Параметры рабочего тела

Министерство образования

 Российской Федерации

 

Вологодский государственный

технический университет

 

                                                                 Факультет: ФПМ

                                                                 Кафедра: А и АХ

                                                                 Дисциплина: АД

 

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

Тема: расчет карбюраторного V-образного четырехцилиндрового двигателя

на шасси автомобиля ЗАЗ-968М

(N_e=60 л.с. (44,1 кВт), n=4500 мин^-1, e=7,5, воздушное охлаждение)

 

 

                                                        Выполнил: Дроздов Д. В.

                                                        Группа: МАХ-41

                                                        Принял: к.т.н. Яковицкий А. А.

 

Вологда, 2001 г.

 

Содержание

 

 

Введение

Задание на курсовой проект

1. Тепловой расчет

2. Построение внешней скоростной характеристики двигателя

3. Сравнение параметров проектируемого двигателя и прототипа

4. Расчет кинематики и динамики двигателя

4.1. Кинематический расчет

4.2. Динамический расчет

5. Анализ компьютерного расчета на ЭВМ

6. Уравновешивание двигателя

7. Расчет основных деталей двигателя

8. Спец. разработка ( система охлаждения)

 Заключение

 Список литературы

 

                                             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 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 (диаметр цилиндра и ход поршня) 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 и проверить на прочность его основные детали.

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. Построить график средних крутящих моментов.

Параметры двигателя:

 

Номинальная мощность, л.с. (кВт)	Число цилиндров, i	Расположение цилиндров	Тип двигателя	Частота вращения коленвала, об/мин-1	Степень сжатия
60 (44,1)	4	V-образное	карбюраторный	4500	7,5

1.ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ [1, с.72 - 94]

Выбор исходных данных

Топливо

 

Степень сжатия проектируемого двигателя e =7,5. В качестве топлива выбираем бензин марки А-76.

Элементарный состав топлива: С+Н+О=1

где C=0,855; H=0,145; О=0.

Молекулярная масса топлива: М_T=115 кг/кмоль.

Низшая теплота сгорания топлива:

   Н_u=33,91C+125,60H-10,89(O-S)-2,51(9H+W);

   Н_u=33,91*0,855+125,60*0,145-2,51(9*0,145)=43930 кДж/кг.

    

 

Параметры рабочего тела

 

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1кг топлива:

                                         

    кг возд./кг топл.

                 

   кмоль возд./кг топл.

Коэффициент избытка воздуха α принимаем равным 0,96 для получения оптимального соотношения экономичности и мощности проектируемого двигателя.

Количество горючей смеси: М₁ = aL_o+1/ m_т = 0,96*0,516+1/115= 0,5050 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=0,5 (К-постоянная зависящая от отношения количества водорода к окиси углерода, содержащихся в продуктах сгорания):

   М_СО =2*[(1-a)/(1+K)]*0,208*L_o;

   М_СО =2*[(1-0,96)/(1+0,5)]*0,208*0,517=0,0057 кмоль/кг топл.

   М_СО =С/12-2*[(1-a)/(1+K)]*0,208*L_o;

   М_СО =0,855/12-2*[(1-0,96)/(1+0,5)]*0,208*0,517=0,0655 кмоль/кг топл.

   М_Н =2*К*[(1-a)/(1+K)]*0,208*L_o;

   М_Н =2*0,47*[(1-0,96)/(1+0,5)]*0,208*0,517=0,0029 кмоль/кг топл.

   М_{Н О}=Н/2-2*К*[(1-a)/(1+K)] *0,208*L_o;

   М_{Н О}=0,145/2-2*0,47*[(1-0,96)/(1+0,5)]*0,208*0,517=0,0696 кмоль/кг топл.

   М_N =0,792*aL_o;

   М_N =0,792*0,96*0,517=0,393 кмоль/кг топл.

Суммарное количество продуктов сгорания:

   М₂ =М_СО+М_СО +М_Н  + М_{Н О} + М_N ;

   М₂ =0,0073+0,063+0,0034+0,069+0,388=0,5367 кмоль/кг топл.

Проверка:

   М₂ =С/12+Н/2+0,792*a*L_o;

   М₂=0,855/12+0,145/2+0,792*0,96*0,517=0,5367 кмоль/кг топл.

1.1.3.Параметры окружающей среды и остаточных газов

 

Атмосферное давление и температура окружающей среды: p_o=0,101 МПа; T_o=293 К. Температуру остаточных газов принимаем на основании опытных данных [1,с.43]:

   Т_r =1040 К; p_r =1,16*p_o =1,16*0,101=0,11716 МПа.

Давление остаточных газов Р_r можно получить на номинальном режиме:

Р_rN=1,18*Р₀=0,118 Мпа

А_р=(Р_rN - Р₀*1,035) *10⁸/(n_N²*Р₀)=0,716

Находим давление остаточных газов Р_r:

Р_r= Р₀* (1.035+ Ар*10^-8*n²)

Р_r=0,101* (1,035+0,716*10^-8*4500²)=0,118 МПа

Процесс впуска

 

Температуру подогрева свежего заряда принимаем на основании опытных данных [1,с.44]: DТ=8 ⁰ C.

