1.1.1 Топливо

При е = 8,5 можно использовать бензин АИ-92. Средний элементарный состав и молекулярная масса бензина: С = 0,855; Н = 0,145 и mT = 115 кг/кмоль

Низшая теплота сгорания топлива:

1.1.2 Параметры рабочего тела

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива:

кмоль возд/кг топлива

кг возд/кг топлива

Коэффициент избытка воздуха:

Принимаем б = 0,96 на основных режимах, на режимах минимально частоты вращения

б = 0,86 и на частоте 1500 об/мин б = 0,93.

Пример расчёта будет производиться на номинальных оборотах n = 5600 об/мин при б = 0,96. Результаты остальных расчётов сведены в таблицы.

Количество горючей смеси:

 кмоль гор.смеси/кг топлива.

При неполном сгорании топлива (б<1) продукты сгорания представляют собой смесь окиси углерода (СО), углекислого газа (СО), водяного пара (НО), свободного водорода(Н), и азота(N).

Количество отдельных компонентов продуктов сгорания при К = 0,5 (К- постоянная зависящая от отношения количества водорода от окиси углерода содержащихся в продуктах сгорания):

кмольСО2/кг топл.

кмольСО/кг топл.

кмольН2О/кг топл.

кмольН2/кг топл.

кмольN2/кг топл.

кмоль пр.сгор/кг топл.

Проверка:

C/12+H/2+0,792*б*L0=0,855/12+0,145/2+0,792*0,96*0,516=0,07125+0,0725+0,3923=0,5360 кмоль пр.сгор/кг топл.

Таблица 1

1.1.3 Параметры окружающей среды и остаточные газы

Давление и температура окружающей среды: МПа; К. Температура остаточных газов, Tr:принимается по диаграмме для расчётных режимов двигателя. Давление остаточных газов можно получить на номинальном скоростном режиме:

МПа

на остальных режимах

) = 0,119МПа,

1.2 Процесс впуска

С целью получения хорошего наполнения цилиндров двигателя на номинальном скоростном режиме принимается .

На остальных режимах рассчитывается по формуле:

=6,

где

Плотность заряда на впуске:

кг/м3,

где RВ - удельная газовая постоянная для воздуха; RВ = 287 Дж/(кг·град)

Потери давления на впуске:

,

где

В соответствии со скоростными режимами и при учёте качественной обработки внутренних поверхностей впускной системы можно принять и м/с

Тогда МПа на всех скоростных режимах двигателя определяется.

Давление в конце впуска:

МПа

Коэффициент остаточных газов.

Коэффициент очистки принимается , а коэффициент дозарядки на номинальном скоростном режиме , что вполне возможно получить при подборе угла опаздывания закрытия впускного клапана в пределах 30-60є.

При этом на минимальном скоростном режиме возможен обратный выброс в пределах 5%, т. е. .

Температура в конце впуска:

К

Коэффициент наполнения:

Таблица 2

1.3 Процесс сжатия

Средний показатель адиабаты сжатия, К:

Определяется по номограмме [1] (рис 4.4), а средний показатель политропы сжатия n1 принимается несколько меньше K1. При выборе n1 учитывается, что с уменьшением частоты вращения теплоотдача от газов в стенки цилиндров увеличивается, а n1 уменьшается по сравнению с К1 более значительно.

при nN = 5600 об/мин; Та = 337 К и е = 8,5, К1 = 1,3775, n1=1,3775+0,02=1,3777

Давление в конце сжатия:

МПа

Температура в конце сжатия:

К

Средняя мольная теплоёмкость в конце сжатия:

а) свежей смеси

,

где

кДж/(кмоль·град)

б) остаточных газов

Определяется методом интерполяции [1] (табл. 3.8)

nN = 5600 об/мин; б = 0,96; tc = 482 єC

,

где 23,586 и 23,712 - значения теплоёмкости продуктов сгорания при 500 єC соответственно при

б = 0,95 и б = 1,00

Теплоёмкость продуктов сгорания при tc = 482 єC и б = 0,96

кДж/(кмоль·град)

в) рабочей смеси

кДж/(кмоль·град)

Таблица 3

1.4 Процесс сгорания

Коэффициент молекулярного изменения горючей и рабочей смеси, где М1-количество горючей смеси, отнесённое к 1 кг топлива; М2-количесиво продуктов сгорания, отнесённое к 1 кг топлива.

Действительный коэффициент молекулярного изменения:

Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания, и теплота сгорания рабочей смеси:

кДж/кг

кДж/кмоль раб.см.

