Материал: Расчёт двигателя КамАЗ-740

Расчёт двигателя КамАЗ-740

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

КРЕМЕНЧУГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ М. ОСТРОГРАДСКОГО

Факультет: Автомобильный

Кафедра: ’’Автомобили и тракторы ’’

РАСЧЁТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

по дисциплине: «Основы теории и динамики энергетических установок самоходных машин»

г. Кременчуг 2009 г.

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1.  Двигатель - прототип - КамАЗ-740

2.      Номинальная эффективная мощность двигателя - прототипа

.        Номинальная частота вращения вала двигателя

.        Число цилиндров

.        Диаметр цилиндра

.        Ход поршня

.        Отношение радиуса кривошипа к длине шатуна

.        Степень сжатия

.        Коэффициент избытка воздуха

.        Давление наддува -

11.    Степень предварительного расширения

.        Степень повышения давления

.        Коэффициент эффективного использования теплоты при сгорании

.        Масса поршня

.        Масса шатуна

.        Отношение массы шатуна, приведенного к поршню, к массе шатуна

.        Масса кривошипа

2. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ КамАЗ-740

На автомобилях КамАЗ установлен четырехтактный восьми цилиндровый V-образный дизельный двигатель, отличающийся высокой надежностью и повышенным ресурсом благодаря применению:

·        поршней, отлитых из высококремнистого алюминиевого сплава с чугунной упрочняющей вставкой под верхнее компрессионное кольцо и коллоидно-графитным приработочным покрытием юбки;

·        гильз цилиндров, объемно закаленных и обработанных плосковершинным хонингованием;

·        поршневых колец с хромовым и молибденовым покрытием боковых поверхностей;

·        азотированного или упрочненного индукционной закалкой коленчатого вала;

·        трехслойных тонкостенных сталебронзовых вкладышей коренных и шатунных подшипников;

·        закрытой системы охлаждения, заполняемой низкозамерзающей охлаждающей жидкостью, с автоматическим регулированием температурного режима, гидромуфтой привода вентилятора и термостата;

·        высокоэффективной фильтрации масла, топлива и воздуха бумажными фильтрующими элементами;

·        электрофакельного устройства подогрева воздуха, обеспечивающего надежный пуск двигателя при отрицательных температурах окружающего воздуха до -25°С.

двигатель сгорание нагрузочный

3. РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Схема V - образного кривошипно-шатунного механизма

Расчет параметров рабочего процесса двигателя является определяющим этапом работы над проектом, от качества, выполнения которого зависят получаемые результаты на всех этапах проектирования. Расчет рабочего процесса двигателя проводится при номинальном режиме работы двигателя.

На этом этапе проводятся следующие расчеты:

.1 Определение характерных объемов цилиндров.

.2 Определение характеристик горючей смеси и продуктов сгорания.

.3 Определение параметров состояния газа перед впускными и за выпускными клапанами.

.4 Определение показателей процесса наполнения.

.5 Определение показателей процесса сжатия и сгорания.

.6 Определение показателей процесса расширения.

.7 Определение индикаторных и эффективных показателей двигателя.

.1 ХАРАКТЕРНЫЕ ОБЪЕМЫ ЦИЛИНДРОВ

Рабочий объем цилиндра Vh, м3

, [1]

где    D - диаметр цилиндра, м;

         S - ход поршня, м.

Объем камеры сжатия Vc, м3

, [2]

где ε - степень сжатия.

Полный объем цилиндра Va, м3

 [3]

Текущий объем Vφ, м3

 [4]

где    φ - угол поворота кривошипа, град;

λкр - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

Результаты расчета, произведенные от 0 до 720 град. с интервалом 10град. сводим в таблицу 1 и строим график зависимостей изменения объема цилиндра от угла поворота кривошипа.

Таблица 1. Зависимость объема цилиндра от угла поворота кривошипа

Литраж двигателя Vл, м3

 [5]

где    z - число цилиндров.

.2 ХАРАКТЕРИСТИКА ГОРЮЧЕЙ СМЕСИ И ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива, кмоль/кг

, [6]

Данные по эмпирическому составу топлива выбирают из таблицы 2[2].

