1. Тепловой расчет двигателя
Расчет проводится для заданной частоты вращения коленчатого вала карбюраторного двигателя n = 6000об/мин.
Топливо. В соответствии с заданной степенью сжатия е = 10,3 можно использовать бензин марки АИ-93. ПРЕМИУМ-95 и АИ-98 ЭК
Средний элементарный состав и молекулярная масса бензина
С = 0,855; Н = 0,145; mт = 115 кг/кмоль.
Определим низшую теплоту сгорания топлива
Нu = 33,91С+125,60Н-10,89(O-S)-2,51(9H+W) = 33,91*0,855+125,6*0,145-2,51*9*0,145 = 43,93 МДж/кг = 43930кДж/кг.
Параметры рабочего тела. Теоретическое необходимое количество воздуха для сгорания 1кг. топлива
кмоль возд/кг топл.
кмоль
возд./кг топл.
Коэффициент избытка воздуха б = 0,96 на основных режимах
(литература 1). На режимах минимальной частоты вращения б = 0,86.
Количество горючей смеси.
кмоль гор.см./кг. топл.
Количество отдельных компонентов продуктов сгорания при К = 0,5
кмольСО2/кгтопл.
кмольСО/кгтопл.
кмольН2О/кгтопл.
кмольН2/кгтопл.
кмольN2/кгтопл.
Общее количество продуктов сгорания:
М2 = МСО2 + МСО + МН2О + МН2 + МN2 = C/12 + H/2 + 0,79бL0 = 0,0655 + 0,0057 + 0,0696 + 0,0029 + 0,3923 = 0,5361 кмоль пр.сг/кг топл.
Результаты занесем в таблицу
параметры |
Рабочее тело; карбюраторный двигатель |
||||
n, мин-1 |
1000 |
3200 |
6000 |
6300 |
|
б |
0,86 |
0,96 |
0,96 |
0,96 |
|
М1 кмоль. гор.см./кг.топл. |
0,4525 |
0,5041 |
0,5041 |
0,5041 |
|
МСО2 кмоль СО2/кг.топл. |
0,0512 |
0,0655 |
0,0655 |
0,0655 |
|
МСО кмоль СО/кг.топл. |
0,0200 |
0,0057 |
0,0057 |
0,0057 |
|
МН2О кмоль Н2О/кг.топл. |
0,0625 |
0,0696 |
0,0696 |
0,0696 |
|
МН2 кмоль Н2/кг.топл. |
0,0100 |
0,0029 |
0,0029 |
0,0029 |
|
МN2 кмоль N2/кг.топл. |
0,3515 |
0,3923 |
0,3923 |
0,3923 |
|
М2 кмоль пр.сг/кг.топл. |
0,4952 |
0,5361 |
0,5361 |
0,5361 |
Параметры окружающей среды и остаточные газы.
Давление и температура окружающей среды при работе двигателей без наддува
Рк = Ро = 0,1 МПа и Тк = То = 293 К
Температура остаточных газов.
(рис. 5.1 литература 1 принимаем).
При номинальных режимах карбюраторного двигателя Тr = 1070 К
Давление остаточных газов.
Для карбюраторного двигателя на номинальном скоростном режиме:
PrN = 1,18 Po = 1,18*0,1 = 0,118 МПа.
Процесс пуска.
Температура подогрева свежего заряда. С целью получения хорошего наполнения карбюраторных двигателей на номинальных скоростных режимах принимается Д ТN = 8єС.
(1)
Плотность заряда на выпуске.
Сr = Ро *106 / (RBTO) = 0,1*106 / (287*293) = 1,189 кг / м3,
где RB - 287 Дж / (кг.град.) - удельная газовая постоянная для воздуха.
(1)
Потери давления на впуске.
При учете качественной обработки внутренних поверхностей впускных систем для карбюраторного двигателя можно принять в2 + оВП = 2,8 и
щВП = 95 м/с.
в - коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом сечении цилиндра.
оВП - коэффициент сопротивления впускной системы, отнесенный к наиболее узкому ее сечению.
щВП - средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы.
(1)
Тогда ДРа на всех скоростных режимах двигателя рассчитывается по формуле:
ДРа = (в2 + овп) А2nn2со10-6/2, где Аn = щвп / nN
Аn = 95 / 6000 = 0,0158
ДРа = 2,8 * 0,01582 * 60002 * 1,189 * 10-6 / 2 = 0,0150
Давление в конце пуска.
В карбюраторном двигателе при nN = 6000 мин-1.
Ра = Ро - ДРа = 0,1 - 0,0150 = 0,085 Мпа.
Коэффициент остаточных газов.
При nN = 6000 мин-1.
цоч = 1 - коэффициент очистки.
цдоз = 1,12 - коэффициент дозарядки на номинальном скоростном режиме.
