I. Определение основных показателен двигатели

Эффективные показатели

Крутящий момент

M_K=955ON_е/n, Н м,                                             (I)

где N_e - эффективная мощность, кВт (прилож. 1); п - частота вращения коленвала, об./мин (прилож. I).

 

Среднее эффективное давление

                                 N_{e ‘} 30 τ

P_е  = -----------    MПa,                                                   (2)

      V_h.i-n

где τ - коэффициент тактности двигателя (для четырехтактных τ = 4, для двухтактныхτ = 2); V_h - рабочий объем цилиндра, л; 1 - число цилиндров.

Эффективный КПД

    Q_e          3600

n_e = ------ = ---------                                                  (3)

     Q         Н_и g_e

где Q_e - количество тепла, эквивалентное эффективной рабочего двигателя, кДж; Q - общее количество тепла, поступившее и двигатель при сгорании топлива, кДж; Н_и - низшая теплота сгорания топлива, определяется исходя их молекулярного со­става топлива (для дизельных топлив H_u = 42,5 МДж/кг; для бензиновых - Н_и= 43,9 МДж/кг); g_c - удельный эффективный расход топлива, г/кВт ч (прилож. 1).

 

Часовой расход топлива

                                       N_e   q_e   N_i q_{i ,}  

G_т=_- ---------- = ---------            кг\ч                            (4)

                              1000      1000

где q_i ,- удельный индикаторный расход топлива, г/кВт ч.

 

Внутренние потери

Среднее давление механических потерь, отнесенное к единице площади поршня, зависит от скоростною и нагрузочногорежимов работы двигателя, качества применяемого масла, качества поверхности трения и т.д. Ориентировочно его можно подсчитать по эмпирической зависимости

 

р_mn= а +b  c_n , МПа                                         {5)

 

где c_n  - Средняя скорость поршня, м/с (может быть подсчитана по формуле c_n = 2 S H/60, где S ход поршня, м); а и Ь - эмпирические коэффициенты (их значения для различных типов двигателей приведены в табл. I.).

 

Таблица 1 - Значение коэффициентов a, b

Тип двигателя	Коэфф-	нт
	a	b
Карбюраторные
S/D 1	0,049	0,0152
S/D 1	0,039	0,0113
Дизель 4х тактной с неразделенными
камерами сгорания	0,103	0,0118

 

 

Мощность механических потерь

                                                       P_mn V_h I n

N _mn =  -------------------   , кВт.                                                    (6)

                                      30 τ              

Механический КПД

                                        N_e              N_e

η_м = ------- = --------------                                                   (7)

N_i      N_e  + N_mn

Индикаторные показатели

 

Среднее индикаторное давление

p_i= p_e + p _mn        МПа.                                                   (8)

 

Индикаторная мощность

N_i = N_e + N_мn .    кВт.                                              (9)

Индикаторный КПД

Q_i           η_e   

                                                  n_i = ---- = ------   ,

                                             Q        η_м                                                      (10)

где Q_j - количество тепла, эквивалентное индикаторной работе газов в цилиндре двигателя, кДж.

 

Удельный индикаторный расход топлива

                                           3600

q_i = ----------- 10³ ,       г/кВт ч.                                      (11)

       ^H_n  ^η_i

 

Для современных дизелей         g_i = 170...220 г/кВт ч

для карбюраторных двигателей  g_i = 210...290 г/кВт ч

для бензиновых с впрыском       g_i = 180...230 г/кВт ч

 

Некоторые основные параметры современных ДВС при­ведены в табл. 2.

Таблица 2 - Значение основных параметров современных ДВС

 

Тип ДВС	ре МПа	рмн МПа	рi МПа	ŋе	ŋм	ŋi
Дизель без Наддува	0,70- 0,90	0,15- 0,25	0,70- 1,10	0,32- 0,42	0,70- 0,82	0,40- 0,48
Дизель с наддувом	0,80- 1,50	0,20- 0,30	0,80- 2,20	0,38- 0,46	0,80- 0,90	0,40- 0,52
Бензиновые Карбюраторные	0,60- 0,80	0,15- 0,25	0,50- 0,80	0,25- 0,30	0,75- 0,85	0,28- 0,38
Бензиновые с впрыском	0,60- 1,60	0,15- 0,25	0,60- 1,60	0,25- 0,40	0,80- 0,92	0,35- 0,45

 

Определение параметров рабочего цикла.

