Тепловой и динамический расчет двигателя ВАЗ 21213

 К.

4. Средняя мольная теплоемкость  в конце сжатия:

а) свежей смеси (воздуха)

 кДж/(кмоль·град),

где t_c = T_c – 273 = 793 – 273 = 520 ºС;

б) остаточных газов 

– определяется значение теплоемкости остаточных газов при t = 500 ºС и α = 0,96.

При коэффициенте избытка  воздуха α = 0,95 теплоемкость остаточных газов равна 24,014 кДж/(кмоль·град); при коэффициенте избытка воздуха α = 1,00 теплоемкость остаточных газов равна 24,150 кДж/(кмоль·град). Т.о. при разности коэффициентов избытка воздуха Δα = 1,00 – 0,95 = 0,05, разность теплоемкостей составит кДж/(кмоль·град). Т. к. в расчете принят коэффициент избытка воздуха α = 0,96, то разность между ним и ближайшим меньшим табличным α составит Δα_р = 0,96 – 0,95 = 0,01. Тогда значение теплоемкости составит

 кДж/(кмоль·град);

– определяется значение теплоемкости остаточных газов при t = 600 ºС и α = 0,96.

При коэффициенте избытка  воздуха α = 0,95 теплоемкость остаточных газов равна 24,440 кДж/(кмоль·град); при коэффициенте избытка воздуха α = 1,00 теплоемкость остаточных газов равна 24,586 кДж/(кмоль·град). Т.о. при разности коэффициентов избытка воздуха Δα = 1,00 – 0,95 = 0,05, разность теплоемкостей составит кДж/(кмоль·град). Т. к. в расчете принят коэффициент избытка воздуха α = 0,96, то разность между ним и ближайшим меньшим табличным α составит Δα_р = 0,96 – 0,95 = 0,01. Тогда значение теплоемкости составит

 кДж/(кмоль·град);

– определяется значение теплоемкости остаточных газов при t = 520 ºС и α = 0,96.

При температуре t = 500 ºС теплоемкость остаточных газов равна 24,041 кДж/(кмоль·град); при температуре t = 600 ºС теплоемкость остаточных газов равна 24,469 кДж/(кмоль·град). Т.о. при разности температур Δ t = 600 – 500 = 100 º, разность теплоемкостей составит

кДж/(кмоль·град). Т. к. по расчету

температура в конце сжатия t_c = 496 ºС, то разность между ней и ближайшей меньшей табличной составит Δt_р = 520 – 500 = 20 º. Тогда значение теплоемкости t_c = 520 ºС и α = 0,96 составит

 кДж/(кмоль·град);

в) рабочей смеси

кДж/(кмоль·град).

 

1.5 Процесс сгорания

 

1. Коэффициент молекулярного  изменения горючей смеси

.

2. Коэффициент молекулярного  изменения рабочей смеси

.

3. Количество теплоты,  потерянное вследствие химической  неполноты сгорания

 кДж/кг.

4. Теплота сгорания рабочей  смеси

 кДж/кмоль раб.см.

5. Средняя мольная теплоемкость  продуктов сгорания для интервала  температур от 1501 до 2800 ºC определяется по формуле, кДж/(кмоль·град)

6. Коэффициент использования  теплоты при n_N = 5200 об/мин равен ξ_z = 0,92.

7. Температура в конце  видимого процесса сгорания определяется  из выражения

или

откуда

 

 ºC.

Абсолютное значение температуры  в конце видимого процесса сгорания

 К.

8. Максимальное давление  сгорания теоретическое

 МПа.

9. Максимальное давление  сгорания действительное

 МПа.

10. Степень повышения давления

.

 

1.6 Процесс расширения и выпуска

 

1. При степени сжатия e = 9,3, коэффициенте избытка воздуха α = 0,96 и температуре в конце видимого процесса сгорания T_z = 2895 К средний показатель адиабаты расширения равен k₂ = 1,249. Показатель политропы расширения n₂ = 1,251.

2. Давление в конце  процесса расширения

 МПа.

3. Температура в конце  процесса расширения

 К.

4. Проверка ранее принятой  температуры остаточных газов

 К

5. Погрешность расчета

 

Индикаторные  параметры рабочего цикла

 

1. Теоретическое среднее  индикаторное давление

 

2. Среднее индикаторное  давление действительного цикла,  МПа

,

где j_и – коэффициент полноты диаграммы.

Коэффициент полноты диаграммы  для карбюраторных двигателей находится  в пределах j_и =0,94–0,97. Принят j_и =0,95.

Среднее индикаторное давление

 МПа.

3. Индикаторный КПД

.

4. Индикаторный удельный расход  топлива

 г/(кВт·ч).

 

 

 

1.7 Эффективные показатели двигателя

 

1. Средняя скорость поршня при  ходе поршня S = 80 мм (предварительно принят)

 м/с.

2. Среднее давление механических  потерь

 МПа.

3. Среднее эффективное давление

 МПа.

4. Механический КПД

.

5. Эффективный КПД

.

6. Эффективный удельный расход  топлива

 г/(кВт·ч).

