1960
.pdf
4. Количество отдельных компонентов продуктов сгорания при выбранном , (кмоль/кг)
при 1
|
|
МH |
|
0 |
|
|
H |
; |
|
|||||
|
|
2 |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
MCO |
|
|
|
C |
; |
|
|||||
|
|
2 |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
12 |
|
|
|
|
||||
|
|
MN2 0,79 L0; |
|
|||||||||||
при < 1 |
MO2 0,21( 1)L0; |
|
||||||||||||
|
|
C |
|
|
|
|
1 |
|
|
|||||
M |
CO2 |
|
2 |
0,21 L ; |
||||||||||
|
|
|||||||||||||
|
12 |
|
|
|
1 K |
0 |
||||||||
1
MCO 21 K 0,21L0;
M |
H |
2O |
|
|
H |
2K |
1 |
0,21L ; |
||||
|
|
|
|
|||||||||
|
|
2 |
|
|
1 K |
0 |
||||||
|
M |
H2 |
2K |
1 |
0,21L ; |
|||||||
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
1 K |
0 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
MN2 |
0,79 L0, |
||||||||
где К – коэффициент, зависящий от |
отношения MН2 и MCO, |
|||||||||||
принимается в пределах 0,44 |
0,47. |
|
|
|
||||||||
При H 0,145; K=0,461.
C0,855
5.Общее количество продуктов сгорания, (кмоль/кг): при > 1
C H
M2 MCO2 MH2O MN2 MO2 12 12 ( 0,21)L0;
при =1
C H
M2 MCO2 MH2 O MN2 12 2 0,79L0;
10
при <1
C H
M2 MCO2 MCO MH2O MH2 MN2 12 2 0,79 L0.
3.4.Параметры процесса впуска
1.Плотность заряда на впуске (кг/м3)
Рk Рk 106 Rв Тк
где PК и ТК – соответственно давление и температура заряда на впуске; PК=P0=0,1 МПа; TК=Т0=293К – при работе двигателя без наддува; Р0 и Т0 – соответственно давление и температура окружающей среды; Rв=287 Дж/(кг∙град) – удельная газовая постоянная воздуха.
2. Потери давления на впуске (МПа)
P ( 2 |
|
|
|
2 |
|
|
10 6, |
||
|
вп |
) |
|
вп |
|
К |
|||
2 |
|||||||||
0 |
|
|
|
|
|||||
где ( 2 вп) 2,5...4; вп =50…130 |
|
м/с – средняя скорость потока в |
|||||||
наименьшем сечении впускной системы. |
|
|
|
||||||
Выбор значений ( 2 |
вп) |
|
и |
вп для рассчитываемого |
|||||
двигателя должен быть обоснован с учетом скоростного режима двигателя, конструктивных особенностей впускного тракта и самого
двигателя. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. |
Давление в конце впуска (МПа) |
|
|
|
|||||
|
|
Pа PK |
Pa . |
|
|
||||
4. |
Коэффициент остаточных газов и их количество |
||||||||
|
|
|
TК T |
|
|
Pr |
|
, |
|
|
|
|
Pа |
|
|||||
|
|
|
Tr |
|
|
Pr |
|||
Mr rM1,
где Tr, Pr и T – соответственно температура, давление остаточных газов и температура подогрева свежего заряда (для бензиновых двигателей Tr=900…1100К, T=0…25К, для дизелей, Tr=600…900К ,
T=10…40К).
11
При выборе величины Tr необходимо учитывать, что при увеличении степени сжатия и обогащении рабочей смеси Tr снижается и возрастает при увеличении частоты вращения.
Значение T выбирается в зависимости от расположения и конструкции впускного трубопровода, быстроходности двигателя и наличия специального устройства подогрева.
Давление остаточных газов, (МПа):
а) для двигателей с выпуском в атмосферу
Pr =(1,05…1,25)Pо;
б) для двигателей с газовой турбиной на выпуске
Pr=(0,75…1,0)Pк.
