Расчет цикла четырехтактного бензинового двигателя

1.  Расчет цикла четырехтактного бензинового двигателя.

 

        Целью расчета является определение  эффективных показателей размеров  цилиндра бензинового двигателя  с использованием стандартных  возможностей современных персональных  компьютеров.

 

Основные расчетные зависимости для бензинового двигателя.

        Расчет производится для номинального  режима работы двигателя. Исходными  данными для этого расчета  являются.

 

1.  Исходные данные.

 

Вариант №48;

• номинальная эффективная мощность Ne, кВт;
• номинальная частота вращения коленчатого вала n, ;
• степень сжатия Е;
• число цилиндров двигателя i;
• коэффициент избытка воздуха

 

 

.Параметры двигателя
Тип двигателя	Давление    или	Номинальная мощность кВт	Номинальная частота  вращения  n,	Число цилиндров   i	Степень сжатия	Коэффициент избытка воздуха
Б	0,1	58	2800	6	7,1	0,95

 

 

2.  Параметры топлива.

 

Для бензинового двигателя  средний элементарный состав топлива  принимается равным: C=0,855; H=0,145; O=0, где С, Н и О – массовые доли углерода, водорода, и кислорода. Молярная масса топлива принимается равной

= 115 кг/моль.

Низшая теплота сгорания топлива определяется по формуле Д.И. Менделеева

 

, кДж/кг.

 

3.  Параметры рабочего тела.

 

Теоретически необходимое  количество воздуха для сгорания 1кг топлива:

 

, кмоль/кг       кмоль/кг      

 

, кг воздуха/кг топлива.

 

 кг воздуха/кг топлива

 

Количество свежего заряда.

 

, кмоль/кг

 

 кмоль/кг

Общее количество продуктов сгорания.    

 

 

 кмоль/кг

 

4.  Параметры окружающей среды.

 

Давление окружающей среды .

Температура окружающей среды  .

Температура остаточных газов  .

Давление остаточных газов 

Большие значения и принимаются для двигателей с высокой частотой вращения коленчатого вала.

 

5.  Расчет параметров процесса впуска.

 

Температура подогрева свежего  заряда

Плотность свежего заряда перед впускными органами двигателя

,

 

 

 

 

Коэффициент газодинамических потерь во впускной системе двигателя

 

Скорость движения заряда во впускной системе

 

м/c

 

Потери давления во впускной системе двигателя

 

 

 

Давление в цилиндре в конце процесса впуска

 

 

 

Коэффициент остаточных газов

 

 

 

Температура заряда в  конце процесса впуска

 

 

Коэффициент наполнения

 

 

- двигатель с системой впрыска топлива.

1.6 Параметры процесса сжатия.

 

Средний показатель политропы  сжатия

 

Давление в конце  процесса сжатия

 

 

Температура в конце  процесса сжатия

 

 

1.7 Параметры процесса сгорания.

 

Теоретический коэффициент  молекулярного изменения состава  смеси

 

 

 

Действительный коэффициент молекулярного изменения состава смеси

 

 

Количество теплоты  потерянное вследствие неполноты сгорания топлива

 

 

Теплота сгорания рабочей  смеси

 

 

               Мольная теплоемкость свежего заряда

 

 

Мольная теплоемкость продуктов сгорания

 

 

Коэффициент использования теплоты

 

Уравнение сгорание для  бензинового двигателя

 

Коэффициент

 

 

Коэффициент

Коэффициент

Коэффициент

Коэффициент

 

Максимальная температура цикла

 

               Степень повышения давления

 

 

                Расчетные значения максимального давления сгорания

 

 

1.8 Параметры процесса  расширения.

 

Средний показатель политропы расширения.

 

Давление в конце процесса расширения

 

 

Температура в конце  процесса расширения

 

 

1.9 Индикаторные показатели  рабочего цикла.

 

Теоретическое среднее индикаторное давление.

 

 

Коэффициент полноты индикаторной диаграммы.

 

Среднее индикаторное давление

 

 

Индикаторный КПД

 

Индикаторный удельный расход топлива.

 

 

1.10 Эффективные показатели  двигателя.

 

Механический КПД двигателя.

 

Среднее эффективное давление.

 

 

Эффективный КПД.

 

 

Эффективный удельный расход топлива

 

 

1.11 Определение  размеров цилиндра.

 

Рабочий объем цилиндра

 

 

 

Отношение хода поршня S к его диаметру D равно 0,7 – 1,1  

S/D=0,7 – 1,1

 

 

Диаметр цилиндра

 

 

Ход поршня

 

 

Полученные значения D и S округляются до ближайшего четного числа

 

 

По уточненным значениям D и S определяются:

- рабочий объем цилиндра

 

 

- эффективная мощность двигателя 

 

 

      

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2 Расчет и  построение индикаторной диаграммы  бензинового двигателя. 

 

1. Исходными данными для расчета и построения индикаторной диаграммы являются результаты расчета рабочего цикла двигателя:

- диаметр цилиндра D,м;

- ход поршня S,м;

- степень сжатия ;

- рабочий объем цилиндра Vs, ;

- объем камеры сгорания Vc, ;

- полный объем рабочего цилиндра Va

 

2. Последующие расходы текущих давлений на линии сжатия и расширения выполняются в табличной форме. Заполнение таблицы производится в следующей последовательности.

 

2.1 Первый столбец –  угол поворота коленчатого вала  в градусах в интервале от 0 до 90 c шагом , а в интервале от 100 до 180 c шагом .

2.2 Второй столбец – угол поворота коленчатого вала в радианах вычисленный по формуле 3,14/180* , рад..

