Методические указания к выполнению курсовой работы для студентов специальностей автомобили и автомобильное хозяйство

Министерство образования и науки Российской Федерации

Курганский государственный университет

Кафедра «Автомобильный транспорт и автосервис»

Методические указания к выполнению курсовой работы

для студентов специальностей 190601 – Автомобили и автомобильное хозяйство, 190603 – Сервис транспортных и технологических машин и оборудования (автомобильный транспорт), 190201 «Автомобиле – и тракторостроение»

Курган 2011

Кафедра:                             «Автомобильный транспорт и автосервис»

Дисциплины:     «Автомобильные двигатели» 

(специальность 190601)

«Рабочие процессы, конструкция и основы расчёта энергетических установок и транспортно-технологического оборудования»

(специальность 190603);

«Основы теории и динамики автомобильных и тракторных двигателей»

(специальность 190201).

Составил: профессор, канд.техн.наук Глазырин А.В.

Утверждены на заседании кафедры   "___" ___________  2011 г.

Содержание

Введение

1 Определение основных показателей двигателя

1.1 Индикаторные показатели

1.2 Эффективные показатели

2 Построение индикаторной диаграммы

3 Динамический расчет

3.1 Сила давления газов

3.2 Силы инерции

3.3 Силы и крутящий момент действующие, в кривошипно-шатунном механизме

3.4 Крутящий момент двигателя

3.5              Неравномерность крутящего момента и равномерность хода двигателя

4 Анализ уравновешенности двигателя

Заключение

Литература

Введение

Курсовая работа выполняется с целью закрепления знаний, полученных при теоретическом изучении курса. Студентом определяются основные показатели двигателя. Производится динамический расчет и анализ уравновешенности двигателя.

Курсовая работа выполняется в следующем объеме:

1.        определение основных показателей двигателя;

2.        построение индикаторной диаграммы;

3.  динамический расчет двигателя и построение диаграмм сил и крутящего момента;

4.   анализ уравновешенности двигателя;

Исходные данные для выполнения курсовой работы выдаются преподавателем.

Расшифровка обозначений исходных данных:

D/S - диаметр цилиндра / ход поршня, мм; i - число и расположение цилиндров; nN - частота вращения двигателя при максимальной мощнос­ти, мин -1; e - степень сжатия; r - степень предварительного расширения; Ра - давление конца впуска, МПа; Рс - давление конца сжатия, МПа; Рz - давление конца сгорания, МПа; Рв - давление конца расширения, МПа; Рr - давление остаточных газов, МПа; Рк- давление наддува.

1 Определение основных показателей двигателя

1.1 Индикаторные показатели

Расчет основных показателей двигателя производится для режима максимальной мощности.

На основании данных задания определяется расчетное среднее индикаторное давление , МПа,

- бензиновый двигатель

                                                                                (1.1)

-         дизель

                     ,                                       (1.2)

        где d - степень последующего расширения d=e/r; в бензиновых двигателях с искровым зажиганием d=e;

l1 – степень повышения давления l1 = РZ/РC;

n1, n2 - показатели по­литроп сжатия и расширения.

                       n1 = (lgPc – lgPa)/lge ;n2 = (lgPz – lgPb)/lgd.                               (1.3)

Величина может быть определена по площади, соответствующей теоретическому циклу на индикаторной диаграмме.

Среднее индикаторное давление по нескругленной диаграмме, Па,

     =/Vh;                                                               (1.4)

где : индикаторная работа цикла по нескругленной диаграмме

                                        Li=Fi × mр × mv; Дж;                                                    (1.5)

где: Fi-площадь заключенная между точками асzва; мм2;

mр и mv-масштабы давления и объема,

Vh - рабочий объем цилиндра, м3.

Среднее индикаторное давление Pi, МПа,

                                                                         (1.6)                                                                                   

где jп - коэффициент полноты индикаторной диаграммы.

(jп = 0,92-0,97; при этом большее значение для бензиновых двигателей).

Индикаторная мощность Ni, кВт,

                                                                  (1.7)                                                                                   

где Vh - рабочий объем цилиндра, л;

                           ,                                                                  (1.8)

где D и S – диаметр цилиндра и ход поршня в дм.;

t - коэффициент тактности двигателя.

(t = 4 для четырехтактных и t = 2 для двухтактных двигателей).

Индикаторный кпд цикла hi

      hi =                                                                                                (1.9)

         где lo - теоретически необходимое количество воздуха для сгорания I кг топлива, кг/кг;

(lo = 14,95 для бензинов и lo = 14,45 для дизельных топлив);

       Hu - низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг;

(Hu = 44 для бензинов и Hu = 42,5 для дизельных топлив);

        a - коэффициент избытка воздуха;

(a = 0,85-0,96 для бензиновых карбюраторных   двигателей; a =1,3-1,7 для дизелей без наддува; a =1,5-2,2 для дизелей с наддувом);

hv - коэффициент наполнения;

rк - плотность заряда на впуске, rк, кг/м3.

                           rк = Рк 106/(RBTK);                                                                 (1.10)

где Рк - давление надду­ва (для двигателей без наддува Рк = Ро), МПа;

Температура Тк, К, воздуха на входе в двигатель,

                                      Тк = То,                                                                           (1.11)

где Ро, То - давление (МПа) и температура (К) окружающей среды (Р0=0,1 МПа;                                  Т0=273+(10...20),К);

RB = 287 Дж/(кг×град.) – удельная газовая постоянная воздуха.

