Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лабораторні роботи Двигуни.doc
Скачиваний:
1
Добавлен:
01.07.2025
Размер:
1.67 Mб
Скачать

1. Короткі теоретичні відомості.

Робочими тілами в ДВЗ називаються речовини, за допомогою яких тепло-

та, що виділяється в циліндрі під час згоряння палива, перетворюється в меха-

нічну роботу, а саме: паливо, повітря і продукти згоряння.

У карбюраторному, газовому двигунах і в газодизелі робочим тілом на

такті впуску є суміш повітря і палива—горюча суміш; на такті стиску—горюча

суміш і залишкові гази—робоча суміш; при робочому ході і випуску—продукти

згоряння. В дизелі робочим тілом у такті впуску є повітря; в такті стиску—

суміш повітря з залишковими газами—робоча суміш; при робочому ході і ви-

пуску—продукти згоряння.

В автомобільних ДВЗ застосовуються рідкі й газові види палива, основну

частину яких становлять вуглеводні.

Рідкі палива виробляють в основному з нафти. Основними видами рідкого палива для ДВЗ з іскровим запалюванням є бензини, а для дизелів—дизельні палива. До важливих показників рідких палив належать: для бензину—октанове число, для дизельного палива—цетанове число.

До складу рідкого палива входять вуглець С, водень Н, кисень О, сірка S,

азот N та інші хімічні елементи. Вміст сірки, азоту та інших елементів незнач-

ний, тому, розраховуючи реакції згоряння, враховують тільки вуглець, водень і

кисень. Елементарний склад рідкого палива. Оскільки рідке паливо є сумішшю

різних вуглеводнів, записати його склад за допомогою хімічної формули важко.

Тому в розрахунках згоряння склад палива записують у вигляді спрощеної фо-

рмули елементарного складу, до якої входять масові частки елементів, що міс-

тяться в 1 кг палива:

gС + gH + gО = 1 кг (1)

Наприклад, для дизельного палива: 0,870 кг+0,126 кг+0,004 кг=1 кг.

Для бензину: 0,855 кг + 0,145 кг + 0 = 1 кг.

Крім розглянутих, важливими характеристиками рідких палив, що впливають на робочий цикл та роботу паливної апаратури, є: випарність, густина, в'язкість, поверхневий натяг. Ці характеристики розглядаються у курсі експлуатаційних матеріалів.

В автомобільних ДВЗ застосовуються стиснутий природний газ, який складається в основному з метану СН4 і зріджений нафтовий газ, до якого входять в основному пропан С3Н8 і бутан С4H10. Будь-яке з цих газових палив є сумішшю горючих газів CnHm, CO, H2 і негорючих N2, O2, СО2, Н2О.

Для газових палив записують їх хімічний склад:

MCnHm + MCO + MH2 + MO2 + MCO2 + MH2O + MN2 = 1кмоль, (2)

де М – об’ємна частка (у кіломолях) відповідного газу, що входить у 1 кмоль газового палива.

Пригадаємо, що кіломолем називають кількість речовини, маса якої чисельно дорівнює її молекулярній масі. Так, маса 1кмоля Н2 = 2 кг, 1кмоля

С = 12 кг, 1кмоля О2 = 32 кг.

Щоб визначити кількість повітря, необхідну для згоряння палива, потрібно розглянути реакції згоряння кожного його компонента. Розрахунок виконується в кілограмах і кіломолях.

Реакція згоряння вуглецю: водню:

С + О2 = СО2, 2Н2 + О2 = 2Н2О. (3)

В кілограмах: 12 кг (С) + 32 кг (О2) = 44 кг (СО2) .

4 кг (Н2) + 32 кг (О2) = 36 кг (Н2О) .

Так, як в двигунах використовується повітря, то теоретично необхідна кількість повітря для згорання 1 кг палива визначиться:

В кілограмах: l0 = 1/0,23(8/3C + 8H – On), кг (4)

В кіломолях: L0 = 1/0,21(C/12 + H/4 – On/32), кмоль (5)

Дійсна кількість повітря, яке бере участь у згоранні кг палива залежить від

коефіцієнта надлишку повітря (α) і визначається:

В кілограмах: lд = α l0 , кг (6)

В кіломолях: Lд = α L0 , кмоль (7)

Відношення кількості повітря, що фактично бере участь у згорянні, до кількості повітря, теоретично необхідної для повного згоряння палива, називається коефіцієнтом надлишку повітря (рис.1).

