Тепловой расчет цикла четырехтактного бензинового двигателя

Тепловой расчет цикла четырехтактного бензинового двигателя

Целью расчета является определение эффективных показа­телей и основных размеро

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

в цилиндра четырехцилиндрового бен­зинового двигателя с использованием стандартных возможностей современных персональных компьютеров.

 

Основные расчетные зависимости для бензинового двигателя

1.1 Исходные данные

Расчет производится для номинального режима работы дви­гателя. Исходными данными для этого расчета являются:

- номинальная эффективная мощность N_e = 140, кВт;

- номинальная частота вращения коленчатого вала n = 1900, мин^-1;

- степень сжатия ɛ = 17,3;

- число цилиндров двигателя i = 6;

- коэффициент избытка воздуха α = 1.86.

 

1.2 Параметры топлива

Для бензинового двигателя средний элементарный состав то­плива принимается равным: С = 0,87; Н = 0,126; О = 0,004 где С, Н и О - массовые доли соответственно углерода, водорода и кислорода. Молекулярная масса топлива принимается равной m_T= 115 кг/моль.

Низшая теплота сгорания топлива определяется по формуле Д.И. Менделеева

 

Ни=42437,4 кДж/кг

Параметры рабочего тела

Теоретически необходимое количество воздуха для сгора­ния 1 кг топлива:

L₀=0.4994 кмоль/кг

l₀=14.4522

Количество свежего заряда

М₁=0,9289

Общее количество продуктов сгорания

М₂=0,9605

 

Параметры окружающей среды и остаточных газов

Давление окружающей среды Р_o = 0,1МПа.

Температура окружающей среды Т_o = 293К.

Температура остаточных газов T_r = 750 К.

Давление остаточных газов Р_r = 0,12 Мпа.

Большие значения Т_r и Р_r принимаются для двигателей с высокой частотой вращения коленчатого вала.

Расчет параметров процесса впуска

Температура подогрева свежего заряда

 

Плотность свежего заряда перед впускными органами дви­гателя

Коэффициент газодинамических потерь во впускной систе­ме двигателя

Скорость движения заряда во впускной системе двигателя

Потери давления во впускной системе двигателя

Давление в цилиндре в конце процесса впуска

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Коэффициент остаточных газов

Температура заряда в конце процесса сжатия

 

Коэффициент наполнения

 

Параметры процесса сжатия

Давление в конце сжатия	Pc	4,32	МПа
Температура в конце сжатия	Тс	901,63	К
Средние значения политропы сжатия	n1	1,35

 

Параметры процесса сгорания

Величина коэффициента использования теплоты в точке Z индикаторной диаграммы при работе двигателя с полной нагрузкой изменяется в пределах:

Ртьпрь

 

Дизели с неразделенными камерами сгорания 0,75-0,90

Дизели с разделенными камерами сгорания 0,70-0,85

Коэффициент использования теплоты

ξz = 0,8500

Теплота сгорания рабочей смеси

Нр.с.=44159,5 кДж/кмоль

Мольная теплоемкость свежего заряда

μСv'=21,73 кДж/кмоль·град.

Теоретический коэффициент молекулярного изменения:

β0=1,034

Действительный коэффициент молекулярного изменения:

β=1,033

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Степень повышения давления λ оценивается по опытным данным и изменяется в пределах:

• Дизели с неразделенными камерами сгорания и объемным смесеобразованием λ = 1,6-2,5
• Дизели с вихрекамерными и предкамерными способами образования λ=1,2-1,8
• Для дизелей с наддувом с целью обеспечения допустимых значений температур и давлений значения λ следует принимать в пределах λ=1,2-1,6

Большие значения λ принимаются для дизелей с низким наддувом.(примерно до значений Pк ≤ 0,15 Мпа) и меньшие значения λ - для дизелей с высоким наддувом(примерно Pк ≤ 0,2 Мпа

λ = 2,00

Мольная изобарная теплоемкость продуктов сгорания: μСp'' 46,041 кДж/кмоль·град.

После оценки праметров в левой части уравнения сгорания получим численное значение коэффициента С:

С=72119,24

После подстановки в правую часть уравнения сгорания развернутого выражения для μСp'' получим численные значения коэффициентов квадратного уравнения А и В.

А=0,0024

В=29,9499

С учетом численных значений коэффициентов А, В и С для определения максимальной температуры в процессе сгорания получаем квадратное уравнение А·Tz² + B·Tz - C = 0, откуда

Tz=2069,47 K

По опытным данным значения Tz для дизелей изменяются в пределах 1800 - 2300 К

Максимальное давление сгорания Pz=8,63 МПа

Степень предварительного расширения ρ=1,19

 

Расчет и построение индикаторной диаграммы бензинового двигателя

Исходные данные

Диаметр цилиндра	D	0,137	м
Ход поршня	S	0,144	м
Степень сжатия	ε	17,3
Рабочий объем цилиндра	Vs	0,0021	м^3
Объем камеры сгорания	Vc	0,0001
Полный объем цилиндра	Vа	0,0023	м^3
Степень предварительного расширения	ρ	1,1854
Объем цилиндра в точке Z индикаторной диаграммы	Vz	0,000154	м^3

Последующие расчеты текущих давлений на линии сжатия и расширения выполняются в табличной форме. Заполнение таблицы производится по следующему алгоритму.

1. В первый столбец заносятся значения угла поворота коленчатого вала φ в градусах а интервале от 0° до 90° с шагом Δφ = 5°, а в интервале от 100° до 180° с шагом Δφ = 10°.