 

Основные параметры  цилиндра и двигателя

 

1. Литраж двигателя, л

,

где τ – число тактов в одном  цикле работы двигателя.

Задано τ = 4.

Литраж двигателя

 л.

2. Рабочий объем одного цилиндра, л

,

где i – число цилиндров в двигателе.

Задано i = 4.

Рабочий объем одного цилиндра

 л.

3. Диаметр цилиндра

 мм.

Окончательно принимается D = 80 мм S = 80 мм.

4. Уточнение параметров и показателей  двигателя в соответствии с  принятыми значениями диаметра  цилиндра и хода поршня.

Площадь поршня

 см².

Литраж двигателя

 л.

Мощность двигателя

 кВт.

Литровая мощность двигателя

 кВт/л.

 

Крутящий момент

 Н·м.

Часовой расход топлива

 кг/ч.

 

1.8 Построение индикаторной диаграммы

 

Построение индикаторной диаграммы осуществляется аналитическим  методом.

Масштабы диаграммы: масштаб  хода поршня M_S = 0,5 мм в мм; масштаб давлений M_p = 0,025 МПа в мм.

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

 мм;

 мм.

Из точки O, являющейся началом координат диаграммы, по оси абсцисс откладывается отрезок OA (мм), соответствующий объему камеры сгорания. Далее от точки A по оси абсцисс откладывается отрезок AB, соответствующий рабочему объему цилиндра, а по величине равный ходу поршня в масштабе M_S. Таким образом, абсцисса A соответствует положению поршня в верхней мертвой точке, а абсцисса B – в нижней мертвой точке.

Максимальная высота диаграммы (точка z)

 мм.

Ординаты характерных  точек

 мм;

 мм;

 мм;

 мм;

 мм.

Характерные точки a (B, ); b (B, ); c (A, ); r (A, ); z (A, ) наносятся на диаграмму. Также показывается величина давления окружающей среды p₀.

Построение политроп сжатия и расширения аналитическим методом:

а) политропа сжатия . Отсюда

 мм,

где OB = OA + AB = 19,3 + 160 = 179,3 мм;

б) политропа расширения . Отсюда

 мм.

Результаты расчета точек  политроп приведены в табл. 2.

 

 

Таблица 2

№ точек	OX, мм	OB/OX, мм	Политропа сжатия			Политропа расширения
				Рx/Мр, мм	Рx, МПа		Рx/Мр, мм	Рx, МПа
1	19,30	9,29	21,47	74,74	1,87	16,25	289,90	7,25
2	35,30	5,08	9,35	32,56	0,81	7,64	136,29	3,41
3	51,30	3,49	5,59	19,47	0,49	4,78	85,27	2,13
4	67,30	2,66	3,85	13,40	0,33	3,40	60,65	1,51
5	99,30	1,80	2,25	7,84	0,19	2,09	37,28	0,93
6	115,30	1,55	1,83	6,38	0,16	1,73	30,86	0,77
7	131,30	1,36	1,53	5,34	0,13	1,47	26,22	0,65
8	147,30	1,21	1,31	4,56	0,11	1,27	22,65	0,57
9	163,30	1,09	1,13	3,95	0,09	1,11	19,80	0,49
10	179,30	1,00	1,00	3,48	0,08	1,00	17,84	0,44

 

Скругление индикаторной диаграммы осуществляется на основании следующих соображений и расчетов. Так как рассчитывается достаточно быстроходный двигатель     (n = 5200 мин^-1), то фазы газораспределения необходимо устанавливать с учетом получения хорошей очистки цилиндра от отработавших газов и обеспечения дозарядки в пределах, принятых в расчете. В связи с этим начало открытия впускного клапана (точка r’) устанавливается за 18º до прихода поршня в в.м.т., а закрытие (точка a²) – через 60º после прохода поршнем н.м.т.; начало открытия выпускного клапана (точка b¢) принимается за 55º до прихода поршня в н.м.т., а закрытие (точка a¢) через 25º после прохода поршнем в.м.т. Учитывая быстроходность двигателя, угол опережения зажигания q принимается равным 35º, а продолжительность периода задержки воспламенения - Dj₁ = 5º.

 

В соответствии с принятыми  фазами газораспределения и углом  опережения зажигания определяют положение  точек r¢, a², a¢, b¢, с¢ и f по формуле для перемещения поршня:

,

где l - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

Выбор величины l производится при проведении динамического расчета, а при построении индикаторной диаграммы предварительно принимается l = 0,285.

Расчеты абсцисс точек r¢, a², a¢, b¢, с¢ и f сведены в табл. 3.

Положение точки c” определяется из выражения

 МПа;

 мм.

Таблица 3

Обозначение точек	Положение точек	j		Расстояние от в.м.т. (AX), мм
r¢	18º до в.м.т.	18	0,0655	5,24
a¢	25º после в.м.т.	25	0,1223	9,784
a²	60º после в.м.т.	120	1,6069	128,55
с¢	35º до в.м.т.	35	0,2313	18,50
f	30º до в.м.т.	30	0,1697	13,58
b¢	55º до в.м.т.	125	1,6667	133,34