I. Определение основных показателен двигатели
Эффективные показатели
Крутящий момент
MK=955ONе/n, Н м, (I)
где Ne - эффективная мощность, кВт (прилож. 1); п - частота вращения коленвала, об./мин (прилож. I).
Среднее эффективное давление
Ne ‘ 30 τ
Pе = ----------- MПa, (2)
Vh.i-n
где τ - коэффициент тактности двигателя (для четырехтактных τ = 4, для двухтактныхτ = 2); Vh - рабочий объем цилиндра, л; 1 - число цилиндров.
Эффективный КПД
Qe 3600
ne = ------ = --------- (3)
Q Ни ge
где Qe - количество тепла, эквивалентное эффективной рабочего двигателя, кДж; Q - общее количество тепла, поступившее и двигатель при сгорании топлива, кДж; Ни - низшая теплота сгорания топлива, определяется исходя их молекулярного состава топлива (для дизельных топлив Hu = 42,5 МДж/кг; для бензиновых - Ни= 43,9 МДж/кг); gc - удельный эффективный расход топлива, г/кВт ч (прилож. 1).
Часовой расход топлива
Ne qe Ni qi ,
Gт=- ---------- = --------- кг\ч (4)
1000 1000
где qi ,- 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
|
|
рmn= а +b cn , МПа {5)
где cn - Средняя скорость поршня, м/с (может быть подсчитана по формуле cn = 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
Pmn Vh I n
N mn = ------------------- , кВт. (6)
30 τ
Механический КПД
Ne Ne
ηм = ------- = -------------- (7)
Ni Ne + Nmn
Индикаторные показатели
Среднее индикаторное давление
|
|
pi= pe + p mn МПа. (8)
Индикаторная мощность
Ni = Ne + Nмn . кВт. (9)
Индикаторный КПД
Qi ηe
ni = ---- = ------ ,
Q ηм (10)
где Qj - количество тепла, эквивалентное индикаторной работе газов в цилиндре двигателя, кДж.
Удельный индикаторный расход топлива
3600
qi = ----------- 103 , г/кВт ч. (11)
Hn ηi
Для современных дизелей gi = 170...220 г/кВт ч
для карбюраторных двигателей gi = 210...290 г/кВт ч
для бензиновых с впрыском gi = 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
рг = ро +Δрr, МПа (12)
где ро - давление окружающей среды (ро = 0,1 МПа); Δрг - 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
рг = (1,05... 1,25) ро для двигателей без наддува;
|
|
pf = (0,75...0,95) рк для двигателей с наддувом,
где рк - давление надувочного воздуха после компрессора
(прилож. 1), в общем случае для автотракторных ДВС рк = (1,4„.2,0) р0
Значение температуры газов в конце выпуска Тг также выбирают ориентировочно из интервалов: 700...900 К для дизелей, и 900...1100 К для бензиновых двигателей, причем двигателюс наддувом соответствуют большие значения Тг.
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 pr
для двигателей без наддува γ = ------------ . ------- (13)
Tr ε pa - pr
Tk +ΔT pr
для двигателей с наддувом γ = ----------- -------- (14)
Tr ε pa - pr
где То - температура окружающей среды, К (То = 298 К); Тк -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 ра 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 = ро -Δ ра, МПа; (15)
для двигателейс наддувом ра = рк — Δ рак, МПа, (16)
где Δ ра - потери давления на впуске двигателя без наддува, МПа; Δ рак - потери давления па впуске двигателя с наддувом МПа;р0 - давление окружающей среды, ро = 0,1 МПа,
рк - давление надувочного воздуха после компрессора, МПа (прилож. 1)
Для четырехтактных ДВС потери давления можно ориентировочно подсчитать по эмпирическим формулам Δ ра =(0,03...0,18)ро, МПа;
Δ рак = (0,04...0,10) рк, МПа.
Температура в конце впуска для четырехтактного ДВС
для двигателей без наддува Т0 + ΔТ + γ Тr
Та =------------------ , К, (17)
1+ γ
Тк + ΔТ + γ Тr
для двигателей с наддувом Та =-------------------, К, (18)
1+ γ
гдеΔ Т - подогрев свежего заряда во впускной магистрали, 0С (принимается по табл. 3); Тк - температура газов после компрессора, К;
nk - 1
Рк nk
гк = Т0 (-------) , (19)
P0
где nk - показатель политропы сжатия воздуха в компрессоре (для центробежных компрессоров nк = 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 Pa Pr T0
для ДВС без наддува η v = ----- (ε ------ - ------ ) ---------- ; (20)
ε-1 P0 P0 T0 + ΔT
1 Pa Pr Tк
для ДВС с наддувом η v = ----- (ε ------ - ------ ) ---------- ; (21)
ε-1 Pк Pк Tк+ 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
Рс = ра εп', МПа; (22)
Тс=Та εп'-', 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
Qс + Qcr, = Qz, (24)
где Qc - количество тепла в газе в конце сжатия (до начала сгорания), кДж; Qcr- количество тепла, выделившегося при сгорании топлива и переданного сжатому газу, кДж;
Qz - количество тепла в газе после сгорания топлива, кДж.
Для дизельного двигателя
Qc + Qcr=Qz + Qz-z, (25)
где Qz: г - количество тепла, затраченного на работу расширения газов при движении поршня от ВМТ до расчетного конца сгорания, кДж.
Температура газов вконце сгорания Тz определяется по уравнениям сгорания, выраженным через параметры состояния газов [2]:
для бензинового двигателя при α<1
£ Hn + (mcv')Tc= µ(mc v'') Tz;
для дизельного двигателя
£ Hn + (mcv' + 8,31λ) ТС+ 2270(λ -µ) = µ (mср") Тz.
Значение Тz также можно выбрать из таблицы 6, учитывая, что дизелям с наддувом соответствуют большие значения температуры.
Давление газов в конце сгорании Pz ориентировочно определяется по эмпирическим выражениям
для дизельных двигателей
рz = λр рс, МПа; (26)
для бензиновых двигателей
Рz= µ Тz рс / Tc , МПа (27)
где µ - коэффициент молекулярного изменения (µ = 1,01... 1,05); λр = Рz /Pc - степень повышения давления, показывающая увеличение давления газов в цилиндре ДВС в процессе сгорания.
Величину λрподсчитать теоретически довольно сложно, поэтому ее значение принимают ориентировочно в зависимости от способа смесеобразования:
для дизелей
с предкамерным или вихрекамерным смесеобразованием λр = 1,2... 1,4;
с пленочным объемно-пленочным смесеобразованием λр = 1,4... 1,8;
с объемным смесеобразованием λр = 1,6...2,5;
для бензиновых двигателей λр = 3,0.. .4,0;
для газовых двигателей λр = 3,0.. .5,0.
Подобрав значения Тz и λр рассчитывают значения рz 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
ра = рz / ε n2 , МПа (28)
Tz
TB= ----------- , К (29)
ε (n2-1)
Для дизеля
рв=рz/δn2, Мпа (30)
Tz
TB= ----------- , 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 = Vb/Vz = 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 = Vz /Vc = Vz /Vz- = µ Тz /(λр Тс). (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! |
Мы поможем в написании ваших работ!