Міністерство освіти Російської Федерації

Державні освітні установи
ВИЩОЇ ОСВІТИ
«Оренбурзька ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ»
Транспортний факультет
Кафедра автомобільного транспорту

Курсовий проект

по автомобільних двигунів

Розрахунок автомобільного карбюраторного двигуна

Пояснювальна записка
ГОУ ОДУ 150200.4.1.05.12 ПЗ
Керівник проекту
_________Калімуллін Р.Ф.
«__»_______________ 2006р.
Виконавець
студент гр. 03 ААХ-1
________Полстовалов А.М.
«__»_______________ 2006р.
Оренбург 2006р.

Зміст

Введення ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 4
1 Завдання на курсове проектування ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... 2 травня Тепловий розрахунок робочого циклу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 6 2.1 Робоче тіло і його властивості ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .6 2.1.1 Паливо ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 6 2.1.2 Горюча суміш ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .6 2.1.3 Продукти згоряння ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .7 2.2 Процес впуску ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 8 2.2.1 Тиск і температура навколишнього середовища ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 8 2.2.2 Тиск і температура залишкових газів ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 8 2.2.3 Ступінь підігріву заряду ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 8 2.2.4 Тиск в кінці впуску ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 8 2.2.5 Коефіцієнт і кількість залишкових газів ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 9 2.2.6 Температура в кінці впуску ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 9 2.2.7 Коефіцієнт наповнення ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .9 2.3 Процес стиснення ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 10 2.3.1 Показник політропи стиснення ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 10 2.3.2 Тиск і температура кінця процесу стиснення ... ... ... ... ... ... ... ... ... 10 2.3.3 Середня мольна теплоємність робочої суміші в кінці стискування ... ... ... 10 2.4 Процес згоряння ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 11 2.4.1 Коефіцієнт молекулярного зміни робочої суміші ... ... ... ... ... .... 1911 2.4.2 Температура кінця видимого згоряння ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .11 2.4.3 Ступінь підвищення тиску циклу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 13 2.4.4 Ступінь попереднього розширення ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .13 2.4.5 Максимальний тиск згорання ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 13 2.5 Процес розширення ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 13 2.5.1 Показник політропи розширення ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 13 2.5.2 Тиск і температура кінця процесу розширення ... ... ... ... ... ... ... .13 2.6 Перевірка точності вибору температури залишкових газів ... ... ... ... ... ... 14 2.7 Індикаторні показники робочого циклу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 14 2.7 .1 Середнє індикаторне тиск ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .14 2.7.2 Індикаторний ККД ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... 15 2.7.3 Індикаторний питома витрата палива ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 15 2.8 Ефективні показники двигуна ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 15 2.8.1 Тиск механічних втрат ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 15 2.8.2 Середнє ефективне тиск ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 16 2.8.3 Механічний ККД ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 16 2.8.4 Ефективний ККД ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 16 2.8.5 Ефективний питома витрата палива ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 16 2.9 Основні параметри і показники двигуна ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 16
2.10 Оцінка надійності двигуна ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .18 2.11 Тепловий баланс ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 19 2.12 Побудова індикаторної діаграми ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 21 березня Розрахунок зовнішньої швидкісної характеристики ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 26 квітня Динамічний розрахунок кривошипно-шатунного механізму ... ... ... ... ... ... ... 32 4.1 Розрахунок силових факторів, що діють в кривошипно-шатунном механізмі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 32 4.2 Побудова графіків сил і моментів ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 34 5 Розрахунок деталей на міцність ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .39 5.1 Поршень ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 39 5.1.1 Днище поршня ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 41 5.1.2 Головка поршня ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 41 5.1.3 Спідниця поршня ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 42 5.2 Поршневе кільце ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 43 5.3 Шатун ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 45 5.3.1 Поршнева головка ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 45 5.3.2 Кривошипно головка ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 47 5.3.3 Стрижень шатуна ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 48 6 Розрахунок системи рідинного охолодження ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 50 6.1 Ємність системи охолодження ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 50 6.2 Рідинний насос ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 50 6.3 Рідинний радіатор ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 52 6.4 Вентилятор ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 53
Програми.
Додаток А. Таблиця порівняння показників розрахованого двигуна з прототипом ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .55
Додаток Б. Технічна характеристика двигуна ... ... ... ... ... ... ... ... ... 57

Введення
Сучасні наземні види транспорту зобов'язані своїм розвитком головним чином застосування в якості силових установок поршневих двигунів внутрішнього згоряння. Саме поршневі ДВЗ до теперішнього часу є основним видом силових установок, переважно використовуваних на автомобілях, тракторах, сільськогосподарських, дорожньо-транспортних і будівельних машинах. Ця тенденція зберігається сьогодні і буде ще збережуться в найближчій перспективі.
Курсове проектування - заключна частина навчального процесу з вивчення дисципліни, що розкриває ступінь засвоєння необхідних знань, творчого використання їх для вирішення конкретних інженерних задач. Воно служить одночасно початковим етапом самостійної роботи молодого фахівця, який скорочує період його адаптації на виробництві. Метою даного курсового проектування є розрахунок проектованого автомобільного двигуна.

