Введение. Прогресс в автомобильной промышленности, дальнейшее увеличение грузооборота автотранспорта предусматривает не только количественный рост автопарка

Прогресс в автомобильной промышленности, дальнейшее увеличение грузооборота автотранспорта предусматривает не только количественный рост автопарка, но и значительное улучшение использования имеющихся межремонтных сроков службы.

В области развития и совершенствования автомобильных двигателей основными значениями являются: расширение использования двигателей, стоимости их производства и эксплуатации. На принципиально новый уровень ставится борьба с токсичными выбросами двигателя в атмосферу, а также задача по снижению шума и вибраций в процессе их эксплуатации.

Значительно большее значение уделяется использованию ЭВМ при расчетах двигателей. В настоящее время вычислительная техника широко используется на моторостроительных заводах, в научно-исследовательских центрах, конструкторских и ремонтных организациях, а также в высших учебных заведениях.

В данной курсовой работе, расчеты на ЭВМ производились в программной среде MathCad, что позволило нам получить более точные значения результатов расчета.

Исходные данные для расчета:

- частота вращения коленчатого вала ;

- степень сжатия ;

- количество цилиндров (расположение) (рядное);

- количество тактов

- коэффициент избытка воздуха ;

Элементарный состав жидкого топлива:

- топливо-дизельное;

- углерод 70;

- водород ;

- кислород О = 0,004;

- давление окружающей среды ;

- температура окружающей среды ;

- мощность двигателя .

Исходные данные для расчета, а также тепловой и динамический расчеты, произведены по известным зависимостям [1].

1.1 Тепловой расчет двигателя

1.1.1 Параметры рабочего тела

Низшая теплота сгорания топлива:

(1.1)

кДж/кг.

Количество свежего заряда

Общее количество продуктов сгорания:

(1.9)

1.1.2 Параметры окружающей среды и остаточные газы

Атмосферные условия:

1.1.3 Температура и давление остаточных газов

Учитывая уже определенные значения n и α можно принять значение для расчетных режимов для дизельного двигателя по номограмме. Давление остаточных газов на номинальном режиме можно принять:

(1.10)

при
;

1.1.4 Процесс впуска

Температура подогрева свежего заряда. Для дизелей с наддувом принимается ΔТ=10 °С.

Потери давления на впуске в двигателе

где = 2,7 и = 70 м/с - приняты в соответствии со скоростным режимом и с качественной обработкой внутренних поверхностей впускных систем.

Давление в конце впуска:

(1.13)

1.1.5 Процесс сжатия

Средний показатели адиабаты сжатия k₁ определяют по номограмме, а средний показатель политропы сжатия n₁ принимают несколько меньше k₁.

k₁=1,364, n₁=1,364.

Давление и температура в конце сжатия:

(1.17)

(1.18)

Средняя молярная теплоемкость в конце сжатия:

- воздуха:

(1.19)

- остаточных газов (определяется по таблице)

1.1.6 Процесс сгорания

Коэффициент молекулярного изменения горючей смеси в бензиновых двигателях:

Средняя молярная теплоемкость продуктов сгорания:

]; (1.24)

Температура в конце видимого процесса сгорания:

(1.25)

Максимальное давление сгорания:

(1.26)

Степень предварительного расширения:

(1.27)

1.1.7 Процесс расширения

Средние показатели адиабаты и политропы расширения выбираются следующим образом. На нормальном режиме можно принять показатель

политропы расширения с учетом достаточно больших размеров цилиндра, несколько меньше показателя адиабаты расширения, который определяется по номограмме. k₂=1,26, n₂=1,25.

Давление и температура в конце расширения:

(1.29)

(1.30)

Погрешность проведенных расчетов составляет:

1.1.8 Индикаторные параметры рабочего цикла

Среднее индикаторное давление:

, (1.33)

где – коэффициент полноты диаграммы для двигателя с

впрыском топлива,

Индикаторный КПД:

(1.34)

Среднее давление механических потерь:

, (1.36)

где - средняя скорость поршня,

Среднее эффективное давление и механический КПД:

(1.37)

Эффективный КПД и эффективный удельный расход топлива:

(1.39)

1.1.9 Основные параметры цилиндра и двигателя

S/D = 1,4, то

Окончательно принимаем:

- диаметр цилиндра ;

- ход поршня

Определяем основные параметры и показатели двигателя

Литровая мощность:

1.2 Построение индикаторной диаграммы двигателя

Индикаторная диаграмма двигателя внутреннего сгорания строится с использованием данных расчета рабочего процесса.

Произведем расчет давления газов в цилиндре, для чего внесем исходные расчетные формулы [3].

Избыточное давление над поршнем

(1.52)

Давление на такте впуска

Давление на такте сжатия

(1.55)

Рисунок 1.1 – Индикаторная диаграмма двигателя

1.3 Тепловой баланс

Теплота, эквивалентная эффективной работе за 1с:

(1.59)

Теплота, передаваемая охлаждающей среде:

; (1.60)

где - коэффициент пропорциональности; 6 - число цилиндров;

- диаметр цилиндра; - показатель степени.

Теплота, унесенная с отработавшими газами:

(1.61)

где теплоемкость отработавших газов;

теплоемкость свежего заряда;

Неучтенные потери теплоты:

(1.62)

1.4 Построение внешней скоростной характеристики

На основании теплового расчета, проведенного для режима нормальной мощности, получены следующие параметры:

- эффективная мощность ;

- ход поршня ;

- литраж двигателя

- удельный расход топлива

Значение расхода топлива при различных значениях частоты вращения коленчатого вала можно рассчитать по формуле:

Часовой расход топлива:

(1.67)

Рисунок 1.2 – Внешняя скоростная характеристика двигателя

2 Кинематический расчет КШМ

Выбор коэффициента кинематического подобия и длины шатуна.

В целях уменьшения высоты двигателя с учетом опыта двигателестроения принимаем значение коэффициента кинематического подобия λ = 0,280. Радиус кривошипа принимаем равным 140 мм. Для вывода зависимостей с целью определения пути поршня S, его скорости V и ускорения J, воспользуемся зависимостями [3]. В соответствии с этим:

(1.68)

мм.

2.1 Перемещение поршня:

(1.69)

Рисунок 1.3 – Перемещение поршня

2.2 Скорость поршня

При перемещении поршня, скорость его движения является величиной переменной и при постоянной частоте вращения коленчатого вала зависит от изменения угла поворота кривошипа:

(1.70)

Рисунок 1.4 – Скорость поршня

2.3 Ускорение поршня:

(1.71)

Рисунок 1.5 – Ускорение поршня