Плотность заряда на впуске: ρ_о= р₀ *10⁶ /(R_В*T_О) =0,101*10⁶/(287*293) =1,189 кг/м³,

где р₀ =0,101 МПа; Т₀ =293 К; R_В - удельная газовая постоянная равная 287 Дж/ ( кг * град ).

Давление заряда в конце наполнения Р_а принимаем на основании рекомендаций [1,с.44] в зависимости от средней скорости поршня С_п=S*n/30, где S - ход поршня, n-заданная частота вращения коленвала двигателя: С_п =0,092 *4500/30=9,51 м/с.

Принимаем р_а=0,0909 МПа.

Коэффициент остаточных газов:

     γ_r= ,

где j_оч - коэффициент очистки; j_доз -коэффициент дозарядки (без учета продувки и

дозарядки j_оч=1; j_доз=0,95).

    γ_r= =0,07.

Температура заряда в конце впуска:

Т_а =(T_o +DТ + γ_r*Т_r)/(1+ γ_r);

Т_а =(293+8+0,07*1040)/(1+0,07)= 349,3 К.

Коэффициент наполнения:

   ;

   =0,73.

 

Процесс сжатия

 

Средние показатели адиабаты сжатия при работе двигателя на номинальном режиме определяем по номограмме [1,с.48] при e =7,5 и Т_а =349,3 К: k₁=1,3775; средний показатель политропы сжатия принимаем несколько меньше k₁ : n₁= k₁-0,02=1,3575.

Давление в конце сжатия:

   р_с = р_а* e ^{n 1};

   р_с =0,085*7,5^1,3575 = 1,31 МПа.

Температура в конце сжатия:

   Т_с = Т_а*e^{( n 1-1)} ;

   Т_с =349,3*7,5^(1,3575-1) =717,85 К.

   t_c=Т_с –273;

   t_c=717,85-273=444,85 ⁰ C.

Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия:

   свежей смеси:

    (mC ) =20,6+2,638*10^-3*t_c=20,6+2,638*10^-3*444,85=21,77 кДж/(моль * град ) ;

   остаточных газов:

    (mC ) =23,805 кДж/(моль * град ) -определяем методом экстрополяции (1, табл.7)

    рабочей смеси:

   (mC ) =(mC ) =1/(1+γ_r)*((mC ) + γ_r*(mC ) )=21,903 кДж/(моль * град )

Число молей остаточных газов:

    М_r =a*g_r*L₀;

    М_r =0,96*0,07*0,517=0,0347 кмоль/кг топл.

Число молей газов в конце сжатия до сгорания:

   М_с=М₁+М_r ;

   М_с=0,505+0,0347=0,5397 кмоль/кг топл.

 

 

Процесс сгорания

 

Химический коэффициент молекулярного изменения:

   m_о=М₂/М₁,

где М₁ - количество горючей смеси, отнесенное к 1кг топлива; М₂ - количество продуктов сгорания, отнесенное к 1кг топлива.

   m_о=0,5367 / 0,505=1,0628.

Действительный коэффициент молекулярного изменения:

   m= (m_о+γ_r)/(1+γ_r);

   m=(1,0628+0,07)/(1+0,07)=1,0587 .

Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания топлива:

      DН_и=119950*(1-a)*L₀;

      DН_и=119950*(1-0,96)*0,517=2480,57 кДж/кг топл.

Теплота сгорания рабочей смеси:

   Н _{раб. см.}=(Н_и-DН_и)/[М₁*(1+γ_r )];

   Н _{раб. см.}=(43930-2480,57)/[0,505*(1+0,07)]=76708,5 кДж/кг топл.

Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания:

   (mC ) =(1/М₂)*[М_CО(mC ) +М_СО (mC ) +М_Н (mC ) +М_{Н О}(mC ) +

   +М_N ( mC ) ];

   (mC ) =(1/0,5367)*[0,0057*(22,49+0,0143*t_z)+0,0655*(39,123+0,003349*t_z)+0,0029*

   *(19,678+0,001758*t_z)+0,0699*(26,67+0,004438*t_z)+0,393*(21,951+0,001457*t_z)]=

   =(24,652+0,002076*t_z )  кДж/(моль * град );

Коэффициент использования теплоты x _z определяем по рис.37 [1,с.77] исходя из скоростного режима двигателя: x _z =0,93 .

Температура в конце видимого периода сгорания:

   x _z* Н _{раб. см.} + (mC ) * t_c=m* (mC ) *t_z;

   0,93*76708,5+21,903*445=1,0587*(24,652+0,002076*t_z)*t_z;;

   0,002198 * t_z²+ 26,099* t_z –81085,74=0;

   t_z =(-26,099+ )/(2*0,002198)= 2556,45 ⁰С;

   T_z= t_z+273=2556,45+273 =2829,45 K.

Максимальное теоретическое давление в конце процесса сгорания:

   р_z = p_c*m*T_z /T_c;

   р_z =1,31*1,0587*2829,45 /717,85=5,4665 МПа.

Действительное максимальное давление в конце процесса сгорания:

   р_zд =0,85*р_z;

   р_zд =0,85*5,4665=4,6465 МПа.

Степень повышения давления:

   l =р_z / р_с ;

   l =5,4665/1,31=4,173.