1528

воспламенением рабочей смеси

Тепловые расчеты данных двигателей выполнены по расчетному циклу, имеющему следующему особенности:

1)рабочее тело – реальный газ;

2)процесс сжатия и расширения осуществляется политропно;

3)показатели политроп постоянные величины;

4)процесс подвода и отвода теплоты осуществляется при постоянных объемах;

5)учет переменной теплоемкости;

6)такты соответствуют ходам поршня;

7)наличие гидравлических потерь, то есть на впуск и выпуск;

8)цикл разомкнут.

Глава 2. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ КАРБЮРАТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Произвести тепловой расчет карбюраторного двигателя, предназначенного для грузового автомобиля. По данным расчета определить размеры цилиндра двигателя и предполагаемую экономичность.

Исходные данные для расчета:

эффективная мощность Ne = 85 кВт;

частота вращения коленчатого вала nN = 3200 мин –1;

применяемое топливо – бензин А-80;

низшая теплотворная способность топлива Ни = 44 МДж/кг;

молекулярная масса топлива mТ = 114;

состав топлива С = 0,855, Н = 0,145, ОТ = 0;

степень сжатия ε = 7;

коэффициент избытка воздуха на номинальном режиме работы двигателя αN = 0,9.

2.1.Определение параметров рабочего тела

Теоретический расход воздуха, необходимый для сгорания одного килограмма топлива

Действительный расход воздуха, необходимый для сгорания одного килограмма топлива на номинальном режиме работы двигателя

L N Lо 0,9 0,514 0,463кмоль.

При изменении скоростного режима двигателя от n = nN, где n = 0,7nN значения коэффициента избытка воздуха можно принять постоянным и равным 0,9. При скоростном режиме двигателя n < 0,7nN имеет место уменьшение значения коэффициента избытка воздуха, которое можно определить по формуле:

Количество свежего заряда

Количество отдельных компонентов, входящих в состав продуктов сгорания, полученных в результате сгорания 1 кг топлива:

Суммарное количество продуктов сгорания

M2 MCО MCО2 MH2 MH2О MN2 0,0148 0,0564 0,006660,0658 0,336 0,5096 кмоль

Химический коэффициент молекулярного изменения

' M2 0,5097 1,082.

M1 0,471

2.2. Процесс впуска

Параметры окружающей среды: Pо=0,1 МПа, То=293 К. Плотность воздуха, поступающего в двигатель:

Среднюю скорость поршня на номинальном режиме работы двигателя принимаем равной: СN = 8,6 м/с.

Ход поршня

Отношение площадипоршня кпроходномусечению впускного клапана

Fn / fкл 5,5.

Скорость свежего заряда в проходном сечении клапана

Wвп 0,05433Sp nN Fn / fкл 0,05433 0,0794 3250 5,5 77,1м/с.

Сопротивление впускной системы с учетом коэффициента затухания скорости принимаем

( 2+ξ)=3,6.

Давление в цилиндре двигателя в конце впуска

Давление остаточных газов при номинальной мощности

PrN 0,1 0,539 10 5 nN 0,1 0,539 10 5 3250 0,1175МПа.

Давление остаточных газов для различных скоростных режимов можно определять по формуле:

принимаем равной Tr =1050 К. Для различных скоростных режимов температура остаточных газов может быть определена по формуле:

принимаем TN = 15 C. Для различных скоростных режимов степень подогрева свежего заряда можно определять по формуле:

110 0,0125nT TN 110 0,0125nN .

Коэффициент дозарядки для номинальной мощности принимаем φN = 1,07. Для различных скоростных режимов можно определять по формуле:

nд N 0,18 0,18 n .

N

Коэффициент остаточных газов

где ν =Ср2/Сp1 =1,1 – для карбюраторных двигателей; Ср2 – изобарная теп-

лоемкость продуктов сгорания; Ср1 – изобарная теплоемкость свежего заряда.

Коэффициент наполнения

2.3. Процесс сжатия

Показатель адиабаты сжатия определяется на основании значений теплоемкостей рабочего тела в начале и в конце сжатия. После определения показателя адиабаты, определяем показатель политропы сжатия. При этом учитывается тот факт, что теплоемкость бензовоздушной смеси больше теплоемкости воздуха, а поэтому при определении показателя политропы показатель адиабаты уменьшаем на 0 0,4.

Минимальную температуру рабочего тела в конце сжатия принимаем равной tc1 = 400 С, а действительную температуру рабочего тела в конце

сжатия принимаем равной 450 С.

Теплоемкость рабочего тела в конце сжатия (см. табл.1):

(mcv)'c=21,475+0,00306(tc tc1)=21,475+0,00306(450 400) = 21,628 кДж/кмоль.

Теплоемкость рабочего тела в начале сжатия:

(mcv)'а=20,759+0,0008ta=20,759+0,0008·85=20,827 кДж/кмоль,

Показатель политропы сжатия

n1 К1 0,02 1,381 0,02 1,361.

Температура рабочего тела в конце сжатия:

Tc Ta n1 1 358 71,361 1 722,7 K.

Ошибка в выборе температуры рабочего тела в конце сжатия

что вполне допустимо.

Если ошибка составляет больше 5 %, задают новое значение tc и расчет повторяют.

Давление в конце сжатия

Pc Pa n1 0,0873 71,361 1,236МПа.

2.4.Процесс сгорания

Врасчетных циклах принято считать, что процесс сгорания топлива происходит при постоянном объеме. Вся теплота, выделенная при сгорании топлива расходуется на изменение внутренней энергии. Потери

теплоты, при приближении расчетного цикла к действительному, учитываются коэффициентом использования теплоты, который принимаем равным ξ=0,9.

Температура рабочего тела в конце сгорания определяется на основании значений внутренних энергий в начале сгорания в точке С и в конце сгорания в точке Z.

Общее уравнение сгорания на участке С-Z имеет вид:

Коэффициент использования теплоты, для различных скоростных режимов работы двигателя, можно определить по формуле:

Потери теплоты за счет недогорания топлива при α<1

Hu 114 1 Lо 114(1 0,9) 0,514 5,8586МДж.

Внутренняя энергия свежего заряда в точке С

Uc 8,591 0,02299(tc 400) 8,591 0,02299(450 400) 9,74МДж.

Внутренняя энергия продуктов сгорания при α=0,7

U1c 9,1123 0,02459(tc 400) 9,1123 0,02459(450 400) 10,34 МДж.

Внутренняя энергия продуктов сгорания с учетом принятого коэффициента избытка воздуха в конце такта сжатия

Uc U1c Ac1,25 1,69 0,7 0,9565( 0,7)1,65 10,34 1,1351,25

1,69(0,9 0,7) 0,9565(0,9 0,7)1,65 10,657 МДж,

где Aс U1c 10,34 1,135. Uc1 9,1123

Действительный коэффициент молекулярного изменения

r 1,082 0,064 1,077.

Внутренняя энергия рабочего тела в точке Z

Согласно табл.1 значение внутренней энергии продуктов сгорания при α=0,7 для точки Z может быть определено по уравнению:

Принимаем нижнее значение температуры рабочего тела в точке Z tz1=2300 C. С учетом принятого коэффициента избытка воздуха внутренняя энергия рабочего тела в точке Z может быть выражена уравнением:

После некоторых преобразований получим

mcv b mcv 1b Ab1,7 6 0,7 3,516 0,7 1,75 26,307

1,00511,7 6 0,9 0,7 3,516 0,9 0,7 1,75 27,3053кДж/кмоль.

адиабаты расширения, т.е. n2 = К2.

Расчетная температура рабочего тела в конце расширения