Тепловой расчет рабочего цикла и показателей двигателя при работе с распределенным впрыском бензина

Исходные данные

Таблица 1.1:

Целью теплового расчета является расчет рабочего цикла и основных показателей двигателя, определения его основных размеров и сравнительных параметров двигателя, а также расчет составляющих теплового баланса. На основании теплового расчета строится индикаторная диаграмма.

Двигатель c распределенным впрыском бензина.

Расчет рабочего цикла и основных показателей двигателя производим по программе, разработанной Богатыревым А.В.

Тепловой расчет рабочего цикла и показателей двигателя при работе с распределенным впрыском бензина.

1.1.1. Выбор величины коэффициента избытка воздуха и параметров заряда на впуске

- коэффициент избытка воздуха: α= 0,8….0,95;

примем α = - для достижения наибольших мощностных показателей при

работе на номинальном режиме.

- давление заряда на впуске, принимается равным давлению окружающей

среды:

= 0,1 МПа - двигатель без наддува

- температура заряда на впуске, также принимается равной температуре

окружающей среды

1.1.2. Расчет процессов газообмена

- давление остаточных газов

, МПа (2.1)

Для карбюраторного двигателя на номинальных режимах:

МПа

- температура остаточных газов, для двигателей с распределенным впрыском бензина

800….1100°К

При номинальных режимах карбюраторного двигателя = К

∆Т - температура подогрева свежего заряда

∆T = 0….30°К

С целью получения хорошего наполнения карбюраторных двигателей на номинальных скоростных режимах принимается ∆T = °К

Результаты расчета:

- давление заряда в конце впуска (в начале сжатия):

, МПа, где (2.2)

- потери давления за счет сопротивления впускной системы и затухания скорости движения заряда,

= 0,05….0,2 МПа. Примем = МПа (для карбюраторных двигателей).

В нашем случае:

МПа

- коэффициент остаточных газов, = 0,04….0,12

(2.3)

Подставляя известные значения, получим:

Т_а- температура заряда в конце впуска (в начале сжатия), Т_{а =} 320….370К

(2.4)

Применительно к нашим данным, имеем:

К

Коэффициент наполнения η_v представляет собой отношение действительного количества свежего заряда, поступившего в цилиндр в процессе впуска, к тому количеству, которое могло бы поместиться в рабочем объеме цилиндра при условии, что температура и давление в нем равны температуре и давлению среды на впуске.

(2.5)

Для двигателей с распределенным впрыском бензина при работе на номинальном режиме коэффициент наполнения η_v должен находиться в пределах 0,7 …. 0,9.

1.1.3. Расчет процессов сжатия

Основными характеристиками процесса сжатия являются параметры заряда в конце сжатия: давление Р_с, температура Т_с и средний показатель политропы сжатия n₁.

ü Давление газов конца сжатия

(2.6)

= 0,9….2,0 МПа

Имеем: МПа

ü Температура конца сжатия

(2.7)

= 550….800 К

Имеем: К

ü Средний показатель политропы сжатия n₁, который характеризует теплообмен между зарядом и стенками камеры сгорания. Факторы, увеличивающие отвод теплоты от заряда, снижают значение n₁ и показатели цикла. Для двигателей с распределенным впрыском бензина на номинальном режиме работы значения n₁ находятся в пределах 1,3 … 1,4.

1.1.4. Расчет процесса сгорания

Процесс сгорания – основной процесс, в котором химическая энергия топлива превращается в теплоту и идет на повышение внутренней энергии рабочего тела и совершение работы.

Расчет процесса сгорания проводится в 2 этапа: термохимический расчет для определения количества рабочего тела и термодинамический расчет для оценки параметров состояния рабочего тела.

Термохимический расчет процесса сгорания.