Для построения теоретической индикаторной диаграммы заданного двигателя необходимо вначале определить параметры рабочего цикла, представляющие собой значения давлений, температур и объема тазов над поршнем (или хода поршня) в конце каждого расчетного такта [2, 4, 7].

2.1. Выпуск. Давление остаточных газов в цилиндре в конце выпуска зависит от конструктивных, эксплуатацион­ных и других факторов и может быть ориентировочно опре­делено по формуле

 

р_г = р_о +Δр_r, МПа                                   (12)

 

где р_о - давление окружающей среды (р_о = 0,1 МПа); Δр_г - избыточное давление и цилиндре за счет гидравлического сопротивления выпускных

 трубопроводов, глушителя, газовой турбины (при наличии турбонаддува). Для лучшей очистки цилиндров от остаточных газов необходимо стремиться к снижению этого двигателя.

При расчетах давление остаточныхгазов принимают

р_г = (1,05... 1,25) р_о   для двигателей без наддува;

p_f = (0,75...0,95) р_к  для двигателей с наддувом,

где р_к -  давление надувочного воздуха после компрессора

(прилож. 1), в общем случае для автотракторных ДВС р_к = (1,4„.2,0) р₀

Значение температуры газов в конце выпуска Т_г также выбирают ориентировочно из интервалов: 700...900 К для дизелей, и 900...1100 К для бензиновых двигателей, причем двигателюс наддувом соответствуют большие значения Т_г.

Качество очистки цилиндров от остаточных газов в конце выпуска характеризуется коэффициентом остаточных газов γ, который представляет собой отношение количества оставшихся в цилиндре газов к свежему поступившему заряду и определяется по формулам.

                                     

    T₀  +ΔT   p_r

для двигателей без наддува  γ =  ------------ . -------                                              (13)

                                                           T_r             ε p_a - p_r

 

                                 T_k  +ΔT   p_r

для двигателей с наддувом γ = ----------- --------                                     (14)

    T_r               ε p_{a -} p_r

 

где Т_о - температура окружающей среды, К (Т_о = 298 К); Т_к -температура воздуха после компрессора (см. впуск), К; ε -степень сжатия; ΔT - подогрев свежего заряда во впускной магистрали, К.

Параметры процесса выпуска приведены в табл. 3.

Таблица 3 - Основные параметры процесса выпуска современных ДВС

 

Тип ДВС	pr , МПа	Тr , К	ΔT, К	γr
Дизели без Наддува	0,105….0,25	600…900	20…40	0,03…0,06
Дизели с турбонаддувом	(0,75…0,95)рк	700…950	0…10	0,02…0,05
Бензиновые карбюраторные	0,102…0,120	900…1000	-5…+25	0,04…0,08
Бензиновые с впрыском	0,102…0,120	900…1000	-5…+25	0,02…0,05

 

 

2.2. Впуск. Давление газов в конце впуска р_а зависит от гидравлического сопротивления впускного такта, степени подогрева на впуске, количества газов, оставшихся в цилиндре в конце впуска, и других факторов. Определяется по следующим формулам:

для двигателей без наддува   р₃ = р_о -Δ р_а,   МПа;                               (15)

для двигателейс наддувом   р_а = р_к — Δ р_ак,     МПа,                                 (16)

где Δ р_а - потери давления на впуске двигателя без наддува, МПа;  Δ р_ак - потери давления па впуске двигателя с наддувом МПа;р₀ - давление окружающей среды,     р_о = 0,1 МПа,

р_к - давление надувочного воздуха после компрессора, МПа (прилож. 1)

Для четырехтактных ДВС потери давления можно ориен­тировочно подсчитать по эмпирическим формулам     Δ р_а =(0,03...0,18)р_о,      МПа;      

Δ р_ак = (0,04...0,10) р_к,    МПа.

