Проектный расчёт двигателя внутреннего сгорания прототипа КамАЗ 740.10

В уравнении коэффициенты подобраны экспериментально. Величина соответствует массовой доле в ОГ водяного пара, образующегося при сгорании водорода, массовая доля которого в топливе равна .

Если топливо включает только углерод и водород :

 

                                               

 

5.4. Количество  свежей смеси.

В поршневых ДВС топливо окисляется кислородом  воздуха, которое вводится в цилиндр в процессе впуска.

Минимальное количество воздуха, необходимое для полного окисления всего поданного топлива, называется стехиометрическим и определяется по следующим соотношениям:

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг жидкого топлива:

 

                                        

 

                                        

 

Действительное количество воздуха, участвующего в сгорании составляет α · L0 в или α ·L0 в .

Количество свежей смеси М1

 

 

 

где – молярная масса топлива.

 

5.5 Состав и  количество продуктов сгорания.

Состав и количество продуктов сгорания рассчитывается с использованием данных о составе топлива и коэффициенте избытка воздуха α.

Расчет производится в киломолях на 1 кг топлива ()

Для дизелей при α > 1:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Суммарное количество продуктов сгорания в дизельном двигателе:

 

 

 

5.6 Молярные и  объемные доли компонентов продуктов  сгорания ДсИЗ.

 

;      ;      ;      

 

Проверка: ,

 

 

 

5.7 Теоретический  коэффициент молярного изменения.

 

 

 

Для дизелей .

Результаты расчетов свести в таблицу 5.4 .

Таблица5.6                                       Характеристики рабочего тела

Параметры	Единицы измерения	Режим эксплуатации
Частота вращения n	Мин-1	2600	1700	600
Рабочее тело, его компоненты:
Коэффициент избытка воздуха α		1,6	1,5	1,45
Количество свежей смеси,		0,784	0,735	0,710
Количество ,		0,072	0,072	0,072
Количество ,		0,063	0,063	0,063
Количество ,		0,619	0,580	0,561
Количество ,		0,061	0,051	0,046
Количество продуктов сгорания,		0,815	0,766	0,742
Теоретический коэффициент молярного изменения,		1,039	1,042	1,04

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.Расчет процесса  газообмена

6.1. Параметры окружающей  среды

а) При работе двигателя без наддува:

давление свежего заряда , поступающего к двигателю из атмосферы, принимается равным атмосферному давлению≈ 0,1 МПа.

Температура свежего заряда  принимается равной температуре, атмосферного воздуха:

 

 

=293К

б) При работе двигателя с наддувом:

давление наддувного воздуха ρК рекомендуется:

- при низком наддуве ρК ≈ 0,15 МПа;

- при среднем наддуве ρК ≈ (0,15…0,22)МПа;

- при высоком наддуве ρК ≈ (0,22…0,25)МПа.

Следует учесть, что промежуточное охлаждение применяют обычно при   ρК > 0,15 МПа и когда температура воздуха после компрессора выше 55…65°С, в остальных случаях ∆Тохл  = 0.

Показатель политропа nк рекомендуется принимать для центробежных нагнетателей с охлажденным корпусом nк = 1,4…1,7; для центробежных нагнетателей с неохлажденным корпусом nк = 1,8…2,0; для поршневых нагнетателей nк = 1,4…1,6; для объемных нагнетателей nк = 1,55…1,75.

6.2. Параметры остаточных  газов.

После завершения каждого цикла в цилиндре  двигателя остаются продукты сгорания с давлением  , температурой .

Значение определяется давлением среды, в которую происходит выпуск отработавших газов, т.е. давлением при выпуске в атмосферу или при установке на выпуске глушителя, нейтрализатора отработавших газов или сборника при газотурбинном наддуве.

Для автомобильных двигателей без наддува, а так же с наддувом и выпуском в атмосферу.

Величина давления остаточных газов Рr находится в пределах:

 

, МПа

=0.125МПа

Ориентировочные пределы, значений Рr для четырехтактных двигателей на номинальном режиме следующие:

для дизелей без наддува             0,105…0,125 МПа.

Давление увеличивается с увеличением n и увеличением сопротивление на выпуске.

