Курсовая работа: Оценка, расчет и выбор конструктивных параметров двигателя

Центробежный фильтр тонкой очистки масла включен параллельно после фильтра грубой очистки и пропускает до 10% масла, проходящего через систему смазки. Очищенное масло сливается в поддон.

Радиаторная секция подает масло к установленному на машине радиатору; охлажденное в радиаторе масло сливается в поддон.

Основная секция насоса снабжена редукционным клапаном, перепускающим масло в поддон при давлении на выходе из насоса более 0,75 - 0,8 МПа. Предохранительный клапан радиаторной секции открывается при давлении на выходе из насоса 0,08 - 0,12.

2.9 Система питания

Система питания состоит: топливный насос высокого давления, трубопроводы высокого давления, форсунки.

Топливный насос восьмиплунжерный, размещен между рядами цилиндров. Его привод осуществляется муфтой с автоматическим регулированием опережения впрыска топлива. Топливо проходит две ступени очистки - фильтры грубой и тонкой очистки. Топливные форсунки закрытого типа смещены относительно оси цилиндра для повышения термической прочности перемычек головки между клапанами.

2.10 Система охлаждения

Масляный насос двухсекционный, шестеренчатый с приводом от коленчатого вала. Охлаждение масла и охлаждающей жидкости осуществляется с помощью радиатора и шестилопастного вентилятора, который приводится в движение от коленчатого вала шестернями

3. Расчёт рабочего процесса

Расчёт рабочего процесса был выполнен при помощи ЭВМ на кафедре ДВС, по нижеприведенной ниже методике.

3.1 Методика расчёта рабочего процесса

3.1.1 Вспомогательные расчёты

Изменение объема цилиндра в зависимости от угла поворота кривошипа

,

где рабочий объем цилиндра

;

объем камеры сжатия

;

относительное перемещение поршня

;

перемещение поршня

;

изменение надпоршневого объема

Теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 кг топлива

,

где C,H,O - объёмная доля в топливе соответственно углерода, водорода и кислорода;

 - объемная доля кислорода в воздухе.

Состав продуктов сгорания

углекислый газ

;

водяной пар

;

азот

;

кислород

;

Количество продуктов сгорания

.

Теплоемкость продуктов сгорания

,

где ,

.

Химический коэффициент молекулярного изменения

.

Ориентировочный выбор давления перед клапанами и противодавления на выпуске.

При системе газотурбинного наддува при PT=const потребное значение среднего эффективного давления при заданной мощности будет:

,

тогда потребное давление перед клапанами

,

где ориентировочно можно принять: эффективный КПД дизел

я0,35-0,37, коэффициент наполнения по параметрам перед клапанами дизеля0,97-0,98, температура воздуха перед клапанами дизеля (после промежуточного охлаждения) .

степень повышения давления в нагнетателе

,

где  - давление окружающей среды;

потери давления в воздухоохладителе;

потери давления в воздушном фильтре;

Потребное давление в выпускном коллекторе находим из уравнения Рато

где давление газов за турбиной,

температура окружающей среды,

показатель адиабаты для воздуха,

показатель адиабаты для газа,

КПД турбокомпрессора.

3.1.2 Упрощённый расчёт наполнения

В первом приближении условное среднее давление в цилиндре двигателя при наполнении

,

где .

Давление в конце наполнения

.

Подогрев заряда вследствие преобразования кинетической энергии потока в теплоту при торможении и поджатии рабочего тела от  до .

.

Подогрев заряда при наполнении

.

Коэффициент наполнения

,

где x=1,0 и m=1,4.

Среднее проходное сечение впускных клапанов на участке от

.

Функция расхода для участка наполнения

,

где ;

потенциальный заряд цилиндра

.

Уточнение значения .

Зная, что функция

,

определяем  и тогда . Если принятое значение совпадает с полученным в конце расчёта, то расчёт можно закончить. в противном случае его следует повторить со значением , полученным в конце расчёта.

Коэффициент остаточных газов

,

где температура остаточных газов.

Количество рабочей смеси

.

Количество рабочего тела в цилиндре в конце наполнения

.

Полный объем цилиндра

.

Температура рабочего тела в конце наполнения

3.1.3 Определение параметров рабочего тела в конце процесса сжатия

Значения коэффициентов в уравнениях для теплоемкости на участке сжатия определяют по следующим зависимостям:

Для определения температуры рабочего тела в конце сжатия задаются показателем адиабаты сжатия  и определяют ее первом приближении

,

и уточняют показатель адиабаты

.

Если принятое значение  совпадает с полученным в конце расчёта, то расчёт процесса сжатия можно считать оконченным. В противном случае расчет процесса следует повторить со значением , полученным в конце расчёта. Давление рабочего тела в конце сжатия

где Мс=Ма - количество рабочего тела в конце процесса сжатия.

