Поверочный расчёт двигателя внутреннего сгорания автомобиля ВАЗ 2106 (стр. 3 из 12)

2.2.1 Топливо

Топливом для рассчитываемого двигателя служит бензин А-92

по ГОСТ 2084-77.

1. Основным параметром, характеризующим тип двигателя, является величина степени сжатия e равной в нашем случае 8,5.

2. Средний состав топлива для бензина принимают: С = 85,5 %, Н = 14,5 %;

3. Молекулярная масса бензина находится в пределах 110 – 120 кг/кмоль примем m_т =115 кг/кмоль.

4. Низшая теплота сгорания топлива

в кДж/кг:

где

и – массовые доли серы и влаги в топливе.

В расчетах принимается

; .

2.2.2 Параметры рабочего тела

1. Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива

кмоль возд./кг топл.;

кг возд./кг топл.

2. С целью получения достаточно экономичного двигателя с меньшей токсичностью продуктов сгорания коэффициент избытка воздуха a выбирается в пределах a=0,95–0,98. Принимаем a=0,97.

3. Количество горючей смеси

кмоль гор. см./кг топл.

4. Показатель, зависящий от отношения количества водорода к оксиду углерода, содержащихся в продуктах сгорания для бензина находится в пределах K=0,45–0,5. Количество отдельных компонентов продуктов сгорания при K=0,5

кмоль CO₂/кг топл.;

кмоль CO/кг топл.;

кмольH₂O/кг топл.;

кмольH₂/кг топл.;

кмольN₂/кг топл.

5. Общее количество продуктов сгорания

кмоль пр.сг./кг топл.

2.2.3 Параметры окружающей среды и остаточные газы

1. При работе двигателя без наддува давление и температура окружающей среды равны соответственно p_k = p₀ = 0,1 МПа и T_k = T₀ = 293 К.

2. Температура остаточных газов Т_r зависит от коэффициента избытка воздуха a и скоростного режима двигателя. Температура остаточных газов при частоте вращения коленчатого вала n_N = 5400 об/мин составляет Т_r = 1055 К

[1, рис. 5.1]. .

3. Давление остаточных газов на номинальном скоростном режиме составляет

p_rN = 1,18p₀ = 1,18 · 0,1 = 0,118 МПа.

Величина давления остаточных газов на режиме максимального крутящего момента при n_M = 3200 об/мин составит

МПа,

где

.

2.3 Процесс впуска

2.3.1 Температура подогрева свежего заряда

Величина подогрева заряда DT зависит от расположения и конструкции впускного трубопровода, системы охлаждения, наличия специального устройства для подогрева и быстроходности двигателя. Температура подогрева свежего заряда для двигателей с воспламенением от искры принимается в пределах DT = 0–20 º. Принята DT_N = 17 º [1, С. 67].

Величина температуры подогрева свежего заряда на режиме максимального крутящего момента при n_M = 3200 об/мин составит

º,

где

.

2.3.2 Плотность заряда на впуске

Плотность заряда на впуске, кг/м³

,

где R_в – удельная газовая постоянная для воздуха, Дж/(кг·град).

Для воздуха значение удельной газовой постоянной определяется по формуле, Дж/(кг·град)

,

где R – универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль·град); μ_в – масса 1 кмоль воздуха кг/кмоль.

R = 8315 Дж/(кмоль·град) [1, С. 68];

μ_в = 28,96 кг/кмоль [1, С. 49].

Удельная газовая постоянная для воздуха

Дж/(кг·град).

Плотность заряда на впуске

кг/м³.

2.3.3 Потери давления на впуске

Потери давления на впуске определяются по формуле, МПа

,

где β – коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом сечении цилиндра; ξ_вп – коэффициент сопротивления впускной смеси, отнесенный к наиболее узкому ее сечению; A_n – параметр; n – частота вращения коленчатого вала в расчетном режиме, об/мин.

Параметр A_n

,

где w_вп – средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы, м/с.

По опытным данным в современных автомобильных двигателях на номинальном режиме (β² + ξ_вп) = 2,5–4,0 и w_вп = 50–130 м/с [1, С. 67]. В соответствии со скоростным режимом (n_N = 5400 об/мин) и при учете качественной обработки внутренних поверхностей впускной системы принято (β² + ξ_вп) = 3; w_вп = 100 м/с.

Параметр A_n

.

Потери давления на впуске

МПа.

2.3.4 Давление в конце пуска

МПа.

2.3.5 Коэффициент остаточных газов

Коэффициент остаточных газов для четырехтактных двигателей с учетом продувки и дозарядки цилиндра определяется по формуле

,

где j_оч – коэффициент очистки; j_доз – коэффициент дозарядки; e – степень сжатия.

Для карбюраторного двигателя без наддува принимается коэффициент очистки j_оч = 1, а коэффициент дозарядки на номинальном скоростном режиме j_доз = 1,10 [1,С. 109].

Для режима максимального крутящего момента при n_M = 3200 об/мин коэффициент дозарядки составит j_доз = 1,02 [1, рис. 5.1].

Коэффициент остаточных газов

.

2.3.6 Температура в конце впуска

К.

2.3.7 Коэффициент наполнения

2.4 Процесс сжатия

2.4.1 Показатель политропы сжатия

При степени сжатия e = 8,5 и температуре в конце пуска T_a = 348 К

Средний показатель адиабаты сжатия

=1,3762

Показатель политропы сжатия n₁, учитывая характер теплообмена в процессе сжатия, всегда будет иметь меньшее значение, чем показатель адиабаты.

Показатель политропы сжатия

1,375

2.4.2 Давление в конце сжатия

МПа.

2.4.3 Температура в конце сжатия

К.

2.4.4 Средняя мольная теплоёмкость в конце сжатия

а) свежей смеси (воздуха)

кДж/(кмоль·град),

где t_c = T_c – 273 = 776 – 273 = 503 ºС;

б) остаточных газов [1, табл. 3.8]

– определяется значение теплоемкости остаточных газов при t = 400 ºС и α = 0,97.

При коэффициенте избытка воздуха α = 0,95 теплоемкость остаточных газов равна 23,586 кДж/(кмоль·град) [1, табл. 3.8]; при коэффициенте избытка воздуха α = 1,00 теплоемкость остаточных газов равна 23,712 кДж/(кмоль·град) [1, табл. 3.8]. Т.о. при разности коэффициентов избытка воздуха Δα = 1,00 – 0,95

= 0,05, разность теплоемкостей составит

кДж/(кмоль·град). Т. к. в расчете принят коэффициент избытка воздуха α = 0,97, то разность между ним и ближайшим меньшим табличным α составит

Δα_р = 0,97 – 0,95 = 0,02. Тогда значение теплоемкости составит

кДж/(кмоль·град);

– определяется значение теплоемкости остаточных газов при t = 500 ºС и α = 0,97.

При коэффициенте избытка воздуха α = 0,95 теплоемкость остаточных газов равна 24,014 кДж/(кмоль·град) [1, табл. 3.8]; при коэффициенте избытка воздуха α = 1,00 теплоемкость остаточных газов равна 24,150 кДж/(кмоль·град) [1, табл. 3.8]. Т.о. при разности коэффициентов избытка воздуха Δα = 1,00 – 0,95 = 0,05, разность теплоемкостей составит

кДж/(кмоль·град). Т. к. в расчете принят коэффициент избытка воздуха α = 0,97, то разность между ним и ближайшим меньшим табличным α составит Δα_р = 0,97 – 0,95 = 0,02. Тогда значение теплоемкости составит