тепловой расчет

Для двигателя с впрыском топлива и электронным управлением при nN можно принять φдоз = 1,145, а при nmin = 0,96. На остальных расчётных режимах φдоз определяется по рис. 2.1. Для двигателя без надува принимается коэффициент очистки φоч = 1:

Температура в конце впуска: Ta = (T0 +∆T + γrTr ) /(1+ γr ) :

ηv (800) = 288288+12 9,81−1 01,1 (0,96 9,8 0,09962 −1 0,11) = 0,9024;

ηv (2400) = 288288+9,6 9,81−1 01,1 (1,01 9,8 0,09659 −1 0,11) = 0,9304;

ηv (800) = 288288+ 6 9,81−1 01,1 (1,145 9,8 0,08636 −1 0,11) = 0,9563.

2.2. ПРОЦЕСС СЖАТИЯ

Средний показатель адиабаты сжатия k1 (при ε = 9,8, а также рассчитанных значениях Та) определяется по номограмме (см. рис. 2.2), 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.

Та, К

Рис. 2.2. Номограмма для определения показателя сжатия k1

При nN = 4800 мин–1, Ta = 320 К и ε = 9,8 показатель адиабаты сжатия определён по номограмме (см. рис. 2.2) k1 = 1,370, анологично для всех режимов работы двигателя:

Далее непосредственный числовой расчёт будет проводиться только для режимов максимальной мощности, а для остальных режимов окончательные значения рассчитываемых параметров приводятся в табличной форме

Давление в конце сжатия:

• при nN = 4800 мин–1

Pc = Paεn1 = 0,08636 9,81,3775 = 2,003 МПа,

где n1 = 1,3775 принят несколько меньше k1 = 1,3780.

Температура в конце сжатия:

Tc =Taεn1 −1 = 320 9,81,3775−1 = 757 К.

Средняя мольная теплоёмкость в конце сжатия:

а) свежей смеси воздуха

2.2. ПРОЦЕСС СГОРАНИЯ

Коэффициент молекулярного изменения горючей µ0 = M2 / M1 и рабочей смеси µ = (µ0 + γr ) /(1+ γr ) :

• для двигателя с впрыском топлива при nN = 4800 мин–1

µ0 = 0,5524 / 0,5247 =1,0528 и µ = (1,0528 + 0,0358) /(1+ 0,0358) =1,0509 .

Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания, и теплота сгорания рабочей смеси

+ M H2O (mcV′′H2O )tt0z + M H2 (mcV′′H2 )tt0z + M N2 (mcV′′N2 )tt0z ].

Таблица 2.1

Определяется по эмпирическим формулам, приведённым в табл. 2.2 для интервала температур от 1501 до

2800 °С:

(mcVn )tt0z = (1/ 0,536) [0,0655 (39,123 +0,003349tz ) +

+0,0057(22,49 +0,00143tz ) +0,0696(26,67 + 00,4438tz ) +

+0,0029(19,678 +0,001758tz ) + 0,3923(21,951 +0,001457tz )] =

=24,656 +0,002077tz кДж/(кмоль·град),

(mcVn )tt0z = (1/ 0,5524 ) [0,0712 (39,123 + 0,003349 tz ) +

+0,0725 (26,67 + 0,004438 tz ) + 0,4087 (21,951 + 0,001457 tz )] =

=24,748 +0,002091tz кДж/(кмоль·град).

Таблица 2.2

Коэффициент использования теплоты ξz . При проведении расчётов двигателя ξz выбирается по опытным данным в зависимости от конструктивных особенностей двигателя. На рисунке 2.1 приведена достаточно реальная зависимость ξz от скоростного режима для двигателя с впрыском топлива и электронным управлением. В соответствии с рис. 2.1. приняты величины коэффициента использования теплоты для двигателя с впрыском топлива ξz = 0,99 при nN = 4800 мин–1. По этому рисунку определены значения ξz для всех расчётных режимов.

Температура в конце видимого процесса сгорания

Максимальное давление сгорания теоретическое:

pz = pcµTz / Tc ;

pz = 2,003 1,0509 3102 / 757 = 8,6255 МПа.

Максимальное давление сгорания действительное:

pzд = 0,85 pz ;

pzд = 0,85 8,6255 = 7,3317 МПа.

Степень повышения давления λ:

• для двигателя с впрыском топлива

λ= pz pc ;

λ= 82,6255,003 = 4,116 .

2.4.ПРОЦЕССЫ РАСШИРЕНИЯ И ВЫПУСКА

Средний показатель адиабаты расширения k2 определяется по номограмме (см. рис. 2.3) при заданном ε для соответствующих значений α и Tz , а средний показатель политропы расширения n2 оценивается по величине среднего показателя адиабаты:

–при ε = 9,8, α = 0,96 и Tz = 2032 К, k2 = 1,2650, что позволяет принять n2 = 1,2550;

–при ε = 9,8, α = 1 и Tz = 2713 К; k2 = 1,2501, что позволяет принять n2 = 1,2450;

–при ε = 9,8, α = 1,0 и Tz = 3102 К определено k2 = 1,2450 и принято n2 = 1,2450.

