Тепловой расчёт бензинового (карбюраторного) двигателя

      

= 0,25….0,33;

Удельный расход топлива g_е показывает, сколько топлива расходует двигатель для получения единицы мощности в течении часа работы и определяется по формуле:

 г/кВтч   

= 250….330 г/кВтч 

При известном удельном расходе топлива и заданной эффективной  мощности можно определить часовой расход топлива G_т, кг/ч:

 кг/ч    

1.1.8. Определение основных размеров и сравнительных

 параметров двигателя.

Основными размерами  двигателя, определяющими величину рабочего объема , являются диаметр цилиндра D и ход поршня S.

Соотношение хода поршня к диаметру цилиндра S/D = 0,7….1,0, определяем диаметр цилиндра по формуле:

мм   

Сравнительные параметры, предназначенные для оценки тепловой и динамической напряженности работы двигателя. К ним относятся удельная литровая мощность и удельная поршневая мощность:

кВт/л  

  кВт/м²  

1.1.9. Тепловой баланс

Тепловой баланс двигателя  характеризует распределение теплоты  топлива, поступившего в цилиндры двигателя. Расчет составляющих теплового баланса позволяет оценить совершенство организации рабочего процесса двигателя, определить величины тепловых потерь в систему охлаждения и с отработавшими газами, определить резервы в улучшении топливной экономичности двигателя.

Уравнение теплового  баланса может быть представлено в виде:

  

 – теплота, введенная в цилиндры двигателя с топливом:

кДж/ч

– теплота, превращенная в полезную (эффективную) работу:

кДж/ч

  – теплота, отведенная  в систему охлаждения и смазочную  систему:

 кДж/ч

где   = 1,62….1,91 – эмпирический коэффициент пропорциональности;

- число цилиндров двигателя;

D – диаметр цилиндра, см;

n – частота вращения коленчатого вала, об/мин;

m = 0,6….0,7 – эмпирический коэффициент;

- низшая теплота сгорания, кДж/кг

- потери теплоты на химическую  неполноту сгорания топлива, кДж/кг;

- коэффициент избытка воздуха;

 – теплота, унесенная с  отработавшими газами:

 кДж/ч

где   , - молярные теплоемкости продуктов сгорания  и свежего заряда, кДж/(кмоль град);

- часовой расход топлива, кг/ч;

- температуры отработавших газов  и свежего заряда, К;

- теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива, при α > 1 Q_нс = 0 кДж/ч;

– остаточный член теплового баланса, характеризующий неучтенные потери теплоты и точность расчета теплового  баланса, кДж/ч:

 

1.2 Построение  индикаторной диаграммы

Выбранные масштабы:

а) масштаб давления : m_p=0.05 (МПа/мм)

б) масштаб перемещения поршня : m_s=1 (мм*S/мм) 

Исходные данные

1. D = 92 мм – диаметр цилиндра.
2. S = 92 мм – ход поршня.
3. R = 46 мм – радиус кривошипа.
4. L = 283 мм – длина шатуна.
5. λ= - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.
6. ε = 7 – степень сжатия.
7. =4,87 – степень повышения давления.
8. до НМТ – угол опережения открытия выпускного клапана.
9. до ВМТ – угол опережения зажигания.
10. Pa = 0,089 МПа – давление конца впуска.
11. P_b = 0,44 МПа – давление начала впуска.
12. Р_с = 1,23 МПа – давление конца сжатия.
13. P_z = 6 МПа – максимальное давление сгорания.

P_zg = 5,1 МПа – действ. максимальное давление сгорания.

14. Р₀ = 0,1 МПа – атмосферное давление.
15. n₁ = 1,35 – показатель политропы сжатия.

n₂ = 1,3 – показатель политропы расширения.

16. мм – отрезок, пропорциональный величине пространства сжатия V_c.
17. мм – поправка Брикса.

 

Текущие значения давления.

           

На линии сжатия:

 

 

 

 

На линии расширения.

 

 Cкругление:

0,85P_z = 0,85*6 = 5,1 Мпа.

(1,15 1,25)Р_с=1,48 МПа.

 

 

 

 

 

 

2. Тепловой  расчёт дизельного двигателя

 

Исходные данные

Таблица 2.1:

Прототип двигателя	Ne, кВт	N, об/мин	Степень сжатия ε	Число и расположение цилиндров
ЯМЗ-23811	220	2000	17,5	8, V-образное

 

Целью теплового расчета является расчет рабочего цикла и основных показателей двигателя, определения его основных размеров и сравнительных параметров двигателя, а также расчет составляющих теплового баланса. На основании теплового расчета строится индикаторная диаграмма.

Двигатель c распределенным впрыском дизельного топлива.

Расчет рабочего цикла  и основных показателей двигателя производим по программе, разработанной Богатыревым А.В.

 

2.1. Тепловой расчет рабочего цикла и показателей двигателя при работе с распределенным впрыском дизельного топлива.

 

2.1.1. Выбор   величины   коэффициента   избытка   воздуха   и   параметров заряда на впуске

- коэффициент избытка воздуха: α = 1,2….1,4;

примем α =1,4 - для достижения наибольших мощностных показателей при

работе на номинальном  режиме.

- давление заряда на впуске, принимается равным давлению окружающей

среды:

= 0,18 МПа – двигатель с наддувом.

