Prakticheskoe zanjatie 3x

Учреждение образования
«ПОЛОЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Факультет машиностроения и автомобильного транспорта
Кафедра автомобильного транспорта
Практическое занятие 3
Тепловой расчет и определение основных размеров бензинового
двигателя
для студентов специальности
137 01 07 «Автосервис»
Составитель:
Дудан А.В., кандидат технических наук, доцент
1
Тепловой расчет и определение основных размеров
бензинового двигателя
Исходные данные для расчета:
-
эффективная мощность двигателя
частота вращения коленчатого вала
число тактов
число цилиндров и расположение цилиндров
коэффициент избытка воздуха
степень сжатия
прототип
отношение хода поршня к диаметру цилиндра
Ne = 46 кВ;
n = 5100 об/мин;
τ = 4;
і = 4, рад;
α = 0,95;
ε = 7,8;
ВАЗ -2101;
S/D = 0,92.
Для расчета двигателя в качестве топлива принимаем бензин А-92
с элементарным составом по массе:
gc = 0,85;
gll = 0,15;
g0 = 0.
Низшая теплота сгорания данного топлива Hu = 44000 кДж/кг
Давление и температуру окружающей среды принимаем равными
P0 = 0,1 МПа,
T0 = 298 K.
В начале сжатия температура отработавших газов для бензиновых ДВС
изменяется в пределах от 900 до 1100 К, для расчета принимаем Tr = 1000
К. Давление остаточных газов:
Pr = (1,05…1,25) · p0 = 1,15 · 0,1 = 0,115 МПа
Температура подогрева свежего заряда для бензиновых ДВС изменяется
в пределах:
ΔТ = -5...30 К, принимаем ΔТ =5 К.
Величина потери давления на впуске
Δ Pa = 0,12·0,01 = 0,012 МПа
1.2
для
бензиновых ДВС
Определение параметров конца впуска
Давление газов в цилиндре в конце впуска:
ра = р() – Δpa = 0,1 - 0,012 = 0,088 МПа
2
Коэффициент остаточных газов вычисляется по формуле:
𝛾𝑟 =
𝑇0 + 𝛥 𝑇
𝑝𝑟
298 + 5
0,115
·
=
·
= 0,06
𝑇𝑟
𝜀 · 𝑝𝑎 − 𝑝𝑟
1000 7,8 · 0,088 − 0,115
Температура газов в цилиндре в конце впуска:
𝑇𝑎 =
𝑇0 + 𝛥 𝑇 + 𝛾𝑟 · 𝑇𝑟 298 + 5 + 0,06 · 1000
=
= 342𝐾
1 + 𝛾𝑟
1 + 0,06
Коэффициент наполнения вычисляется по формуле:
𝜂v =
𝜂v =
𝑇0
1
1
·
· · ( 𝜀 · 𝑝𝑎 − 𝑝𝑟 )
𝑇0 + 𝛥 𝑇 𝜀 − 1 𝑝0
298
1
1
·
·
· ( 7,8 · 0,088 − 0,115) = 0,83
298 + 5 7,8 − 1 0,1
1.3 Определение параметров конца сжатия
Давление и температура газов в конце сжатия вычисляются по формулам:
Рc = рa 𝜀 𝑛1 = 0,088· 7,81,38 = 1,5 МПа
𝑇𝑐 = Tа· 𝜀 𝑛1−1 = 342· 7,81,38−1 = 746K.
где 𝑛1 = 1,38 – показатель политропы сжатия(табл. 1,2)
1.4 Определение параметров конца сгорания
Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания
топлива:
𝐿0 =
1
g 𝑐 g ℎℎ g 0
1
0,85 0,15 0
·( +
+
·(
+
+
)=
)
0,21 12
4
32
0,21
12
4
32
= 0,5159 кмоль⁄кг
где gc gh g0 - средний элементарный состав топлива для бензина.
Количество свежего заряда (кмоль для бензиновых двигателей
определяется по формуле:
3
𝑀1 = 𝛼 · 𝐿0 +
1
,
𝑚𝐼
где 𝑚𝐼 - молекулярная масса топлива для бензина 𝑚𝐼 = 110…120
кмоль/кг.
