Расчёт двигателя внутреннего сгорания

 

 

Содержание:

Введение 4

1. Тепловой расчет двигателя:

1.1. Определение  параметров рабочего тела 6

1.2. Количество  продуктов сгорания 6

1.3 Параметры  действительного цикла двигателя:

1.3.1. Параметры  процесса выпуска 7

1.3.3. Параметры  процесса сжатия 7

1.3.4. Определение  теплоемкости рабочей смеси 8

1.3.5. Параметры  процесса сгорания 8

1.3.6. Параметры процесса  расширения 9

1.3.7. Параметры процесса  выпуска 9

1.4 Индикаторные  и эффективные показатели рабочего  цикла

1.4.1 Среднее  индикаторное давление 9

1.4.2. Индикаторный  КПД двигателя и расход топлива 10

1.4.3. Среднее  эффективное давление 10

1.4.4. Эффективный  КПД и расход топлива 10

1.5. Определение  основных размеров цилиндра двигателя 10

1.6. Построение  индикаторной диаграммы

1.6.1. Выбор  масштабов и определение координат основных точек 11

1.6.2. Построение  политроп сжатия и расширения  аналитическим 

          методом. 11

1.6.3. Скругление  индикаторной диаграммы 12

1.7. Тепловой  баланс двигателя 13

1.8. Построения  внешней скоростной характеристики 15

2. Кинематика  и динамика кривошипно-шатунного  механизма:

2.1. Кинематика  кривошипно-шатунного механизма 

2.2.Динамика  кривошипно-шатунного механизма 16

2.2.1. Силы давления  газов 18

2.2.2. Определение  сил инерции 18

2.2.3. Суммарные силы, действующие в кривошипно-шатунном

         механизме 19

2.2.4. Силы, действующие  на шатунные шейки коленчатого  вала 21

2.2.5. Диаграмма износа  шатунной шейки 21

2.2.6. Определение наиболее  нагруженной шейки коленвала 23

3. Расчет основных  элементов механизма газораспределения 25

3.1. Общие  сведения 25

3.2. Построение профиля кулачка 25

3.3. Время - сечения клапана 26

3.4. Расчет пружины клапана 27

Приложение:

Спецификация 29

 

ВВЕДЕНИЕ

Курсовой проект по курсу "Двигатели  внутреннего сгорания" состоит  из следующих разделов:

а) тепловой расчет двигателя;

б) расчет внешней скоростной характеристики;

в) расчет элементов теплового баланса двигателя;

г) кинематический и динамический расчет кривошипно-шатунного механизма;

д) расчет основных элементов механизма газораспределения;

е) конструирование основных узлов и механизмов двигателя;

Тепловой  расчет двигателя включает в себя расчет параметров рабочего тела, расчет параметров действительного цикла двигателя. На основании расчетных данных строится индикаторная диаграмма двигателя, рассчитываются основные размеры цилиндров двигателя.

Внешняя скоростная характеристика с достаточной степенью точности может быть построена по результатам расчета, проведенного для одного режима работы двигателя -режима максимальной мощности, и использования эмпирических зависимостей.

Расчет кинематики, кривошипно-шатунного механизма  двигателя внутреннего сгорания заключается в определении пути, скорости и ускорения поршня.

Динамический  расчет кривошипно-шатунного механизма  заключается в определении суммарных сил и моментов, возникающих от действия сил давления газов и сил инерции. По этим силам впоследствии выполняют расчеты на прочность основных деталей двигателя, а также вычисляют неравномерность крутящего момента и степень неравномерности хода двигателя.

Расчет основных элементов механизмов газораспределения  включает в себя расчет проходных сечений в седле клапана и его горловине, построение профиля кулачка распределительного вала, расчет пружин клапана.

Конструирование основных узлов и механизмов двигателя включает в себя разработку сборочного чертежа двигателя (продольного и поперечного разрезов), согласно полученным в расчетах размерам.

