Разработка четырехтактного автомобильного двигателя

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Брянский государственный технический университет

Кафедра: «Автомобильный транспорт»

Курсовой проект

по дисциплине «Автомобили и двигатели» раздела «Двигатели»

тема проекта:

«Разработка четырехтактного автомобильного двигателя»

2009

Содержание

Задание

Введение

1. Тепловой расчет двигателя

1.1     Выбор параметров к тепловому расчету

1.2 Расчет процесса наполнения

1.3     Расчет процесса сжатия

1.4     Расчет процесса сгорания

1.5     Расчет процесса расширения

1.6 Индикаторные и эффективные показатели работы двигателя

1.7 Эффективные показатели основные размеры цилиндра и двигателя

1.8 Построение индикаторной диаграммы

2. Динамический расчет

2.1 Приведение масс кривошипно-шатунного механизма

2.2 Построение диаграммы удельных сил инерции

2.3 Удельные и полные силы инерции

2.4 Построение диаграммы изменения сил, действующих в КШМ

2.5 Построение полярной диаграммы сил, действующих на шатунную шейку

2.6 Построение диаграммы предполагаемого износа шатунной шейки

2.7 Расчет сил и моментов, действующих на коленчатый вал

3. Расчет деталей двигателя на прочность

3.1 Расчет поршня

3.2 Расчет поршневого пальца на прочность

3.3 Расчет шатуна на прочность

3.3.1 Расчет поршневой головки шатуна

3.3.2 Расчет кривошипной головки шатуна

3.3.3 Расчет стержня шатуна

3.3.4 Расчет шатунных болтов

3.4 Расчет коленчатого вала на прочность

3.4.1 Расчет коренной шейки

3.4.2 Расчет шатунной шейки

3.4.3 Расчет щеки

Список использованной литературы

Приложения

Задание

Введение

Основными направлениями развития двигателестроения являются повышение удельных мощностей за счет газотурбинного наддува и применение более высоко калорийных топлив, повышение экономичности, надежности и ресурса двигателя, снижение металлоемкости.

Требование повышения мощности двигателя связано с повышением производительности труда, с ростом энерговооруженности средств производства. Так же всвязи с непрерывным ростом сложности топлива и масла значимость параметров gе и gм также возрастает. Поэтому при создании двигателя следует стремиться к оптимальным расходам топлива и масла. Однако возможности снижения gе и gм связаны со схемой, быстроходностью и другими параметрами двигателя.

При оценке требований к новому двигателю и выборе значений, определяющих параметры, необходимо учитывать развитие существующих двигателей с учетом времени, необходимого на создание нового двигателя (5-7 лет) и срока его службы не менее 15 лет.

В представленном курсовом проекте приведен расчет 4-х тактного 8-ми цилиндрового V-образного бензинового двигателя, за прототип принят двигатель автомобиля ГАЗ-53.

1. Тепловой расчет двигателя

Исходные данные

Из двигателя – прототипа:

Двигатель 4-х тактный, бензиновый,

Число цилиндров: i = 8,

Диаметр цилиндра: D = 0,092 м,

Ход поршня: S = 0,08 м,

Данные для расчета:

Степень сжатия: ε = 6.8;

Частота вращения коленчатого вала: n = 4000 об/мин.;

Мощность прототипа: 84.56 кВт (115л.с.);

Рабочий объем прототипа: 4,25 л;

Мощность: 140кВт=190,4лс.

1.1           Выбор параметров к тепловому расчету

л.с.;

л;

л;

мм;

мм;

Параметры окружающей среды:

-Р0 = 0,1033 МПа;

-Т0 = 288 К;

-относительная влажность 70 %.;

Коэффициент избытка воздуха α = 0,92;

Средняя скорость поршня:

;

Параметры остаточных газов:

-Рг = 1,13×105 Па;

-Тг = 960 К;

-коэффициент остаточных газов γ = 0,07;

Коэффициент использования тепла в точке Z для n = 4000 об/мин.:

-;

Коэффициент скругления индикаторной диаграммы φд = 0,96;

Механические потери в двигателе:

;

Элементарный состав топлива:

Н=0,145 кг/кмоль, С=0,855 кг/кмоль

Теплотворная способность топлива Hu=44000 кДж/кг топлива

Теплоемкости мольные (средние):

·                   воздуха:

;

·                   продуктов сгорания:

·                   смеси газов при сжатии:

Теоретически необходимое количества воздуха для сгорания 1 кг топлива:

;

1.2 Расчет процесса наполнения

Давление в конце наполнения:

;

где δ-коэффициент гидравлических потерь (δ=0,15).

Температура в конце наполнения:

где =15 К – подогрев заряда от стенок цилиндра,

=1,11 – коэффициент, учитывающий разницу в теплоёмкостях остаточных газов и свежей смеси.

Коэффициент наполнения:

где =1,05-коэффициент дозарядки.

;

Принятое значение γ практически совпадает с расчётным.Для дальнейших расчетов принимаем γ=0,07.

Давление в цилиндре в конце наполнения с учётом коэффициента дозарядки:

1.3           Расчет процесса сжатия

Показатель политропы сжатия определяется через показатель адиабаты сжатия , рассчитываемого по уравнению:

;

Подбором находим:

Давление и температура в конце процесса сжатия:

1.4           Расчет процесса сгорания

Действительно необходимое количество воздуха для сгорания топлива:

Теоретический коэффициент молекулярного изменения свежей смеси:

Действительный коэффициент молекулярного изменения

;

Температура газов в конце видимого сгорания:

;

Решая уравнение относительно Тz, определяем

;

где  - коэффициенты использования теплоты в начале процесса сгорания,

- потери тепла от неполного сгорания топлива

;

Степень повышения давления

Максимальное давление сгорания

1.5           Расчет процесса расширения

Показатель политропы расширения n2 находим по показателю адиабаты расширения К2, для которого известно уравнение:

;

;

Давление и температура в конце расширения

1.6 Индикаторные и эффективные показатели работы двигателя

Среднее теоретическое и действительное индикаторное давление:

где -коэффициент скругления индикаторной диаграммы

Индикаторный КПД

Индикаторный удельный расход топлива

1.7 Эффективные показатели основные размеры цилиндра и двигателя

Среднее эффективное давление

;

Механический КПД двигателя

;

Эффективный КПД и эффективный расход топлива

Литраж двигателя

;

где Ne=190,4л.с=140кВт по заданию.

Рабочий объем цилиндра

Диаметр и ход поршня принимаем из условия S/D=0,87

;

Окончательно принимаем D = 102,71мм, S = 102,71∙0,87 = 89.358 мм.

По окончательно принятым значениям D и S определяются основные параметры и показатели двигателя:

·                   Литраж двигателя:

;

·                   Площадь поршня:

;

·                   Мощность двигателя при принятых размерах цилиндра:

;

Погрешность мощности:

;

·                   Литровая мощность двигателя:

1.8 Построение индикаторной диаграммы

Исходные данные к построению диаграммы:

Степень сжатия  

Показатель политропы сжатия

Показатель политропы расширения

Давление в конце впуска

Давление в конце сжатия

Давление сгорания

Давление в конце расширения

Принимаем:

Масштаб

Составляем таблицу ординат линий сжатия и расширения.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7