Автор работы: Пользователь скрыл имя, 07 Октября 2013 в 17:55, курсовая работа
Современные наземные виды транспорта обязаны своим развитием главным образом применению в качестве силовых установок поршневых двигателей внутреннего сгорания. Именно поршневые ДВС до настоящего времени являются основным видом силовых установок, преимущественно используемых на автомобилях, тракторах, сельскохозяйственных, дорожно-транспортных и строительных машинах. Являясь достаточно сложным агрегатом, любой двигатель должен вбирать в себя многие достижения постоянно развивающихся различных направлений и отраслей науки: химии и физики, гидравлики и аэродинамики, теплотехники и электроники, металлургии и сопротивления материалов, математики и вычислительной техники и т. д. и т. п.
Введение…………………………………………………………………………5
1 Тепловой расчет рабочего цикла двигателя….………...……………………6
1.1 Рабочее тело и его свойства………………………………………………6
1.2 Процесс впуска……………………………………………………………10
1.3 Процесс сжатия…………………………………………………...……….13
1.4 Процесс сгорания…………………………………..……………………..16
1.5 Процесс расширения………………………………………….…………..19
1.6 Процесс выпуска………………………………………….……………….21
1.7 Индикаторные показатели рабочего цикла……………………..……….22
1.8 Эффективные показатели двигателя……………………………………..23
1.9 Основные параметры и показатели двигателя……….………………….25
1.10 Тепловой баланс двигателя……………………………..………………28
2 Построение индикаторной диаграммы……………………………...……….32
3 Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателя….....36
3.1 Расчет силовых факторов, действующих в кривошипно-шатунном механизме……………………...…………………………………………………36
3.2 Построение графиков сил и моментов…………………………………..39
4 Расчет внешней скоростной характеристики……………….………………42
5 Оценка надежности проектируемого двигателя………………………….….43
6 Подбор автотранспортного средства к двигателю……………………….….44
7 Порядок Компоновка двигателя……………….………………………….….46
8 Расчет деталей на прочность…..……………….……………………………..50
8.1 Поршень…………………...………………………………………………50
8.2 Поршневое кольцо………..………………………………………………53
8.3 Шатун…………………………………………………………...…………54
Заключение………………………………………………...…………………….59
Список использованных источников…………………………….……...…..…60
В соответствии с заданием на курсовое проектирование необходимо выполнить тепловой расчёт рабочего цикла четырёхтактного двигателя на номинальном режиме работы, то сеть на режиме максимальной мощности, которую развивает данный двигатель. Выбранный расчетный режим соответствует наиболее тяжелым условиям работы деталей двигателя в отношении показателе их прочности и долговечности.
На основании теплового расчёта с достаточной для практики точностью можно построить индикаторную диаграмму, позволяющую определить, величину давления газов в цилиндре в зависимости от переменного объема пространства над поршнем. Эти данные необходимы для расчета деталей двигателя на прочность, выявить экономичность процесса, определить основные параметры двигателя.
1.1 Рабочее тело и его свойства
Рабочим телом называется вещество, при помощи которого осуществляется действительный рабочий цикл двигателя. Для двигателей внутреннего сгорания рабочее тело состоит из атмосферного воздуха, топлива и продуктов его сгорания.
1.1.1 Топливо
Теплота, необходимая для осуществления рабочего цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания, выделяется при химических реакциях сгорания топлива непосредственно в цилиндре двигателя.
Физико-химические свойства теплив, применяемых, в автомобильных двигателях, должны отвечал, определенным требованиям, зависящим от типа двигателя, особенностей его конструкции, параметров рабочего процесса и условий эксплуатации. Состав топлива и его параметры в принимаются по таблице 1.1
Таблица 1.1- Химический состав автомобильного топлива
|
Топливо |
Содержание в 1 кг |
Молекулярная с масса тТ, г/моль | ||
| Углерода С |
Водорода Н |
Кислорода О |
|
Дизельное топливо |
0,870 |
0,126 |
0,004 |
180...200 |
Выбранный состав топлива отвечает условию
При тепловом расчёте ДВС пользуются значением низшей теплоты сгорания топлива, под которой понимается количество теплоты, выделяемое при полном сгорании топлива без учета теплоты конденсации водяных паров. Низшая теплота сгорания в кДж/кг определяется по формуле Д.И. Менделеева
, (1.2)
где и - массовые доли серы и влаги в топливе.
В расчетах принимается = 0, = 0.
кДж/кг.
1.1.2 Горючая смесь
Для приготовления горючей смеси используется топливо и воздух. В дизеле топливовоздушная смесь образуется в камере сгорания за время впрыска топлива в конце процесса сжатия и в течение процесса сгорания.
Для полного сгорания топлива необходимо определенное количество воздуха, которое называется теоретически необходимым, и определяется по элементарному составу топлива в кг возд/кг топл.
или в кмоль возд/кг топл
кг возд/кг топл,
кмоль возд/кг топл.