𝑀1 = 0,95 · 0,5159 +
1
= 0,4988 кмоль⁄кг
115
Количество продуктов сгорания при работе двигателя на бензине
при а < 1 :
𝑀2 =
𝑀2 =
g 𝑐 g ℎℎ
+
+ 0,79 · 𝛼 · 𝐿0
12
2
0,85 0,15
+
+ 0,79 · 0,95 · 0,5159 = 0,5330 кмоль⁄кг.
12
2
Теоретический коэффициент молекулярного изменения:
µ0 =
𝑀2 0,5330
=
= 1,0686.
𝑀1 0,4988
Действительный коэффициент молекулярного изменения:
µ=1+
µ0 − 1
1,0686 − 1
=1+
= 1,065.
1 + 𝛾𝑟
1 + 0,06
Потеря тепла вследствие неполноты сгорания топлива:
𝛥𝐻𝑢 = 119600 · (1 − 𝛼) · 𝐿0
𝛥𝐻𝑢 = 119600 · (1 − 0,95) · 0,5159 = 3085,1кДж/(моль · К)
Средняя мольная теплоёмкость свежего заряда:
𝑚𝑐v𝑐 = 20,16 + 1,74 · 10−3 · 𝑇𝑐
𝑚𝑐v𝑐 = 20,16 + 1,74 · 10−3 · 746 = 21,46кДж/кмоль · град
Средняя мольная теплоёмкость продуктов сгорания:
𝑚𝑐𝑣𝑧 = (18,42 + 2,60 · 𝛼) + (1,55 + 1,38 · 𝛼) · 𝑇𝑧 · 10−3
4
𝑚𝑐𝑣𝑧 = (18,42 + 2,60 · 0,95) + (1,55 + 1,38 · 0,95) · 𝑇𝑧 · 10−3
= 20,89 + 2,86 · 𝑇𝑧 · 10−3
Коэффициент использования теплоты для бензиновых ДВС изменяется в
пределах ξ = (0,85...0,95). Принимаем ξ = 0,85.
Максимальная температура сгорания подсчитывается по уравнению:
𝜉 · (H𝑢 − ΔH𝑢 )
+ 𝑚𝑐𝑣𝑧 · 𝑇𝑐 = µ · 𝑚𝑐𝑣𝑧 · 𝑇𝑧
M𝐼 · (1 + 𝛾𝑟 )
Подставив в уравнение найденное значение 𝑚𝑐𝑣𝑧 имеем:
0,85 · (44000 − 3085,1)
+ 21,46 · 746 = 1,065 · (20,89 + 2,86 · 𝑇𝑧 · 10−3 ) · 𝑇𝑧
0,4988 · (1 + 0,06)
Решим квадратное уравнение:
3,0459 · 10−3 · 𝑇𝑧2 + 22,2479 · 𝑇𝑧 − 81785,258 = 0
−𝐵 + √𝐵2 + 4 · 𝐴 · 𝐶 −22,25 + √22,252 + 4 · 3,046 · 10−3 · 81785,26
𝑇𝑧 =
=
2·𝐴
2 · 3,046 · 10−3
≈ 2687𝐾
B = 22,25
A = 3,046 · 10−3
C = -81785,26
𝑇𝑧 = 2687𝐾
Теоретическое максимальное давление цикла:
𝑝𝑧𝑇 = µ ·
𝑇𝑧
2687
· 𝑝𝑐 = 1,065 ·
· 1,5 = 5,4МПа
𝑇𝑐
746
Степень повышения давления:
𝜆=
𝑝𝑧𝑇 6,3
=
· 1,5 = 4,2
𝑝𝑐
1,5
5
Действительное давление конца сгорания:
𝑝𝑧𝑑 = 0,85 · 𝑝𝑧𝑇 = 0,85 · 6,3 = 5,4МПа
1.5 Определение параметров конца расширения
Степень предварительного расширения для бензиновых двигателей
ρ = 1.
Степень последующего расширения δ =
𝛿
𝜌
= 7,8
Температура в конце расширения:
𝑇𝑏 =
𝑇𝑧
𝛿 𝑛2−1
,
где n2 – средний показатель политропы расширения, для бензиновых
двигателей n2 = 1,23…1,34, принимаем n2 = 1,3.
