Автомобиль. Рабочие процессы и экологическая безопасность двигателя

Автомобиль. Рабочие процессы и экологическая безопасность двигателя

1. ВведенИЕ Стр.3

2. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ВЫБОР АНАЛОГА ДВИГАТЕЛЯ Стр.4.

3. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ. Стр.5

3.1 ПРОЦЕСС ВПУСКА Стр.6

3.2 ПРОЦЕСС СЖАТИЯ Стр.6

3.3 ПРОЦЕСС СГОРАНИЯ Стр.6

3.4 ПРОЦЕСС РАСШИРЕНИЯ Стр.7

3.5 ИНДИКАТОРНЫЕ ПАРАМЕТРЫ РАБОЧЕГО ЦИКЛА ДВИГАТЕЛЯ. Стр.7

3.6 ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДВИГАТЕЛЯ . Стр.8

3.7 ПОСТРОЕНИЕ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ. Стр.9

4. ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ. Стр.10

4.1 КИНЕМАТИКА КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА. Стр.10

4.2 ПОСТРОЕНИЕ РАЗВЕРНУТОЙ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ. Стр. 12

4.3 РАСЧЕТ РАДИАЛЬНОЙ (N) , НОРМАЛЬНОЙ (Z) И ТАНГЕНЦИАЛЬНОЙ СИЛ ДЛЯ ОДНОГО ЦИЛИНДРА. Стр.13

4.4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СУММАРНЫХ НАБЕГАЮЩИХ ТАНГЕНЦИАЛЬНЫХ СИЛ И

СУММАРНОГО НАБЕГАЮЩЕГО КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА. Стр.17

5. ВЫВОДЫ. Стр.18

6. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ. Стр.19

1. ВВЕДЕНИЕ .

На наземном транспорте наибольшее распространение получили двигатели внутреннего сгорания. Эти двигатели отличаются компактностью, высокой экономичностью, долговечностью и применяются во всех отраслях народного хозяйства.

В настоящее время особое внимание уделяется уменьшению токсичности выбрасываемых в атмосферу вредных веществ и снижению уровня шума работы двигателей .

Специфика технологии производства двигателей и повышение требований к качеству двигателей при возрастающем объеме их производства , обусловили необходимость создания специализированных моторных заводов . Успешное применение двигателей внутреннего сгорания , разработка опытных конструкций и повышение мощностных и экономических показателей стали возможны в значительной мере благодаря исследованиям и разработке теории рабочих процессов в двигателях внутреннего сгорания .

Выполнение задач по производству и эксплуатации транспортных двигателей требует от специалистов глубоких знаний рабочего процесса двигателей , знания их конструкций и расчета двигателей внутреннего сгорания .

Рассмотрение отдельных процессов в двигателях и их расчет позволяют определить предполагаемые показатели цикла , мощность и экономичность , а также давление газов , действующих в надпоршневом пространстве цилиндра , в зависимости от угла поворота коленчатого вала . По данным расчета можно установить основные размеры двигателя (диметр цилиндра и ход поршня ) и проверить на прочность его основные детали .

2. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ .

По заданным параметрам двигателя произвести тепловой расчет , по результатам расчета построить индикаторную диаграмму , определить основные параметры поршня и кривошипа . Разобрать динамику кривошипно-шатунного механизма определить радиальные , тангенциальные , нормальные и суммарные набегающие силы действующие на кривошипно-шатунный механизм . Построить график средних крутящих моментов .

Прототипом двигателя по заданным параметрам может служить двигатель ЗИЛ-164 .

ТАБЛИЦА 1. Параметры двигателя .

3. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ .

При проведении теплового расчета необходимо правильно выбрать исходные данные и опытные коэффициенты , входящие в некоторые формулы . При этом нужно учитывать скоростной режим и другие показатели , характеризующие условия работы двигателя .

ТОПЛИВО :

Степень сжатия e = 8,2 . Допустимо использование бензина АИ-93 ( октановое число = 81¸90 ) . Элементарный состав жидкого топлива принято выражать в единицах массы . Например в одном килограмме содержится С = 0,855 , Н = 0,145 , где От - кислород ; С- углерод ; Н - водород . Для 1кг. жидкого топлива , состоящего из долей углерода , водорода , и кислорода , при отсутствии серы можно записать : С+Н+От = 1 кг .

