Проектный расчёт двигателя внутреннего сгорания прототипа КамАЗ 740.10

 

 

8.1.Число молей газов.

Число молей остаточных газов

Мr = а·γгLо, кмоль

 

Мr=0.026

Число молей газов в конце сжатия до сгорания

Мс = М1 + Мг  кмоль

 

Мс=0.81

 

 

 

 

 

 

9.Расчет процесса  сгорания

9.1. Молярные изменения смесей.

Расчетный коэффициент молекулярного изменения горючей смеси (свежей смеси):

                                                                        

Число молей газов после сгорания:

Мz = М2 + М=0,815+0,026=0,841,     кмоль                                                      

 Коэффициент молекулярного  изменения рабочей смеси

                                        (5.3)

значения в зависимости от α находятся в следующих пределах:

 

9.2.Средняя молярная теплоемкость продуктов сгорания при постоянном объеме.

Для расчетов рабочих процессов двигателей обычно пользуются средними молярными теплоемкостями при постоянном объеме mСv и при постоянном давлении mСр.

При полном сгорании топлива при α≥1 продукты сгорания состоят из смеси углекислого газа CO2, водяного пара H2O, азота N2, кислорода О2.

Средняя молярная теплоемкость продуктов сгорания:

при α>1  и

                                                

Средние молярные теплоемкости отдельных газов при постоянном объеме определяются по формулам (таблица 5.1) для интервала температур 1501…2800 °С.

Таблица 9.1                                   Теплоемкости отдельных газов

Наименование газа	Формулы для определения средних молярных теплоемкостей отдельных газов при постоянном объеме, , для интервала температур 1501…2800 °С
Азот N2
Углекислый газ CO2
Водяной пар H2O
Кислород O2

 

 

 

 

 

В связи с тем, что при определении параметров процесса сжатия были установлены средние молярные значения теплоемкостей свежей смеси (воздуха), остаточных газов и рабочей смеси на конец данного процесса, то при расчете средней молярной теплоемкости продуктов сгорания в процессе сгорания, их значения можно не учитывать в формуле (5.4).

Поэтому определение средней молярной теплоемкости продуктов сгорания производят по формуле (5.2) с учетом средних молярных теплоемкостей газов, согласно таблицы 5.1 .

При α

 

 

9.3.Средняя молярная теплоемкость продуктов сгорания при постоянном давлении.

                                                                (5.6)

9.4 Максимальная температура газов tz в конце видимого процесса сгорания.

                

 

67141=0.00215tz2+36,11013tz

где - коэффициент использования теплоты;

- теплота сгорания рабочей смеси;

λ  - степень повышения давления в дизеле.

Коэффициент использования теплоты для современных дизелей с неразделенными камерами сгорания и хорошо организованным струйным смесеобразованием можно принять для двигателей без наддува , а при наддуве в связи с повышением теплонапряженности двигателя и созданием более благоприятных условий для протекания процесса сгорания - . Степень повышения давления в дизеле в основном зависит от величины цикловой подачи топлива.

С целью снижения газовых нагрузок на детали кривошипного механизма целесообразно иметь максимальное давление сгорания не выше 11…12 МПа . В связи с этим целесообразно принять для дизеля без наддува λ=2,0 , а с наддувом λ=1,5 .

9.5. Теплота сгорания рабочей смеси (тела).

                                         

где - низшая теплота сгорания, .

Решая совместно уравнения (5.7) и (5.8) получим уравнение

 

                                                             

0.001816tz2+32.2804tz=70682

где А,В,С неизвестные коэффициенты.

Решая уравнение (5.9) получим:

, град                                                         

9.6. Температура газов в конце видимого процесса сгорания

, К                                                            

9.7. Максимальное давление сгорания в дизелях.

, МПа                                                            

9.8. Степень предварительного расширения

 

                                                                   

Таблица 9.2

Ориентировочные расчетные значения основных параметров процесса сгорания для дизелей без наддува.

Тип камеры сгорания и способ смесеобразования	Параметры
	ξ	λ	Pz , МПа
Камера в поршне объемное или объемно-пристеночное смесеобразование	0,70…0,85	1,7…2,2	7,5…9,5
Камера в поршне: пристеночное образование	0,65…0,75	1,4…1,8	6,5…8
Раздельные камеры сгорания	0,60…0,75	1,2…1,8	5,5…7,5

 

 

 

 

10.Расчет процесса  расширения.

 

В результате процесса расширения тепловая энергия топлива преобразуется в механическую энергию.

10.1. Давление и температура

        Давление и температура газов в конце расширения определяется по формулам политропного процесса:

 

  , МПа

 

, К

 

где =10,96– степень последующего расширения;

- степень предварительного расширения.

10.2. Проверк ранее принятой температуры остаточных газов

            В начале расчета процесса впуска задаются параметры процесса выпуска давления и температура .

           При проектировании двигателя стремятся уменьшить величину , чтобы избежать возрастания насосных потерь и коэффициента остаточных газов. Кроме того, увеличение давления выпуска уменьшает коэффициент накопления, ухудшает процесс сгорания и повышает температуру и количество остаточных газов.