Выбор величины Tr, T и Pr должен быть обоснован и установлен с учетом всех конструктивных и эксплуатационных особенностей двигателя, влияющих на изменение этих величин.
5. Температура в конце впуска (К)
Ta Tк T r Tr .
6. Коэффициент наполнения
|
|
|
Tк |
|
1 |
|
1 |
( P P ). |
|
|
|
|
|||||
|
v |
|
T T 1 P |
a r |
||||
|
|
|
к |
|
|
|
к |
|
3.5.Параметры процесса сжатия
1.Величина среднего показателя политропы сжатия n1 устанавливается в зависимости от частоты вращения рассчитываемого двигателя, степени сжатия, размеров цилиндра, материала поршня и цилиндра, интенсивности охлаждения и других факторов. Величина n1 также может быть оценена с учетом вышеперечисленных факторов, исходя из значения среднего показателя адиабаты сжатия К1, которое определяется по номограмме [прил. 2] c учетом выражений:
а) для бензинового двигателя
n1 (К1-0,01)…(К1-0,04)=1,35…1,38;
б) для дизелей n1 (К1+0,02)…(К1-0,02) 1,33…1,38.
При установлении величины n1 необходимо помнить, что с увеличением частоты вращения и уменьшением отношения поверхности охлаждения к объему цилиндра n1 увеличивается, а при
12
повышении средней температуры процесса сжатия и увеличении интенсивности охлаждения двигателя n1 уменьшается.
2. Давление конца сжатия (МПа):
Pc Pa * n1 .
3. Температура конца сжатия (К):
Tc Ta * n1 1.
4. СредняямольнаятеплоемкостьвконцесжатиякДж/(кмоль∙град): а) свежей смеси:
(mCv)tc 20,6 2,638*10 3tC,
t0
где tc=Tc-2730C;
б) остаточных газов:
(mc |
'')tc |
1 |
[M |
*(mc '' |
)tC M |
|
|
(mc '' |
)tC M |
|
(mc '' |
)tC |
||||
M 2 |
|
|
|
|||||||||||||
|
v t0 |
|
|
CO 2 |
|
VCO 2 |
t0 |
CO |
|
VCO |
t0 |
H 2O |
VH 2O |
t0 |
||
M |
H 2 |
(mc '' |
)tC M |
N2 |
(mc '' |
)tC M |
(mc'' |
)tC ], |
|
|
|
|||||
|
|
VH 2 t0 |
|
VN |
2 t0 |
|
O |
2 |
VO 2 t0 |
|
|
|
||||
где средние мольные теплоемкости отдельных компонентов продуктов сгорания определяются по табличным данным или по формулам(табл.3) в интервале температур от 0 до 15000 С;
в) рабочей смеси:
(mcV' )ttc0 1 1 r [(mcV )ttc0 r (mcV'' )ttc0 ].
3.6. Параметры процесса сгорания
1. Коэффициент молекулярного изменения горючей смеси
0 M2 .
M1
2.Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси
0 r .
1r
3.Количество теплоты, потерянное вследствие неполного
сгорания топлива (только при < 1) (кДж/кг)
Hu =119950(1 – )∙L0.