Температура в конце впуска.
Та = (То + ДТ + гr * Tr) / (1 + гr) = (293+8+0,0385*1070) / (1+0,0385) = 329
Коэффициент наполнения.
Результаты вычислений занесем в таблицу.
параметры |
Процесс впуска и газообмена |
||||
n, мин-1 |
1000 |
3200 |
6000 |
6300 |
|
б |
0,86 |
0,96 |
0,96 |
0,96 |
|
Тr , K |
900 |
1010 |
1070 |
1080 |
|
Pr , Mpa |
0,1039 |
0,1076 |
0,118 |
0,1195 |
|
ДT , єC |
22,29 |
16 |
8 |
7,14 |
|
ДPa , Mpa |
0,0004 |
0,0043 |
0,0150 |
0,0166 |
|
Pa , Mpa |
0,0996 |
0,0957 |
0,085 |
0,0834 |
|
ц , доз |
0,95 |
1,025 |
1,12 |
1,13 |
|
г |
0,0418 |
0,0365 |
0,0385 |
0,0390 |
|
Та , К |
339 |
334 |
329 |
329 |
|
зv |
0,8699 |
0,9207 |
0,9255 |
0,8939 |
Процесс сжатия.
При е = 10,3 и Та = 329 К, nN = 6000 мин-1 определяем по монограмме средний показатель адиабаты сжатия к1 = 1,3765 и средний показатель политропы сжатия n1 = 1,37.
(1)
Давление в колнце сжатия.
При nN = 6000 мин-1
Рс = Раеn = 0,085*10,31,376 = 2,1036 Мпа.
Температура в конце сжатия.
Тс = Таеn-1 = 329*10,31,376-1 = 792 К.
Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия.
а) свежей смеси (воздуха)
20,6 + 2,638 * 10-3 * tc , где tc = Тс - 273 єС
20,6 + 2,638 * 10-3 * 519 = 21,969 кДж / (кмоль град).
б) остаточных газов
определяется методом интерполяции по табл. 3.8 при nN = 6000 мин-1 , б = 0,96 и tc = 519 єС.
(m) = 24,014+(24,150 - 24,014)*0,01/0,05 = 24,0412 кДж/(кмоль град).
(m) = 24,44+(24,586 - 24,44)* 0,01/0,05 = 24,469 кДж/(кмоль град).
(m) = 24,041+(24,469 - 24,041)* 19/100 = 24,122 кДж/(кмоль град).
в) рабочей смеси
кДж/(кмоль град).
(m) = кДж/(кмоль град).
Результаты вычислений заносим в таблицу.
параметры |
Процесс сжатия |
||||
n, мин-1 |
1000 |
3200 |
6000 |
6300 |
|
к1 |
1,3751 |
1,3757 |
1,3765 |
1,3766 |
|
n 1 |
1,370 |
1,373 |
1,376 |
1,376 |
|
Рс , МПа |
2,4309 |
2,3532 |
2,1036 |
2,0655 |
|
Тс , єК |
803 |
796 |
792 |
792 |
|
tc , єС |
530 |
523 |
519 |
519 |
|
(m. cv)to |
21,998 |
21,980 |
21,969 |
21,968 |
|
(m)to |
24,169 |
24,141 |
24,122 |
24,121 |
|
(m)to |
22,085 |
22,056 |
22,049 |
22,049 |
Процесс сгорания.
Коэффициент молекулярного изменения горючей смеси:
Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси:
Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания:
ДНu = 119950*(1-б)*L0 кДж/кг. = 119950*(1-0,96)*0,516 = 2476 кДж/кг.
Теплота сгорания рабочей смеси:
Нраб.см. = кДж/кмоль раб.см.
Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания:
(m)=
кДж/кмоль град.
Определяется по эмпирическим формулам таб. 3.7 литература 1.
(m)= *[0,0655*(39,123+0,003349tz)+0,0057*(22,49+0,00143tz)+0,0696*(26,6++0,004438tz)+0,0029*(19,678+0,001758tz)+0,3923*(21,951+0,001457tz)=24,657+ 0,002077tz] кДж/кмоль град.
Коэффициент использования теплоты оz принимаем = 0,88:
(1)
Температура в конце видимого процесса сгорания: при n = 6000 мин
оz Нраб.см + (m) tc = м(m)tz :
0,88*79193+22,049*519 = 1,061*(24,657+0,002077) tz,
0,002204+26,165 tz - 81132 = 0, откуда
tz =
= 2552 єС;
Tz = tz + 273 = 2825 К;
Максимальное давление сгорания теоретическое:
pz = pc*м* Tz/ Тс = 2,1036*1,061*2825/792 = 7,963 МПа.
Максимальное давление сгорания действительное:
Pzд = 0,85* pz = 0,85*7,963 = 6,7689 МПа.
