Курсовая работа: Двигатель автомобильный

Министерство образования и науки Российской Федерации

Саратов государственный технический университет

Кафедра «Автомобили и двигатели»

Пояснительная записка к курсовому

проекту по дисциплине «Силовые агрегаты»

Двигатель автомобильный

Выполнил:

Студент группы б2 ЭТТК - 31

Алексеев Илья Алексеевич

Проверил:

Доц. каф. «АВД»

Сычев Александр Михайлович

Саратов 2015

Оглавление

• 1. Техническое задание на проектирование автомобильного двигателя
• 2. Тепловой расчёт автомобильного двигателя
• 2.1 Выбор и обоснование исходных данных для теплового расчёта
• 2.2 Методика теплового расчета автомобильного двигателя
• 2.3 Результаты теплового расчёта автомобильного двигателя
• 3. Динамический расчёт автомобильного двигателя
• 3.1 Выбор и обоснование исходных данных для динамического расчета
• 3.2 Методика динамического расчёта
• 3.3 Результаты динамического расчёта
• 4. Расчёт деталей
• 4.1 Расчётные режимы
• 4.2 Расчёт деталей цилиндровой группы
• 4.3 Расчёт деталей поршневой группы
• Литература

1. Техническое задание на проектирование автомобильного двигателя

1. Номер задания- 21

2. Тип двигателя и его назначение - с искровым зажиганием, рядный 4-х цилиндровый, для легкового автомобиля.

3. Максимальная эффективная мощность, Nmax= 58 кВт.

4. Частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности, n=5650 об/мин.

5. Топливо - бензин.

2. Тепловой расчёт автомобильного двигателя

2.1 Выбор и обоснование исходных данных для теплового расчёта

Проектируемый двигатель не имеет наддува, следственно мы принимаем давление свежего заряда, поступающего к двигателю, равным атмосферному т.е. Р0= 0,1 МПа, а его температура равна температуре атмосферного воздуха Т0= 293 К.

Принимаем средний элементарный состав, молекулярную массу, низшую теплоту сгорания и среднюю молярную массу равными соответственно [1]:

массовая доля углерода в топливе = 0,855;

массовая доля водорода в топливе = 0,145;

массовая доля кислорода в топливе = 0;

Нu= 44000 кДж, =110 .

Принимаем степень сжатия =9 единиц, для получения оптимального к.п.д.

Коэффициент избытка воздуха выбираем равным = 0,95, так как это способствует увеличению мощности.

Величину давления остаточных газов принимаем равной = 0,12 Мпа, получаем неполноту сгорания топлива, в следствии этого наш двигатель не является быстроходным.

Температуру остаточных газов принимаем равной = 1000 К, так как степень сжатия не большая, а коэффициент избытка воздуха имеет большое значение.

Величину подогрева свежего заряда от стенок принимаем равной = 8 К, так как нет специального подогрева, система охлаждения жидкостная.

Коэффициент наполнения цилиндров принимаем равным = 0,78,

так как проектируемый двигатель обладает малой быстроходностью.

Показатель политропы сжатия принимаем равной = 1,385 вследствие малой быстроходности.

Показатель политропы расширения принимаем равной = 1,265 вследствие интенсивного охлаждения цилиндров.

Коэффициент использования теплоты при сгорании принимаем =0,93, так как в проектируемом двигателе выбрана рациональная форма камеры сгорания.

Коэффициент скругления индикаторной диаграммы принимаем равным = 0,96, так как он учитывает отклонения действительного процесса от расчетного цикла вследствие конечных скоростей сгорания, а также опережения зажигания и предварения выпуска.

Отношение хода поршня к диаметру цилиндра принимаем равным = 0,9 , так как уменьшается масса и высота двигателя.

2.2 Методика теплового расчета автомобильного двигателя

Определение параметров конца впуска

Коэффициент остаточных газов:

.

Температура газов в конце впуска:

, К.

Давление газов в конце впуска:

, МПа.

Определение параметров конца сжатия

Давление газов в конце сжатия:

, МПа.

Температура газов в конце сжатия:

, К.

Определение параметров конца сгорания

Теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания 1 кг топлива:

- в киломолях:

, ;

- в килограммах:

, .

Количество свежей смеси перед сгоранием:

- для двигателей с искровым зажиганием:

, ;

Потеря низшей теплоты сгорания топлива вследствие теоретического недостатка воздуха (определяется только при ):

, .

Химический и действительный коэффициенты молекулярного изменения:

, .

Средняя мольная теплоемкость свежей смеси перед сгоранием:

, .

Коэффициенты для определения средней мольной теплоемкости продуктов сгорания:

- при :

,

;

Состав и количество продуктов сгорания

- при :

, ;

,;

, ;

, ;

, ;

,.

