Расчет карбюраторного V-образного четырехцилиндрового двигателя на шасси автомобиля ЗАЗ-968М

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

(Ne=60 л.с. (44,1 кВт), n=4500 мин-1, (=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

1. Кинематический расчет

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:

|60 (44,1) |4 |V-образное |карбюраторный |4500 |7,5 |

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

1.1. Выбор исходных данных

1.1.1. Топливо

Степень сжатия проектируемого двигателя ( =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: МT=115 кг/кмоль.

Низшая теплота сгорания топлива:

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

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

1.1.2. Параметры рабочего тела

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1кг топлива:

[pic]

[pic] кг возд./кг топл.

[pic]

[pic] кмоль возд./кг топл.

Коэффициент избытка воздуха ? принимаем равным 0,96 для получения

оптимального соотношения экономичности и мощности проектируемого

двигателя.

Количество горючей смеси: М1 = (Lo+1/ mт = 0,96(0,516+1/115= 0,5050

кмоль.

При неполном сгорании топлива ( ((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):

МСО =2([(1(()/(1+K)](0,208(Lo;

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

МСО[pic]=С/12-2([(1(()/(1+K)](0,208(Lo;

МСО[pic]=0,855/12(2([(1-0,96)/(1+0,5)](0,208(0,517=0,0655 кмоль/кг

топл.

МН[pic]=2(К([(1(()/(1+K)](0,208(Lo;

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

МН[pic]О=Н/2(2(К([(1-()/(1+K)] (0,208(Lo;

МН[pic]О=0,145/2-2(0,47([(1(0,96)/(1+0,5)](0,208(0,517=0,0696

кмоль/кг топл.

МN[pic]=0,792((Lo;

МN[pic]=0,792(0,96(0,517=0,393 кмоль/кг топл.

Суммарное количество продуктов сгорания:

М2 =МСО+МСО[pic]+МН[pic] + МН[pic]О + МN[pic];

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

Проверка:

М2 =С/12+Н/2+0,792(((Lo;

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: po=0,101 МПа;

To=293 К. Температуру остаточных газов принимаем на основании опытных

данных [1,с.43]:

Тr =1040 К; pr =1,16(po =1,16(0,101=0,11716 МПа.

Давление остаточных газов Рr можно получить на номинальном режиме:

РrN=1,18(Р0=0,118 Мпа

Ар=(РrN - Р0(1,035) (108/(nN2(Р0)=0,716

Находим давление остаточных газов Рr:

Рr= Р0( (1.035+ Ар(10-8(n2)

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

1.2. Процесс впуска

Температуру подогрева свежего заряда принимаем на основании опытных

данных [1,с.44]: (Т=8 0 C.

Плотность заряда на впуске: ?о= р0 (106 /(RВ(TО) =0,101(106/(287(293)

=1,189 кг/м3,

где р0 =0,101 МПа; Т0 =293 К; RВ ( удельная газовая постоянная равная 287

Дж/(кг( град(.

Давление заряда в конце наполнения Ра принимаем на основании

рекомендаций [1,с.44] в зависимости от средней скорости поршня

Сп=S(n/30, где S ( ход поршня, n-заданная частота вращения коленвала

двигателя: Сп =0,092 (4500/30=9,51 м/с.

Принимаем ра=0,0909 МПа.

Коэффициент остаточных газов:

?r=[pic],

где (оч ( коэффициент очистки; (доз (коэффициент дозарядки (без учета

продувки и

дозарядки (оч=1; (доз=0,95).

?r=[pic]=0,07.

Температура заряда в конце впуска:

Та =(To +(Т + ?r(Тr)/(1+ ?r);

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

Коэффициент наполнения:

[pic];

[pic]=0,73.

1.3. Процесс сжатия

Средние показатели адиабаты сжатия при работе двигателя на

номинальном режиме определяем по номограмме [1,с.48] при ( =7,5 и Та

=349,3 К: k1=1,3775; средний показатель политропы сжатия принимаем

несколько меньше k1 : n1= k1-0,02=1,3575.

Давление в конце сжатия:

рс = ра( ( n 1;

рс =0,085(7,51,3575 = 1,31 МПа.

Температура в конце сжатия:

Тс = Та((( n 1-1) ;

Тс =349,3(7,5(1,3575-1) =717,85 К.

tc=Тс –273;

tc=717,85(273=444,85 0C.

Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия:

свежей смеси:

(mC[pic])[pic]=20,6+2,638(10-3(tc=20,6+2,638(10-3(444,85=21,77

кДж/(моль( град( (

остаточных газов:

(mC[pic])[pic]=23,805 кДж/(моль( град( -определяем методом

экстрополяции (1, табл.7)

рабочей смеси:

(mC[pic])[pic]=(mC[pic])[pic]=1/(1+?r)(((mC[pic])[pic]+

?r((mC[pic])[pic])=21,903 кДж/(моль( град(

Число молей остаточных газов:

Мr =(((r(L0;

Мr =0,96(0,07(0,517=0,0347 кмоль/кг топл.

Число молей газов в конце сжатия до сгорания:

Мс=М1+Мr ;

Мс=0,505+0,0347=0,5397 кмоль/кг топл.

1.4. Процесс сгорания

Химический коэффициент молекулярного изменения:

(о=М2/М1,

где М1 ( количество горючей смеси, отнесенное к 1кг топлива; М2 (

количество продуктов сгорания, отнесенное к 1кг топлива.

(о=0,5367 / 0,505=1,0628.

Действительный коэффициент молекулярного изменения:

(= ((о+?r)/(1+?r);

(=(1,0628+0,07)/(1+0,07)=1,0587 .

Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания

топлива:

(Ни=119950((1(()(L0;

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

Теплота сгорания рабочей смеси:

Н раб. см.=(Ни((Ни)/(М1((1+?r )(;

Н раб. см.=(43930(2480,57)/(0,505((1+0,07)(=76708,5 кДж/кг топл.

Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания:

(mC[pic])[pic]=(1/М2)((МCО(mC[pic])[pic]+МСО[pic](mC[pic])[pic]+МН[pic](

mC[pic])[pic]+МН[pic]О(mC[pic])[pic]+

+МN[pic]( mC[pic])[pic](;

(mC[pic])[pic]=(1/0,5367)((0,0057((22,49+0,0143(tz)+0,0655((39,123+0,

003349(tz)+0,0029(

((19,678+0,001758(tz)+0,0699((26,67+0,004438(tz)+0,393((21,951+0,0014

57(tz)(=

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

Коэффициент использования теплоты ( z определяем по рис.37 [1,с.77]

исходя из скоростного режима двигателя: ( z =0,93 .

Температура в конце видимого периода сгорания:

( z( Н раб. см. + (mC[pic])[pic]( tc=(( (mC[pic])[pic](tz;

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

0,002198 ( tz2+ 26,099( tz –81085,74=0;

tz =((26,099+[pic])/(2(0,002198)= 2556,45 0С;

Tz= tz+273=2556,45+273 =2829,45 K.

Максимальное теоретическое давление в конце процесса сгорания:

рz = pc(((Tz /Tc;

рz =1,31(1,0587(2829,45 /717,85=5,4665 МПа.

Действительное максимальное давление в конце процесса сгорания:

рzд =0,85(рz;

рzд =0,85(5,4665=4,6465 МПа.

Степень повышения давления:

( =рz / рс ;

( =5,4665/1,31=4,173.

1.5. Процессы расширения и выпуска

Средний показатель адиабаты расширения k2 определяем по номограмме (см.

рис.29 [1,с.57]) при заданном ( =7,5 для соответствующих значений Tz и ?

, а средний показатель политропы расширения n2 оцениваем по величине

среднего показателя адиабаты k2=1,2511: n2=1,251.

Давление и температура в конце процесса расширения:

pb=pz /? n2 ;

pb=5,7665/7,51,251=0,43957 МПа.

Tb=TZ / ? n2-1;

Tb=2829/7,51,251(1=1706 К.

Проверка ранее принятой температуры остаточных газов:

[pic];

[pic]=1100 К.

Погрешность составит: ?=100((1100-1040)/1040=5,65 %.

1.6. Индикаторные параметры рабочего цикла

Теоретическое среднее индикаторное давление определяем по формуле:

[pic][pic]

[pic] МПа.

Для определения среднего индикаторного давления примем коэффициент

полноты индикаторной диаграммы равным (и=0,96 , тогда: рi =(и(рi’

=0,96(1,0406=1,0 МПа.

Индикаторный к.п.д.:

(i = pi( l0( ( / (Ни( (0 ((v );

(i = (1,0 (14,957(0,96)/(43,93(1,189(0,73) =0,3766.