α = Lд/ L0 = lд/ l0 = Gпов/ l0 Gпал. (8)

де Gпов—маса повітря, що бере участь у згорянні Gпал кг палива.

Якщо α >1, то повітря більше, ніж теоретично необхідно для повного згоряння палива. Таку паливо повітряну суміш називають бідною. Якщо α =1, склад суміші називають стехіометричним. Коли α <1, суміш називають багатою.

У циліндрах ДВЗ повне згоряння палива може відбуватися тільки за умови α >1, через неоднорідність суміші повітря і палива.

Рис.1 Межі зміни коефіцієнта надлишку повітря (α).

1-карбюраторний двигун, 2- дизельний двигун.

Але в ДВЗ з іскровим запалюванням швидкість згоряння і потужність найбільші, коли α <1, тобто при неповному згорянні палива, коли частина вуглецю окислюється в оксид вуглецю CO. Це істотний недолік таких ДВЗ, бо оксид вуглецю дуже токсичний. У дизелях на всіх режимах α > 1.

Значення а при повній потужності: бензинові ДВЗ з іскровим запалюванням α =0,85...0,95; дизелі α =1,2...1,7; газові ДВЗ α =1,1 ... 1,3.

Сумарна кількість свіжої суміші при згорянні 1 кг палива становить:

В кілограмах: G = 1 + α l0 , кг (9)

В кіломолях: M1 = 1/mn + α L0 , кмоль, (10)

де mn – молярна маса палива.

Кількість окремих складових продуктів згоряння і їх сумарна кількість при

коефіцієнті надлишку повітря (а <1) визначається:

для вуглецю, що згорів в СО:

фсо = 2(1-α)( 1+3Н/С); (11)

для вуглецю, що згорів в СО2:

фсо2 = 1 – фсо ; (13)

Кількість вуглекислого газу:

В кілограмах: Gco2 = 11/3(1- фсо) C , кг (14)

В кіломолях: M co2 = C/12 (1- фсо) , кмоль, (15)

Кількість окису вуглецю:

В кілограмах: Gco = 7/3 фсо C , кг (16)

В кіломолях: M co = C/12 фсо , кмоль, (17)

Кількість водяної пари:

В кілограмах: GН2О = 9 Н, кг (18)

В кіломолях: M Н2О = Н/2, кмоль, (19)

Кількість азоту:

В кілограмах: GN2 = 0.77α l0 , кг (20)

В кіломолях: MN2 = 0,79 α L0 , кмоль, (21)

Сумарна кількість продуктів згоряння:

В кілограмах: G2 = GСО2 + GСО + GН2О + GN2 , кг (22)

В кіломолях: M2 = M СО2 + M СО + M Н2О + MN2 (23)

Кількість окремих складових продуктів згоряння і їх сумарна кількість при

коефіцієнті надлишку повітря (α >1) визначається:

Кількість вуглекислого газу:

В кілограмах: Gco2 = 11/3 C , кг (24)

В кіломолях: M co2 = C/12 , кмоль, (25)

Кількість водяної пари:

В кілограмах: GН2О = 9 Н, кг (26)

В кіломолях: M Н2О = Н/2, кмоль, (27)

Кількість кисню:

В кілограмах: GО2 = 0,23(α-1) l0, кг (28)

В кіломолях: M О2 = 0,21(α-1) L0, кмоль, (29)

Кількість азоту:

В кілограмах: GN2 = 0.77α l0 , кг (30)

В кіломолях: MN2 = 0,79 α L0 , кмоль, (31)

Сумарна кількість продуктів згоряння:

В кілограмах: G2 = GСО2 + GО2 + GН2О + GN2 , кг (32)

В кіломолях: M2 = M СО2 + M О2 + M Н2О + MN2 , кмоль, (33)

Порівняємо кількість робочої суміші і кількість продуктів згоряння:

ДG = G2 – G1, (34)

ДМ = М2 – М1. (35)

Визначаємо теоретичний коефіцієнт молекулярного розширення:

mo = M2 / M1 . (36)

2. Завдання для виконання лабораторної роботи:

По заданому елементарному складу палива і молекулярній масі визначити:

1. Теоретично необхідну кількість повітря для згоряння палива в кг і кмоль.

