Тепловой и динамический расчет дизельного двигателя ЯМЗ-236

КАРАГАНДИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра Автомобильного транспорта Утверждаю Зав. кафедрой ___________

«___"____________ 2011 г.

ЗАДАНИЕ № 210 772

на курсовую работу по дисциплине:

«Энергетические установки ТТ»

Тема работы: Тепловой и динамический расчет дизельного двигателя ЯМЗ-236

Выдана студенту Толеукулов Н.М.

группы ТТ-09−2

1 Общие сведения об автомобиле

2 Тепловой расчет

2.1 Топливо

2.2 Параметры рабочего тела

2.3 Параметры окружающей среды и остаточные газы

2.4 Процесс впуска

2.5 Процесс сжатия

2.6 Процесс сгорания

2.7 Процессы расширения и выпуска

2.8 Индикаторные параметры рабочего цикла

2.9 Эффективные показатели двигателя

2.10 Основные параметры цилиндра и двигателя

2.11 Построение индикаторной диаграммы

3 Тепловой баланс

4 Внешняя скоростная характеристика двигателя

5 Конструкторский расчет деталей и узлов двигателя

5.1 Расчет детали КШМ (ГРМ) Список использованных источников

Введение

Особое место в единой транспортной системе страны занимает автомобильный транспорт, ставший организационно и экономический важной самостоятельной отраслью народного хозяйства.

Значение автомобильного транспорта трудно переоценить, и не только по тому, что без его участия не совершается ни один вид хозяйственной деятельности, но и потому, что им перевозится более 80% всех народно-хозяйственных грузов и пассажиров, доставляемых всеми видами транспорта.

Автомобили выполняют либо полностью весь процесс перевозок грузов и пассажиров от производителя до потребителя, либо, взаимодействуя с другими видами транспорта, начальную, промежуточную или конечную фазы.

Автомобильный транспорт — самый удобный и комфортабельный вид транспорта.

В настоящее время почти нет такой отрасли народного хозяйства, которая не была бы теснейшим образом связана с автомобильным транспортом. Автомобили широко применяются на строительстве, в промышленности и связи, сельском хозяйстве и торговле.

Исключительно велика роль автомобильного транспорта в удовлетворении различных бытовых и культурных нужд трудящихся.

Дальнейшее повышение роли автомобильного транспорта неразрывно связано с улучшением качества его работы. Улучшить качество работы автотранспорта — это прежде всего обеспечить регулярную и бесперебойную работу автомобилей на линии, своевременную доставку грузов и пассажиров, сохранность перевозимых грузов и максимальные удобства для пассажиров.

Качество работы автотранспорта в большей степени зависит от совершенства конструкции автомобилей и их потенциальных свойств. В этой связи в курсовом проекте приведены результаты расчетного анализа показателей динамичности, топливной экономичности и долговечности сцепления автомобиля Herald 13/60.

1. Общие сведения об автомобиле ЯМЗ 236

Двигатели ЯМЗ 236 — надежные, мощные, практичные и недорогие двигатели производства Ярославского моторного завода. Четырехтактные двигатели ЯМЗ серии 236 — это одни из самых популярных двигателей ЯМЗ, наряду с моделями ЯМЗ 238. Эти двигатели впервые сошли с конвейера Ярославского моторного завода в 60-х годах ХХ века и с тех пор нашли широкое применение при сборке отечественной спецтехники.

Область применения двигателей ЯМЗ 236 обширная. Чаще всего эти двигатели используются на бортовых автомобилях и седельных тягачах. Двигатель ЯМЗ 236 широко применяется городских и пригородных автобусах ЛАЗ, на автомобилях ЗИЛ разных модификаций, на небольших грузовичках и автопоездах, кранах, катерах, компрессорных станциях, дизель-электростанциях, экскаваторах, дорожных катках, тракторах, комбайнах и т. д. Двигатель ЯМЗ 236 — это четырехтактный шестицилиндровый дизельный двигатель с V-образным расположением цилиндров, цилиндры располагаются под углом в 90° в два ряда, с воспламенением от сжатия, непосредственным впрыском топлива, жидкостным охлаждением. Двигатель может быть дополнительно оснащен механизмом гашения крутильных колебаний и отбора мощности.

