ВВЕДЕНИЕ

Целью практической работы является закрепление учебного материала по тепловому расчёту двигателя внутреннего сгорания  на примере двигателя с распределённым впрыском и приобретение навыков для выполнения курсового проекта(работы) по дисциплине «Рабочие процессы, конструкция и основы расчёта автомобильных двигателей».

Тепловой расчет позволяет определить основные показатели работы ПДВС, проанализировать влияние различных факторов на эффективность работы двигателя в эксплуатации.

При выполнении работы необходимы знания по теплотехнике, гидравлике, математике, а также знания по конструкции и расчёту двигателей.

Задание для практических работ приведено в таблице 1.3. Индивидуальное задание студенты выбирают в соответствии с шифром зачетной книжки (по последней цифре).

Практическая работа выполняется студентом на листах формата А 4. Построение свёрнутой индикаторной диаграммы проводится на миллиметровой бумаге формата А 4. В основу теплового расчета двигателей внутреннего сгорания положено определение значений основных параметров цикла - впуска, сжатия, сгорания, расширения и выпуска с последующим определением индикаторных и эффективных показателей, коэффициентов полезного действия, мощностных и экономических показателей. Обычно, тепловой расчет выполняется для режима работы двигателя, соответствующего максимальной мощности и номинальной частоте вращения.

1.1. Параметры рабочего цикла

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания одного килограмма жидкого топлива:

=1/0.23(8С/3+8Н-О) кг/кг(топл.),

где     С,Н,О - массовые доли углерода, водорода и кислорода в топливе (табл. 1.1.).

Таблица 1.1.

Вид топлива	Содержание			Низшая теплотворная способность, Нu кДж/кг
	С	Н	О
Бензин	0,855	0,145	-	43900

При расчете в к.моль на кг

где  m_в = 29 молекулярная масса воздуха.

Количество свежего заряда:   

М₁=aL₀+1/m_т -в бензиновых двигателях,

       где m_т=115 кг/к моль - молярная масса топлива.

a=1 - коэффициент избытка воздуха.

Количество продуктов сгорания:

М₂=C/12+H/2+0,792aL₀ (кмоль пр.сг/кг топл.).

При расчете параметров впуска, сжатия, сгорания и расширения в качестве параметров считать давление, температуру и объем с индексами в нижней части, обозначающими соответствующие точки индикаторной диаграммы.

Давление в конце впуска Р_а:

Р_а=Р_о-DР_а,

где  Р_о - атмосферное давление, МПа; 

      DР_а - потери давления во впускной системе, МПа.

Потери давления во впускной системе можно рассчитать по эмпирической формуле:

DР_а=(2,5А²n²r_о*10^-6)/2,

где  А=W_вп/n - коэффициент, учитывающий радиус кривошипа, диаметр поршня, длину шатуна, площадь наименьшего сечения впускной системы, коэффициент сопротивления впускной системы, коэффициент затухания скорости движения заряда. 

      n - частота вращения коленчатого вала, об/мин;  

W_вп – скорость газов на впуске, м/с;

W_вп=(σSnpD²)/(120if) м/с;

где σ=(ε-0,5)/(ε-1)-доля приращения объёма горючей смеси за счёт остаточных газов;       

ε-степень сжатия;

S-ход поршня, м;

D-диаметр поршня,см; 

i-число одноимённых клапанов в одном цилиндре (I=2);

f-площадь проходного сечения клапана,см²;

r_о - плотность заряда на впуске, кг/м³.

где  R_b = 287Дж/кгК - газовая постоянная воздуха;

Т_о - температура окружающего воздуха.

Давление в конце впуска:

      

Р_а=(0,8...0,95)Р_о – двигатели с впрыском топлива.

Коэффициент наполнения:

где  P_r - давление остаточных газов, при расчете принимаем

φ_д – коэффициент дозарядки на номинальном скоростном режиме, принимаем φ_д=1,145;

φ_о – коэффициент очистки, φ_о=1;

T_o¢ = Т_о+DТ - температура свежего заряда с учетом подогрева в впускном трубопроводе;

DТ =6 К – двигатели с впрыском топлива;  

Коэффициент остаточных газов:

 

Температура в конце впуска:

,

где  T_r - температура остаточных газов;  

T_r = 1040 К – двигатели c впрыском топлива.

Принимаем средний показатель политропы сжатия

n₁ = 1,376.

Давление в конце такта сжатия:

      

Температура в конце сжатия:

Т_с=Т_аe^n1-1

1.4. Расчет параметров сгорания

Расчет производится на основе уравнения сгорания.

Карбюраторный двигатель:

где  H_u- низшая теплотворная способность топлива(табл. 1.1).

x - коэффициент использования тепла,  принимаем равным x=0,986;       

b - расчетный коэффициент молекулярного изменения.

