Тепловой расчет двигателя прототипа ВАЗ 2101

Содержание:

Введение                                                                                                     4

1. Выбор основных параметров проектируемого двигателя                  5
2. Тепловой расчет двигателя                                                                13
1. Расчет характеристик рабочего тела                                        13
2. Расчет процессов газообмена                                                   18
3. Расчет процесса сжатия                                                            21
4. Расчет процесса сгорания                                                         25
5. Расчет процесса расширения                                                    28
6. Определение индикаторных показателей двигателя              30
7. Определение эффективных показателей двигателя                31
8. Определение основных параметров двигателя                       32
9. Построение индикаторной диаграммы                                    33
10. Тепловой баланс двигателя                                                      37
3. Скоростная характеристика двигателя                                              39
4. Сравнение основных параметров двигателя и прототипа                41
5. Вывод                                                                                                   42

Литература

 

Введение.

Прогресс в автомобильной  промышленности, дальнейшее увеличение  автомобильного транспорта предусматривает  не только количественный рост автопарка, но и значительное улучшение использования  имеющихся автомобилей, повышение  культуры эксплуатации, увеличение межремонтных сроков службы.

В области развития и  совершенствования автомобильных  двигателей основными задачами являются: расширение использования двигателей, снижение расхода топлива и удельной массы двигателей, стоимости их производства и эксплуатации. На принципиально  новый уровень ставится борьба с  токсичными выбросами двигателей в  атмосферу, а также задачи по снижению шума и вибрации в процессе их эксплуатации. Значительно больше внимания уделяется  использованию электронно-вычислительных машин при расчетах и испытаниях двигателей. В настоящее время  вычислительная техника широко используется на моторостроительных заводах, в научно-исследовательских  центрах, конструкторских и ремонтных  организациях, а также высших учебных  заведениях.

Выполнение сегодняшних задач  требует от специалистов, связанных  с производством и эксплуатацией  автомобильных двигателей, глубоких знаний теории, конструкции и расчета  двигателей внутреннего сгорания.

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Выбор  основных параметров проектируемого  двигателя

                                                                                                     Таблица 1

Конструкция		4-р
Тип двигателя		ВАЗ 2101
Внутренний диаметр цилиндра		76  мм
Ход поршня		80 мм
Рабочий объем		1450 см3
Степень сжатия		8,5
Порядок работы цилиндров		1-3-4-2
Максимальный крутящий момент		104 Нм
		При  частоте вращения 3400 об/мин
Максимальная мощность		52,5 кВт
Вид  топлива		АИ-93
Подача топлива в цилиндры		Карбюратор
Масса двигателя	120 кг
Тип камеры сгорания	клиновая
Тактность	4
Тип двигателя по способу воспламенения  рабочей смеси	Искровой
Тип двигателя по роду применяемого топлива	Бензин
Наличие или отсутствие наддува	Отсутствует
Тип охлаждения	Водяное

 

 

1.2.  Устройство двигателя прототипа.

 

 

 

Рис. 1. Продольный разрез двигателя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2. Поперечный разрез двигателя.

 

 

 

1.2.1. Система смазки.

Система смазки комбинированная - под давлением и разбрызгиванием. Нормальное давление масла в системе при температуре 85°С и частоте вращения коленчатого вала 5600 мин^-1 - 3,5-4,5 кгс/см². Минимальное давление при минимальной частоте вращения коленчатого вала (850-900 мин^-1) должно быть не менее 0,5 кгс/см². Вместимость системы, включая масло в масляном фильтре, составляет 3,75 л.

 

Рис.3. Система смазки:

1.Масляный насос;2.Масляный картер;3.Канал  подачи масла от насоса к  фильтру; 4.Горизонтальный канал  для подачи масла от фильтра  в масляную магистраль; 5.Канал  для подачи масла к шестерне  привода масляного насоса и  распределителя зажигания; 6.Канал  в шейке коленчатого вала; 7.Передний  сальник коленчатого вала; 8.Канал  подачи масла от масляной магистрали  к коренному подшипнику и к  валику привода масляного насоса  и распределителя зажигания;9.Шестерня  привода масляного насоса и распределителя зажига-ния;10.Валик привода масляного насоса и распределителя зажига-ния;11.Канал для стока масла; 12.Канал в кулачке распределительного вала;13.Магистральный канал в распределительном вале; 14.Канал в опорной шейке распределительного вала; 15.Кольцевая выточка на средней опорной шейке распределительного вала;  16.Крышка маслоналивной горловины;  17.Наклонный канал в головке цилиндров; 18.Вертикальный канал в блоке цилиндров; 19.Масляная магистраль; 20 – датчик контрольной лампы давления масла;  21 – канал подачи масла к коренному подшипнику; 22 – канал подачи масла от коренного подшипника к шатунному; 23 – указатель уровня масла;  24 – масляный фильтр.

1.2.2. Система охлаждения.

 

Система охлаждения – жидкостная, закрытого типа, с принудительной циркуляцией жидкости, с расширительным бачком.

 

 

Рис.4. Система  охлаждения:

1 – труба  отвода жидкости от радиатора  отопителя и карбюратора в  насос охлаждающей жидкости;  2 – труба отвода горячей жидкости  из головки цилиндров в радиатор  отопителя; 3 – перепускной шланг  термостата; 4 – выпускной патрубок  рубашки охлаждения;  5 – подводящий  шланг радиатора; 6 – расширительный  бачок;  7 – рубашка охлаждения;  8 – пробка радиатора;  9 – радиатор;  10 – кожух вентилятора;  11 – вентилятор;  12 – шкив привода вентилятора и насоса охлаждающей жидкости;  13 – отводящий шланг радиатора; 14 – ремень привода насоса; 15 – насос;  16 – шланг подачи охлаждающей жидкости в насос; 17 – термостат;

Cтрелками указано направление  движения жидкости.