В зависимости от условий работы двигателя на каждую единицу топлива приходится количество воздуха, большее пли меньшее теоретически необходимого. Отношение действительного количества воздуха, участвующего в сгорании 1 кг топлива, к теоретически необходимому количеству воздуха называется коэффициентом избытка воздуха.
Действительное количество воздуха в кмоль возд/кт топл определяется по формуле
где - коэффициент избытка воздуха.
Значение коэффициента зависит от типа смесеобразования, условий воспламенения и сгорания топлива, а также от режима работы двигателя.
Для дизельного двигателя при номинальной мощности принимаются следующие значения : 1,3…1,7
Принимаем равное 1,7
Количество горючей смеси в кмоль гор. см/кг топл определяется по
формуле:
где тТ - молекулярная масса паров топлива, г/моль.
Так как величина близка к нулю то:
1.1.3 Продукты сгорания
Количество продуктов сгорания для двигателей с воспламенением от сжатия определяется по формуле (1.7).
При полном сгорании топлива (при > 1,0) продукты сгорания состоят из углекислого газа С02, водяного пара , избыточного кислорода и азота .
Общее количество продуктов неполного сгорания в кмоль пр. сг/кг топл определяется по формуле:
Количество отдельных составляющих продуктов сгорания в кмоль пр.сг/кг топл определяются по следующим формулам:
кмоль пр. сг/кг топл,
кмоль пр. сг/кг топл,
кмоль пр. сг/кг топл,
кмоль пр. сг/кг топл,
Для жидкого топлива количество молей продуктов сгорания всегда больше, чем количество молей горючей смеси. Это происходит вследствие химических реакций распада молекул топлива при сгорании и образования новых молекул.
Изменение количества молей рабочего тела при сгорании в в кмоль /кг топл определяется по формуле:
Относительное изменение количества молей при сгорании горючей смеси характеризуется химическим коэффициентом молекулярного изменения горючей смеси который определяется по формуле:
1.2 Процесс впуска
Процесс впуска является одним из наиболее важных процессов, определяющим мощностные показатели двигателя. За период процесса впуска осуществляется наполнение цилиндра свежим зарядом.
1.2.1 Давление и температура окружающей среды
При работе автомобильных двигателей с наддувом воздух поступает в цилиндр из компрессора (нагнетателя), где он предварительно сжимается. В соответствии с этим давление и температура окружающей среды при расчёте рабочего цикла двигателя с наддувом принимается равной давлению рк и температуре Тк воздуха на выходе из компрессора.
Температура воздуха за компрессором Тк в градусах Кельвина (К) определятся по формуле:
, (1.14)
где — показатель политропы сжатия в компрессоре (нагнетателе), принимается =1,4...2,0.
Принимаем =1,5.
1.2.2 Давление и температура остаточных газов
В цилиндре двигателя перед началом процесса наполнения всегда содержится некоторое количество остаточных газов, находящихся в объеме камеры сгорания. Величина давления остаточных газов устанавливается в зависимости от числа и расположения клапанов, сопротивлений впускного и выпускного трактов, фаз газораспределения, характера наддува, быстроходности двигателя, нагрузки, системы охлаждения и других факторов.
Для двигателей с наддувом давление остаточных газов в МПа принимают равным:
МПа.
В зависимости от типа двигателя, степени сжатия, частоты вращения и коэффициента избытка воздуха выбираются значения температуры ,. остаточных газов для дизельных двигателей из следующих пределов: 600...900 К.
Принимаем =800 К.
1.2.3 Степень подогрева заряда
В процессе наполнения температура свежего заряда несколько увеличивается на величину благодаря подогреву от нагретых деталей двигателя.
Величина
зависит от расположения и конструкции
впускного трубопровода, системы охлаждения,
скоростного режима, нагрузки, размеров
цилиндра. С увеличением чиста оборотов
величина
при неизменном крутящем
моменте двигателя уменьшается приблизительно
линейно.
Повышение температуры
улучшает процесс испарения топлива, но снижает плотность заряда,
и таким образом, отрицательно влияет
на наполнение
двигателя.
Для дизелей с наддувом значения
принимают из следующих
Принимаем =10 К.
1.2.4 Давление в конце впуска
Величина давления в конце впуска в МПа для дизельных двигателей с наддувом может быть определена по формуле:
где - потери давления во впускном трубопроводе, МПа.
Потери давления во впускном трубопроводе в МПа определяются по
формуле:
где - коэффициент затухания скорости заряда в цилиндре,
- коэффициент, учитывающий гидравлическое сопротивление впускного тракта;
- средняя скорость движения заряда при максимальном открытии клапана, м/с;
- плотность заряда на впуске, кг/м .
При средней скорости заряда от 50 до 130 м/с величину ( + )принимают в пределах от 2,5 до 4,0.
Принимаем ( + )=2,7.
Принимаем =70 м/с.