Модернизация системы охлаждения двигателя Газели (стр. 9 из 19)

кДж/(кмоль·град).

3.6 Процесс сгорания

В ходе этого процесса химическая энергия топлива превращается в тепловую, которая затем распределяется по частям так: переходит в механическую работу, идет на повышение внутренней энергии газов; передается окружающим поверхностям деталей и через них переходит к охлаждающей жидкости или к воздуху; из топлива не выделяется из-за неполного его сгорания; теряется за счет диссоциации газов при высоких температурах.

Наиболее интенсивно топливо сгорает на участке индикаторной диаграммы c-z который называют участком видимого сгорания.

Экспериментально установлено, что на участке c-z, топливо всегда сгорает не полностью, а догорает далее в процессе расширения.

1) Коэффициент молекулярного изменения свежей смеси:

(3.23)

2) Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси:

(3.24)

3) Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания:

кДж/кг (3.25)

4) Теплота сгорания рабочей смеси:

кДж/кмоль раб.см. (3.26)

5) Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания:

(3.27)

6) Коэффициент использования теплоты x_zзависит от режима работы двигателя, способа смесеобразования, условий охлаждения камеры сгорания, степени диссоциации газов и быстроходности двигателя.

Принимаем x_z = 0.93.

7) Температура в конце видимого процесса сгорания

(3.28)

откуда t_z=2623°С

К (3.29)

8) Максимальное давление сгорания теоретическое:

МПа (3.30)

9) Максимальное давление сгорания действительное:

МПа (3.31)

10) Степень повышения давления:

(3.32)

3.7 Процессы расширения и выпуска

В начале процесса расширения, который условно начинается в момент достижения в цилиндре максимальной температуры цикла, продолжается подвод теплоты к рабочему телу, затем расширение происходит с отводом теплоты к стенкам. Догорание в процессе расширения происходит вследствие несовершенства перемешивание воздуха с топливом, недостаточного времени на сгорание. Интенсивный теплообмен между рабочим телом и стенками днища поршня, головки цилиндров, гильзы осуществляется в течение всего процесса расширения и различен для разных его участков. В результате влияния догорания топлива, восстановления продуктов диссоциации, охлаждения расширяющихся газов, утечки газов через неплотности поршневых колец и клапанов действительный процесс расширения протекает с переменным значением показателя политропы.

Средний показатель адиабаты расширения k₂ определяется по монограмме [1, рис.4.8] при заданном e для соответствующих значений a и T_z, а средний показатель политропы расширения n₂ определяется по величине среднего показателя адиабаты.

1) Давление в конце процесса расширения:

МПа (3.33)

2) Температура в конце процесса расширения:

К (3.34)

3) Проверка ранее принятой температуры остаточных газов:

К (3.35)

%, что допустимо (3.36)

3.8 Индикаторные параметры рабочего цикла

Средним индикаторным давлением р_i называют условное постоянное давление газов, которое, воздействуя на поршень, за один его ход от ВМТ к НМТ совершает работу, равную работе за один рабочий цикл.

1) Теоретическое среднее индикаторное давление:

(3.37)

МПа

В действительном рабочем цикле среднее индикаторное давление получается меньше, с одной стороны, из-за округления индикаторной диаграммы у расчетных точек с, z и в, вследствие начала горения топлива до ВМТ, начала открытия выпускного клапана до НМТ; а с другой – из-за наличия насосных потерь при впуске и выпуске. Потери на округление учитываются коэффициентом полноты j_и индикаторной диаграммы.

2) Среднее индикаторное давление:

МПа (3.38)

где j_и=0.96 – коэффициентом полноты индикаторной диаграммы.

Экономичность протекания действительного цикла оценивается двумя показателями: индикаторным КПД h_i и удельным расходом топлива g_i на единицу индикаторной мощности в единицу времени.

3) Индикаторным КПД называется отношение теплоты, обращенной в механическую работу цикла, к теплоте, сгорания топлива:

(3.39)

Значения индикаторного КПД h_i всегда ниже термического КПД h_t, так как он учитывает не только отвод теплоты к холодному источнику, но и потери, связанные с неполнотой сгорания, отводом теплоты к стенкам и с отработавшими газами, диссоциацией, утечками газа через неплотности и т.д.

4) Индикаторный удельный расход топлива:

г/(кВт·ч) (3.40)

Индикаторная мощность не может быть полностью передана потребителю, поскольку некоторая ее часть неизбежно затрачивается на преодоление различных сопротивлений внутри двигателя. Эту часть мощности называют мощностью механических потерь. К ней относится мощность, затрачиваемая: на трение между движущимися деталями двигателя (например, трение поршней и поршневых колец), движущимися деталями с воздухом, маслом (маховик, шатун и др.); приведение в действие вспомогательных агрегатов и устройств двигателя (насосов, генератора и др.); очистку и наполнение цилиндра (насосные потери); привод нагнетателя (при механическом приводе от коленчатого вала).

3.9 Эффективные показатели двигателя

1) Предварительно приняв ход поршня S= 92 мм, получим значение средней скорости поршня при n_N=4500 мин^-1

м/с (3.41)

2) Среднее давление механических потерь:

МПа (3.42)

3) Среднее эффективное давление:

МПа (3.43)

4) Механический КПД

(3.44)

Показателями экономичности работы двигателя в целом (а не только его действительного цикла) служат удельный эффективный расход топлива g_e и эффективный КПДh_е.

5) Эффективный КПД:

(3.45)

6) Эффективный удельный расход топлива:

г/(кВт·ч) (3.46)

3.10 Основные параметры цилиндра и двигателя

1) Литраж двигателя

л (3.47)

где t = 4 – количество тактов двигателя.

2) Рабочий объем одного цилиндра:

л (3.48)

где i= 4 – количество цилиндров двигателя.

3) Диаметр цилиндра. Так как ход поршня предварительно был принят S= 81 мм, то:

мм (3.49)

Окончательно принимаем D=93 мм, S= 92 мм.

Основные параметры и показатели двигателя определяем по окончательно принятым значениям

и :

Площадь поршня:

см² (3.50)

Литраж двигателя:

л (3.51)

Мощность двигателя:

кВт (3.52)

Литровая мощность двигателя:

кВт/л (3.53)

Крутящий момент:

Нм (3.54)