для карбюраторных двигателей xz=0,85...0,9.
1.9 Коэффициент степени повышения давления
Для двигателей с искровым зажиганием величина l определяется в процессе расчета.
1.10 Коэффициент скругления индикаторной диаграммы
Расчет максимальных значений температуры и давления рабочего цикла в двигателях с искровым зажиганием, со сгоранием смеси и подводом теплоты при V=const, дает несколько завышенные значения, по сравнению с получаемыми при экспериментальных исследованиях. В реальном двигателе процесс сгорания занимает некоторый промежуток времени (30...50)оп.к.в. и захватывает часть процесса расширения. Поэтому максимальное значение давления и температуры смещены обычно на (15...20)оп.к.в. после ВМТ и имеют более низкие значения. В связи с этим при построении индикаторной диаграммы и определения действительного значения Pzд вводим поправочный коэффициент снижения максимального давления fд=0,85.
1.11 Степень сжатия двигателя
В качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания, используют бензин, дизельное топливо или газообразные топлива. Основным показателем для бензина является его октановое число. Его значение характеризует антидетонационную стойкость топлива. С целью обеспечения нормальной работы двигателя необходимо, чтобы октановому числу бензина соответствовало и определенное значение степени сжатия.
Все другие значения исходных данных: ход поршня двигателя прототипа - Snn, отношение радиуса кривошипа к длине шатуна - l, отношение хода поршня к диаметру цилиндра Sп/Dц проектируемого двигателя, номинальная мощность - Ne кВт, частота вращения n мин-1 и число цилиндров выбираем и заносим в таблицу исходных данных на основе технической характеристики двигателя прототипа и полученного задания на проектирование двигателя.
Исходные данные к расчету (см. таблицу 1).
2 Тепловой расчет параметров и оценочных показателей рабочего
цикла двигателя
2.1 Расчет процесса газообмена
Протекание газообмена в цилиндре двигателя включает удаление из цилиндра отработавших газов и наполнение его свежим зарядом. Задачей расчета процесса газообмена является определение следующих конечных его параметров.
1)Давление и температура заряда в начале сжатия – ра,Та;
2)коэффициент остаточных газов - gr,
3)коэффициент наполнения – hv.
Для определения их значений в начале определим:
плотность воздуха окружающей среды
(1) 1,417 кг/м3;среднюю скорость смеси (воздуха) на впуске в сечении клапана из уравнения с учетом диаметра цилиндра, хода поршня прототипа
(2) 87,12 м/с;принимаем Wсм=87 м/с
где Sпп - ход поршня для двигателя, рекомендуемого прототипа.
Тогда давление в процессе впуска и к началу такта сжатия - Р, равно
;(3) 0,091 МПа;Коэффициент остаточных газов – gr характеризует качество очистки цилиндра и содержание остаточных газов в рабочей смеси. Определяем из соотношения
(4) 0,057;где Тr, рr, — соответственно температура и давление остаточных газов, К и МПа;
e - степень сжатия двигателя;
DТ - степень подогрева смеси на впуске, К;
Т0 - температура окружающей среды.
Температура рабочей смеси в конце впуска несколько возрастает за счет подогрева от стенок впускного трубопровода, цилиндра, камеры сгорания и при перемешивании с горячими остаточными газами. Ее значение определяется из зависимости:
(5) 347,209К;Основным оценочным показателем совершенства организации процесса газообмена является коэффициент наполнения цилиндра определяем его значения из выражения:
(6) 0,8;2.2 Расчет процесса сжатия
Основное назначение процесса сжатия - повышение термодинамических параметров состояния рабочей смеси и ее концентрация в небольшом по геометрическим размерам ограниченном объеме камеры сгорания перед воспламенением. Процесс сжатия смеси в двигателе происходит при движении поршня от HMT к ВМТ. Носит политропный характер с переменным показателем политропного процесса n1.
Определение его текущего значения является весьма затруднительным. В связи, с чем принимается, что процесс происходит по политропе с постоянным значением показателя политропного сжатия. Его начальное значение принимаем из исходных данных, а более близкое значение определяем методом последовательных приближений в процессе расчета с заданной степенью приближения по уравнению:
(7) 1,35.топливо двигатель кривошипный шатунный
Значения давления рс и температуры Тс в конце сжатия определяем из соотношения зависимостей термодинамических параметров для политропного процесса:
(8) 1,635МПа; (9) 734,324 К.2.3 Определение состава, количества и физико-технических
характеристик рабочей смеси и продуктов сгорания
В первой половине рабочего цикла карбюраторного двигателя рабочим телом является рабочая смесь в составе воздуха, паров топлива и остаточных газов. Во второй части рабочего цикла, после завершения окисления топлива в процессе сгорания, рабочим телом является продукты сгорания. Для определения параметров термодинамического состояния рабочего тела после подвода теплоты в процессе сгорания необходимо определить состав, количество и физико-технические характеристики его составляющих. Определение выполняется в расчете на сгорание одного кг топлива.
Определим теоретическое количества воздуха необходимое для обеспечения полного сгорания одного кг топлива:
В килограммах:
(10) 15,118 ;где От - содержание кислорода в составе топлива;
С - содержание углерода в составе одного кг топлива (по заданию 0,848);
Н - содержание водорода в составе одного кг топлива (по заданию 0,152).
В киломолях:
(11) 0,524 .В зависимости от типа двигателя и режима работы количество поступающего воздуха на каждый 1 кг топлива может быть меньше или больше. Отношение этого действительного количества воздуха lg к теоретически необходимому для обеспечения полного сгорания топлива l0, определяет состав рабочей смеси и оценивается коэффициентом избытка воздуха - a. Его значение для проектируемого двигателя определено заданием. Тогда количество свежей смеси М1 при использовании одного кг топлива для карбюраторных, двигателей составит:
(12) 0,524 ;где mT- молекулярная масса топлива.
Теплоту, которая выделяется при полном сгорании 1 кг топлива без учета конденсации водяного пара в продуктах сгорания, принимаем согласно исходным данным - Hu.
Так как согласно задания коэффициент избытка воздуха a=0.9, поэтому количество не выделившейся теплоты вследствие недогорания DHuхим =628,538 кДж/кг.
Количество выделившейся теплоты при сгорании смеси равно:
(13) .Средняя мольная теплоемкость свежей смеси в конце сжатия и в интервале температур (0...1500)оС принимается равной:
(14) .