 Температура в конце впуска для четырехтактного ДВС

 

для двигателей без наддува        Т₀ + ΔТ + γ Т_r

Т_а =------------------ ,          К,                         (17)

                                     1+ γ

                                               

  Т_к + ΔТ + γ Т_r

для двигателей с наддувом      Т_а =-------------------,                    К,                              (18)

                                   1+ γ

 

гдеΔ Т - подогрев свежего заряда во впускной магистрали, ⁰С (принимается по табл. 3); Т_к - температура газов после компрессора, К;

                                                    n_{k - 1}

                                                         Р_к   n_k

г_к = Т₀ (-------)      ,                                                   (19)

       P₀

где n_k - показатель политропы сжатия воздуха в компрессоре (для центробежных компрессоров n_к = 1.4...2,0).

Степень заполнения цилиндра свежим зарядом характери­зуется коэффициентом наполнения η _v который представляет собой отношение количества свежего заряда, поступившего в цилиндр при работе двигателя, к тому количеству заряда, ко­торое мог бы заполнить этот цилиндр при температуре и дав­лении окружающей среды, и определяется по формулам:

                                        1     P_a     P_r                  T₀

для ДВС без наддува η _v = ----- (ε ------ - ------ ) ---------- ;                     (20)

                                    ε-1  P₀           P₀     T₀ + ΔT

1     P_a P_r      T_к

для ДВС с наддувом η _v = ----- (ε ------ - ------ ) ---------- ;                (21)

                                    ε-1 P_к   P_к     T_к+ ΔT

 

 

 Параметры процесса впуска представлены в табл. 4.

Таблица 4 - Основные параметры процесса впуска современ­ных ДВС

Тип ДВС	Ра, МПа	Рк, МПа	Та, К	η v
Дизель без наддува	0,085…0,090	--	310…350	0,80…0,94
Дизель турбо наддувом	(0,9…,0,96)рк	0,15…0,25	310…400	0,80…0,97
Бензиновый карбюраторный	0,07…0,08	--	320…380	0,75…0,85
Бензиновый с впрыском	0,07…0,08	--	320…380	0,8…0,96

 

2.3. Сжатие. При определении давления и температуры газов в конце такта сжатия принимают ряд следующих допу­щений: в период сжатия отсутствуют утечки газа через не­плотности в клапанах и поршневых кольцах, в газе не проте­кает никаких химических реакций и испарений топлива, ос­таются неизменными теплоемкость газов и показатель полит­ропы сжатия, сжатие начинается с НМТ и заканчивается в вмт.

Тогда, используя уравнение политропического процесса, давление и температуру газов в конце такта сжатия опреде­ляют по выражениям

Р_с = р_а ε^п',    МПа;                                 (22)

Т_с=Т_а ε^п'-',     К                                                (23)

где n₁ - показатель политропы сжатия, который можно определить по эмпирическим зависимостям

для бензиновых двигателей n₁ = 1,41 - 110/n;

для дизелей n₁ = 1,41 - 1 10/n - 0,02.

 

Параметры процесса сжатия приведены в табл. 5.

Таблица 5 - Основные параметры процесса сжатия современных ДВС

Тип ДВС	Рс, МПа	Tc K	n1	ε
Дизель без наддува	3…5,5	750…900	1,38…1,42	15…22
Дизель с турбонаддувом	6…8	950…1200	1,35…1,38	12…15
Бензиновый карбюраторный	0,5…2,0	400…700	1,34…1,39	6…9
Бензиновый c впрыском	1,0…2,5	400…800	1,34…1,39	8…11

 

2.4. Сгорание.  При анализе и расчете процесса сгорания необходимо различать сгорание в бензиновом и дизельном двигателях.

Уравнение сгорания (баланс тепла) для карбюраторного двигателя

Q_с + Q_cr, = Q_z,                                              (24)

где Q_c - количество тепла в газе в конце сжатия (до начала сгорания), кДж; Q_cr- количество тепла, выделившегося при сгорании топлива и переданного сжатому газу, кДж;

Q_z - количество тепла в газе после сгорания топлива, кДж.

Для дизельного двигателя

Q_c + Q_cr=Q_z + Q_z-z,                             (25)

где Q_z: г - количество тепла, затраченного на работу расширения газов при движении поршня от ВМТ до расчетного конца сгорания, кДж.

