Тепловой расчёт бензинового (карбюраторного) двигателя

Расчет индикаторных показателей двигателя:

Среднее индикаторное давление цикла Р_i - это условное постоянное давление, при котором за один ход поршня совершается работа, равная индикаторной работе цикла L_i. Действительное среднее индикаторное давление для двигателя с распределенным впрыском дизельного топлива определяется по

формуле:

 = 0,7….1,1 МПа

= 0,92….0,95 - коэффициент полноты индикаторной диаграммы, принимаем равным 0,95.

Индикаторный КПД характеризует  степень использования в действительном цикле теплоты топлива для получения индикаторной работы

и представляет собой  отношение количества теплоты, которое пошло на совершение полезной работы, ко всей теплоте затраченного топлива. Индикаторный КПД определяется по формуле:

0,26….0,4

 

М_с – количество молей газов, находящихся в цилиндре в начале сгорания.

Совершенство цикла, его  топливная экономичность может  быть оценена величиной удельного индикаторного расхода топлива, характеризующего затраты топлива в граммах на получение единицы мощности в 1 кВт при работе в течении 1 часа, т.е.:

Для бензинового топлива  = 170….250 г/кВт ч:

, г/кВт*ч   

Индикаторная мощность определяется по формуле:

 кВт  

, л – рабочий объем цилиндра;

= 8 – число цилиндров;

= 4 – коэффициент тактности

 

 

2.1.7.  Расчет эффективных показателей двигателя

Средне давление механических потерь , по которому оценивают потери на преодоление внутренних сопротивлений, определяется по эмпирической зависимости:

, МПа    

, об/мин – частота вращения вала двигателя;

=0,08 МПа; =0,017 МПа – эмпирические коэффициенты для двигателя с распределенным впрыском бензина.

Среднее эффективное  давление Р_е представляет собой отношение эффективной работы на коленчатом валу двигателя к величине рабочего объема цилиндра. Величина Р_е может быть определяется по формуле:

МПа     

= 0,45….0,8 МПа;

Механический КПД характеризует относительный уровень механических потерь и определяется как отношение среднего эффективного давления к индикаторному:

     

=0,7….0,82;

В целом топливная  экономичность двигателя с учетом всех потерь теплоты, в том числе и механических, может характеризоваться величиной эффективного КПД η_е или удельного эффективного расхода топлива g_е.

Эффективным КПД называется отношение количества теплоты, эквивалентной эффективной работе, получаемой на коленчатом валу двигателя, к общему количеству теплоты, внесенной в двигатель с топливом. Эффективный КПД определяется выражением:

      

= 0,31….0,45;

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

 г/кВтч

= 210….280 г/кВтч 

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

 кг/ч    

2.1.8. 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  

 

2.1.9. 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:

 

2.2 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

18. D = 130 мм – диаметр цилиндра.
19. S = 140 мм – ход поршня.
20. R = 70 мм – радиус кривошипа.
21. L = 265 мм – длина шатуна.
22. λ= - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.
23. ε = 17,5 – степень сжатия.
24. =2,24 – степень повышения давления.
25. до НМТ – угол опережения открытия выпускного клапана.
26. до ВМТ – угол опережения зажигания.
27. Pa = 0,081 МПа – давление конца впуска.
28. P_b = 0,44 МПа – давление начала впуска.
29. Р_с = 3,35 МПа – давление конца сжатия.
30. P_z = 7,5 МПа – максимальное давление сгорания.

P_zg = 6,4 МПа – действ. максимальное давление сгорания.

31. Р₀ = 0,1 МПа – атмосферное давление.
32. n₁ = 1,3 – показатель политропы сжатия.

n₂ = 1,2 – показатель политропы расширения.

33. мм – отрезок, пропорциональный величине пространства сжатия V_c.
34. мм – поправка Брикса.

 

 

 

 

 

Текущие значения давления.

           

На линии  сжатия:

 

На линии  расширения.

 

Cкругление:

0,85P_z = 0,85*7,5 = 6,4 Мпа.

(1,15 1,25)Р_с=4,02 МПа.