- температура заряда на впуске, принимается равной температуре

воздуха, прошедшего через  компрессор

2.1.2. Расчет процессов газообмена

- давление остаточных газов:

,  МПа   

Для дизельного двигателя на номинальных режимах:

МПа

- температура остаточных газов,  для двигателей с распределенным впрыском дизельного топлива:

600….900°К

При номинальных режимах дизельного двигателя = 850 К

 

∆Т - температура подогрева  свежего заряда:

∆T =  10….40°К

С целью получения  хорошего наполнения дизельных двигателей на номинальных скоростных режимах принимается ∆T = 10°К

Результаты расчета:

- давление заряда в конце  впуска (в начале сжатия):

,  МПа, где   

- потери давления за счет сопротивления впускной системы и затухания скорости движения заряда, = 0,03….0,18 МПа (теоретически).

Примем  = 0,099МПа (для дизельных двигателей с наддувом).

В нашем случае:

МПа

- коэффициент остаточных газов, = 0,02….0,05

   

Подставляя известные  значения, получим:

Т_а- температура заряда в конце впуска (в начале сжатия),  Т_{а =} 310….370К

    

Применительно к нашим  данным, имеем:

К

Коэффициент наполнения η_v представляет собой отношение действительного количества свежего заряда, поступившего в цилиндр в процессе впуска, к тому количеству, которое могло бы поместиться в рабочем объеме цилиндра при условии, что температура и давление в нем равны температуре и давлению среды на впуске. Коэффициент продувки φ₁ = 1,02…1,06, примем φ₁ = 1,06.

  

Для двигателей с распределенным впрыском дизельного топлива при работе на номинальном режиме коэффициент наполнения η_v должен находиться в пределах 0,8 …. 0,95.

 

2.1.3. Расчет процессов сжатия

Основными характеристиками процесса сжатия являются параметры заряда в конце сжатия: давление Р_с, температура Т_с и средний показатель политропы сжатия n₁. Показатель политропы сжатия:

• Давление газов конца сжатия  

     

= 3,05….5,5 МПа

Имеем: МПа

• Температура конца сжатия   

     

= 700….900 К

Имеем: К

• Средний показатель политропы сжатия n₁, который характеризует теплообмен между зарядом и стенками камеры сгорания. Факторы, увеличивающие отвод теплоты от заряда, снижают значение n₁ и показатели цикла. Для двигателей с распределенным впрыском дизельного топлива на номинальном режиме работы значения n₁ находятся в пределах 1,32 … 1,4.

 

 

 

 

 

 

2.1.4. Расчет процесса сгорания

Процесс сгорания – основной процесс, в котором химическая энергия  топлива превращается в теплоту и идет на повышение внутренней энергии рабочего тела и совершение работы.

Расчет процесса сгорания проводится в 2 этапа: термохимический расчет для определения количества рабочего тела и термодинамический расчет для оценки параметров состояния рабочего тела.

 

Термохимический расчет процесса сгорания.

Количество воздуха (L₀, кМоль  или L₀¹, кг) теоретически необходимое для полного сгорания 1кг топлива, зависит от элементарного состава топлива и определяется по формуле:

   

Для дизельного топлива:

С,Н,О - массовые доли углерода, водорода в 1 кг топлива:

С = 0,87; Н = 0,126; О = 0,004

кМоль

- количество свежего заряда, находящегося в цилиндре:

 кМоль    

 кМоль

Где α = 1,4 -  коэффициент избытка воздуха на основных режимах.

  - количество остаточных газов:

 кМоль    

 кМоль

 - количество продуктов сгорания:

кМоль,

где

- действительный коэффициент  молекулярного изменения 

Для двигателей с распределенным впрыском дизельного топлива 1,02….1,12

     

_{Принимаем равным 1,12. Получаем:}

 кМоль

Термодинамический расчет процесса сгорания;

- изохорная теплоемкость свежего заряда:

 кДж/кМоль·К  

Где = 19,8798; = 0,002638.

 кДж/кМоль·К

- изохорная теплоемкость продуктов  сгорания:

 кДж/кМоль·К,   

где А_z = 19, 422 + 2, 596 ^. a =22,54;    В_z = (15,491 + 13,816 ^. a) ^.10 ^{– 4}=0,00321.

 кДж/кМоль·К

2.1.5.Расчет процесса расширения

В результате процесса расширения происходит преобразование тепловой энергии  заряда в механическую работу. Основными характеристиками процесса являются давление Р_в = 0,2….0,6 МПа и температура Т_в = 1000….1200 К в конце процесса и средний показатель политропы расширения n₂. Для упрощения расчета допускают, что расширение происходит по политропному процессу со средним показателем политропы n₂ = 1,18….1,28. Давление Р_в, МПа и температура Т_в, К конца расширения определяют для точки «в» по уравнению политропного процесса:

 МПа     

  К    

     

 

Расчет процесса расширения завершает расчет параметров рабочего тела в характерных точках цикла. Правильность выбора исходных температуры и давления остаточных газов проверяется по формуле:

 К   

Отклонение величины температуры незначительно, следовательно  параметры заданы правильно и рассчёт верен. 

 

2.1.6. Расчет показателей рабочего цикла и двигателя.

Оценку рабочего цикла проводят по индикаторным показателям, среди  которых важны прежде всего среднее индикаторное давление, индикаторная мощность, индикаторный КПД, удельный индикаторный расход топлива. Работу двигателя в целом оценивают по эффективным показателям – среднему эффективному давлению, эффективной мощности, эффективному КПД, удельному расходу топлива.