Количество воздуха (L₀, кМоль или L₀¹, кг) теоретически необходимое для полного сгорания 1кг топлива, зависит от элементарного состава топлива и определяется по формуле:

(2.8)

Для автомобильных бензинов:

С,Н - массовые доли углерода, водорода в 1 кг топлива

С = 0,855; Н = 0,145

кМоль

- количество свежего заряда, находящегося в цилиндре:

кМоль (2.9)

кМоль

Где α = 0,96 - коэффициент избытка воздуха на основных режимах.

- количество остаточных газов:

кМоль (2.10)

кМоль

- количество продуктов сгорания:

кМоль, (2.11)

где

- действительный коэффициент молекулярного изменения

Для двигателей с распределенным впрыском бензина 1,02….1,12

(2.12)

Принимаем равным 1,1. Получаем:

кМоль

Термодинамический расчет процесса сгорания;

- изохорная теплоемкость свежего заряда:

кДж/кМоль·К (2.13)

Где = 18,42+1,61а, = (15,5+13,82)*10^-4 . Для карбюраторных двигателей а = 1, тогда: = 18,42+1,61 = 20,03, = 29,32*10^-4 .

кДж/кМоль·К

- изохорная теплоемкость продуктов сгорания:

кДж/кМоль·К, (2.14)

Где А₂ = 20,2+(0,92/а), В₂ = 15,5+(13,8/а)*10^-4Т_z. Для карбюраторных двигателей а = 1, тогда А₂ = 20,2+(0,92/1) = 21,12,

В₂ = 15,5+(13,8/1)*10^-4Т_z = 29,3*10^-4Т_z

кДж/кМоль·К

1.1.5.Расчет процесса расширения

В результате процесса расширения происходит преобразование тепловой энергии заряда в механическую работу. Основными характеристиками процесса являются давление Р_в = 0,35….0,6 МПа и температура Т_в = 1200….1500 К в конце процесса и средний показатель политропы расширения n₂. Для упрощения расчета допускают, что расширение происходит по политропному процессу со средним показателем политропы n₂ = 1,23….1,30. Давление Р_в, МПа и температура Т_в, К конца расширения определяют для точки «в» по уравнению политропного процесса:

, МПа (2.15)

, К (2.16)

(2.17)

Расчет процесса расширения завершает расчет параметров рабочего тела в характерных точках цикла. Правильность выбора исходных температуры и давления остаточных газов проверяется по формуле:

, К (2.18)

2.1.6. Расчет показателей рабочего цикла и двигателя.

Оценку рабочего цикла проводят по индикаторным показателям, среди которых важны прежде всего среднее индикаторное давление, индикаторная мощность, индикаторный КПД, удельный индикаторный расход топлива. Работу двигателя в целом оценивают по эффективным показателям – среднему эффективному давлению, эффективной мощности, эффективному КПД, удельному расходу топлива.

Расчет индикаторных показателей двигателя:

Среднее индикаторное давление цикла Р_i - это условное постоянное давление, при котором за один ход поршня совершается работа, равная индикаторной работе цикла L_i. Действительное среднее индикаторное давление для двигателя с распределенным впрыском бензина определяется по

формуле:

, МПа (2.19)

= 0,6….1,4 МПа

= 0,92….0,97 - коэффициент полноты индикаторной диаграммы

Индикаторный КПД характеризует степень использования в действительном цикле теплоты топлива для получения индикаторной работы

и представляет собой отношение количества теплоты, которое пошло на совершение полезной работы, ко всей теплоте затраченного топлива. Индикаторный КПД определяется по формуле:

(2.20)

0,26….0,4

М_с – количество молей газов, находящихся в цилиндре в начале сгорания.

