1. Тепловой расчет цикла четырехтактного бензинового двигателя

Целью расчета является определение эффективных показа­телей и основных размеров цилиндра четырехцилиндрового бен­зинового двигателя с использованием стандартных возможностей современных персональных компьютеров.

Основные расчетные зависимости для бензинового двигателя

1.1 Исходные данные

Расчет производится для номинального режима работы дви­гателя. Исходными данными для этого расчета являются:

- номинальная эффективная мощность N_e = 140, кВт;

- номинальная частота вращения коленчатого вала n = 1900, мин^-1;

- степень сжатия ɛ = 17,3;

- число цилиндров двигателя i = 6;

- коэффициент избытка воздуха α = 1.86.

1.2 Параметры топлива

Для бензинового двигателя средний элементарный состав то­плива принимается равным: С = 0,87; Н = 0,126; О = 0,004 где С, Н и О - массовые доли соответственно углерода, водорода и кислорода. Молекулярная масса топлива принимается равной m_T= 115 кг/моль.

Низшая теплота сгорания топлива определяется по формуле Д.И. Менделеева

Ни=42437,4 кДж/кг

1.3 Параметры рабочего тела

Теоретически необходимое количество воздуха для сгора­ния 1 кг топлива:

L₀=0.4994 кмоль/кг

l₀=14.4522

Количество свежего заряда

М₁=0,9289

Общее количество продуктов сгорания

М₂=0,9605

1.4 Параметры окружающей среды и остаточных газов

Давление окружающей среды Р_o = 0,1МПа.

Температура окружающей среды Т_o = 293К.

Температура остаточных газов T_r = 750 К.

Давление остаточных газов Р_r = 0,12 Мпа.

Большие значения Т_r и Р_r принимаются для двигателей с высокой частотой вращения коленчатого вала.

1.5 Расчет параметров процесса впуска

Температура подогрева свежего заряда

Плотность свежего заряда перед впускными органами дви­гателя

Коэффициент газодинамических потерь во впускной систе­ме двигателя

Скорость движения заряда во впускной системе двигателя

Потери давления во впускной системе двигателя

Давление в цилиндре в конце процесса впуска

Коэффициент остаточных газов

Температура заряда в конце процесса сжатия

Коэффициент наполнения

1.6 Параметры процесса сжатия

Давление в конце сжатия	Pc	4,32	МПа
Температура в конце сжатия	Тс	901,63	К
Средние значения политропы сжатия	n1	1,35

1.7 Параметры процесса сгорания

Величина коэффициента использования теплоты в точке Z индикаторной диаграммы при работе двигателя с полной нагрузкой изменяется в пределах:

Ртьпрь

Дизели с неразделенными камерами сгорания 0,75-0,90

Дизели с разделенными камерами сгорания 0,70-0,85

Коэффициент использования теплоты

ξz = 0,8500

Теплота сгорания рабочей смеси

Нр.с.=44159,5 кДж/кмоль

Мольная теплоемкость свежего заряда

μСv'=21,73 кДж/кмоль·град.

Теоретический коэффициент молекулярного изменения:

β0=1,034

Действительный коэффициент молекулярного изменения:

β=1,033

Степень повышения давления λ оценивается по опытным данным и изменяется в пределах:

• Дизели с неразделенными камерами сгорания и объемным смесеобразованием λ = 1,6-2,5

• Дизели с вихрекамерными и предкамерными способами образования λ=1,2-1,8

• Для дизелей с наддувом с целью обеспечения допустимых значений температур и давлений значения λ следует принимать в пределах λ=1,2-1,6

Большие значения λ принимаются для дизелей с низким наддувом.(примерно до значений Pк ≤ 0,15 Мпа) и меньшие значения λ - для дизелей с высоким наддувом(примерно Pк ≤ 0,2 Мпа

λ = 2,00

Мольная изобарная теплоемкость продуктов сгорания: μСp'' 46,041 кДж/кмоль·град.

После оценки праметров в левой части уравнения сгорания получим численное значение коэффициента С:

С=72119,24

После подстановки в правую часть уравнения сгорания развернутого выражения для μСp'' получим численные значения коэффициентов квадратного уравнения А и В.

А=0,0024

В=29,9499

С учетом численных значений коэффициентов А, В и С для определения максимальной температуры в процессе сгорания получаем квадратное уравнение А·Tz² + B·Tz - C = 0, откуда

Tz=2069,47 K

По опытным данным значения Tz для дизелей изменяются в пределах 1800 - 2300 К

Максимальное давление сгорания Pz=8,63 МПа

Степень предварительного расширения ρ=1,19

1.8 Параметры процесса расширения

Средние значения политропы расширения n2 = 1,18-1,28
n2	1,23
Степень последующего расширения			δ	14,594
Давление в конце процесса расширения			Pb		0,319			Мпа
Температура в конце процесса расширения			Tb		1117			К
Значения Pb и температуры Tb для дизелей без наддува лежат в пределах: Pb = 0,3 - 0,5 Мпа и Тb = 1000 - 1200 К.

1.9 Индикаторные показатели рабочего цикла

Теоретическое среднее индикаторное давление:	Pi'	0,8766				Мпа
Среднее индикаторное давление:	Pi	0,8153				Мпа
φ - коэффициент наполнения индикаторной диаграммы:			φ	0,93
Велечины Pi у выполненных дизелей достигает значений Pi = 0,70 -1,10 Мпа
Индикаторный КПД	ηi	0,5221
Значеня индикаторного КПД у современных дизелей лежат в пределах ηi = 0,38 - 0,48
Идеальный удельный расход топлива	gi	162,4733				г/кВт·ч.
Для современных дизелей удельные индикаторные расходы топлива лежат в пределах gi =170 -220 г/кВт.ч.