Характеристики горючої суміші та продуктів згоряння

Теоретично необхідна кількість повітря для згоряння 1 кг палива, кмоль/кг

, (6)

де - масова частка вуглецю в паливі;

- масова частка водню в паливі;

- масова частка кисню в паливі;

- об’ємна частка кисню в повітрі, ( =0.21).

Дані щодо елементарного складу палива вибирають з таблиці 2 [2].

Таблиця 2 Елементарний склад рідкого палива в масових частках

Хімічні елементи	Тип палива
Бензин	Дизельне паливо
С	0.855	0.870
Н	0.145	0.126
О	-	0.004

Кількість горючої суміші на 1 кг палива для карбюраторного двигуна, кмоль/кг

, (7)

де a - коефіцієнт надлишку повітря;

- молярна маса палива, кг/кмоль. Для бензину =110…120 кг/кмоль, для дизельного палива =180…200 кг/кмоль [3].

Для дизеля об’ємна кількість палива, що впорскується в циліндр, мала у порівнянні з об’ємом повітря, тому другим доданком можна знехтувати, тоді

. (8)

Кількість продуктів згоряння на 1 кг палива, кмоль/кг,

при (карбюраторний двигун)

; (9)

при (дизель)

. (10)

Хімічний коефіцієнт молекулярної зміни горючої суміші під час згоряння

. (11)

3 Параметри стану газу перед впускними та за випускними клапанами

Тиск свіжого заряду перед впускними клапанами для двигунів без наддування, МПа

, (12)

де - тиск навколишнього середовища, МПа ( =0.101 МПа);

- втрата тиску у впускному трубопроводі, МПа.

Для карбюраторних двигунів =0.012... 0.016 МПа, для дизелів

=0.003... 0.006 МПа [2].

Для двигунів з наддуванням тиск свіжого заряду перед впускними клапанами, МПа

, (13)

де - тиск наддування, МПа;

Температура свіжого заряду перед впускними клапанами для двигунів без наддування, К

, (14)

де - температура навколишнього середовища. у розрахунках брати

=293 К;

- температура підігріву свіжого заряду, К.

15... 20 К для карбюраторного двигуна, = 5... 10 К для дизеля без наддування.

Температура свіжого заряду перед впускними клапанами для дизелів з наддуванням без охолоджувача наддувного повітря, К

, (15)

де - показник політропи стиску наддувного повітря ( =1, 6... 1.8) [2].

Температура свіжого заряду перед впускними клапанами для дизелів з наддуванням і охолоджувачем наддувного повітря , К

, (16)

де - коефіцієнт ефективності охолоджувача наддувного повітря ( =0.5…0.7) [2].

Тиск газу за випускними клапанами двигунів без наддування , МПа

, (17)

де - перепад тиску у випускному трубопроводі, МПа;

=0.003... 0.006 МПа.

Для двигунів з наддуванням тиск газів за випускними клапанами залежить від тиску наддування.

При < 0.15 МПа = (0.9... 1.0) ,

=0.15... 0.25 МПа = (0.8... 0.9) ,

> 0.25 МПа = (0.75... 0.8) .

4 Показники процесу наповнення

Показники процесу наповнення залежать не тільки від організації даного процесу, а і від процесу випуску газів, які відпрацювали попередній цикл, оскільки в циліндрі залишається деяка їхня залишкова кількість і вони мають відносно високу температуру і тиск .

Кількість залишкових газів , кмоль

, (18)

де - універсальна газова постійна ( =8314 Дж/кмоль град).

Температура залишкових газів на початку процесу впуску в дизельному двигуні =700... 900 К. У карбюраторному двигуні =900... 1100 К [4], а у деяких випадках досягає 1300 К [2].

Тиск залишкових газів , МПа

, (19)

де - коефіцієнт, що враховує перепад тиску залишкових газів у циліндрі відносно тиску за випускними клапанами наприкінці процесу випуску ( =1.1... 1.12) [2].

Тиск у кінці процесу наповнення , МПа

, (20)

де - коефіцієнт, що враховує перепад тиску робочої суміші перед впускними клапанами відносно тиску в циліндрі наприкінці процесу наповнення ( =0.94... 0.98) [2].

Тиск у процесі наповнення для отримання розрахункової індикаторної діаграми беруть як постійну величину що дорівнює .

Важливим показником процесу наповнення є коефіцієнт наповнення , який являє собою відношення дійсної кількості свіжої суміші , що заповнила циліндр, до кількості суміші , що може заповнити робочий об’єм циліндра при тиску і температурі навколишнього середовища.

. (21)

Коефіцієнт наповнення можна визначити за формулою

. (22)

де - підвищення температури свіжого заряду від стінок циліндра, К.

(Для двигунів без наддування =10... 20 К, для двигунів з наддуванням =5...10 К).

Коефіцієнт залишкових газів

. (23)

Температура наприкінці процесу наповнення , К

. (24)

Кількість свіжої суміші, що заповнила циліндр , кмоль, розраховують залежно від відсутності чи наявності наддування.

Для двигуна без наддування

, (25)

для двигуна з наддуванням

. (26)

Кількість робочої суміші , кмоль

. (27)

5 Показники процесів стиску і згоряння

Зміна тиску в циліндрі в процесі стиску , МПа

, (28)

де - показник політропи стиску.

