2.3 Екологічна оцінка двигунів внутрішнього згоряння

Екологічні вимоги до сучасного автомобілю є в даний час пріоритетними. Найбільш токсичними компонентами відпрацьованих газів бензинових двигунів є: оксид вуглецю (СО), оксиди азоту (NОx), вуглеводні (СnHm), а в разі застосування етильованого бензину - свинець. Підраховано, що автомобілі викидають в атмосферу близько половини всіх оксидів азоту, 40% вуглеводнів, 65% чадного і 15% вуглекислого газу. Cвітові виробники двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ): витрачають сотні мільйонів доларів для впровадження нових технологій, більш сучасне обладнання для того, щоб досягти норм екологічності, токсичності, що відповідають світовим стандартам з Євро-3 по Євро-6. ВАЗ однозначно відстає від аналогів и погляд вимагає значної модернізації конструкції з подалі підвищення продуктивності, ефективних показників, и навіть Зменшення викідів шкідливих речовин у довкілля. ВАЗ з карбюраторними двигунами відповідають лише «псевдонормам» Євро 0. При наявності уприскування і каталізатора навіть застарілий ваз мотор може відповідають вимогам Євро 2.

3. Конструкторський розділ

3.1 Тепловий розрахунок двигуна

Таблиця 3.1 – Вихідні дані

Назва параметрів та одиниці вимірювання	Умовне позначення	Значення параметрів
Ефективна потужність, кВт	Ne	58
Частота обертання колінчатого валу, хв-1	n	5350
Кількість циліндрів	i	4
Ступінь стиснення	ε	8.8
Тиск наддувочного повітря	Р0	-
Температура залишкових газів, К	Tr	900
Температура навколишнього середовища, K	To	293
Коефіцієнт залишкових газів	ɣr	0,04
Коефіцієнт надлишку повітря	α	0,95
Показник політропи стиснення	n1	1,34
Показник політропи розширення	n2	1,22
Коефіцієнт використання тепла	ξ	0,75
Механічний ККД	ɳм	0,7
Коефіцієнт округлення індикаторної діаграми	φn	0,85

Хімічний склад палива (Додаток А)

С = 0,855 кг, Н = 0,145 кг, О = 0 кг.

Н_u = 44000 кДж/кг – нижча теплотворна спроможність палива

3.1.1 Параметри процесу наповнення

Теоретично необхідна кількість повітря для згорання 1 кг палива, кмоль/кг:

, (3.1)

де С, Н, О – хімічний склад палива.

=0,511

Дійсна кількість повітря для згоряння 1 кг палива, кмоль/кг:

, (3.2)

де α – коефіцієнт надлишку повітря (Вихідні дані);

μ_пал – середня молярна маса палива (Додаток А).

=0,494

Тиск в кінці процесу наповнення, МПа:

, (3.3)

де Р_о – тиск навколишнього середовища, МПа;

ΔР_а – втрати тиску за рахунок впускної системи, МПа.

(3.4)

_, МПа

_, МПа

Температура в кінці процесу наповнення, К:

, (3.5)

де Т₀ – температура повітря навколишнього середовища, К (Вихідні дані);

Т_r – температура залишкових газів, К (Вихідні дані);

γ_г – коефіцієнт залишкових газів (Додаток А).

ΔT – температура підігріву свіжого заряду від гарячих деталей двигуна, К (Додаток А).

Коефіцієнт наповнення:

(3.6)

де ε – ступінь стиснення;

,

3.1.2 Параметри процесу стиснення

Тиск в кінці процесу стиснення, МПа:

, (3.7)

де n₁ – показник політропи стиснення повітря для бензинових двигунів.

, МПа

Температура в кінці процесу стиснення, К:

,К (3.8)

К

3.1.3 Параметри процесів згоряння

Визначення теплоти згоряння робочої суміші, кДж/кмоль:

, (3.9)

де ΔН_u – теплові втрати, МДж/кмоль (підставляти в кДж/кмоль)

, (3.10)

_, МДж/кмоль

Дійсний коефіцієнт молекулярної зміни суміші

, (3.11)

де μ_о = 1,02 – 1,12 – теоретичний коефіцієнт молярної зміни

Рівняння згоряння для карбюраторних двигунів

(3.12)

де ξ_z – коефіцієнт використання теплоти (Додаток А);

U_c – внутрішня енергія одного кіло моля повітря при температурі Т_с в точці с, кДж/кмоль;

U_c´´ – внутрішня енергія одного кіло моля продуктів згоряння при температурі Т_с, кДж/кмоль.

Н_u – нижча теплотворна спроможність палива підставляти в кДж/кг

ΔН_u – теплові втрати, підставляти в кДж/кмоль

Внутрішня енергія 1 моля свіжої суміші в кінці процесу стиснення, ^{кДж/кмоль:}

^, (3.13)

де (μс_V)_с теплоємність свіжої суміші при температурі t_с, кДж/(кмоль • ºС), що дорівнює теплоємності повітря (додаток А таблиці 9)

t_c – температура робочого тіла в кінці стиснення, ºС.

t_с = (Т_с – 273), (3.14)

де Т_с – температура в кінці процесу стиснення.

t_с =(703,29-273)=430,29

Внутрішня енергія одного кіло моля продуктів згоряння, МДж/кмоль:

_, (3.15)

де (μс_V)_с´´– теплоємність продуктів згоряння в кінці процесу стиснення.

Теплоємність суміші дорівнює сумі теплоємності окремих компонентів продуктів згоряння множенням на їх об’ємні частки.

(3.16)

де r_co, r_co2, r_Н, r_н2о, r_N2 – прийнятий елементарний склад палива (Додаток А, таблиця 9)

Кількість продуктів згоряння, кмоль:

(3.17)

(3.18)

(3.19)

(3.20)

(3.21)

де К = 0,5 – співвідношення кількості водню до кількості оксид вуглецю

Внутрішня енергія продуктів згоряння, кДж/кмоль:

, (3.22)

_, кДж/кмоль

Значення U_c´´ перевести в МДж/кмоль

Значення Т_z визначаємо графічним методом (Додаток А графік 1) Т_z 2500

Тиск в кінці згорання, МПа:

_, (3.23)

де  - ступінь підвищення тиску при згорянні

Дійсний тиск в кінці згоряння, МПа:

, (3.24)