Проектирование и расчет механизмов ДВС

Курсовой проект по дисциплине

Рабочие процессы, основы конструкции и проектирования ДВС

Пояснительная записка

РПОК.МС-311.18.00.00.00 ПЗ

Руководитель Разработал студент:

________ Манаков А.Л _______Романов А.В

(подпись) (подпись)_________________ ___________________

(дата проверки) (дата сдачи на проверку)

Краткая рецензия

____________________

______________________________ __

(запись о допуске к защите) (оценка, подпись преподавателей)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

РПОК.МС-311.18.00.00.00 ПЗ

Разраб.

Романов А.В

Провер.

Манаков А.Л.

Реценз.

Н. Контр.

Утверд.

Проектирование и расчет механизмов ДВС

Лит.

Листов

СГУПС

Содержание

1. Описание процессов происходящих в одном цикле ДВС………………………...4

2. Расчет параметров одного цикла…………………………………………………...6

3. Построение индикаторной диаграммы ДВС…………………...………………….8

4. Расчет и построение внешней характеристики ДВС………………………….....9

5. Построение диаграммы фаз газораспределения…………………………………12

6. Определение основных параметров ДВС………..……………………………….13

6.1 Кривошипно-шатунный механизм…………………………………………….13

6.2 Определение перемещения, скорости и ускорения поршня…………………14

6.3 Силы, действующие в двигателе……………………………………………….16

6.3.1 Сила инерции……………………………………………………………….16

6.3.2 Сила давления газов………………………………………………………..17

6.3.3 Суммарная сила…………………………………………………………….17

6.3.4 Сила, направленная по радиусу кривошипа……………………………...18

6.3.5 Тангенциальная сила………………………………………………….........18

6.3.6 Нормальная сила…………………………………………………………...19

6.3.7 Сила, действующая по оси шатуна……………………………………….19

6.3.8 Крутящий момент………………………………………………….………19

6.4 Камера сгорания……………………………………………………………22

6.5 Газораспределительный механизм………………………………………..22

7. Тепловой баланс ДВС…………………………………………………………….23

Список использованных источников………………………………………………25

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

РПОК.МС-311.18.00.00.00 ПЗ

1 Описание процессов происходящих в одном цикле ДВС

Действительным циклом поршневого ДВС называют комплекс периодически повторяющихся процессов, осуществляемых с целью превращения термохимической энергии топлива в механическую работу.

Действительный цикл работы четырехтактного дизельного двигателя состоит из четырех процессов: впуска свежего заряда, сжатия рабочей смеси, расширения и сгорания смеси (рабочий ход), выпуска отработавших газов.

Процесс впуска начинается после открытия впускного клапана, происходит это за 30º угла поворота коленчатого вала ( п.к.в.) до достижения поршнем верхней мертвой токи (в.м.т.). Заканчивается впуск после закрытия впускного клапана спустя 50º п.к.в после нижней мертвой точки (н.м.т.). Количество свежего заряда, поступающего в цилиндр в течение процесса впуска зависит от общего гидравлического сопротивления впускной системы, т.е. разности между давлением окружающей среды p₀ и давлением газов в цилиндре p_a = 0,095 МПа. Давление газов в цилиндре действует по направлению движения поршня к н.м.т., и оно меньше атмосферного которое препятствует этому движению. Следовательно, на осуществление процесса впуска необходимо затратить энергию. Перед впуском камера сгорания заполнена продуктами сгорания- остаточными газами, оставшимися от предыдущего цикла, эти газы имеют температуру более высокую чем свежий заряд, поэтому последний в процессе впуска нагревается. В конце впуска в цилиндре оказывается заряд состоящий из смеси воздуха с остаточными газами.

Процесс сжатия заряда происходит после окончания впуска при закрытых впускном и выпускном клапанах. Этот процесс сопровождается значительным повышением давления и температуры. Давление в конце процесса сжатия p_с = 4,08 МПа, а температура Т ≈ 600º С. При приближении поршня к в.м.т. в разогретый от сжатия заряд через форсунку под большим давлением начинает впрыскиваться топливо. В за­висимости от формы камеры сгорания и типа форсунки давление впрыска находится в пределах 8…200 МПа. Угол между началом впрыска топлива и в.м.т. называют углом опережения впрыскивания. Перед воспламенением топлива происходит развитие топливных струй, прогрев, испарение и перемешивание топлива с воздухом и другие процессы. Этот отрезок времени называют периодом задержки воспламенения. Процесс сжатия является политропным из-за теплообмена между зарядом и стенками цилиндра и поршня. Показатель политропы n₁ постоянно меняется и зависит от частоты вращения коленчатого вала n_е , температуры Т, формы камеры сгорания, размеров цилиндра, интенсивности охлаждения и т.д. Для упрощения расчетов n₁ принимают постоянным средним за процесс. Показатель политропы сжатия n₁ = 1,33.

Процесс сгорания сопровождается значительным повышением давления по сравнению с тем, которое было в процессе сжатия заряда. В этот момент поршень на большинстве режимов работы двигателя еще не достигает в.м.т., а подача топлива форсункой продолжается. Во время сгорания воздух и топливо образуют продукты сгорания, т.е состав заряда в цилиндре изменяется. Момент окончания этого процесса может находиться достаточно далеко после в.м.т. В течении сгорания Т= 1600-2000º С, а давление p_z = 8,568 МПа. Это наибольшие значения данных параметров в цикле. Под действием давления газов p_z образующихся при сгорании топливно-воздушной смеси поршень перемещается от в.м.т. к н.м.т.: происходит процесс расширения и тепловая энергия образующаяся при сгорании превращается в механическую. В процессе расширения также происходит теплообмен, поэтому он является политропическим, но с показателем политропы n₂= 1,15. В конце расширения температура снижается до Т= 700-1000º С , а давление p_b= 0,739 МПа.

Процесс выпуска начинается в конце процесса расширения когда открывается выпускной клапан, его открытие начинается за 30º п.к.в. до прихода поршня в н.м.т. В этот момент давление в цилиндре p ≈0,4 МПа. В системе выпуска из-за сопротивления, создаваемого глушителем шума и трубопроводами давление газов p_r = 0,125 МПа, из-за такого большого перепада давлений скорость истечения газов достигает критического значения – 500-700 м/с. В результате быстрого уменьшения количества газов в цилиндре и их расширения давление p значительно понижается и скорость истечения газов становится ниже критической. Первый период процесса выпуска называют периодом свободного выпуска. Этот период заканчивается вблизи н.м.т., когда выпускной клапан открыт меньше чем наполовину от своего максимального подъема. За первый период из цилиндра удаляется 60-70 % отработавших газов. Во время второго периода, при движении поршня от н.м.т. к в.м.т., выпуск происходит под действием поршня. Выпускной клапан закрывается спустя 35º п.к.в после в.м.т. При выпуске среднее давление газов в цилиндре при движении поршня от н.м.т. к в.м.т. действует против движения поршня, по значению оно больше атмосферного, поэтому на процесс выпуска расходуется энергия. Температура при данном процессе Т≈ 600º С и не должна превышать этого значения.

Процессы, во время которых происходит смена рабочего тела,- впуск и выпуск – называют процессами газообмена.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

РПОК.МС-311.18.00.00.00 ПЗ

Во время осуществления всех процессов действительного цикла и особенно при сгорании и расширении имеет место теплообмен между газами и стенками цилиндра.