𝑇𝑏 =
2687
= 1451𝐾
7,8 1,3−1
Давление в конце расширения:
𝑝𝑏 =
𝑝𝑧𝑇
6,3
=
= 0,44МПа
𝛿 𝑛2 7,8 1,3
Правильность выбора температуры Tr проверяем по формуле
профессора Е.К. Мазинга
𝑇𝑟 =
𝑇𝑏
1451
=
= 930𝐾
3 𝑝𝑏
3 0,44
√𝑝
√
0,115
𝑟
Погрешность расчета составляет 7 % , что меньше предельной - 10 %.
1.6 Определение параметров, характеризующих цикл в целом
Среднее индикаторное давление теоретического цикла:
𝑝𝑖 =
𝑝𝑐
𝜆
1
1
1
[
(1 − 𝑛 −1 ) −
(1 − 𝑛 −1 )]
𝜀 − 1 𝑛2 − 1
𝜀 2
𝑛1 − 1
𝜀 1
6
𝑝𝑖 =
1,5
4,2
1
1
1
−
−
[
(1 −
)
(1
)]
7,8 − 1 1,3 − 1
7,8 1,3−1
1,38 − 1
7,8 1,38−1
= 1,05МПа
Среднее индикаторное давление действительного цикла
𝑃𝑖 = 𝜑𝑛 · 𝑝𝑖 = 0,97 · 1,05 = 1,02МПа,
где 𝜑𝑛 - коэффициент полноты индикаторной диаграммы(𝜑𝑛 =
0,94…0,97; принято 𝜑𝑛 = 0,97).
Индикаторный КПД:
𝜂𝑖 = 8,314 ·
𝑀1 · 𝑝𝑖 · 𝑇0
0,4988 · 1,02 · 298
= 8,314 ·
= 0,35
𝐻𝑢 · 𝜂𝑣 · 𝑝0
44000 · 0,83 · 0,1
Удельный индикаторный расход топлива:
3600 · 103
3600 · 103
g𝑖 =
=
= 233,8г/кВт · ч
𝐻𝑢 · 𝜂𝑖
44000 · 0,35
1.7 Определение параметров, характеризующих двигатель в целом
Величина механического КПД двигателя выбирается исходя из того, что для
бензиновых ДВС 𝜂м изменяется от 0,7 до 0,85. Принимаем 𝜂м =0,85.
Среднее эффективное давление:
𝑝𝑒 = 𝑝𝑖 · 𝜂м = 1,02 · 0,85 = 0,87
Эффективный КПД:
𝜂𝑒 = 𝜂𝑖 · 𝜂м = 0,35 · 0,85 = 0,3
Удельный эффективный расход топлива:
3600 · 103 3600 · 103
g𝑒 =
=
= 282 г/кВт · ч
𝐻𝑢 · 𝜂𝑒
44000 · 0,3
7
1.8 Определение основных размеров двигателя
По эффективной мощности, частоте вращения коленчатого вала и
среднему давлению определяем литраж двигателя по формуле:
𝑉л = 30 · 𝛿 ·
𝑁𝑒
46
= 30 · 4 ·
= 1,24л
𝑝𝑒 · 𝑛
0,87 · 5100
Рабочий объем одного цилиндра:
𝑉ℎ =
𝑉л
1,24
= 30 · 4 ·
= 0,31л
𝑖
4
где 𝑖 – число цилиндров.
Диаметр цилиндра:
3
3
𝑉ℎ
0,31
𝐷 = 0,159 · √
= 0,159 · √
= 0,076м
𝜋·𝑆⁄𝐷
3,14 · 0,92
Ход поршня:
𝑆=𝐷·
𝑆
= 0,076 · 0,092 = 0,31 м
𝐷
Эффективная мощность:
𝑁𝑒 =
𝑝𝑒 · 𝑉л · 𝑛 0,87 · 1,24 · 5100
=
= 46кВт
30 · 𝜏
30 · 4
Эффективный крутящий момент:
3 · 104 𝑁𝑒 3 · 104 46
𝑀𝑒 =
·
=
·
= 81Н · м
𝜋
𝑛
3,14 5100
Часовой расход топлива:
𝐺𝑇 = 𝑁𝑒 · g 𝑒 · 10−3 = 46 · 282 · 10−3 = 13кг/ч
Средняя скорость поршня:
8
С𝑛 =
𝑆 · 𝑛 0,07 · 5100
=
= 11,9м/с
30
30
Литровая мощность:
𝑁л =
𝑝𝑒 · 𝑛 0,87 · 5100
=
= 37кВт/л.
