–                   молекулярная масса mT =115 кг/кмоль.

Низшая теплота сгорания:

 (3.1)

 кДж/кг.

3.2 Параметры рабочего тела

1) Теоретическое количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива принятого состава, определяется по формуле:

 (3.2)

моль/кг.

 (3.3)

2) Коэффициент избытка воздуха устанавливается на основании следующих соображений. На современных двигателях устанавливают многокамерные карбюраторы, обеспечивающие получение почти идеального состава смеси по скоростной характеристике. Возможность применения для рассчитываемого двигателя двухкамерного карбюратора с обогатительной системой и системой холостого хода позволяет получить при соответствующей регулировке как мощностной, так и экономичный состав смеси. a=0.95 по заданию.

3) Количество горючей смеси:

кмоль св. зар./кг топл. (3.4)

4) Количество отдельных компонентов продуктов полного сгорания при К=0.5 и принятом скоростном режиме:

 (3.5)

кмоль СО2/кг топл.;

 (3.6)

 кмоль СО/кг топл.;

 (3.7)

 кмоль Н2О/кг топл.;

 (3.8)

кмоль Н2/кг топл.;

кмоль N2/кг топл. (3.9)

5) Общее количество продуктов полного сгорания

 (3.10)

кмоль пр.сг./кг топл.

3.3 Параметры окружающей среды и остаточные газы

Атмосферные условия: р0=0.1 МПа;

Т0=293 К;

Давление окружающей среды: рк=р0=0.1 МПа;

Температура окружающей среды: Тк=Т0=293 К.

Температура остаточных газов. При постоянном значении степени сжатия e=9,5 температура остаточных газов практически линейно возрастает с увеличением скоростного режима при a=const, но уменьшается при обогащении смеси. Учитывая уже определенные значения n и a, можно принять значения Tr для расчетного режима карбюраторного двигателя в пределах, Tr =1040 К.

Давление остаточных газов pr, за счет расширения фаз газораспределения и снижения сопротивления при конструктивном оформлении выпускных трактов рассчитываемого двигателя можно принять на номинальном скоростном режиме:

МПа (3.11)

3.4 Процесс впуска

1) Температура подогрева свежего заряда. С целью получения хорошего наполнения двигателя на номинальном скоростном режиме принимается DTN = 8 °C.

2) Плотность заряда на впуске

кг/м3 (3.12)

где Дж/(кг·град) – удельная газовая постоянная для воздуха.

3) Потери давления на впуске в двигателе. В соответствии со скоростным режимом двигателя и с учетом небольших гидравлических сопротивлений во впускной системе можно принять ; ωвп=95 м/с.

 (3.13)

 МПа

где β – коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом

сечении цилиндра;

ξвп – коэффициент сопротивления впускной системы, отнесенный к наибо-

лее узкому сечению;

ωвп – средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы

4) Давление в конце впуска

МПа (3.14)

5) Коэффициент остаточных газов. При определении gr для карбюраторных двигателей без наддува принимается коэффициент очистки , а коэффициент дозарядки на номинальном скоростном режиме . Тогда при (nN =4500 мин-1)

 (3.15)

где  - температура подогрева свежего заряда от стенок.

6) Температура в конце впуска

 (3.16)

 К

7) Коэффициент наполнения

 (3.17)

3.5 Процесс сжатия

В четырехтактных двигателях без наддува воздух поступает во впускной трубопровод с температурой окружающей среды. Поэтому процесс сжатия не является адиабатным, а протекает в условиях теплообмена между свежим зарядом и деталями двигателя. В начале сжатия температура свежего заряда значительно ниже температуры окружающих поверхностей цилиндра, днища поршня, головки цилиндра, тарелок клапанов. Вследствие этого наблюдается приток теплоты к свежему заряду. По мере увеличения давления сжатия температура заряда повышается и с некоторого момента становится выше температуры окружающих поверхностей. Направление теплового потока изменяется на обратное и теплота уже будет передаваться от заряда к деталям двигателя.

Таким образом, процесс сжатия протекает с переменным показателем политропы сжатия n1.

Ввиду сложности теплообмена между свежим зарядом и окружающими деталями можно считать, что в реальном двигателе процесс сжатия проходит по политропе с некоторым средним значением показателя n1.

