Проектирование дизельного двигателя по прототипу Д-37М

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

(ФГОУ ВПО)

ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ТРАКТОРЫ И АВТОМОБИЛИ

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Автомобильные двигатели»

Благовещенск 2009

Введение

Особенности и тенденции развития конструкций автомобильных и тракторных двигателей полностью определяются требованиями, предъявляемыми к автомобилям и тракторам промышленностью и сельским хозяйством. Эти требования сводятся к обеспечению максимальной производительности автомобиля и трактора, минимальной стоимости перевозок и выполняемых трактором работ при надёжной и безопасной их работе. Основные требования, предъявляемые к автомобильным и тракторным двигателям, следующие:

1. Развитие необходимой мощности двигателей при различных скоростях движения автомобиля (или трактора); обладание хорошей приёмистостью при трогании автомобиля (или трактора) с места и при изменении его рабочих режимов.

2. Максимально возможная экономичность на всех режимах работы.

3. Простота конструкции, упрощающая условия выпуска и последующих ремонтов автомобильных и тракторных двигателей и облегчающая условия их обслуживания и эксплуатации.

4. Низкая производственная стоимость, достигаемая за счёт обеспечения технологичности конструкции деталей автомобильных и тракторных двигателей, снижения их веса и применения полноценных заменителей металлов.

5. Возможно меньший удельный и литровый веса двигателя, достигаемые без снижения надёжности и долговечности его работы.

6. Малые габариты двигателя.

7. Максимально целесообразное уравновешивание двигателя и необходимая равномерность хода.

8. Удобство в эксплуатации, а также простота и удобство ремонта и технического обслуживания в гаражных, дорожных и полевых условиях.

9. Высокая надёжность и долговечность работы.

В соответствии с перечисленными требованиями конструкции отечественных автомобильных и тракторных двигателей развиваются и совершенствуются в направлениях максимального их соответствия условиям эксплуатации, повышения экономичности и снижения себестоимости.

Тепловой расчет двигателя

1. Выбор исходных данных

Одним из важнейших разделов курсовой работы по расчету ДВС является выбор исходных данных для теплового расчета.

Правильный выбор указанных данных гарантирует малые затраты при его доводке двигателей и высокий уровень технико-экономических показателей при эксплуатации.

1.1.1 Степень сжатия

Степень сжатия в автотракторных дизелях обычно находится в пределах от 14 до 22 и выбирается из условий обеспечения хороших пусковых качеств и надежной эксплуатации. С увеличением степени сжатия экономичность дизеля улучшается, однако при этом растут тепловые нагрузки на детали поршневой группы и увеличиваются износы.

Выбор степени сжатия для дизелей прежде всего определяется формой камеры сгорания и способом смесеобразования. В зависимости от этих параметров значение степени сжатия 8 у дизелей находятся по справочным данным (табл. 1.).

1.1.2 Размеры цилиндра и скорость поршня

Размерами цилиндра – диаметр и ход поршня являются конструктивными основными параметрами двигателя. Диаметр цилиндра D определяется по ниже приведенной формуле в соответствии с выбранной относительной величиной S/D, непосредственно связанной со скоростью поршня.

S/D=140/130=1.08

Где S – ход поршня, D-диаметр поршня.

Для автомобильных дизелей средняя скорость поршня при оптимальной частоте вращения варьирует в следующих пределах: 6,5…12 м/с. Для данного двигателя выбираем среднюю скорость поршня 10 м/с.

1.2 Процесс впуска

1.2.1 Давление в конце впускаРаиРк

Давление в конце впуска Ра – основной фактор, определяющий количество рабочего тела, поступающего в цилиндр двигателя. Обилие факторов, оказывающих влияние на Ра, затрудняет точное теоретическое определение этого давления. Давление в конце впуска Ра для двигателей без наддува с достаточной степенью точности может быть определено по формуле:

Ра=Ро (1–0,55n 10 -4) МПа

Ра=0,1033 (1–0,55* 2200* 10-4)=0,09 МПа

Где Р0 – атмосферное давление, МПа; n – число оборотов, об/мин.

1.2.2 Температура свежего заряда Т /0

Температура свежего заряда определяется по формуле:

, где =288

T’0=20+288=308єK

Т0 – температура окружающей среды, .

- приращение температуры свежего заряда,

Т /0=308 Т0=288

1.2.3 Температура остаточных газов Tr

Эта температура зависит от ряда факторов, в том числе от состава смеси, частоты вращения, степени сжатия и др. При номинальном режиме температура остаточных газов варьирует в пределах Tr=700…900

Tr=800

1.2.4 Давление в конце впуска Pr

Это давление зависит от нагрузки, частоты вращения, сопротивления выпускной системы газораспределения и др. С достаточной степенью точности для двигателей без наддува Pr можно определить по формуле:

, МПа

, МПа

1.2.5 Коэффициент наполнения

Коэффициент наполнения определяет мощностные показатели двигателя и зависит от особенностей впускной системы.

Для четырехтактных двигателей коэффициент наполнения находится по формуле: ;

1.2.6 Коэффициент остаточных газов

Коэффициент остаточных газов определяется по формуле:

;

1.2.7 Температура конца впуска Тa

Температура конца впуска характеризует действие внешних конструктивных показателей на процесс впуска свежей горючей смеси в цилиндры двигателя и определяется по формуле:

;

1.3 Процесс сжатия

1.3.1 Температура и давление в конце сжатия

Сжатие свежего заряда в цилиндре двигателя внутреннего сгорания протекает в условиях непрерывного теплообмена между зарядом и стенками цилиндра и камеры сгорания, а также в условиях его утечек через зазоры в кольцах. Давление конца сжатия подсчитывается по формуле:

, МПа

А температура конца сжатия

, К

Где n1 – показатель политропы сжатия.