30 · 𝜏
30 · 4
Таким образом, найдены основные параметры рабочего цикла
двигателя, индикаторные и эффективные показатели его работы, также
определены основные размеры двигателя. Точность расчетов,
температура 𝑇𝑟 составляет 7%.
9
Практическое занятие № 3 «Тепловой расчет поршневых
двигателей»
Произвести тепловой расчет двигателя по исходным данным, приведенных в
таблице
Таблица: Исходные данные теплового расчета
Число
цилинд
ров и
их
распол
ожение
Отношен
ие хода
поршня к
диаметру
цилиндро
в S/D
№
Эффект
ивная
мощнос
ть Nв
кВт
Частота
вращения
коленчатого
вала
двигателя n
1
46
5100
4
4P
0.95
7.8
0.92
2
125
2200
4
6P
1.80
16.0
1.10
3
4
5
6
7
8
9
10
105
130
160
160
225
115
55
95
3100
3100
3550
4300
4600
5300
5350
5150
4
4
4
4
4
4
4
4
8V
8V
8V
8V
8V
4P
4P
6V
0.90
0.92
0.87
0.92
0.91
0.93
0.86
0.85
6.7
7.5
7.3
10.0
11.0
9.6
8.6
8.1
0.92
0.9
0.89
1.94
0.88
0.91
1.03
0.82
Бенз
Диз с
надуво
м
Бенз
Бенз
Бенз
Бенз
Бенз
Бенз
Бенз
Бенз
11
45
5300
4
4P
0.88
10.0
0.97
Бенз
12
13
14
15
16
17
18
60
35
45
130
175
155
135
5200
5200
5400
2000
2150
2650
2750
4
4
4
4
4
4
4
4P
4P
4P
6V
8V
8V
8V
0.90
0.89
0.95
1.40
1.38
1.342
1.95
9.3
9.8
9.5
16.0
16.3
17.2
18.6
1.05
1.1
0.95
1.05
1.04
0.99
1.02
Бенз
Бенз
Бенз
Диз
Диз
Диз
Диз
19
100
2500
4
4P
1.41
16.0
1.32
Диз
20
21
22
23
24
25
26
27
200
160
195
225
80
95
85
200
2500
2600
2350
2100
2300
2500
2600
2450
4
4
4
4
4
4
4
4
6
6
6
6
4P
4P
4
6
1.43
1.45
1.46
1.42
1.43
1.45
1.94
1.42
16.0
16.5
16.0
16.0
16.1
16.3
16.2
16.0
1.14
1.20
1.20
1.15
1.13
1.24
1.23
1.14
Диз
Диз
Диз
Диз
Диз
Диз
Диз
Диз
28
180
2700
4
6
1.40
15.8
1.35
Диз
29
30
31
32
190
155
170
165
2350
2600
2400
2500
4
4
4
4
6
6
6
4
1.45
1.44
1.43
1.46
16.0
16.0
15.2
16.0
1.08
1.20
1.20
1.19
Диз
Диз
Диз
Диз
Число
тактов
τ
Коэфф
ициент
избытк
аα
Степень
сжатия
ε
і
10
Тип
двигате
ля
Прототип
Ваз-2101
Д 260,1
Зил-130
Зил- 137
Зил-133
Зил-111
Зил-114
ЗМЗ-4062,10
ВАЗ-2103
ГАЗ-24-14
Wolkswagen
Polo
Mazda 323LX
Opel Cossa
Renauln Twingo
ЯМЗ-236
ЯМЗ-238
Камаз-740
Зил-645
Mersedes-Benz
OM364
MAN D0826 LF
Perkinz 210T
Volvo D7.260
Navistar Int 530
D-245.1
D-245.3
D-245.10
Man D0826 LF
Mersedes-Benz
OM366
Steyr WD612.65
Renauln 0.6 W4
Cummins b-235
Deutz-1013
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ДИЗЕЛЬНОГО
ДВИГАТЕЛЯ
2.1.Процесс наполнения.