Давление и температура в конце процесса расширения

при nN = 4800 мин–1

Проверка ранее принятой температуры остаточных газов:

при nN = 4800 мин–1

Тz, К

Рис. 2.3. Номограмма определения показателя адиабаты расширения k2 для двигателя с впрыском топлива.

(приведено определение значения k2 для одного режима nN )

2.5. ИНДИКАТОРНЫЕ ПАРАМЕТРЫ РАБОЧЕГО ЦИКЛА

Теоретическое среднее индикаторное давление при nN = 4800 мин–1

=1,3652 МПа.

Среднее индикаторное давление pi = ϕu pi′

pi = 0,98 1,3652 =1,3378 МПа.

Индикаторный КПД и индикаторный удельный расход топлива при nN = 4800 мин–1

ηi = pil0α/(Huρ0ηV ) и gi = 3600 /(Huηi )

ηi =1,3378 14,957 1/(43,93 1,2098 0,09563) = 0,3937 ;

gi = 3600 /(43,93 0,3937) = 208 г/(кВтч).

2.6.ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДВИГАТЕЛЯ

Среднее давление механических потерь для бензиновых двигателей с числом цилиндров до шести и отношением S/D ≤ 1

pм = 0,034 +0,0113vп. ср .

Для двигателя с впрыском топлива, предварительно приняв ход поршня S равным 78 мм, получим значение средней скорости поршня

при nN = 4800 мин–1

Vп. ср = SnN /(104 3) = 78 4800 /(104 3) =12,48 м/с.

Среднее давление механических потерь определяем по формуле для высокофорсированных двигателей с электронным впрыском, тогда

pм = 0,034 +0,0113 12,48 = 0,1750 МПа.

Среднее эффективное давление и механический КПД

pe = pi − pь и ηм = pe / pi ;

pe =1,3378 − 0,5032 = 0,8346 МПа и ηм = 0,8346 /1,3378 = 0,6238 .

Эффективный КПД и эффективный удельный расход топлива

ηe = ηiηм и ge = 3600 / Huηe ;

• двигателя с впрыском топлива

2.7. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЦИЛИНДРА И ДВИГАТЕЛЯ

Литраж:

Vл = 30τNe /( pen) = 30 4 52,5 /(0,8346 4800) =1,572 л.

Рабочий объём одного цилиндра:

Vh =Vл / i =1,572 / 4 = 0,393 л.

Диаметр цилиндра. Так как ход поршня предварительно был принят S = 78 мм, то

Окончательно принимается D = 80 мм и S = 78 мм.

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

– площадь поршня

Fп = πD2 /(4 100) = 3,14 802 /(4 100) = 50,24 см2;

Gt = M e ge 10−3 кг/ч.

2.8. ПОСТРОЕНИЕ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ

Индикаторная диаграмма двигателя с впрыском топлива построена для номинального режима работы двигателя, т.е. при Ne = 53,346 кВт и n = 4800 мин–1, аналитическим методом.

Масштабы диаграммы: масштаб хода поршня MS = l мм в мм; масштаб давлений Mp = 0,05 МПа в мм. Величины в приведённом масштабе, соответствующие рабочему объёму цилиндра и объёму камеры сго-

рания (см. рис. 2.4):

AB = S / M s = 78 /1,0 = 78 мм; OA = AB /(ε −1) = 78 /(9,8 −1) = 8,9 мм.

Максимальная высота диаграммы (точка z)

pz / M p = 8,6255 / 0,05 =172,5 мм.

Ординаты характерных точек:

pa / M p = 0,08636 / 0,05 =1,7 мм; pc / M p = 2,003/ 0,05 = 40,1мм; pb / M p = 0,5032 / 0,05 =10,01 мм; pr / M p = 0,1099 / 0,05 = 2,2 мм; p0 / M p = 0,1/ 0,05 = 2 мм.

Построение политроп сжатия и расширения аналитическим методом: а) политропа сжатия px = pa (Va /Vx )n1 , отсюда

px / M p = ( pa / M p )(OB / OX )n1 =1,7(86,9 / OX )1,3775 мм,

где OB = OA +AB = 8,9 +78 = 86,9 мм;

б) политропа расширения px = pb (Vb /Vx )n2 , отсюда

px / M p = ( pb / M p )(OB / OX )n2 =10,01(86,9 / OX )1,245 мм.

Результаты расчёта точек политроп приведены в табл. 2.3. Теоретическое среднее индикаторное давление

pi′ = F1M p / AB = 0,05 / 78 =1,290 МПа,

где F1 – площадь диаграммы, мм2.

Рис. 2.4. Построение индикаторной диаграммы двигателя с впрыском топлива аналитическим методом