Одним и самых важных достоинств двигателя ЯМЗ 236 является низкое потребление топлива при высоком крутящем моменте на рабочей частоте вращения коленчатого вала. К преимуществам этой серии двигателей также относятся практичность, надежность, экономичность, простота и удобство в обслуживании и эксплуатации Технические характеристики двигателя ЯМЗ 236:

Рабочий объем камеры сгорания 11,15 литров Диаметр цилиндра 130 мм.

Ход поршня 140 мм Минимальный расход топлива от 157 до 214 г/кВт.

Масса двигателя в комплекте со сцеплением 131 кг

* Двигатели ЯМЗ-236 V-образные, четырехтактные, с воспламенением от сжатия и с непосредственным впрыском топлива в камеру сгорания, представляют собой две модели одного семейства и отличаются один от другого количеством цилиндров и мощностью.

* Эти двигатели предназначены для установки на автомобили Минского и Кременчугского автомобильных заводов, а двигатель ЯМЗ-238 — на тракторы; он отличается от основных моделей наличием дополнительных вспомогательных агрегатов (турбо-наддув и т. п.).

* Двигатель ЯМЗ-236 имеет шесть цилиндров, а двигатель ЯМЗ-238 — восемь. Цилиндры двигателей расположены в два ряда под углом 90°

* Недостатком принятой схемы двигателей ЯМЗ-236 является неполное уравновешивание моментов от сил инерции второго порядка масс поршней и верхней части шатунов, движущихся возвратно-поступательно. В такой конструкции шестицилиндрового двигателя рабочие ходы в цилиндрах следуют не равномерно, а через 90 и 150° (по углу поворота коленчатого вала), в чем нетрудно убедиться при рассмотрении схемы двигателя и порядка работы цилиндров. Следствием этого является заметная вибрация работающего двигателя, особенно при работе на малых (холостых) оборотах коленчатого вала. В этом отношении двигатели ЯМЗ-238 находятся, несомненно, в лучшем положении, поскольку у них, ввиду наличия восьми цилиндров, рабочие ходы следуют ровно через 90°.

2. Тепловой расчёт двигателя

Произвести расчет четырехтактного 6-цилиндрового V-образного дизеля без турбонаддува, предназначенного для транспортного средства. Дизель с тороидной камерой сгорания, объемным смесеобразованием, частотой вращения коленчатого вала при максимальной мощности n = 3250 об/мин и степенью сжатия? =14.

2.1 Исходные данные для теплового расчёта

Таблица 1 — Данные прототипа Таблица 2 — Исходные данные для теплового расчета двигателя:

При проведении теплового расчёта дизельного двигателя принимается один скоростной режим, соответствующий заданному числу оборотов коленчатого вала Nn = 3250 об/мин, степень сжатия равна 14. В соответствии с ГОСТ 305–73 для рассчитываемого двигателя принимаем малосернистое дизельное топливо марок «Л» и «З», цетановое число которого — не менее 45 единиц. Средний элементарный состав дизельного топлива равен:

С = 0,870; Н = 0,126; О=0,004 mT = 190 кг/кмоль.

Низшая теплота сгорания топлива Ни = 33,91*С + 125,6*Н — 10,89*(О — S) — 2,51*(9Н + W) = 33,91*0,870 +125,6*0,126 — 10,89*0,004 — 2,51*9*0,126 = 42 437кДж/кг (1.1)

2.2 Параметры рабочего тела

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг дизельного топлива кмоль возд/кг топл. (1.2)

кг возд/кг топл. (1.3)

Таблица 3 — Параметры рабочего тела

Коэффициент избытка воздуха. Уменьшение коэффициента избытка воздуха до возможных пределов уменьшает размеры цилиндра и, следовательно, повышает литровую мощность дизеля, но одновременно с этим значительно возрастает теплонапряженность двигателя, особенно деталей поршневой группы, увеличивается дымность выпускных газов. Лучшие образцы современных дизелей без наддува со струйным смесеобразованием устойчиво работают на номинальном режиме без существенного перегрева при = 1,4 — 1,5. Дизельные двигатели с турбонаддувом эффективно работают при значении коэффициента избытка воздуха в пределах от 1,5−1,7.

2.3 Параметры окружающей среды и остаточные газы

Давление и температура окружающей среды при работе двигателя без наддува pk = p0 = 0,1 МПа и Тk = T0 = 273+20=293 K.