Исходные данные для расчёта:
эффективная мощность двигателя Ne=125кВт
частота вращения коленчатого вала n=2200об/мин
число тактов τ=4
число цилиндров расположения i=6 рядн.
коэффициент избытка воздуха α=1,8
степень сжатия ε=16
прототип Д260.1
В результате данного процесса цилиндр двигателя наполняется свежим
зарядом. Давление и температура окружающей среды принимаются: р0 =0,1
МПа, Т0 =293 К для тракторных двигателей.
Давление и температура воздуха принимается по рекомендациям,
приведённым в параграфе «Особенности расчёта двухтактных двигателей с
надувом» 𝑝к =1,5*р0 =1,5*0,1=0,15 МПа,
Тк =Т0 ∗ (𝑝к /р0 )(𝑛к−1)/𝑛к = 293 ∗ (
0,15 (1,4−1)/1,4
)
=293
0,1
К где: 𝑛к -показатель
политропы сжатия воздуха в компрессоре; 𝑛к =1,4.
Давление остаточных газов поля двигателя с надувом 𝑝𝑟 =(1,05…1,25) 𝑝к ;
исходя из этого принимаем 𝑝𝑟 =0,17 МПа.
Температура остаточных газов выбирается с учётом того,что для
дизельных двигателей она находится в пределах Т𝑟 =700…900 К, исходя из
этого принимаем Т𝑟 =800 К.
В зависимости от типа двигателя температура подогрева свежего заряда
ΔТ=-5…30 К, примем ΔТ=5 К.
Давление в конце впуска
11
𝑝а =𝑝к -Δ𝑝а .
Величина потери давления на впуске Δ𝑝а колеблется в пределах: для
дизельных двигателей Δ𝑝а =(0,04-0,18) 𝑝к ,тогда
Δ𝑝а =0,11*𝑝к
Δ𝑝а =0,11*0,15=0,017 МПа
𝑝а =0,15-0,017=0,135 МПа
Коэффициент остаточных газов:
𝛾𝑟 =
Тк +ΔТ
Т𝑟
∗
𝑝𝑟
𝜀∗ 𝑝а −𝑝𝑟
где ε- степень сжатия. ε=16,00
𝛾𝑟 =
329+5
0,17
800
16,00∗0,135−0,17
*
=0,036
Величина коэффициента остаточных газов 𝛾𝑟 изменяется в пределах: для
дизельных двигателей 𝛾𝑟 =0,03…0,06.
Температура в конце впуска
Та =
Та =
329+5+0,036∗800
1+0,036
Тк +ΔТ+𝛾𝑟 ∗ Т𝑟
1+𝛾𝑟
=350 К
В современных двигателях температура в конце впуска бывает: для
дизельных двигателей Та =(320…400).
Коэффициент наполнения
Величина коэффициента наполнения для дизельных двигателей
измеряется в пределах: 𝜂𝑣 =0,80…0,90.
𝜂𝑣 =
𝜂𝑣 =
16,00
16−1
∗
0,135
0,15
∗
329
350
∗
1
𝜀
𝜀+1
∗
𝑝а
𝑝к
∗
Тк
Та
∗
1
1+𝛾𝑟
=0,87.
1+0,036
2.2 Процесс сжатия .
12
Давление в конце сжатия
Рс =Ра *𝜀 𝑛1 .
Температура в конце сжатия
Тс =Та *𝜀 𝑛1−1 .
В этих формулах 𝑛1 - показатель политропы сжатия, который для
автотракторных двигателей находится в пределах 𝑛1 =1,34…1,42.
Принимаем 𝑛1 =1,34, тогда
𝑝𝑐 =0,135*16,001,34 =5,54 МПа
Тс =350*16,001,34 =899 К.
Для автотракторных двигателей давление и температура в конце сжатия
изменяется в пределах (таблица 1):
Таблица 1
Тип двигателя
Дизель с наддувом
𝑝𝑐 ,МПа
3,50…5,50
Тс
700…900
2.3 Процесс сгорания.
