Обоснование необходимости наддува дизельного двигателя и определение его давления

Принятые в п. 1.2. значения литровой мощности двигателя предопределяют уровень среднего эффективного давления

, (1.5)

где - тактность двигателя (для четырёхтактных двигателей ).

Предварительно приняв , можно определить , требуемую для реализации .

(1.7)

По известному значению можно определить требуемое давление наддува

, (1.8)

где - давление окружающей среды (P_o=0,1 МПа);

- плотность атмосферного воздуха (,);

- показатель политропы сжатия в компрессоре, зависящий от его типа и степени совершенства протекающего в нём процесса .

.

Учитывая, что при 293К плотность воздуха , определяем, что наддув для данного двигателя не требуется, т.к. ниже 0,14 МПа.

 

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ

Параметры рабочего тела

 

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива

(2.1)

где – весовая доля соответствующих компонентов

- для дизельного топлива

или

, (2.2)

,

где – масса 1 кмоля воздуха .

Действительное количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива

L = aL₀, кмоль/кг топлива,

где a – коэффициент избытка воздуха (см. приложение Б).

, кмоль/кг топлива.

Количество свежего заряда

, (2.3)

 

Общее количество продуктов сгорания

(2.4)

.

Химический коэффициент молекулярного изменения горючей смеси

 

(2.5)

.

 

Параметры окружающей среды и остаточных газов

Параметры окружающей среды и остаточных газов

Атмосферные условия для расчетов, принимаются следующие: Давление остаточных газов МПа.

Температура остаточных газов, принимаем из интервала

 

Определение параметров рабочего цикла

Процесс впуска

 

Давление и температура в конце процесса впуска:

Р_a = Р_o - Р_a (2.7)

где Р_a – величина потери давления на впуске для двигателей без наддува, (МПа)

, (2.8)

где - коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом сечении цилиндра;

- коэффициент сопротивления впускной системы;

- средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы,

- плотность заряда на впуске,

Для дизельных двигателей принимают . Чем выше скорость поршня , тем выше . Примем , а ,

r₀ – плотность свежего заряда на впуске для двигателей без наддува, кг/м³.

,

 

где R_B – удельная газовая постоянная для воздуха (R_B = 287 Дж/кг∙град).

(2.10)

Коэффициент остаточных газов

(2.11)

,

где - подогрев свежего заряда .

Температура заряда в конце впуска:

(2.12)

Коэффициент наполнения:

(2.13)

 

Процесс сжатия

Давление и температура в конце процесса сжатия

; (2.11)

, (2.12)

где - показатель политропы сжатия, который вычисляется по формуле В.А. Петрова

n ₁ = 1,41 - 100/ п_н = 1,41 - 100/2000=1,36,(2.13)

здесь п_н – номинальная частота вращения коленчатого вала, мин^-1.

Следует обратить внимание, что температура заряда в конце сжатия должна превышать на 200…400⁰ температуру самовоспламенения дизельного топлива.

Процесс сгорания

Для дизельных двигателей с подводом теплоты при V = const и Р = const это давление главным образом зависит от степени наддува и способа смесеобразования. Задаваясь значением степени повышения давления при сгорании l_р (см. приложение Б)определяем давление в конце сгорания

, (2.14)

где

.

Температуру определяем из уравнения сгорания, которое для четырехтактного дизеля имеет вид:

, (2.15)

где - средняя мольная теплоемкость воздуха при постоянном объеме, ;

- средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания при постоянном давлении, ;

- коэффициент использования теплоты:

- низшая теплота сгорания топлива (для дизельного топлива ).

Подставляя полученные значения в уравнение сгорания топлива (2.15) получим:

Решая это квадратное уравнение, находим

Процесс расширения

 

Степень предварительного расширения подсчитывается по формуле:

(2.16)

Степень последующего расширения (2.17)

Давление газов в конце процесса расширения определяем по формуле:

(2.18)

где - показатель политропы расширения, который можно вычислить по формуле В.И.Петрова.

.

Температура газов в конце расширения:

(2.19)

Оценим правильность выбора значения температуры отработавших газов, сделанной в начале теплового расчёта по формуле:

(2.20)

Относительная ошибка составляет:

Достоверность расчёта рабочего цикла обеспечена, т. к. полученное значение принятого в начале расчёта , отличаются менее чем на .