- •Методичні вказівки до виконання теплового розрахунку двз у курсових і дипломних проектах та роботах
- •Передмова
- •1 Загальна характеристика двигуна, що проектується
- •1.1 Загальний опис двигуна
- •1.2 Конструктивне пророблення двз
- •2 Тепловий розрахунок двз
- •2.1 Визначення параметрів робочого тіла
- •2.2 Розрахунок процесів газообміну
- •2.3 Розрахунок процесу стиску
- •Орієнтовні значення параметрів зазначені у таблиці 2.3.
- •Таблиця 2.3 – Параметри суміші наприкінці стиску
- •2.4 Розрахунок процесу згоряння
- •Таблиця 2.4 – Параметри суміші наприкінці згоряння
- •2.5 Розрахунок процесу розширення
- •2.6 Визначення індикаторних і ефективних показників двз
- •Таблиця 2.6 – Індикаторні показники двигуна
- •Таблиця 2.8 – Ефективні показники двигуна
- •2.7 Визначення параметрів циліндра і двигуна
- •2.8 Побудова індикаторної діаграми
- •3 Побудова зовнішніх швидкісних характеристик двигуна
- •Криву залежності годинної витрати палива gп, кг/год, від частоти обертання колінчастого вала будують відповідно до рівняння:
- •Значення крутного моменту mк, н·м, обчислюють за виразом:
- •4 Порівняння параметрів двз з аналогічними конструкціями і вибір прототипів
- •Список літератури
- •Додаток а Таблиця відповідності ступеня стиску і октанового числа бензину
- •Масові частки компонентів у 1 кг палива
- •Додаток в Значення середніх мольних теплоємностей продуктів згоряння бензину і дизельного палива в залежності від коефіцієнта надлишку повітря
- •Додаток г
- •Відношення s/d у залежності від частоти обертання колінчастого вала n
- •Фази газорозподілу і кути, що визначають процес згоряння палива, за кутом повороту колінчастого вала
- •Додаток д
2.2 Розрахунок процесів газообміну
Температуру повітря на вході в двигун приймають відповідно до завдання. Для двигунів з наддувом температуру за компресором Тк, К, обчислюють за рівнянням:
де рк – тиск після компресора, МПа:
рк = р0 · πк,
де πк – ступінь підвищення тиску відповідно до завдання на проектування;
n – показник політропи стиску компресора:
- для поршневих нагнітачів n = 1,4...1,6;
- для об'ємних (гвинтових і ін.) n = 1,55...1,75;
- осьових і відцентрових n = 1,6...1,8.
Для двигунів з наддувом напір компресора HКад, Дж/кг визначається за рівнянням:
де R – газова стала повітря, Дж/(кг·К), R = 287 Дж/(кг·К),
k – показник адіабати для повітря, k = 1,4.
Глибина охолодження в охолоднику наддувного повітря (ОНП) ΔТОНП, К:
ΔТОНП = Тк – Тк’ ,
де Тк’ – бажана температура заряду на вході в циліндри, К, Тк’ = 360...370 К.
Якщо ΔТОНП < 20 К, то застосування ОНП недоцільне. У цьому випадку необхідно за узгодженням з керівником проектування відкоригувати ступінь підвищення тиску чи ступінь стиску двигуна.
Для двигунів з ОНП необхідно перевірити можливість охолодження повітря до рекомендованих меж. Мінімальну температуру Тк’’, К, до якої можна остудити наддуване повітря за даних умов і обраного типу ОНП, визначають за формулою:
Тк’’ = Тк – EО · (Тк – Тохол),
де EО – термічна ефективність ОНП, EО = 0,46...0,48 для рідинно-повітряних охолодників, EО = 0,64...0,77 для повітря-повітряних;
Тохол – температура охолодного агента, К, Тохол = 340...362 К для рідинно-повітряних охолодників, Тохол = Т0 для повітря-повітряних.