Температура остаточных газов. Высокое значение ??= 14 и низкое число оборотов коленчатого вала температура снижает температуру и давление остаточных газов. двигатель деталь автомобиль индикаторный Таблица 4 — Параметры остаточных газов

2.4 Процесс впуска

Температура подогрева свежего заряда. Рассчитываемый двигатель не имеет специального устройства для подогрева свежего заряда. Однако естественный подогрев заряда в дизеле без наддува может достигать Т=1520°, а при наддуве за счет уменьшения температурного перепада между деталями двигателя и температурой наддувочного воздуха величина подогрева сокращается. Поэтому принимаем для дизелей без наддува T = 20 °C; Давление заряда на впуске Рк = рк*106 / (Rв * Tк) (1.4)

без наддува Рк = 0,10* 106 / (287 ?293) =1,1892кг/м3;

где R = 287 Дж/кг град — удельная газовая постоянная для воздуха.

Потери давления на впуске. В соответствии со скоростными режимом двигателя (n = 3250 об/мин) и при условии качественной обработки внутренней поверхности впускной системы можно принять ??2 + ?вп =2,8 и? = 90 м/с. Коэффициент остаточных газов определяется по формуле:

(1.5)

Температура в конце впуска

Та = (Т0 +?T +?r*Tr)/(1+??r) (1.6)

Коэффициент наполнения

(1.7)

Таблица 5 — Параметры процесса впуска свежего заряда

2.5 Процесс сжатия

Процесс сжатия. Средние показатели адиабаты и политропы сжатия. При работе дизеля на номинальном режиме можно с достаточной степенью точности принять показатель политропы сжатия приблизительно равным показателю адиабаты, который определяется по номограмме:

Давление в конце сжатия

p c = pa? ??n1. (1.8)

Температура в конце сжатия Тс = Та? ??n1−1 (1.9)

Средняя мольная теплоёмкость в конце сжатия:

а) свежей смеси (воздуха)

(1.10), где

tc = Tc — 2730 C;

б) остаточных газов (определяется по таблице 8 методом интерполяции в) теплоёмкость рабочей смеси

. (1.11)

Таблица 6 — Параметры сжатия

2.6 Процесс сгорания

Процесс сгорания. Коэффициент молекулярного изменения свежей смеси в дизелях без наддува

?0 = M2 / M1;? = (?0 + ?r) / (1+??r). (1.12, 1.13)

Теплота сгорания рабочей смеси в дизелях:

(1.14)

Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания

(1.15)

Коэффициент использования теплоты для современных дизелей с неразделенными камерами сгорания и хорошо организованным струйным смесеобразованием можно принять для двигателя без наддува равным 0,82. Степень повышения давления в дизеле, в основном, зависит от величины цикловой подачи топлива. С целью снижения газовых нагрузок на детали кривошипно-шатунного механизма целесообразно иметь максимальное давление сгорания не выше 11—12 МПа. В связи с этим целесообразно принять для дизеля ?= 2. Температура в конце видимого процесса сгорания

(1.16)

Максимальное давление сгорания теоретическое

(1.17)

Степень предварительного расширения для дизелей без наддува

(1.18)

Таблица 7 — Параметры процесса сгорания

2.7 Процессы расширения и выпуска

Процесс расширения. Степень последующего расширения для дизелей: без наддува? = ?/? = 14 / 1,31= 10,69

Средние показатели адиабаты и политропы расширения для дизелей выбираются следующим образом. На номинальном режиме можно принять показатель политропы расширения, с учетом достаточно больших размеров цилиндра, несколько меньше показателя адиабаты расширения, который определяется по номограмме (см. рис. 30).

Таблица 8 — Параметры расширения и выпуска

2.8 Индикаторные параметры рабочего цикла

Теоретическое среднее индикаторное давление

(1.18)

Среднее индикаторное давление

(1.19)

где ?и = 0,95 — коэффициент полноты диаграммы.

Индикаторный К.П.Д. и индикаторный удельный расход топлива

и (1.20, 1.21)

Таблица 9 — Индикаторные параметры расчетного двигателя

2.9 Эффективные показатели двигателя

Среднее давление механических потерь для дизельного двигателя с числом цилиндров 6 и отношением S/D>1.

(1.22)

Среднее эффективное давление и механический К.П.Д.

и (22,23)

Эффективный К.П.Д. и эффективный удельный расход топлива

и (24,25)

Таблица 10 — Эффективные параметры двигателя

2.10 Основные параметры цилиндра и двигателя

Основными геометрическими параметрами поршневого двигателя являются диаметр цилиндра и ход поршня. Данные параметры определяют соотношение S / D, что в конечном итоге оказывает влияние на габаритные размеры и массу двигателя. Расчет основных параметров двигателя ведется по предварительно принятому значению номинальной мощности — выбирается по прототипу.