где  M_r=gL_o -число молей остаточных газов;

С_vc и C_vz - соответственно средняя молярная теплоемкость свежего заряда в конце сжатия и продуктов сгорания.

С_vc=20,1+1,736*10^-3*Т_с;

С_vz=49,89*10^-4*Т_z.

После подстановки теплоемкостей и всех известных величин в уравнение сгорания, получаем квадратное уравнение относительно T_z. Решение этого уравнения дает два корня, один из которых определяет температуру в конце сгорания, другой не имеет физического смысла.

       Давление  в конце сгорания:

                 P_z=P_cb T_z/T_c.

      

Для двигателей с впрыском топлива степень повышения давления l=Р_z/P_c

 

1.5. Расчет параметров расширения

 

Давление в конце процесса расширения:

,

где  n₂ - средний показатель политропы расширения. Принимаем n₂=1,248.

Температура Т_в в конце расширения:

.

Проверка ранее принятой температуры остаточных газов:

Погрешность расчёта не должна превышать 2%.

 1.6. Расчет индикаторных показателей цикла

 

Теоретическое среднее индикаторное давление:

,

 

Действительное среднее индикаторное давление для округлой индикаторной диаграммы:

Р_i=P_i¢n,

где  n - коэффициент полноты индикаторной диаграммы.

принимаем равным n=0,98.

       Индикаторный КПД определяется по формуле:

,

Индикаторный удельный расход топлива;

g_i=36*10⁵/H_uh_I, г/кВт*ч.

1.7. Расчет эффективных показателей цикла

Среднее давление механических потерь Р_м определяется по эмпирическим формулам с учетом средней скорости поршня V_ср.

V_ср = Sn/30 м/с,

где  S - ход поршня, м;

       n - частота вращения коленчатого вала, мин^-1.

Для бензиновых двигателей:

       S/D<1 Р_м = 0,024+0,0053V_ср;

       S/D>1 Р_м = 0,049+0,0152V_ср,

где  S/D - отношение хода поршня к его диаметру.

Среднее эффективное давление:

Р_е =Р_i - Р_м МПа

Механический КПД определяем по соотношению

h_м = Р_е/Р_i.

Эффективный КПД будет равен

h_е =h_i *h_м.

  Удельный эффективный расход топлива;

g_е=36*10⁵/Н_uh_е г/кВт*ч

  Эффективная мощность 

N_e=Р_enV_hi/30t кВт,

где  V_h - рабочий объем цилиндра, л;

       i - число цилиндров;

       t - коэффициент тактности;

       t=4 - четырехтактные двигатели.

Часовой расход топлива 

G_т = N_e*g_e/1000 кг/ч.

Результаты расчета сводятся в таблицу 1.2., проводится их анализ и делается вывод о влиянии значения условий работы на показатели двигателя.

Таблица 1.2.

То

Ро

Та

hv

g

Tz

Pz

Pi

Pe

he

Ne

ge

Gт

Значение

1.8. Построение индикаторной диаграммы

Масштаб диаграммы выбирают такой, чтобы отношение высоты диаграммы к ее ширине было близким к  1,5. Для этого по оси абсцисс откладывают отрезок V_с=10-15мм и принимаем его равным единице, тогда

V_а=eV_c=V_c+V_h,

Отрезки V_c,V_h,V_a отмечают размерными линиями со стрелками и из конечных точек восстанавливают перпендикуляры, на которых в соответствии с выбором масштаба давлений отмечают точки P_c,P_r,P_a,P_о,P_z (P_z¢),P_в.

Через точку Р_о проводят линию атмосферного давления.

Построение политропы сжатия и расширения рекомендуется произвести аналитическим методом. Промежуточные точки давлений Р_х и соответствующие им промежуточные объемы, расположенные между V_c и V_a и между V_z и V_в определяем из следующих зависимостей.

Для политропы сжатия

.

Для политропы расширения

,

где  V_х - произвольно выбранный объем;

       Р_х - давление соответствующее этому объему

 

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчёт автомобильных и тракторных двигателей: Учеб. пособие для вузов.-3-е изд. перераб. и доп.-М.: Высш. шк., 2002.-496 с. 

2. Двигатели внутреннего сгорания. В 3 кн. Кн 1. Теория рабочих процессов: Учеб./ Луканин В.Н., Морозов К.А., Хачиян А.С. и др. Под ред. В.Н.Луканина. - М.: Высшая школа., 1995-368с.

 3. Сокол Н.А. Рабочие процессы, конструкция и основы расчёта автомобильных двигателей: Метод. указания/ДГТУ, Ростов-на-Дону, 2001, 25с.

Таблица 1.3.