Теоретически необходимое количество воздуха необходимое для сгорания
1 кг жидкого топлива
𝐿0 =
1
0,21
∙(
𝑞𝑐
12
+
𝑞ℎ
4
−
𝑞0
32
)
где 𝑞𝑐 ; 𝑞ℎ ; 𝑞0 -средний элементарный состав топлива в долях кг
соответственно углерода, водорода и кислорода. Для дизельного топлива
понимают:
𝑞𝑐 =0,86; 𝑞ℎ =0,13; 𝑞0 =0,01;
𝐿0 =
1
0,21
∗(
0,86
12
+
0,13
4
−
0,01
32
моль.воздуха
)=0,495
кг.топлива
Количество молей свежего заряда для дизельных двигателей
М1 =α*𝐿0
13
М1 =1,80*0,495=0,890
Количество продуктов сгорания при работе двигателей на жидком
топливе при α>=1
М2 =
М2 =
gc gc
+ (𝛼 − 0,21)𝐿0
12 2
0,86 0,13
+
+ (1,80 − 0,21)0,495 = 0,923
12
2
Теоретический эффект молекулярного изменения
µ=1+
µ0 −1
1+ 𝛾𝑟
;
Величина µ для дизельных двигателей изменяется в пределах
µ=1,01…1,106.
Низшую температуру сгорания дизельных топлив принимаем:
Hu=42500кДж/кг
Средняя мольная теплоёмкость свежего заряда определяется по формуле
m𝑐𝑣𝑐 =20,16+1,74*10−3 Тс
Средняя мольная теплоёмкость продуктов сгорания для дизельных
двигателей определяется по формуле:
m𝑐𝑣𝑐 =(20,10+0,92/α)+(1,55+1,38/α)∙Т𝑍 ∙10−3
Значение коэффициента использования теплоты для дизельных
двигателей при работе на нормальном режиме ξ=0,65…0,85
Максимальная температура сгорания подсчитывается по уравнению:
ζ∙Hu
М1
+ (m𝑐𝑣𝑐 + 8,314 ∙ 𝜆) ∙ Тс = µ ∙ (m𝑐𝑣𝑐 + 8,314) ∙ Т𝑧
Примем коэффициент использования тепла ξ=0,75.
Величину степени повышения давления дл дизелей выбирают в
следующих пределах: для вихрекамерных и предкамерных дизелей, а так
14
же для дизелей с неразделёнными камерами сгорания и плёночным
смесеобразованием λ=1,2…1,8. Принимаем λ=1,3
m𝑐𝑣𝑐 = (20,10 +
0,92
1,38
) ∙ Т𝑧 ∙ 10−3
) + (1,55 +
1,80
1,8
0,75 ∙ 42500
+ (21,72 + 8,314 ∙ 1,3) ∙ 899 = 1,036 ∙ (m𝑐𝑣𝑐 + 8,314) ∙ Т𝑧
{ 0,890
m𝑐𝑣𝑐 = 20,61 + 0,00232Т𝑧
{
63812,95 = 1,036(m𝑐𝑣𝑐 + 8,314)Т𝑧
Подставим в уравнение сгорания значение m𝑐𝑣𝑐
63812,95=1,036(20,61+0,00232Т𝑧 +8,314) Т𝑧
0,0024Т𝑧 2 +29,96Т𝑧 -63812,95=0
Тz =
−B+√B2 +4AC
2A
=
−29,96+√29,962 +4∙0,0024∙63812,95
=1854 К
3∙0,0024
В=29,96
А=0,0024
С=-63812,95
Т𝑧 = 1854 К
m𝑐𝑣𝑐 = (20,10 +0,92/1,80)+(1,55 +1,38/1,80)∙1854∙10−3 =24,91 кДж/кмоль∙К
Величина теоретического максимального давления цикла:
Р𝑍𝑇 =𝑝𝑐 ∙λ
Р𝑍𝑇 =5,54∙1,30=7,20 МПа
Действительное давление цикла
Р𝑍d =Р𝑍𝑇 =7,20 МПа
Таблица 2
Тип двигателя
Дизель с
надувом
Т𝑧 ,К
1800…2300
Р𝑍𝑇 , МПа
5,0…10,0
2.4 Процесс расширения.
