Характеристика двигателя

Содержание

Введение........................................................................................................................7

1 Характеристика двигателя........................................................................................8

2 Тепловой расчет и тепловой баланс двигателя....................................................13

2.1 Основные принятые обозначения по тепловому расчету.........................14

2.2 Рабочее тело и его свойства.........................................................................16

2.2.1 Топливо...............................................................................................16

2.2.2 Параметры рабочего цикла................................................................16

2.2.3 Параметры окружающей среды и остаточные газы........................17

2.3 Процесс впуска..............................................................................................18

2.3.1 Температура подогрева свежего заряда...........................................18

2.3.2 Плотность заряда на впуске..............................................................18

2.3.3 Потери давления на впуске...............................................................19

2.3.4 Давление в конце пуска.....................................................................20

2.3.5 Коэффициент остаточных газов........................................................20

2.3.6 Температура в конце впуска..............................................................20

2.3.7 Коэффициент наполнения.................................................................20

2.4 Процесс сжатия.............................................................................................21

2.4.1 Показатель политропы сжатия..........................................................21

2.4.2 Давление в конце сжатия...................................................................21

2.4.3 Температура в конце сжатия.............................................................21

2.4.4 Средняя мольная теплоёмкость в конце сжатия.............................21

2.5 Процесс сгорания..........................................................................................23

2.5.1 Коэффициент молекулярного изменения горючей смеси..............23

2.5.2 Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси...............23

2.5.3 Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания...................................................................................23

 

2.5.4 Теплота сгорания рабочей смеси.....................................................23

2.5.5 Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания....................23

2.5.6 Температура в конце видимого процесса сгорания.......................24

2.5.7 Максимальное давление сгорания теоретическое..........................24

2.5.8 Максимальное давление сгорания действительное.......................24

2.5.9 Степень повышения давления..........................................................24

2.6 Процесс расширения и выпуска.................................................................24

2.6.1 Показатель политропы расширения................................................24

2.6.2 Давление в конце процесса расширения.........................................25

2.6.3 Температура в конце процесса расширения...................................25

2.6.4 Проверка ранее принятой температуры остаточных газов...........25

2.6.5 Погрешность расчета........................................................................25

2.7 Индикаторные параметры рабочего цикла................................................25

2.7.1 Теоретическое среднее индикаторное давление............................25

2.7.2 Среднее индикаторное давление действительного цикла.............25

2.7.3 Индикаторный КПД...........................................................................26

2.7.4 Индикаторный удельный расход топлива.......................................26

2.8 Эффективные показатели двигателя...........................................................26

2.8.1 Средняя скорость поршня.................................................................26

2.8.2 Среднее давление механических потерь..........................................26

2.8.3 Среднее эффективное давление........................................................26

2.8.4 Механический КПД...........................................................................26

2.8.5 Эффективный КПД............................................................................26

2.8.6 Эффективный удельный расход топлива.........................................26

2.9 Основные параметры цилиндра и двигателя..............................................27

2.9.1 Литраж двигателя...............................................................................27

2.9.2 Рабочий объем одного цилиндра......................................................27

2.9.3 Диаметр цилиндра..............................................................................27

2.9.4 Уточнение параметров и показателей двигателя............................27

2.10 Построение индикаторной диаграммы.....................................................28

2.11 Тепловой баланс двигателя........................................................................32

3 Расчет кинематики и динамики двигателя............................................................35

3.1 Основные принятые обозначения к динамическому расчету КШМ.......36

3.2 Расчет кинематики двигателя......................................................................37

3. 3 Расчет динамики двигателя.........................................................................41

4 Расчет основных деталей и систем двигателя.....................................................48

4.1 Расчет поршневой группы...........................................................................48

4.2 Расчет элементов системы питания............................................................50

4.2.1 Расчет диффузора..............................................................................50

4.2.2 Расчет гланого жиклера.....................................................................50

5 Требования по обеспечению эксплуатационной безопасности и экологичности ДВС..............................................................................................................................51

5.1 Требования по эксплуатации ДВС..............................................................51

5.2 Экологичность ДВС......................................................................................55

Заключение..................................................................................................................60

Список использованной литературы........................................................................61

 

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, раскрывающая степень усвоения необходимых знаний, творческого использования их для решения конкретных инженерных задач. Оно служит одновременно начальным этапом самостоятельной работы молодого специалиста, сокращающим период его адаптации на производстве. Целью данного курсового проектирования является расчет проектируемого автомобильного двигателя.

