Расчетная таблица к скруглению индикаторной диаграммы

Обозначение точек	Положение точек			Расстояние от в.м.т. (AX), мм
r¢	(10–35)º до в.м.т.	(10–35)º
a¢	(10–30)º после в.м.т.	(10–30)º
a²	(40–85)º после н.м.т.	180–(40–85)º
с	бенз: (15–50)º до в.м.т. диз: (20–30)º до в.м.т.	(15–50)º (20–30)º
f	бенз: (10–40)º до в.м.т. диз: (10–20)º до в.м.т.	(10–40)º (10–20)º
b	(40–80)º до н.м.т.	180–(40–80)º

Ордината точки z_д для бензиновых двигателей определяется следующим образом, мм

.

(12.10)

Точки r с a′; c′ с f и c′′ и далее с z_д соединяются плавными кривыми; далее точка z_д соединяется кривой расширения с точкой b′, а она – плавной кривой – с точкой b′′, которая соединяется с точками r′ и r линией выпуска. В итоге получается скругленная действительная индикаторная диаграмма ra′ac′fc′′z_дb′b′′r.

13. Пример теплового расчета карбюраторного двигателя

Исходные данные

Произвести тепловой расчет четырехтактного карбюраторного двигателя, предназначенного для легкового автомобиля. Эффективная мощность двигателя N_e = 47 кВт при частоте вращения коленчатого вала n_N = 5600 мин^–1.

Двигатель четырехцилиндровый с рядным расположением. Система охлаждения – жидкостная закрытого типа. Степень сжатия ε = 8,5. Ход поршня S = 66 мм, диаметр цилиндра D = 79 мм.

Тепловой расчет двигателя

Расчет параметров рабочего тела

1. Средний состав топлива для бензина принят:

С = 85,5 %, Н = 14,5 %.

[табл. 2.1]

2. Низшая теплота сгорания топлива

3. Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива

;

.

4. С целью получения достаточно экономичного двигателя с меньшей токсичностью продуктов сгорания коэффициент расхода воздуха  принят =0,96 [табл. 2.2].

5. Молекулярная масса бензина принята m_т =115 кг/кмоль.

Количество горючей смеси

кмоль гор. см./кг топл.

6. Показатель, зависящий от отношения количества водорода к количеству оксида углерода, содержащихся в продуктах сгорания, принят K=0,5. Количество отдельных компонентов продуктов сгорания

кмоль H₂O/кг топл.;

= кмоль H₂/кг топл.;

кмоль N₂/кг топл.

7. Общее количество продуктов сгорания

Расчет параметров окружающей среды и остаточных газов

1. При работе двигателя без наддува давление и температура окружающей среды равны p_к = p₀ = 0,1 МПа и T_к = T₀ = 293 К.

2. Температура остаточных газов при частоте вращения коленчатого вала n_N = 5600 об/мин составляет Т_r = 1060 К [рис. 3.1].

3. Давление остаточных газов на номинальном скоростном режиме

p_rN = 1,18p_к = 1,18 · 0,1 = 0,118 МПа.

Расчет процесса впуска

1. Температура подогрева свежего заряда принята

TN = 15º.

[табл. 4.1]

2. Плотность заряда на впуске, кг/м³

кг/м³.

3. Потери давления на впуске, МПа

,

где β – коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом сечении цилиндра; ξ_вп – коэффициент сопротивления впускной системы, отнесенный к наиболее узкому ее сечению; A_n – параметр; n – частота вращения коленчатого вала в расчетном режиме, об/мин.

Параметр A_n

,

где _вп – средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы, м/с.

В соответствии со скоростным режимом (n_N = 5600 об/мин) и при учете качественной обработки внутренних поверхностей впускной системы принято (β² + ξ_вп) = 2,8; _вп = 95 м/с.

Параметр A_n

.

Потери давления на впуске

МПа.

4. Давление в конце впуска

МПа.

5. Коэффициент остаточных газов для четырехтактных двигателей с учетом продувки и дозарядки цилиндра

,

где _оч – коэффициент очистки; _доз – коэффициент дозарядки.

Для карбюраторного двигателя без наддува принимается коэффициент очистки _оч = 1, а коэффициент дозарядки на номинальном скоростном режиме _доз = 1,10 [рис. 3.1].

Коэффициент остаточных газов

.

6. Температура в конце впуска

К.

7. Коэффициент наполнения

Расчет процесса сжатия

1. При степени сжатия  = 8,5 и температуре в конце впуска T_a = 344 К средний показатель адиабаты сжатия равен k₁ = 1,3766 [рис. 5.1]. Показатель политропы сжатия принят n₁= 1,376.

2. Давление в конце сжатия

МПа.

3. Температура в конце сжатия

К.

4. Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия:

а) свежей смеси (воздуха)

кДж/(кмоль·град),

где t_c = T_c – 273 = 769 – 273 = 496 ºС;

б) остаточных газов [табл. 5.4]:

– определяется значение теплоемкости остаточных газов при t = 400 ºС и α = 0,96.

При коэффициенте избытка воздуха α = 0,95 теплоемкость остаточных газов равна 23,586 кДж/(кмоль·град) [табл. 5.4]; при коэффициенте избытка воздуха α = 1,00 теплоемкость остаточных газов равна 23,712 кДж/(кмоль·град) [табл. 5.4]. При разности коэффициентов избытка воздуха Δα = 1,00 – 0,95 = 0,05 разность теплоемкостей составит кДж/(кмоль·град). Т. к. в расчете принят коэффициент избытка воздуха α = 0,96, то разность между ним и ближайшим меньшим табличным α равна Δα_р=0,96–0,95=0,01. Тогда значение теплоемкости составит

кДж/(кмоль·град);

– определяется значение теплоемкости остаточных газов при t = 500 ºС и α = 0,96.