ПAРАМЕТРЫ РАБОЧЕГО ТЕЛА:

Определение теоретически необходимого количества воздуха при полном сгорании жидкого топлива . Наименьшее количество кислорода Оо , которое необходимо подвести извне к топливу для полного его окисления , называется теоретически необходимым количеством кислорода . В двигателях внутреннего сгорания необходимый для сгорания кислород содержится в воздухе , который вводят в цилиндр во время впуска . Зная , что кислорода в воздухе по массе 0,23% , а по объему 0,208% , получим теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1кг топлива :

кг.

кмоль.

Действительное количество воздуха , участвующего в сгорании 1 кг. топлива при a=0,9 : alo = 0.9*14.957 = 13.461 кг ; aLo = 0,9 * 0,516 = 0,464 . При молекулярной массе паров топлива mт = 115 кмоль , найдем суммарное количество свежей смеси :

М1 = 1/ mт + aLo = 1/115+0,464 = 0,473 кмоль.

При неполном сгорании топлива ( a<1 ) продукты сгорания представляют собой смесь окиси углерода (СО) , углекислого газа (СО2) , водяного пара (Н2О) , свободного водорода (Н2) , и азота (N2) . Количество отдельных составляющих продуктов сгорания и их сумма при К=0,47 (постоянная зависящая от отношения количества водорода к окиси углерода , содержащихся в продуктах сгорания).:

Мсо = 2*0,21*[(1-a)/(1+K)]*Lo = 0,42*(0,1/1,47)*0,516 = 0,0147 кмоль.

МСО2 = С/12- Мсо = 0,855/12-0,0147 = 0,0565 кмоль.

МН2 = К* Мсо = 0,47*0,0147 = 0,00692 кмоль.

МН2О = Н/2 - МН2 = 0,145/2-0,00692 = 0,06558 кмоль.

МN2 = 0,792*aLo = 0,792*0,9*0,516 = 0,368 кмоль.

Суммарное количество продуктов сгорания :

М2 = 0,0147+0,0565+0,00692+0,06558+0,368 = 0,5117 кмоль.

Проверка : М2 = С/12+Н/2+0,792*aLo = 0,855/12+0,145/2+0,792*0,9*0,516 = 0,5117 .

Давление и температура окружающей среды : Pk=Po=0.1 (МПа) и Tk=To= 293 (К) , а приращение температуры в процессе подогрева заряда DТ = 20о С . Температура остаточных газов : Тr = 1030o К . Давление остаточных газов на номинальном режиме определим по формуле : PrN = 1.16*Po = 1,16*0,1 = 0,116 (МПа) .

, где

РrN - давление остаточных газов на номинальном режиме , nN - частота вращения коленчатого вала на номинальном режиме равное 5400 об/мин. Отсюда получим :

Рr=Р0×( 1,035+ Ар×10-8 ×n2)= 0,1×(1,035+0,42867×10-8×54002) = 0,1×(1,035+0,125)=0,116 (Мпа)

3.1 ПРОЦЕСС ВПУСКА .

Температура подогрева свежего заряда DТ с целью получения хорошего наполнения двигателя на номинальном скоростном режиме принимается DТN =10о С .

Тогда :

DТ = Ат × (110-0,0125×n) = 0,23533×(110-0,0125×5400)= 10о С .

Плотность заряда на впуске будет : ,

где Р0 =0,1 (Мпа) ; Т0 = 293 (К) ; В - удельная газовая постоянная равная 287 (Дж./кг*град.) Þ r0 = ( 0,1*106)/(287*293) = 1,189 (кг/м3).

Потери давления на впуске DРа , в соответствии со скоростным режимом двигателя

(примем (b2+xвп)= 3,5 , где b - коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом сечении цилиндра , xвп - коэффициент впускной системы ) ,

DРа = (b2+xвп)* Аn2*n2*(rk /2*10-6) , где Аn = wвп/ nN , где wвп - средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы (wвп = 95 м/с) , отсюда Аn= 95/5400 = 0,0176 . : rk = r0 = 1,189 ( кг/м3) .Þ DРа = (3,5× 0,1762×54002×1,189×10-6)/2 = (3,5×0,0003094×29160000×1,189×10-6) = 0,0107 (Мпа).