Тепловой расчёт и тепловой баланс двигателя карбюраторного двигателя

Тепловой расчёт

Топливо

       Т.к ε = 8,5, то для выбранного двигателя можно использовать бензин АИ-92.

Средний элементарный состав и молекулярная масса бензина:

       С = 0,855; Н = 0,145 и m_T = 115 кг/кмоль

Низшая теплота сгорания топлива:

      

 

Параметры рабочего тела

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива:

        кмоль возд/кг топлива

        кг возд/кг топлива

Коэффициент избытка воздуха:

Устанавливается 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 регулировки как мощностной, так и экономичный состав смеси. Стремление получить двигатель достаточно экономичный и с меньшей токсичностью продуктов сгорания, которая достигается при α= 0,95-0,98, позволяет принять α = 0,96 на основных режимах, а на режимах минимальной частоты вращения α=0,86 и на частоте 1500 об/мин α=0,93.

Пример расчёта будет производиться на номинальных оборотах n = 5600 об/мин при α = 0,96. Результаты остальных расчётов сведены в таблицы.

Количество горючей смеси:

        кмоль гор.смеси/кг топлива.

При неполном сгорании топлива (α<1) продукты сгорания представляют собой смесь окиси углерода (СО), углекислого газа (СО), водяного пара (НО), свободного водорода(Н), и азота(N).

Количество отдельных компонентов продуктов сгорания при К = 0,5 (К- постоянная зависящая от отношения количества водорода от окиси углерода содержащихся в продуктах сгорания):

   кмольСО₂/кг топл.

        кмольСО/кг топл.

        кмольН₂О/кг топл.

        кмольН₂/кг топл.

        кмольN₂/кг топл.

Общее количество продуктов сгорания:

        кмоль пр.сгор/кг топл.

 

Проверка:

 

C/12+H/2+0,792*α*L₀=0,855/12+0,145/2+0,792*0,96*0,516=0,07125+0,0725+0,3923=0,5360 кмоль пр.сгор/кг топл.

 

Таблица 1

Параметры	Рабочее тело
N	850	1500	2500	3400	4000	4500	5600	6000
Α	0,86	0,93	0,96	0,96	0,96	0,96	0,96	0,96
M1	0,4525	0,4886	0,5041	0,5041	0,5041	0,5041	0,5041	0,5041
MCO2	0,0512	0,0612	0,0655	0,0655	0,0655	0,0655	0,0655	0,0655
MCO	0,0200	0,0100	0,0057	0,0057	0,0057	0,0057	0,0057	0,0057
MH2O	0,0625	0,0675	0,0696	0,0696	0,0696	0,0696	0,0696	0,0696
MH2	0,0100	0,0050	0,0029	0,0029	0,0029	0,0029	0,0029	0,0029
MN2	0,3515	0,3801	0,3923	0,3923	0,3923	0,3923	0,3923	0,3923
M2	0,4952	0,5238	0,5361	0,5361	0,5361	0,5361	0,5361	0,5361

 

    Параметры окружающей среды и остаточные газы

Давление и температура окружающей среды:

        МПа;  К

Температура остаточных газов

T_r принимается по диаграмме для расчётных режимов двигателя [1] (рис 5.1).  

Давление остаточных газов p_r за счет расширения фаз газораспределения и снижения сопротивлений при конструктивном оформлении выпускных трактов рассчитываемых двигателей можно получить на номинальном скоростном режиме:

 МПа

на остальных режимах

       ) = 0,119МПа,

где

Процесс впуска

Температура подогрева свежего заряда

С целью получения хорошего наполнения цилиндров двигателя на номинальном скоростном режиме принимается . На остальных режимах  рассчитывается по формуле:

       =8,

где

Плотность заряда на впуске:

        кг/м³,

где R_В – удельная газовая постоянная для воздуха; R_В = 287 Дж/(кг·град)

 

Потеря давления на впуске

В соответствии со скоростными режимами (n=5600 мин^-1) и при учете качественной обработки внутренних поверхностей впускных систем можно принять: для карбюраторного двигателя  и  м/с. Тогда P_a на всех скоростных режимах двигателей рассчитывается по формуле:

 

,

где

Тогда  МПа

Давление в конце впуска:

        Мпа

Коэффициент остаточных газов

При определении γ_r для карбюраторного двигателя без наддува принимается коэффициент очистки , а коэффициент дозарядки на номинальном скоростном режиме , что вполне возможно получить при подборе угла опаздывания закрытия впускного клапана в пределах 30-60 градусов. При этом на минимальном скоростном режиме возможен обратный выброс в пределах 5%, т.е. .

