Основные параметры, характеризующие работу бензинового двигателя.

Для определения мощностных показателей двигателя необходимо знать среднее индикаторное давление р_i´под которым понимается условное постоянное давление на поршень в течение одного рабочего хода, совершающее работу, равную индикаторной работе газов за цикл.

Среднее индикаторное теоретическое давление р_i – соответствует нескругленной диаграмме:

Среднее индикаторное действительное давление р_i – соответствует скругленной диаграмме:

р_i = р_i´- ∆р_i),

где = 0,96 – коэффициент полноты диаграммы, ∆р_i= р_i-р_r= -0,117-0,089 = 0,028 МПа, и тогда имеем

р_i= 0,96(1,018 – 0,028) = 0,95 МПа.

Среднее значение работы трения (механических потерь) в общем случае

р_m= 0,035 + 0,00005 n_е,

р_m= 0,035 + 0,00005*2 800=0,175 МПа.

Среднее значение механических потерь можно также подсчитать по эмпирическим зависимостям, МПа:

а) для карбюраторных двигателей с числом цилиндров до шести и отношением S/D>1

р_m=0,05 + 0,015 _n,

где _n – средняя скорость поршня, м/с, предварительно принимаем в соответствии с конструктивными особенностями двигателя;

б) для карбюраторных 8 – цилиндровых двигателей с соотношением S/D<1

р_m = 0,04 + 0,0135 _n;

в) для карбюраторных двигателей с числом цилиндров до шести и отношением S/D<1

р_m = 0,03 + 0,013 _n;

г) для четырехтактных дизелей с диаметром цилиндров 90…120мм

р_m = 0,09 + 0,0125 _n.

Среднее эффективное давление

р_е = р_i-р_m =0,95 – 0,175 =0,775 МПа(7,75 кг/см²).

Механический КПД

η_м = р_е/ р_i = 0,775/0,95 = 0,816; принимаем 82%.

Индикаторный КПД характеризует степень совершенства рабочего процесса в двигателе и представляет собой отношение теплоты, эквивалентной индикаторной работе цикла, к теплоте сгорания рабочей смеси:

η_i=8,314

Удельный индикаторный расход топлива

g= г/(кВт*ч) (187 г/э*л.е*ч).

Удельный расход топлива на единицу эффективной мощности

g_е =g_i/η_м=254,6/0,82 = 310 г/(кВт*ч) (228,3 г/э*л.е*ч).

Эффективный КПД

η_е= η_iη_м=0,322*0,82=0,264=26,4%.

Термический КПД

η_i=1-1/ℇ^к-1.

где к – условный показатель адиабаты сжатия, тогда

η_i=1-1/7^0,4=0,54=54%.

Расчет рабочего цикла дизеля

Для проведения расчета принимаем следующие исходные данные:

Номинальная мощность N_е= 66,2 кВТ при n_е=2 000 об/мин; степень сжатия ℇ =15; число цилиндров i = 4 ;коэффициент наполнения =0,80; коэффициент избытка воздуха а=1,5 ; топливо дизельное состава С = 86,5 %, Н = 12,5 %; О = 1 %; коэффициент выделения теплоты = 0,8 ; давление и температура воздуха – р_о=0,1013 Мпа, Г_о =288 К; температура отработавших газов Т_г= 800 К.

Процесс впуска. Учитывая сравнительно невысокую частоту вращения коленчатого вала и выбранную для данного типа дизеля степень сжатия ℇ =15, можно принять температуру подогрева свежего заряда ∆Т = 10 К.

Давление остаточных газов

р_i=р_о(1+0,55*10^-4n_е)=0.1013(1+0.55*10^-4*2 000)=0,1124 МПа.

Коэффициент остаточных газов

Давление в конце впуска

Температура в конце впуска

Расчетный коэффициент наполнения

В соответствии с требованиями руководящих технических материалов допускаемая погрешность между расчетным коэффициентом наполнения и принятым в исходных данных не должна превышать 4%.

Процесс сжатия. Давление в конце сжатия

Где n₁ – показатель полиатропы сжатия, n₁=1.41 – 110|n_e, откуда n₁=1.41 – 110/2000-1.355

Таким образом

Температура в конце сжатия

К.

Процесс сгорания. Выделяются продукты сгорания следующего состава:

М_со2=С/12 = 0,865/12 = 0,0721 кмоль/кг;

М_Н2О= Н/2 = 0,125/2 = 0,0625 кмоль/кг;

М_N2 = 0,79αL_о = 0,79*1,5*0,495=0,5875 кмоль/кг;

М_о2= 0,21(α – 1) L_о=0,21(1,5-1)0,495= 0,0521 кмоль/кг.

