Расчет автомобильного карбюраторного двигателя

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. Эта тенденция сохраняется сегодня и будет еще сохранятся в ближайшей перспективе.

Курсовое проектирование тАУ заключительная часть учебного процесса по изучению дисциплины, раскрывающее степень усвоения необходимых знаний, творческого использования их для решения конкретных инженерных задач. Оно служит одновременно начальным этапом самостоятельной работы молодого специалиста, сокращающий период его адаптации на производстве. Целью данного курсового проектирования является расчет проектируемого автомобильного двигателя.

Министерство образования Российской Федерации

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ВлОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТВ»

Транспортный факультет

Кафедра автомобильного транспорта

1. Задание на курсовое проектирование

Исходные данные: Тип двигателя тАУ карбюраторный;

Номинальная мощность =80 кВт;

Номинальная частота вращения =4400 об/мин;

Число цилиндров 4;

Степень сжатия 8,5;

Охлаждение тАФ жидкостное;

Детали для расчета тАФ поршень, поршневое

кольцо, шатун;

Система для расчета тАФ охлаждения.

ВаРазработать:

1)Тепловой расчет рабочего цикла;

2)Расчет внешней скоростной характеристики;

3)Динамический расчет КШМ;

4)Рассчитать на прочность детали;

5)Рассчитать систему;

6)Поперечный и продольный разрезы двигателя.

Дата выдачи задания Вл___В»_____________2005г.

РуководительВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа Калимуллин Р.Ф.

Исполнитель

Студент гр. 02ААХ-1ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа Полстовалов А.М.

Срок защиты проекта Вл___В»_____________2006г.

2 Тепловой расчет рабочего цикла

2.1 Рабочее тело и его свойства

2.1.1 Топливо

Топливом для рассчитываемого двигателя служит бензин А-76

по ГОСТ 2084-77.

Элементный состав топлива: ; ; .

Низшая теплота сгорания Вав кДж/кг:

Вагде Ваи тАУ массовые доли серы и влаги в топливе.

ВаВ расчетах принимается ; .

2.1.2 Горючая смесь

ВаВаВаВа Теоретически необходимое количество топлива Вав кгВ·возд/кгВ·топл:

и Вав кмоль возд/кг топл:

ВаВаВаВа Коэффициент избытка воздуха =0,85тАж0,98ВаВаВаВа Принимаем =0,9

ВаВаВаВа Действительное количество воздуха в кмольВ·возд/кгВ·топл:

ВаВаВаВа Молекулярная масса паров топлива =110тАж120 кг/кмоль.

Принимаем =114 кг/кмоль.

ВаВаВа Количество горючей смеси в кмоль гор.см/кг топл:

2.1.3 Продукты сгорания

ВаВаВаВа При неполном сгорании топлива продукты сгорания представляют собой смесь углекислого газа , водяного пара , окиси углерода , свободного водорода и азота .

ВаВаВаВа Количество отдельных составляющих продуктов сгорания вВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа

кмоль пр.сг/кг топл:

,

,

,

,

где ВатАУ константа, зависящая от отношения количества водорода и окиса углерода в продуктах сгорания; для бензинов =0,45тАж0,5

Принимаем =0,5

ВаВаВаВа Общее количество продуктов неполного сгорания в кмольВ·пр.сг/кгВ·топл:

.

ВаВаВаВа Изменение количества молей рабочего тела при сгорании вВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа кмоль пр.сг/кг топл:

.

ВаВаВаВа Химический коэффициент молекулярного изменения горючей смеси:

2.2 Процесс впуска

ВаВаВаВа 2.2.1 Давление и температура окружающей среды

ВаВаВаВа Атмосферные условия: Р₀=0,1 МПа; Т₀=293 К.

ВаВаВаВа 2.2.2 Давление и температура остаточных газов

P_r=(1,05тАж1,25)P_0,ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа Принимаем P_r=0,12 МПа.

T_r=900тАж1100 КВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа Принимаем T_r=1000 К.

2.2.3 Степень подогрева заряда

=0тАж20 К,ВаВаВа ПринимаемВа =15 К.

2.2.4 Давление в конце впуска

тАУ средняя скорость движения заряда при максимальном открытии клапана м/с

ВаВаВаВа Принимаем ,ВаВа м/с

ВаВаВаВа Плотность заряда на впуске Вав кг/м³:

Так как наддув отсутствует впуск воздуха происходит из атмосферы, то

ВаМПа,ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа К.

