Расчет автомобильного карбюраторного двигателя

Министерство образования Российской Федерации

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Транспортный факультет

Кафедра автомобильного транспорта

Курсовой проект

по автомобильным двигателям

Расчет автомобильного карбюраторного двигателя

Пояснительная записка

ГОУ ОГУ 150200.4.1.05.12 ПЗ

                                                                           Руководитель проекта

_________Калимуллин Р.Ф.

«__»_______________2006г.

                                                           Исполнитель

                                                                         студент гр. 03 ААХ-1

________Полстовалов А.М.

«__»_______________2006г.

Оренбург 2006г.

Содержание

Введение…………………………………………………………………………...4

1 Задание на курсовое проектирование……………………………………….…5 2 Тепловой расчет рабочего цикла………………………………………………6 2.1 Рабочее тело и его свойства………………………………………………….6 2.1.1 Топливо………………………………………………………………………6 2.1.2 Горючая смесь……………………………………………………………….6 2.1.3 Продукты сгорания………………………………………………………….7 2.2 Процесс впуска………………………………………………………………..8 2.2.1 Давление и температура окружающей среды……………………………..8 2.2.2 Давление и температура остаточных газов………………………………..8 2.2.3 Степень подогрева заряда…………………………………………………..8 2.2.4 Давление в конце впуска……………………………………………………8 2.2.5 Коэффициент и количество остаточных газов……………………………9 2.2.6 Температура в конце впуска………………………………………………..9 2.2.7 Коэффициент наполнения………………………………………………….9 2.3 Процесс сжатия……………………………………………………………..10 2.3.1 Показатель политропы сжатия……………………………………………10 2.3.2 Давление и температура конца процесса сжатия………………………10 2.3.3 Средняя мольная теплоемкость рабочей смеси в конце сжатия………10 2.4 Процесс сгорания……………………………………………………………11 2.4.1 Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси……………….11 2.4.2 Температура конца видимого сгорания………………………………….11 2.4.3 Степень повышения давления цикла……………………………………..13 2.4.4 Степень предварительного расширения………………………………….13 2.4.5 Максимальное давление сгорания………………………………………..13 2.5 Процесс расширения………………………………………………………...13 2.5.1 Показатель политропы расширения……………………………………...13 2.5.2 Давление и температура конца процесса расширения………………….13 2.6 Проверка точности выбора температуры остаточных газов……………...14 2.7 Индикаторные показатели рабочего цикла………………………………...14 2.7.1 Среднее индикаторное давление………………………………………….14 2.7.2 Индикаторный КПД……………………………………………………….15 2.7.3 Индикаторный удельный расход топлива………………………………..15 2.8 Эффективные показатели двигателя………………………………………..15 2.8.1 Давление механических потерь…………………………………………..15 2.8.2 Среднее эффективное давление…………………………………………..16 2.8.3 Механический КПД………………………………………………………..16 2.8.4 Эффективный КПД………………………………………………………...16 2.8.5 Эффективный удельный расход топлива………………………………...16 2.9 Основные параметры и показатели двигателя……………………………..16

2.10 Оценка надежности двигателя…………………………………………….18  2.11 Тепловой баланс……………………………………………………………19 2.12 Построение индикаторной диаграммы……………………………………21 3 Расчет внешней скоростной характеристики………………………………..26 4 Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма………………...32 4.1 Расчет силовых факторов, действующих в кривошипно-шатунном механизме………………………………………………………………………...32 4.2 Построение графиков сил и моментов……………………………………..34 5 Расчет деталей на прочность………………………………………………….39 5.1 Поршень……………………………………………………………………...39 5.1.1 Днище поршня……………………………………………………………..41 5.1.2 Головка поршня……………………………………………………………41 5.1.3 Юбка поршня………………………………………………………………42 5.2 Поршневое кольцо…………………………………………………………...43 5.3 Шатун………………………………………………………………………...45 5.3.1 Поршневая головка………………………………………………………...45 5.3.2 Кривошипная головка……………………………………………………..47 5.3.3 Стержень шатуна…………………………………………………………..48 6 Расчет системы жидкостного охлаждения…………………………………...50 6.1 Емкость системы охлаждения………………………………………………50 6.2 Жидкостный насос…………………………………………………………..50  6.3 Жидкостный радиатор………………………………………………………52           6.4 Вентилятор…………………………………………………………………...53

   Приложения.

