Тепловой расчет двигателя.

Министерство образования Российской Федерации

САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Автомобили и двигатели»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

на тему:

ДВИГАТЕЛЬ АВТОМОБИЛЬНЫЙ

(Пояснительная записка)

Выполнил:

студент группы ААХ-31

Ибраев Е.А.

Проверил:

Сычев А. М.

Саратов 2011

Оглавление

Задание на курсовой проект………………………………………………..3

1. Тепловой расчет двигателя…………………………………………………..4

1.1 Обоснование параметров…………………………………………………9

2. Динамический расчет двигателя…………………………………………….13

2.1. Методика динамического расчета………………………………………13

3. Расчет механизмов двигателя и его систем…………………………………18

3.1.Расчетные режимы………………………………………………………….18

4. Расчет деталей цилиндровой группы……………………………………….18

4.1. Расчет стенки цилиндра…………………………………………………..18

4.2 Расчет силовых шпилек (болтов) крепления головки………………….19

5. Расчет деталей поршневой группы…………………………………………21

5.1.Расчет поршня……………………………………………………………..21

5.2. Расчет поршневого пальца………………………………………………..23

5.3. Расчет поршневого кольца………………………………………………..23

6. Расчет деталей шатунной группы…………………………………………....24

6.1. Расчет шатуна…………………………………………………………….24

6.2. Расчет крышки нижней головки шатуна………………………………...27

6.3. Расчет шатунных болтов………………………………………………….28

7. Расчет коленчатого вала……………………………………………………..30

7.1. Расчет шеек коленчатого вала на износостойкость……………………..30

7.2. Расчет коленчатого вала на прочность…………………………………..31

8. Расчет газораспределительного механизма………………………………...36

8.1. Определение проходных сечений ГРМ………………………………….36

8.2. Профилирование кулачка ГРМ…………………………………………..38

8.3. Расчет клапанной пружины………………………………………………39

8.4. Расчет распределительного вала…………………………………………44

9. Расчет системы смазки……………………………………………………….46

9.1. Расчет подшипников………………………………………………………46

9.2. Расчет масляного насоса………………………………………………….47

10. Расчет системы охлаждения………………………………………………...48

10.1. Расчет жидкостного насоса……………………………………………….48

10.2. Расчет жидкостного радиатора…………………………………………...49

10.3. Расчет вентилятора………………………………………………………..49

Заключение……………………………………………………………………50

Список используемой литературы…………………………………………..51

Задание на курсовой проект № 1.

Целью данного курсового проекта являлось проектирование двигателя грузового автомобиля, работающего на дизеле, мощностью 180 кВт при частоте вращения 2100 об/мин.

Тепловой расчет двигателя.

Тип двигателя и его назначение – грузового автомобиля.

Эффективная максимальная мощность =180 кВт.

Частота вращения коленчатого вала при максимальной

мощности , ; n=2100об/мин.

Топливо - бутан.

Определим теоретически необходимое количество воздуха для сгорания топлива:

=0,87; =0,126; =0.004

L₀= =4,76·(0,0725+0,0315-0.000125)=0,494

l₀=29 L₀=29·0.49=14.33 (кг воз/кг топл).

При работе на дизельном топливе = = 1,3…1,5. Поэтому для дизельного двигателя принимаем = 1.4.

– средняя молярная масса топлива, для дизеля

кг/кмоль

М₁=α· L₀= 0,9 ·0,49=0.441

М_со2= =0,87/12=0,0725

М_N2=0,79 · L₀ · α =0,79·0,49·1.4=0,54194

=0,126/2=0,063

=0.21·0.49(1.4-1)= 0.411

=0,0584 + 0,0725 + 0,0411 + 0,54194 = 0,713 .

Химический и действительный коэффициенты молекулярного изменения:

=0,713/0,441=1,61, =1,151/1,051=2,14.

Коэффициенты для определения средней мольной теплоемкости продуктов сгорания:

- при

,

.

А_см= =35,94,

В_см=0 =1.11.

Коэффициент остаточных газов:

.

Коэффициент наполнения цилиндра для дизельного двигателя = 0,9, т.к. двигатель новый и изготовлен с использованием современных технологий.

Принимаем Р_r=0.15, т.к. для этого автомобиля соблюдены нормы экологичности и низкого шума.

Степень сжатия принимаем равной ε=18, т.к. является перспективным двигателем легкового автомобиля.

