Выбор и обоснование исходных данных
Давление окружающей среды – ;
Температура окружающей среды - К;
Коэффициент избытка воздуха для сгорания - ;
Степень сжатия e = 18;
Элементный состав топлива: С = 0,87, Н = 0,126, ОТ = 0,004;
Топливо дизельное автотракторное ЦЧ = 45 ед;
Температура остаточных газов Тr - 700-900 К;
Коэффициент остаточных газов γr – 0,03;
Давление отработавших газов рr в конце выпуска - (0,75-1,00)рК;
Подогрев свежего заряда на впуске ΔТ - 5-10 К;
Показатели политропы сжатия n1 и расширения n2 - n1 = 1,35-1,42, n2 = 1,15-1,28;
Коэффициент выделения тепла ξ - 0,70-0,85;
Степень повышения давления λ - 1,4-1,7;
Отношение хода поршня к диаметру цилиндра S/d - 1.
1. Тепловой расчет двигателя
При тепловом расчете определяются основные параметры, характеризующие эффективные и экономические показатели рабочего процесса, устанавливаются основные размеры двигателя.
Тепловой расчет проводится для номинального режима рабочего двигателя при оптимальных условиях протекания рабочего процесса.
В основу теплового расчета положен аналитический метод В.И. Гриневецкого- Е.К. Мазинга.
1.1 Определение параметров впуска
1.1.1 Давление в конце впуска
Давление рa в конце впуска оказывает большое влияние на наполнение цилиндра свежим зарядом. Зависит от аэродинамических потерь во впускной системе, использования наддува, скоростного режима двигателя и ряда других факторов.
(1)
где - давление в конце впуска;
- давление воздуха после компрессора (0,25 МПа).
1.1.2 Температура в конце впуска
Температура Та в конце впуска определяется по зависимости
(2)
где - температура после компрессора, К;
– температура подогрева заряда, К;
- коэффициент остаточных газов;
- температура остаточных газов, К.
(3)
где – показатель политропы сжатия воздуха в компрессоре (для центорбежного неохлаждаемого компрессора при газотурбинном наддуве автомобильных двигателей =1,8-2,0)
Тогда, температура в конце впуска будет равной:
.
1.1.3 Коэффициент наполнения
Коэффициент наполнения двигателя ηV определяется по зависимости
(4)
где e - коэффициент сжатия.
1.2 Определение параметров сжатия
1.2.1 Давление в конце сжатия
Расчет давления и температуры в конце сжатия проводят по уравнениям политропического процесса:
(5)
(6)
где - средний показатель политропы сжатия.
(7)
где - число оборотов коленчатого вала.
Тогда давление и температура в конце сжатия будет равной:
1.3 Процесс сгорания
1.3.1 Теоретическое количество воздуха
Теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания 1 кг топлива определяется по его элементарному составу:
(8)
где С, Н, ОТ - элементный состав топлива.
кмоль воз./кг топ.
1.3.2 Действительное количество свежего заряда
Действительное количество свежего заряда (кмоль/кг топлива), поступившего в цилиндр:
(9)
где - коэффициент избытка воздуха.
кмоль/кг топ
1.3.3 Количество остаточных газов
Количество остаточных газов в двигателе считается по формуле:
(10)
кмоль/кг топ.
1.3.4 Количество газов в цилиндре в конце сжатия
Количество газов в цилиндре в конце сжатия определяется из выражения:
(11)
кмоль/кг топ.
1.3.5 Состав и количество продуктов сгорания
При α>1 продукты сгорания жидкого топлива состоят из СО2, Н2О, О2 и N2. Количество отдельных компонентов (кмоль/кг топлива):
(12)
(13)
(14)
(15)
где С, Н - относительное содержание углерода и водорода в моторном топливе (таблице 1).
Таблица 1 – Основные показатели моторных топлив.
