Инжекторные системы впрыска топлива. Методические указания к выполнению индивидуального задания для студентов направления 190109 «Наземные транспортно

плотность заряда и, таким образом, отрицательно влияет на наполнение двигателя. Эти два противоположных фактора, появляющихся в результате повышения температуры подогрева, должны быть учтены при установлении величины T. Принимают следующие значения для двигателей с воспламенением от искры – T=0…20°.

Величина Т может определяется по эмпирической зависимости

T 40 0,0067 n

или ориентировочно принимается по рис. 3.

Т, К 25 20 15 10 5

1000 2000 3000 4000 5000 6000 n, мин - 1

Рис. 3. Зависимость подогрева заряда от частоты вращения

φдоз – коэффициент дозарядки цилиндра. Для бензиновых и газовых двигателей выбирается в зависимости от скоростного режима по рис. 4.

φоч – коэффициент очистки цилиндра. Для всех типов двигателей φоч=1; Значения коэффициента остаточных газов находится в пределах 0,04 … 0,11 причем меньшее значения характерны для инжекторных двигате-

лей.

Температура газа в конце впуска, К

У современных четырехтактных бензиновых и газовых двигателей температура в конце впуска Тa=320…370 К.

11

доз

1,1

1,05

1,0

0,95

1000 2000 3000 4000 5000 6000 n, мин - 1

Рис. 4. Зависимость коэффициента дозарядки от частоты вращения

Коэффициент наполнения

Коэффициент наполнения лежит в пределах:

а) для двигателей с электронным впрыском – 0,8…0,96;

б) для карбюраторных двигателей – 0,7…0,9;

в) для газовых двигателей – 0,80…0,90.

3.3. Процесс сжатия

Средний показатель политропы сжатия для двигателей, работающих на жидком топливе, рассчитывается по эмпирическому уравнению

n1 1,41 110n .

Для газового топлива принимается n1=1,37...1,39.

Давление заряда в конце сжатия, МПа

Рс Ра n1 .

Давление заряда в конце сжатия находится в пределах:

а) для двигателей с электронным впрыском – 1,0…2,5 МПа;

б) для карбюраторных двигателей – 0,9…2,0 МПа;

в) для газовых двигателей – 1,2…2,0 МПа.

12

Температура заряда в конце сжатия, К

Тс Та n1 1 .

Температура заряда в конце сжатия находится в пределах: а) для бензиновых двигателей – 600…800 К; б) для газовых двигателей – 650…800 К.

Средняя мольная теплоемкость заряда в конце процесса сжатия для бен-

зиновых и газовых двигателей, кДж кмоль газа

Коэффициент молекулярного изменения

М 2 .

М1

Потери теплоты из-за неполноты сгорания при α<1

Hu 1,33 Hu 1 .

Коэффициент использования теплоты ξ выражает долю низшей теплоты сгорания топлива, используемую на повышение внутренней энергии газа и на совершение работы.

13

Величина коэффициента использования теплоты принимается на основе экспериментальных данных в зависимости от конструкции двигателя, режима его работы, системы охлаждения, формы камеры сгорания, способа смесеобра-

зования, коэффициента избытка воздуха и частоты вращения коленчатого вала.

Низкие значения ξ указывают не только на усиленную теплоотдачу в стенки, но и наличие значительного догорания в процессе расширения.

Коэффициент использования теплоты для бензиновых и газовых двига-

телей определяется по эмпирической формуле

0,96 2 п 10 5

или выбирается по рис. 5.

По опытным данным величина ζ лежит в пределах:

а) для двигателей с электронным впрыском – 0,90…0,96;

б) для карбюраторных двигателей – 0,8…0,95;

в) для газовых двигателей – 0,8…085.

Рис. 5. Зависимость коэффициента использования теплоты от частоты вращения

Меньшие значения коэффициента использования теплоты характерны для двигателей с несовершенным смесеобразованием. Величина ξ повышается за счет сокращения потерь теплоты от газов в стенки, выбора рациональной фор-

14

мы камеры сгорания, уменьшения догорания в процессе расширения и выбора коэффициента избытка воздуха, обеспечивающего увеличение скорости сгора-

ния рабочей смеси. Величина коэффициента использования теплоты умень-

шается при снижении нагрузки и частоты вращения.

Температура газов в конце сгорания (К) определяется из уравнения сго-

рания для:

а) бензиновых двигателей

б) газового двигателя с искровым зажиганием

Низшая теплота сгорания Hu: для бензинов – 43 900 кДж/кг, для ком-

примированного природного газа – 33 700 кДж/м3, для сжиженного нефтяного газа – 98 000 кДж/м3.

