Расчет процессов в двигателе ВАЗ-2103 (стр. 2 из 8)

для карбюраторных двигателей xz=0,85...0,9.

1.9 Коэффициент степени повышения давления

Для двигателей с искровым зажиганием величина l определяется в процессе расчета.

1.10 Коэффициент скругления индикаторной диаграммы

Расчет максимальных значений температуры и давления рабочего цикла в двигателях с искровым зажиганием, со сгоранием смеси и подводом теплоты при V=const, дает несколько завышенные значения, по сравнению с получаемыми при экспериментальных исследованиях. В реальном двигателе процесс сгорания занимает некоторый промежуток времени (30...50)^оп.к.в. и захватывает часть процесса расширения. Поэтому максимальное значение давления и температуры смещены обычно на (15...20)^оп.к.в. после ВМТ и имеют более низкие значения. В связи с этим при построении индикаторной диаграммы и определения действительного значения P_zд вводим поправочный коэффициент снижения максимального давления f_д=0,85.

1.11 Степень сжатия двигателя

В качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания, используют бензин, дизельное топливо или газообразные топлива. Основным показателем для бензина является его октановое число. Его значение характеризует антидетонационную стойкость топлива. С целью обеспечения нормальной работы двигателя необходимо, чтобы октановому числу бензина соответствовало и определенное значение степени сжатия.

Все другие значения исходных данных: ход поршня двигателя прототипа - S_nn, отношение радиуса кривошипа к длине шатуна - l, отношение хода поршня к диаметру цилиндра S_п/D_ц проектируемого двигателя, номинальная мощность - N_e кВт, частота вращения n мин^-1 и число цилиндров выбираем и заносим в таблицу исходных данных на основе технической характеристики двигателя прототипа и полученного задания на проектирование двигателя.

Исходные данные к расчету (см. таблицу 1).

2 Тепловой расчет параметров и оценочных показателей рабочего

цикла двигателя

2.1 Расчет процесса газообмена

Протекание газообмена в цилиндре двигателя включает удаление из цилиндра отработавших газов и наполнение его свежим зарядом. Задачей расчета процесса газообмена является определение следующих конечных его параметров.

1)Давление и температура заряда в начале сжатия – р_а,Т_а;

2)коэффициент остаточных газов - g_r,

3)коэффициент наполнения – h_v.

Для определения их значений в начале определим:

плотность воздуха окружающей среды

(1)

1,417 кг/м³;

среднюю скорость смеси (воздуха) на впуске в сечении клапана из уравнения с учетом диаметра цилиндра, хода поршня прототипа

(2)

87,12 м/с;

принимаем Wсм=87 м/с

где S_пп - ход поршня для двигателя, рекомендуемого прототипа.

Тогда давление в процессе впуска и к началу такта сжатия - Р, равно

;(3)

0,091 МПа;

Коэффициент остаточных газов – gr характеризует качество очистки цилиндра и содержание остаточных газов в рабочей смеси. Определяем из соотношения

(4)

0,057;

где Т_r, р_r, — соответственно температура и давление остаточных газов, К и МПа;

e - степень сжатия двигателя;

DТ - степень подогрева смеси на впуске, К;

Т₀ - температура окружающей среды.

Температура рабочей смеси в конце впуска несколько возрастает за счет подогрева от стенок впускного трубопровода, цилиндра, камеры сгорания и при перемешивании с горячими остаточными газами. Ее значение определяется из зависимости:

(5)

347,209К;

Основным оценочным показателем совершенства организации процесса газообмена является коэффициент наполнения цилиндра определяем его значения из выражения:

(6)

0,8;

2.2 Расчет процесса сжатия

Основное назначение процесса сжатия - повышение термодинамических параметров состояния рабочей смеси и ее концентрация в небольшом по геометрическим размерам ограниченном объеме камеры сгорания перед воспламенением. Процесс сжатия смеси в двигателе происходит при движении поршня от HMT к ВМТ. Носит политропный характер с переменным показателем политропного процесса n₁.

Определение его текущего значения является весьма затруднительным. В связи, с чем принимается, что процесс происходит по политропе с постоянным значением показателя политропного сжатия. Его начальное значение принимаем из исходных данных, а более близкое значение определяем методом последовательных приближений в процессе расчета с заданной степенью приближения по уравнению:

(7)

1,35.

топливо двигатель кривошипный шатунный

Значения давления р_с и температуры Т_с в конце сжатия определяем из соотношения зависимостей термодинамических параметров для политропного процесса:

(8)

1,635МПа;

(9)

734,324 К.

2.3 Определение состава, количества и физико-технических

характеристик рабочей смеси и продуктов сгорания

В первой половине рабочего цикла карбюраторного двигателя рабочим телом является рабочая смесь в составе воздуха, паров топлива и остаточных газов. Во второй части рабочего цикла, после завершения окисления топлива в процессе сгорания, рабочим телом является продукты сгорания. Для определения параметров термодинамического состояния рабочего тела после подвода теплоты в процессе сгорания необходимо определить состав, количество и физико-технические характеристики его составляющих. Определение выполняется в расчете на сгорание одного кг топлива.

Определим теоретическое количества воздуха необходимое для обеспечения полного сгорания одного кг топлива:

В килограммах:

(10)

15,118 ;

где О_т - содержание кислорода в составе топлива;

С - содержание углерода в составе одного кг топлива (по заданию 0,848);

Н - содержание водорода в составе одного кг топлива (по заданию 0,152).

В киломолях:

(11)

0,524 .

В зависимости от типа двигателя и режима работы количество поступающего воздуха на каждый 1 кг топлива может быть меньше или больше. Отношение этого действительного количества воздуха l_g к теоретически необходимому для обеспечения полного сгорания топлива l₀, определяет состав рабочей смеси и оценивается коэффициентом избытка воздуха - a. Его значение для проектируемого двигателя определено заданием. Тогда количество свежей смеси М₁ при использовании одного кг топлива для карбюраторных, двигателей составит:

(12)

0,524 ;

где m_T- молекулярная масса топлива.

Теплоту, которая выделяется при полном сгорании 1 кг топлива без учета конденсации водяного пара в продуктах сгорания, принимаем согласно исходным данным - H_u.

Так как согласно задания коэффициент избытка воздуха a=0.9, поэтому количество не выделившейся теплоты вследствие недогорания DH_uхим =628,538 кДж/кг.

Количество выделившейся теплоты при сгорании смеси равно:

(13)

.

Средняя мольная теплоемкость свежей смеси в конце сжатия и в интервале температур (0...1500)^оС принимается равной:

(14)

.