Для ε=18, температура остаточных газов Т_r=800 К.

Т₀=293 К.

γ = .

Такт впуска.

Температура в конце такта впуска:

Т_а= К.

Давление в конце такта впуска:

Р_а= МПа.

Процесс сжатия.

Для дизельного двигателя выбирается = 1,36…1,37, но для данного автомобиля n=2100об/мин, показатель политропы сжатия

для дизельного двигателя = 1,365, так как величина увеличивается с увеличением быстроходности двигателя

Давление газов в конце сжатия:

,

Р_с=0,09·18^1,365=4,9 МПа.

Температура газов в конце сжатия:

,

Т_с=311·18^0,355=894 К.

Процесс сгорания.

Определим температуру в точке Z.

β·B_cm·T_z²+ β·(A_cm+μR)· T_z – E=0.

Определим коэффициент Е:

Е=

Величина обычно находится в пределах для дизельного двигателя ξ=0,75…0,85,мы выбираем ξ=0,85 т.к. двигатель новый и технологичный.

Нu = 42500 кДж/кг

Е= 81727,9.

Найдем T_z:

.=Е.

Подставив коэффициенты и решив квадратное уравнение получим:

T_z = 2242 К.

Для дизельного двигателя определяется степень повышения давления:

=2.

Определяется степень предварительного расширения и степень последующего расширения:

=2.68 , =6.71.

Давление газов в цилиндре в конце сгорания:

= 2·4.9 = 8.82 МПа.

Процесс расширения.

Для дизельного двигателя = 1,27…1,29, мы выбираем n₂ = 1,28. Так как величина снижается с увеличением быстроходности двигателя, с увеличением диаметра цилиндра и повышается с увеличением интенсивности охлаждения цилиндров.

Давление газов в цилиндре в конце расширения n₂ = 1,28

= , МПа.

Температура газов в цилиндре в конце расширения

= , К.

Значения обычно колеблются в пределах для дизельного двигателя

= 0,92…0,95.

Выбираем коэффициент скругления индикаторной диаграммы =0.96.

Среднее индикаторное давление для двигателей с искровым зажиганием:

, МПа.

P_i =1.04 МПа.

Индикаторный к.п.д. двигателя:

,

где = 1,22 - плотность воздуха при условиях окружающей среды.

η_i= .

Удельный индикаторный расход топлива:

, .

g_i =

Определение эффективных показателей двигателя.

Среднее давление механических потерь можно приближенно подсчитать по эмпирической формуле:

, МПа.

Здесь - средняя скорость поршня, предварительно принимаемая в соответствии с конструкцией и типом двигателя ( =9 ).

P_m=0,089+0,0118·9 = 0,1952 МПа.

Среднее эффективное давление:

,МПа.

Р_е=1.04 - 0,1952=0,85 МПа.

Механический к.п.д. двигателя:

.

η_m=0,85/1.04= 0,81.

Удельный эффективный расход топлива:

= 193.45/0,81 = 238.05 .

Эффективный к.п.д. двигателя:

.

η_e = 0,438·0,81 = 0,356.

Рабочий объем двигателя:

, л.

Здесь - заданная мощность двигателя, кВт. N_e=180 кВт;

- тактность двигателя

- среднее эффективное давление, МПа, Р_е=0,85 МПа;

- частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин. ;

n=2100об/мин.

V_л =

Рабочий объем одного цилиндра двигателя:

= 12,28/8 = 2.5 л,

где - число цилиндров проектируемого двигателя (i=8, т.к. рабочий объем двигателя мал).

Диаметр цилиндра:

, мм.

D=100· =121,1 мм.

Ход поршня:

, мм.

S=1.1·121.1=133.32 мм.

Обоснование параметров.

2.2. Методика выбора параметров теплового расчета.

1. Параметры окружающей среды :

При работе двигателя без надува : P0 [МПа] , T0 [К]

В этом случае давление свежего заряда P0 , поступающего к двигателю, из атмосферы, принимается равным атмосферному давлению т.е.

P0 @ 0,15 Мпа. Температура свежего заряда T0 принимается равной температуре атмосферного воздуха, т.е. T0 @ 293К;

2. Элементарный состав и низшая теплота сгорания топлива Hu [кДж/кг]

Так как метанол жидкое топливо то элементарный состав жидких топлив (бензин , дизтопливо , спирт и т.п.) обычно выражается в единицах массы (кг) или относительных массовых долях , где