Параметри процесу згоряння

Параметри процесу випуску

Якщо двигун працює без надування, то приймаємо Р₀=0,1 МПа, Т₀=293 К.

В процесі роботи двигуна в його камері згоряння завжди залишається певна кількість продуктів згоряння М_Г і тиск Р_Г цих залишкових газів залежить від багатьох факторів. Аналітичне визначення досить складне, тому при попередніх розрахунках приймаємо:

Р_Г=(1,05...1,25)Р₀, [1,c.17]. (2.14)

При цьому більші значення Р_Г використовують для високооборотних двигунів з великою мірою стиску.

Отже, маємо Р_Г=1,05·Р₀ =1,05·0,1=0,105, МПа.

Так як розрахункове значення рекомендується приймати в межах Т_Г=900...1100К [1,c.17], приймаємо Т_Г=1000 К.

Параметри процесу впуску

В процесі заповнення циліндра свіжим зарядом температура останнього підвищується.

Величина підігріву заряду DТ задається в межах - DТ =273…293 К, [1,c.9].

Приймаємо DТ = 283 К.

В залежності від параметрів навколишнього середовища і підігріву змінюється густина заряду на впуску:

(2.15)

де R_п=287 Дж/(кг·К) – питома газова стала для повітря.

Тоді втрати тиску при впуску:

; (2.16)

де b – коефіцієнт затухання швидкості руху заряду в циліндрі,b=2,5…4 [1,с.17],приймаємо b=3;

А – емпіричний коефіцієнт, ;

w – середня швидкість заряду на впуску, w=50-130 м/с [1,с.17],

приймаємо w=130 м/с;

n – номінальна частота обертання колін вала двигуна.

Тиск в кінці такту впуску

, МПа. (2.17)

Коефіцієнт залишкових газів

(2.18)

Температура заряду в кінці такту впуску:

(2.19)

Коефіцієнт наповнення:

Параметри процесу стиску

Величина показника політропи стиску визначається на основі дослідних даних в залежності від міри стиску двигуна n₁ температури в кінці впуску Т_а.

На основі дослідних даних в залежності від міри стиску двигуна для карбюраторних двигунів n₁=(К₁ –0,001)...( К₁ –0,004),приймаємо

n₁=(К₁ –0,002); (2.21)

де К₁ - показник адіабати стиску; К₁ = 1,378 [1,с.101,дод.Б1].

n₁=(1,378 –0,002)=1,376.

Тиск в кінці процесу процесу стиску

, МПа. (2.22)

Температура робочого тіла в кінці процесу стиску в К :

К (2.23)

в градусах:

t_c = T_c - 273,15 = 796,05 – 273,15 = 522,9 °С. (2.24)

2.7 Визначення теплоємності робочої суміші

Середня мольна теплоємність свіжого заряду в кінці такту стиску

(2.25)

Середні мольні теплоємності окремих компонентів залишкових газів в кінці процесу стиску:

= 0,063·(27,941+0,019·t_c -5,487·10^-6 ·t_c)=

= 0,063· (27,941 + 0,019·522,9 - 5,487 ·10^-6 ·522,9²) = 2,393 кДж/(кмоль·К);

= М н₂о . (24,953 + 0,0030359· t_c) =

= 0,066· (24,953 + 0,0030359·522,9) = 1,753 кДж/(кмоль·К);

(20,398 + 0,0025· t_c) =

= 0,7138· (20,398 + 0,0025·522,9) = 15,5 кдж/(кмоль·К);

= 0,0843· (20,93 + 0,004641· 522,9 - 0,84 ·10^-6 ·522,9²) =1,95 кДж/(кмоль·К),

де , , , - середні мольні теплоємності окремих

компонентів продуктів згорання в інтервалі температур 0…1500⁰С [1,с.104,дод.В], кДж/(кмоль·К).

Середня мольна теплоємність залишкових газів в кінці процесу стиску

= (1/ 0,561)· (2,393 + 1,753 + 15,5 + 1,95) = 38,45 кДж/(кмоль·К). (2.26)

Середня мольна теплоємність робочої суміші

(21,995+0,054·38,45) =

=15,63 кДж/(кмоль·К) (2.27)

Параметри процесу згоряння

Коефіцієнт молекулярної зміни горючої суміші

(2.29)

Але при згорянні палива дійсний коефіцієнт робочої суміші враховує наявність в робочій суміші деякої кількості залишкових газів від попереднього циклу

(2.30)

При aÌ1 в двигуні збагачена суміш не згорає повністю і виділяється СО і Н₂. Втрати теплоти в результаті хімічної неповноти згоряння

(2.31)

Нижча теплотворна здатність палива

(2.32)

В результаті згоряння робочої суміші в циліндрі двигуна виділяється певна кількість теплоти робочої суміші

(2.33)

Визначаємо середню мольну теплоємність продуктів згорання

(2.34)

де m – середні мольні теплоємності окремих компонентів продуктів [1,c.104, дод. В1].