2. Во второй столбец таблицы заносятся значения угла поворота коленчатого вала φ в радианах. Переход от градусной меры к радианам осуществляется по формуле

3. В третий столбец таблицы заносятся значения перемещения поршня в диапазоне изменения угла поворота коленчатого вала от 0° до 180°. Вычисления производятся по формуле

где значения угла φ выражены в радианах.

4. В четвертом столбце таблицы производятся вычисления текущего объема надпоршневого пространства V_x при повороте коленчатого вала на угол от 0° до 180° Вычисления производятся по формуле

где S - текущее перемещение поршня от ВМТ до НМТ.

5. В пятом столбце таблицы производятся вычисления текущих значений степени сжатия ɛ_x в интервале изменения угла φ от 0° до 180°. т.е. при перемещении поршня от ВМТ и НМТ. Вычи

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

сления выполняются по формуле

где V_a - полный объем цилиндра. (подставляется в формулу фиксированное значение V_a, из четвёртого столбца при φ =180°).

6. В шестой столбец заносится фиксированное значение давления в конце процесса наполнения Р_а, которое заимствуется из расчета рабочего цикла двигателя.

7.В седьмой столбец заносится фиксированное значение давления в конце процесса расширения Р_в, которое заимствуется из расчета цикла двигателя.

8.В восьмом столбце производятся вычисления текущего давления в процессе сжатия Р_хс. Расчет выполняется по формуле

где n₁ - средний показатель политропы сжатия, численное значение которого заимствуется из расчета рабочего цикла двигателя.

9. В девятом столбце производятся вычисления текущего давления в процессе расширения Р_хр. Расчет выполняется по формуле

где n_r- средний показатель политропы расширения, численное значение которого заимствуется из расчета рабочего цикла двигателя.

10. В десятом столбце производятся вычисления разности давлений на линии расширения и линии сжатия. Расчет выполняется по формуле

В дополнительной ячейке десятого столбца необходимо вычислить сумму разностей

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

а в ячейке правее этой суммы частное от деления

т.е. теоретическое среднее индикаторное давление.

 

Посредством активизации значений столбцов четвертого, восьмого и девятого строятся свернутая теоретическая индикаторная диаграмма.

Существо обработки теоретической индикаторной диаграммы сводится к ее скруглению, посредством которого теоретическая индикаторная диаграмма приближается к действительной.

Расчеты необходимые для построения индикаторной диаграммы представлены в табл. 1, индикаторная диаграмма для бензинового двигателя на рис.1.

Тепловой расчет двигателя Таблица 1

φ°	φ, рад	S,м	Vx,м^3	εx	Pa,Мпа	Pb,Мпа	Pxc,Мпа	Pxp,Мпа	Pxp-Pxc
	0,000	0,000	0,0001302	17,300	0,092	0,319	7,000	7,000	0,000
	0,087	0,000	0,0001353	16,645	0,092	0,319	6,500	7,500	1,000
	0,174	0,001	0,0001506	14,955	0,092	0,319	5,600	8,500	2,900
	0,262	0,003	0,0001759	12,805	0,092	0,319	4,800	8,630	3,830
	0,349	0,005	0,0002108	10,682	0,092	0,319	3,700	5,880	2,180
	0,436	0,008	0,0002550	8,830	0,092	0,319	2,700	4,653	1,953
	0,523	0,012	0,0003079	7,313	0,092	0,319	2,100	3,690	1,590
	0,611	0,016	0,0003689	6,104	0,092	0,319	1,500	2,955	1,455
	0,698	0,021	0,0004372	5,150	0,092	0,319	1,100	2,397	1,297
	0,785	0,026	0,0005121	4,397	0,092	0,319	0,750	1,974	1,224
	0,872	0,031	0,0005927	3,799	0,092	0,319	0,558	1,649	1,091
	0,959	0,037	0,0006781	3,321	0,092	0,319	0,465	1,397	0,932
	1,047	0,043	0,0007674	2,934	0,092	0,319	0,393	1,200	0,807
	1,134	0,050	0,0008597	2,619	0,092	0,319	0,338	1,044	0,706
	1,221	0,056	0,0009539	2,361	0,092	0,319	0,293	0,918	0,625
	1,308	0,062	0,0010493	2,146	0,092	0,319	0,258	0,817	0,559
	1,396	0,069	0,0011449	1,967	0,092	0,319	0,229	0,734	0,504
	1,483	0,075	0,0012398	1,816	0,092	0,319	0,206	0,665	0,459
	1,570	0,082	0,0013334	1,689	0,092	0,319	0,187	0,608	0,422
	1,744	0,094	0,0015132	1,488	0,092	0,319	0,157	0,521	0,363
	1,919	0,105	0,0016794	1,341	0,092	0,319	0,137	0,458	0,321
	2,093	0,115	0,0018280	1,232	0,092	0,319	0,122	0,413	0,291
	2,268	0,124	0,0019561	1,151	0,092	0,319	0,111	0,380	0,268
	2,442	0,131	0,0020621	1,092	0,092	0,319	0,104	0,356	0,252
	2,617	0,137	0,0021449	1,050	0,092	0,319	0,098	0,339	0,241
	2,791	0,141	0,0022042	1,022	0,092	0,319	0,095	0,328	0,233
	2,966	0,143	0,0022398	1,005	0,092	0,319	0,150	0,321	0,171
	3,140	0,144	0,0022518	1,000	0,092	0,319	0,200	0,319	0,119

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Рис. 1 Индикаторная диаграмма бензинового двигателя

Тепловой расчет цикла четырехтактного бензинового двигателя

Целью расчета является определение эффективных показа­телей и основных размеро

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

в цилиндра четырехцилиндрового бен­зинового двигателя с использованием стандартных возможностей современных персональных компьютеров.