2.3 Третий столбец значение перемещения поршня при изменении угла поворота от 0 до 180 , вычисленные по формуле

Sx=S/2(1-COS( )+0,27/4(1-COS(2 ))), м.

где выражен в радианах

2.4 Четвертый столбец надпоршневого пространства Vx при изменении угла поворота от 0 до 180 , вычисленные по формуле

Vx=Vc+ /4Sx, , где Sx – текущее перемещение поршня при изменении угла поворота от 0 до 180 .

2.5 Пятый столбец текущие  значения степени сжатия при изменении угла поворота от 0 до 180 , вычисленные по формуле

x=Va/Vx, где Va – полый объем цилиндра, (подставляется в формулу фиксированное значение Va, из четвертого столбца таблицы при =180 ).

2.6 Шестой столбец –  фиксированное значение давления  в конце процесса наполнения Pa, которая берется из расчета рабочего цикла двигателя

2.7 Седьмой столбец – фиксированное значение давления в конце процесса

расширения Pb, которая берется из расчета рабочего цикла двигателя.

2.8 Восьмой столбец – текущие давления в процессе сжатия Pxc, вычисленные по формуле

Pxc=Pa* ,МПа где n1 – средний показатель политропы сжатия которая берется из расчета рабочего цикла двигателя.

2.9 Девятый столбец - текущие давления в процессе расширения Pxp, вычисленные по формуле

Pxp=Pb* , МПа где n1 – средний показатель политропы расширения которая берется из расчета рабочего цикла двигателя.

2.10 Десятый столбец – разность давлений на линии расширения и линии сжатия вычисляемая по формуле

Pxp – Pxc

В дополнительной ячейке этого столбца вычисляется сумма  разностей по формуле

, а в следующей за данной  ячейкой вычисляется частное от деления

, МПа т.е. теоретическое среднее  индикаторное давление

Используя значение столбцов четвертого, восьмого и девятого строится свернутая теоретическая индикаторная диаграмма для бензинового двигателя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исходные данные
Диаметр цилиндра D=0,09м; ход поршня S=0,077м
Степень сжатия =7,1 Рабочий объем цилиндра Vs								0,00049
Объем камеры сгорания Vc			0,000080
Полный объем рабочего цилиндра  Va				0,0005699
Последующие расчеты  текущих давлений на линиях сжатия и расширения выполнены в табличной  форме
угол град	угол рад	Sx m	Vx,		x,		Pa, МПа		Pb, МПа	Pxc, МПа			Pxp, МПа	Pxp- Pxc
1	2	3	4		5		6		7	8			9	10
0	0	0			7,14		0.096		0,435	1,394459			4,849394	3,454935
5	0,0872	0,00026	0,0001115		7,033		0.096		0,435	1,365594			4,758847	3,393253
10	0,1744	0,001019	0,0001163		6,743		0.096		0,435	1,289156			4,518141	3,228985
15	0,2617	0,002284	0,0001243		6,309		0.096		0,435	1,177388			4,1636	2,986212
20	0,3489	0,004029	0,0001354		5,791		0.096		0,435	1,047478			3,74728	2,699802
25	0,4361	0,006237	0,0001495		5,245		0.096		0,435	0,915034			3,317527	2,402493
30	0,5233	0,00888	0,0001663		4,715		0.096		0,435	0,791217			2,910167	2,11895
35	0,6106	0,011929	0,0001857		4,223		0.096		0,435	0,680558			2,540731	1,860173
40	0,6978	0,015342	0,0002074		3,781		0.096		0,435	0,585333			2,218045	1,632712
45	0,7850	0,019083	0,0002312		3,292		0.096		0,435	0,504677			1,994066	1,489389
50	0,8722	0,023109	0,0002568		3,054		0.096		0,435	0,437329			1,705675	1,268346
55	0,9594	0,027375	0,000284		2,761		0.096		0,435	0,381151			1,506922	1,125771
60	1,0467	0,03184	0,0003124		2,51		0.096		0,435	0,334588			1,334985	1,000397
65	1,1339	0,036448	0,0003417		2,295		0.096		0,435	0,296055			1,2001	0,904045
70	1,2211	0,041157	0,0003716		2,11		0.096		0,435	0,263959			1,082206	0,818247
75	1,3083	0,04592	0,0004019		1,951		0.096		0,435	0,237203			0,982846	0,745643
80	1,3956	0,0507	0,0004324		1,813		0.096		0,435	0,214637			0,898181	0,683544
85	1,4828	0,055442	0,0004625		1,695		0.096		0,435	0,195854			0,827035	0,631181
90	1,5700	0,060113	0,0004922		1,593		0.096		0,435	0,179861			0,765938	0,586077
100	1,7444	0,069096	0,0005494		1,427		0.096		0,435	0,154784			0,669002	0,514218
110	1,9189	0,077402	0,0006022		1,302		0.096		0,435	0,136622			0,597835	0,461213
120	2,0933	0,084823	0,0006494		1,207		0.096		0,435	0,123267			0.544913	0,421646
130	2,2678	0,091229	0,0006902		1,136		0.096		0,435	0,113429			0,505564	0,392135
140	2,4422	0,096532	0,0007239		1,083		0.096		0,435	0,10623			0,476551	0,370321
150	2,6167	0,100662	0,0007502		1,045		0.096		0,435	0,101147			0,45596	0,354813
160	2,7911	0,103621	0,000769		1,02		0.096		0,435	0,097839			0,442503	0,344664
170	2,9656	0,105401	0,0007804		1,005		0.096		0,435	0,095869			0,434465	0,338596
180	3,14	0,106	0,0007842		1,00		0.096		0,435	0,095215			0,431792	0,336577
														36,56434
														1,305869