Основным факторами, влияющими на показатель политропы сжатия n1, являются: частота вращения коленчатого вала, интенсивность охлаждения цилиндра, его размеры, конструктивные особенности камер сгорания, утечка газов через неплотности поршневых колец и клапанов.

1) По номограмме рис. 4.4 [1] определяем показатель адиабаты k1=1.3768.

2) Значение показателя политропы сжатия принимаем равным n1=1.376.

3) Давление в конце сжатия:

МПа (3.18)

4) Температура в конце сжатия:

К (3.19)

5) Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия:

а) свежей смеси (воздуха)

 (3.20)

кДж/(кмоль·град);

где 775 – 273 = 502 °С

б) остаточных газов (определяется методом интерполяции по табл. 3.8 [1]) при nN=4500 мин-1, α=0.95 и tc=502°С

 кДж/(кмоль·град) (3.21)

где 24.014 и 24.440 – значения теплоемкости продуктов сгорания при

соответственно при 500 и 600 ºС, [1, табл. 3.8].

в) рабочей смеси

 (3.22)

 кДж/(кмоль·град).

3.6 Процесс сгорания

В ходе этого процесса химическая энергия топлива превращается в тепловую, которая затем распределяется по частям так: переходит в механическую работу, идет на повышение внутренней энергии газов; передается окружающим поверхностям деталей и через них переходит к охлаждающей жидкости или к воздуху; из топлива не выделяется из-за неполного его сгорания; теряется за счет диссоциации газов при высоких температурах.

Наиболее интенсивно топливо сгорает на участке индикаторной диаграммы c-z который называют участком видимого сгорания.

Экспериментально установлено, что на участке c-z, топливо всегда сгорает не полностью, а догорает далее в процессе расширения.

1) Коэффициент молекулярного изменения свежей смеси:

 (3.23)

2) Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси:

 (3.24)

3) Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания:

кДж/кг (3.25)

4) Теплота сгорания рабочей смеси:

кДж/кмоль раб.см. (3.26)

5) Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания:

 (3.27)

6) Коэффициент использования теплоты xz зависит от режима работы двигателя, способа смесеобразования, условий охлаждения камеры сгорания, степени диссоциации газов и быстроходности двигателя.

Принимаем xz = 0.93.

7) Температура в конце видимого процесса сгорания

 (3.28)

откуда tz=2623° С

К (3.29)

8) Максимальное давление сгорания теоретическое:

МПа (3.30)

9) Максимальное давление сгорания действительное:

МПа (3.31)

10) Степень повышения давления:

 (3.32)

3.7 Процессы расширения и выпуска

В начале процесса расширения, который условно начинается в момент достижения в цилиндре максимальной температуры цикла, продолжается подвод теплоты к рабочему телу, затем расширение происходит с отводом теплоты к стенкам. Догорание в процессе расширения происходит вследствие несовершенства перемешивание воздуха с топливом, недостаточного времени на сгорание. Интенсивный теплообмен между рабочим телом и стенками днища поршня, головки цилиндров, гильзы осуществляется в течение всего процесса расширения и различен для разных его участков. В результате влияния догорания топлива, восстановления продуктов диссоциации, охлаждения расширяющихся газов, утечки газов через неплотности поршневых колец и клапанов действительный процесс расширения протекает с переменным значением показателя политропы.

Средний показатель адиабаты расширения k2 определяется по монограмме [1, рис.4.8] при заданном e для соответствующих значений a и Tz, а средний показатель политропы расширения n2 определяется по величине среднего показателя адиабаты.

1) Давление в конце процесса расширения:

 МПа (3.33)

2) Температура в конце процесса расширения:

 К (3.34)

3) Проверка ранее принятой температуры остаточных газов:

 К (3.35)

 %, что допустимо (3.36)

3.8 Индикаторные параметры рабочего цикла

Средним индикаторным давлением рi называют условное постоянное давление газов, которое, воздействуя на поршень, за один его ход от ВМТ к НМТ совершает работу, равную работе за один рабочий цикл.

1) Теоретическое среднее индикаторное давление:

 (3.37)

МПа

В действительном рабочем цикле среднее индикаторное давление получается меньше, с одной стороны, из-за округления индикаторной диаграммы у расчетных точек с, z и в, вследствие начала горения топлива до ВМТ, начала открытия выпускного клапана до НМТ; а с другой – из-за наличия насосных потерь при впуске и выпуске. Потери на округление учитываются коэффициентом полноты jи индикаторной диаграммы.

