Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

Гродненский государственный университет

им. Я. Купалы

Курсовой проект

по дисциплине “Силовые установки транспортных средств”

на тему “Тепловой и динамический расчет двигателя”

Гродно 2010

Содержание

Введение

1. Тепловой расчет двигателя

1.1 Выбор топлива, определение его теплоты сгорания

1.2 Определение параметров рабочего тела

1.3 Определение параметров окружающей среды и остаточных газов

1.4 Расчет параметров процесса впуска

1.5 Расчет параметров процесса сжатия

1.6 Расчет параметров процесса сгорания

1.7 Расчет параметров процесса расширения и выпуска

1.8 Определение индикаторных показателей двигателя

1.9 Определение эффективных показателей двигателя

1.10 Определение основных размеров цилиндра и параметров двигателя

1.11 Построение индикаторной диаграммы

2. Расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя

3. Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателя

3.1 Расчет сил давления газов

3.2 Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма

3.3 Расчет сил инерции

3.4 Расчет суммарных сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме

3.5 Расчет сил, действующих на шатунную шейку коленчатого вала

3.6 Построение графиков сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме

3.7 Построение диаграммы износа шатунной шейки

3.8 Построение графика суммарного крутящего момента двигателя

Заключение

Литература

Введение

Целью курсовой работы является систематизация и закрепление знаний, полученных студентами при изучении теоретического курса дисциплины «Силовые установки транспортных средств», а также при выполнении практических и лабораторных работ; освоение методики и получение практических навыков теплового и динамического расчета автомобильного (тракторного) двигателя.

Приведенная в настоящем курсовом проекте последовательность расчета двигателя базируется на известных методиках, изложенных в литературе.

Помимо указанных данных при выполнении курсовой работы студенту необходимо самостоятельно выбрать ряд величин, используя сведения о принятом прототипе двигателя.

1 Тепловой расчет двигателя

1.1 Выбор топлива, определение его теплоты сгорания

Для бензинового двигателя с впрыском в соответствии с заданной степенью сжатия ( ) октановое число используемого бензина находится в пределах от 90 до 100. Выбираем следующие виды бензинов: “Регуляр-91”, “Регуляр-92”, “Премиум-95”, “Супер-98”,

Низшая теплота сгорания жидкого топлива, кДж/кг:

(1.1)

где – массовые доли углерода, водорода и кислорода в одном килограмме топлива.

1.2 Определение параметров рабочего тела

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания одного килограмма жидкого топлива:

		(1.2)

Количество свежего заряда:

(1.3)

где – коэффициент избытка воздуха;

= 115 кг/кмоль – средняя молярная масса бензина.

При не полном сгорании топлива ( ) в состав продуктов сгорания входят: оксид углерода , углекислый газ , водяной пар , водород и азот .

Количество отдельных компонентов продуктов сгорания жидкого топлива при :

1. Оксида углерода:

	(1.4)

2. Углекислого газа:

	(1.5)

3. Водяного пара:

	(1.6)

4. Водорода:

	(1.7)

5. Азота:

	(1.8)

Общее количество продуктов сгорания жидкого топлива:

	(1.9)

1.3 Определение параметров окружающей среды и остаточных газов

При работе двигателя без наддува давление и температура окружающей среды:

Давление остаточных газов:

	(1.10)

Температура остаточных газов:

1.4 Расчет параметров процесса впуска

Давление газов в цилиндре определяется по формуле:

(1.11)

где, – потери давления за счет сопротивления впускной системы и затухания скорости движения заряда в цилиндре.

Величина с учетом некоторых допущений определяется из уравнения Бернулли, МПа:

(1.12)

где, – коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом сечении цилиндра;

– коэффициент сопротивления впускной системы, отнесенный к наиболее узкому ее сечению;

– средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы (как правило, в клапане или продувочных окнах), м/с;

– плотность заряда на впуске (при отсутствии наддува ), кг/м³.

По опытным данным в современных автомобильных двигателях с электронным управлением на номинальном режиме:

Плотность заряда на впуске:

(1.13)

где, = 287 Дж/(кг град) – удельная газовая постоянная воздуха.

Коэффициент остаточных газов характеризует качество очистки цилиндра от продуктов сгорания; с его ростом уменьшается количество свежего заряда, поступающего в цилиндр двигателя в процессе впуска:

(1.14)

где , – температура подогрева свежего заряда при его контакте со стенками впускного трубопровода и цилиндра;

– степень сжатия.

Температура подогрева свежего заряда принимается в зависимости от типа двигателя:

(1.14)

Температура заряда в конце процесса впуска:

	(1.15)

Коэффициент наполнения без учета продувки и дозарядки четырехтактного двигателя:

	(1.16)

1.5 Расчет параметров процесса сжатия

По опытным данным при жидкостном охлаждении величина показателя политропы сжатия для бензиновых двигателей:

Давление и температура конца процесса сжатия определяются из уравнения политропы с постоянным показателем :

	(1.17)
	(1.18)

1.6 Расчет параметров процесса сгорания

Целью расчета процесса сгорания является определение температуры и давления в конце видимого сгорания.

Температура , определяется путем решения уравнения сгорания, которое имеет вид:

(1.19)

где – коэффициент использования теплоты;

– теплота сгорания рабочей смеси, кДж/кмоль раб.см;

– средняя мольная теплоемкость свежего заряда при постоянном объеме, кДж/кмоль град;

– средняя мольная теплоемкость продукта сгорания при постоянном объеме , кДж/кмоль град;

– действительный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси.

По опытным данным значения коэффициента для двигателей c электронным впрыском при их работе на номинальном режиме:

Теплота сгорания рабочей смеси, кДж/кмоль раб.см.:

(1.20)

где – количество теплоты потерянное вследствие химической неполноты сгорания, кДж/кг:

	(1.21)

Тогда имеем:

Средние мольные теплоемкости:

свежего заряда

	(1.22)

продуктов сгорания, :

(1.23)

Действительный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси:

	(1.24)

Уравнение сгорания (1.19) после подстановки аналитических выражений всех рассчитываемых параметров и последующих преобразований можно представить в виде уравнения второго порядка относительно :

(1.25)

где A, B и C – коэффициенты уравнения второго порядка относительно :

	(1.26)
	(1.27)
	(1.28)

Решение уравнения второго порядка относительно имеет вид:

	(1.29)

Теоретическое давление:

	(1.30)

Действительное давление:

	(1.31)

Степень повышения давления:

	(1.32)

1.7 Расчет параметров процесса расширения и выпуска