Коэффициент использования тепла
Коэффициент использования тепла ξ выражает долю используемого тепла на участке видимого сгорания (сz'z) на увеличение внутренней энергии и совершение работы. Величина его зависит от конструктивных особенностей двигателя, режима работы и регулировки двигателя, способа смесеобразования, формы камеры сгорания и других пара-метров. Чем совершеннее процесс смесеобразования и больше скорость сгорания, тем выше ξ. При поздних углах опережения зажигания
и впрыска топлива возрастает количество догорающего топлива и ко-эффициент использования тепла уменьшается. С увеличением частоты вращения относительная теплоотдача в стенки цилиндра уменьшается, но более значительное влияние оказывает догорание топлива, поэтому ξ снижается. Повышение степени сжатия и применение компактных камер сгорания приводит к увеличению ξ.
Коэффициент использования тепла находится в пределах:
дизели с нераздельными камерами сгорания | ξ = 0,75…0,85; |
дизели с раздельными камерами сгорания | ξ = 0,7…0,8; |
карбюраторные двигатели | ξ = 0,8…0,95. |
Степень повышения давления
Степень повышения давления выбирается только для дизельных двигателей:
дизели с нераздельными камерами сгорания и объемным смесеобразованием…………………………. | 1,16…2,0; |
дизели с камерой в поршне и объемно-пленочным и пленочным смесеобразованием…………………………. | 1,5…1,8; |
дизели с раздельными камерами сгорания…………. | 1,4…1,7. |
Коэффициент наполнения
|
|
По опытным данным коэффициент наполнения при полной
нагрузке двигателя составляет:
карбюраторные двигатели | ηV = 0,75…0,9; |
дизели с неразделенными камерами сгорания | ηV = 0,78…0,94; |
дизели с разделенными камерами сгорания | ηV = 0,75…0,85; |
дизели с наддувом | ηV = 0,8…0,97 |
(нижние значения относятся к двигателям с высокой средней скоростью поршня).
1.2. Определение параметров состояния рабочего тела
в характерных точках индикаторной диаграммы
После выбора и обоснования исходных данных для процес-
сов впуска, сжатия, расширения и выпуска должны быть определены давление и температура в характерных точках индикаторной диаграм-
мы.
Процесс впуска
Давление в конце впуска (мПа)
двигатели без наддува | |
двигатели с наддувом |
где Δр – потери давления вследствие сопротивления впускной системы
и затухания скорости движения заряда в цилиндре.
Потери давления (МПа) можно приблизительно определить по урав-нению Бернулли:
,
,
где β – коэффициент затухания скорости движения заряда;
ξвп – коэффициент сопротивления впускной системы; Wвп – средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы
(в клапанах); ρ0, ρк – плотность заряда на впуске для двигателей без над-дува и с наддувом соответственно. По опытным данным в современных автотракторных двигателях на номинальном режиме работы
|
|
(β2 + ξвп) = 2,5…4,
Wвп = 50…130 м/с.
Чем больше быстроходность двигателя и средняя скорость движе-
ния поршня, тем эти значения выше.
Плотность заряда (кг/м3) на впуске определяется по уравне-
нию состояния идеального газа:
для двигателей без наддува
с наддувом, причем измеряется в МПа, Т0 – в кельвинах (К):
,
R – удельная газовая постоянная воздуха, R = 287 Дж/кг·К.
Определив плотность заряда и задавшись значениями (β2 + ξвп)
и Wвп, находят потери давления Δра и давление в конце впуска ра.
Коэффициент остаточных газов
.
Температура в конце впуска (К)
.
Процесс сжатия
Давление в конце сжатия (МПа)
.
Температура в конце сжатия (К)
Процесс сгорания
Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива L0 ( ) или l0 ( ):
,
,
где С, Н, О – массовые доли углерода, водорода и кислорода соответственно в элементарном составе топлива (табл. 1); 0,21 – объем-ное содержание кислорода в 1 кг воздуха; 0,23 – массовое содержание кислорода в 1 кг воздуха.
|
|
Для автомобильных и тракторных двигателей применяются авто-мобильные бензины (ГОСТ 2084-77) и дизельное топливо (ГОСТ 305-82).
Таблица 1. Элементарный состав и теплота сгорания топлива
Топливо | Содержание в массовых долях | Низшая теплота сгорания Q H, (кДж/кг) | Молярная масса топлива μТ (кг/Кмоль) | ||
С | Н | О | |||
Автомобильный бензин | 0,855 | 0,145 | – | 44 000 | 110…120 |
Дизельное | 0,87 | 0,125 | 0,005 | 42 500 | 180…200 |
Действительное количество молей свежего заряда ( ):
дизели | М1 = М; |
карбюраторные двигатели | М1 = М + , |
где M = α · L0 – действительное количество воздуха, необходимое
для сгорания 1 кг топлива; μТ – молекулярная масса паров авто-мобильных бензинов, μТ = 110…120 .
Количество молей продуктов сгорания ( )
при α > 1 (сгорание в дизелях); | |
при α < 1 (сгорание в карбюраторных двигателях). |
Действительный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси
,
где – коэффициент молекулярного изменения горючей смеси.
|
|
Температура в конце видимого сгорания (К)
Температура конца видимого сгорания Т z определяется из уравнения сгорания, которое различно для дизелей и карбюраторных двигателей.
В общем виде уравнение сгорания имеет вид:
для дизелей (α > 1)
для карбюраторных двигателей (α < 1)
где ξ – коэффициент использования тепла; QH – теплотворность топлива (кДж/кг); Δ QH = 119,95·(1 – α)·L0·103 – неполнота сгорания (кДж/кг); μCVC и μCVZ – средние мольные теплоемкости при постоянном объеме рабочей смеси и продуктов сгорания соответственно (кДж/кмоль·град).
Значения средних мольных теплоемкостей (кДж/(кмоль·К)) при-ближенно могут быть определены по выражениям:
для рабочей смеси
для продуктов сгорания в дизеле
для продуктов сгорания в карбюраторном двигателе
Подставив значения теплоемкости, приведем уравнение сгорания
к виду
и определим температуру в конце видимого сгорания (К):
.
Давление в конце видимого сгорания (МПа)
По температуре Т z определяется давление газов в конце видимого сгорания:
для карбюраторных двигателей
pz = β· pc·( ),
для дизелей
р z = λ· pc,
где λ – степень повышения давления, принятая при выборе исходных данных.
Степень предварительного расширения в дизеле находится
по выражению:
.
Для выполненных конструкций дизелей ρ = 1,2…1,7.
Степень повышения давления для карбюраторного двигателя .
Процесс расширения
В процессе расширения происходит преобразование тепловой энергии в механическую работу.
Давление рв (МПа) и температура Тв (К) в конце расширения определяются по уравнениям политропного процесса:
в дизелях | , | |
в карбюраторных двигателях | , |
где δ = ε/ρ – степень последующего расширения.
Дата добавления: 2020-04-25; просмотров: 526; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!