2. Тепловой расчет двигателя

Тепловой расчет двигателя служит для определения па­раметров рабочего процесса. В первую очередь производится определение этих параметров для базового двигате­ля, работающего на жидком топливе. В связи с тем, что га­зовые двигатели создаются на базе бензиновых и дизель­ных двигателей без изменения их основных размеров, тепло­вой расчет двигателя при изменении конструкции системы питания проводится с целью определения изменения параметров рабочего процесса, мощностных и экономических показателей по сравнению с ба­зовым двигателем.

Использование газового топлива может осуществляться либо при неизменной степени сжатия, либо с ее повышением. Увеличение степени сжатия проводится либо постановкой новой головки блока с уменьшенной камерой сгорания, либо установкой поршней с увеличенной головкой поршня. На дви­гателях легковых автомобилей, имеющих высокую степень сжатия (8...10), перевод на газовое топливо (сжиженный газ) проводят без изменения степени сжатия.

Ниже приводится методика теплового расчета базовых и газовых двигателей. В таблице приложения приведены дан­ные расчетов по этой методике двигателей ЗИЛ – 130, ВАЗ – 21083 и КАМАЗ – 7409 на различных видах топлива. Поэтому при выполнении курсовой работы ориентировочно правильность расчетов необходимо сравнивать с этими данными.

2.1. Параметры свежего заряда рабочего тела

2.1.1. Теоретически необходимое количество воздуха для полно­го сгорания :

а) бензина, состава С=0,85, Н=0,145:

;

б) дизельного топлива, состава С=0,85; H=0,13; О=0,01:

;

в) сжатого природного газа (СПГ) CH₄=С_nH_m, где n=1, m=4

(кмоль воздуха / кмоль топлива):

;

г) сжиженного нефтяного газа (СНГ), состоящего из 52% пропана (C₃H₈) и 48% бутана (С₄H₁₀):

;

д) газодизельного топлива, состоящего из сжатого газа и 15 – 20% дизельного топлива:

.

2.1.2. Количество свежего заряда в конце впуска для:

а) бензиновых двигателей:

;

α – коэффициент избытка воздуха; в расчетах принимается α=0,85…0,98. Коэффициент избытка воздуха выбирается на осно­вании следующих соображений. На современных двигателях уста­навливают многокамерные карбюраторы, обеспечивающие получе­ние почти идеального состава смеси по скоростной характеристике. Возможность применения для рассчитываемого двигателя двух­камерного карбюратора с обогатительной системой и системой холостого хода позволяет получить при соответствующей регули­ровке как мощностной, так и экономичный состав смеси. Стремле­ние получить достаточно экономичный и с меньшей токсичностью продуктов сгорания двигатель, позволяет принимать α= 0,95…0,98, а на режимах минимальной частоты вращения α =0,86…0,87. Двигатели с впрыском топлива и электронным управлением могут обеспечить еще более экономичный состав смеси с меньшей токсич­ностью продуктов сгорания. Это позволяет принимать α=1,0 на ос­новных режимах, на режиме минимальной частоты вращения α=0,95…0,97 и на режиме максимальной α=0,98…1,01. Ориентировочно значение α можно принять по рис. 1.

Рис. 1. Зависимость коэффициента избытка воздуха от

частоты вращения двигателя

μ_т – молярная масса паров бензина; μ_т=110…120 кг/кмоль.

б) дизелей:

.

Коэффициент избытка воздуха выбирается на осно­вании следующих соображений. Уменьшение коэффициента избытка воздуха до возможных пределов уменьшает размеры цилиндров, следовательно повышает литровую мощность дизеля, но одновременно с этим значительно возрастает теплонапряженность, особенно деталей поршневой группы, увеличивается дымность отработавших газов. Современные дизели могут устойчиво работать при α=1,4…1,5 без наддува и α=1,6…1,8 – с наддувом. При проведении расчетов α следует выбирать в пределах α=1,4…1,6;

в) газовых двигателей с искровым зажиганием:

;

L_{0 ГТ} – теоретически необходимое количество воздуха для полно­го сгорания газового топлива. При использовании СПГ в данную формулу подставляется L_{0 СПГ}, а СНГ – L_{0 СНГ}. Значение α для сжиженного газа лежит в пределах 0,8…0,9, а для сжатого газа α=1;

г) газодизелей:

;

r – доля дизельного топлива; r=0,15…0,20;

α_ГД – общий коэффициент избытка воздуха газодизельного топлива.

Коэффициент избытка воздуха в газодизеле, учитывающий наличие в смеси как газового, так и дизельного топлива, определяется:

,

где α_Г – коэффициент избытка воздуха газовоздушной смеси;

α_Г =1,4…1,9;

H_{u СПГ} и H_{u ДТ} – низшие теплоты сгорания газового и дизельного топлив (см. пункт 2.4.5.). В расчетах принимают α_ГД=1,2…1,8.