Индикаторный удельный расход топлива:

gi = 3600/( Ни((i);

gi = 3600/( 43,93(0,3766)= 218 г/(кВт( ч).

1.7. Эффективные показатели двигателя

Среднее давление механических потерь для карбюраторного двигателя с

числом цилиндров

до 6 и отношением S/D(1:

pм=0,034+0,0113(Vп;

Предварительно приняв ход поршня S равным 70 мм, получим:

Vп=S(n/3(104

Vп =70(4500/3(104=10,35 м/с.

pм=0,034+0,0113(10,35=0,151 МПа.

Среднее эффективное давление и механический к.п.д.:

pе=pi ( pм ;

pе =1,0(0,151=0,849 МПа.

(м = ре / рi ;

(м =0,849/1,0=0,849.

Эффективный к.п.д. и эффективный удельный расход топлива:

(е=(i((м ;

(е=0,3766(0,849=0,3198.

ge=3600/(Ни((е);

ge=3600/(43,93(0,3198)=256 г/(кВт( ч).

1.8. Основные параметры цилиндра и двигателя

а. Литраж двигателя: Vл=30(((Nе/(ре( n)=30(4(44,1/(0,849(4500)=1,3852 л.

б. Рабочий объем цилиндра: Vh=Vл / i =1,3852/4=0,3463 л.

в. Диаметр цилиндра: D=2(103?(Vh/(?(S))=2(103(((0,3463/(3,14(70))=96,8 мм.

Окончательно принимаем: S=70 мм и D=80 мм. Основные параметры и

показатели двигателя определяются по окончательно принятым значениям S и D:

а. Литраж двигателя: Vл=((D2(S(i / (4(106) =3,14(802 (70(4/(4(106)=1,41 л.

б. Площадь поршня: Fп=(D2 / 4=3,14(802/4=5024 мм2 =50,24 см2.

в. Эффективная мощность: Nе=ре(Vл(n/(30(()=0,849(1,41(4500/(30(4)=44,89

кВт.

Расхождение с заданной мощностью: (=100((Nе з(Nе)/ Nе з=100((44,1-

44,89)/44,89=0,017 (.

г. Эффективный крутящий момент:

Ме=(3*104/()((Ne/n)=(3(104/3,14)((44,89/4500)=95,3 Н( м.

д. Часовой расход топлива: Gт=Ne (ge (10(3 =44,89(256(10(3=11,492 кг/ч.

е. Литровая мощность двигателя: Nл=Ne/Vл=44,89/1,41=31,84 кВт/л.

1.9. Построение индикаторной диаграммы

Режим двигателя: Ne=44,89 кВт, n=4500 об/мин.

Масштабы диаграммы: хода поршня Ms=0,7 мм в мм, давлений Mp=0,035 МПа в

мм.

Величины, соответствующие рабочему объему цилиндра и объему камеры

сгорания:

АВ=S/Ms=70/0,7=100 мм;

ОА=АВ / (((1)=100/(7,5(1)=15,38 мм.

Масштабная высота диаграммы (т. Z):

Pz/Мр=5,4665/0,035=156,2 мм.

Ординаты характерных точек:

ра / Мр=0,085/0,035=2,4 мм;

рс / Мр=1,31/0,035=37,4 мм;

рb / Мр=0,4395/0,035=12,6 мм;

рr / Мр=0,118/0,035 =3,4 мм;

ро / Мр=0,1/0,035=2,9 мм.

Построение политроп сжатия и расширения аналитическим методом:

а. Политропа сжатия: рх=ра((Vа / Vх )n1. Отсюда рх / Мр=(ра/Мр)((ОВ/ОХ)n1

мм,

где ОВ= ОА+АВ=15,38+100=115,38 мм; n1 1,3575 .

б. Политропа расширения: рх = рb((Vb / Vх)n2. Отсюда рх /

Мр=(pb/Мр)((ОВ/ОХ)n2 мм,

где ОВ=115,38; n2=1,251.

Данные расчета точек политроп приведены в табл.1.1.

Теоретическое среднее индикаторное давление:

рi’=F1(Mp/AB=2950(0,035/100=1,0325 МПа,

где F1=2950 мм2 ( площадь диаграммы aczba на рис.1.1.