Необходимо  произвести расчет характеристик и  конструктивных элементов автомобильного двигателя внутреннего сгорания, который должен обладать следующими техническими характеристиками;

•Номинальная  мощность двигателя, N_е,кВт                                      156

•Номинальная  частота вращения, n_емин^-1                                          3950

•Степень  сжатия, e                                                                                6,9

•Коэффициент  избытка воздуха, a                                                     0,89

•Отношение  радиуса кривошипа к длине  шатуна, l _ш                      0,3

•Тип двигателя – Р- рядный 6-ти цилиндровый

Так как степень  сжатия e =6,9 и a=0,89< 1, следовательно проектируемый двигатель является карбюраторным. В качестве прототипа принимаем двигатель ГАЗ-62, карбюраторный, 4-хтактный, 6-цилиндровый, Р-рядный, верхнеклапанный. Данный двигатель устанавливается на автомобилях ГАЗ-62

 

 

 

 

 

 

1. Тепловой   расчет   двигателя.

 

1.1. Параметры  рабочего тела.

Исходя из элементарного  состава топлива необходимое  количество воздуха для полного  сгорания массовой или объемной единицы топлива:

 

0,513

 

14,84

Величина поступившего в цилиндры карбюраторных  двигателей свежего заряда (горючей смеси) зависит  от коэффициента избытка воздуха a и количества испарившегося топлива в смеси:

 

0,465

где =110…120 кг/моль .

 

1.2. Количество продуктов  сгорания.

При сгорании смесей с a≤1 будет иметь место неполное окисление углерода и водорода топлива вследствие меньшего количества кислорода, поступающего со свежим зарядом. Отношение количества свободного водорода и окиси углерода СО в выпускных газах характеризуется коэффициентом К.

 

0,056 (кмоль/кг)

 

0.0158 (кмоль/кг)

 

0.0621 (кмоль/кг)

 

0,0079(кмоль/кг)

 

0.361 (кмоль/кг)

 

0.5028 (кмоль/кг)

Правильность расчета  отдельных компонентов продуктов  сгорания может быть проверена следующим образом:

при α<1  

=0.5027(кмоль/кг)

 

 

1.3. Параметры  действительного цикла двигателя.

 

1.3.1. Параметры  процесса выпуска.

В процессе работы двигателя  в его камере сгорания всегда остается некоторое количество продуктов сгорания от предыдущего цикла. Температура и давление остаточных газов зависят от многих параметров таких как сопротивление системы выпуска, быстроходности двигателя, степени сжатия, фаз газораспределения и т.п. Поэтому при предварительном расчете двигателя примем                  =1,25*0,1=0,125 мПа

        1000К

При увеличении степени сжатия Т₁ снижается, а при увеличении частоты – увеличивается.

 

1.3.2. Параметры процесса  впуска.

 

В процессе наполнения из-за контакта свежего заряда с нагретыми стенками каналов системы впуска и цилиндра двигателя температура горючей смеси несколько повышается. В зависимости от окружающей среды и подогрева меняется плотность заряда на впуске:

1.189 кг/м3

Плотность заряда и сопротивление  впускной системы влияет на потери давления на впуске:

0,018  МПа)

 где b- коэффициент затухания скорости движения заряда в цилиндре

        x- коэффициент сопротивления системы впуска

        w_ВП- средняя скорость заряда на впуске

Давление в конце  впуска:

0.082  мПа

Коэффициент остаточных газов характеризует степень  очистки цилиндра от продуктов сгорания.

0,086

Температура заряда в конце впуска в значительной мере определяется температурой остаточных газов:

358,195  (К)

Величина, характеризующая  качество процесса впуска – коэффициент  наполнения двигателя определяющий степень заполнения  объема цилиндра двигателя свежим зарядом в процессе впуска. Коэффициент заполнения:

0,882

1.3.3. Параметры процесса  сжатия.

