Тепловой расчет двигателя ВАЗ 343 (Ne= 51 кВт, n = 4850 об/мин)

1 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ

1.1  Исходные данные

Ne= 51 кВт, n=4850 об/мин

Прототипом двигателя является двигатель ВАЗ 343.

Характеристики ВАЗ-343

Размерность дизеля (диаметр цилиндра х ход поршня)- 82х84  

Полный рабочий объем, л . 1,8

Полная мощность , л.с. 63

Степень сжатия – 23

Количество цилиндров- 4

Частота вращения, соответствующая полной (номинальной) мощности, об/мин 4800

Максимальный крутящий момент, кгс.м 11,6

Частота вращения при максимальном крутящем моменте. об/мин 2500

Максимальный удельный расход топлива , г/л.с.ч. 187

Масса сухого дизеля, кг 132

1.2  Выбор топлива

Теоритически необходимое количество воздуха для сгорания 1кг топлива:

      (1.2.1)

0,23-массовое содержание кислорода в 1 кг воздуха

Средний элементарный состав дизельного топлива:

С=0,870; Н=0,126; О=0,004.

[кг_возд/кг_топл]

         (1.2.2)

 –теоретически необходимое количество воздуха в 1 кмоль для сгорания 1 кг топлива  [кмоль_возд/кг_топл]

0,208- объемное содержание кислорода в 1 кмоль воздуха

   [кмоль_возд/кг_топл]

Проверка: При правильном расчете должно удовлетворятся условие

                              (1.2.3)

=28,96 [кг/кмоль] –масса 1 кмоль воздуха

Действительное количество воздуха участвующее в сгорании 1 кг топлива:

                      (1.2.4)

                        (1.2.5)

α –коэффициент избытка воздуха.  α =1,5 для дизельных двигателей

      [кмоль_возд/кг_топл]

     [кг_возд/кг_топл]

Количество свежего заряда поступившего в ДВС :

      (1.2.5)

   [кмоль_возд/кг_топл]

Количество отдельных компонентов продуктов сгорания топлива при полном сгорании:

     (1.2.6)

   [кмоль_co2/кг_топл]

            (1.2.7)

    [кмоль_н2о /кг_топл]

             (1.2.8)

 [кмоль_О2/кг_топл]

          (1.2.9)

   [кмоль_N2/кг_топл]

Общее количество продуктов сгорания жидкого топлива:

     (1.2.10)

  [кмоль_пр.сг/кг_топл]

1.3  Процесс впуска

Р₀ =0,1МПа – Давление окружающей среды  

Т₀ = 293 К – Температура окружающей среды

Так как за прототип взят дизельный двигатель без наддува то давление остаточных газов принимается равным:

      (1.3.1)

 [МПа]

Давление в конце впуска:

     (1.3.2)

 -давление в конце впуска   [МПа]

 -атмосферное давление   [МПа]

 –потери давления   [МПа]

      (1.3.3)

 -коэффициент  затухания скорости движения заряда

 – коэффициент сопротивления впускной системы

 –средняя скорость движения заряда в минимальном сечении впускной системы

 - плотность заряда на впуске

=3.2

Плотность заряда на впуске :

        (1.3.4)

 –удельная газовая постоянная

                (1.3.5)

 [ДЖ/ (кг град) ]

  [кг/м³]

Вычислим  потери давления по формуле  (1.3.3)

   [МПа]

Норма потерь давления в дизельном двигателе  (0,03-0,18)Р₀

Вычислим давление в конце впуска по формуле (1.3.2)

    [МПа]

Коэффициент остаточных газов  .

Величина коэффициента остаточных газов для дизельных ДВС не оснащенных наддувом  лежит в диапазоне

0,02-0,05.

                (1.3.6)

 –температура остаточных газов. Для дизельных ДВС она лежит в диапазоне 600-900 [К] температура остаточных газов принимается за 650 [К]

- температура подогрева  свежего заряда. Величина температуры подогрева лежит в интервале (10-40),  принимаем=15

Температура в конце впуска:

     (1.3.7)

  [К]

Коэффициент наполнения  

Значения лежит в диапазоне (0,8-0,94)

     (1.3.8)

1.4 ПРОЦЕСС СЖАТИЯ

Значение показателя политропы сжатия n₁ в зависимости от k₁ :

n₁=( k₁-0.01)

Определим значение k₁ по монограмме. Для температуры   [К]

И степени сжатия  характерное значение k₁=1,369

Тогда n₁=( 1,369-0.01)=1,359

Давление в конце сжатия:

      (1.4.2)

[МПа]

Температура в конце сжатия:

     (1.4.3)

[К]

Средняя мольная теплоемкость свежего заряда принимается равной теплоемкости воздуха.

     (1.4.4)

       (1.45)

[К]

Высчитаем по (1.4.4) среднюю мольную теплоемкость свежего заряда в конце сжатия:

     [кДж/кгград]

Определим среднюю мольную теплоемкость в конце сжатия остаточных газов по таблице при коэффициенте избытка воздуха.  α =1,5 и температуре в конце впуска  [К]

    [кДж/(кмольград]

Определим среднюю мольную теплоемкость рабочей смеси в конце сжатия:

    [1.4.5]

 [кДж/(кмоль)]

1.5   ПРОЦЕСС СГОРАНИЯ

Действительный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси

       (1.5.1)

Теплота сгорания рабочей смеси:

     (1.5.2)

низшая теплота сгорания топлива.

Для дизельного топлива   [МДж/кг]

      [кДж/кмоль_раб.см]

Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания будет равна:

(1.5.3)

t₀ - температура, равная

t_z  - температура смеси в конце видимого сгорания

 средние мольные теплоемкости продуктов сгорания газов , входящих в смесь.

=24,1637+0,001884t_z

 (1.5.4)

Температура в конце видимого процесса сгорания:

   (1.5.5)

-коэффициент использования теплоты. Для беззнаддувного дизельного двигателя

- степень повышения давления. для безнаддувного дизельного двигателя 

Или

Откуда :

 [C^o]

   [К]

Максимальное давление сгорания :

      (1.5.6)

 [МПа]

Определим степень предварительного расширения ρ :

     (1.5.7)

1.6    ПРОЦЕСС РАСШИРЕНИЯ И ВЫПУСКА

Степень последующего расширения:

     (1.6.1)

Давление в конце процесса расширения:

   (1.6.2)

n₂ – средний показатель политропы

k₂ – средний показатель адиабаты

Примем что:  n₂= k₂