Тепловой, кинематический и динамический расчёт двигателя. Расчёт систе-мы охлаждения

Министерство образования  и науки РФ

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«Ивановский государственный  архитектурно-строительный университет»

Кафедра «Автомобили и  автомобильное хозяйство»

 

 

 

Курсовой проект

по дисциплине «Автомобильные двигатели»

на тему

«Тепловой, кинематический и динамический расчёт двигателя. Расчёт системы охлаждения»

 

 

Выполнил:

Студент группы АТ-41 Хромов А.В.

Проверил:

доцент, к.т.н. Осадчий Ю.П.

 

 

 

Иваново 2012

Министерство образования  и науки РФ

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«Ивановский государственный  архитектурно-строительный университет»

Кафедра «Автомобили и  автомобильное хозяйство»

 

Расчётно-пояснительная  записка 

к курсовому проекту

по дисциплине «Автомобильные двигатели»

на тему

«Тепловой, кинематический и динамический расчёт двигателя. Расчёт системы охлаждения»

 

 

Выполнил:

Студент группы АТ-41 Хромов А.В.

Проверил:

доцент, к.т.н. Осадчий Ю.П.

 

 

 

Иваново 2012

Содержание

Введение…………………………………………………………………………...3

1. Тепловой расчёт двигателя………………………………………………...4
1. Техническая характеристика двигателя………………………………4
2. Определение параметров рабочего тела……………………………...5
3. Расчёт составляющих рабочего процесса двигателя внутреннего сгорания…………………………………………………………………6
1. Процесс впуска…………………………………………………...6
2. Процесс сжатия…………………………………………………..9
3. Процесс сгорания……………………………………………….10
4. Процесс расширения…………………………………………...14
4. Расчёт индикаторных показателей рабочего цикла двигателя…….15
5. Расчёт эффективных показателей работы двигателя…………….…17
6. Определение размеров цилиндра двигателя, удельных показателей его работы……………………………………………………………..20
7. Построение индикаторной диаграммы…………………………...…25
8. Сравнительная таблица………………………………………………30
2. Кинематический расчёт двигателя………………………………………31
3. Динамический расчёт двигателя…………………………………………37
4. Расчёт системы охлаждения…………………………………………...…45

Заключение………………………………………………………………………57

Библиографический список…………………………………………………….58

Приложения……………………………………………………………………...59

 

 

 

 

 

Введение

Современные наземные виды транспорта обязаны своим развитием  главным образом применению в качестве силовых установок поршневых двигателей внутреннего сгорания. Именно поршневые ДВС до настоящего времени являются основным видом силовых установок, преимущественно используемых на автомобилях, тракторах, сельскохозяйственных, дорожно-транспортных и строительных машинах. Эта тенденция сохраняется сегодня и будет еще сохранятся в ближайшей перспективе.

Курсовое проектирование – заключительная часть учебного процесса по изучению дисциплины, раскрывающее степень усвоения необходимых знаний, творческого использования их для  решения конкретных инженерных задач. Оно служит одновременно начальным  этапом самостоятельной работы молодого специалиста, сокращающий период его  адаптации на производстве. Целью  данного курсового проектирования является расчет проектируемого автомобильного двигателя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Тепловой расчёт двигателя

1.1Техническая характеристика двигателя

В качестве прототипа был  выбран двигатель автомобиля Skoda Octavia, в таблице 1 приведены основные его характеристики.

 

Таблица 1 – Технические  характеристики двигателя прототипа

Параметр	Значение
Рабочий объём двигателя, см3	1598
Тип двигателя	бензиновый
Марка топлива	АИ-95
Количество цилиндров	4
Расположение цилиндров	рядное
Система питания двигателя	распределённый впрыск
Расположение двигателя	переднее, поперечное
Тип наддува	нет
Степень сжатия	9,8
Диаметр цилиндра и ход  поршня , мм	76.6/86.9
Максимальная мощность, л.с./кВт  при об/мин	75 / 55 / 4500
Максимальный крутящий момент, Н∙м при об/мин	135/3500

Данные взяты из сети интернет.

 

1.2 Определение параметров  рабочего тела

Расчёт начинаем с определения  теоретически необходимого количества воздуха, необходимого для полного  сгорания компонентов, входящих в состав топлива по формуле (1.1):

                                                  (1.1)

где C=0.855, H=0.145 – количество углерода, водорода (по массе) содержащееся в 1кг топлива, кг [1];

- коэффициент, учитывающий массовую долю кислорода в составе воздуха.

Рассчитаем по (1.1):

 

Количество воздуха в  киломолях определим с учётом его молекулярной массы по формуле (1.2):

                                                       (1.2)

где  – молекулярная масса воздуха [1].

Сразу можем рассчитать L₀ по формуле (1.2):

.

Количество горючей смеси, которое должно быть подано в цилиндры двигателя, определяется выражением (1.3) с учётом коэффициента избытка воздуха, молекулярной массы топлива и  типа двигателя:

 

,                                         (1.3)

где  - коэффициент избытка воздуха;

 – молекулярная масса топлива [1].

А общее количество продуктов  сгорания топлива определяем по выражению (1.4):

.                 (1.4)

На основании всего  ранее сосчитанного рассчитываем параметры  M₁ и M₂ по формулам (1.3) и (1.4):

 

 

 

1.3 Расчёт составляющих рабочего процесса двигателя внутреннего сгорания

1.3.1 Процесс впуска

При расчёте основных параметров впуска – массовой плотности свежего  заряда на впуске ρ_к, скорость заряда на впуске ω_ВП, потери давления на впуске ΔP_а, давление в конце впуска P_а, коэффициент остаточных газов γ_r, температуру свежего заряда в конце впуска T_а и коэффициент наполнения цилиндров η_v пользуемся формулами (1.5) –(1.10).

