Экспериментально установлено, что на участке c-z, топливо всегда сгорает не полностью, а догорает далее в процессе расширения.

1) Коэффициент молекулярного изменения свежей смеси:

                                     (3.23)

2) Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси:

                        (3.24)

3) Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания:

кДж/кг        (3.25)

4) Теплота сгорания рабочей смеси:

кДж/кмоль раб.см.    (3.26)

5) Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания:

       (3.27)

6) Коэффициент использования теплоты xz зависит от режима работы двигателя, способа смесеобразования, условий охлаждения камеры сгорания, степени диссоциации газов и быстроходности двигателя.

Принимаем xz = 0.93.

7) Температура в конце видимого процесса сгорания

                                    (3.28)

откуда tz=2623° С

К                            (3.29)

8) Максимальное давление сгорания теоретическое:

МПа           (3.30)

9) Максимальное давление сгорания действительное:

МПа                     (3.31)

10) Степень повышения давления:

                           (3.32)

3.7 Процессы расширения и выпуска

В начале процесса расширения, который условно начинается в момент достижения в цилиндре максимальной температуры цикла, продолжается подвод теплоты к рабочему телу, затем расширение происходит с отводом теплоты к стенкам. Догорание в процессе расширения происходит вследствие несовершенства перемешивание воздуха с топливом, недостаточного времени на сгорание. Интенсивный теплообмен между рабочим телом и стенками днища поршня, головки цилиндров, гильзы осуществляется в течение всего процесса расширения и различен для разных его участков. В результате влияния догорания топлива, восстановления продуктов диссоциации, охлаждения расширяющихся газов, утечки газов через неплотности поршневых колец и клапанов действительный процесс расширения протекает с переменным значением показателя политропы.

Средний показатель адиабаты расширения k2 определяется по монограмме [1, рис.4.8] при заданном e для соответствующих значений a и Tz, а средний показатель политропы расширения n2 определяется по величине среднего показателя адиабаты.

1) Давление в конце процесса расширения:

 МПа                                    (3.33)

2) Температура в конце процесса расширения:

 К                                      (3.34)

3) Проверка ранее принятой температуры остаточных газов:

 К                           (3.35)

 %, что допустимо            (3.36)

3.8 Индикаторные параметры рабочего цикла

Средним индикаторным давлением рi называют условное постоянное давление газов, которое, воздействуя на поршень, за один его ход от ВМТ к НМТ совершает работу, равную работе за один рабочий цикл.

1) Теоретическое среднее индикаторное давление:

                   (3.37)

МПа

В действительном рабочем цикле среднее индикаторное давление получается меньше, с одной стороны, из-за округления индикаторной диаграммы у расчетных точек с, z и в, вследствие начала горения топлива до ВМТ, начала открытия выпускного клапана до НМТ; а с другой – из-за наличия насосных потерь при впуске и выпуске. Потери на округление учитываются коэффициентом полноты jи индикаторной диаграммы.

2) Среднее индикаторное давление:

МПа                      (3.38)

где jи=0.96 – коэффициентом полноты индикаторной диаграммы.

Экономичность протекания действительного цикла оценивается двумя показателями: индикаторным КПД hi и удельным расходом топлива gi на единицу индикаторной мощности в единицу времени.

3) Индикаторным КПД называется отношение теплоты, обращенной в механическую работу цикла, к теплоте, сгорания топлива:

                        (3.39)

Значения индикаторного КПД hi всегда ниже термического КПД ht, так как он учитывает не только отвод теплоты к холодному источнику, но и потери, связанные с неполнотой сгорания, отводом теплоты к стенкам и с отработавшими газами, диссоциацией, утечками газа через неплотности и т.д.

4) Индикаторный удельный расход топлива:

г/(кВт·ч)                       (3.40)

Индикаторная мощность не может быть полностью передана потребителю, поскольку некоторая ее часть неизбежно затрачивается на преодоление различных сопротивлений внутри двигателя. Эту часть мощности называют мощностью механических потерь. К ней относится мощность, затрачиваемая: на трение между движущимися деталями двигателя (например, трение поршней и поршневых колец), движущимися деталями с воздухом, маслом (маховик, шатун и др.); приведение в действие вспомогательных агрегатов и устройств двигателя (насосов, генератора и др.); очистку и наполнение цилиндра (насосные потери); привод нагнетателя (при механическом приводе от коленчатого вала).

3.9 Эффективные показатели двигателя

1) Предварительно приняв ход поршня S= 92 мм, получим значение средней скорости поршня при nN=4500 мин-1

м/с                                (3.41)

2) Среднее давление механических потерь:

МПа              (3.42)

3) Среднее эффективное давление:

 МПа                       (3.43)

4) Механический КПД

                                             (3.44)

Показателями экономичности работы двигателя в целом (а не только его действительного цикла) служат удельный эффективный расход топлива ge и эффективный КПД hе.

5) Эффективный КПД:

                                (3.45)

6) Эффективный удельный расход топлива:

 г/(кВт·ч)                         (3.46)

3.10 Основные параметры цилиндра и двигателя

1) Литраж двигателя

л                                  (3.47)

где t = 4 – количество тактов двигателя.

2) Рабочий объем одного цилиндра:

 л                                             (3.48)

где i= 4 – количество цилиндров двигателя.

3) Диаметр цилиндра. Так как ход поршня предварительно был принят   S= 81 мм, то:

мм                        (3.49)

Окончательно принимаем D =93 мм, S= 92 мм.

Основные параметры и показатели двигателя определяем по окончательно принятым значениям  и :

Площадь поршня:

 см2                            (3.50)

Литраж двигателя:

 л                          (3.51)

Мощность двигателя:

 кВт                           (3.52)

Литровая мощность двигателя:

 кВт/л                                       (3.53)

Крутящий момент:

 Нм                          (3.54)

Часовой расход топлива:

 кг/ч                       (3.55)

3.11 Расчет и построение индикаторной диаграммы

Индикаторная диаграмма строится с целью проверки полученного аналитическим путем значения среднего индикаторного представления протекания рабочего цикла в цилиндре рассчитываемого двигателя.

Индикаторная диаграмма двигателя построена для номинального режима работы двигателя, т.е. при Ne=85 кВт и n=4500 мин-1, аналитическим методом.

Масштаб диаграммы: масштаб хода поршня Ms=1 мм в мм; масштаб давления Mp=0.05 МПа в мм.

Величины в приведенном масштабе, соответствующие рабочему объему цилиндра и объему камеры сгорания:

 мм                                              (3.56)

 мм                                      (3.57)

Максимальная высота диаграммы (точка )

мм                                       (3.58)

По данным теплового расчета на диаграмме откладываем в выбранном масштабе величины давлений в характерных точках.

Ординаты характерных точек:

мм                          мм   (3.59)

мм                      мм

 мм

Построение политропы сжатия и расширения аналитическим методом:

а) политропа сжатия . Отсюда:

 мм,               (3.60)

где:  мм;

б) политропа расширения . Отсюда:

  мм;              (3.61)

Результаты расчета точек приведены в табл. 3.1

Теоретическое среднее индикаторное давление:

МПа                                  (3.62)

где 2160 мм2 – площадь диаграммы .

Таблица 3.1

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16