Расчет рабочих процессов бензинового четырехтактного карбюраторного двигателя

 

 

 

a = 0,86;    tc = 421,62 0С

(mC )t0400  = 23,303 + (23,45 – 23,303) *0,01/0,05 = 23,33

(mC )t0500  = 23,707+ (23,867 – 23,707) *0,01/0,05 =  23,74

(mC )t0tc  = 23,33 + (23,74 – 23,33) *21,62/100 = 23,42

Средняя мольная теплоемкость рабочей смеси определяется по ф-ле:

(mc’v)tct0 = 1/1+gr*[(mC

) + gr*(mC )t0tc ]

при nN = 4000 мин–1

(mc’v)tct0 = 1/1+0,059*(21,73+0,059*23,42) = 21,824(кДж/кмоль*град)

при n = 3000 мин–1

(mc’v)tct0 = 1/1+0,054*(21,72+0,054*23,74) = 21,823 (кДж/кмоль*град)

при n = 2000 мин–1

(mc’v)tct0 = 1/1+0,053*(21,71+0,053*23,68) = 21,809 (кДж/кмоль*град)

при n = 1000 мин–1

(mc’v)tct0 = 1/1+0,056*(21,71+0,056*23,42) = 21,801 (кДж/кмоль*град)

 

 

 

 

 

Таблица 4.

Таблица 5. Результаты расчетов процесса сжатия

Параметры	Процесс сжатия
	Карбюраторный двигатель
n	1000	2000	3000	4000
k1	1,372	1,373	1,375	1,378
n1	1,352	1,353	1,355	1,358
Pc	1,54	1,50	1,42	1,31
Tc	694,62	694,36	696,62	702,11
tc	421,62	421,36	423,62	429,11
(mC )	21,71	21,71	21,72	21,73
(mC )	23,42	23,68	23,74	23,42
(mc’v)tct0	21,801	21,809	21,823	21,824

 

1.4. Процесс сгорания

Коэффициент молекулярного изменения горючей μ0 = M2 /M1 и рабочей смеси μ = (μ0 + γr ) /(1+ γr ) для карбюраторного двигателя:

при nN = 4000 мин–1

μ0 = 0,491/0,448 = 1,096

μ = (1,096 + 0,059)/1+0,059 = 1,091

при n = 3000 мин–1

μ0 = 0,541/0,510 = 1,061

μ = (1,061 + 0,054)/1+0,054 = 1,058

при n = 2000 мин–1

μ0 = 0,533/0,500 = 1,066

μ = (1,066 + 0,053)/1+0,053 = 1,063

при n = 1000 мин–1

μ0 = 0,496/0,453 = 1,095

μ = (1,095 + 0,056)/1+0,056 = 1,090

Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания, и теплота сгорания рабочей смеси:

DНи=119950*(1-a)*L0;

при nN = 4000 мин–1

DНи=119950*(1-0,85)*0,517 = 9302 (кДж/кг топл).

 

Таблица 6. Результаты расчетов процесса сгорания

Параметры	Процесс сгорания
	Карбюраторный двигатель
n	1000	2000	3000	4000
μ0	1,095	1,066	1,061	1,096
μ	1,090	1,063	1,058	1,091
DНи	8682	3100	1860	9302
Н раб. см	73684	77550	78264	73677
(mC )	24,292+0,002032tz	24,614+0,00207tz	24,692+0,002083tz	24,234+1,002029tz
x z	0,82	0,92	0,91	0,89
tz0C	2220	2537	2538	2302
Tz K	2493	2810	2811	2575
Pz	6,0245	6,4528	6,0623	5,2417
Pzд	5,1208	5,4849	5,1530	4,4554
l	3,9120	4,3019	4,2692	4,0013

 

Н раб. см.= (Ни-DНи)/[М1*(1+γr )];

при nN = 4000 мин–1

Н раб. см.= (43930 – 9302)/0,448*(1+0,059) = 34628/0,47 = 73677 (кДж/кг топл)

Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания:

(mC ) =(1/М2)*[МCО2(mC со2) +МСО(mC со) +МН2о(mC н2о) +МН2 (mC н2) +МN ( mC N2) ];

 