ВаВаВаВа Потери давления во впускном трубопроводе Вав МПа:

ВаВаВаВа Давления в конце впуска в МПа:

ВаВаВаВа 2.2.5 Коэффициент и количество остаточных газов

ВаВаВаВа Коэффициент остаточных газов :

ВаВаВаВа Количество остаточных газов Вав кмоль ост.газов/кг топл:

.

ВаВаВаВа 2.2.6 Температура в конце впуска

ВаВаВаВа Температура в конце впуска Вав градусах Кельвина (К):

2.2.7 Коэффициент наполнения

.

Таблица 2.1―Рассчитанные параметрыВа процессаВа впуска в сравнении со значениями этих параметров у современных автомобильных двигателей

2.3 Процесс сжатия

2.3.1 Показатель политропы сжатия

Средний показатель адиабаты сжатия :

Показатель политропы сжатияВаВаВа 1,36

2.3.2 Давление и температура конца процесса сжатия

Давление Вав МПа и температура Вав градусах Кельвина (К) а конце процесса сжатия:

;

.

2.3.3 Средняя мольная теплоемкость рабочей смеси в конце сжатия

Температура конца процесса сжатия Вав градусах Цельсия (ºС):

Средняя мольная теплоемкость остаточных газов в конце сжатия ВаВав

кДж/(кмольВ·град):

Средняя мольная теплоемкость остаточных газов в конце сжатияВа ВаВав

кДж/(кмольВ·град):

Средняя мольная теплоемкость рабочей смеси ВаВаВавВа кДж/(кмольВ·град):

;

ВаВаВаВа Таблица 2.2―Ва Значения параметров процесса сжатия

2.4 Процесс сгорания

ВаВаВаВа 2.4.1 Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси

.

2.4.2Ва Температура конца видимого сгорания

Температура газа Вав конце видимого сгорания определяется с использованием решения уравнения сгорания, которая имеет вид:

.

где тАФ коэффициент использования низшей теплоты сгорания на участке видимого сгорания,Ва =0,8тАж0,95ВаВаВаВаВаВа ПринимаемВа =0,85

тАФ потеря теплоты вследствие химической неполноты сгорания, кДж/кг

ВаВаВаВа при <1

тАФ средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания при постоянном объеме, кДж/(кмольВ·град):

.

Отдельные средние мольные теплоемкости продуктов сгорания при изменении температуры в диапазоне 1501тАж2800 ºС, могут быть выражены в зависимости от температуры :

;

;

;

;

.

ВаВаВаВа Получаем квадратное уравнение вида:

.

ВаВаВаВа Температура в конце видимого сгорания в градусах Цельсия (ºС):

.

ВаВаВа Температура Вав градусах Кельвина (К):

.

2.4.3 Степень повышения давления цикла

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа

ВаВаВаВа 2.4.4 Степень предварительного расширения

=1.

2.4.5 Максимальное давление сгорания

ВаВаВаВа Максимальное давление Вав МПа в конце сгорания:

ВаВаВаВа Таблица 2.3― Значения параметров процесса сгорания

2.5 Процесс расширения.

2.5.1 Показатель политропы расширения

Средний показатель адиабаты расширения :

;

.

2.5.2 Давление и температура конца процесса расширения

Степень последующего расширения:

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа

Давление Вав МПаВа и температура Вав градусах Кельвина (К) в конце процесса расширения:

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа

Таблица 2.4― Значения параметров процесса расширения

ВаВаВаВа 2.6 Проверка точности выбора температуры остаточных газов

ВаВаВаВа Расчетное значение температуры остаточных газов Вав К:

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа

ВаВаВаВа Расхождение между принятой величиной Ваи рассчитанной :

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа

2.7 Индикаторные показатели рабочего цикла

2.7.1 Среднее индикаторное давление

ВаВаВаВа Среднее теоретическое индикаторное давление Вав МПа:

;

Среднее действительное индикаторное давление действительного цикла

Вав МПа:

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа

где тАФ коэффициент полноты индикаторной диаграммы

=0,94тАж0,97ВаВаВаВаВаВаВа Принимаем =0,96

2.7.2 Индикаторный КПД

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа

2.7.3 Индикаторный удельный расход топлива

ВаВаВаВа Индикаторный удельный расход топлива в г/(кВтВ·ч):

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа

Таблица 2.5― Значения индикаторных показателей двигателей

2.8 Эффективные показатели двигателя

2.8.1 Давление механических потерь

Принимаем: экспериментальные коэффициенты =0,034;ВаВа =0,0113

средняяВа скорость поршня =9тАж16 м/сВаВаВаВаВаВа =13,5 м/с

ВаВаВаВа Давление механических потерь Вав МПа:

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа

2.8.2 Среднее эффективное давление

Среднее эффективное давление Вав МПа:

2.8.3 Механический КПД

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа

2.8.4 Эффективный КПД

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа

2.8.5 Эффективный удельный расход топлива

Эффективный удельный расход топлива Вав г/(кВтВ·ч):

;Ва

Таблица 2.6― Значения эффективных показателей двигателей

2.9 Основные параметры и показатели двигателя

Рабочий объем цилиндра Вав дм²:

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа

тАФ коэффициент тактности рабочего цикла,ВаВа =4

Диаметр цилиндра Вав мм:

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа

где тАФ отношение линейных размеров цилиндра =0,86тАж1,07ВаВаВаВаВаВа

Принимаем =0,95

Ход поршня двигателя Вав мм:

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа

Округляем до 95 мм.

ВаВаВаВа Расчетная средняя скорость поршня Вав м/с:

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа

ВаВаВаВа Ошибка между принятой и расчетной средней скоростью поршня:

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа

ВаВаВаВа Рабочий объем одного цилиндра Вав дм³:

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа

ВаВаВаВа Литраж двигателя Вав дм³:

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа

ВаВаВаВа Объем камеры сгорания Вав дм³:

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа

ВаВаВаВа Полный объем цилиндра Вав дм³:

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа .

ВаВаВаВа Эффективная мощность двигателя Вав кВт:

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа

ВаВаВаВа Поршневая мощность двигателя Вав кВт/дм²:

^{;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа}

ВаВаВаВа Эффективный крутящий момент Вав НВ·м:

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа

ВаВаВаВа Часовой расход топлива Вав кг/ч:

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа

ВаВаВаВа Масса двигателя Вав кг:

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа

где ВатАФ удельная масса рядного двигателяВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа =3,5 кг/кВт

ВаВаВаВа 2.10 Оценка надежности двигателя

ВаВаВаВа По критерию Б.Я.Гинцбурга:

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа

ВаВаВаВа Критерий А.К.Костина:

;

Поскольку у рассчитываемого двигателя =2,03 кВт/см не превышает значения 2,8 кВт/см, а =8,97 тАФ значения 9,0, то ориентировочно можно считать двигатель надежным.

2.11 Тепловой баланс

Общее количество теплоты введенное в цилиндр Вав Дж/с:

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа

ВаВа Теплота , эквивалентная эффективной работе, в Дж/с:

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа

ВаВаВаВа Теплота , отводимая охлаждающей жидкостью, в Дж/с:

;

где ВатАФ коэффициент пропорциональности, =0,45тАж0,53ВаВаВаВаВа

Принимаем =0,5

ВатАФ показатель степени, =0,6тАж0,7ВаВаВаВаВаВа Принимаем =0,63

ВаВаВаВа Теплота , унесенная из двигателя с отработавшими газами, в Дж/с:

;

где ВатАФ температура остаточных газов, Сº:

.

ВатАФ теплоемкость остаточных газов в кДж/(кмольВ·град):

;

ВатАФ теплоемкость свежего заряда в кДж/(кмольВ·град):

;ВаВаВаВаВа .

ВаВаВаВа Теплота Вапотерянная при неполном сгорании топлива в Дж/с:

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа

ВаВаВаВа Неучтенные потери теплоты Вав Дж/с:

;

.

ВаВаВа Основные значения составляющих теплового баланса:

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа

;

Таблица 2.7― Значения составляющих теплового баланса в процентах

2.12 Построение индикаторной диаграммы

ВаВаВаВа Масштаб хода поршня Вамм

ВаВаВаВа Отрезок, соответствующий рабочему объему цилиндра:

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа Вамм.

ВаВаВаВа Отрезок, соответствующий объему камеры сгорания:

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа мм.

ВаВаВаВа Отрезок, соответствующий полному объему цилиндра:

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа мм.

ВаВаВаВа Масштаб давления Вамм.

ВаВаВаВа Отрезок, соответствующий максимальному давлению:

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа Вамм.

ВаВаВаВа Величины давлений в мм:

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа Вамм;

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа Вамм;

Ва;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа мм;

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа Вамм;

;ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа Вамм.

Выбираем отношение Варадиуса кривошипа Вак длине шатуна

;ВаВа Принимаем .

ВаВаВа Таблица 2.8― Результаты расчетов политроп сжатия