Підставляючи в ці формули замість t_z величину t_z =Т_z – 273 і згрупувавши члени рівнянь, отримуємо

(2.35)

Температура в кінці видимого процесу згоряння для лабораторного двигуна може бути визначена із виразу

(2.36)

Після підстановки в рівняння згорання відповідних числових значень і виконання необхідних перетворень, рівняння згорання приймає вигляд

(2.37)

Тоді К (2.38)

Маючи значення , можна визначити тиск в кінці видимого згоряння для карбюраторних двигунів

(2.39)

В сучасних карбюраторних двигунах максимальний тиск Р_Zmax реалізується при 5-15 кута повороту колінчастого вала після ВМТ.

При цьому Р_ZД = 0,85Р_Z= 0,85·5,66 = 4,79 МПа_.(2.40)

2.9 Параметри процесу розширення

Величина К₂ залежить від міри стиску, коефіцієнта надлишку повітря a і температури в кінці процесу згоряння Т_Z. К₂ = 1,263 [1,с.102,табл.Б2].

Для карбюраторних двигунів n₂= К₂ – (0…0,001), приймаємо n₂= К₂ – 0,001.

Отже n₂= 1,263 - 0,001 = 1,262. (2.41)

Значення температури і тиску в кінці процесу розширення

(2.42)

(2.43)

Параметри процесу випуску

Для перевірки правильності вибору попереднього значення Т_r, прийнятого в підрозділі 2.3, на основі отриманих величин знаходиться розрахункове значення Т_r за форму-лою:

(2.44)

Різниця прийнятого і визначеного значень Т_r

(2.45)

2.11 Визначення індикаторних показників, які характеризують робочий цикл

2.11.1. Середній індикаторний (розрахунковий) тиск циклу

для карбюраторних двигунів:

(2.46)

де λ - міра підвищення тиску, λ=Р_z/Р_с=5,64/1,64=3,439.

2.11.2 Середній індикаторний (дійсний) тиск циклу

(2.47)

де φ - коефіцієнт повноти індикаторної діаграми, що залежить від типу двигуна. Для бензинового двигуна φ = 0,95-0,97 [1,с.24]. Приймаємо φ = 0,96.

2.11.3 Індикаторний коефіцієнт корисної дії (ККД)

(2.48)

де Pi - дійсний середній індикаторний тиск циклу, МПа;

α – коефіцієнт надлишку повітря;

lо – теоретично необхідна кількість повітря для згоряння 1 кг палива, ;

- коефіцієнт наповнення;

– густина заряду за даних атмо-сферних умов, кг/м³;

Н_U - нижча теплота згоряння палива, МДж/кг.

2.11.4 Питома індикаторна витрата палива

, кг/(кВт·год). (2.49)

2.12 Визначення ефективних показників, які характеризують робочий цикл

2.12.1 Середня швидкість руху поршня

м/с (2.50)

2.12.2 Середній ефективний тиск циклу, МПа

(2.51)
де - середній тиск механічних втрат, який наближено визначається за формулою

а, b – постійні коефіцієнти, а=0,04;b=0,0138[1,с.25,табл.6.1];

- середня швидкість поршня на номінальному режимі, м/с.

2.12.3 Коефіцієнти корисної дії (ККД)

Механічний

(2.52)

Ефективний

(2.53)

2.12.4 Питома витрата палива на одиницю ефективної потужності в одиницю часу

кг/(кВт·год). (2.54)

3 Визначення основних розмірів двигуна

3.1 Робочий об'єм двигуна

(3.1)

де τ – тактність двигуна, τ=4.

3.2 Робочий об'єм одного циліндра

(3.2)

де γ – число циліндрів.

3.3 Діаметр циліндра, мм

с (3.3)

де - робочий об'єм одного циліндра двигуна, см³.

Остаточно приймаємо S_П= 71мм, D_Ц = 82мм.

За остаточно прийнятими даними визначаємо основні параметри двигуна

3.4 Робочий об'єм двигуна

л (3.4)

3.5 Номінальна потужність двигуна

(3.5)

3.6 Номінальний крутний момент

(3.6)

Годинна витрата палива

G_т= N_e·ge=64,117·0,283=18,145 кг/год(3.7)

3.8 Потужність двигуна, віднесена до 1 л робочого об'єму

(3.8)