4. Теплота сгорания рабочей смеси (кДж/кмоль)
13
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Hраб.см |
|
Hu |
Hu |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M1(1 r ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
5. |
|
|
Средняя |
|
мольная |
теплоемкость |
|
продуктов |
сгорания |
|||||||||||||||||
(кДж/кмоль) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
при 1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
(mc'' |
)tz |
[M |
(mc'' |
|
)tz M |
|
|
(mc'' |
|
)tz |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
V |
t0 |
|
M2 |
CO2 |
VCO2 |
t0 |
|
|
H2O |
|
VH2O |
t0 |
|
|
||||||||
|
|
|
M |
|
(mc'' |
)tz M (mc'' |
)tz ]; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
при < 1 |
|
|
N2 |
|
VN |
2 t0 |
O2 |
VO2 t0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
(mc '' )t z |
|
|
[M |
|
|
(mc |
'' |
|
|
)t z M |
|
|
(mc |
'' |
|
)t z |
|
|||||||||
|
|
|
CO 2 |
VCO |
2 |
CO |
VCO |
|
||||||||||||||||||
V |
t0 |
|
M 2 |
|
|
|
t0 |
|
|
|
|
t0 |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
M H |
2 |
O (mc |
|
VH'' |
O )tt z M H |
(mc |
VH'' |
)tt z M (mc VN'' |
)tt z ], |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
0 |
|
|
2 |
|
|
2 |
0 |
|
|
N 2 |
|
|
2 |
0 |
||||
где средние мольные теплоемкости отдельных компонентов продуктов сгорания определяются по табличным данным или по формулам (табл. 3) в интервале температур от 1501 до 2800° С.
|
|
Таблица 3 |
|
Газ |
mcV , кДж/(кмоль*град), для интервалов температур |
|
|
От 0 до 15000C |
От 1501 до 28000С |
|
|
|
|
||
Воздух |
20,600+0,002638*t |
22,387+0,001449*t |
|
Кислород О2 |
20,930+0,004641*t -0,00000084*t2 |
23,723+0,001550*t |
|
Азот N2 |
20,398+0,002500*t |
21,951+0,001457*t |
|
Водород H2 |
20,684+0,000206*t+0,000000588*t2 |
19,678+0,001758*t |
|
Окись углерода |
20,597+0,002670*t |
22,490+0,001430*t |
|
СО |
|
||
|
|
|
|
Углекислый газ |
27,941+0,019*t-0,000005487*t2 |
39,123+0,003349*t |
|
СО2 |
|
|
|
Водяной пар H2O |
24,953+0,005359*t |
26,670+0,004438*t |
|
6. Температура в конце видимого процесса сгорания определяется из уравнений:
а) для бензиновых двигателей
z *Hраб.см (mcV' )ttс0 *tc (mcV'' )tt0z *tz,
б) для дизелей
|
z |
*H |
раб.см |
[mc' |
)tc |
8,315 ]*t |
c |
(mc'' |
)tz |
*t |
z |
, |
|
|
V |
t0 |
|
p |
t0 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
14 |
|
|
|
|
|
|
(mc |
'' |
)t z |
(mc |
'' |
)t z |
8,315 – теплоемкость при постоянном давлении; |
|
p |
t0 |
|
V |
t0 |
|
ξz и – соответственно коэффициент использования теплоты на участке видимого сгорания и степень повышения давления
для бензиновых двигателей |
ξz =0,80…0,96; |
|
=(3,2…4,2). |
для дизелей |
ξz =0,70…0,88; |
|
=(1,2…2,5). |
Значение ξz повышается за счет сокращения потерь теплоты от газов в стенки, выбора рациональной формы камеры сгорания, уменьшения догорания в процессе расширения и выбора коэффициента , обеспечивающего увеличение скорости сгорания рабочей смеси. Величина ξz зависит также от скоростного и нагрузочного режимов двигателя и, как правило, уменьшается при их снижении.
Значение для дизелей устанавливается в основном в зависимости от количества топлива, подаваемого в цилиндр, формы камеры сгорания и способа смесеобразования. На величину также оказывает влияние период задержки воспламенения топлива, с увеличением которого степень повышения давления растет. Величинаограничивается допустимыми значениями температур и давления в конце видимого процесса сгорания.