Система охлаждения – жидкостная, закрытого типа, с принудительной циркуляцией жидкости, с расширительным бачком.

 

1.2.3. Воздушный фильтр, система выхлопа.

Рис.5. Воздушный фильтр, система выхлопа.

1. Патрубок забора холодного  воздуха. 2. Перегородка, закрывающая  доступ воздуха в фильтр;     3. Стрелка для установки крышки  фильтра по меткам на зимний и летний режимы эксплуатации; 4. Метка голубая для установки на летний режим эксплуатации;  5. Метка красная для установки на летний режим эксплуатации;  6. Патрубок забора теплого воздуха от выпускного коллектора;      7. Крышка фильтра;  8. Корпус фильтра. 9. Патрубок отсоса картерных газов в золотниковое устройство карбюратора; 10. Коллектор вытяжной вентиляции картера двигателя:               11. Перфорированные оболочки фильтрующего элемента:  12. Картонный фильтрующий элемент; 13. Предочиститель фильтрующего элемента;  14. Выпускная труба:  15. Подушка подвески выпускной трубы;  16. Ремень подвески глушителя;  17. Основной глушитель;  18. Передняя труба основного глушителя;  19. Хомуты;  20. Дополнительный глушитель;  21. Передняя труба дополнительного глушителя;  22. Хомут крепления приемной трубы к коробке передач; 23.Газоприемник;24.Приемные трубы;  25. Верхний полукорпус основного глушителя; 26. Теплоизоляция основного глушителя;  27. Кожух основного глушителя;  28. Средние перегородки;  29. Впускной патрубок;  30. Передняя перегородка;  31. Перфорация выпускной трубы:  32. Внутренняя перфорированная труба; 33. Кожух впускной перфорированной трубы; 34. Задняя перегородка;  35. Нижний полукорпус основного глушителя;  36. Выпускной патрубок;

37. Верхний полукорпус  дополнительного глушителя;  38. Глухая  перегородка;  39. Нижний полукорпус  дополнительного глушителя;  40. Передняя  перфорированная труба; 41. Диафрагма: 42. Кожух дополнительного глушителя; 43. Теплоизоляция дополнительного глушителя;  44. Задняя перфорированная труба; 45. Дополнительный глушитель;  46. Основной глушитель.

1.3. Принцип работы двигателя.

Схема и порядок работы четырехцилиндрового  двигателя (1-3-4-2)

Полуоборот коленчатого  вала	Угол поворота коленчатого  вала, град	цилиндр
		1	2	3	4
Первый	0-180°	Рабочий ход	Выпуск	Сжатие	Впуск
Второй	180…360°	Выпуск	Впуск	Рабочий ход	Сжатие
Третий	360…540°	Впуск	Сжатие	Выпуск	Рабочий ход
Четвертый	540…720°	Сжатие	Рабочий ход	Впуск	выпуск

 

Таблица 1.3.

 

 

1.4. Рабочие процессы двигателя.

 

Такт впуска. Поршень движется от ВМТ к НМТ, создавая, в полости цилиндра над поршнем разрежение. При этом открывается впускной клапан, и полость цилиндра сообщается через впускной трубопровод с карбюратором. Под влиянием' разности давлений горючая смесь из карбюратора поступает в цилиндр. Давление в цилиндре во время такта впуска зависит от ряда факторов: числа оборотов коленчатого вала, сопротивлений во впускном трубопроводе и клапанах, температуры стенок цилиндра и пр. и по величине колеблется для различных двигателей от 0,7 до 0,95 кг/см². 

Температура смеси, поступившей  в цилиндр, возрастает примерно до 80 - 130° вследствие соприкосновения  с нагретыми стенками цилиндра и  смешивания с имеющими высокую температуру  остаточными газами.

 

Такт сжатия. По мере уменьшения объема рабочей смеси давление в цилиндре повышается. Величина давления в конце такта сжатия зависит в основном от степени сжатия и колеблется в пределах 6-9 кг/см². Температура смеси в конце такта сжатия достигает приблизительно 300°C.

 

Такт расширения. Оба клапана закрыты. Сжатая рабочая смесь вблизи в. м. т. воспламеняется электрической искрой, проскакивающей между электродами свечи, При горении смеси выделяется большое количество тепла, вследствие чего температура и давление образующихся в цилиндре газов резко возрастают. Под воздействием давления газов поршень движется вниз и при помощи шатуна вращает коленчатый вал. Так как во время такта расширения газы совершают полезную работу, ход поршня, соответствующий такту расширения называют рабочим ходом.

Давление газов в начале рабочего хода составляет примерно 30-40 кг/см² и к концу рабочего хода, когда поршень достигает н. м. т., снижается до 4 - 5 кг/см². Температура газов внутри цилиндра в момент вспышки достигает 1800- 2000°C.

 

Такт выпуска. В конце рабочего хода в цилиндре остаются отработавшие газы (продукты сгорания), которые необходимо удалить.

Во время такта выпуска  поршень движется от НМТ к ВМТ  и выталкивает отработавшие газы через открытый выпускной клапан, выпускной трубопровод и глушитель  в атмосферу.

Давление в цилиндре в  процессе выпуска несколько выше атмосферного и составляет примерно 1,05-1,1 кг/см². Температура отработавших газов к концу выпуска - 700-800°C.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Тепловой  расчет двигателя.

2.1. Расчет характеристик рабочего  тела.

Товарными топливами для поршневых  ДВС являются бензины.