2. Дійсну кількість повітря, необхідну для згоряння палива в кг і кмоль.

3. Сумарну кількість свіжої суміші в кг і кмоль.

4. Сумарну кількість продуктів згоряння в кг і кмоль.

5. Приріст молекулярного об’єму при згорянні палива.

6. Теоретичний коефіцієнт молекулярного збільшення.

Розрахунок провести для двох значень (α) : (α1) і (α2)

3. Вихідні дані для розрахунку:

Вибір варіанту завання:

Із таблиці 2 вибираємо вихідні дані для розрахунку і заносимо в таблицю1:

Таблиця 1 Вихідні дані для розрахунку

№ вар.

Вид палива

Елементарний склад палива

Молекуляр

маса,

кг/кмоль

Коеф надлишку повітря

С

Н

О

α1

α2

Розрахунок:

Висновок:

Таблиця 2. Варіанти вихідних даних для розрахунку:

№ вар.

Вид палива

Елементарний склад палива

Молекуляр

маса,

кг/кмоль

Коеф надлишку повітря

С

Н

О

α1

α2

1

бензин

0,855

0,145

-

110

0,95

1,15

2

бензин

0,855

0,145

-

111

0,94

1,14

3

бензин

0,855

0,145

-

112

0,93

1,13

4

бензин

0,855

0,145

-

113

0,92

1,12

5

бензин

0,855

0,145

-

114

0,91

1,11

6

бензин

0,855

0,145

-

115

0,90

1,10

7

бензин

0,855

0,145

-

116

0,89

1,09

8

бензин

0,855

0,145

-

117

0,88

1,08

9

бензин

0,855

0,145

-

118

0,87

1,07

10

бензин

0,855

0,145

-

119

0,86

1,06

11

бензин

0,855

0,145

-

120

0,85

1,05

12

бензин

0,855

0,145

-

110

0,88

1,04

13

бензин

0,855

0,145

-

115

0,90

1,10

14

бензин

0,855

0,145

-

118

0,96

1,03

15

дизпаливо

0,870

0,126

0,004

180

1,25

2,00

16

дизпаливо

0,870

0,126

0,004

181

1,26

2,1

17

дизпаливо

0,870

0,126

0,004

182

1,27

2,2

18

дизпаливо

0,870

0,126

0,004

185

1,28

2,3

19

дизпаливо

0,870

0,126

0,004

186

1,29

2,4

20

дизпаливо

0,870

0,126

0,004

187

1,30

2,5

21

дизпаливо

0,870

0,126

0,004

188

1,31

2,6

22

дизпаливо

0,870

0,126

0,004

190

1,32

2,7

23

дизпаливо

0,870

0,126

0,004

191

1,33

2,8

24

дизпаливо

0,870

0,126

0,004

192

1,34

2,9

25

дизпаливо

0,870

0,126

0,004

193

1,35

3,0

26

дизпаливо

0,870

0,126

0,004

195

1,36

3,1

27

дизпаливо

0,870

0,126

0,004

196

1,37

3,2

28

дизпаливо

0,870

0,126

0,004

197

1,38

3,3

29

дизпаливо

0,870

0,126

0,004

198

1,39

3,4

30

дизпаливо

0,870

0,126

0,004

200

1,40

3,5

Контрольні запитання:

1. Що називається робочим тілом у ДВЗ?

2. Назвіть склад робочого тіла у дизельного і бензинового двигуна при різних

процесах циклу.

3. Запишіть рівняння для згоряння вуглецю і водню при (а <1) і при (а >1).

4. Наведіть залежності для визначення теоретично необхідної кількості повітря

для згоряння одного кілограма палива.

5. Що називається коефіцієнтом надлишку повітря?

6. Як характеризуються суміші в залежності від коефіцієнта надлишку повітря?

7. Як розраховується кількість горючої суміші для різного типу двигунів?

8. З яких компонентів складаються продукти повного і неповного згоряння?

9. Як змінюється об’єм суміші при згорянні рідкого і газоподібного палива?

Джерела:

1. Ф.І. Абрамчук. Автомобільні двигуни-К.: Арістей. 2006.-476с. – С.31-46.