Средняя мольная теплоемкость остаточных газов перед сгоранием:

, .

Температура газов в цилиндре в конце сгорания (в К) находится из уравнения сгорания, имеющего вид:

- для двигателей с искровым зажиганием:

;

Каждое из этих выражений после подстановки численных значений известных величин превращается в квадратное уравнение вида:

,

где a,b,c - некоторые числовые коэффициенты, получающиеся в результате вычислений.

Для двигателей с искровым зажиганием определяется степень повышения давления:

.

Давление газов в цилиндре в конце сгорания:

, МПа.

Определение параметров конца расширения

Температура газов в цилиндре в конце расширения:

- для двигателей с искровым зажиганием:

, К;

Давление газов в цилиндре в конце расширения:

- для двигателей с искровым зажиганием:

, МПа;

Определение индикаторных показателей

Среднее индикаторное давление:

- для двигателей с искровым зажиганием:

, МПа;

Индикаторный КПД двигателя:

,

где = 1,2 - плотность воздуха при условиях окружающей среды.

Удельный индикаторный расход топлива:

, .

Определение эффективных показателей двигателя. Среднее давление механических потерь можно приближенно подсчитать по эмпирическим формулам:

- для двигателей с искровым зажиганием с числом цилиндров не более 6 и отношением

, , МПа;

Здесь - средняя скорость поршня, предварительно принимаемая в соответствии с конструкцией и типом двигателя

Среднее эффективное давление:

, МПа.

Механический КПД двигателя:

.

Удельный эффективный расход топлива:

, .

Эффективный КПД двигателя:

.

Определение рабочего объема двигателя и размеров его цилиндров

Рабочий объем двигателя, л:

,

здесь - заданная мощность двигателя, кВт;

- тактность двигателя (=4 для 4-тактных двигателей, =2 для 2-тактных двигателей);

- среднее эффективное давление, МПа;

- частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин.

Рабочий объем одного цилиндра двигателя, л:

,

где - число цилиндров проектируемого двигателя (задается предварительно).

Диаметр цилиндра, мм:

.

Ход поршня, мм:

.

Величины и округляются до ближайшего целого числа.

2.3 Результаты теплового расчёта автомобильного двигателя

По выше описанной методике теплового расчёта автомобильного двигателя, бал выполнен расчёт по программе, на ПЭВМ, разработанной на кафедре «Автомобили и двигатели». Результаты сведены в таблицу 1

Таблица 1

Результаты теплового расчета автомобильного двигателя

3. Динамический расчёт автомобильного двигателя

3.1 Выбор и обоснование исходных данных для динамического расчета

Отношение радиуса кривошипа к длине шатуна

Значения отношения радиуса кривошипа к длине шатуна для современных автомобильных двигателей принимаем равным л=0,27.

Таблица 2

Конструктивные массы подвижных частей кривошипно-шатунного механизма. Поршневая группа

двигатель автомобильный кривошип шатун

Распределение массы шатуна по осям верхней и нижней головок обычно составляют:

- на ось верхней головки;

- на ось нижней головки.

Конструктивные массы КШМ, совершающие возвратно-поступательное движение:

.

Конструктивные массы КШМ, совершающие вращательное движение:

.

3.2 Методика динамического расчёта

Значения функции хода поршня:

.

Масштабные значения перемещения поршня:

,

где - полный ход поршня.

Избыточное давление газов в цилиндре , МПа

Функция ускорения поршня .

Удельная сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс, МПа.

,

, МПа.

Здесь - масса возвратно-поступательно движущихся деталей, отнесенная к площади поршня, ;

- радиус кривошипа, м;

- угловая скорость вращения коленчатого вала, ;

Удельное суммарное усилие, действующее на поршень , МПа.

Тригонометрическая функция для подсчета тангенциальных усилий

.

Удельная тангенциальная сила, действующая на шатунную шейку

, МПа.

Тригонометрическая функция для подсчета радиальной силы, действующей на шатунную шейку .

Удельная радиальная сила, действующая на шатунную шейку

, МПа.

Удельная центробежная сила инерции вращающихся масс:

, МПа,

где - масса вращающихся деталей, отнесенная к площади поршня, ;

- радиус кривошипа, м;

- угловая скорость вращения коленчатого вала, .

Удельное результирующее усилие, действующее на шатунную шейку ,

3.3 Результаты динамического расчёта

По выше описанной методике динамического расчёта автомобильного двигателя, был выполнен расчёт по программе на ПЭВМ, разработанной на кафедре «Автомобили и двигатели». Результаты сведены в таблицу 3.

Таблица 3

Результаты динамического расчёта автомобильного двигателя