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:

 

 

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

, где: R – газовая постоянная;

Определим давление остаточных газов, p_rн, МПа:

 

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

Определим температуру подогрева свежего заряда, ΔТ_н, К:

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

 

, где: Δр_а – потери давления во впускной системе;

Определим потери давления во впускной системе, Δр_а, МПа:

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

ξ_вп – коэффициент сопротивления впускной системы;

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

ρ_к – плотность заряда на впуске, кг/м³;

Определим коэффициент остаточных газов, γ_r:

, где: ε – степень сжатия;

φ_доз – коэффициент дозарядки;

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

Определим температуру в конце впуска,Т_а, К:

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

Определим коэффициент наполнения, η_v:

Значение коэффициента наполнения η_vпри 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, р_с, МПа:

, где: п₁ – показатель политропы сжатия;

Определим температуру в конце процесса сжатия, Т_с, К:

 

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, l_o, кг_{воздуха}/кг_{топлива}:

 

Определим количество воздуха, теоретически необходимое для полного сгорания 1 кг жидкого топлива, в объемных единицах, L_o, кмоль/кг_{топлива}:

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

 

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

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