 

К₁=1,38 – показатель адиабаты

n₁=(К₁-0.01)…(К₁-0.04)=1,377-0,02

n₁- показатель политропы сжатия

 

Давление в конце процесса сжатия

1,1275    (мПа)

Температура рабочего тела в конце процесса сжатия

713,82   (К)

1.3.4. Определение теплоемкости  рабочей смеси.

 

Средняя мольная теплоемкость рабочей смеси зависит от теплоемкости свежего заряда, а также от теплоемкости и количества отдельных составляющих:

28,3

20,655    кДж/кмольК

25,07  кДж/кмольК

20,684 кДж/кмольК

21,4684 кДж/кмольК

22,332 (кДж/кмольК)

остаточных газов :

  21,763 (кДж/кмольК)

1.3.5. Параметры процесса  сгорания.

Коэффициент молекулярного  изменения горючей смеси

1,081

при сгорании топлива  действительный коэффициент изменения  рабочей смеси должен учитывать наличие в рабочей смеси некоторого количества остаточных газов от предыдущего цикла:

1,0746

при сгорании не обогащенных  смесей некоторое количество теплоты не выделяется при сгорании вследствие образования и выброса из цилиндра некоторого количества CO и H₂.

6768,78 (кДж/кг)

в результате сгорания рабочей  смеси в цилиндре двигателя выделяется некоторое количество теплоты:

 

              

 

72942,14 (кДж/кмоль)

для определения температуры  рабочего тела в конце процесса сгорания определяем среднюю мольную теплоемкость продуктов сгорания:

 

 

температура в конце видимого процесса сгорания

(К) 

2696,85

давление в конце видимого сгорания:

4,578 (Мпа)

действительные максимальные давления цилиндра карбюраторного двигателя обычно ниже расчетных значений P_Z, что объясняется увеличением объема надпоршневого пространства к моменту реализыции максимума давления.

 

3,89 (Мпа)

1.3.6. Параметры процесса  расширения:

0,407 (МПа)

1654,35 (К)

1.3.7. Параметры процесса  выпуска:

1116,176 (К)

 

 

1.4. Индикаторные и эффективные показатели  рабочего цикла.

 

1.4.1. Среднее индикаторное давление:

 

0,986 Мпа

 

Уменьшение расчетного среднего индикаторного давления в  этом случае учитывается коэффициентом полноты индикаторной диаграммы:

     ;  Принимаем Ф_п.=0,95

 

(МПа)

 

1.4.2. Индикаторный КПД двигателя и расход топлива.

 

Индикаторный КПД двигателя  характеризует степень использования  теплоты в действительном цикле:

индикаторный удельный расход топлива при известной  величине

 индикаторного КПД  :

 

 

 

305,78 (г/кВтч)

 

1.4.3. Среднее эффективное  давление:

 используемое для  выполнения полезной работы 

0,707 (Мпа)

где  при  S/d >1 и i  6     0,23 (МПа)

1.4.4. Эффективный КПД  и расход топлива:

0,75

0,2

удельный эффективный  расход топлива:

412,81 (г/кВтч)                  !!!!!!!

1.5. . Определение основных размеров цилиндра двигателя.

На основании  полученных по предыдущим расчетам значений при заданных мощности и частоте  вращения коленчатого вала двигателя  можно определить его рабочий  объем:

Рабочий объем  двигателя:

6,7  (л)

рабочий объем одного цилиндра:

1,117 (л)

108,96=109 (мм)

120 (мм)

6,715 (л)

15,8 (м/с)

156,57 (кВт)

64,51(кг/ч)

377,98 (Нм)

1.6. Построение индикаторной  диаграммы:

Мр = 0,03 (Мпа/мм)

 Приведенная к принятому  масштабу величина объема камеры  сгорания

(мм); 

максимальная высота индикаторной диаграммы:           

152,6 (мм)

1.6.2. Построение  политроп сжатия и расширения  аналитическим методом.

 

Координаты  точек политропы сжатия рассчитываются на основании уравнения, МПа