Топливо
Средний элементарный состав
1кг топлива, (кг)
Молекулярный вес mт, кг/кмоль Низшая теплота сгорания Нu, кДж/кг С Н О
Автомобильные бензины
Дизельное топливо
0,85
0,870
0,145
0,126
-
0,004
110-120
180-200
43995
42530
Количество продуктов сгорания 1кг топлива (кмоль/кг топлива) при α>1
(16)
кмоль/кг топ.
1.3.6 Теоретический коэффициент молекулярного изменения смеси
Коэффициент молекулярного изменения смеси определяется:
(17)
1.3.7 Действительный коэффициент молекулярного изменения смеси
Определим уточнений коэффициент молекулярного изменения смеси:
(18)
1.3.8 Средняя мольная теплоемкость
Средняя мольная теплоемкость (кДж/кмоль К) свежего заряда при V = соnst в первом приближении может быть определена по зависимости:
(19)
кДж/кмоль К
1.3.9 Средняя мольная теплоемкость
Средняя мольная теплоемкость (кДж/кмольК) продуктов Сгорания при V=соnst может быть определена по следующей приближенной формуле:
(20)
кДж/кмоль К
1.3.10 Средние мольные теплоемкости свежего заряда
Средние мольные теплоемкости (кДж/кмольК) свежего заряда и продуктов сгорания при Р = соnst определяются соответственно по зависимостям:
(21)
(22)
кДж/кмоль К
кДж/кмоль К
1.3.11 Потеря тепла
Потеря тепла вследствие химической неполноты сгорания из-за недостатка кислорода (при α>1)
(23)
Знак «-» показывает, что при неполном сгорании топлива из-за недостачи воздуха температура падает на .
1.3.12.Температура конца сгорания
Температура конца сгорания ТZ определяется из уравнения:
(24)
где – коэффициент выделения тепла;
– низшая теплотворная топлива принимаем = 42,8 МДж/м3.
Отсюда:
1.3.13 Давление конца сгорания
Давление конца сгорания в двигателе с воспламенением от сжатия определяется:
(25)
1.3.14 Степень предварительного расширения
Степень предварительного расширения для двигателя с воспламенением от сжатия определяется по формуле:
(26)
1.3.15 Объем в конце сгорания
Объем в конце сгорания можно определить из выражения:
(27)
где VС - объем пространства сжатия.
(28)
где VS – рабочий объем цилиндра.
1.4 Определение параметров конца расширения
1.4.1 Давление конца расширения
Давление конца расширения в двигателе с воспламенением от сжатия определяется из следующего выражения:
(29)
где - степень последующего расширения;
- средний показатель политропы расширения.
(30)
(31)
1.4.2 Температура конца расширения
В конце расширения температура высчитывается по формуле:
(32)
1.5 Определение индикаторных показателей двигателя
1.5.1 Теоретическое среднее индикаторное давление для двигателя с воспламенением от сжатия определяется по следующему выражению:
(33)
1.5.2 Действительное среднее индикаторное давление
Действительное давление будет равно:
(34)
где - коэффициент неполноты индикаторной диаграммы, учитывающий скругления в точках C, Z, b, принимаем = 0,95;
- среднее давление насосных потерь при процессах впуска и выпуска.
(35)
где - давление при впуске смеси
(36)
Тогда:
Следовательно:
1.5.3 Индикаторный коэффициент полезного действия
Индикаторный коэффициент полезного действия определяется:
(37)
где - плотность заряда на впуске, (кг/м3);
- коэффициент наполнения.
(38)
где - удельная газовая постоянная, ().
1.5.4 Индикаторный удельный расход топлива
Удельный расход топлива для двигателя с воспламенением от сжатия рассчитывается по выражению:
(39)
1.6 Определение эффективных показателей двигателя
1.6.1 Среднее давление механических потерь
Величина зависит от многих факторов (трения в кривошипно-шатунном механизме, потерь на привод вспомогательных механизмов, теплового состояния, режимов работы двигателя). ............