Давление на различных скоростных режимах двигателя может быть определено по формуле:

, МПа

=0.1*(1.035+3.18*   )=0.1056

где       

 

 

 

 

 

 

 

         – давлении е остаточных газов на номинальном режиме, МПа;

n – частота вращения коленчатого вала расчетная, мин-1;

– номинальная частота вращения коленчатого вала, мин-1;

Ар – коэффициент коррекции давления.

Температура отработавших газов Тr зависит  от состава смеси, частоты вращения, степени сжатия и типа двигателя.

Тr уменьшается с увеличением степени сжатия ε, а так же с увеличением α (дизели) и уменьшением n

При номинальном режиме температура остаточных газов Тr варьируется в пределах:

для дизелей              700…900К.

Тr Принимаю 800

6.3. Процесс впуска

Процесс впуска определяется подогревом свежего заряда ∆Т и плотностью заряда ρо, характеризуется следующими основными параметрами: давлением Ра и температурой Та заряда в конце процесса наполнения – начала сжатия; давлением Рr и температурой Тr остаточных газов; коэффициентом остаточных газов γr и коэффициентом наполнения ηv.

а) подогрев свежего заряда ∆Т.

Величина подогрева свежего заряда от стенок ∆Т зависящая от наличия специального устройства для подогрева, от конструкции впускного трубопровода, типа системы охлаждения, быстроходности двигателя и наддува, обычно колеблется в пределах:

для дизелей без наддува +0…40°С

для двигателей с наддувом (-5) до 10°С

Величина подогрева свежего заряда ∆Т уменьшается с увеличением n.

Практические рекомендации:

Рационально принимать для двигателя без наддува ∆Т = 20°С, с наддувом ∆Т = 10°С.

б) плотность заряда на выпуске:

 

 

где RВ = 287 Дж·кг·град – удельная газовая постоянная для воздуха.

 

в) давление рабочего тела в конце такта впуска.

Давление в конце впуска Ра определяется величиной гидравлических потерь ∆Ра во впускном трубопроводе:

 

, МПа

 

Величина потерь давления на впуске ∆Ра зависит от скорости потока смеси ωвп и сопротивления впускной системы:

 

∆Ра = МПа

 

где β - коэффициент затухания скорости

ξвп - коэффициент сопротивления впускной системы

ωвп – средняя за процесс впуска скорость в наименьшем сечении впускного тракта,

ρо - плотность заряда на впуске, кг/м3.

По опытным даннысовременном автомобильном двигателе при номинальном режиме:

(β2+ξвп)=2,5...3,5 – для дизелей без наддува и с наддувом,

ωвп = 50…80 м/с для дизелей

Проверка правильности определения величины Ра:

 

 - для дизелей

 

 

Величина Ра увеличивается с уменьшением nном и уменьшением сопротивления впускного тракта.

г) коэффициент остаточных газов

Коэффициент остаточных газов γг зависит от давления и температуры остаточных газов (Рr и Тr), подогрева заряда ∆Т, температуры окружающей среды (То или Тк) и степени сжатия ε:

Величина коэффициента остаточных газов γг характеризует качество очистки цилиндра от продуктов сгорания и определяет относительное содержание их в горючей смеси.

 

                                                         

д) Температура в конце впуска.

Температура заряда в конце впуска Та зависит от температуры на входе То, а также от подогрева заряда во впускном трубопроводе ∆Т и его подогрева в цилиндре от остаточных газов γг и Тr

 

, К                                                                     

ж)коэффициент наполнения.

Коэффициент наполнения ηv характеризует качество процесса впуска и представляет собой поправку, учитывающую отклонения условий внутри цилиндра от условий на впуске в двигатель.

 

Для дизеля без наддува:

  ,                                                               

В таблице6.1 приведены ориентировочные параметры процессов газообмена.

 

Таблица 6.1.         

 Ориентировочные параметры процессов газообмена.  