1.4 Процесс сгорания

1.4.1 Определение действительного количества необходимого воздуха

Для определения параметров сгорания следует, прежде всего, определить количество, состав и теплоемкость газов до и после сгорания.

Количество молей газа в конце такта сжатия состоит из свежего заряда L и остаточных газов Mr.

Выбрав состав топлива по С, Н2, О2 в процентах определяют теоретические количество кислорода О/, необходимое для сжигания 1 кг топлива

, кг

, кг

Соответственно теоретическое количество воздуха можно выразить по массе и в киломолях L0

, кг и , кмоль/кг

, кг кмоль/кг

Значение для современных автотракторных двигателей выбираем

Действительное число молей воздуха и топлива состоит:

; , где mT – молекулярная масса топлива.

Коэффициент остаточных газов можно также представить еще как отношение:;

Где Мr – количество молей остаточных газов. Тогда число молей перед началом сгорания можно записать

кмоль/кг

Состав продуктов М зависит от коэффициента избытка воздуха при

; , кмоль/кг

=0,6835625+0,026=0,702

Действительный (расчетный) коэффициент молекулярного изменения, представляющий собой отношение числа молей газов в цилиндре после сгорания МZ и числу молей до сгорания МС

1.4.3 Уравнение сгорания для дизеля

Принимают, что сгорание протекает при V=const и P=const, а уравнение сгорания имеет следующий вид:

Низшая удельная теплота сгорания топлива

1.5 Процесс расширения

В действительных циклах двигателей внутреннего сгорания расширение газов протекает по политропе с переменным показателем политропы расширения на показатель политропы влияет ряд факторов, важнейшими из которых являются: догорание топливовоздушной смеси, утечка газов через кольца, интенсивность отвода тепла в охлаждающую среду и др.

Давление в конце расширения определяется по следующим формулам для дизеля:

;

;

степень последующего расширения.

Температура в конце выпуска,

;

1.6 Процесс выпуска

Во время хода выпуска давления газов непрерывно меняется. Оно зависит от нагрузки, числа оборотов, фаз газораспределение и ряда других факторов.

Влияние всех этих факторов теоретически трудно учесть.

Поэтому давление выпуска принимают постоянным, равным среднему значению за выпуск.

Температура и давление конца выпуска определяется по вышеприведенным формулам.

1.7 Расчет индикаторных и эффективных показателей двигателя

1.7.1 Построение индикаторной диаграммы

Индикаторная диаграмма строится в верхнем левом углу листа формата А1.

Вначале надо выбрать масштабы диаграммы с таким расчетом, чтобы отношение высоты диаграммы к ее ширине было близко к 2:1.

Отрезок , соответствующий в некотором масштабе ходу поршня или рабочему объему цилиндра, рекомендуется откладывать равным 100…150 мм

Отрезок в мм, соответствующий объему камеры сгорания, находят из выражения:

;

Отрезок (в мм) для индикаторной диаграммы дизеля определяется по уравнению:

;

Через точки, соответствующие объемам произвести вертикальные линии. Через точку, соответствующую давлению проводят линию атмосферного давления.

Определить ориентировочный масштаб давлений в МПа/мм для построения индикаторной диаграммы по формуле:

;

1.7.2 Определение среднего индикаторного давления

Среднее теоретическое индикаторное давление можно подсчитать по аналитической формуле:

Действительное среднее индикаторное давление будет равно

Где - коэффициент, учитывающий скругление диаграмм;

-потеря среднего индикаторного давления на совершение вспомогательных ходов.

1.7.3 Среднее эффективное давление

Среднее эффективное давление определяется по уравнению

Среднее давление механических потерь в двигателе Рт подсчитывается по следующим эмпирическим формулам, в МПа для дизеля

, МПа

1.7.4 Коэффициенты полезного действия

Индикаторный КПД рассчитывается по формуле:

Где - должна быть для двигателей, работающих на жидком топливе, в кДж/кг.

Механический КПД определяется по формуле

Эффективный КПД

1.7.5 Удельный и часовой расходы топлива

Индикаторный и удельный расходы топлива подсчитываются по формулам:

Часовой расход топлива для двигателей определяется из выражения в кг/ч

1.8 Основные размеры цилиндра и удельные показатели двигателя

Определяем одного цилиндра в литрах

Выбрав отношение хода поршня S к диаметру D, определяем диаметр цилиндра

, мм

По значениям S и n проверить и сопоставить среднюю скорость поршня с ранее принятым значением по формуле:

Для проектируемого двигателя необходимо рассчитать удельную поршневую мощность:

Удельная литровая мощность

1.9 Тепловой баланс двигателя

Тепловой баланс оценивает распределение тепла, вносимого в двигатель топливом, идущего на полезную работу и на потери.

Количество теплоты, выделяемого при сгорании вводимого в двигатель топлива(1 кг).

Тепло, идущее на индикаторную работу

Тепло, используемое на эффективную работу

Тепло, затраченное на работу трения и привод вспомогательных механизмов

Тепло, унесенное с отработавшими газами

Тепло, унесенное охлаждающей водой в сумме с неучетными потерями

1.10 Построение регуляторной характеристики тракторного дизеля

С достаточной степенью точности эффективной крутящий момент на безрегуляторной ветви характеристики тракторного дизеля в зависимости от скорости вращения коленчатого вала может быть описан следующим уравнением:

Соответственно вычисляем значения Ме определяются эффективные мощности Nе по формуле:

Максимальное значение частоты вращения холостого хода