В уравнения сгорания входят две неизвестные величины: температура в конце видимого сгорания tz и теплоемкость продуктов
сгорания (mc'' |
)tz |
или (mc'' |
)tz при той же температуре tz. Используя |
V |
t0 |
p |
t0 |
для определения теплоемкости табличные значения, уравнения сгорания решаются относительно tz методом последовательных приближений (подбором значений tz). При определении теплоемкости по приближенным формулам (см. табл. 3) уравнения сгорания после подстановки в них числовых значений всех параметров и последующих преобразований принимают вид квадратного уравнения:
A*tz2 Btz C 0,
откуда t |
z |
|
B |
B2 4AC |
(0C) |
u |
; |
T t |
z |
273К. |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
z |
|
2A
7. Давление конца сгорания, МПа: а) для бензиновых двигателей
15
|
|
P P * * |
Tz |
; |
|
|
|||||
|
|
z |
c |
Tc |
|
|
б) для дизелей |
|
|
||
|
|
|
|
||
|
|
Pz |
*Pc . |
|
|
|
8. Степень повышения давления (для бензиновых двигателей) |
||||
|
pz |
и степень предварительного |
расширения (для дизелей) |
||
|
|||||
|
Pc |
|
|
|
|
*Tz .
*Tc
3.7.Параметры процессов расширения и выпуска
1.Величина среднего показателя политропы расширения n2 устанавливается в зависимости от частоты вращения рассчитываемого двигателя, интенсивности охлаждения, коэффициента использования теплоты на линии видимого сгорания и коэффициента избытка воздуха. Величина n2 также может быть оценена с учетом вышеперечисленных факторов, исходя из значения среднего показателя адиабаты расширения К2, которое определяется по номограмме [прил. 3 и 4] c учетом выражений:
а) для бензиновых двигателей
n2 К2 =1,24…1,30;
б) для дизелей
n2 К2 =1,20…1,29.
При выборе величины n2 необходимо помнить, что с увеличением частоты вращения и коэффициента избытка воздуха n2 уменьшается, а с повышением интенсивности охлаждения и увеличением отношения хода поршня к диаметру цилиндра n2 увеличивается.
2.Степень последующего расширения (для дизелей):
.
3. Давление конца расширения, (МПа): а) для бензиновых двигателей
Pb Pz / n2 ;
б) для дизелей
16
Pb Pz / n2 .
4. Температура конца расширения, (К): а) для бензиновых двигателей
Tb Tz / n2 1;
б) для дизелей
Tb Tz / n2 1.
5. Проверка принятой ранее температуры остаточных газов (К)
Tr Tb /3 Pb . Pr
При расхождении между принятой величиной и полученной по этой формуле более чем на 10% тепловой расчет необходимо переделать.
3.8.Индикаторные параметры рабочего цикла
1.Среднее теоретическое индикаторное давление, (МПа): а) для бензиновых двигателей:
|
P' |
Pc |
*[ |
|
|
|
*(1 |
|
|
1 |
) |
1 |
|
*(1 |
|
1 |
|
)]; |
|
||||||
|
|
|
n 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
i |
1 |
|
|
|
n |
2 |
1 |
n 1 |
|
n 1 |
||||||||||||||
б) для дизелей: |
2 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
P' |
Pc |
|
*[ |
|
|
*(1 |
1 |
|
) ( 1) |
|
1 |
|
*(1 |
1 |
)]. |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
i |
1 |
|
n2 1 |
n2 1 |
|
|
|
|
|
|
n1 1 |
|
|
n1 1 |
|||||||||||
2. Среднее индикаторное давление (МПа):
Pi *Pi',
где коэффициент полноты индикаторной диаграммы, которой для четырехтактных двигателей составляет : для бензинового двигателей
=0,94…0,97; для дизелей: = 0,92…0,95.
3. Индикаторный КПД: i |
Pi *l0 * |
. |
|
||
|
Hu * к * v |
|
4. Индикаторный удельный расход топлива (г/кВт. ч)
3600
gi Hu * i .
17
3.9.Эффективные показатели двигателя
1.Среднее давление механических потерь приближенно можно определить (МПа) Pм А В* п.ср,
где А и В − эмпирические коэффициенты, значения которых для различных двигателей приведены в табл. 4; п.ср – средняя скорость
поршня (м/с), предварительно принимаемая в соответствии с конструкцией и типом двигателя.