2) Среднее индикаторное давление:

МПа (3.38)

где jи=0.96 – коэффициентом полноты индикаторной диаграммы.

Экономичность протекания действительного цикла оценивается двумя показателями: индикаторным КПД hi и удельным расходом топлива gi на единицу индикаторной мощности в единицу времени.

3) Индикаторным КПД называется отношение теплоты, обращенной в механическую работу цикла, к теплоте, сгорания топлива:

 (3.39)

Значения индикаторного КПД hi всегда ниже термического КПД ht, так как он учитывает не только отвод теплоты к холодному источнику, но и потери, связанные с неполнотой сгорания, отводом теплоты к стенкам и с отработавшими газами, диссоциацией, утечками газа через неплотности и т.д.

4) Индикаторный удельный расход топлива:

г/(кВт·ч) (3.40)

Индикаторная мощность не может быть полностью передана потребителю, поскольку некоторая ее часть неизбежно затрачивается на преодоление различных сопротивлений внутри двигателя. Эту часть мощности называют мощностью механических потерь. К ней относится мощность, затрачиваемая: на трение между движущимися деталями двигателя (например, трение поршней и поршневых колец), движущимися деталями с воздухом, маслом (маховик, шатун и др.); приведение в действие вспомогательных агрегатов и устройств двигателя (насосов, генератора и др.); очистку и наполнение цилиндра (насосные потери); привод нагнетателя (при механическом приводе от коленчатого вала).

3.9 Эффективные показатели двигателя

1) Предварительно приняв ход поршня S= 92 мм, получим значение средней скорости поршня при nN=4500 мин-1

м/с (3.41)

2) Среднее давление механических потерь:

МПа (3.42)

3) Среднее эффективное давление:

 МПа (3.43)

4) Механический КПД

 (3.44)

Показателями экономичности работы двигателя в целом (а не только его действительного цикла) служат удельный эффективный расход топлива ge и эффективный КПД hе.

5) Эффективный КПД:

 (3.45)

6) Эффективный удельный расход топлива:

 г/(кВт·ч) (3.46)

3.10 Основные параметры цилиндра и двигателя

1) Литраж двигателя

л (3.47)

где t = 4 – количество тактов двигателя.

2) Рабочий объем одного цилиндра:

 л (3.48)

где i= 4 – количество цилиндров двигателя.

3) Диаметр цилиндра. Так как ход поршня предварительно был принят S= 81 мм, то:

мм (3.49)

Окончательно принимаем D =93 мм, S= 92 мм.

Основные параметры и показатели двигателя определяем по окончательно принятым значениям  и :

Площадь поршня:

 см2 (3.50)

Литраж двигателя:

 л (3.51)

Мощность двигателя:

 кВт (3.52)

Литровая мощность двигателя:

 кВт/л (3.53)

Крутящий момент:

 Нм (3.54)

Часовой расход топлива:

 кг/ч (3.55)

3.11 Расчет и построение индикаторной диаграммы

Индикаторная диаграмма строится с целью проверки полученного аналитическим путем значения среднего индикаторного представления протекания рабочего цикла в цилиндре рассчитываемого двигателя.

Индикаторная диаграмма двигателя построена для номинального режима работы двигателя, т.е. при Ne=85 кВт и n=4500 мин-1, аналитическим методом.

Масштаб диаграммы: масштаб хода поршня Ms=1 мм в мм; масштаб давления Mp=0.05 МПа в мм.

Величины в приведенном масштабе, соответствующие рабочему объему цилиндра и объему камеры сгорания:

 мм (3.56)

 мм (3.57)

Максимальная высота диаграммы (точка )

мм (3.58)

По данным теплового расчета на диаграмме откладываем в выбранном масштабе величины давлений в характерных точках.

Ординаты характерных точек:

мм                          мм (3.59)

мм                      мм

 мм

Построение политропы сжатия и расширения аналитическим методом:

а) политропа сжатия . Отсюда:

 мм, (3.60)

где:  мм;

б) политропа расширения . Отсюда:

 мм; (3.61)

Результаты расчета точек приведены в табл. 3.1

Теоретическое среднее индикаторное давление:

МПа (3.62)

где 2160 мм2 – площадь диаграммы .

Таблица 3.1

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10