1. Выбор прототипа

По заданному литражу выбираем прототип: ГАЗ-3111-113;

2. Размеры цилиндров и скорость поршня

Ход поршня рассчитываем исходя из заданного литража (2,0 л) и отношения S/D. Принимаем S/D = 1, т. е. используем короткоходный двигатель.

Принимаем: S = 86 мм – ход поршня; D = 86 мм – диаметр поршня.

Степень сжатия задана ε = 10.

Vср = S ∙ n_N / 3·104 = 86·5705 / 3·104 = 15,72 м/с.

3. Расчётные режимы по частоте (заданы)

n_min = 945 min^-1 – минимальная частота;

n_M = 3005 min^-1 – частота при максимальном моменте;

n_N = 5705 min^-1 – частота при максимальной мощности;

n_max = 6265 min^-1 – максимальная частота.

4. Марка топлива

АИ-92, где 92 – октановое число, установленное по исследовательскому методу.

5. Низшая теплота сгорания топлива, параметры рабочего тела

При заданном ε = 10 и бензине АИ-92 средний элемент, состав и молекулярная масса бензина (при отсутствии влаги и серы) находим по формуле

Н_u = 33,91C +125H – 10,89(O – S) – 2,51(9H + W),

где C = 0,855; W = 0; H = 0,145; O = 0; S = 0.

Подставим:

Н_u = 33,91· 0,855 + 125 · 0,145 – 2,51·(9· 0,145 + 0) = 43,93 кДж/кг · топлива Параметры рабочего тела. Определяем количество воздуха для полного сгорания топлива:

L_o = (1 / 0,208)(C / 12 + H/4 – O/32),

L_o = (1 / 0,208)·(0,85 / 12 + 0,145 / 4) = 0,517 кмоль воздуха/кг топлива.

l_o = (1 / 0,23)·(8 / 3·C + 8·H – 0),

l_o = (1 / 0,23)·(8 / 3·0,855+8·0,145) = 18,604 кг воздуха/кг топлива.

6. Коэффициент избытка воздуха

α = L_g / L_o = l_g / l_o,

где L_g, l_g – соответственно количество киломолей и количество килограммов воздуха, содержащегося в составе свежей смеси; L_o, l_o – соответственно количество кмолей и количество килограммов воздуха, теоретически необходимого (стехиометрическое) для полного сгорания одного килограмма топлива.

Значение величин α указано в задании при соответствующих частотах:

n_min = α = 0,90; n_М = α = 1; n_N = α =1; nmax = α = 0,96.

7. Количество свежей смеси

M₁ = α · L_o + 1 / m_т, где α – коэффициент избытка воздуха, m_т = 115 кг/кмоль – молекулярная масса топлива.

M₁ (n_min) = 0,90·0,517+1 / 115 = 0,4740 кмоль свежей смеси/кг топлива;

M₁ (n_М ) = 1·0,517 +1 / 115 = 0,5257 кмоль свежей смеси/кг топлива;

М₁ (n_N ) = 1·0,517+1 / 115 = 0,5257 кмоль свежей смеси/кг топлива;

M₁ (n_max) = 0,96·0,517+1 / 115 = 0,5050 кмоль свежей смеси/кг топлива.

8. Количество отдельных компонентов продуктов сгорания.

Принимаем K = 0,47 (для бензина K = 0,45÷0,5), где K – коэффициент, определяющий отношение количества водорода (H₂) к количеству окиси углерода (CO), содержащегося в продуктах сгорания.

M_СО2 = (C / 12) – 2·((1–α) / (1 + K))·0,208·L_о; M_СО = 2·1– α / 1 + K·0,208·L_o; M_H2O = (H / 2) – 2K ·((1–α) / (1+ K))·0,208·L_o; M_H2 = 2K·1– α / 1 + K·0,208·L_o; M_N2 = 0,792·α·L_o;

M_СО2 (n_min) = (0,855 / 12) – 2·[(1– 0,90) / (1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0,0566 кмоль CO₂ / кг топлива;

M_СО (n_min) = 2· [(1 – 0,90)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0,0146 кмоль CO /кг топлива;

M_H2O (n_min) = (0,145/2) – 2·0,47·[(1 – 0,90)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0,0656 кмоль H₂O/кг топлива;

M_H2 (n_min) = 2·0,47·[(1 – 0,90)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0,0069 кмоль H₂ /кг топлива;

M_N2 (n_min) = 0,792·0,90·0,517 = 0,3685 кмоль N₂ /кг топлива.

M_СО2 (n_М) = (0,855 / 12) – 2·[(1– 1) / (1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0,07125 кмоль CO₂ / кг топлива;

M_СО (n_М) = 2· [(1 – 1)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0 кмоль CO /кг топлива;

M_H2O (n_М) = (0,145/2) – 2·0,47·[(1 – 1)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0,073 кмоль H₂O/кг топлива;

M_H2 (n_М) = 2·0,47·[(1 – 1)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0 кмоль H₂ /кг топлива;

M_N2 (n_М) = 0,792·1·0,517 = 0,4095 кмоль N₂ /кг топлива.

M_СО2 (n_N) = (0,855 / 12) – 2·[(1– 1) / (1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0,07125 кмоль CO₂ / кг топлива;

M_СО (n_N) = 2· [(1 – 1)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0 кмоль CO /кг топлива;

M_H2O (n_N) = (0,145/2) – 2·0,47·[(1 – 1)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0,073 кмоль H₂O/кг топлива;

M_H2 (n_N) = 2·0,47·[(1 – 1)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0 кмоль H₂ /кг топлива;

M_N2 (n_N) = 0,792·1·0,517 = 0,4095 кмоль N₂ /кг топлива.

M_СО2 (n_max) = (0,855 / 12) – 2·[(1– 0,96) / (1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0,0654 кмоль CO₂ / кг топлива;

M_СО (n_max) = 2· [(1 – 0,96)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0,00585 кмоль CO /кг топлива;

M_H2O (n_max) = (0,145/2) – 2·0,47·[(1 – 0,96)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0,07 кмоль H₂O/кг топлива;

M_H2 (n_max) = 2·0,47·[(1 – 0,96)/(1 + 0,47)]·0,208·0,517 = 0,00275 кмоль H₂ /кг топлива;

M_N2 (n_max) = 0,792·0,96·0,517 = 0,39308 кмоль N₂ /кг топлива.

9. Общее количество продуктов сгорания

M₂ = M_СО2 + M_СО + M_H2O + MH₂ + M_N2

M₂ (n_min) = 0,0566 + 0,01146 + 0,0656 + 0,0069 + 0,3685 = 0,4416 кмоль продуктов сгорания/кг топлива;

M₂ (n_М ) = 0,07125 + 0 + 0,073 + 0 + 0,4095 = 0,55375 кмоль продуктов сгорания/кг топлива;

M₂ (n_N ) = 0,07125 + 0 + 0,073 + 0 + 0,4095 = 0,55375 кмоль продуктов сгорания/кг топлива;

M₂ (n_max) = 0,0654 + 0,00585 + 0,07 + 0,00275 + 0,39308 = 0,53708 кмоль продуктов сгорания/кг топлива;

Таблица 1