Оценка и выбор параметров двигателя

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Введение

Проблема экономии топливных ресурсов приобрела в настоящее время огромное значение практически для всех индустриально развитых стран, в том числе и для Украины.

Одним из главных потребителей нефтяного топлива является автомобильный тракторный транспорт, поэтому повышение экономичности и снижение выбросов вредных веществ для нормативов ЕВРО-3 является на сегодняшний день актуальной задачей. Важнейшим направлением в решение этой проблемы в первую очередь на грузовом, автомобильном, автобусном и сельскохозяйственном транспорте является дальнейшая его дизелизация, которая должна обеспечить в эксплуатации не только снижение на 25-30% расхода жидкого моторного топлива и более рациональное использование на транспорте всех видов моторных топлив, но и уменьшение загрязнении окружающей среды токсичными выбросами моторов. Реализация этого направления предусматривает как модернизацию выпускаемых, так и разработку новых типов дизелей. Большое распространение получили четырёхклапанные головки цилиндров с центральным расположением форсунки. В связи с высокими форсировками дизелей по литровой мощности увеличивается теплонапряженность деталей камеры сгорания и в частности поршня. Для обеспечения надежной работы поршня в условиях высоких термических нагрузок применяется охлаждение последнего маслом, при этом в поршне выполняем специальные охлаждающие каналы, а для подачи масла применяется форсунку, неподвижно установленную в картере дизеля. Ограничения, накладываемые на дизели для автомобилей, прежде всего, по экономичности, токсичности, ресурсу, массогабаритным и другим показателям, требуют создания быстроходных высокофорсированых дизелей с относительно малым рабочим объемом. Ряд ведущих автомобильных заводов, ПО, ассоциаций в СНГ (Кафедра ДВС НТУ "ХПИ", ЯМЗ, ХТЗ, ЛАЗ, "Серп и молот", з-д им. Малышева, и др.) создали и приступают к налаживанию производства таких дизелей.

Оценка и выбор параметров двигателя

Для каждого типа двигателей приняты, на основе многолетнего практического опыта, определенные ограничения в выборе параметров рабочих процессов и численных отношений величин конструктивных параметров. Учесть этот опыт можно на основе анализа конструкций доведенных и хорошо себя зарекомендовавших в эксплуатации дизелей.

Длина шатуна

Длина шатуна L определяется из соотношения λ = R/L, где R-радиус кривошипа. При увеличении R (укороченный шатун) возрастает максимальный угол отклонения шатуна, что вынуждает в нижней части цилиндра делать вырезы, повышается боковое давление на стенку цилиндра, в связи с чем растут потери на трение и кроме того увеличиваются силы инерции второго порядка, уменьшается высота двигателя, вес двигателя и вес шатуна. Удлинение шатуна дает уменьшение угла наклона, однако это приводит к увеличению его массы, а, следовательно, сил инерции.

Степень сжатия

Степень сжатия является одним из основных параметров, от которых зависит экономичность двигателя. С увеличением ε увеличивается индикаторный и эффективный КПД двигателя. Однако рост ε ограничивается уменьшением прочности деталей и ростом механических потерь в двигателе.

Степень сжатия ε в дизелях с непосредственным впрыскиванием встречается в пределах 12...18. С увеличением ε увеличивается индикаторный КПД, однако для двигателей с наддувом увеличивается максимальное давление цикла p_z.В автотракторных дизелях степень сжатия в основном определяется способом смесеобразования и частотой вращения, она также зависит от давления наддува.

Фазы газораспределения

Фазы газораспределения оказывают существенное влияние на показатели газообмена и качество рабочего процесса.

В быстроходных двигателях впускной клапан открывается с опережением 5-30°, т.е. до прихода поршня в ВМТ. Это обеспечивает наличие некоторого проходного сечения с самого начала такта впуска и увеличивает время открытия клапана. Закрывается впускной клапан с запаздыванием 30-90 °, т.е. после прохода поршнем НМТ. Это позволяет использовать инерционный напор всасываемого воздуха и улучшить наполнение.

Выпускной клапан, как правило, открывается с опережением 40-80 °, что значительно уменьшает работу двигателя за время выпуска. Закрытие выпускного клапана происходит, как правило, с запаздыванием 5-45 °, что обеспечивает лучшую очистку камеры сгорания от выпускных газов.

Оптимальные фазы газораспределения определяются экспериментально.

Учитывая всё выше сказанное выбираем три варианты параметров двигателя, результаты которого приведены в таблице

Блок-картер

Блок картер для повышения жесткости и уменьшения деформаций имеет ребра на боковых стенках, поперечных перегородках и на нижней плите блока цилиндров. Плоскость разъема картера опущена намного ниже оси коленчатого вала. Снизу картер закрывается легким поддоном, выштампованным из листовой стали. В поддон заливается масло для смазки трущихся деталей двигателя.

