Система выпуска отработавших газов состоит из двух труб двигателя, двух приемных труб соединенных газоприемником, глушителя, резонатора и выпускной трубы с наконечником. Глушитель и резонатор неразборной конструкции. Корпус глушителя покрыт теплоизоляционным слоем асбеста, который для предотвращения от повреждения обернут жестью.
3. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ
3.1 Топливо
В соответствии с заданной степенью сжатия e=9.5 для рассчитываемого двигателя можно использовать бензин марки А-92.
Средний элементарный состав и молекулярная масса бензина:
– углерода C – 0.855;
– водорода H – 0.145;
– молекулярная масса mT =115 кг/кмоль.
Низшая теплота сгорания:
(3.1)
кДж/кг.
3.2 Параметры рабочего тела
1) Теоретическое количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива принятого состава, определяется по формуле:
(3.2)
моль/кг.
(3.3)
2) 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 регулировке как мощностной, так и экономичный состав смеси. a=0.95 по заданию.
3) Количество горючей смеси:
кмоль св. зар./кг топл. (3.4)
4) Количество отдельных компонентов продуктов полного сгорания при К=0.5 и принятом скоростном режиме:
(3.5)
кмоль СО2/кг топл.;
(3.6)
кмоль СО/кг топл.;
(3.7)
кмоль Н2О/кг топл.;
(3.8)
кмоль Н2/кг топл.;
кмоль N2/кг топл. (3.9)
5) Общее количество продуктов полного сгорания
(3.10)
кмоль пр.сг./кг топл.
3.3 Параметры окружающей среды и остаточные газы
Атмосферные условия: р0=0.1 МПа;
Т0=293 К;
Давление окружающей среды: рк=р0=0.1 МПа;
Температура окружающей среды: Тк=Т0=293 К.
Температура остаточных газов. При постоянном значении степени сжатия e=9,5 температура остаточных газов практически линейно возрастает с увеличением скоростного режима при a=const, но уменьшается при обогащении смеси. Учитывая уже определенные значения n и a, можно принять значения Tr для расчетного режима карбюраторного двигателя в пределах, Tr =1040 К.
Давление остаточных газов pr, за счет расширения фаз газораспределения и снижения сопротивления при конструктивном оформлении выпускных трактов рассчитываемого двигателя можно принять на номинальном скоростном режиме:
МПа (3.11)
3.4 Процесс впуска
1) Температура подогрева свежего заряда. С целью получения хорошего наполнения двигателя на номинальном скоростном режиме принимается DTN = 8 °C.
2) Плотность заряда на впуске
кг/м3 (3.12)
где Дж/(кг·град) – удельная газовая постоянная для воздуха.
3) Потери давления на впуске в двигателе. В соответствии со скоростным режимом двигателя и с учетом небольших гидравлических сопротивлений во впускной системе можно принять ; ωвп=95 м/с.
(3.13)
МПа
где β – коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом
сечении цилиндра;
ξвп – коэффициент сопротивления впускной системы, отнесенный к наибо-
лее узкому сечению;
ωвп – средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы
4) Давление в конце впуска
МПа (3.14)
5) Коэффициент остаточных газов. При определении gr для карбюраторных двигателей без наддува принимается коэффициент очистки , а коэффициент дозарядки на номинальном скоростном режиме . Тогда при (nN =4500 мин-1)
(3.15)
где - температура подогрева свежего заряда от стенок.
6) Температура в конце впуска
(3.16)
К
7) Коэффициент наполнения
(3.17)
3.5 Процесс сжатия
В четырехтактных двигателях без наддува воздух поступает во впускной трубопровод с температурой окружающей среды. Поэтому процесс сжатия не является адиабатным, а протекает в условиях теплообмена между свежим зарядом и деталями двигателя. В начале сжатия температура свежего заряда значительно ниже температуры окружающих поверхностей цилиндра, днища поршня, головки цилиндра, тарелок клапанов. Вследствие этого наблюдается приток теплоты к свежему заряду. По мере увеличения давления сжатия температура заряда повышается и с некоторого момента становится выше температуры окружающих поверхностей. Направление теплового потока изменяется на обратное и теплота уже будет передаваться от заряда к деталям двигателя.
Таким образом, процесс сжатия протекает с переменным показателем политропы сжатия n1.
Ввиду сложности теплообмена между свежим зарядом и окружающими деталями можно считать, что в реальном двигателе процесс сжатия проходит по политропе с некоторым средним значением показателя n1.
Основным факторами, влияющими на показатель политропы сжатия n1, являются: частота вращения коленчатого вала, интенсивность охлаждения цилиндра, его размеры, конструктивные особенности камер сгорания, утечка газов через неплотности поршневых колец и клапанов.
1) По номограмме рис. 4.4 [1] определяем показатель адиабаты k1=1.3768.
2) Значение показателя политропы сжатия принимаем равным n1=1.376.
3) Давление в конце сжатия:
МПа (3.18)
4) Температура в конце сжатия:
К (3.19)
5) Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия:
а) свежей смеси (воздуха)
(3.20)
кДж/(кмоль·град);
где 775 – 273 = 502 °С
б) остаточных газов (определяется методом интерполяции по табл. 3.8 [1]) при nN=4500 мин-1, α=0.95 и tc=502°С
кДж/(кмоль·град) (3.21)
где 24.014 и 24.440 – значения теплоемкости продуктов сгорания при
соответственно при 500 и 600 ºС, [1, табл. 3.8].
в) рабочей смеси
(3.22)
кДж/(кмоль·град).
3.6 Процесс сгорания
В ходе этого процесса химическая энергия топлива превращается в тепловую, которая затем распределяется по частям так: переходит в механическую работу, идет на повышение внутренней энергии газов; передается окружающим поверхностям деталей и через них переходит к охлаждающей жидкости или к воздуху; из топлива не выделяется из-за неполного его сгорания; теряется за счет диссоциации газов при высоких температурах.
Наиболее интенсивно топливо сгорает на участке индикаторной диаграммы c-z который называют участком видимого сгорания.
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.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15