Средняя мольная теплоёмкость продуктов сгорания:

Определяется по эмпирическим формулам [1] (табл. 3.6) для интервала температур от 1501 до 2800єC

Коэффициент использования теплоты: оz ,зависит от совершенства организации процессов смесеобразования и сгорания топлива. Он повышается за счёт снижения потерь теплоты газов в стенки цилиндра и неплотности между поршнем и цилиндром. При увеличении скоростного режима оz снижается. Выбирается по зависимости [1] при n = 5600 об/мин; о = 0,91 Температура в конце видимого процесса сгорания:

Максимальное давление сгорания теоретическое:

МПа

Максимальное давление сгорания действительное:

МПа

Степень повышения давления:

Таблица 4

1.5 Процесс расширения и выпуска

Средний показатель адиабаты расширения к2 определяется по номограмме [1] (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 = 8,5; б = 0,96; Tz = 2777 К => к2 = 1,2391

Давление и температура в конце процесса расширения:

МПа

К

Проверка ранее принятой температуры остаточных газов:

К

Погрешность расчёта: %

Таблица 5

1.6 Индикаторные параметры рабочего цикла

Теоретическое среднее индикаторное давление:

Среднее индикаторное давление:

,

где ци - коэффициент полноты диаграммы, ци = 0,94ч0,97

МПа

Индикаторный КПД и индикаторный удельный расход топлива:

г/(кВт·ч)

1.7 Эффективные показатели двигателя

Среднее давление механических потерь для бензиновых двигателей с числом цилиндров до шести и отношением :

Средняя скорость поршня:

,

где S - ход поршня, S = 80 мм

м/с

МПа

Среднее эффективное давление и механический КПД:

 МПа

Эффективный КПД и эффективный удельный расход:

г/(кВт·ч)

Таблица 6

1.8 Основные параметры цилиндра и двигателя

Литраж двигателя:

л

Рабочий объём одного цилиндра:

л

Диаметр цилиндра:

мм

Окончательно принимаем мм и мм.

Основные параметры и показатели двигателя:

площадь поршня:

см2

литраж двигателя:

л

Эффективная мощность двигателя:

кВт

литровая мощность двигателя:

кВт/л

Эффективный крутящий момент:

Н·м

часовой расход топлива:

кг/ч

Таблица 7

1.9 Построение индикаторной диаграммы

Индикаторная диаграмма построена для номинального режима работы, т. е. при кВт и об/мин, аналитическим методом.

Масштабы диаграммы: масштаб хода поршня МS = 1мм в мм; масштаб давлений Мp = 0,05МПа в мм.

Величины, соответствующие рабочему объёму цилиндра и объёму камеры сгорания:

мм

мм

Максимальная высота диаграммы (точка z):

мм

Ординаты характерных точек:

мм; мм

мм; мм

мм

Построение политроп сжатия и расширения:

1). политропа сжатия:

,

где мм

мм,

n1=1,377

2). политропа расширения:

мм,

n2=1,251.

Теоретическое среднее индикаторное давление:

,

где F1 - площадь диаграммы aczba, F1 = 1725мм2

Мпа

Результаты расчёта точек политроп приведены в таблице ниже.

Таблица 8

Фазы газораспределения двигателя:

Открытие впускного клапана (точка r`): 18 до ВМТ

Закрытие впускного клапана (точка а`): 60 после ВМТ

Открытие выпускного клапана (точка b`): 55 до НМТ

Закрытие выпускного клапана (точка а``): 25 до ВМТ

Угол опережения зажигания (точка с`): 35 до ВМТ

В соответствии с фазами газораспределения и углом опережения зажигания определяем положение точек по формуле для перемещения поршня:

АХ=(1-cosц)+ л/4·(1-cos2ц),

л-отношение радиуса кривошипа к длине шатуна(предварительно принимаем л=0,285)).

Расчёты ординат точек сведены в таблицу 9.

Таблица 9

Положение точки с'' определяется из выражения:

МПа

мм

Действительное давление сгорания:

МПа

мм

Нарастание давления от точки с'' до zД составляет 5,5043 - 1,9423 = 3,562 МПа или

3,562/12 = 0,3 МПа/град п.к.в., где 12є - положение точки zД по горизонтали (для упрощения можно принять, что действительное максимальное сгорание рzД достигается через 10є после в.м.т., т.е. при повороте КВ на 370є).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис .1 Индикаторная диаграмма карбюраторного двигателя ВАЗ 21065

1.10 Тепловой баланс

Общее количество теплоты, выделенной в двигателе при номинальном скоростном режиме:

Дж/с

Теплота, эквивалентная эффективной работе за 1с:

Дж/с

Теплота, передаваемая охлаждающей среде:

,

где с - коэффициент пропорциональности для четырёхтактных двигателей, с = 0,45 ч 0,53;

i - число цилиндров;

m = 0,5 ч 0,7; m = 0,6; mост = 0,65

Дж/с

Теплота, унесённая с отработавшими газами:

= (16,15/3,6) {0,5361 [23,964+8,315] 796 - 0,5041 (20,775+8,315] 20} = 60477

Теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива:

Дж/с

Неучтённые потери теплоты:

Дж/с

2. Построение внешней скоростной характеристики

Эффективная мощность двигателя определяется по формуле:

Nex=Ne*(ne/nN)*{1+nx/nN-(nx/nN)^2},

при Ne=53,3кВт, nN=5600об/мин.

Эффективный крутящий момент:

Mex=3*104* Nex/(р* nx);

Удельный эффективный расход топлива:

gex= geN*[1,2+1,2*( nx/nN) -(nx/nN)^2].

Часовой ход топлива:

GTX= gex* Nex*10-3

Значение б принимаем постоянным б=0,96 на всех скоростных режимах, кроме минимального б=0,86.

Коэффициент приспособляемости по скоростной характеристике:

К-коэффициент приспосабливаемости, служит для оценки приспосабливаемости двигателя к изменению внешней нагрузки.

Таблица 11

Таблица 12

Список используемой литературы