Среднее давление механических потерь Pм подсчитывается по приведенным формулам без учета качества применяемых масел, теплового состояния двигателя, качества поверхностей трения и наддува. Поэтому полученные значения Pм, прежде чем принимать в дальнейшие расчеты, необходимо критически оценить.
2. Среднее эффективное давление (МПа)
|
|
|
|
P |
Pi Pм, |
|
|
|
|
||||||
3. Механический КПД |
м |
|
Pе |
. |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
P |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
Таблица 4 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Тип двигателя |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А |
|
В |
|
Бензиновый с числом цилиндров 6 и S/Д>1 |
|
|
0,049 |
|
0,0152 |
|
|||||||||
Бензиновый восьмицилиндровый с S/Д<1 |
|
|
|
0,039 |
|
0,0132 |
|
||||||||
Бензиновый с числом цилиндров до 6 и S/Д<1 |
0,034 |
|
0,0113 |
|
|||||||||||
Четырехтактный дизель с |
неразделенными |
0,089 |
|
0,0118 |
|
||||||||||
камерами |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Предкамерный дизель |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,103 |
|
0,0153 |
|
Вихрекамерный дизель |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,089 |
|
0,0135 |
|
4. Эффективный КПД е |
м * i. |
|
|
|
|
||||||||||
5. Эффективный удельный расход топлива (г/кВт.ч) |
|
|
|||||||||||||
|
ge |
|
|
|
3600 |
. |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Hu * е |
|
|
|
|
||||
6. Часовой расход топлива (кг/ч) |
*10 3. |
|
|
|
|
||||||||||
G |
g |
е |
*N |
е |
|
|
|
|
|||||||
Т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
3.10.Основные размеры цилиндра и двигателя
1.Литраж двигателя (дм3):
18
Vл 30* *Nе .
Pе *n
2. Рабочий объем цилиндра (дм3):
Vh Vл . i
3. Диаметр цилиндра и ход поршня (мм):
D 100*3 |
4*Vh |
; S |
S |
*D. |
|
||||
*S / D |
|
D |
||
Полученные значения S и D следует округлять до значений, предусмотренных ГОСТом. По окончательно принятым значениям S и D определяют основные параметры и показатели двигателя:
F |
|
*D2 |
; V |
л |
|
D2 S i |
; |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
n |
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 106 |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
P *n*V |
л |
|
|
|
|
|
3*10 |
4 |
|
N |
|
|
|
||||||||||
Nе |
|
е |
|
|
|
|
; Mе |
|
|
|
|
|
* |
|
|
е |
; |
||||||||
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
||||||||
G N |
|
*g |
|
*10 3 |
; |
|
|
|
|
S *n |
. |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
Т |
|
|
|
е |
|
е |
|
|
|
|
|
|
|
|
п.ср. |
|
3*104 |
|
|||||||
При расхождении более 5% между ранее принятой величинойп.ср. и полученной, необходимо пересчитать эффективные параметры двигателя.
4. ОФОРМЛЕНИЕ ГРАФИЧЕСКОЙ ЧАСТИ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
4.1. Построение индикаторной диаграммы
Индикаторная диаграмма двигателя внутреннего сгорания строится с использованием данных расчета рабочего процесса. При построении диаграммы ее масштабы рекомендуется выбирать с таким расчетом, чтобы получить высоту равной 1,2 1,7 ее основания. В начале построения (рис. 1 и 2) на оси абсцисс откладывается отрезок АВ, соответствующий рабочему объему цилиндра, а по величине равный ходу поршня в масштабе Мs, который в зависимости от величины хода поршня может быть принят 1:1, 1,5:1 или 2:1.
Отрезок OA (мм), соответствует объему камеры сгорания. Отрезок z'z для дизелей, работающих по циклу со смешанным подводом теплоты (рис. 2)
19