Плотность заряда на впуске

,

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

Потери давления на впуске. В соответствии со скоростным режимом двигателя (n = 5400 об/мин) и при условии качественной обработки внутренней поверхности впускной системы можно принять β² + ξ_вп = 2,8 и ω_вп = 95 м/с. Тогда

А_n = ω_вп /n_N = 95/5400= 0,01759;

. (5)

Отсюда получим:

при n = 900 об/мин ∆p_α= 2,8 • 0.01759² • 900² • 1,189 Ч10^-6/2 = 0,0004 МПа;

при n = 3000 об/мин ∆p_α= 2,8 • 0.01759² • 3000² • 1,189 Ч10^-6/2 = 0,004635 МПа;

при n = 5400 об/мин ∆p_α= 2,8 • 0.01759² • 5400² • 1,189 Ч10^-6/2 = 0,015 МПа;

при n = 5700 об/мин ∆p_α= 2,8 • 0.01759² • 6000² • 1,189 Ч10^-6/2 = 0,0185 МПа.

Давление в конце впуска

р_α= p₀ — ∆p_α, (6)

п	900	3000	5400	5700	об/мин
рα	0,0996	0,09536	0,085	0,0814	МПа

Коэффициент остаточных газов. При определении γ_r для двигателя без наддува принимается коэффициент очистки φ_оч = 1, а коэффициент дозарядки на номинальном скоростном режиме φ_доз = 1,10, что вполне возможно получить при подборе угла опаздывания закрытия впускного клапана в пределах 30—60°. При этом на минимальном скоростном режиме (п = 900 об/мин) возможен обратный выброс в пределах 5%, т. е. φ_доз = 0,95. На остальных режимах значения φ_доз можно получить, приняв линейную зависимость φ_доз от скоростного режима. Тогда

. (7)

При n = 900 об/мин ;

при n = 3000 об/мин ;

при n = 5400 об/мин ;

при n = 5700 об/мин ;

Температура в конце впуска:

(8)

При n = 900 об/мин К;

при n = 3000 об/мин К;

при n = 5400 об/мин К;

при n = 5700 об/мин К;

Коэффициент наполнения:

. (9)

При n = 900 об/мин

при n = 3000 об/мин

при n = 5400 об/мин

при n = 5700 об/мин

Процесс сжатия. Средний показатель адиабаты сжатия k₁при ε =8,5 и рассчитанных значениях Т_а определяется по графику, а средний показатель политропы сжатия n₁ принимается несколько меньше k₁. При выборе n₁ учитывается, что с уменьшением частоты вращения теплоотдача от газов в стенки цилиндра увеличивается, а n₁ уменьшается по сравнению с k₁ более значительно:

п	900	3000	5400	5700	об/мин
k1	1,3767	1,3771	1,3772	1,3772
Tα	340	337	336	337,6	К
n1	1,370	1,376	1,377	1,377

Давление в конце сжатия

(10)

При n = 900 об/мин МПа;

при n = 3000 об/мин МПа;

при n = 5400 об/мин МПа;

при n = 5700 об/мин МПа.

Температура в конце сжатия

(11)

При n = 900 об/мин К;

при n = 3000 об/мин К;

при n = 5400 об/мин К;

при n = 5700 об/мин К;

Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия:

а) свежей смеси (воздуха):

, (12)

где

п	900	3000	5400	5700	об/мин
tc	477,52	480,51	479,88	483,47	°С
	21,85	21,87	21,87	21,875	кДж/(кмоль · град);

б) остаточных газов

- определяется методом экстраполяции;

при n = 900 об/мин, α = 0,86 и t_c =477 °С

кДж/(кмоль • град);

при n = 3000 об/мин, α = 0,96 и t_c =480 °С

кДж/(кмоль • град);

при n = 5400 об/мин, α = 0,96 и t_c =480 °С

кДж/(кмоль • град);

при n = 5700 об/мин, α = 0,96 и t_c =483,47 °С

кДж/(кмоль • град);

в) рабочей смеси

(13)

при n = 900 об/мин

кДж/(кмоль • град);

при n = 3000 об/мин

кДж/(кмоль • град);

при n = 5400 об/мин

кДж/(кмоль • град);

при n =5700 об/мин

кДж/(кмоль • град);

Процесс сгорания. Коэффициент молекулярного изменения горючей и рабочей смеси(14)

При n = 900 об/мин μ₀=0,4952/0,4525=1,0944; μ=(1,0944+0,05136)/(1+0,05136)=1,08979;

при n = 3000 об/мин μ₀=0,5360/0,5041=1,0633; μ=(1,0633+0,04567)/(1+0,04567)=1,06053;

при n = 5400 об/мин μ₀=0,5360/0,5041=1,0633; μ=(1,0633+0,04902)/(1+0,04902)=1,06034;

при n = 5700 об/мин μ₀=0,5360/0,5041=1,0633; μ=(1,0633+0,051855)/(1+0,051855)=1,0602.

Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания топлива:

∆Н_u= 119950(1— α)L₀. (15)

При n = 900 об/мин ∆Н_u= 119950·(1— 0,86)·0,516=8665 кДж/кг;

при n = 3000, 5400 и 5700 об/мин ∆Н_u= 119950·(1— 0,6)·0,516=2476 кДж/кг.

Теплота сгорания рабочей смеси

Н_раб.см = (Н_u - ∆H_u)/[М₁(1 + γ_r)]. (16)

При n = 900 об/мин Нраб.см = (43930 - 8665)/[0,4525(1 + 0,05136)]=74126 кДж/кмоль раб. см;

при n = 3000 об/мин Нраб.см = (43930 - 2476)/[0,5041(1 + 0,04567)]=78642 кДж/кмоль раб. см;

при n = 5400 об/мин Нраб.см = (43930 - 2476)/[0,5041(1 + 0,04902)]=78391 кДж/кмоль раб. см;

при n = 5700 об/мин Нраб.см = (43930 - 2476)/[0,5041(1 + 0,05186)]=78180 кДж/кмоль раб. см;

Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания

(17)

При n = 900 об/мин = (1/0,4952) [0,0512 (39,123 + 0,003349t_z) + 0,02 (22,49 + 0,00143t_z) +0,0625 ∙ (26,67 + 0,004438t_z) + 0,01 (19,678 + 0,001758t_z) + 0,3515 (21,951 + 0,001457t_z)] =

= 24,298 + 0,002033t_z кДж/(кмоль∙град);

при n = 3000, 5400 и 5700 об/мин =(1/0,536) [0,0655 ∙(39,123 + 0,003349t_z) +0,0057∙ (22,49 + 0,00143t_z) + 0,0696 (26,67 + 0,004438t_z) + 0,0029 ∙ (19,678 + 0,001758t_z) + 0,3923(21,951+ 0,001457t_z)] = 24,656 + 0,002077t_z кДж/(кмоль∙град).

Величина коэффициента использования теплоты ξ_z при п = 5600 и 6000 об/мин в результате значительного догорания топлива в процессе расширения снижается, а при т = 900 об/мин ξ_z интенсивно уменьшается в связи с увеличением потерь тепла через стенки цилиндра и неплотности между поршнем и цилиндром. Поэтому при изменении скоростного режима ξ_z ориентировочно принимается в пределах, которые имеют место у работающих карбюраторных двигателей:

п	900	3000	5400	5700	об/мин
ξz	0,82	0,92	0,91	0,89

Температура в конце видимого процесса сгорания

. (18)

При n = 900 об/мин 0,82 ∙ 74126 + 21,9374 ∙ 477 = 1,08979 ∙ (24,298 + 0,002033t_z)t_z, или

, откуда

°C;

T_z=t_z+273=2325,910974+273=2598,91 K;

при n = 3000 об/мин 0,92 ∙ 78642 + 21,958 ∙ 480 = 1,06053 ∙ (24,656 + 0,002077t_z)t_z, или , откуда

°C;

T_z=t_z+273=2600+273=2873 K;

при n = 5400 об/мин 0,91 ∙ 78390 + 21,9627 ∙ 480 = 1,0603 ∙ (24,656 + 0,002077t_z)t_z, или

, откуда

°C;

T_z=t_z+273=2574+273=2847 K;

при n = 5700 об/мин 0,89 ∙ 78179 + 21,978 ∙ 483 = 1,0602 ∙ (24,656 + 0,002077t_z)t_z, или

, откуда

°C

T_z=t_z+273=2529+273=2802 K.

Максимальное давление сгорания теоретическое

р_z = p_cμT_z/T_c^. (19)

При n = 900 об/мин р_z = 1,868802·1,08979·2599/750=7,057 МПа;

при n = 3000 об/мин р_z = 1,812369·1,06053·2873/753=7,333 МПа;

при n = 5400 об/мин р_z = 1,6189·1,06034·2847/752=6,4988 МПа;

при n = 5700 об/мин р_z = 1,5542·1,0602·2802/756=6,10706 МПа;

Максимальное давление сгорания действительное

р_zд = 0,85/ р_z;

п	900	3000	5400	5700	об/мин
рzд	5,9989	6,2334	5,524	5,191	МПа

Степень повышения давления

λ= р_z /p_c (20)

п	900	3000	5400	5700	об/мин
λ	3,7765	4,046364	4,0143	3,9294

Процессы расширения и выпуска. Средний показатель адиабаты расширения k₂ определяется по номограмме при заданном ε =8,5 для соответствующих значений α и Т_z, а средний показатель политропы расширения n₂ оценивается по величине среднего показателя адиабаты:

п	900	3000	5400	5700	об/мин
α	0,86	0,96	0,96	0,96
Tz	2599	2873	2847	2802	К
k2	1,2605	1,2515	1,2518	1,2522
n2	1,26	1,251	1,251	1,252

Давление и температура в конце процесса расширения

(21) и (22)

При n = 900 об/мин р_b= 7,05749/8,5^1,26 = 0,4759 МПа и Т_b= 2599/8,5^{1,26 -1} = 1490 К;

при n = 3000 об/мин р_b= 7,333/8,5^1,251 = 0,5042 МПа и Т_b= 2873/8,5^{1,251 -1} = 1679 К;

при n = 5400 об/мин р_b= 6,4988/8,5^1,251 = 0,4468 МПа и Т_b= 2847/8,5^{1,251 -1} = 1664,8 К;

при n = 5700 об/мин р_b= 6,107/8,5^1,252 = 0,419 МПа и Т_b= 2802/8,5^{1,252 -1} = 1634 К;

Проверка ранее принятой температуры остаточных газов:

. (23)

При n = 900 об/мин

; ;

при n = 3000 об/мин

; ;

при n = 5400 об/мин

; ;

при n = 5700 об/мин

; , где ∆ — погрешность расчета. На всех скоростных режимах температура остаточных газов принята в начале расчета достаточно удачно, так как ошибка не превышает 1,7%.

Индикаторные параметры рабочего цикла. Теоретическое среднее индикаторное давление

(24)

При n = 900 об/мин

;

при n = 3000 об/мин

;

при n = 5400 об/мин

при n = 5700 об/мин

Среднее индикаторное давление:

МПа (25)

где коэффициент полноты диаграммы принят φ_и = 0,96;

п	900	3000	5400	5700	об/мин
pi	1,1290	1,2131	1,0729	1,0	МПа

Индикаторный КПД и индикаторный удельный расход топлива

(26) и (27)

При n = 900 об/мин ;г/(кВт·ч);

при n = 3000 об/мин ;г/(кВт·ч);

при n = 5400 об/мин ;г/(кВт·ч);

при n = 5700 об/мин ;г/(кВт·ч).

Эффективные показатели двигателя. Среднее давление механических потерь для карбюраторного двигателя с числом цилиндров до шести и отношением S/D≥1

(28)

Предварительно приняв ход поршня S равным 80 мм, получим υ_п.ср. = Sn/3 · 10⁴ = 80 n/3 ·10⁴ = =0,002667n м/с, тогда р_м = 0,049 + 0,0152 • 0,002667n МПа, а на различных скоростных режимах:

п	900	3000	5400	5700	об/мин
υп.ср	2,4003	8,001	14,4018	16,002	м/с
рм	0,08545	0,1705	0,2677	0,292	МПа

Среднее эффективное давление и механический КПД

(29) и ; (30)

п	900	3000	5400	5700	об/мин
pi	1,1290	1,2131	1,0729	1,0	МПа
pe	1,04355	1,0426	0,8052	0,70894	МПа
ηм	0,9243	0,8595	0,75049	0,7083

Эффективный КПД и эффективный удельный расход топлива:

(31) и ; (32)

п	900	3000	5400	5700	об/мин
ηi	0,3166	0,362	0,3353	0,325	МПа
ηe	0,2926	0,31	0,252	0,231	МПа
ge	280	264	325	355	г/(кВт·ч)

Основные параметры цилиндра и двигателя. Литраж двигателя:

V_л = 30τN_e/(p_en) = 30 · 4 · 56/(0,8052 · 5400) = 1,545л.

Рабочий объем одного цилиндра:

V_h = V_л/i = 1,545/4 = 0,38625 л.

Диаметр цилиндра. Так как ход поршня предварительно был принят S = 80 мм, то

мм

Окончательно принимается D == 79мм и S = 80 мм.

Основные параметры и показатели двигателя определяются по окончательно принятым значениям D и S:

л;

мм²=48,99 см²;

; (33) ; (34), (35)

п	900	3000	5400	5700	об/мин
pe	1,04355	1,0426	0,8052	0,7089	МПа
Ne	12,287	40,92	56,887	55,65	кВт
Me	130,44	130,32	100,649	88,62	Н·м
GT	3,440	10,803	18,488	19,755	кг/ч

Литровая мощность двигателя

кВт/л;

ВЫВОД: основные данные полученные в тепловом расчёте при сравнение с характеристиками прототипа (см. таб.) позволяют сделать вывод о том что для дальнейших расчётов мы можем принять этот двигатель так как расхождение не превышает 10%.

	Ne, кВт	ре	ηе	ge, г/кВт∙ч
Рассчитанное	50	0,8052	0,25	325
Прототипа	56,0	0,81	0,27	3105
Погрешность	1,6	0,5	8	4,6