 

 

параметры	Дизели
	Без наддува		С наддувом
	n = 1800…2600 мин-1	n = 3000…4500 мин-1
γг	0,02…0,06	0,02…0,06	0,02…0,05
Рr, МПа	0,105..0,125	0,105..0,125	0,125..0,20
Тr, к	700…900	700..900	923
ηv	0,82…0,94	0,80…0,92	0,80…0,97
Ра, МПа	0,085..0,095	0,085..0,095	0,11…0,20
∆Т, к	0…40	0…40	-5…10
Та, к	310…350	300…340	320…340

   

 

 

Таблица 4

 

Темпера-тура, °С	Средняя молярная теплоемкость продуктов сгорания, кДж/ (кмоль· град), дизеля при а
	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,8	2,0	2,2	2,4	2,6
0	22,184	22,061	21,958	21,870	21,794	21,728	21,670	21,572	21,493	21,428	21,374	21,328
100	22,545	22,398	22,275	22,169	22,078	21,999	21,929	21,812	21,717	21,640	21,574	21,519
200	22,908	22,742	22,602	22,482	22,379	22,289	22,210	22,077	21,970	21,882	21,808	21,745
300	23,324	23,142	22,989	22,858	22,745	22,647	22,560	22,415	22,300	22,202	22,121	22,052
400	23,750	23,554	23,390	23,249	23,128	23,022	22,930	22,774	22,648	22,544	22,457	22,384
500	24,192	23,985	23,811	23,662	23,533	23,421	23,322	23,157	23,023	22,914	22,822	22,743
600	24,631	24,413	24,229	24,073	23,937	23,819	23,716	23,541	23,401	23,285	23,188	23,106
700	25,069	24,840	24,648	24,484	24,342	24,218	24,109	23,927	23,780	23,659	23,557	23,471
800	25,490	25,251	25,050	24,879	24,731	24,602	24,488	24,298	24,144	24,018	23,912	23,822
900	25,896	25,648	25,439	25,261	25,107	24,973	24,855	24,657	24,487	24,366	24,256	24,162
1000	26,278	26,021	25,804	25,620	25,460	25,321	25,199	24,993	24,828	24,692	24,578	24,481
1100	26,641	26,375	26,151	25,960	25,795	25,652	25,525	25,313	25,142	25,001	24,883	24,783
1200	26,987	26,713	26,482	26,286	26,116	25,967	25,837	25,618	25,442	25,296	25,175	25,071
1300	27,311	27,029	26,792	26,589	26,415	26,262	26,128	25,903	25,722	25,572	25,447	25,341
1400	27,618	27,328	27,085	26,877	26,698	26,541	26,404	26,173	25,986	25,833	25,705	25,596

 

Таблица 4 продолжение

 

1500

27,907

27,610

27,361

27,148

26,965

26,805

26,664

26,427

26,237

26,080

25,948

25,836

1600	28,175	27,873	27,618	27,400	27,212	27,049	26,905	26,663	26,468	26,308	26,173	26,059
1700	28,432	28,123	27,863	27,641	27,449	27,282	27,135	26,888	26,690	26,526	26,389	26,272
1800	28,669	28,354	28,089	27,863	27,668	27,497	27,348	27,096	26,894	26,727	26,587	26,469
1900	28,895	28,575	28,305	28,076	27,877	27,704	27,552	27,296	27,090	26,921	26,781	26,658
2000	29,107	28,782	28,508	28,275	28,073	27,898	27,743	27,483	27,274	27,102	26,958	26,835
2100	29,310	28,980	28,73	28,466	28,262	28,083	27,926	27,663	27,451	27,276	27,130	27,005
2200	29,503	29,169	28,888	28,648	28,441	28,260	28,101	27,834	27,619	27,442	27,294	27,168
2300	29,680	29,342	29,057	28,815	28,605	28,422	28,261	27,991	27,774	27,595	27,444	27,317
2400	29,851	29,510	29,222	28,976	28,764	28,580	28,471	28,144	27,924	27,743	27,591	27,462
2500	30,011	29,666	29,375	29,127	28,913	28,726	28,562	28,286	28,064	27,881	27,728	27,598
2600	30,164	29,816	29,523	29,272	29,056	28,868	28,702	28,424	28,199	28,015	27,860	27,729
2700	30,311	29,960	29,664	29,412	29,194	29,004	28,837	28,557	28,331	28,144	27,988	27,856
2800	30,451	30,097	29,799	29,546	29,326	29,135	28,966	28,684	28,456	28,269	28,111	27,978