Якщо Тк’’ > Тк’, то необхідну температуру на виході одержати неможливо. У цьому випадку необхідно вибрати інший тип ОНП або за узгодженням з керівником проектування відкоригувати ступінь підвищення тиску.
Тиск залишкових газів pr , МПа, приймають у діапазоні:
у двигунах з механічним наддувом і без наддуву pr= (1,05...1,25)·p0;
у двигунах з турбонаддувом pr = (0,75...0,98)·pк.
Температуру залишкових газів Тr, К, орієнтовно приймають для бензинових двигунів у діапазоні Тr = 900...1100 К, для дизелів Тr = 600...900 К, для двигунів з наддувом Тr ≤ 950 К, для газових Тr = 750...1000 К. Варто враховувати, що з ростом ступеня стиску температура залишкових газів звичайно знижується.
Тиск наприкінці впуску pa, МПа, обчислюють за виразами (відповідно для двигунів без наддуву і з наддувом):
де pa – втрати тиску на впуску, МПа. Чисельні значення pa рекомендується приймати в наступних межах:
- бензинові і газові двигуни pa = (0,05...0,20)·p0;
- дизелі без наддуву pa = (0,03...0,18)·p0;
- двигуни з наддувом pa = (0,03...0,1)·pк.
Величина підігріву свіжого заряду T, К, залежить від довжини впускного тракту і якості обробки його внутрішньої поверхні і рекомендується для розрахунків у наступних діапазонах:
T = 0...20 К – для бензинових і газових двигунів;
T = 10...40 К – для дизелів без наддуву;
T = (-5)...(+10) К – для двигунів з наддувом.
Коефіцієнт залишкових газів r визначають за виразом:
де Т0(к) = Т0 для двигунів без наддуву; Т0(к) = Тк для двигунів з наддувом; Т0(к) = Тк’ для двигунів з наддувом і ОНП;
оч = доз – середні для чотиритактних двигунів значення коефіцієнтів відповідно очищення циліндра і дозарядки його свіжою сумішшю на номінальному режимі роботи; оч = 1,0; доз = 1,03…1,06 для двигунів з динамічним наддувом, доз = 1,04…1,1 для двигунів з механічним та турбонаддувом, доз = 1,0 у інших випадках.
При застосуванні системи рециркуляції відпрацьованих газів значення r не обчислюють, а задають з діапазону r = 0,08...0,12.
Дійсний коефіцієнт молекулярної зміни робочої суміші μ:
Дійсне значення теплоти згоряння робочої суміші Нроб.сум, кДж/кмоль:
- для бензинових двигунів:
- для дизелів:
- для газових двигунів:
- для газодизелів:
Температура наприкінці впуску Та, К, з огляду на наявність у циліндрі залишкових газів:
Густина заряду на впуску (для двигунів без наддуву, з наддувом, з наддувом і ОНП відповідно) ρа, кг/м3:
де R – газова стала повітря, Дж/(кг·К), R = 287 Дж/(кг·К).
Визначають коефіцієнт наповнення цилиндрів ηv:
де р0(к)=р0для двигунів без наддуву ір0(к)=ркдля двигунів з наддувом.
Орієнтовні значення параметрів зазначені в таблиці 2.2.
Таблиця 2.2 – Параметри суміші наприкінці впуску
Тип двигуна |
Коефіцієнт молекулярної зміни робочої суміші |
Коефіцієнт залишкових газів |
Коефіцієнт наповнення циліндрів |
Температура наприкінці впуску |
Бензинові без наддуву |
= 1,02...1,12 |
r = 0,04...0,08 |
v = 0,8...0,96 |
Та = 310...360 К |
Дизельні |
= 1,01...1,06 |
r = 0,02...0,05 |
v = 0,8...0,94 |
Та = 310...350 К |
З наддувом |
з підвищенням тиску наддуву r знижується |
v = 0,8...0,97 |
Та = 320...400 К | |
Газові |
= 0,92...0,96 |
r = 0,06...0,08 |
v = 0,75...0,8 |
Та = 350...400 К |