Для дизельного топлива можно принять

C =0,857; H =0,133; O =0,01,

или

кмоль/кг топлива, (2.2)

где m_B - масса 1 кмоля воздуха (m_B =28,96 кг/кмоль).

Количество свежего заряда

М ₁ =aL ₀ кмоль/кг топлива, (2.3)

где a - коэффициент избытка воздуха.

Общее количество продуктов сгорания

М ₂ =aL ₀ +H/ 4 +О/ 32кмоль/кг топлива. (2.4)

При этом химический коэффициент молекулярного изменения горючей смеси

b ₀ =M ₂ /M ₁ (2.5.)

2.1.2. Параметры окружающей среды и остаточных газов.

Атмосферные условия, необходимые для последующих расчетов принимаются следующие: p ₀=0,1 МПа; T ₀=293 K. Давление остаточных газов p_r =0,11...0,17МПа в зависимости от сопротивления выпускного тракта: для дизелей без наддува p_r =0,11...0,12МПа; для дизелей с наддувом в зависимости от давления p_k наддува p_r =(0,12…0,17) МПа. Чем выше давление p_k тем выше p_r (p_r =(0,8…0,9) p_k), температура остаточных газов принимается из интервала T_r =750...900 K. При работе дизеля с турбонаддувом воздух поступает в цилиндры не из атмосферы, а из компрессора. Значения p ₀ и T ₀ в последующих расчетах принимаются равными давлению и температуре на выходе из компрессора p_k и T_k. При этом

.

2.1.3. Определение параметров рабочего цикла.

Здесь определяются параметры состояния газов (абсолютное давление p и абсолютная температура Т) в характерных точках индикаторной диаграммы. Такими точками являются: а - конец впуска; с - конец сжатия; z - конец сгорания; b - конец расширения. Для этого в последовательном порядке определяются:

Давление p_a и температура T_a в конце процесса впуска

p_a= p_o - p_a, (2.6)

где p_a - величина потери давления на впуске, МПа.

, (2.7)

где b - коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом сечении цилиндра;

x_вп - коэффициент сопротивления впускной системы;

w_вп - средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы (как правило в клапане), м/с;

p_k - плотность заряда на впуске, кг/м³.

Обычно принимают для дизелей (b ² + x_вп)=2,5…3,5; для бензиновых двигателей и газовых (b ² + x_вп)=3,0...4,0; w_вп =65...90 м/с - для дизелей; w_вп =85...130 - для бензиновых и газовых двигателей. Чем выше скорость поршня С_п, тем выше w_вп.

Коэффициент остаточных газов

. (2.8)

Температура в конце впуска

, К. (2.9)

Коэффициент наполнения

, (2.10)

здесь DT - подогрев свежего заряда (принимается DT = 8...15 К).

Давление p_c и температура Т_с в конце процесса сжатия

; (2.11)

, (2.12)

где n ₁ - показатель политропы сжатия, который для автотракторных двигателей находится в пределах n₁ =1,34…1,38, или вычисляется по формуле В.А. Петрова

n ₁=1,41 - 100/ n_н, (2.13)

здесь n_н - частота вращения коленчатого вала, мин^-1.

 

Давление р_z и температура T_z в конце сгорания (расчет процесса сгорания).

 

Задаваясь значением степени повышения давления при сгорании l_р определяем давление в конце сгорания

p_z=l_p×p_c. (2.14)

У дизелей с предкамерным и вихрекамерным смесеобразованием l_р =1,5...1.8; при непосредственном впрыске в неразделенную камеру l_р =1,8...2,2. Чем ниже коэффициент избытка воздуха a, тем выше l_р.

Температура Т_z определяется из уравнения сгорания, которое для четырехтактного дизеля имеет вид:

(mC_v +8,314 l_р)× T_с+ = b ₀× mC_p×T_z,(2.15)

где mC_v - средняя мольная теплоемкость воздуха при постоянном объеме, кДж/(кмоль×град);

mC_p - средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания при постоянном давлении, кДж/(кмоль×град);

x - коэффициент использования теплоты;

H_u - низшая теплота сгорания топлива (для дизельного топлива
H_u =42500 кДж/кг).