Величина рi’ =1,0325 МПа полученная планиметрированием индикаторной

диаграммы очень близка к величине рi’=1,0406 МПа полученной в тепловом

расчете.

Таблица 1.1.

|№ |ОХ, | | | |

|точек|мм | | | |

| | | | | |

|r’ |10° до в.м.т.|10 |0,0195 |0,975 |

|a' |10° после |10 |0,0195 |0,975 |

| |в.м.т. | | | |

|a'' |46° после |134 |1,7684 |88,42 |

| |н.м.т. | | | |

|c' |35° до в.м.т.|35 |0,2245 |11,225 |

|f |30° до в.м.т.|30 |0,1655 |8,275 |

|b' |46° до н.м.т.|134 |1,7684 |88,42 |

Положение точки с’’ определяется из выражения:

pc’’ =(1,15...1,25)(pc;

pc’’ =1,25(1,31=1,638 МПа; pc’’/Мp=1,638/0,035=46,8 мм.

Действительное давление сгорания:

pzд=0,85(рz;

pzд=0,85(5,4665=4,6465 МПа.

pzд/МP=4,6465/0,035=132,8 мм.

1.10.Тепловой баланс

Общее количество теплоты, введенное в двигатель с топливом:

Qo=Hи(Gт/3,6;

Qo=43930(11,492/3,6=140234 Дж/с.

Теплота, эквивалентная эффективной работе:

Qе=1000(Nе;

Qе=1000(44,89=44890 Дж/с.

Теплота , передаваемая охлаждающей среде:

Qв=c( i (D1+2m (nm((Hи-(Hи)/(((Hи),

где c=0,5 ( коэффициент пропорциональности для четырехтактного двигателя;

m=0,62(показатель степени для четырехтактного двигателя; i = 4 ( число

цилиндров; n=4500 об/мин ( частота вращения коленвала.

Qв=0,5(4(81+2*0,62 (45000,62((43930-2480,54)/(0,96(43930)=38144 Дж/с.

Теплота, унесенная с отработавшими газами:

Qг=(Gт/3,6)((M2((mC[pic])[pic]+8,315(tr-M1(((mC[pic])[pic]+8,315(to(,

где (mC[pic])[pic]=25,176 кДж/(кмоль(град) ( теплоемкость остаточных газов,

(mC[pic])[pic]=20,775 кДж/(кмоль( град) ( теплоемкость свежего

заряда (для воздуха) определяем по табл.5,7(1,с.16,18(.

Qг=(11,492/3,6)

((0,5307((25,176+8,315((767(0,505((20,775+8,315((20(=43071,8 Дж/с.

Теплота, потерянная из(за химической неполноты сгорания топлива:

Qн.с.= (Hи(Gт/3,6;

Qн.с.=2480,54(11,492/3,6=7918 Дж/с.

Неучтенные потери теплоты:

Qост.= Q0-( Qе+ Qв+ Qг+ Qн.с).=6210,2

Составляющие теплового баланса представлены в табл.1.3.

Таблица 1.3.

|Составляющие теплового |Q, Дж/с |q,% |

|баланса | | |

|Теплота, эквивалентная эффективной |44890 |32 |

|работе | | |

|Теплота, передаваемая охлаждающей |38144 |27,2 |

|среде | | |

|Теплота, унесенная с отработавшими |43071 |30,7 |

|газами | | |

|Теплота, потерянная из-за химической|7918 |5,6 |

|неполноты сгорания топлива | | |

|Неучтенные потери теплоты |6210,2 |4,5 |

|Общее количество теплоты, введенное |140234 |100 |

|в двигатель с топливом | | |

2.ВНЕШНЯЯ СКОРОСТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

ДВИГАТЕЛЯ [1, с.106(112]

Эффективная мощность двигателя определяется по формуле:

Nex=Ne[pic],

где Ne=44,89 кВт ; nN=4500 об/мин.

Эффективный крутящий момент:

Mex=3(104( Nex/(((nx);

Удельный эффективный расход топлива :

gex= geN([pic],

где geN=256 г/(кВт( ч).

Часовой расход топлива:

Страницы: 1, 2

МЕНЮ

Расчет карбюраторного V-образного четырехцилиндрового двигателя на шасси автомобиля ЗАЗ-968М

Расчет карбюраторного V-образного четырехцилиндрового двигателя на шасси автомобиля ЗАЗ-968М

ИНТЕРЕСНОЕ