Температура газов вконце сгорания Т_z определяется по уравнениям сгорания, выраженным через параметры состояния газов [2]:

для бензинового двигателя при α<1

£ H_n ⁺ (mc_v')T_c= µ(mc _v'') T_z;

для дизельного двигателя

£ H_n + (mc_v' + 8,31λ) Т_С+ 2270(λ -µ) = µ (mс_р") Т_z.

Значение Т_z также можно выбрать из таблицы 6, учитывая, что дизелям с наддувом соответствуют большие значения температуры.

 

Давление газов в конце сгорании P_z ориентировочно определяется по эмпирическим выражениям

для дизельных двигателей

р_z = λ_р р_с,          МПа;                                 (26)

для бензиновых двигателей                    

                                 Р_z= µ Т_z р_с  / T_c , МПа                                         (27)

где µ - коэффициент молекулярного изменения (µ = 1,01... 1,05); λ_р = Р_z /P_c - степень повышения давления, показывающая увеличение давления газов в цилиндре ДВС в процессе сгорания.

Величину λ_рподсчитать теоретически довольно сложно, поэтому ее значение принимают ориентировочно в зависимости от способа смесеобразования:

для дизелей

с предкамерным или вихрекамерным смесеобразованием                                    λ_р = 1,2... 1,4;

с пленочным объемно-пленочным смесеобразованием                                         λ_{р =}  1,4... 1,8;

с объемным смесеобразованием                λ_р = 1,6...2,5;

для бензиновых двигателей                        λ_р = 3,0.. .4,0;

для газовых двигателей                               λ_р = 3,0.. .5,0.

Подобрав значения Т_z и λ_р рассчитывают значения р_z по выражениям (1.26) или (1.27) в зависимости от типа заданного двигателя.

Параметры процесса сгорания представлены с табл. 6.

Таблица 6 - Основные параметры процесса сгорания, современных ДВС

Тип ДВС	Рz, МПа	Тz, К	λр
Дизель без надува	5…10	1800…2200	1,4…2,5
Дизель с турбонадувом	6…12	2000…2300	1,4…2,5
Бензиновый карбюраторный	3,5…6,5	2000…2500	3…4
Бензиновый с впрыском	3,5…7,5	2400…3100	3…4

 

 

2.5. Расширение. При теоретических расчетах этот процесс описывается политропой расширения с постоянным показателем n₂. Тогда давление и температура газов в конце расширения определяются по выражения

для бензинового двигателя

р_а = р_z / ε ⁿ² ,  МПа                                              (28)

   T_z

T_B= ----------- , К                                                  (29)

     ε (^n2-1)

 

Для дизеля

р_в=р_z/δⁿ²,         Мпа                                             (30)

     T_z

T_B= ----------- , К                                                  (31)

     δ(^n2-1)

где n₂ - показатель политропы расширения, который имеет тот же физический смысл, что и показатель политропы сжа­тия, и ориентировочно определяется по выражениям

для карбюраторных двигателей   n₂ = 1,21 + 130/n;

для дизелей                                 n₂ = 1,21 + 130/n-0,02;

δ - степень последующего расширения (изменение объема га­зов в цилиндре от начала до конца расширения или от конца расчетного сгорания до НМТ) подсчитывается по формуле

δ = V_b/V_z = ε/p,                                          (32)

где р - степень предварительного расширения (изменение объема газов от начала до конца расчетного периода сгорания или от ВМТ до конца расчетного сгорания) рассчитывается по формуле

р = V_z /V_c = V_z /V_z- = µ Т_z /(λ_р  Т_с).                           (33)

Параметры процесса расширения приведены в табл. 7.

 

 

Таблица 7 Основные параметры процесса расширения современных ДВС

Тип ДВС	Рв, МПа	Тв, К	n2	р
Дизель без надува	0,2…0,5	1000…1200	1,18…1,28	1,2…1,4
Дизель с турбонадувом	0,2…0,5	1000…1200	1,18…1,28	1,2…1,4
Бензиновый карбюраторный	0,35…0,6	1200…1700	1,23…1,3	-
Бензиновый с впрыском	0,35…0,6	1200…1700	1,23…1,3	-

     Полученные в результате теоретических расчетов значения параметров рабочего цикла заносятся в результирующую табл.8.

Таблица 8- результаты расчета параметров рабочего цикла.

---

Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 527; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!