3.1.4 Определение параметров рабочего тела в конце "видимого" горения

Полный коэффициент молекулярного изменения

Максимальное давление цикла обычно принимается степень повышения давления при сгорании 1,3 - 1,4. Тогда

Рz=рс.

Удельная энтальпия рабочего тела в конце “видимого" участка сгорания (точка z)

где  - коэффициент эффективного выделения теплоты; QН - низшая теплота сгорания единицы массы топлива. Температура рабочего тела в точке Z

.

Количество рабочего тела в точке Z

.

Объем рабочего тела в точке Z

.

Предварительная степень расширения рабочего тела

.

3.1.5Определение параметров рабочего тела в конце процесса расширения

Степень последующего расширения рабочего тела

,

где Ve - объем цилиндра в момент открытия выпускных клапанов.

Постоянная величина

,

где We - относительные потери теплоты от газов в стенки.

Задаемся средним показателем политропы расширения np и определяем температуру рабочего тела к моменту открытия выпускных клапанов

.

Удельная внутренняя энергия в точке е

Уточненное значение

Количество рабочего тела в точке е.

Ме=Мz.

Давление рабочего тела в точке е.

3.1.6 Индикаторные показатели двигателя

Полная степень последующего расширения

Среднее индикаторное давление

где m - коэффициент полноты диаграммы; nC =кС - принятое условие расчета процесса сжатия. Индикаторная работа

Индикаторная мощность

Индикаторный КПД

Удельный индикаторный расход топлива

Среднее давление насосных ходов.

рНХ=рСР-рr.

Работа насосных ходов

LНХ=рНХ Vh.

Мощность насосных ходов

Доля насосных ходов

3.1.7 Эффективные показатели двигателя

Средняя скорость поршня

Среднее давление, эквивалентное работе на преодоление сопротивлений в механизмах двигателя,

Работа на преодоление сопротивлений в механизмах двигателя

LМД=рМД Vh.

Мощность на преодоление сопротивлений в механизмах двигателя

Доля работы на преодоление сопротивлений в механизмах двигателя

Среднее эффективное давление

Эффективный КПД

Эффективная работа двигателя

Lе=ре Vh.

Эффективная мощность двигателя

Механический КПД двигателя

.

Удельный эффективный расход топлива

Часовой расход топлива

Цикловая подача топлива

3.1.8 Показатели турбины и нагнетателя

Секундный расход топлива

Химическая теплота топлива

Теплоотвод от газов в стенки

Энтальпия поступающего в двигатель топлива

где сР - теплоемкость топлива.

Секундный расход воздуха через двигатель

Теплоемкость поступающего в цилиндр воздуха

Энтальпия воздуха, поступающего в цилиндры двигателя

Энтальпия газов, выходящих из цилиндров двигателя

Количество выпускных газов

Удельная энтальпия выпускных газов

Суммарный коэффициент избытка воздуха в выпускном коллекторе

Коэффициенты при мольных теплоемкостях для газов в выпускном коллекторе

Температура газов в выпускном коллекторе

Температура рабочего тела после нагнетателя

,где

Теплоемкость воздуха после нагнетателя

Энтальпия воздуха после нагнетателя

Теплота, отводимая в воздухоохладителе,

.

Теплоемкость воздуха на входе в нагнетатель

Энтальпия воздуха на входе в нагнетатель

Мощность, потребляемая нагнетателем,

.

Энтальпия отработавшего в турбине газа

Удельная энтальпия отработавшего в турбине газа

Температура отработавших газов

Потребный внутренний КПД газовой турбины

Внутренняя мощность турбины

Механический КПД турбокомпрессора

Расчёт рабочего процесса был произведен при помощи ЭВМ на кафедре ДВС, по методике приведенной выше, результаты расчёта представлены в таблице. В результате выполнения комплексного проекта были также выполнены расчёты рабочего процесса для двух других двигателей с другими конструктивными параметрами, в результате анализа полученных результатов был выбран рабочий процесс приведенный в пояснительной записке студента Михайленко А.

Заключение

Был сконструирован двигатель на базе дизеля ЯМЗ-238, мощностью Ne=400 кВт при частоте вращения коленчатого вала n=2100 мин.

Был произведен расчет рабочего процесса, были получены следующие эффективные показатели: эффективный КПД - удельный эффективным расход топлива-

Был проведен динамический расчёт, расчёт показал, что все динамические реакции не превышают допустимых уровней, а степень неравномерности вращения коленчатого вала не превышает допускаемой.

Был выполнен расчет деталей шатунно-поршневой группы, в результате было установлено, что все напряжения, деформации и запасы прочности лежат в допустимых пределах, что является залогом надежной и долговечной работы дизеля.

