4. Расчет рабочего цикла двигателя

Расчет рабочего цикла двигателя заключается в расчете основных индикаторных и эффективных показателей, а также в определении основных размеров двигателя.

Исходными данными для расчета являются:

эффективная мощность двигателя N_e = 55,6 кВт, при частоте вращения коленчатого вала n = 5600 об/мин;

число тактов τ = 4;

число цилиндров и расположение цилиндров i = 4, ряд;

коэффициент избытка воздуха α = 0,9;

степень сжатия ε = 8,5;

отношение хода поршня к диаметру цилиндра S/D = 0,91.

Для расчета двигателя в качестве топлива принимаем бензин А-92 с элементарным составом по массе:

g_С = 0,85; g_H = 0,15; g_O = 0.

Низшая теплота сгорания данного топлива

Давление и температуру окружающей среды принимаем равными

T_о = 298 К, Р_о = 0,105 МПа.

В начале сжатия температура отработавших газов для бензиновых ДВС изменяется в пределах от 900 до 1100 К, для расчета принимаем Т_r = 900 К.

Давление остаточных газов:

=1,1·0,105=0,116 МПа.

Температура подогрева свежего заряда для бензиновых ДВС изменяется в пределах: , принимаем .

Величина потери давления на впуске для бензиновых ДВС

,

.

Процесс наполнения

Давление в конце впуска

.

Коэффициент остаточных газов вычисляется по формуле

.

Температура в конце впуска

.

Коэффициент наполнения вычисляется по формуле

,

.

Процесс сжатия и сгорания

Давление в конце сжатия и температура в конце сжатия вычисляются по формулам

.

.

где n₁ = 1,34 – показатель политропы сжатия.

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания топлива:

,

где g_c g_H g_o – средний элементарный состав топлива для бензина.

Количество свежего заряда (кмоль) для бензиновых двигателей определяется по формуле

где m_t – молекулярная масса топлива для бензина .

.

Количество продуктов сгорания при :

,

.

Теоретический коэффициент молекулярного изменения:

.

Действительный коэффициент молекулярного изменения:

.

Потеря тепла вследствие неполноты сгорания топлива:

,

.

Средняя мольная теплоёмкость свежего заряда:

,

.

Средняя мольная теплоёмкость продуктов сгорания:

,

,

.

Коэффициент использования тепла для бензиновых ДВС изменяется в пределах . Принимаем .

Максимальная температура сгорания подсчитывается по уравнению:

,

.

Решим квадратное уравнение:

,

.

Теоретическое максимальное давление цикла:

.

Степень повышения давления:

.

Процесс расширения и выпуска

Степень предварительного расширения для бензиновых двигателей , степень последующего расширения .

Температура в конце расширения:

.

Давление в конце расширения:

.

Правильность выбора температуры Т_r: проверяем по формуле профессора. Е.К. Мазинга

.

Погрешность расчета составляет 1,78 % , что меньше предельно допустимой погрешности – 10 %.

Индикаторные и эффективные показатели

Среднее индикаторное давление теоретического цикла:

,

_.

Среднее индикаторное давление действительного цикла

,

.

Индикаторный КПД:

.

Удельный индикаторный расход топлива:

_.

Величина механического КПД двигателя выбирается исходя из того, что для бензиновых ДВС изменяется от 0,7 до 0,85.

Принимаем .

Среднее эффективное давление:

,

_.

Эффективный КПД:

,

_.

Удельный эффективный расход топлива:

.

Основные размеры и показатели двигателя

По эффективной мощности, частоте вращения коленчатого вала и среднему давлению определяем литраж двигателя по формуле

,

Рабочий объём одного цилиндра:

,

_.

_{где i – число цилиндров.}

Диаметр цилиндра:

,

_{Ход поршня:}

Полученные значения D и S округляем до D = 0,08 м, S = 0,072 м.

По принятым значениям D и S определяем основные параметры и показатели двигателя по формулам

– литраж двигателя

_.

– эффективная мощность

_.

– эффективный крутящий момент

– часовой расход топлива

– средняя скорость поршня

,

_.

– литровая мощность

_,

_.