Таблица 2. Элементарный состав жидкого топлива в массовых долях

где    С - массовая доля в топливе углерода (0,870);

Н - массовая доля в топливе водорода (0,126);

О - массовая доля в топливе кислорода (0,004);

О2в - объемная доля кислорода в воздухе, (0,21).

Количество горючей смеси на 1 кг топлива, кмоль/кг

 [7]

где    α - коэффициент избытка воздуха.

Количество продуктов сгорания на 1 кг топлива, кмоль/кг, при α > 1

 [8]

Химический коэффициент молекулярного изменения горючей смеси при сгорании

 [9]

.3 ПАРАМЕТРЫ СГОРАНИЯ ГАЗА ПЕРЕД ВПУСКНЫМИ И ЗА ВЫПУСКНЫМИ КЛАПАНАМИ

Давление свежего заряда перед впускными клапанами для двигателей без наддува МПа.

, [10]

где    р0 - давление окружающей среды, МПа (0,101 МПа) [2]

ΔрS - потеря давления во впускном трубопроводе, МПа (0,005) [2].

Температура свежего заряда перед впускными клапанами для двигателей без наддува, К

, [11]

где    Т0 - температура окружающей среды, К (293 К).

ΔТS - температура подогрева свежего заряда, К (10 К) [1].

Давление газа за выпускными клапанами двигателя без наддува рТ, МПа

, [12]

где    ΔрТ - перепад давления в выпускном трубопроводе, МПа (0,005) [1];

.4 ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЦЕССА НАПОЛНЕНИЯ

Показатели процесса наполнения зависят не только от организации данного процесса, но и от процесса выпуска отработавших газов предыдущего цикла, поскольку в цилиндре остается некоторое их остаточное количество Мr и они имеют относительно высокую температуру Тr и избыточное давление рr.

Количество остаточных газов Мr, кмоль

, [13]

где    Rμ - универсальная газовая постоянная (Rμ =8134 Дж/кмоль К) [1].

Температура остаточных газов в начале процесса впуска Тr = 800 К[2].

Давление остаточных газов рr, МПа

где    kr - коэффициент, учитывающий перепад давления остаточных газов в цилиндре по отношению к давлению за выпускными клапанами в конце процесса выпуска (1,11) [2].

,

где    kа -коэффициент, учитывающий перепад давления рабочей смеси перед впускными клапанами по отношению к давлению в цилиндре в конце процесса наполнения (0,95) [2].

Давление в процессе наполнения для получения расчетной индикаторной диаграммы принимают величиной постоянной, равной ра.

Важным показателем процесса наполнения является коэффициент наполнения ηv, представляющий собой отношение действительного количества свежей смеси Мсм, заполнившей цилиндр, к количеству смеси Мсм.0, которое может заполнить рабочий объем цилиндра при давлении и температуре окружающей среды.

. [14]

Коэффициент наполнения можно определить по формуле

 [15]

где ΔТ - повышение температуры заряда от стенок цилиндра, К (15 К) [1].

Коэффициент остаточных газов γ

 [16]

Температура в конце процесса наполнения Та, К

 [17]

Количество свежей смеси, заполнившей цилиндр, Мсм, Кмоль для двигателя без наддува

, [18]

Количество рабочей смеси Ма, Кмоль

. [19]

3.5 ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЦЕССОВ СЖАТИЯ И СГОРАНИЯ

Изменение давления в цилиндре в процессе сжатия р, МПа

, [20]

где    nc - показатель политропы сжатия (1,40).

Давление в конце процесса сжатия рс, МПа

 [21]

.

Температура в конце процесса сжатия Тс, К

. [22]

Коэффициент молекулярного изменения при рабочей смеси

. [23]

Температура в условном конце сгорания Тz, К, определяют, решая уравнение

. [24]

Для дизеля входящие в уравнение зависимости определяют по формулам

, [25]

где    . [26]

; [27]

, [28]

где    Ас=19,8; Вс=0,0042.

Qн - низшая теплотворная способность топлива, кДж/кг (42500) [1].

ζ - коэффициент эффективности использования теплоты при сгорании (0,75).