Общее количество молей продуктов сгорания

М₂ = М_со2+ М_Н2О+ М_N2+ М_о2= 0,0721 + 0,0625 + 0,5875 + 0,0521 = 0,7742 кмоль/кг топлива.

Химический коэффициент молекулярного изменения

=1,0425,

где L_о= = =0,495 кмоль/кг топлива.

Действительный коэффициент молекулярного изменения

µ= = =1,04.

Действительное количество молей воздуха для сгорания 1 кг топлива при ее – 1,5 составит

М₁= αL_о=1,5*0,495=0,743 кмоль/кг топлива.

Свежая молярная теплоемкость свежего заряда для дизеля

mc_vср =20,16 + 1,74*10^-3Т_с

Подставляя значения температуры сжатия, получим

mc_vср = 20,16+ 1,74*10^-3*842=21,625 Дж/(моль*К).

Средняя молярная теплоемкость продуктов сгорания

mc_vср = + 10^-3Т_ζ.

Подставляя значения коэффициента избытка воздуха а=1,5, получим:

mc _Vr= + 10^-3Т_ζ=20,161 + 2,47*10^-3Т_ζ Дж/(моль*К).

теплотворная способность топлива определяется с учетом формы сгорания и процесса смесеобразования. Для дизелей данного типа низшую теплотворную способность топлива предпочтительнее определять по формуле

Н_и= 33,91С + 125,6Н – 10,89(О-S) – 2,31(9Н+W).

Основные параметры, характеризующие работу дизеля

Среднее индикаторное давление нескругленной диаграммы

среднее индикаторное давление скругленной диаграммы

р_i= ,

где = 0,93 – коэффициент полноты диаграммы: =р_r-р_а = -0,1124-0,085-0,0274 МПа, и тогда имеем

р_i= 0,93 (0,957 – 0,0274) = 0,86 МПа.

Среднее значение работы трения (механических потерь) для дизелей с предкамерным смесеобразованием

р_m= 0,07 + 0,0125 = 0,07 + 0,0125 * 8 = 0,17 МПа,

где - средняя скорость поршня, предварительно принято = 8 м/с.

Среднее эффективное давление

р_е = р_i – р_m= 0,86 – 0,17 = 0,69 МПа.

Механический КПД

η_м = р_е/ р_i = 0,69/0,86 = 0,802; принимаем 80%.

Индикаторный КПД

η_i=8,315

Удельный индикаторный расход топлива

g_i= = =190,7 г/(кВт*ч).

Удельный эффективный расход топлива

g_е =g_i/η_м=190,7/0,8 = 238 г/(кВт*ч) .

Эффективный КПД

η_е= =0,446*0,8 = 0,357 = 35,7 %.

Термический КПД

= 1- * ,

где показатель адиабаты сжатия к-1,4.Тогда

* =0,657=65,7%.

Где S и W – соответственно содержание серы и влаги в топливе, которые при расчетах не учитываются из-за их практически малого значения.

Подставляя численные значения, получим

Н_𝑢 = 33,91 * 0,865 + 125,6 * 0,125 – 10,89 * 0,01 – 2,31 * 9 * 0,125 = 42 324 кДж/кг.

Используя значения полученных параметров, определяем максимальную температуру газов в конце сгорания:

+ (mc_Vср + 8,314 )Т_с= (mc_Vr+8,314) ,

где 8,314 – универсальная газовая постоянная, кДж/(кг*К).

Подставляя численные значения величин в уравнение сгорания, получим

_.

После преобразований получаем квадратное уравнение, решение которого проводим аналогично, как и для бензинового двигателя (см. подразд.22.2):

2,57*10^-3Т_ζ²+ 29,614 Т_ζ – 78 258 = 0.

Решая уравнение относительно Т_z, определим температуру в конце сгорания:

Т_ζ= = 2 215 К.

Давление р_z в конце сгорания

р_ζ=λр_с= 2,3*3,334 = 7,67 МПа.

где λ – степень повышения давления, для дизелей с неразделенными камерами сгорания (прямоструйных) она лежит в пределах 1,85…2,6, а предкамерных – 1,3…1,9. Для данного типа дизеля (прямоструйного) принимаем =2,3.

Процесс расширения. Степень предварительного расширения р в дизеле (точки р_z- р´_z индикаторной диаграммы на рис. 20.1)определяют из выражения:

Степень последующего расширения (до точки Ь‘ индикаторной диаграммы):

Учитывая догорание заряда на линии рабочего хода, принимаем для дизеля показатель политропы расширения п₂=1,22. Тогда давление в конце расширения:

р_b = р_z/δⁿ² = 7,67/12,6^1,22 = 0,35 МПа.

Температура в конце расширения

Т_b = Т_z/ δ^n2-1= 2 215/12,6^0,22=1 268 К.