         Правильность и точность выбора величины давления и температуры остаточных газов проверяется по формуле:

 

Погрешность:

∆ =

Если это отклонение больше 3…5%, то необходимо изменить заданные значения и повторить расчет.

Ориентировочные значения показателя поли тропы и параметров конца процесса расширения приведены в таблице 6.1.

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 10.1.           Показатели политропы и параметры конца расширения.

Параметры	Дизели с наддувом и без наддува
	1,18…1,28
	0,20…0,50
	1000…1200…1400

 

 

Рис. 10.2       Номограмма для определения показателя адиабаты расширения для дизеля

 

 

11.Определение индикаторных  показателей двигателя

        Рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания характеризуется средним индикаторным давлением индикаторной мощностью , индикаторным КПД  и индикаторным удельным расходам жидкого топлива .

11.1. Среднее индикаторное давление.

Для дизельных двигателей, работающих по циклу с подводом теплоты при теоретическое среднее индикаторное давление для нескругленной индикаторной диаграммы

                              

Среднее индикаторное давление действительного цикла отличается от значения на величину, пропорциональную уменьшению расчетной диаграммы за счет ее округления.

Действительное среднее индикаторное давление рассчитывается с учетом коэффициента полноты индикаторной диаграммы и средних насосных потерь на газообмен.

 

 

где – коэффициент полноты индикаторной диаграммы;

 – среднее давление насосных потерь на газообмен.

 

При проведении расчетов потери на газообмен учитываются в работе затрачиваемой на механические потери

 

Значение коэффициента полноты для дизелей приведены в таблице 7.1.

Таблица 7.1                               

  Значение коэффициента  полноты 

Тип двигателя и особенности смесеобразования	Значение
Дизели, камера в поршне, объемное или                        объемно-пристеночное смесеобразование,            n=2000…2800 мин-1	0,92…0,95
Дизели, камера в поршне, объемное или                        объемно-пристеночное смесеобразование,             n=3000…400 мин-1	0,90…0,92
Дизели с разделенными камерами сгорания: Предкамерные С вихревыми камерами	0,90…0,93 0,92…0,95

 

 

 

 

Значения при работе на номинальной нагрузке достигает:

Дизели без наддува 0,7 … 1,1 МПа;

Дизели с наддувом до 2,5 МПа .

11.2 Индикаторная мощность

      Индикаторная  мощность двигателя  – это работа, совершаемая газами внутри цилиндра в единицу времени.

      Для многоцилиндрового  двигателя:

                                                                       

где – среднее индикаторное давление, МПа;

       – рабочий объем одного цилиндра, л ();

       i – число цилиндров;

       n – частота вращения коленчатого вала, ;

        * – число тактов.

11.3. Индикаторный КПД

      Индикаторный  КПД () характеризует степень использования в действительном цикле теплоты топлива для получения полезной работы и представляет собой отношение теплоты, эквивалентной индикаторной работе цикла, ко всему количеству теплоты, внесенной в цилиндр с топливом.

Индикаторный КПД:

,                                                                    

 

В современных автомобильных двигателях на дизельном топливе, работающих на номинальном режиме КПД .

Дизели без наддува ;

11.4. Индикаторный удельный расход топлива .

 

;                                                                      

 

     Удельные расходы  топлива на номинальном режиме:

Дизели без наддува

Дизели с наддувом

 

 

 

 

 

12.Опредление эффективных  показателей двигателя

Параметры, характеризующие работу двигателя, отличаются от индикаторных наличием необходимых затрат полезной работы на преодоление различных механических сопротивлений (трение в кривошипно – шатурном механизме, приведение в действие вспомогательных механизмов и нагнетателя и др.) и на совершение процессов впуска и выпуска.

12.1. Среднее давление механических потерь.

        Среднее давление механических потерь в двигателе определяется по эмпирическим формулам с учетом числа цилиндров и отношение S/Д при полностью открытом дросселе и крайнем положении рейки топливного насоса ТНВД.

,  МПа

где – средняя скорость поршня за один его ход м/с;

a,b – постоянные коэффициенты, зависящие от типа двигателя и имеющие соответственно размер МПа и МПа с/м.

         Величина применяется по статистическим данным по прототипу или вычисляется, если ориентировочно известен ход поршня S и частота вращения n.

= принимаем скорость  поршня 10.5 метра/c,

           Примерные значения средней скорости поршня для различных типов двигателей на номинальном режиме приведены в таблице 8.1.

Таблица 12.1                                   Значение средней скорости поршня.

Тип двигателя	,
Дизели грузовых автомобилей	2000 … 2600	6,0 … 12,0
Дизели легковых и грузовых автомобилей	4000 … 4500	10,0 … 14,0

 

Значение коэффициентов a и b для различных двигателей приведены в таблице 8.2.

Таблица 12.2                                            Значение коэффициентов a,b.

Тип двигателя	а, МПа	b, МПа ∙ с/м
Дизели с камерой в поршне и Д≤120 мм	0,090	0,012
Дизели с разделенными камерами сгорания: С вихревой С предкамерной	0,089 0,103	0,0135 0,0153
Дизели с неразделенной камерой сгорания	0,089	0,0118