1. Тепловий розрахунок, Робочі процеси і характеристики двигуна

1.1. Паливо та хімічні реакції

Для бензинових палив с достатньою точністю можна прийняти наступний ваговий склад:

С=0,8555; Н=0,145.

Для повного згоряння палива необхідно конкретна кількість повітря, яка називається теоретично необхідною та визначається зо елементарним складом палива:

, або ,

де - теоретично необхідна кількість повітря (в кг) для згоряння 1 кг палива;

- теоретично необхідна кількість повітря (в моль) для згоряння 1 кг палива.

0,232 – масовий вміст кисню в 1 кг повітрі;

0,208 – об’ємний вміст кисню в 1 моль повітря.

кг

кмоль/кг

Відношення дійсної кількості повітря , яке приймає участь у згорянні 1 кг палива, до теоретично необхідної кількості повітряє коефіцієнт надлишку кисню

(для бензинових двигунів)

Приймаємо =0,85

Кількість горючої суміші:

,

де - молекулярна маса парів палива (для бензину=110...120 кг/моль)

Приймаємо = 115 кг/моль.

кмоль/кг

Кількість окремих компонентів продуктів неповного згоряння палива (<1)

- диоксиду вуглицю (СО₂/кг палива)

; = 0,0492

- оксиду вуглецю (кмоль СО/кг палива)

; ;

- водяної пари (кмоль Н₂О/кг палива)

; ;

- водню (кмоль Н₂/кг палива)

; =0,01;

- азоту (кмоль N₂/кг палива)

; ;

де К=0,45...05. Приймаємо К=0,46

Загальна кількість продуктів неповного згоряння палива (кмоль на кг палива):

Зміна кількостей молів робочого тіла при згорянні визначається як різниця кількості пальної суміші і загальної кількості продуктів повного чи неповного згоряння палива (кмоль/кг палива)

; .

Відносна зміна обсягу при згорянні характеризується величиною хімічного коефіцієнту молекулярної зміни палючої суміші , що являє собою відношення кількості молів продуктів згоряння до кількості молів палючої суміші.

; .

Зміна об’єму при згорянні робочої суміші враховує дійсний коефіцієнт молекулярної зміни робочої суміші, що являє собою відношення загальної кількості молей газів у циліндрі після згоряння до числа молів до згоряння:

;

де - коефіцієнт залишкових газів при повному навантаженні.

Для бензину: =0,03...0,096. Найчастіше приймається=0,06

При визначенні теплоти згоряння паливно-повітряної суміші Н_р.сум необхідно враховувати, що в процесі згоряння бере участь не паливна суміш, а робоча суміш і залишкові гази.

Якщо , то

; =73,07,

де - нижча теплота згоряння палива.=44 МДж/кг – для бензину.

=- витрата тепла при неповному згорянні палива.

=9,3.

1.2. Процес впуску.

P₀ = 0,1 Мпа; Т₀ = 293К

Значним резервом підвищення потужності двигуна є застосування примусового наддуву робочої суміші за допомогою турбокомпенсаторів. Тиск наддувного повітря Р_к (змінюється в межах 0,12...0,22МПа). Приймаємо Р_к = 0,2Мпа.

Температура за компресором Т_к визначається:

,

де - показник політропи стиску повітря в компресорі (=1,4...2). Приймаємо=1,7.

У циліндрі двигуна перед початком впуску завжди міститься деяка кількість залишкових газів, тиск яких визначається:

= 0,105Мпа.

Температура залишкових газів лежить у межах:

- для карбюраторних двигунів:

Приймаємо 1000К.

Тиск наприкінці впуску - основний фактор, що визначає кількість робочого тіла, що надходить у циліндр двигуна.

, Мпа,

де - втрати тиску за рахунок опору впускної системи і згасання швидкості руху заряду в циліндрі можна визначити з рівняння:

,

де - вираз, що враховує згасання швидкості руху заряду й опір впускної системи.

Приймаємо ;

= 50...130 м/с – середня швидкість руху заряду в найменшому перетині впускного колектору.

Приймаємо =100м/с;

- щільність заряду на впуску.кг/м³,

де = 287 Дж/кг град - - газова стала для повітря.

Коефіцієнт залишкових газів характеризує якість очищення циліндра від продуктів згоряння:

,

де - підвищена температура заряду.

Приймаємо .

Температура наприкінці стиску:

.

Найбільш важливою величиною, що характеризує процес впуску є коефіцієнт наповнення:

,

де - дійсна кількість свіжого заряду;

- теоретично можлива кількість свіжого заряду, що може вміститися в робочому обсязі циліндра;

- підігрів заряду від стінок впускного колектора.