В результате выполненного спецзадания, для данного дизеля была спроектирована четырёх клапанная головка цилиндров и поршень с масляным охлаждением.

Список используемой литературы

1. Методические указания к курсовой работе "Динамический расчёт кривошипно шатунного механизма двигателя" по курсу ”Динамика ДВС”. / Сост. Ф.И. Абрамчук, И.Д. Васильченко, П.П. Мищенко. - Харьков: ХПИ, 2000. - 62 с.

2. Методические указания по динамическому расчёту кривошипно-шатунного механизма двигателя на ЭВМ. /Сост.Я.И. Драбкин, П.П. Мищенко. - Харьков: ХПИ, 1997.

3. Пильов В.О. Автоматизоване проектування поршнів швидкохідних дизелів із заданим рівнем тривалої міцності: Монографія. - Харків: Видавничий центр НТУ”ХПІ”, 2001. - 332 с.

4. Е.Я. Тур, К.Б. Серебряков, Л.А. Жолобов "Устройство автомобиля" М.: Машиностроение 2001г.

Приложение

Оценка желательности конструкции

Для оценки перспективности спроектированного тракторного дизеля сравним его технико-экономические показатели с показателями лучших мировых аналогов. Такое сравнение приведено в таблице

Таблица.1. Технико-экономических показатели автомобильных дизелей.

№ п/п	Наименование показателей	СМД-31.15 (Украина)	СМД-31Б.15 перспектива (Украина)	ЯМЗ-238Б (Россия)	MIDS 06.20.45 "Рено" (Франция)	8460.41К "IVECO" (Италия)
1.	Мощность кВт	191	235	190	202	245
2.	Частота оборотов КВ, мин. - 1	2000	2000	2200	2200	2200
3.	Количество и размещение цилиндров	6Р	6Р	8V	6Р	6Р
4.	Диаметр цилиндра, мм	120	120	130	120	120
5.	Ход поршня, мм	140	140	140	145	140
6.	Минимальный удельный расход топлива, гВт*год /-	200	193/0,8	204/0,755	204/0,755	193/0,8
7.	Соответствие нормам токсичности	ЕВРО-1 / 0,63	ЕВРО-2 / 0,696	ЕВРО-2 / 0,696	ЕВРО-2 / 0,696	ЕВРО-2 / 0,696
8.	Литровая мощность, кВт/ л /-	20,1/0,735	24,7/0,796	18,7/0,713	20,5/0,74	26,7/0,82
9.	Удельная масса, кг/кВт/-	4,45/0,743	3,7/0,787	4,48/0,741	4,48/0,746	3,45/0,8
10.	Тепловая нагрузка К3, кВт/мм -	0,265/0,73	0,33/0,785	0,23/0,696	0,28/0,744	0,34/0,793
11.	Эколого-экономический уровень Dтопл	0,698	0,746	0,725	0,725	0,746
12.	Уровень энергоемкости, Dэнерг.	0,738	0,791	0,719	0,745	0,806
13.	Обобщенный критерий качества	0,720	0,772	0,720	0,736	0,78

Технико-экономические показатели автомобильных дизелей

Для оценки перспективности спроектированного тракторного дизеля сравним его технико-экономические показатели с показателями лучших мировых аналогов. Такое сравнение приведено в таблице.

Таблица

Технико-экономических показатели автомобильных дизелей.

№ п/п	Наименование показателей	СМД-31.15 (Украина)	СМД-31Б.15 перспектива (Украина)	ЯМЗ-238Б (Россия)	MIDS 06.20.45 "Рено" (Франция)	8460.41К "IVECO" (Италия)
1.	Мощность кВт	191	235	190	202	245
2.	Частота оборотов КВ, мин. - 1	2000	2000	2200	2200	2200
3.	Количество и размещение цилиндров	6Р	6Р	8V	6Р	6Р
4.	Диаметр цилиндра, мм	120	120	130	120	120
5.	Ход поршня, мм	140	140	140	145	140
6.	Минимальный удельный расход топлива, гВт*год /-	200	193/0,8	204/0,755	204/0,755	193/0,8
7.	Соответствие нормам токсичности	ЕВРО-1 / 0,63	ЕВРО-2 / 0,696	ЕВРО-2 / 0,696	ЕВРО-2 / 0,696	ЕВРО-2 / 0,696
8.	Литровая мощность, кВт/ л /-	20,1/0,735	24,7/0,796	18,7/0,713	20,5/0,74	26,7/0,82
9.	Удельная масса, кг/кВт/-	4,45/0,743	3,7/0,787	4,48/0,741	4,48/0,746	3,45/0,8
10.	Тепловая нагрузка К3, кВт/мм -	0,265/0,73	0,33/0,785	0,23/0,696	0,28/0,744	0,34/0,793