Тепловой расчёт и тепловой баланс дизельного двигателя без наддува

Плотность заряда на впуске без наддува

===1,2 ,

 

где  = 287 Дж/(кг×град) – удельная газовая постоянная для воздуха.

Потери давления на впуске в двигателе  без наддува

==0,0079 МПа

где ( )=2,7и приняты в соответствии со скоростным

режимом двигателей и с учётом небольших гидравлических сопротивлений во впускной системе дизеля без наддува.

   Давление в конце впуска

=

- без наддува

==0,1-0,0079=0,0921 Мпа

 

   Коэффициент остаточных  газов

γr=*

 

- без наддува

 

γr=*=0,026

 

  Температура в конце впуска

 

 

 

- без наддува

 

=321,15 К

 

  Коэффициент наполнения

 

 

 

 

- без наддува

 

 

 

 

Табл.3

 

Параметры	Процесс впуска
n	4200
α	1,4
	750
	0,105
	20
	0,0079
	0,0921
γr	0,026
	321,15
	0,855

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2 Процесс сжатия.

Средние показатели адиабаты и политропы  сжатия. При работедизеля на номинальном режиме можно с достаточной степенью точностипринять показатель политропы сжатия приблизительно равным показателю адиабаты, который определяется по номограмме (рис. 1.1).

Для дизеля без наддува при e= 19,5 и К

 

==1,376

 

Давление и температура в  конце сжатия

 

=и =

 

- без наддува

 

=5,480 МПа

=961 К

  Средняя мольная теплоёмкость  в конце сжатия:

а) воздуха:=20,6+2,638*

 

- для дизеля без наддува

 

=20,6+2,638**688=24,41 ,

где =°C

б) остаточных газов (определяется по табл. 1.4 методом интерполяции),

 

- для дизеля без наддува при  α=1,4 и

=24,293 ,

 

в) рабочей смеси:

 

=

 

- для дизеля без наддува

 

=*[22,41*0,026*24,293]=22,465

 

 

 

 

 

Табл. 4

 

Параметры	Процесс сжатия
n	4200
	1,376
	1,376
	5,480
	961
	688
	22,41
	24,293
	22,465

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                            1.3 Процесс сгорания.

Коэффициент молекулярного изменения  свежей смеси в дизелях безнаддува

 

0===1,043

 

Коэффициент молекулярного изменения  рабочей смеси в дизелях безнаддува

 

===1,042

 

Теплота сгорания рабочей смеси  в дизелях без наддува

 

===59092

 

 

 Средняя мольная теплоёмкость продуктов  сгорания в дизелях определяется по эмпирическим формулам, приведённым в табл. 1.6:

 

,

 

- без наддува

 

)*[0,0725*(39,123+0,003349+0,063*(26,67+0,004438)+0,0416*

*(23,723+0,004438+0,55*(21,951+0,001457=24,08+0,001918

=24,08*0,001918 

Коэффициент использования теплоты  для современных дизелей снеразделёнными  камерами сгорания и хорошо организованным струйнымсмесеобразованием можно  принять для двигателей без наддува = 0,9.

Степень повышения давления в дизеле в основном зависит от величины цикловой подачи топлива. С целью снижения газовых нагрузок на детали кривошипно-шатунного механизма целесообразно иметь максимальное давление сгорания не выше 11…12 МПа. В связи с этим целесообразно принять для дизеля без наддува λ = 2,0.

Температура в конце видимого процесса сгорания:

++8,315 λ]+2270(λ-)=

 

-для дизеля без наддува

 

0,83*59092+[22,465+8,315*2*688+2270*(2-1,043)=1,043*(32,395+0,001918)*,

0,002+33,79-82252,55,

D=1141,76+658=1799,76

==2157,5 °C

=2157,5+273=2430,5 К

 

 Максимальное давление сгорания  для дизелей без наддува

= λ=2*5,49=10,75 МПа

 

Степень предварительного расширения для дизелей без наддува

 

==1,32

 

 

Табл. 5

 

Параметры	Процесс сгорания
n	4200
0	1,043
	1,042
	59092
	24,08+0,001918
	0,9
°C	2157,5
	2430,5
	10,75
	1,32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4 Процесс расширения.

 

Степень последующего расширения для  дизелей без наддува

 

 δ===14,77

 

Средние показатели адиабаты и политропы  расширения для дизелейвыбираются  следующим образом. На номинальном  режиме можно принять показатель политропы расширения с учётом достаточно большихразмеров цилиндра несколько меньше показателя адиабаты расширения,который определяется по номограмме (рис. 1.2). Для дизелей без наддувапри δ=14,77; и α=1,4 =1,283; =1,253

Давление и температура в  конце расширения для дизелей  без наддува

 

===0,36 МПа

И

===1209 К

Проверка ранее принятой температуры  остаточных газов без наддува:

 

===801 К

 

Δ==6,3 %, что допустимо.

 

Табл. 6

 

Параметры	Процесс расширения
n	4200
	1,283
	1,253
	0,36
	1209
	801
Δ, %	6,3

 

 

 

 

 

 

 

 

1.5 Индикаторные параметры рабочего  цикла.

 

Теоретическое среднее индикаторное давление

 

=[λ(-1)+(1-)-1-)]

 

=[2*(1,32-1)+(1-)-(1-)]=1,14 МПа 

Среднее индикаторное давление для  дизелей без наддува

= =0,95*1,14=1,08 МПа,

где коэффициент полноты диаграммы  принят  = 0,95.

Индикаторный КПД для дизелей  без наддува

 

 

 =

 

=0,52

 

Индикаторный удельный расход топлива

 

=

 

=163

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.6 Эффективные показатели двигателя.