Расчетная мощность Ne = 132,4 квт. По принятым значениям диаметра и хода поршня уточняются основные эффективные показатели работы двигателя внутреннего сгорания.

Таблица 11 Геометрические параметры и эффективные показатели ДВС

2.11 Построение индикаторной диаграммы

Построение индикаторной диаграммы дизеля. Масштабы диаграммы: масштаб хода поршня — ms = 0,75 мм /мм; масштаб давлений — mP = 0,025МПа /мм Таблица 12 — Расчетные данные для построения индикаторной диаграммы

В соответствии с принятыми фазами газораспределения и углом опережения впрыска топлива определяют положение точек r', a', a'', c', f и b' по формуле для перемещения поршня

(2.1)

где? — отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

Выбор величины? производится при проведении динамического расчета, а при построении индикаторной диаграммы предварительно принимается? =0,274. Расчёты ординат точек r', a', a", c', f и b' сведены в таблицу.

Таблица 13 — Характерные точки цикла

3. Тепловой баланс проектируемого двигателя

Тепловой баланс показывает, каким образом общее количество тепла, выделившееся при сгорании топлива распределяется между составными частями теплового баланса.

Общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом для дизелей без наддува:

(3.1)

Теплота, эквивалентная эффективной работе за 1 с:

(3.2)

Теплота, передаваемая охлаждающей среде:

(3.3)

где с = 0,45 — 0,53 — коэффициент пропорциональности для четырехтактных двигателей;

i — число цилиндров;

D — диаметр цилиндра, см;

n — частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин;

m = 0,6 — 0,7 — показатель степени для четырехтактных двигателей. В расчете принято m =0,67.

Теплота, унесённая отработанными газами:

(3.4)

Неучтённые потери теплоты:

(3.5)

Составляющие теплового баланса представлены в таблице и на рисунке.

Таблица 14 — Составляющие теплового баланса

4. Внешняя скоростная характеристика двигателя

Таблица 15 — Параметры внешней скоростной характеристики

Коэффициент приспособляемости по скоростной характеристики:

=445 / 375 = 1,19 (4.1)

Для сравнения различных методов построения скоростных характеристик и проверки правильности выполнения теплового расчета для нескольких скоростных режимов двигателя дополнительно приведем расчет изменения мощности и удельного расхода топлива на основе процентных соотношений между параметрами относительной скоростной характеристики.

Расчетные точки кривой эффективной мощности определяются по следующей эмпирической зависимости через каждые 400 об/мин.

(4.2)

где Ne и nN — номинальная эффективная мощность (кВт) и частота вращения коленчатого вала (об/мин) при номинальной мощности; Nex и nx — эффективная мощность (кВт) и частота вращения коленчатого вала (об/мин) в искомой точнее скоростной характеристики двигателя. Остальные параметры рассчитаны в таблице 15

5. Конструкторский расчет деталей и узлов двигателя

5.1 Расчет детали КШМ (ГРМ)

Форсунка Спроектированная форсунка закрытого типа (внутренняя полость на время между впрысками топлива разобщается от камеры сгорания иглой).

В топливоподводящий штуцер вставлен щелевой фильтр, назначение которого — задерживать посторонние частицы, случайно попавшие в нагнетательную полость.

Распылитель и игла спариваются взаимной притиркой и подвергаются контрольной опресовке для проверки плотности прилегания конуса иглы к седлу распылителя и проверки пригонки диаметрального зазора между иглой и распылителем. Эти детали образуют прецизионную пару, замена одной из деталей не допускается.

Для уплотнения стыка торец корпуса форсунки и верхний торец распылителя тщательно шлифуют, а затем полируют притирочной пастой.

Давление начала подъема иглы определяется затяжкой пружины регулировочным болтом (начальное давление распыливания топлива).

При окончании подачи топлива насосом игла садится, при этом пружина обеспечивает быструю посадку иглы на седло, что способствует получению четкой отсечки подачи топлива. Регулировочный болт позволяет регулировать затяжку пружины форсунки.

Между накидной гайкой форсунки и дном стакана головки поршня устанавливается медное кольцо, служащее для уплотнения стыка между форсункой и крышкой цилиндра.

Список использованных источников

1. Колчин А. И., Демидов В. П. Расчет автомобильных и транспортных двигателей, М.: Высшая школа, 1980