Совершенство цикла, его топливная экономичность может быть оценена величиной удельного индикаторного расхода топлива, характеризующего затраты топлива в граммах на получение единицы мощности в 1 кВт при работе в течении 1 часа, т.е.:

Для бензинового топлива = 235….320 г/кВт ч:

, г/кВт ч (2.21)

Индикаторная мощность определяется по формуле:

(2.22)

, л – рабочий объем цилиндра;

= 4 – число цилиндров;

= 4 – коэффициент тактности

2.1.7. Расчет эффективных показателей двигателя

Средне давление механических потерь , по которому оценивают потери на преодоление внутренних сопротивлений, определяется по эмпирической зависимости:

, МПа (2.23)

, об/мин – частота вращения вала двигателя;

, МПа; , МПа – эмпирические коэффициенты для двигателя с распределенным впрыском бензина.

Среднее эффективное давление Р_е представляет собой отношение эффективной работы на коленчатом валу двигателя к величине рабочего объема цилиндра. Величина Р_е может быть определяется по формуле:

(2.24)

= 0,6….1,1 МПа;

Механический КПД характеризует относительный уровень механических потерь и определяется как отношение среднего эффективного давления к индикаторному:

(2.25)

=0,7….0,9;

В целом топливная экономичность двигателя с учетом всех потерь теплоты, в том числе и механических, может характеризоваться величиной эффективного КПД η_е или удельного эффективного расхода топлива g_е.

Эффективным КПД называется отношение количества теплоты, эквивалентной эффективной работе, получаемой на коленчатом валу двигателя, к общему количеству теплоты, внесенной в двигатель с топливом. Эффективный КПД определяется выражением:

(2.26)

= 0,25….0,33;

Удельный расход топлива g_е показывает, сколько топлива расходует двигатель для получения единицы мощности в течении часа работы и определяется по формуле:

, г/кВтч (2.27)

= 250….330 г/кВтч

При известном удельном расходе топлива и заданной эффективной мощности можно определить часовой расход топлива G_т, кг/ч:

, кг/ч (2.28)

2.1.8. Определение основных размеров и сравнительных

параметров двигателя.

Основными размерами двигателя, определяющими величину рабочего объема , являются диаметр цилиндра D и ход поршня S.

Соотношение хода поршня к диаметру цилиндра S/D = 0,7….1,0, определяем диаметр цилиндра по формуле:

, мм (2.29)

Сравнительные параметры, предназначенные для оценки тепловой и динамической напряженности работы двигателя. К ним относятся удельная литровая мощность и удельная поршневая мощность:

, кВт/л (2.30)

, кВт/м² (2.31)

2.1.9. Тепловой баланс

Тепловой баланс двигателя характеризует распределение теплоты топлива, поступившего в цилиндры двигателя. Расчет составляющих теплового баланса позволяет оценить совершенство организации рабочего процесса двигателя, определить величины тепловых потерь в систему охлаждения и с отработавшими газами, определить резервы в улучшении топливной экономичности двигателя.

Уравнение теплового баланса может быть представлено в виде:

(2.32)

– теплота, введенная в цилиндры двигателя с топливом

_,кДж/ч (2.33)

– теплота, превращенная в полезную (эффективную) работу

, кДж/ч (2.34)

– теплота, отведенная в систему охлаждения и смазочную систему

(2.35)

где = 1,62….1,91 – эмпирический коэффициент пропорциональности;

- число цилиндров двигателя;

D – диаметр цилиндра, см;

n – частота вращения коленчатого вала, об/мин;

m = 0,6….0,7 – эмпирический коэффициент;

- низшая теплота сгорания, кДж/кг

- потери теплоты на химическую неполноту сгорания топлива, кДж/кг;

- коэффициент избытка воздуха;

– теплота, унесенная с отработавшими газами

, кДж/ (2.36)

где , - молярные теплоемкости продуктов сгорания и свежего заряда, кДж/(кмоль град);

- часовой расход топлива, кг/ч;

- температуры отработавших газов и свежего заряда, К;

- теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива, при α > 1 Q_нс = 0 кДж/ч;

– остаточный член теплового баланса, характеризующий неучтенные потери теплоты и точность расчета теплового баланса, кДж/ч

(2.37)

Дата добавления: 2015-06-30; просмотров: 653; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!