 

Среднее давление механических потерь

 

=0,089+0,0118=0,089+0,0118*10,2=0,212 МПа

  Где средняя скорость поршня  предварительно равна 

 

Среднее эффективное давление и  механический КПД для дизелей  безнаддува

 

=-=1,08-0,212=0,868 МПа

 

==0,8

Эффективный КПД и эффективный  удельный расход топлива для дизелей  без наддува

 

==0,52*0,8=0,416

 

=204

 

 

 

Табл. 7

 

Индикаторные и эффективные параметры двигателей	Дизель
n	4200
	1.14
	1,08
	0,52
	163
	10,2
	0,212
	0,868
	0,8
	0,416
	204

 

 

 

 

 

 

1.7Основные параметры цилиндра  двигателя

 

    Литраж двигателя

 

===2,09 л

 

Рабочий объём одного цилиндра

 

===0,522 л

 

Диаметр и ход поршня дизеля, как правило, выполняются с отношением хода поршня к диаметру цилиндра S/D ≥ 1. Однако уменьшение S/D

для дизеля, так же как и для  карбюраторного двигателя, снижает  скорость

поршня и повышает ηм. В связи  с этим целесообразно принять S/D = l:

 

D=100*=100*=87,22 мм

 

  Окончательно принимаем для  дизельного двигателяD=S=85мм

  По окончательно принятым  значениям Dи Sосновные параметры и показатели двигателя:

 

===1,92 л

 

===56,71

 

===11,9

 

что достаточно близко (ошибка < 3 %) к  ранее принятому значению =10,2

 

==63,5 кВт

 

===144,4 Н*м

 

=*=63,5*0,204=12,95

 

===33,08

 

 

Табл. 8

 

Основные параметры и показатели двигателей	Дизельный двигатель
n	4200
	56,71
	1,92
	11,9
	63,5
	144,4
	0,13
	33,08

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.8 Построение индикаторной диаграммы

 

Масштабы диаграммы: масштаб хода поршня – Ms= 1,5 мм вмм; масштаб давления= 0,08 МПа в мм.

Приведённые величины рабочего объёма цилиндра и объёма камеры

сгорания соответственно:

 

AB===57 мм

 

       ОА===3,08 мм

 

Максимальная высота диаграммы (точки z' и z) и положение точки zпо оси абсцисс

 

==134 мм

 

   Ординаты характерных точек

 

==1,15 мм

 

==4,5 мм

 

==67,175 мм

 

==1,312 мм

 

==1,3 мм

 

   Построение изотроп сжатия  расширения проводим аналитическим методом

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Политропа расширения				Политропа расширения
№ точек	ОХ, мм				, мм	, МПа			, мм	, МПа
1	3,08	19,5	59,57		68,5	5,5 (т. с)	41,3		185,8	14,86 (т. z)
2	10,19	5,89	11,53		13	1,04	9,2		41,4	3,31
3	17,31	3,47	5,56		6,4	0,51	4,7		21,15	1,69
4	24,42	2,46	3,46		4	0,32	3,1		13,95	1,12
5	31,54	1,9	2,423		2,8	0,22	2,2		9,9	0,79
6	38,65	1,55	1,830		2,1	0,17	1,7		7,65	0,62
7	45,77	1,31	1,451		1,7	0,13	1,4		6,33	0,5
8	52,92	1,13	1,185		1,4	0,1	1,16		5,22	0,42
9	60,08	1	1		1,15	0,09 (т. а)	1		4,5	0,36 (т. b)

 

Табл. 9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теоретическое среднее индикаторное давление

 

===1,12 МПа,

что очень близко к величине =1,14 МПа, полученной в тепловом расчёте (-площадь диаграммы acz'zba).

 

Скругление индикаторной диаграммы.Учитывая достаточнуюбыстроходность рассчитываемого дизеля, ориентировочно устанавливаются следующие фазы газораспределения: впуск – начало (точка r') за 25°до в.м.т. и окончание (точка а") – 60° после н.м.т.; впуск – начало (точка b')за 60° до н.м.т. и окончание (точка а') – 25° после в.м.т.

С учётом быстроходности дизеля принимается  угол опережения

впрыска 20° (точка с') и продолжительность периода задержки воспламе-

нения Δφ1 = 8° (точка f).

В соответствии с принятыми фазами газораспределения и углом опережения впрыска определяется положение точек b', r', a', a", с' и fпоформуле для перемещения поршня (см. Тепловой баланс):

 

АХ = (АВ/2) [(1 – cosφ) + (λ/4) (1 – cos 2φ)],

 

 

где λ – отношение радиуса  кривошипа к длине шатуна. Выбор  величины λ

производится при проведении динамического  расчёта, а при построении

индикаторной диаграммы ориентировочно устанавливаемλ = 0,270.

b':AX=()*[(1-)+*(1-)]=45,6 мм

 

r':AX=()*[(1-)+*(1-)]= 3,48 мм

 

a':AX=()*[(1-)+*(1-)]= 3,48 мм

 

a":AX=()*[(1-)+*(1-)]= 45,63 мм

 

с':AX=()*[(1-)+*(1-)]=2.17'мм

 

f:AX=()*[(1-)+*(1-)]=1,08 мм

 

Результаты расчёта ординат  точек b', r', a', a", с' и fприведены в табл.10

 

Табл.10

 

 

 

Обозначение точек	Положение точек		(1 – cosφ) + (λ/4) (1 – cos 2φ)	Расстояние АХ от в.м.т., мм
b'	60° до н.м.т.	120	1,601	45,6
r'	25° до в.м.т.	25	0,122	3,48
a'	25° после в.м.т.	25	0,122	3,48
a"	60° после н.м.т.	120	1,601	45,63
с'	20° до в.м.т.	20	0,076	2,17
f	(20 – 8°) до в.м.т.	12	0,308	1,08