2. М.С. Ховах, Г.С. Маслов Автомобільні двигуни. –М.: Машиностроение. 1971.- С.72-85

Лабораторна робота №1 Приклад оформлення звіту.

Розрахунки і оформлення рекомендується виконати за

допомогою компютерної програми Mikrosoft Excel.

Тема:

Визначення витрати повітря двигуном. (Для бензинового двигуна)

Мета заняття:

Навчитися визначати кількість повітря, яка необхідна для згоряння палива, кількість продуктів згоряння, та коефіцієнта молярної зміни.

Із таблиці 2 вибираємо вихідні дані для розрахунку згідно заданого варіанту і заносимо в таблицю1:

Таблиця 1 Вихідні дані для розрахунку

№ вар.

Вид палива

Елементарний склад палива

Моляр-на

Коеф надлишку повітря

маса,

С

Н

О

mn. кг/кмоль

α1

α2

00 

бенз.

0,855

0,145

 

114

0,9

1,15

1

Теоретично необхідна кількість повітря для згорання палива:

В кілограмах: l0 = 1/0,23(8/3C + 8H – On), кг

14,96

В кіломолях: L0 = 1/0,21(C/12 + H/4 – On/32), кмоль

0,512

Дійсна кількість повітря, яке бере участь у згоранні кг палива залежить

від коефіцієнта надлишку повітря (а) і визначається:

α1

α2

0,9

1,15

2

Дійсна кількість повітря, яке бере участь у згорянні кг палива:

В кілограмах: lд = α l0 , кг

13,46

17,2

В кіломолях: Lд =α L0 , кмоль

0,461

0,589

3

Сумарна кількість свіжої суміші при згорянні 1 кг палива становить:

В кілограмах: G = 1 +α l0 , кг

14,46

18,20

В кіломолях: M1 = 1/mn +α L0 , кмоль,

0,469

0,597

де mn – молярна маса палива.

4

Кількість окремих складових продуктів згоряння і їх сумарна кількість

при коефіцієнті надлишку повітря (α <1) визначається:

α1

для вуглецю, що згорів в СО:

0,9

фсо = 2(1-α)( 1+3Н/С);

0,302

для вуглецю, що згорів в СО2:

фсо2 = 1 – фсо ;

0,698

5

Кількість вуглекислого газу:

В кілограмах: Gco2 = 11/3(1- фсо) C , кг

2,189

В кіломолях: M co2 = C/12 (1- фсо) , кмоль,

0,0498

6

Кількість окису вуглецю:

В кілограмах: Gco = 7/3 фсо C , кг

0,602

В кіломолях: M co = C/12 фсо , кмоль,

0,0215

7

Кількість водяної пари:

В кілограмах: GН2О = 9 Н, кг

1,305

В кіломолях: M Н2О = Н/2, кмоль,

0,0725

8

Кількість азоту:

В кілограмах: GN2 = 0.77α l0 , кг

10,365

В кіломолях: MN2 = 0,79 α L0 , кмоль,

0,364

9

Сумарна кількість продуктів згоряння:

В кілограмах: G2 = GСО2 + GСО + GН2О + GN2 , кг

14,46

В кіломолях: M2 = M СО2 + M СО + M Н2О + MN2

0,5077

10

Кількість окремих складових продуктів згоряння і їх сумарна кількість

при коефіцієнті надлишку повітря (α>1) визначається:

α2

1,15

11

Кількість вуглекислого газу:

В кілограмах: Gco2 = 11/3 C , кг

3,135

В кіломолях: M co2 = C/12 , кмоль,

0,0713

12

Кількість водяної пари:

В кілограмах: GН2О = 9 Н, кг

1,305

В кіломолях: M Н2О = Н/2, кмоль,

0,0725

13

Кількість кисню:

В кілограмах: GО2 = 0,23(α-1) l0,кг

0,516

В кіломолях: M О2 = 0,21(α-1) L0, кмоль,

0,0161

14

Кількість азоту:

В кілограмах: GN2 = 0.77α l0 , кг

13,244

В кіломолях: MN2 = 0,79 α L0 , кмоль,

0,4651

15

Сумарна кількість продуктів згоряння:

В кілограмах: G2 = GСО2 + GО2 + GН2О + GN2 , кг

18,200

В кіломолях: M2 = M СО2 + M О2 + M Н2О + MN2 , кмоль,

0,6249

16

Порівняємо кількість робочої суміші і кількість продуктів згоряння:

0,9

1,15

ДG = G2 – G1,

0,00

0,000

ДМ = М2 – М1.