Степень повышения давления:
л = pz/ pc = 7,963/2,1036 = 3,786.
параметры |
Процесс сгорания |
||||
n, мин-1 |
1000 |
3200 |
6000 |
6300 |
|
м0 |
1,0945 |
1,0635 |
1,0635 |
1,0635 |
|
м |
1,0907 |
1,0613 |
1,0612 |
1,0611 |
|
ДН , кДж/кг |
8665 |
2476 |
2476 |
2476 |
|
Нраб.см.кДж/кмоль |
74813 |
79348 |
79193 |
79155 |
|
(m) |
24,2982+ 0,002034tz |
24,6566+ 0,002077tz |
24,6566+ 0,002077tz |
24,6566+ 0,002077tz |
|
оz |
0,83 |
0,92 |
0,88 |
0,86 |
|
tz , єС |
2330 |
2643 |
2552 |
2509 |
|
Tz , єК |
2603 |
2916 |
2825 |
2782 |
|
Pz , МПа |
8,5967 |
9,1438 |
7,9635 |
7,7011 |
|
Pzд , МПа |
7,3072 |
7,7722 |
6,7689 |
6,5459 |
|
л |
3,5364 |
3,8857 |
3,7856 |
3,7285 |
Процессы расширения и выпуска
Средний показатель адиабаты расширения К2 определяется по номограмме рис. 4.8 при заданном е для соответствующих значений б и Tz, а средний показатель политропы расширения n2, оценивается по величине среднего показателя адиабаты:
е = 10,3; б = 0,96; Tz = 2825 К; К2 = 1,2528; n2 = 1,252.
Давление и температура в конце процесса расширения:
Рв = Pz/ еn2 и Тв = Tz/ еn2-1:
Рв = 7,9635/10,31,252 = 0,4296 МПа, Тв = 2825/10,31,252-1 = 1570 К;
Проверка ранее принятой температуры остаточных газов:
К;
Д Тr = ,
Где Д Тr - погрешность расчета - 4,6 % допустимая погрешность.
параметры |
Процесс расширения и выпуска. |
||||
n, мин-1 |
1000 |
3200 |
6000 |
6300 |
|
К2 |
1,2588 |
1,2519 |
1,2529 |
1,2531 |
|
n2 |
1,258 |
1,251 |
1,252 |
1,253 |
|
Рв , МПа |
0,4573 |
0,4944 |
0,4296 |
0,4144 |
|
Тв , К |
1426 |
1624 |
1570 |
1542 |
|
Тr , K |
871 |
977 |
1021 |
1019 |
|
Д Тr , % |
3,25 |
3,24 |
4,60 |
5,64 |
Индикаторные параметры рабочего цикла.
Теоретическое среднее индикаторное давление:
МПа.
МПа.
Среднее индикаторное давление:
pi = цu* Рj , = 0,96*1,1588 = 1,1124 МПа.
Где цu = 0,96 - коэффициент полноты индикаторной диаграммы.
Индикаторный КПД и индикаторный удельный расход топлива:
г/кВт. Ч
Эффективные показатели двигателя.
Среднее давление механических потерь для бензиновых двигателей с числом цилиндров до шести и отношением S/D?1.
Pм = 0,034 + 0,0113* Vп.ср МПа.
Для нашего карбюраторного двигателя, предварительно приняв ход поршня S равным 78 мм., получим значение средней скорости поршня:
м/с.
Тогда: Pм = 0,034 + 0,0113*15,6 = 0,2103 МПа.
Среднее эффективное давление и механический КПД:
Ре = Рj - Рм = 1,1124 - 0,2103 = 0,9021 МПа.
зм = .
Эффективный КПД и эффективный удельный расход топлива:
зе = зj * зм = 0,3388 * 0,811 = 0,2748
gе = г/кВт.ч.
параметры |
Индикаторные и эффективные параметры двигателя. |
||||
n, мин-1 |
1000 |
3200 |
6000 |
6300 |
|
Рj , , МПа |
1,2115 |
1,3415 |
1,1588 |
1,1138 |
|
Рj , МПа |
1,1630 |
1,2879 |
1,1124 |
1,0693 |
|
зj |
0,3292 |
0,3845 |
0,3388 |
0,3288 |
|
gj , г/кВт.ч |
249 |
213 |
242 |
249 |
|
Vп.ср , м/с |
2,6 |
8,32 |
15,6 |
16,38 |
|
Рм , МПа |
0,0634 |
0,1280 |
0,2103 |
0,2191 |
|
Ре , МПа |
1,0997 |
1,1599 |
0,9021 |
0,8502 |
|
зм |
0,9455 |
0,9006 |
0,811 |
0,7951 |
|
зе |
0,3113 |
0,3463 |
0,2748 |
0,2614 |
|
gе , г/кВт.ч |
263 |
237 |
298 |
313 |