. На остальных режимах значение  принимается по диаграмме [1] (рис5.1).

Температура в конце впуска:

        К

Коэффициент наполнения:

       Таблица 2

Параметры	Процесс впуска и газообмена
n	850	1500	2500	3400	4000	4500	5600	6000
α	0,86	0,93	0,96	0,96	0,96	0,96	0,96	0,96
Tr	870	940	980	1010	1020	1030	1060	1070
pr	0,1038	0,1045	0,1064	0,1088	0,1109	0,1129	0,1180	0,1201
∆T	19,9	18,3	15,8	13,5	12,0	10,8	8,0	7,0
∆pa	0,0003	0,0011	0,0030	0,0055	0,0077	0,0097	0,0150	0,0172
pa	0,0997	0,0989	0,0970	0,0945	0,0923	0,0903	0,0850	0,0828
φдоз	0,940	0,970	1,000	1,035	1,050	1,075	1,100	1,120
γr	0,0539	0,0487	0,0467	0,0457	0,0465	0,0467	0,0495	0,0504
Ta	341	340	339	337	337	336	337	337
ηv	0,8646	0,8925	0,9087	0,9205	0,9136	0,9161	0,8782	0,8696

 

                 Процесс сжатия

Средний показатель адиабаты сжатия К₁ определяется по номограмме (см. рис. 4.4), а средний показатель политропы сжатия n₁ принимается несколько меньше К₁. При выборе n₁ учитывается, что с уменьшением частоты вращения теплоотдача от газов в стенки цилиндра увеличивается, а n₁ уменьшается по сравнению с К₁ более значительно:

Для карбюраторного двигателя при n_N=5600 мин^-1, Т_а=337 и ε=8,5 показатель адиабаты сжатия определен по номограмме К₁=1,3775,n₁=1,3775+0,02=1,3777

Давление в конце сжатия:

        МПа

Температура в конце сжатия:

      К

Средняя мольная теплоёмкость в конце сжатия:

а) свежей смеси

       ,

где

        кДж/(кмоль·град)

б) остаточных газов

Определяется методом интерполяции [1] (табл. 3.8)

n_N = 5600 об/мин; α = 0,96; t_c = 482 ºC

,

где 23,586 и 23,712 – значения теплоёмкости продуктов сгорания при 500 ºC соответственно при

α = 0,95 и α = 1,00

Теплоёмкость продуктов сгорания при t_c = 482 ºC и α = 0,96

        кДж/(кмоль·град)

в) рабочей смеси

      

        кДж/(кмоль·град)

 

Таблица 3

Параметры	Процесс сжатия
n	850	1500	2500	3400	4000	4500	5600	6000
k1	1,3768	1,3771	1,3773	1,3775	1,3775	1,3776	1,3775	1,3775
n1	1,375	1,376	1,376	1,377	1,377	1,377	1,377	1,377
pc	1,8899	1,8801	1,8437	1,7992	1,7587	1,7200	1,6186	1,5763
Tc	762	761	757	756	755	753	755	755
tc	489	488	484	483	482	480	482	482
(mcv)	21,889	21,888	21,878	21,873	21,870	21,867	21,871	21,872
(mc''v)	23,694	23,846	23,972	23,968	23,964	23,955	23,964	23,964
(mc'v)	21,982	21,979	21,971	21,965	21,963	21,960	21,970	21,972

 

Процесс сгорания

Коэффициент молекулярного изменения горючей и рабочей смеси, где М1-количество горючей смеси, отнесённое к 1 кг топлива; М2-количесиво продуктов сгорания, отнесённое к 1 кг топлива.

      

Действительный коэффициент молекулярного изменения:

      

Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания, и теплота сгорания рабочей смеси:

        кДж/кг

        кДж/кмоль раб.см.

Средняя мольная теплоёмкость продуктов сгорания:

    

Определяется по эмпирическим формулам [1] (табл. 3.6) для интервала температур от 1501 до 2800ºC