0,0470

0,0363

17

Визначаємо теоретичний коефіцієнт молекулярного розширення:

mo = M2 / M1 .

1,081

1,062

Висновок: Сумарна кількість продуктів згоряння в кілограмах рівна

сумарній кількості свіжої суміші.

Теоретичний коефіцієнт молекулярного розширення

із збільшенням коефіцієнта надлишку повітря зменшується.

Лабораторна робота №1 Приклад оформлення звіту

Розрахунки і оформлення рекомендується виконати за

допомогою компютерної програми Mikrosoft Excel.

Тема:

Визначення витрати повітря двигуном. (Для дизельного двигуна)

Мета заняття:

Навчитися визначати кількість повітря, яка необхідна для згоряння палива, кількість продуктів згоряння, та коефіцієнта молярної зміни.

Із таблиці 2 вибираємо вихідні дані для розрахунку згідно заданого варіанту і заносимо в таблицю1:

Із таблиці 2 вибираємо вихідні дані для розрахунку і заносимо в таблицю1:

Таблиця 1 Вихідні дані для розрахунку

№ вар.

Вид палива

Елементарний склад палива

Моляр-на

Коеф надлишку повітря

маса,

С

Н

О

mn. кг/кмоль

α1

α2

00

диз.п

0,87

0,126

0,004

192

1,34

2,9

1

Теоретично необхідна кількість повітря для згорання палива:

В кілограмах: l0 = 1/0,23(8C/3 + 8H – On), кг

14,45

В кіломолях: L0 = 1/0,21(C/12 + H/4 – On/32), кмоль

0,495

2

Дійсна кількість повітря, яке бере участь у згоранні кг палива залежить

від коефіцієнта надлишку повітря (α) і визначається:

α1

α2

1,34

2,90

В кілограмах: lд = α l0 , кг

19,37

41,9113043

В кіломолях: Lд =α L0 , кмоль

0,66282

1,43446

3

Сумарна кількість свіжої суміші при згоранні 1 кг палива становить:

В кілограмах: G = 1 +α l0 , кг

20,37

42,91

В кіломолях: M1 = 1/mn +α L0 , кмоль,

0,668

1,440

де mn – молярна маса палива.

4

Кількість окремих складових продуктів згорання і їх сумарна кількість

при коефіцієнті надлишку повітря (α >1) визначається:

5

Кількість вуглекислого газу:

В кілограмах: Gco2 = 11 С/3 , кг

3,19

3,190

В кіломолях: M co2 = C/12 , кмоль,

0,0725

0,0725

6

Кількість водяної пари:

В кілограмах: GН2О = 9 Н, кг

1,134

1,134

В кіломолях: M Н2О = Н/2, кмоль,

0,063

0,063

7

Кількість кисню:

В кілограмах: GО2 = 0,23(α-1) l0, кг

1,13016

6,3156

В кіломолях: M О2 = 0,21(α-1) L0, кмоль,

0,0353

0,1974

8

Кількість азоту:

В кілограмах: GN2 = 0.77α l0 , кг

14,911753

32,2717043

В кіломолях: MN2 = 0,79 α L0 , кмоль,

0,5236

1,1332

9

Сумарна кількість продуктів згорання:

В кілограмах: G2 = GСО2 + GО2 + GН2О + GN2 , кг

20,366

42,911

В кіломолях: M2 = M СО2 + M О2 + M Н2О + MN2,км

0,69445

1,46609

10

Порівняємо кількість робочої суміші і кількість продуктів згорання:

ДG = G2 – G1,

0,000

0,000

ДМ = М2 – М1.

0,0264

0,0264

11

Визначаємо теоретичний коефіцієнт молекулярного розширення:

mo = M2 / M1 .

1,048

1,022

Висновок: Сумарна кількість продуктів згорання в кілограмах рівна

сумарній кількості свіжої суміші.

Теоретичний коефіцієнт молекулярного розширення

із збільшенням коефіцієнта надлишку повітря зменшується.

Лабораторна робота №2.

Тема: Особливості дійсних циклів двигунів.

Мета заняття:

Навчитися розраховувати параметри робочих процесів дійсних циклів двигунів.