 

Массовая плотность свежего  заряда на впуске:

                                                  (1.5)

где  – массовая плотность свежего заряда на впуске, кг/м³ ;

- давление на впуске в цилиндры;

- газовая постоянная для воздуха [1];

 – температура свежего заряда на впуске.

Величина потерь на впуске в двигатель:

                                (1.6)

где  - величина потерь на впуске, МПа;

 – коэффициент потерь давления; [1];

  - скорость  заряда на впуске [1].

Давление в конце впуска:

                                            (1.7)

где  - давление в конце впуска, МПа.

Коэффициент остаточных газов:

                                   (1.8)

где  -коэффициент остаточных газов;

- температура подогрева  свежего заряда [1];

 – давление остаточных газов, МПа;

 – степень сжатия.

Температура свежего заряда в конце впуска:

                                 (1.9)

где  – температура свежего заряда в конце впуска, К.

Коэффициент наполнения цилиндров  свежим зарядом:

                (1.10)

где  - коэффициент наполнения цилиндров свежим зарядом.

Используя вышеуказанные  формулы (1.5) – (1.10) можем рассчитать процесс впуска:

 

 

 

 

 

;

Процесс впуска рассчитан.

 

1.3.2. Процесс сжатия

Параметры процесса сжатия рассчитываются по формулам (1.11) - (1.15).

Давление в конце такта  сжатия:

                                             (1.11)

где  - давление в конце такта сжатия, МПа;

- давление в  конце впуска, МПа;

-  показатель политропы сжатия [1].

Температура в конце такта  сжатия:

                                        (1.12)

Где - температура в конце сжатия, К;

 – температура в конце впуска, К.

Средняя молярная теплоёмкость заряда (воздуха) в конце сжатия без  учёта влияния остаточных газов:

                       (1.13)

где средняя молярная теплоёмкость заряда (воздуха) в конце сжатия без учёта влияния остаточных газов, кДж/(кмоль·К) .

Число молей остаточных газов:

                                       (1.14)

где  -число молей остаточных газов, кмоль;

 – коэффициент избытка  воздуха.

Число молей газов в  конце сжатия до начала процесса сгорания:

                                        (1.15)

где число молей газов в конце сжатия до начала процесса сгорания, кмоль.

Используя вышеуказанные  выражения (1.11) – (1.15) можем рассчитать

полностью процесс сжатия:

 

 

 

 

 

 

1.3.3 Процесс сгорания

Для определения параметров сгорания воспользуемся формулами (1.16) – (1.22)  определяющих:

Среднюю молярную теплоёмкость

        (1.16)

где  - средняя молярная теплоёмкость, кДж/(кмоль·град);

- температура  в конце сгорания, К;

 

Число молей газов после  сгорания:

                                            (1.17)

где  – число молей газов после сгорания, кмоль;

 – общее  количество продуктов сгорания  топлива, кмоль;

- число молей  остаточных газов, кмоль.

Выражением (1.18) определяется расчётный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси

                                                     (1.18)

где  - расчётный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси;

 – число  молей газов после сгорания, кмоль;

число молей газов  в конце сжатия до начала процесса сгорания, кмоль.

Количество теплоты, теряемое вследствие химической неполноты сгорания

                            (1.19)

где  - количество теплоты, теряемое вследствие химической неполноты сгорания, кДж.

Количество теплоты, передаваемое газом при сгорании 1кг топлива

                                     (1.20)

где  - количество теплоты, передаваемое газом при сгорании 1кг топлива, кДж;

- коэффициент активного тепловыделения;

- низшая теплота  сгорания топлива [1].

Температура в конце сгорания определяется из уравнения (1.21)

                                 (1.21)

где  - температура в конце сгорания, К.

Также по (1.20) определяется максимальное теоретическое давление в конце сгорания

                                          (1.21)

Где  - максимальное теоретическое давление в конце сгорания, МПа;

- давление в конце такта сжатия, МПа;

- расчётный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси;

- температура в конце сгорания, К.

- температура в конце сжатия, К;

Также требуется вычислить  максимальное действительное давление в конце сгорания P_za и степень повышения давления λ по формулам (1.22) и (1.23) соответственно

                                             (1.22)

где  - максимальное действительное давление в конце сгорания, МПа;

- максимальное теоретическое давление в конце сгорания, МПа.

                                                     (1.23)

где  - степень повышения давления;

- максимальное теоретическое давление в конце сгорания, МПа;

- давление в конце такта сжатия, МПа.

На основании формул (1.16) – (1.23) можем рассчитать процесс  сгорания:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Процесс сгорания рассчитан.

1.3.4 Процесс расширения

При расчёте процесса расширения необходимо рассчитать следующие параметры  по формулам (1.24) – (1.26):

Давление в конце расширения

                                                     (1.24)

где  - давление в конце расширения, МПа;

- максимальное теоретическое давление в конце сгорания, МПа;

 – показатель политропы расширения [1];

 – степень сжатия.

Температура в конце расширения

                                                (1.25)

где  - Температура в конце расширения, К;

- температура  в конце сгорания, К;