Тепловой и динамический расчет двигателя. Расчет показателей рабочего цикла двигателя, страница 3

Для создания легкого двигателя необходимо применять качественные материалы и обеспечит высокую точность изготовления, что приводит к удорожанию производства и эксплуатации. Требование повышения экономичности, кроме того, связано с проблемой снабжения топливом. Так, например, для карбюраторного двигателя удовлетворение этого требования определяется в основном повышением степени сжатия и, соответственно, применением топлива с более высоким октановым числом. Вопрос об экономичности двигателя следует рассматривать не только в отношении величины удельного расхода топлива, но также с учетом ресурсов данного топлива, возможностей и трудностей его производства. Высокая ценность топлив, применяемых в двигателях внутреннего сгорания, определяет необходимость тщательного выбора наиболее рационального топлива, а в некоторых случаях перед конструктором встает вопрос создания двигателя, который мог бы работать, например, на жидких топливах различных сортов или даже, при условии смены некоторых деталей, работать на газообразном топливе вместо жидкого (конвертивные двигатели).

Следует отметить, что массовый характер производства двигателей для наземного транспорта обеспечивает их относительную дешевизну даже при необходимой сложности конструкции, применении качественных материалов и высокой точности обработки деталей.


1 Тепловой расчет двигателя на номинальном режиме работы

1.1 Расчет процессов газообмена

Так как по заданию двигатель работает без наддува, то в качестве исходного заряда на впуске принимается давление и температура окружающей среды, 0К, МПа:

(1)
 


(2)
 


Определим плотность заряда на впуске, ρк, кг/м3:

(3), где: R – газовая постоянная;

Определим давление остаточных газов, prн, МПа:

(4)
 


В соответствии с заданием принимаем температуру остаточных газов равной, Тr, К:

Определим температуру подогрева свежего заряда, ΔТн, К:

Определим давление рабочего тела в конце впуска, ра, МПа:

(5)
 


, где: Δра – потери давления во впускной системе;

Определим потери давления во впускной системе, Δра, МПа:

(6), где: β – коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом сечении цилиндра;

ξвп – коэффициент сопротивления впускной системы;

ωвп – средняя за процесс впуска скорость движения смеси в наименьшем сечении впускной системы, м/с;

ρк – плотность заряда на впуске, кг/м3;

Определим коэффициент остаточных газов, γr:

(7), где: ε – степень сжатия;

φдоз – коэффициент дозарядки;

На номинальном режиме работы величина γr для дизелей должна находиться в пределах 0,02…0,05.

Определим температуру в конце впуска,Та, К:

(8)

Величина Та согласно статистическим данным при работе дизеля без наддува на номинальном режиме работы должна быть в пределах 330 – 400 К.

Определим коэффициент наполнения, ηv:

(9)

Значение коэффициента наполнения ηvпри работе дизеля без наддува на номинальном режиме находится в пределах 0,82 – 0,92.

1.2 Расчет процесса сжатия

Определим давление в конце процесса сжатия, рс, МПа:

(10), где: п1 – показатель политропы сжатия;

Определим температуру в конце процесса сжатия, Тс, К:

(11)
 


1.3 Расчет процесса сгорания

1.3.1 Термохимический расчет процесса сгорания

Определим количество воздуха, теоретически необходимое для полного сгорания 1 кг жидкого топлива, в массовых единицах, lo, кгвоздуха/кгтоплива:

(12)
 


Определим количество воздуха, теоретически необходимое для полного сгорания 1 кг жидкого топлива, в объемных единицах, Lo, кмоль/кгтоплива:

(13)

Определим количество заряда, находящегося в цилиндре в конце сжатия, Мс, кмоль/кг:

(14)
 


, где: М1 – количество свежего заряда, находящегося в цилиндре, кмоль/кг;

Мr–количество остаточных газов в цилиндре, кмоль/кг;