Средняя мольная теплоёмкость (кДж/кмоль град) продуктов сгорания для бензиновых и газовых двигателей

тсvz 18, 4 2, 6 15,5 13,8 10 4 Tz .

В результате подстановки значения α и решения получим новые урав-

нения вида

тсvz а bTz .

После подстановки этих значений в уравнения сгорания их правые ча-

сти принимают вид a bTz Tz . В результате уравнение сгорания с учетом определенных ранее величин принимает вид

ATZ2 BTZ C 0 .

Решая уравнение относительно ТZ, находим

Температура в конце процесса сгорания изменяется в пределах: а) для бензиновых двигателей – 2 400…3 100 К; а) для газовых двигателей – 2 200…2 500 К.

Давление газов в конце сгорания для двигателей с искровым зажиганием, МПа

Pz Pc Tz .

Tc

Действительное давление газов в конце сгорания для двигателя с искровым зажиганием, МПа

Рzд 0,85Рz .

Степень повышения давления для двигателей с искровым зажиганием

Pz

Pc .

Значение степени повышения давления должно лежать в пределах λ=3,5…4,5 для бензиновых двигателей и λ=3,0…4,0 – для газовых.

Давление в конце процесса сгорания изменяется в пределах: а) для бензиновых двигателей – 3,5…7,5 МПа; б) для газовых двигателей – 3,0…5,0 МПа.

3.5. Процесс расширения

Средний показатель политропы расширения для двигателей, работающих на жидком топливе

n2 1,18 130n .

Для газовых двигателей с искровым зажиганием n2 принимается равным

1,20…1,25.

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

а) для бензиновых двигателей с электронным впрыском топлива –

0,35…0,45;

б) для карбюраторных двигателей – 0,30…0,40; в) для газовых двигателей – 0,28…0,35.

г

Индикаторный удельный расход жидкого топлива, кВт ч

Ì Äæ êÂò ÷ :

а) двигатели, работающие на жидком топливе

qi gi Hu 10 6 ;

б) двигатели, работающие на газовом топливе

qi Vi Hu .

При определении индикаторного удельного расхода теплоты для жидкого топлива величина низшей теплоты сгорания подставляется в Дж/кг, газового – в МДж/м3 .

3.7. Механические потери в двигателе и эффективные показатели его работы

Среднее давление механических потерь (МПа) для:

а) бензиновых двигателей с числом цилиндров до 6 и отношением

S/D>1

Pм 0,049 0,0152 Ст ;

18

б) бензиновых двигателей с числом цилиндров до 6 и отношением

S/D≤1

Pм 0,034 0,0113 Ст ;

в) бензиновых восьмицилиндровых двигателей с отношением S/D<1

Pм 0,039 0,0132 Ст ;

г) высокофорсированных двигателей с впрыском топлива и электронным управлением

Pм 0,024 0,0053 Ст ,

где Ст – средняя скорость поршня, м/с

Ст S n ,

30

где S – ход поршня, м; n – частота вращения мин-1. Среднее эффективное давление, МПа

Pe Pi Pм .

Значения среднего эффективного давления изменяются в следующих пределах:

а) для бензиновых двигателей с электронным впрыском топлива –

0,70…1,30 МПа;

б) для карбюраторных двигателей – 0,60…1,1 МПа; в) для газовых двигателей – 0,50...0,75 МПа. Механический кпд

м Pe .

Pi

Механический кпд изменяется в следующих пределах: а) для бензиновых двигателей – 0,75…0,92; б) для газовых двигателей – 0,75…0,85.

Эффективный кпд

е i м .

19

Значения эффективного КПД при номинальном режиме приведены ни-

же:

а) для бензиновых двигателей – 0,25…0,38;

б) для газовых двигателей – 0,38…045.

Эффективный удельный расход топлива

г

а) ge для двигателей, работающих на жидком топливе, кВт ч :

Для двигателей с внешним смесеобразованием эффективный удельный

а) для двигателей с электронным впрыском топлива – 200…290;

б) для карбюраторных двигателей – 230…310.

В связи с тем, что теплота сгорания газового топлива изменяется в ши-

роких пределах, в газовых двигателях оценку экономичности проводят по

эффективному удельному расходу теплоты, МДж кВт ч

qe Ve Hu .

Для двигателей, работающих на жидком топливе, эффективный удель-

ный расход теплоты определяется

qe ge Hu 10 6 .

Данная величина должна лежать в пределах 10…13 МДж .

кВт ч

Эффективная мощность двигателя, кВт

20