Міністерство освіти Російської Федерації

Державні освітні установи
ВИЩОЇ ОСВІТИ
«Оренбурзька ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ»
Транспортний факультет
Кафедра автомобільного транспорту
1. Завдання на курсове проектування
Вихідні дані: Тип двигуна - карбюраторний;
Номінальна потужність = 80 кВт;
Номінальна частота обертання = 4400 об / хв;
Число циліндрів 4;
Ступінь стиснення 8,5;
Охолодження - рідинне;
Деталі для розрахунку - поршень, поршневе
кільце, шатун;
Система для розрахунку - охолодження.
Розробити:
1) Тепловий розрахунок робочого циклу;
2) Розрахунок зовнішньої швидкісної характеристики;
3) Динамічний розрахунок КШМ;
4) Розрахувати на міцність деталі;
5) Розрахувати систему;
6) Поперечний і поздовжній розрізи двигуна.
Дата видачі завдання «___»_____________ 2005р.
Керівник Калімуллін Р.Ф.
Виконавець
Студент гр. 02ААХ-1 Полстовалов А.М.
Термін захисту проекту «___»_____________ 2006р.

2 Тепловий розрахунок робочого циклу
2.1 Робоче тіло і його властивості
2.1.1 Паливо

Паливом для розраховується двигуна служить бензин А-76

за ГОСТ 2084-77.
Елементний склад палива: ; ; .
Нижча теплота згоряння в кДж / кг:

де і - Масові частки сірки і вологи в паливі.
У розрахунках приймається ; .

2.1.2 Горюча суміш
Теоретично необхідну кількість палива в кг · пов / кг · палив:

і в кмоль пов / кг палив:

Коефіцієнт надлишку повітря = 0,85 ... 0,98 Приймаються = 0,9
Справжнє кількість повітря в кмоль · пов / кг · палив:

Молекулярна маса парів палива = 110 ... 120 кг / кмоль.
Приймаються = 114 кг / кмоль.

Кількість горючої суміші в кмоль гор.см / кг палив:

2.1.3 Продукти згоряння

При неповному згорянні палива продукти згоряння представляють собою суміш вуглекислого газу , Водяної пари , Окису вуглецю , Вільного водню та азоту .
Кількість окремих складових продуктів згорання в
кмоль пр.сг / кг палив:
,
,
,

,
де - Константа, що залежить від відношення кількості водню та окису вуглецю в продуктах згорання; для бензинів = 0,45 ... 0,5
Приймаються = 0,5
Загальна кількість продуктів неповного згоряння в кмоль · пр.сг / кг · палив:

.
Зміна кількості молей робочого тіла при згорянні в кмоль пр.сг / кг палив:
.
Хімічний коефіцієнт молекулярного зміни горючої суміші:


2.2 Процес впуску
2.2.1 Тиск і температура навколишнього середовища
Атмосферні умови: Р ₀ = 0,1 МПа; Т ₀ = 293 К.
2.2.2 Тиск і температура залишкових газів
P _r = (1,05 ... 1,25) P _0, Приймаються P _r = 0,12 МПа.
T _r = 900 ... 1100 До Приймаються T _r = 1000 К.
2.2.3 Ступінь підігріву заряду
= 0 ... 20 К, Приймаємо = 15 К.
2.2.4 Тиск в кінці впуску
- Середня швидкість руху заряду при максимальному відкритті клапана м / с
Приймаються , м / с
Щільність заряду на впуску в кг / м ^3:

Так як наддування відсутня впуск повітря відбувається з атмосфери, то
МПа, К.
Втрати тиску у впускному трубопроводі в МПа:


Тиску в кінці впуску в МПа:

2.2.5 Коефіцієнт і кількість залишкових газів
Коефіцієнт залишкових газів :

Кількість залишкових газів в кмоль ост.газов / кг палив:
.
2.2.6 Температура в кінці впуску
Температура в кінці впуску в градусах Кельвіна (К):


2.2.7 Коефіцієнт наповнення

.
Таблиця 2.1-Розраховані параметри процесу впуску в порівнянні зі значеннями цих параметрів у сучасних автомобільних двигунів