15
Р𝑍d ,МПа
5,0…10,0
Степень предварительного расширения для дизельных двигателей
ρ=
µ∙Тz
k∙Tc
=
1,036∙1854
1,3∙899
=1,50
Степень получения расширения:
𝜀
δ= ;
𝜌
δ=
16,00
1,5
=10,67
Величина среднего показателя политропы расширения для дизельных
двигателей 𝑛2 =1,15…1,28. Выбираем 𝑛2 =1,23
Температура в конце расширения:
Т𝑧
𝑛
δ 2 −1
Т𝑏 =
ТВ =
1854
10,671,23−1
;
=1076 К
Давление в конце расширения:
𝑝𝑏 =
𝑝в =
Р𝑍𝑇
𝛿 𝑛2
;
7,20
= 0,39 МПа
10,671,23−1
Примерные данные 𝑝в и ТВ для атотракторных двигателей следующее:
Таблица 3
Тип двигателя
дизель с наддувом
𝑝в ,МПа
0,2…0,4
ТВ
1000…1200
2.5 Процесс выпуска.
Параметрами процесса выпуска (Pr и Tr) задаются в начале расчёта
процесса впуска. Правильность предварительного выбора величин Pr и Tr
проверяется по формуле поф. Е.К. Мазгина:
Tr= 3
𝑇𝐵
𝑃
√ 𝑃𝐵
𝑟
16
;
3
Tr=1076/√(
0,39
0,17
) = 818 К
Погрешность вычислений составляет:
818 − 800
∙ 100% = 2,3% < 10%
800
Т.к. погрешность вычислений не превышает 10%, то величина Tr выбрана
правильно.
2.6 Индикаторные показатели.
Среднее индикаторное давление теоретического цикла для дизельных
двигателей подсчитывается по формуле:
Pi′ =
Pi′ =
Pc
[
λ∙ρ
ε−1 𝑛2
1
(1 − 𝜀𝑛2−1) − 𝑛
−1
1
1 −1
(1 −
1
𝜀 𝑛1 −1
) ∙ 𝜆(𝜌 − 1)]
5,54
1,3 ∙ 1,5
1
1
1
[
(1 −
)−
(1 −
) ∙ 1,3(1,5 − 1)] = 1,05 МПа
1,23−1
16,00 − 1 1,23 − 1
16,00
1,34 − 1
16,001,34−1
Среднее индикаторное давление действительного цикла
Р𝑖 = 𝜑𝑛 ∙ 𝑝′𝑖 ;
где 𝜑𝑛 - коэффициент полноты диаграммы, который принимается для
дизельных двигателей 𝜑𝑛 =0,92…0,95. Принимаем 𝜑𝑛 =0,95
р𝑖 =0,95∙1,05=0,993 МПа
Величина р𝑖 для дизельных двигателей с наддувом изменяется в
следующих пределах р𝑖 = до 2,2 МПа …
Индикаторный КПД для дизельных двигателей подсчитывается по
формуле
𝜂𝑖 = 8,314
𝜂𝑖 = 8,314
𝑀𝑖 𝑃𝑖 𝑇0
𝐻𝑢 𝜂𝑣 𝑃0
;
0,890 ∙ 0,993 ∙ 329
= 0,44
42500 ∙ 0,870 ∙ 0,15
Удельный индикаторный расход топлива определяется по уравнению
g𝑖 =
3600
𝐻𝑢 ∙𝜂𝑖
17
∙ 103 ;
g𝑖 =
3600∙103
42500∙0,44
= 194,29 г/кВт ∙ ч
Величина индикаторного КПД для автотракторных дизельных двигателей
𝜂𝑖 = 0,40 … 0,53
2.8 Эффективные показатели.
