горловин впускного і випускного клапанів. Параметри профілю кулачка.
  
  курсовая работа [926,2 K], добавлен 19.11.2013
  

• Проектування чотиритактного V-подібного восьмициліндрового карбюраторного двигуна, в основі конструкції якого лежить двигун ЗІЛ-130

  Тепловий розрахунок чотиритактного V-подібного восьмициліндрового карбюраторного двигуна. Розрахунок кінематики і динаміки двигуна. Розрахунки на міцність найбільш навантажених деталей - поршня, поршневого кільця. Спрощений розрахунок колінчатого валу.
  
  курсовая работа [2,3 M], добавлен 09.09.2012
  

• Основи проектування двигуна внутрішнього згорання

  Загальна характеристика теплових двигунів. Розгляд параметрів процесу наповнення двигуна внутрішнього згорання. Розрахунок паливного насоса високого тиску. Обґрунтування вибору матеріалу деталей. Використання уніфікованих та стандартних елементів.
  
  курсовая работа [153,0 K], добавлен 30.03.2014
  

• Аналітичне дослідження кривошипно-шатунного механізма автомобільних двигунів

  Термодинамічний і дійсний цикли поршневих двигунів внутрішнього згорання (ДВЗ). Дослідження, кінематика та динаміка кривошипно-шатунного механізма двигуна ВАЗ-2106. Шлях поршня, його швидкість та прискорення. Дійсний цикл поршневих ДВЗ. Сили тиску газів.
  
  дипломная работа [1,0 M], добавлен 24.09.2010
  

• Тепловий розрахунок суднового допоміжного парового котла КВ1

  Визначення об’ємів повітря і продуктів згорання. Побудова діаграми "ентальпія-температура". Тепловий баланс допоміжного котла. Розрахунок теплообміну в топці. Визначення коефіцієнту теплопередачі ті його складових у гладкотрубних випарних пучках.
  
  курсовая работа [1,3 M], добавлен 12.02.2015
  

• Аналіз конструкції двигуна

  Методика розрахунку обмоткових даних якоря, зубцевого шару і провідників обмотки, колектора та щіток, повітряного проміжку, полюса і осердя статора, магнітного кола, втрат і коефіцієнту корисної дії. Тепловий розрахунок двигуна та опис його конструкції.
  
  курсовая работа [755,4 K], добавлен 20.09.2015
  

• Технічна характеристика та умови роботи кривошипно-шатунного механізму двигуна ВАЗ-2108

  Вплив основних спрацювань шатуна на технічний стан і роботу кривошипно-шатунного механізму. Характеристика дефектів деталі та складання маршрутів відновлення. Вибір технологічного обладнання, оснащення, ріжучого та іншого інструменту для ремонту.
  
  курсовая работа [1,4 M], добавлен 20.12.2013
  

• Локомотивна енергетична установка

  Основні параметри робочого процесу двигуна, побудова його індикаторної діаграми. Динамічний розрахунок шатунно-кривошипного механізму. Матеріал виготовлення головного шатуна. Змащення та охолодження шатунного підшипника маслом від корінних підшипників.
  
  контрольная работа [782,2 K], добавлен 03.08.2015
  

• Технологічний процес поточного ремонту двигуна МеМЗ-3011 та відновлення працездатності рульового механізму

  Технічна характеристика двигуна. Розрахунок виробничої річної програми трудомісткості для автомобіля ЗАЗ-1105. Технологія поточного ремонту двигуна МеМЗ-3011. Дефекти рульового механізму і способи їх усунення. Методи боротьби з шумом та вібрацією.
  
  дипломная работа [581,2 K], добавлен 06.06.2012
  

• Показники роботи трансформатора та асинхронного двигуна

  Вхідні дані та розрахунок трансформатора, його значення в електричних системах та особливості використання. Характеристика ХХ трансформатора. Розрахунок потужності, ковзання, пускового струму та напруги, механічна характеристика асинхронного двигуна.
  
  курсовая работа [402,3 K], добавлен 15.03.2012
  

• Технічне обслуговування та ремонт кривошипно-шатунного механізму

  Призначення та будова кривошипно-шатунного механізму тракторів, його основні елементи та їх взаємодія. Деталі групи остова, поршня та шатуна, колінчастого вала. Можливі несправності даного механізму, особливості його технічного обслуговування та ремонту.
  
  контрольная работа [7,4 M], добавлен 17.09.2010
  

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