Тепловой расчет двигателя BFQ

 

(1.17)

 

Суммарное количество молей продуктов сгорания на 1 кг топлива

 

(1.18)

Объемы исходных компонентов и продуктов их сгорания могут отличаться из-за различия молярного состава свежего заряда M1 и продуктов сгорания M2. Изменение количества вещества при сгорании равно DM и оценивается теоретическим коэффициентом молекулярного изменения

 

DM = M2 - M1=0,559 – 0,509 = 0,050.

(1.19)

 

Теоретический коэффициент молекулярного изменения – отношение количества молей продуктов сгорания к количеству молей свежего заряда.

 

(1.20)

 

Действительный коэффициент молекулярного изменения

 

(1.21)

 

Действительный коэффициент молекулярного изменения рабочего тела к моменту начала расширения

 

(1.22)

 

где и - коэффициенты использования теплоты к началу и концу расширения.

 

 

1.5 Процесс сгорания

 

Расчет температуры Tz в точке цикла, соответствующей окончанию видимого сгорания топлива выполняется по уравнению сгорания путем решения его методом последовательных приближений:

• для двигателей с искровым зажиганием

 

;   90454,627 ≈ 90454,627

(1.23)

 

Средняя теплоемкость при сжатии

 

(1.25)

Средняя теплоемкость продуктов сгорания:

 

(1.26)

 

Максимальное давление цикла для двигателя с искровым зажиганием

  МПа. Степень повышения давления для двигателей с искровым зажиганием:

 

 

1.6 Процесс расширения

 

Степень предварительного расширения для двигателей с искровым зажиганием

 

(1.27)

 

Степень последующего расширения для двигателей с искровым зажиганием

 

(1.28)

 

Показатель политропы расширения n2 рассчитывается методом последовательных приближений из выражения:

;   ;   0,261=0,261,

(1.29)

 

где аz, bz – коэффициенты в уравнении теплоемкости:

• для двигателей с искровым зажиганием:

, .

Давление в конце расширения:

• для двигателей с искровым зажиганием

 

(1.30)

 

Температура в конце расширения:

• для двигателей с искровым зажиганием

 

(1.31)

 

Работа расширения

 

(1.32)

 

Осуществляется проверка расчета двигателя по формуле:

 

.

(1.33)

 

 

 

Ошибка должна составлять не более 5 %.

 

ошибка составляет 0.89 %, что < 5%

 

 

 

1.7 Индикаторные показатели

 

Индикаторные показатели оценивают качество рабочего цикла, эффективность преобразования энергии топлива в механическую работу.

Среднее индикаторное давление теоретической диаграммы:

• для двигателей с искровым зажиганием

 

(1.34)

 

Действительное индикаторное давление

 

(1.35)

 

где jид – коэффициент скругления индикаторной диаграммы.

 

Индикаторная работа цикла

 

(1.36)

 

Проверка правильности расчета работы сжатия и расширения

 

(1.37)

 

где Vh – объем цилиндра, м3.

Расхождение не более 5¸7 %.

 

ошибка составляет 6 %, что < 7%

 

 

Индикаторная мощность двигателя

 

(1.38)

 

или

 

(1.39)

 

где Vh – объем цилиндра, м3; t = 4 – коэффициент тактности; i – число цилиндров.

 

Индикаторный КПД

 

(1.40)

 

Удельный индикаторный расход топлива

 

(1.41)

 

Часовой расход топлива

 

(1.42)

 

 

1.8 Эффективные показатели

 

Эффективные показатели будут всегда меньше индикаторных на величину насосных потерь и работу, затрачиваемую на преодоление трения в подшипниках, а также на привод обслуживающих двигатель и автомобиль вспомогательных механизмов.

 

Среднее давление трения

 

(1.43)

 

где - потери на трение; - потери на осуществление насосных ходов.

Для двигателей без наддува

 

(1.44)

 

где величины коэффициентов a и b для дизельных двигателей с неразделенными камерами и диаметром цилиндров в мм: : - средняя скорость поршня.

 

(1.45)

 

где S – ход поршня, м; n – число оборотов, об/мин.

 

(1.46)

 

Среднее эффективное давление

 

(1.47)

 

Механический КПД

 

(1.48)

 

Эффективный КПД

 

(1.49)

 

Удельный эффективный расход топлива

 

(1.50)

 

Эффективная мощность двигателя

 

или	(1.51)   (1.52)

 

Крутящий момент

 

(1.53)

 

где - частота вращения коленчатого вала

 

(1.54)

 

где n – число оборотов, об/мин.

 

Удельная поршневая мощность

 

 

Литровая мощность

 

 

 

 

 

Литровая масса двигателя

 

 

Удельная масса

 

 

 

Раздел 2. Расчет и построение индикаторной диаграммы.

 

Индикаторными диаграммами называют зависимости давления газа в цилиндре в функции от угла поворота коленчатого вала (развернутая индикаторная диаграмма) или в функции от текущего объема надпоршневого пространства (свернутая индикаторная диаграмма).