Для дизеля =1.34 …1, 40; для карбюраторного двигуна =1, 30…1, 38 [4]. Більше значення брати для дизеля =1.37; для карбюраторного двигуна =1.34 [2].

Тиск наприкінці процесу стиску , МПа

. (29)

Температура наприкінці процесу стиску , К

. (30)

Коефіцієнт молекулярної зміни під час згоряння робочої суміші

. (31)

Температуру в умовному кінці згоряння , К за способом розрахунку, викладеному в роботі [2], визначають розв’язуючи рівняння

. (32)

Для дизеля залежності, що входять до рівняння (32), визначають за формулами:

,

де .

;

,

де ; .

Для карбюраторного двигуна - за формулами:

,

де ,

,

,

де , ,

- нижча теплотворна здатність палива, кДж/кг.

Для бензину брати = 44000 кДж/кг,

для дизельного палива = 42500 кДж/кг.

- коефіцієнт ефективності використання теплоти під час згоряння.

Для дизеля ступінь підвищення тиску звичайно задається, тоді ступінь попереднього розширення

. (33)

Для карбюраторного двигуна ступінь підвищення тиску визначається за заданим ступенем попереднього розширення

. (34)

Тиск наприкінці згоряння, МПа

. (35)

Об’єм циліндра наприкінці згоряння , м³

. (36)

6 Показники процесу розширення

Тиск у циліндрі на ділянці попереднього розширення беруть як постійну величину, що дорівнює .

Ступінь наступного розширення

. (37)

Під час наступного розширення тиск у циліндрі зменшується у результаті збільшення об’єму і розраховується за формулою

, (38)

де - показник політропи розширення.

Для дизелів =1.15... 1.3, для карбюраторного двигуна =1, 22... 1.28 [5].

Тиск наприкінці процесу розширення , МПа

. (39)

Температура в кінці процесу розширення , К

. (40)

Тиск і температури в циліндрі двигуна у процесах стиску, згоряння і розширення заносяться до таблиці 3. За результатами розрахунку робочого процесу двигуна будують індикаторні діаграми зміни тиску газів у циліндрі від його об’єму та кута повороту кривошипа (рис. 3).

Таблиця 3 Індикаторна діаграма

Лінія стиску	Лінія розширення
…			…

У процесі наповнення тиск беруть постійним, він дорівнює тиску наприкінці процесу наповнення , а тиск у процесі випуску дорівнює тиску залишкових газів .

, z^/ z

c

c^/

в^/ в

r

а

а

, z^/ z

с^/ с

а в^/ в

r

0 180 360 540 , град б

Рис. 3 Індикаторна діаграма

а - залежність тиску в циліндрі від його об’єму;

б - залежність тиску в циліндрі від кута повороту кривошипа

7 Індикаторні та ефективні показники двигуна

Середній індикаторний тиск , МПа [2]

Для дизелів

, (41)

для карбюраторного двигуна

, (42)

де - коефіцієнт повноти індикаторної діаграми, що враховує відмінність дійсної діаграми порівняно з розрахунковою.

Для чотиритактних двигунів =0.95... 0.98 [2].

Індикаторна потужність двигуна , кВт

, (43)

де - тактність двигуна (2 або 4).

Середній індикаторний момент , Нм

. (44)

Економічність робочого циклу двигуна внутрішнього згоряння характеризується індикаторним ККД, що являє собою відношення тепла, перетвореного в індикаторну роботу циклу , до тепла, витраченого за цикл палива

. (45)

Індикаторний ККД двигуна можна визначити за формулою, отриманої після перетворення співвідношення (45)

. (46)

Питомий індикаторний видаток палива, г/кВт.год

. (47)

Середній тиск механічних втрат, МПа

, (48)

де - середня швидкість поршня, м/с ;

і - емпіричні коефіцієнти, що залежать від співвідношення ходу поршня до діаметра циліндра і типу двигуна. Для карбюраторного двигуна при S/D > 1 =0.049, =0.015; при S/D <1 =0.039, =0.013. Для дизеля з неподіленою камерою без наддування =0.103, =0.012; з поділеною камерою =0.103, =0.014 [6];

- частота обертання вала двигуна, об/хв.

Механічний ККД двигуна

. (49)

Середній ефективний тиск, МПа

. (50)

Ефективний ККД двигуна

. (51)

Ефективна потужність двигуна , кВт

. (52)

Ефективний момент , Нм

. (53)

Питомий ефективний видаток палива, г/кВт год

. (54)

Годинний видаток палива, кг/год

. (55)

Після виконання розрахунку робочого процесу двигуна проводиться порівняння отриманої у результаті розрахунку ефективної потужності двигуна з ефективною потужністю двигуна-прототипу. Якщо відмінність більша за допустиму (5%), то необхідно провести уточнення проведених розрахунків.

Результати розрахунку індикаторних і ефективних показників двигуна зводять до таблиці 4.

Таблиця 4 Індикаторні та ефективні показники двигуна

Параметр	Індикаторні показники	Ефективні показники
Потужність, кВт
Частота обертання, об/хв
Момент, Нм
ККД
Питомий видаток палива, г/кВт.год.
Годинний видаток палива, кг/год.

Дата добавления: 2014-12-08