Механический КПД дизельных двигателей 𝜂𝑚 =0,70…0,80. Принимаем
𝜂𝑚 =0,75. Тогда среднее давление:
𝑝𝑒 = р𝑖 ∙𝜂𝑚 ;
𝑝𝑒 =0,993∙0,75=0,74 МПа
а эффективный КПД
𝜂𝑒 =𝜂𝑖 ∙𝜂𝑚 ;
𝜂𝑒 =0,75∙0,44=0,33
Удельный расход топлива
ge =
ge =
3600∙103
42500∙0,33
3600
𝐻𝑢 ∙𝜂𝑖
∙ 103 ;
= 259 г/кВт∙ч
Для действующих дизельных двигателей эффективные показатели могут
иметь следующие величины (табл.4);
𝜂𝑒
0,30…0,42
𝑝𝑒 ,МПа
0,45…0,85
g e ,г/кВт∙ч
210…280
2.8 Основные показатели и размеры цилиндра двигателя.
По эффективной мощности, частоте вращения коленчатого вала и
среднему эффективному давлению определяем литраж двигателя
𝑉л = 30 ∙ 𝜏 ∙
где, 𝑁𝑒 =125 кВт;
18
𝑁𝑒
𝑝𝑒 ∙ 𝑛
𝑝𝑒 =0,74 МПа;
𝑛=2200 1/мин;
𝜏=4 для четырёхтактных двигателей
𝑉л =
30∙4∙125
0,74∙2200
= 9,15 л
Рабочий объём одного цилиндра:
𝑉
𝑉ℎ = л ;
𝑖
где i- число цилиндров двигателя.
𝑉ℎ =
9,15
6
1,53 л
Диаметр цилиндра:
3
D=0,159 √
D=0,159(
1,53
𝜋∙1,10
)
1⁄
3 =0,121
𝑉ℎ
𝜋∙(𝑆⁄𝐷)
м
Ход поршня:
S=D∙(S/D);
S=0,121∙1,10=0,133 м
Полученные практические значения D и S исходя из практических
соображений приближаем к политропу. По окончательно принятым
значениям D=0,12 м и S=0,13 м определяем основные показатели и литраж
двигателя:
Литраж двигателя:
𝑉л′ =
𝑉л′ =
𝜋∙𝐷2 ∙𝑆∙𝑖
4
∙ 103 ;
𝜋 ∙ 0,122 ∙ 0,13 ∙ 6
∙ 103 = 8,82 л
4
эффективную мощность:
19
𝑁𝑒′ =
𝑁𝑒′ =
𝑃𝑒 𝑉л′ 𝑛
30𝜏
;
0,74 ∙ 2200 ∙ 8,22
= 120,46 л
30 ∙ 4
эффективный крутящий момент:
𝑀𝑒 =
3∙104
𝜋
∙
𝑁𝑒′
𝑛
;
3 ∙ 104 ∙ 120,46
𝑀𝑒 =
= 522,87 КН ∙ м
𝜋 ∙ 2200
среднюю скорость поршня: часовой расход топлива:
𝐶𝑚 =
𝐶𝑚 =
𝑆∙𝑛
30
0,13 ∙ 2200
= 9,53 м/с
30
Часовой расход жидкого топлива:
𝐺𝑇 = 𝑁𝑒′ ∙ 𝑞𝑒 ∙ 10−3
𝐺𝑇 = 120,46 ∙ 259 ∙ 10−3 = 31,20 кг/ч
Определим погрешность вычислений 𝑁𝑒 :
120,46 − 125
∙ 100% = 3,77% < 10%
120,46
Литровая мощность определяется по формуле:
𝑁л =
𝑁л =
𝑝𝑒 ∙𝑛
30∙𝜏
;
0,74 ∙ 2200
= 13,66 КВт/л
30 ∙ 4
2.9 Анализ полученных результатов
20
Проведя тепловой расчёт, определив параметры рабочего тела в цилиндре
двигателя, давления в камере сгорания и температуру рабочего тела, а
также произвели оценочные показатели процесса, позволяющие
определить размеры двигателя и оценить его мощностные и
экономические показатели.
Так как данные расчёта не вышли за пределы средней расчётной
величины для каждого сгорания, то тепловой расчёт выполнен верно и
погрешность расчётов является минимальной величиной.
Погрешность вычислений 𝑁𝑒 составила 3,77% , а погрешность выбора
температуры Tr составила 2,30%<10%.
21