Коэффициент наполнения hv определяется по выражению:

                                                                       (1.12)

        где jдоз - коэффициент дозарядки (jдоз = 1,02-1,15, при этом большее значение для высокооборотных двигателей);

DТ - подогрев свежего заряда, К (DТ = 0-25 для бензиновых карбюраторных двигателей и DТ = 20-40 для дизелей);

gr - коэффици­ент остаточных газов;

Тr - температура остаточ­ных газов, К (Тr = 900-1100 для бензиновых двигателей и Тr = 700-900 для дизелей).

Коэффициент остаточных газов gr

    gr =                                                           (1.13)

Удельный индикаторный расход топлива gi, г/кВтч,

                                                          gi =                                                                                (1.14)

1.2 Эффективные показатели

Среднее эффективное давление Ре, МПа,

          Ре = Рi - Рм,                                                                                         (1.15)

где Рм - среднее давление механических потерь, МПа, определяемое в зависимости от средней скорости поршня по выражению,

     Рм = а + b Vп.ср,                                                          (1.16)

где а, b - постоянные для данного типа двигателя коэффициенты.

Выражение 11 имеет вид:

для бензиновых двигателей с числом цилиндров до шести и отношением S/D>1 Рм = 0,049 + 0,0152 Vп.ср;

для бензиновых восьмицилиндровых двигателей с отношением

S/D<1 Рм = 0,039 + 0,0132 Vп.ср;

для бензиновых двигателей с числом цилиндров до шести и отношением S/D£1 Рм = 0,034 + 0,0113 Vп.ср;

для четырехтактных дизелей с неразделенными камерами сгорания

Рм = 0,089 + 0,0118 Vп.ср;

для дизелей с вихревыми камерами

Рм = 0,089 + 0,0135 Vп.ср;

для предкамерных дизелей

Рм = 0,103 + 0,0153 Vп.ср.

Средняя скорость поршня Vп.ср, м/с,

                                                    Vп.ср= SnN/30,                                                 (1.17)

где S - ход поршня, м.

Эффективная мощность двигателя Nе, кВт,

                                                         Nе = .                                              (1.18)

              Литровая мощность двигателя Nл, кВт/л,

            Nл = .                                                                               (1.19)

Эффективный              крутящий момент двигателя Ме, Нм,

                                                 Ме = .                                                                               (1.20)

Эффективный кпд двигателя

hе = hi hм,                                                                                                (1.21)

где hм - механический кпд, оп­ределяемый по формуле

                                                   hм = Ре/Рi.                                                                                    (1.22)             

              Удельный эффективный расход топлива gе, г/кВтч

                          gе = gi/hм.                                                                                            (1.23)

              Часовой расход топлива Gт, кг/ч

                                                                Gт = gе Nе/10                                                       (1.24)

2 Построение индикаторной диаграммы

На основании данных задания производится построение инди­каторной диаграммы действительного цикла двигателя.

При построении диаграммы ее масштабы рекомендуется выби­рать с таким расчетом, чтобы получить высоту равной 1,2-1,7 ее основания. Отрезок АВ, соответствующий рабочему объему цилиндра, рекомендуется выбирать равным ходу поршня в масштабе 1:1; 1,5:1 или 2:1. Масштаб давлений рекомендуется выбирать 0,02; 0,025; 0,04; 0,05; 0,07-0,1 МПа/мм.

Отрезок ОА, соответствующий объему камеры сгорания

ОА = АВ/(e - 1),                                                     (2.1)

отрезок Z’Z  для дизелей Z’Z = ОА(r - 1).                                                              (2.2)

Затем на диаграмме наносятся давления в характерных точках Ра, Рс, Рz, Рb, Рr.

Построение политроп сжатия и расширения производится аналитическим или графичес­ким  методами.

При аналитическом методе необходимо определить ординаты промежуточ­ных расчетных точек по уравнению политропы:

- сжатия РVn1 = const;

- расширения  РV n2 = const.

Для политропы сжатия РxVxn1 = РаVаn1, откуда

Рx = Ра (Vа/Vx)n1,                                                                         (2.3)

где Рx, Vx - давление и объем в искомой промежуточной точке.

Отношение Va/Vx  изменяется в пределах I-e.

Аналогично для политропы расширения

Рx = Рb (Vb/Vx)n2.                                                                        (2.4)

Отношение Vb/Vx изменяется для бензинового дви­гателя в интервале I-e , для дизелей – I-d.

Для получения действительной индикаторной диаграммы а/а//c/fzдb//b//ra (скругление индикаторной диаграммы) производится выбор:

- фаз газораспределения (точке a/ соответствует открытие впускного клапана jН.ВП. = 10-30 град. до в.м.т.; точке a// – закрытие его jК.ВП. = 35-85 град. после н.м.т.; точке b// – открытие выпускного клапана jН.ВЫП. = 40-70 град. до н.м.т.; точке r/ – закрытие выпускного кла­пана jК.ВЫП. = 10-50 град после в.м.т.);

- угла опережения (угол опережения зажигания в двигателе с искровым зажиганием jОП.З = 5-25 град. до в.м.т., большее значение при повышенной степени сжатия; угол опережения впрыска в дизеле jОП.В = 20-35 град. до в.м.т.) - точка c/;

- периода задержки воспламенения (задержка воспламенения в двигателе с искровым зажиганием составляет Dj1 = 5-18 град., а в дизеле Dj1 = 8-12 град.; отрезок c/f = (jОП.З - Dj1) для бензиновых или c/ f = (jОП.В - Dj1)) для дизелей;