Тип двигуна	Параметри
	, МПа	γ r	, До
Карбюраторні	0,080 ... 0,095	0,04 ... 0,10	340 ... 370	0,70 ... 0,90
Індекс, що розраховується двигун	0,085	0,061	347,8	0,764

2.3 Процес стиснення
2.3.1 Показник політропи стиснення
Середній показник адіабати стиснення :


Показник політропи стиснення 1,36

2.3.2 Тиск і температура кінця процесу стиснення
Тиск в МПа і температура в градусах Кельвіна (К) а наприкінці процесу стиснення:
;
.
2.3.3 Середня мольна теплоємність робочої суміші в кінці стискування
Температура кінця процесу стиснення в градусах Цельсія (º С):

Середня мольна теплоємність залишкових газів в кінці стиснення в

кДж / (кмоль · град):

Середня мольна теплоємність залишкових газів в кінці стиснення в

кДж / (кмоль · град):

Середня мольна теплоємність робочої суміші в кДж / (кмоль · град):

;

Таблиця 2.2-Значення параметрів процесу стиснення

Тип двигуна	Параметри
		, МПа	, До
Карбюраторні	1,34 ... 1,38	0,9 ... 2,0	600 ... 800
Індекс, що розраховується двигун	1,36	1,56	751,5

2.4 Процес згоряння
2.4.1 Коефіцієнт молекулярного зміни робочої суміші
.
2.4.2 Температура кінця видимого згоряння
Температура газу в кінці видимого згоряння визначається з використанням рішення рівняння згоряння, яка має вигляд:
.
де - Коефіцієнт використання нижчої теплоти згоряння на ділянці видимого згоряння, = 0,8 ... 0,95 Приймаються = 0,85
- Втрата теплоти внаслідок хімічної неповноти згоряння, кДж / кг
при <1

- Середня мольна теплоємність продуктів згоряння при постійному обсязі, кДж / (кмоль · град):
.
Окремі середні молярний теплоємності продуктів згоряння при зміні температури в діапазоні 1501 ... 2800 º С, можуть бути виражені в залежності від температури :
;
;
;
;
.

Отримуємо квадратне рівняння виду:

.
Температура в кінці видимого згоряння в градусах Цельсія (º С):
.
Температура в градусах Кельвіна (К):
.
2.4.3 Ступінь підвищення тиску циклу

;
2.4.4 Ступінь попереднього розширення

= 1.
2.4.5 Максимальний тиск згорання
Максимальний тиск в МПа наприкінці згоряння:

Таблиця 2.3-Значення параметрів процесу згоряння

Тип двигуна	Параметри
			, МПа	, До
Карбюраторні	3,2 ... 4,2	1,0	3,5 ... 7,5	2400 ... 3100
Індекс, що розраховується двигун	3,76	1,0	5,86	2630

2.5 Процес розширення.
2.5.1 Показник політропи розширення

Середній показник адіабати розширення :

;
.
2.5.2 Тиск і температура кінця процесу розширення

Ступінь подальшого розширення:

;
Тиск в МПа і температура в градусах Кельвіна (К) в кінці процесу розширення:
;
;

Таблиця 2.4-Значення параметрів процесу розширення

Тип двигуна	Параметри
		, МПа	, До
Карбюраторні	1,23 .. 1,30	0,35 ... 0,6	1200 ... 1700
Індекс, що розраховується двигун	1,258	0,397	1514,1

2.6 Перевірка точності вибору температури залишкових газів
Розрахункове значення температури залишкових газів в К:
;

Розбіжність між прийнятою величиною і розрахованої :

;

2.7 Індикаторні показники робочого циклу
2.7.1 Середнє індикаторне тиск
Середнє теоретичне індикаторне тиск в МПа:

;

Середнє дійсне індикаторне тиск дійсного циклу
в МПа:
;
де - Коефіцієнт повноти індикаторної діаграми
= 0,94 ... 0,97 Приймаються = 0,96
      2.7.2 Індикаторний ККД
;
2.7.3 Індикаторний питома витрата палива
Індикаторний питома витрата палива в м / (кВт · год):
;

Таблиця 2.5-Значення індикаторних показників двигунів

Тип двигуна	Параметри
	, МПа		, Г / (кВт · год)
Карбюраторні	0,6 ... 1,4	0,3 ... 0,4	210,,, 275
Індекс, що розраховується двигун	0,9383	0,372	220,3

2.8 Ефективні показники двигуна
2.8.1 Тиск механічних втрат
Приймаємо: експериментальні коефіцієнти = 0,034; = 0,0113