Приложение А. Таблица сравнения показателей рассчитанного двигателя с    прототипом……………………………………………………………………….55

Приложение Б. Техническая характеристика двигателя……………………...57

Введение

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 – 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

«ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Транспортный факультет

Кафедра автомобильного транспорта

1. Задание на курсовое проектирование

Исходные данные: Тип двигателя – карбюраторный;

Номинальная мощность =80 кВт;

Номинальная частота вращения =4400 об/мин;

Число цилиндров 4;

Степень сжатия 8,5;

Охлаждение — жидкостное;

Детали для расчета — поршень, поршневое

кольцо, шатун;

Система для расчета — охлаждения.

 Разработать:

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 «___»_____________2005г.

Руководитель                               Калимуллин Р.Ф.

Исполнитель

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

Срок защиты проекта «___»_____________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  в кДж/кг:

 где  и – массовые доли серы и влаги в топливе.

 В расчетах принимается ; .

2.1.2 Горючая смесь

     Теоретически необходимое количество топлива  в кг·возд/кг·топл:

и  в кмоль возд/кг топл:

     Коэффициент избытка воздуха =0,85…0,98     Принимаем =0,9

     Действительное количество воздуха в кмоль·возд/кг·топл:

     Молекулярная масса паров топлива =110…120 кг/кмоль.

Принимаем =114 кг/кмоль.

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

2.1.3 Продукты сгорания

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

     Количество отдельных составляющих продуктов сгорания в                    

кмоль пр.сг/кг топл:

              ,

            ,

                    ,

                    ,

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

Принимаем =0,5

     Общее количество продуктов неполного сгорания в кмоль·пр.сг/кг·топл:

     .

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

                    .

     Химический коэффициент молекулярного изменения горючей смеси:

2.2 Процесс впуска

     2.2.1 Давление и температура окружающей среды

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

     2.2.2 Давление и температура остаточных газов

Pr=(1,05…1,25)P0,                    Принимаем Pr=0,12 МПа.

Tr=900…1100 К                       Принимаем Tr=1000 К.

2.2.3 Степень подогрева заряда

     =0…20 К,    Принимаем  =15 К.

2.2.4 Давление в конце впуска

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

     Принимаем ,   м/с

     Плотность заряда на впуске  в кг/м3:

Так как наддув отсутствует впуск воздуха происходит из атмосферы, то

      МПа,               К.

     Потери давления во впускном трубопроводе  в МПа:

     Давления в конце впуска в МПа:

     2.2.5 Коэффициент и количество остаточных газов

     Коэффициент остаточных газов :

     Количество остаточных газов  в кмоль ост.газов/кг топл:

                    .

     2.2.6 Температура в конце впуска

     Температура в конце впуска  в градусах Кельвина (К):

2.2.7 Коэффициент наполнения

     .

Таблица 2.1―Рассчитанные параметры  процесса  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 сжатия                    1,36

2.3.2 Давление и температура конца процесса сжатия

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

     ;

     .

2.3.3 Средняя мольная теплоемкость рабочей смеси в конце сжатия

Температура конца процесса сжатия  в градусах Цельсия (ºС):

Средняя мольная теплоемкость остаточных газов в конце сжатия   в

кДж/(кмоль·град):

Средняя мольная теплоемкость остаточных газов в конце сжатия    в

кДж/(кмоль·град):

Средняя мольная теплоемкость рабочей смеси    в  кДж/(кмоль·град):

     ;

     Таблица 2.2―  Значения параметров процесса сжатия

2.4 Процесс сгорания

     2.4.1 Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси

                        .

2.4.2  Температура конца видимого сгорания

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

     .

где — коэффициент использования низшей теплоты сгорания на участке видимого сгорания,  =0,8…0,95       Принимаем  =0,85

      — потеря теплоты вследствие химической неполноты сгорания, кДж/кг

     при <1

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

.

Отдельные средние мольные теплоемкости продуктов сгорания при изменении температуры в диапазоне 1501…2800 ºС, могут быть выражены в зависимости от температуры :

     ;

     ;

     ;

     ;

     .

     Получаем квадратное уравнение вида:

     .

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

     .

    Температура  в градусах Кельвина (К):

    .

2.4.3 Степень повышения давления цикла

     ;                  

     2.4.4 Степень предварительного расширения

     =1.

2.4.5 Максимальное давление сгорания

     Максимальное давление  в МПа в конце сгорания:

     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:

     ;                    

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

     ;                 

      ;                   

Таблица 2.4― Значения параметров процесса расширения

     2.6 Проверка точности выбора температуры остаточных газов

     Расчетное значение температуры остаточных газов  в К:

      ;                    

     Расхождение между принятой величиной  и рассчитанной :

     ;                     

2.7 Индикаторные показатели рабочего цикла

2.7.1 Среднее индикаторное давление

     Среднее теоретическое индикаторное давление  в МПа:

     ;

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6