1.3 Параметры окружающей среды и остаточные газы

Давление и температура окружающей среды: P₀ = 0,0895МПа и Т₀ = (20+ +273)К. При постоянном значении степени сжатия  = 9,3 температура остаточных газов практически линейно возрастает с увеличением скоростного режима при , но уменьшается при обогащении смеси. Учитывая, что при n = 1000 об/мин , а на остальных режимах . Давление остаточных газов P_r, за счет расширения фаз газораспределения и снижения сопротивлений при конструктивном оформлении выпускного тракта рассчитываемого двигателя можно получить на номинальном скоростном режиме: Коэффициент для расчета P_r - К_ост = 1,06

(1.11)

Тепловой расчет последовательно проводится для n = 1000, 2240, 3360, 4480, 5600 и 6160 об/мин. Все расчетные данные приведены в таблице 1

Таблица 1 Характеристика рабочего тела

1.4 Процесс впуска

Температура подогрева свежего заряда. С целью получения хорошего наполнения двигателя на номинальном скоростном режиме принимается:

4^ОC. Тогда (1.12)

Плотность заряда на впуске: = 1,0643 кг/м³, где R_B = 287 Дж/кг*град – удельная газовая постоянная для воздуха. Потери давления на впуске. В соответствии со скоростным режимом двигателя (n = 5600 об/мин) и при условии качественной обработки внутренней поверхности впускной системы можно принять = 2,5 и = 100 м/с. Тогда потери давления

(1.13)

Давление в конце впуска (1.14)

Коэффициент остаточных газов. При определении для двигателя без наддува принимается коэффициент очистки = 1. Коэффициент остаточных газов равен:

(1.15)

Температура в конце впуска (1.16)

Коэффициент наполнения (1.17)

Таблица 2 Параметры процесса впуска

1.5 Процесс сжатия

Средний показатель адиабаты сжатия при  = 9,3 и рассчитанных значениях Т_а определяется по графику (номограмма для определения показателя адиабаты сжатия ), а средний показатель политропы сжатия принимается несколько меньше . При выборе учитывается, что с уменьшением частоты вращения теплоотдача от газов в стенки цилиндра увеличивается, а уменьшается по сравнению с более значительно:

Давление в конце сжатия (1.18).

Температура в конце сжатия ,^ОК (1.19)

t_c=Т_с – 273 (1.20).

Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия:

а) свежей смеси (воздуха) , кДж/(кмоль*град)

б) остаточных газов , кДж/(кмоль*град) – определяется методом экстраполяции

в) рабочей смеси

, кДж/(кмоль*град) (1.21)

Таблица 3 Параметры процесса сжатия

1.6 Процесс сгорания

Коэффициент молекулярного изменения горючей

(1.22)

рабочей смеси (1.23)

Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания топлива:

(1.24)

Теплота сгорания рабочей смеси:

(1.25)

Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания:

(1.26)

= 39,123 + 0,003349 * tz (1.27)

= 22,490 + 0,00143 * tz (1.28)

= 26,670 + 0,004438 * tz (1.29)

= 19,678 + 0,001758 * tz (1.30)

= 21,951 + 0,001457 * tz (1.31)

Величина коэффициента использования теплоты при n = 5600 и 6160 об/мин в результате значительного догорания топлива в процессе расширения снижается, а при n = 1000 об/мин , интенсивно уменьшается в связи с увеличением потерь тепла через стенки цилиндра и неплотности между поршнем и цилиндром.

Таблица 4 Параметры процесса сгорания

Поэтому при изменении скоростного режима ориентировочно принимается в пределах, которые имеют место у работающих карбюраторных двигателей:

Температура в конце видимого процесса сгорания

(1.32)

Максимальное давление сгорания теоретическое:

(1.33)

Максимальное давление сгорания действительное:

(1.34)

Степень повышения давления:

(1.35)

1.7 Процессы расширения и выпуска

Средний показатель адиабаты расширения определяется по номограмме при заданном  = 9,3 для соответствующих значений и , а средний показатель политропы расширения оценивается по величине среднего показателя адиабаты.

Давление и температура в конце процесса расширения:

(1.36)

(1.37)

Проверка ранее принятой температуры остаточных газов:

(1.38)

Таблица 5 Процессы расширения и выпуска

1.8 Индикаторные параметры рабочего цикла

Теоретическое среднее индикаторное давление:

(1.39)

Среднее индикаторное давление:

(1.40)

где коэффициент полноты диаграммы = 0,96

Индикаторный КПД и индикаторный удельный расход топлива:

и (1.41)

Таблица 6 Индикаторные показатели двигателя

1.9 Эффективные показатели двигателя

Среднее давление механических потерь для карбюраторного двигателя с отношением (1.42)

Предварительно приняв ход поршня S=95 мм, получим

м/с (1.43)

Среднее эффективное давление и механический КПД:

и (1.44)

Эффективный КПД и эффективный удельный расход топлива:

и (1.45)

Таблица 7 Эффективные показатели

1.10 Основные параметры цилиндра и двигателя

Литраж двигателя (1.47) (1.49)

Рабочий объем одного цилиндра (1.48) (1.50)

Диаметр цилиндра. Так как ход поршня был предварительно принят S = 71 мм, то диаметр цилиндра составит

= 74,27 мм (1.51)

Окончательно принимается D = 74 мм и S = 71 мм. Основные параметры и показатели двигателя определяются по окончательно принятым значениям D и S

; (1.52)

(1.53)

(1.54)

(1.55)

Литровая мощность двигателя:

(1.56)

Таблица 8 Расчетные показатели двигателя

2 Построение индикаторной диаграммы

Индикаторную диаграмму строят для номинального режима работы двигателя, т.е. =24 кВт и = 5600 об/мин. Масштабы диаграммы: масштаб хода поршня = 0,8 мм/мм; масштаб давлений = 0,04 МПа/мм. Приведенные величины, соответствующие рабочему объему цилиндра и объему камеры сгорания:

- приведенный рабочий объем = 88,8 мм.

- приведенный объем камеры сгорания = 10,7 мм.

- максимальная высота диаграммы = 6,6213 / 0,04 = 166 мм.

Таблица 9 Расчет характерных точек цикла по фазам газораспределения

Таблица 10 Построение индикаторной диаграммы

3 Тепловой баланс

Общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом:

(3.1)

Теплота, эквивалентная эффективной работе за 1 с:

(3.2)

Теплота, передаваемая охлаждающей среде:

(3.3)

где с = 0,45 – коэффициент пропорциональности для четырехтактных двигателей;

i – число цилиндров;

D – диаметр цилиндра, см;

n – частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин;

m = 0,6 показатель степени для четырехтактных двигателей.

Теплота, унесенная с отработавшими газами:

, Дж/с (3.4)

где - теплоемкость остаточных газов, кДж/(кмоль*град);

- температура остаточных газов, С;

- теплоемкость свежего заряда, кДж/(кмоль*град);

- температура свежего заряда, С;

Теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива:

(3.5)

Неучтенные потери теплоты:

(3.6)

Составляющие теплового баланса представлены в таблице 10 и на рисунке 1, расчет характерных точек цикла представлен в таблице 11.