Расчет индикаторной диаграммы выполняют с целью определения давлений и температур газов в цилиндре при выбранных значениях угла поворота коленчатого вала относительно верхней мертвой точки (ВМТ) и соответствующих им величинах объема надпоршневой полости цилиндра.

Для построения свернутой индикаторной диаграммы необходимо определить давление газов в цилиндре в функции от объема, а для построения развернутой индикаторной диаграммы – в функции от угла.

Расчет индикаторной диаграммы будет выполняться по методу Гриневецкого – расчет давления и температуры газов в цилиндре для двух тактов: сжатия и рабочего хода.

 

2.1 Расчет индикаторной диаграммы по методу Гриневецкого

 

Задается ряд значений угла поворота коленчатого вала от 0 до 720° с интервалом в 1°.

Рассчитывается текущее значение надпоршневого объема, используя зависимость

,

(2.1)

где Vh = (πD2/4)∙S – рабочий объем цилиндра, м3; – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна; e – степень сжатия двигателя.

(2.2)

 

 

 

 

 

Текущая степень сжатия eт

 

(2.3)

где (Vc равно Vт при угле поворота коленчатого вала 0°).

 

Давление от 0-180° поворота коленчатого вала можно принять постоянным и равным pa, а от 540-720° поворота коленчатого вала можно принять равным pb.

Давления сжатия (180-360° поворота коленчатого вала)

(2.4)

Давления на ходе расширения:

• для двигателей с искровым зажиганием (от 360° до 540° поворота коленчатого вала)

(2.6)

Температура сжатия

(2.7)

 

Температура на ходе расширения:

• для двигателей с искровым зажиганием (от 360° до 540° поворота коленчатого вала)

(2.9)

Значения температур рассчитывается от 180 до 540° поворота коленчатого вала.

 

Результаты расчета заносим в таблицу.

 

Таблица 2.1 - Результаты расчета индикаторной диаграммы

, ° п.к.в.	, м3		, МПа	, К
0	0,0000	1,000	0,085
10	0,0000	1,091	0,085
20	0,0001	1,361	0,085
30	0,0001	1,797	0,085
40	0,0001	2,376	0,085
50	0,0001	3,073	0,085
60	0,0002	3,856	0,085
70	0,0002	4,692	0,085
80	0,0002	5,547	0,085
90	0,0003	6,391	0,085
100	0,0003	7,197	0,085
110	0,0003	7,941	0,085
120	0,0004	8,606	0,085
130	0,0004	9,180	0,085
140	0,0004	9,654	0,085
150	0,0004	10,024	0,085
160	0,0004	10,289	0,085
170	0,0004	10,447	0,085
180	0,0004	10,500	0,085	348,145
190	0,0004	10,447	0,086	348,802
200	0,0004	10,289	0,087	350,804
210	0,0004	10,024	0,091	354,239
220	0,0004	9,654	0,095	359,261
230	0,0004	9,180	0,102	366,092
240	0,0004	8,606	0,112	375,034
250	0,0003	7,941	0,125	386,487
260	0,0003	7,197	0,143	400,974
270	0,0003	6,391	0,168	419,176
280	0,0002	5,547	0,204	441,982
290	0,0002	4,692	0,257	470,554
300	0,0002	3,856	0,337	506,375
310	0,0001	3,073	0,460	551,231
320	0,0001	2,376	0,655	606,879
330	0,0001	1,797	0,961	673,770
340	0,0001	1,361	1,407	747,422
350	0,0000	1,091	1,907	811,829
360	0,0000	1,000	7,707	838,852
370	0,0000	1,091	6,902	2470,708
380	0,0001	1,361	5,223	2332,219
390	0,0001	1,797	3,681	2169,342
400	0,0001	2,376	2,588	2016,686
410	0,0001	3,073	1,871	1885,773
420	0,0002	3,856	1,405	1777,320
430	0,0002	4,692	1,097	1688,612
440	0,0002	5,547	0,888	1616,384
450	0,0003	6,391	0,743	1557,714
460	0,0003	7,197	0,640	1510,195
470	0,0003	7,941	0,565	1471,907
480	0,0004	8,606	0,511	1441,329
490	0,0004	9,180	0,471	1417,259
500	0,0004	9,654	0,442	1398,753
510	0,0004	10,024	0,421	1385,079
520	0,0004	10,289	0,408	1375,692
530	0,0004	10,447	0,400	1370,209
540	0,0004	10,500	0,397	1368,407
550	0,0004	10,447	0,110
560	0,0004	10,289	0,110
570	0,0004	10,024	0,110
580	0,0004	9,654	0,110
590	0,0004	9,180	0,110
600	0,0004	8,606	0,110
610	0,0003	7,941	0,110
620	0,0003	7,197	0,110
630	0,0003	6,391	0,110
640	0,0002	5,547	0,110
650	0,0002	4,692	0,110
660	0,0002	3,856	0,110
670	0,0001	3,073	0,110
680	0,0001	2,376	0,110
690	0,0001	1,797	0,110
700	0,0001	1,361	0,110
710	0,0000	1,091	0,110
720	0,0000	1,000	0,110