 

 

Характеристика двигателя

На автомобиль устанавливается бензиновый, четырехтактный, четырехцилиндровый, рядный, восьмиклапанный двигатель (рис. 1), с верхним расположением распределительного вала. Система питания – карбюраторная. Порядок работы цилиндров: 1–3–4–2, отсчет – от шкива коленчатого вала.

Рисунок 1 – Двигатель ВАЗ-2106:

1 – шкив коленчатого вала; 2 – ремень привода генератора; 3 – передняя манжета коленчатого вала; 4 – цепь привода распределительного вала;
5 – тарелка пружины; 6 – направляющая втулка; 7 – клапан;
8 – внутренняя пружина; 9 – наружная пружина; 10 – пружина рычага;
11 – регулировочный болт; 12 – рычаг привода клапана;
13 – распределительный вал; 14 – крышка маслозаливной горловины;                  15 – крышка головки блока цилиндров; 16 – свеча зажигания;
17 – головка блока цилиндров; 18 – маховик; 19 – задняя манжета коленчатого вала; 20 – датчики давления масла; 21 – поршень; 22 – указатель уровня масла;
23 – маслосливная пробка; 24 – шатун; 25 – поддон картера; 26 – валик привода вспомогательных агрегатов; 27 – коленчатый вал.

Цилиндры двигателя расположены вертикально в один ряд и объединены в блок. Сверху на него устанавливается общая для всех цилиндров головка блока. Снизу блок цилиндров закрыт стальным штампованным поддоном, который одновременно служит емкостью для масла.
Поршни имеют два компрессионных и одно маслосъемное кольцо. Коленчатый вал вращается в пяти опорах в блоке цилиндров. От шкива на его переднем конце клиноременной передачей приводятся во вращение генератор и насос охлаждающей жидкости, расположенные с правой стороны двигателя.
В передней части двигателя находится привод распределительного вала и валика привода вспомогательных агрегатов: распределителя зажигания, топливного и масляного насосов. Привод осуществляется двухрядной втулочно-роликовой  цепью.

С правой стороны двигателя, кроме генератора, размещены выпускной коллектор, стартер и впускной трубопровод с карбюратором и воздушным фильтром. С левой стороны двигателя находится масляный фильтр.
Для установки двигателя в сборе с коробкой передач и сцеплением применена трехточечная схема подвески. Две передние опоры находятся по обе стороны блока цилиндров и крепятся к поперечине передней подвески автомобиля.

Задняя опора расположена на коробке передач и опирается на поперечину, закрепленную под полом кузова. Эластичные подушки передних опор состоят из резины с привулканизированными стальными шайбами и болтами крепления. Для увеличения жесткости опор в центральном отверстии подушек находятся пружины, опирающиеся на изолирующие кольца, а для смягчения ударов внутри пружин расположены резинометаллические буферы. Подушки крепятся к кронштейнам с помощью промежуточных пластин. Правая подушка предохраняется от нагрева со стороны приемной трубы глушителей защитным кожухом. Задняя опора также резинометаллическая, она состоит из трех стальных пластин с разделяющей их резиной. Средняя пластина крепится к коробке передач, а наружные – к поперечине задней подвески двигателя. Между полками поперечины ставятся стальные дистанционные втулки, предохраняющие полки от деформации при затягивании болтов крепления.

Блок цилиндров изготавливается методом литья из специального высокопрочного чугуна. Отверстия под цилиндры растачиваются непосредственно в блоке и дополнительные вставки (гильзы) в цилиндрах не применяются. Для получения специального профиля и чистоты поверхности цилиндры хонингуются. По диаметру цилиндры подразделяются на 5 классов через 0,01 мм, обозначаемые латинскими буквами A, B, C, D и E. Класс каждого цилиндра маркируется на нижней плоскости блока цилиндров.
Отверстия под коренные подшипники коленчатого вала растачиваются в сборе с крышками подшипников. Поэтому они невзаимозаменяемы ни между собой, ни с крышками других блоков цилиндров. Чтобы не перепутать крышки, на них делается маркировка. Крышки подшипников крепятся к блоку цилиндров самоконтрящимися болтами, замена которых на какие-либо иные недопустима.
Валик привода вспомогательных агрегатов вращается в двух втулках, запрессованных в блок цилиндров. Передняя втулка сталеалюминиевая, а задняя – металлокерамическая, бронзографитная. В запасные части поставляются втулки номинального и ремонтного размеров с уменьшенным на 0,3 мм внутренним диаметром.

