2. Завдання на проектування
Завдання на проектування може бути сформульовано, наприклад, у наступній формі:
Провести розрахунки характеристик і конструктивних елементів карбюраторного автомобільного двигуна з наступними технічними показниками:
номінальна потужність двигуна, Ne … кВт;
частота обертання колінчастого вала при Ne , ne … хв-1;
ступінь стиску, ε …;
коефіцієнт надлишку повітря, α …;
відношення радіусу кривошипа до довжини шатуна, λш …;
Тип двигуна – рядний, чотиритактний, чотирициліндровий, бензиновий з рідинним охолодженням.
У якості прототипу вибрано двигун … .
3. Тепловий розрахунок двигуна
3.1. Вибір вихідних даних
Рекомендується вибирати вихідні дані у наступній послідовності.
Вид палива:
для карбюраторних двигунів і двигунів з впорскуванням палива – бензин згідно з ДСТУ 4063-2001, ДСТУ 4839-2007 марок АІ-80, АІ-92, АІ-95 (переважно для двигунів з впорскуванням палива). Характеристики бензину мають наступні значення елементарного складу: вуглець С – 85,5%, водень Н – 14,5%, кисень О – 0%; молярна маса бензину – mТ=115 кг/кмоль; нижча теплота згоряння бензину – Нu= 44000 кДж/кг; октанове число ОЧ = 75…85;
для дизелів – у відповідності з ДСТУ 3868-99, ДСТУ 4840-2007 дизельне паливо (для роботи в літніх умовах - марки Л і для роботи в зимових умовах - марки З). Цетанове число палива не менше ніж 45. Середній елементарний склад дизельного палива: С = 0,870; Н = 0,126; О = 0,004. Нижча теплота згоряння палива Hu = 42500 кДж /кг. пал.
Значення нижчої теплоти згоряння згідно з елементарним складом палива у конкретних розрахунках визначаються за формулою:
(3.1)
Тип двигуна включає його тактність, спосіб охолоджування, характер сумішоутворення (зовнішнє/внутрішнє), наявність турбонаддуву, кількість і розташування циліндрів;
ефективна потужність двигуна Ne , (кВт) для номінальної частоти обертання колінчастого вала (за умовою проекту);
номінальна частота обертання колінчастого вала ne, хв.-1 (за умовою проекту);
ступінь стиску ε;
коефіцієнт надлишку повітря α.
3.2. Параметри робочого тіла
Теоретично необхідна кількість повітря для повного згоряння одного кілограма палива:
у масових одиницях:
кг.пов./кг.пал.;
(3.2)
у об’ємних одиницях:
кмоль
пов. / кг.пал. (3.3)
Кількість свіжої горючої суміші (заряду) визначають за формулами:
– для бензинового двигуна:
М1= α·L0 + 1/ mТ, кмоль г.сум./кг пал.; (3.4)
для дизеля:
M1=·L0 ,кмоль зар./кг пал. (3.5)
Склад
і кількість продуктів згоряння: при
неповному згорянні палива у бензинових
двигунів (
)
продукти згоряння представляють собою
суміш окису вуглецю (СО), вуглекислого
газу (СО2),
водяної пари (Н2О),
вільного водню (Н2)
і азоту (N2).
Кількість окремих складових продуктів згоряння і їх сума залежать від відношення кількості водню до кількості окису вуглецю (К = Н2 / СО). Значення коефіцієнта К = 0,45…0,55. Звичайно приймають К = 0,5.
У цьому випадку кількість окремих складових продуктів згоряння визначається за наступними формулами (кмоль/кг палива):
МСО= 0,42·L0· (1– α ) /(1+К); (3.6)
МСО2 = С/12 – МСО ; (3.7)
МН2= К·МСО; (3.8)
МН2О = Н/2 + МН2; (3.9)
МN2=0,79·α·L0. (3.10)
Сумарна кількість продуктів згоряння (кмоль/кг палива):
М2= МСО+ МСО2+ МН2+ МН2О+ МN2. (3.11)
Перевірка здійснюється за формулою:
М2 = С/12+Н/2+ 0,79· α·L0 . (3.12)
Кількість окремих компонентів та загальна кількість продуктів згоряння для дизелів при a≥1 (кмоль/кг. палива):
(3.13)
(3.14)
(3.15)
(3.16)
(3.17)
Перевірка здійснюється за формулою:
М2 = С/12+Н/2+ 0,79· α·L0+0,21·(α – 1)·L0. (3.18)
Різниця у розрахунках не повинна перевищувати 3%.
Коефіцієнт молекулярної зміни паливної суміші:
µ0=М2/М1 (як правило – µ0= 1,02…1,12).