1. Тепловой расчет двигателя внутреннегосгорания

Процесс впуска

Давление (МПа или МН/м²), или коэффициент наполнения и температура

(К) в конце впуска двигателей без наддува: [1]

a

_Ph(1)P₀T₀'P_rT_о;

T₀

P_aP₀

• P_a;

h

_(P_aP_r)T_0;

 Р_аТ0 1

_h    ;

P₀(1)T₀'

1Р₀Т_а

(1_r)

T_a

T_{0' }

P_a

'

Т

0



;Т_{а '}

Р_а _.

1P_r/P_a(1T_0'/T_r)

_hP₀(1) /T₀P_r/T_r

Т₀^’= Т₀+ Δ Т

1^Рr

Р_а

(1^Т0)

Т_r

_hP₀(1) /T₀P_r/Т_r

где Т_о= Т_о+

Т;

Т – температура подогрева свежего заряда (для бензиновых

двигателей 0–40, для дизелей 10–40, для дизелей с наддувом (–5)–(+10).

У двигателей с наддувом воздух поступает в цилиндр из компрессора (на- гнетателя), где он предварительно сжимается. Поэтому давление и температура окружающей среды при расчете рабочего цикла двигателя с наддувом принимает- ся равный давлению Р_ки температуру Т_квоздуха на выходе из компрессора.

В зависимости от степени наддува принимаются следующие значениядав-

ления наддувочного воздуха:

При низком наддуве Р_k= 1,5*Р_о

При среднем наддуве P_k=(1,5 – 2,2)P_o

В зависимости от степени наддува принимают следующие значения давле- ния наддува Р_К:

• низкий наддувР_к=1,5Р₀;

• средний наддувР_к=(1,5…2,2)Р₀;

• высокий наддувР_к=(2,2…2,5)Р₀.

Температура воздуха за компрессором

^T_к^Т₀^Р_к^/Р_0^nk1^/nk^,

где n_k– показатель политропы сжатия (n_k1,4…2,0).

Температура в конце впуска

T_a= (T_к+Т +_rT_r)/(1+_r) ,

где_r– коэффициент остаточных газов, равный

Процесссжатия.

_TkT_

r

T_r

P_{r .}

P_aP_r

Давление (МПа) и температура (К) в конце сжатия:

РсРаεⁿ¹;

В двигателях с наддувом

TсTаε^n11.

n₁ n₁1

Р_сР_к ,T_cT_к .

Процесс сгорания.

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива:

l ^18C⁸HO^.

⁰0,23^3 1 ^Т

 

Это же количество вмолях:

L₀

l_{0 .}

28,96

где 0,23 – массовое содержание кислорода в 1 кг воздуха;_ва–ямольн масса воздуха (28,9 кмоль).

Действительное количество свежего заряда в молях, поступившее в двига- тель для сгорания 1 кг топлива (кмоль):

• длядизелей

• для карбюраторныхдвигателей

М₁L₀;

М₁L₀+ 1/m_т,

где m_т– молекулярная масса паров топлива, кг/кмоль (для бензина 110–120,

дизельного топлива 180–200).

Коэффициент остаточных газов для карбюраторных двигателей и двигате- лей без наддува:

γ_r

Для дизелей с наддувом:

_{ Рr}To _.TrP_0(ε1)η_h

γ_r

(TкΔT)Рr_.

Tr(РаРr)

Число молей остаточных газов:

M_r=_r^.M₁

Число молей газа, находящегося в цилиндре двигателя в конце сжатия

(кмоль):

M_с= M₁+ M_r.

Число молей продуктов сгорания (кмоль):

для α < 1

для α > 1

М₂= М₁+ Н₂/4 + О₂/32 + 0,21^.Lo^.(l –)

М₂= М₁+ Н₂/4 + О₂/32.

Число молей продуктов сгорания и остаточных газов (кмоль):

M_z= М₂+ М_r.

Действительный коэффициент молекулярного изменения:

μ^Mz.

M_c

Теплоемкость свежепоступившей заряда (рабочей смеси или воздуха) (кДж/кмольград)

Cv_c= 20,76+ 1,74^.10^-3Т_с.

Теплоемкость продуктов сгорания:

• для карбюраторных двигателей: (кДж / (кмоль-град)) при α = 0,81,0;C_vz= (18,43+ 2,60α) +(15,5+ 13,8)^.10^{-4 .T}_z.

• для дизельных двигателей (кДж / (кмоль^.град))

Cp_z= (8,32 + (20,112+ 0,922/) + (13,83/+ 15,55) – 10^{-4 .}T_z

Температура T_zв конце сгорания, определяется из уравнения сгорания:

-для карбюраторных двигателей:

ξ(Hu-ΔHu)10³

^Cvc^T_c^

для дизельныхдвигателей:

M₁(1_r)

^μCvz^T_z^.

H 10³

z z

(Cv8,32)T ^U 

СрT.

c c _М

_i(1_r)

В эти уравнение входят две неизвестные величины Cv_zи T_z, для его реше- ния подставляется значение Cv_zпо уравнению, выраженное через T_z. Тогда вы- ражение приводится к квадратному уравнению относительно T_zвида:

z z

Откуда:

AT²BT

C0

Tz ;K

2A

гдеН_и– потери тепла (кДж) в связи с неполнотой сгорания, при1 потериН_u= 119600L₀(1 –).

Для дизельного топлива с составом: С = 0,86; Н = 0,13; О = 0,01 низшая теп- лота сгорания Н_u= 42486 кДж/кг; С = 0,87; Н = 0,126; О = 0,004 низшая теплота сгорания Н_u= 42437 кДж/кг.

Давление в конце сгорания (МПа) для карбюраторных двигателей:

Для дизельныхдвигателей:

PPc^Tz

z

T_c

P_zP_c

Степень повышения давления для карбюраторных двигателей:

^Pz.

P_C

Степень предварительного расширения для дизельных двигателей:

= V_z/V_c=^.T_z/^.Т_с

Для бензиновых двигателей= 3,2– 4,2; для дизелей= 1,2 –1,7.

Процесс расширения.

Давление (МПа) и температура (К) в конце расширения:

• для карбюраторныхдвигателей:

Р_в=P_z/ⁿ²; Т_в=Т_z/^n2–1

11

Р_в=P_z/ⁿ²; Т_в=Т_z/^n2–1

где/=– степень последующего расширения.