Головка цилиндров

Головка цилиндров представляет собой цельную отливку из низколегированного серого чугуна и крепится к блоку шпильками, ввернутыми в блок. Шпильки изготовлены из хромоникелевой стали и термическими обработаны. Для обеспечения отвода тепла головка цилиндров имеет водяную рубашку, сообщающуюся с рубашкой блока.

Стык головки цилиндров и блока уплотняется прокладкой с окантовками цилиндровых отверстий и отверстий для прохода охлаждающей жидкости.

Седла выпускных клапанов вставные, изготовлены из специального жароупорного чугуна и запрессованы в гнезда с натягом 0,040 - 0,105 мм. Сёдла и металлокерамические направляющие втулки клапанов окончательно обрабатываются после их запрессовки в головку.

Гильзы цилиндров

Гильзы цилиндров отлитые из высокопрочного чугуна, вставляются в расточки блок картера и прижимаются по верхнему бурту головкой блока. Между наружными поверхностями гильз и стенками блока образуется полость охлаждения, для уплотнения которой на каждой гильзе снизу установлено два резиновых кольца.

Механизм газораспределения

Распределительный вал, штампованный из углеродистой стали, с закаленными опорами и кулачками, расположен в развале блока и обслуживает оба ряда цилиндров. Вращение его осуществляется парой косозубых шестерен от переднего конца коленчатого вала ограничивается упорным фланцем.

Клапаны приводятся через качающиеся роликовые толкатели, трубчатые штанги с запрессованными в них наконечниками и коромысла с регулировочными винтами для установки теплового зазора. Движение от распределительного вала к толкателю передается через ролик, установленный на игольчатых подшипниках. В целях повышения работоспособности в толкатель запрессована каленная пята из высококачественной стали, служащая упорным подшипником для штанг. Каждый цилиндр имеет два впускных и два выпускных клапана, которые изготовлены из жаропрочной стали и перемещаются в металлокерамических направляющих втулках. Пористые металлокерамические втулки обеспечивают хорошую смазку пары втулка - клапан. На каждый клапан ставится одна цилиндрическая пружина. Для крепления пружин применен специальный замок, способствующий вращению клапанов при работе двигателя, что повышает работоспособность клапана.

Коленчатый вал

Коленчатый вал изготовлен горячей штамповкой из стали. Первый и четвертый кривошипы расположены под углом 180ْ в плоскости, перпендикулярной к плоскости второго и третьего кривошипов, смещенных относительно друг друга тоже на 180ْ. К заднему торцу коленчатого вала крепится болтами чугунный маховик, который фиксируется на валу двумя призонными штифтами.

Шатун

Шатуны двутаврового сечения штампуются из стали. Поршневой подшипник шатуна представляет собой две запрессованные в его верхнюю головку втулки из антифрикционной бронзы. Масло для смазки подшипника подводится от кривошипного подшипника по каналу в стержне шатуна.

Поршень

Поршни отливаются из высококремнистого алюминиевого сплава. С шатуном поршень соединяется пальцем плавающего типа, который предохраняется от осевого смещения стопорными пружинными кольцами. Три компрессионных кольца трапецеидального сечения и одно маслосъемное расположенное в верхней части поршня.

Система смазки

Система смазки смешанная с мокрым картером. Масло засасывается из поддона через заборник и всасывающую трубку шестеренчатым насосом, состоящим из двух секций: основной и радиаторной.

Основная (нагнетательная) секция насоса подает масло в систему через последовательно включенный фильтр грубой очистки, в корпусе которого установлен клапан. Когда разность давлений до и после фильтра при его загрязнении достигает 0,2 - 0,25 МПа, клапан открывается и часть неочищенного масла непосредственно подается в масляную магистраль.

Из фильтра грубой очистки масло поступает в центральный масляный канал, а оттуда по каналам в блоке - к подшипникам коленчатого и распределительного валов. От подшипников коленчатого вала через систему каналов в коленчатом валу и шатуне масло подается к подшипникам верхней головке шатуна. От распределительного вала масло пульсирующим потоком направляется в ось толкателей, откуда по каналам толкателей, полостям штанг и коромысел поступает ко всем трущимся парам привода клапанов. Под давлением смазывается также подшипник промежуточной шестерни привода масляного насоса. Шестерни привода агрегатов, кулачки распределительного вала, подшипники качения, гильзы цилиндров смазываются разбрызгиванием.

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.

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.

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

Расчёт рабочего процесса

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

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

я 0,35-0,37, коэффициент наполнения по параметрам перед клапанами дизеля 0,97-0,98, 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.

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, гВтгод /-*	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 D_топл	0,698	0,746	0,725	0,725	0,746
12.	Уровень энергоемкости, D_энерг.	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

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, гВтгод /-*	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

Введение

Оценка и выбор параметров двигателя

Дата: 2019-07-24, просмотров: 177.

12 3 4 5 Следующая ⇒