У четырехтактных дизелей коэффициент использования теплоты x =0,8...0,9. Более низкие значения коэффициента x соответствуют быстроходным дизелям с неразделенной камерой.

mC_v =20,16+1,738×10^-3 T_c;

mC_p =8,314+(20,1+0,921/ a)+(1,38/ a +15,49) ×10^-4 T_z.

Подставляя в уравнение (2.15) значения средних мольных теплоемкостей, после преобразований получим квадратное уравнение вида

, (2.15 а)

здесь А, B, C - полученные численные значения, откуда

.

 

Давление p_b и температура Т_b в конце расширения.

 

Степень предварительного расширения подсчитывается по формуле

. (2.16)

Степень последующего расширения

d=e /r (2.17)

Давление в конце расширения:

p_b=p_z/d ⁿ² (2.18)

 

Температура в конце расширения

. (2.19)

В формулах (2.18) и (2.19) n ₂ – показатель политропы расширения. У дизелей n ₂=1,18...1,28. Чем выше коэффициент использования теплоты x, тем ниже n ₂.

После определения параметров в конце расширения выполняется оценка правильности выбора значения температуры отработавших газов, сделанной в начале теплового расчета, по формуле:

. (2.20)

Полученное значение температуры Т_r, принятое в начале расчета и вычисленное по формуле (2.20) не должны отличаться более, чем на 5%, в противном случае тепловой расчет следует уточнить, приняв в начале другое значение температуры Т_r.

2.2. Построение и анализ индикаторной диаграммы

 

Теоретическая индикаторная диаграмма строится в координатах p-V. Порядок ее построения следующий.

На оси абсцисс (рис. 2.1) откладывают произвольный отрезок, изображающий в каком-либо масштабе объем камеры сгорания V_c, этот отрезок принимают за единицу. Обычно величина этого отрезка 10...20 мм. Дальше откладываются на оси абсцисс в принятом масштабе объемы

V_z=rV_c, V_a=eV_c=V_c+V_h.

Выбрав на оси ординат масштаб давлений, откладывают точки: p ₀, p_k, p_a, p_c, p_z, p_b, p_r; давление , первое из них соответствует точке V_c на оси абсцисс, второе - точке V_z. Рекомендуемые масштабы: 1 мм=(0,033...0,015) МПа. Соотношение высоты диаграммы к длине должно быть 1,5/1…2,0/1.

Через точки и p_z, p_a, p ₀, p_k, p_r проводятся прямые, параллельные оси абсцисс. Точки а и с соединяются политропой сжатия, а точки z и b - политропой расширения. Промежуточные значения (5...6) этих кривых определяются из условия, что каждому значению V_x на оси абсцисс соответствуют следующие значения давлений

– для политропы сжатия;

– для политропы расширения.

Входящие в эти уравнения отношения объемов V_a / V_x=V_b / V_x определяются по соотношению соответствующих отрезков на оси абсцисс.

По построенной индикаторной диаграмме определяется среднее теоретическое индикаторное давление

,

где F - площадь индикаторной диаграммы, мм²;

l - длина индикаторной диаграммы, мм;

m - принятый масштаб давлений (1мм= m МПа), определяется по оси ординат.

Площадь индикаторной диаграммы определяется с помощью планиметра или путем построения ее на миллиметровой бумаге и соответствующего подсчета количества клеток.

Для проверки величина среднего теоретического индикаторного давления подсчитывается аналитическим путем по формуле (для четырехтактных дизелей):

, МПа (2.21)

Точность построения индикаторной диаграммы оценивается коэффициентом погрешности

 

 

Рис. 2.1. Теоретическая индикаторная диаграмма дизеля.

. (2.22)

Коэффициент d_п не должен превышать 3…4%, в противном случае необходимо повысить точность построения индикаторной диаграммы путем увеличения количества промежуточных точек диаграммы.

Действительное среднее индикаторное давление

, МПа,

где n - коэффициент полноты индикаторной диаграммы.

Для ориентировочных расчетов при выполнении курсовой работы можно принимать

n =0,95...0,97 для бензиновых и газовых двигателей;

n =0,92...0,95 для дизелей.

2.3. Определение основных размеров двигателя, показателей топливной

экономичности и КПД.

 

В этом разделе уточняются значения, принятые предварительно в разделе 1.