Поршни отлиты из алюминиевого сплава. Наружная поверхность поршня для улучшения ее прирабатываемости к стенкам цилиндра покрыта тонким слоем олова. Для компенсации неравномерного теплового расширения юбка поршня имеет сложную форму. По высоте она коническая, а в поперечном сечении овальная. Поэтому измерять диаметр поршня необходимо только в плоскости, перпендикулярной поршневому пальцу и на расстоянии 52,4 мм от днища поршня. По наружному диаметру поршни (так же как и цилиндры) подразделяются на пять классов: А, В, С, D и Е через 0,01 мм, а по диаметру отверстия под поршневой палец – на три категории через 0,004 мм. Категория указывается краской на торце (первая – синяя, вторая – зеленая, третья – красная). Класс поршня (латинская буква) и категория (цифра) маркируются на днище поршня. Поршневые кольца изготовлены из чугуна. Верхнее компрессионное кольцо с бочкообразной хромированной наружной поверхностью. Нижнее компрессионное кольцо скребкового типа, фосфатированное.

Поршневые пальцы запрессовываются в верхнюю головку шатуна и свободно вращаются в бобышках поршня. По наружному диаметру пальцы разбиты на три категории через 0,004 мм. Категория пальца маркируется на его торце соответствующим цветом: 1-я – синим, 2-я – зеленым и 3-я – красным.

Шатун стальной, кованый. Нижняя головка шатуна разъемная, в ней устанавливаются шатунные вкладыши. Шатун обрабатывается вместе с крышкой и поэтому они невзаимозаменяемы с крышками других шатунов. Чтобы при сборке не перепутать крышки шатунов, на шатуне и его крышке (сбоку) имеется клеймо номера цилиндров, в который они устанавливаются. При сборке цифры на шатуне и крышке должны находиться на одной стороне.

Коленчатый вал отлит из высокопрочного чугуна и имеет пять опорных (коренных) шеек, закаленных током высокой частоты на глубину 2–3 мм. В заднем конце коленчатого вала имеется гнездо, куда вставляется подшипник ведущего вала коробки передач. Смазочные каналы в шейках коленчатого вала закрыты колпачковыми заглушками, которые запрессованы и для надежности зачеканены в трех точках. Для продления срока службы коленчатого вала предусмотрена возможность перешлифовки шеек коленчатого вала при износе или повреждении их поверхностей. Шлифованием диаметры шеек уменьшаются на 0,25; 0,5; 0,75 и 1,00 мм. Осевое перемещение коленчатого вала ограничено двумя упорными полукольцами, установленными в блоке цилиндров по обе стороны заднего коренного подшипника. С передней стороны подшипника ставится сталеалюминиевое полукольцо, а с задней – металлокерамическое (желтого цвета).

Вкладыши коренных и шатунных подшипников тонкостенные, биметаллические, сталеалюминиевые. Вкладыши для 1, 2, 4 и 5-го коренных подшипников имеют на внутренней поверхности канавку (с 1987 г. нижние вкладыши этих подшипников устанавливаются без канавки). Вкладыши центрального коренного подшипника отличаются от остальных вкладышей отсутствием канавки на внутренней поверхности и большей шириной. Все вкладыши шатунных подшипников без канавок, одинаковые и взаимозаменяемые. Ремонтные вкладыши изготавливаются увеличенной толщины под шейки коленчатого вала, уменьшенные на 0,25; 0,5; 0,75 и 1 мм.

Маховик отливается из чугуна и имеет стальной напрессованный зубчатый венец для пуска двигателя стартером. Маховики взаимозаменяемые, так как балансируются отдельно от коленчатого вала. Центрируется маховик с коленчатым валом передним подшипником ведущего вала коробки передач.
Маховик крепится к фланцу коленчатого вала шестью самоконтрящимися болтами, под которые подкладывается одна общая шайба. Заменять эти болты какими-либо другими недопустимо.

 

 

Таблица 1

Техническая характеристика двигателя

Модель	Тип		Диаметр цилиндра и ход поршня, мм		Рабочий объем, л	Степень сжатия
2106	Четырехтактный, бензиновый, карбюраторный, четырехцилиндровый		79х80		1,57	8,5
Номинальная мощность, кВт×ч	Частота вращения коленчатого вала при номинальной мощности, мин-1	Максимальный крутящий момент, Н×м		Частота вращения коленчатого вала при максимальном крутящем моменте, мин-1
54,8	5400	116		3200