При коэффициенте избытка воздуха α = 0,95 теплоемкость остаточных газов равна 24,014 кДж/(кмоль·град) [табл. 5.4]; при коэффициенте избытка воздуха α = 1,00 теплоемкость остаточных газов равна 24,150 кДж/(кмоль·град) [табл. 5.4]. При разности коэффициентов избытка воздуха Δα = 1,00 – 0,95 = 0,05 разность теплоемкостей составит кДж/(кмоль·град). Т. к. в расчете принят коэффициент избытка воздуха α = 0,96, то разность между ним и ближайшим меньшим табличным α равна Δα_р=0,96–0,95=0,01. Тогда значение теплоемкости составит

кДж/(кмоль·град);

– определяется значение теплоемкости остаточных газов при t = 496 ºС и α = 0,96.

При температуре t = 400 ºС теплоемкость остаточных газов равна 23,611 кДж/(кмоль·град); при температуре t = 500 ºС теплоемкость остаточных газов равна 24,041 кДж/(кмоль·град). При разности температур Δt=500–400=100º разность теплоемкостей составит кДж/(кмоль·град). Т. к. по расчету температура в конце сжатия t_c = 496 ºС, то разность между ней и ближайшей меньшей табличной составит Δt_р = 496 – 400 = 96 º. Тогда значение теплоемкости t_c = 496 ºС и α = 0,96 составит

кДж/(кмоль·град);

в) рабочей смеси

Расчет процесса сгорания

1. Коэффициент молекулярного изменения горючей смеси

.

2. Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси

.

3. Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания,

кДж/кг.

4. Теплота сгорания рабочей смеси

кДж/кмоль раб.см.

5. Средняя мольная изохорная теплоемкость продуктов сгорания, кДж/(кмоль·град)

6. Коэффициент использования теплоты при n_N = 5600 мин^–1 равен ξ_z = 0,91 [рис. 3.1].

7. Температура в конце видимого процесса сгорания определяется из выражения

,

,

или ,

откуда

ºC.

Абсолютное значение температуры в конце видимого процесса сгорания

К.

8. Максимальное давление сгорания теоретическое

МПа.

9. Максимальное давление сгорания действительное

МПа.

10. Степень повышения давления

.

Расчет процесса расширения

1. При степени сжатия  = 8,5, коэффициенте избытка воздуха α = 0,96 и температуре в конце видимого процесса сгорания T_z = 2854 К средний показатель адиабаты расширения равен k₂ = 1,2518 [рис. 7.1]. Показатель политропы расширения n₂ = 1,251.

2. Давление в конце процесса расширения

МПа.

3. Температура в конце процесса расширения

К.

Расчет процесса выпуска

1. Проверка ранее принятой температуры остаточных газов

К.

2. Погрешность расчета

.

Расчет индикаторных параметров рабочего цикла

1. Теоретическое среднее индикаторное давление

2. Среднее индикаторное давление действительного цикла, МПа

,

где _и – коэффициент полноты диаграммы.

Коэффициент полноты диаграммы для карбюраторного двигателя принят _и =0,95.

Среднее индикаторное давление

МПа.

3. Индикаторный КПД

.

4. Индикаторный удельный расход топлива

г/(кВт·ч).

Расчет эффективных показателей двигателя

1. Ход поршня задан S = 66 мм.

2. Средняя скорость поршня при ходе поршня S = 66 мм

м/с.

3. Среднее давление механических потерь

МПа.

4. Среднее эффективное давление

МПа.

5. Механический КПД

.

6. Эффективный КПД

.

7. Эффективный удельный расход топлива

г/(кВт·ч).

Расчет основных параметров цилиндра и двигателя

1. Литраж двигателя, л

,

где τ – число тактов в одном цикле работы двигателя.

Задано τ = 4.

Литраж двигателя

л.

2. Рабочий объем одного цилиндра, л

,

где i – число цилиндров в двигателе.

Задано i = 4.

Рабочий объем одного цилиндра

л.

3. Диаметр цилиндра

мм.

Окончательно принимается D = 76 мм S = 66 мм.

4. Уточнение параметров и показателей двигателя в соответствии с принятыми значениями диаметра цилиндра и хода поршня:

– площадь поршня

см²;

– литраж двигателя

л;

– мощность двигателя

кВт;

– литровая мощность двигателя

кВт/л;

– крутящий момент

Н·м;

– часовой расход топлива

кг/ч.

Построение индикаторной диаграммы двигателя с принудительным воспламенением от искры

1. Принимаются масштабы диаграммы:

– масштаб хода поршня M_S = 0,5 мм в мм;

– масштаб давлений M_p = 0,025 МПа в мм.

2. Длина отрезка AB

мм.

3. Определяется отрезок OA

мм.

4. Из точки O, являющейся началом координат диаграммы, по оси абсцисс откладывается отрезок OA = 17,6 мм. Далее от точки A по оси абсцисс откладывается отрезок AB = 132 мм. Таким образом, длина отрезка OB составит

OB = OA + AB = 17,6 + 132 = 149,6 мм.

5. Определяется максимальная высота диаграммы (ордината точки z), а также ординаты характерных точек:

мм;

мм;

мм;

мм;

мм;

мм.

6. Характерные точки a (149,6; 3,4); b (149,6; 17,48); c (17,6; 64,6); r (17,6; 4,72); z (17,6; 254,2) наносятся на диаграмму. Также показывается величина давления окружающей среды p₀.

7. Производится построение политроп сжатия и расширения аналитическим методом:

а) политропа сжатия строится при помощи выражения

мм;

б) политропа расширения строится при помощи выражения

мм.

Результаты определения точек политроп сжатия и расширения заносятся в табл. 13.1.

Таблица 13.1