Выбор камеры сгорания, коэффициента избытка воздуха и степени сжатия

В настоящее время в тракторных дизелях используются преимущественно неразделенные камеры сгорания с непосредственным впрыском и объемно-пленочным смесеобразованием. Дизели с такими камерами сгорания имеют высокую экономичность и широкие возможности для форсирования по среднему эффективному давлению.

Коэффициент избытка воздуха определяет состав горючей смеси. Его значение зависит от типа смесеобразования, условий воспламенения и сгорания топлива, а также от режима работы двигателя.

Для номинального режима работы дизелей без наддува с непосредственным впрыском Степень сжатия для дизелей рекомендуется выбирать в следующих пределах .Выбираем из этих интервалов: , .

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)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

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. входит в интервал 0,1…0,14.

 

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ

Параметры рабочего тела

 

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1кг топлива

(2.1)

где – весовая доля соответствующих компонентов.

- для дизельного топлива

или

, (2.2)

,

где – масса 1кмоля воздуха .

Действительное количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива

L = aL₀, кмоль/кг топлива,

где a – коэффициент избытка воздуха.

, 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

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

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Температура остаточных газов принимаем из интервала

Определение параметров рабочего цикла

Процесс впуска

 

Давление и температура в конце процесса впуска.

, (2.6)

где - величина потери давления на впуске, МПа

, (2.7)

где - коэффициент затуханияскорости движения заряда в рассматриваемом сечении цилиндра;

- коэффициент сопротивления впускной системы;

- средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы,

- плотность заряда на впуске,

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Для дизелей принимают . Чем выше скорость поршня , тем выше . Примем , а .

 

Коэффициент остаточных газов

(2.8)

.

Температура в конце впуска:

(2.9)

значения Т₀, ΔТ и Т_r следует принять по данным приложения Б [4, стр. 55].

Коэффициент наполнения:

(2.10)

где - подогрев свежего заряда .

 

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 - 100/2200=1,36,(2.13)

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

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

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

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

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2.3.4. 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 .

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2.4. Определение основных размеров двигателя, показателей топливной экономичности и КПД

Среднее теоретическое индикаторное давление для нескругленной индикаторной диаграммы подсчитывается по формуле:

, (2.21)

Действительное среднее индикаторное давление:

,

где - коэффициент скругления индикаторной диаграммы для дизелей

DР = Р_r – Р_а =0,11-0,087=0,023 – потери индикаторного давления на проведение вспомогательных ходов (всасывание и выталкивание).

Среднее давление механических потерь приближенно можно определить по формуле: для дизельных двигателей:

Р_м = 0,105 + 0,012υ_П=0,105+0,012 10,85=0,22 МПа.

где υ_П – скорость поршня (м/с).

Среднее эффективное давление ,

(2.22)

Механический КПД двигателя:

(2.23)

 

Индикаторный КПД двигателя:

(2.24)

 

Эффективный КПД

(2.25)

 

Индикаторный и эффективный - удельные расходы топлива при работе двигателя на номинальном режиме - определяются по формулам:

(2.26)

(2.27)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Часовой расход топлива на номинальном режиме

, кг/ч

где N_eн– номинальная эффективная мощность двигателя в кВт.

Определим рабочий объем цилиндров проектируемого двигателя в литрах

, (2.28)

- эффективная мощность двигателя на номинальном режиме

- коэффициент тактности .

Объем камеры сжатия:

 

. (дм³)

 

Радиус кривошипа:

Длина шатуна:

мм.