при nN = 4000 мин–1

(mC ) =  1/0,491*[0,049*(39,123+0,003349 tz) + 0,022*(22,49+0,00143 tz)+

+ 0,062(22,67+0,004438 tz) + 0,011(19,687+0,001758 tz) +

+ 0,347(21,951+0,001457 tz)] = 24,234+1,002029tz (кДж/(моль* град));

Коэффициент использования теплоты x z определяем, исходя из скоростного режима двигателя:

x z* Н раб. см. + (mC

) * tc   =   m* (mC ) *tz;

при nN = 4000 мин–1

0,89*73677+21,824*429,11 = 1,091*(24,234+1,002029tz)* tz

74937,427 = 26,44 tz + 1,0932136 tz2

tz = 2302 0C

Tz = tz + 273 = 2575 (K)

Максимальное теоретическое давление в конце процесса сгорания:

рz = pc*m*Tz /Tc;

рz = 1,31*1,091*2575 /702,11 =  5,2417  (Мпа).

Действительное максимальное давление в конце процесса сгорания:

рzд = 0,85*рz;

рzд = 0,85*5,2417 = 4,4554 (Мпа).

Степень повышения давления:         l =рz / рс ;

l = 5,2417/1,31 = 4,0013.

1.5. Процессы расширения  и выпуска

Средний показатель адиабаты расширения k2 определяем по номограмме (рис.3 стр. 20) при заданном e =7,5 для соответствующих значений Tz = 2575 и α = 0,85 , а средний показатель политропы расширения n2 оцениваем по величине среднего показателя адиабаты k2 = 1,253 и принято n2 = 1,251.

Давление и температура в конце процесса расширения:

pb=pz /ε n2 ;

pb = 5,2417 /7,51,251 =  0,4214 (МПа).

Tb=TZ / ε n2-1;

Tb = 2575/7,51,251-1 = 1551 (К).

                    Таблица 7. Результаты расчетов процесса выпуска

Параметры	Процесс выпуска
	Карбюраторный двигатель
n	1000	2000	3000	4000
a	0,86	0,95	0,97	0,85
k2	1,2540	1,2518	1,2520	1,2530
n2	1,254	1,251	1,252	1,251
pb	0,4816	0,5187	0,4873	0,4214
Tb		1693	1693	1551

 

 

 

 

 

 

      Рис.3 Номограмма для определения показателя адиабаты расширения k2

 

 

 

1.6. Индикаторные  параметры рабочего цикла

Теоретическое среднее индикаторное давление определяем по формуле:            

              

при nN = 4000 мин–1

Pi’ = 1,31/(7,5 – 1) *[4,0013/(1,251 – 1) *(1 – 1/7,50,251) – 1/(1,358 – 1)*(1 –

1/7,50,358)]   =  0, 986 (МПа)

Для определения среднего индикаторного давления примем коэффициент полноты индикаторной диаграммы равным jи=0,96 , тогда:

рi = jи* Pi’

рi = 0,96*0,986 = 0,947 (Мпа)

Индикаторный к.п.д.:

hi = pi* l0* a / (Ни* r0 *hv );

hi = (1,0 *14,941*0,85)/(43,93*1,189*0,070)  = 3,4699

Индикаторный удельный расход топлива:

gi = 3600/( Ни*hi);

gi = 3600/( 43,93*3,4699) = 23,617 (г/(кВт* ч)).

1.7. Эффективные  показатели двигателя

Среднее давление механических потерь для карбюраторного двигателя с числом цилиндров до 6 и отношением S/D£1:

pм = 0,034+0,0113*Vп;

Предварительно приняв ход поршня S равным 77 мм, получим:

Vп=S*n/3*104

Vп = 77*4000/3*104 = 10,27 (м/с).

Таблица 8. Результаты расчетов индикаторных и эффективных          показателей

Параметры	Индикаторные и эффективные показатели
	Карбюраторный двигатель
n	1000	2000	3000	4000
Pi’	1,117	1,237	1,166	0,986
Pi	1,072	1,188	1,119	0,947
hi	0,2774	0,2915	0,2974	3,4699
gi	295,32	281,03	275,65	23,617
Vп	2,6	5,1	7,7	10,27
pм	0,063	0,092	0,121	0,150
pе	1,009	1,096	0,998	0,797
hм	0,941	0,923	0,892	0,842
hе	0,261	0,269	0,265	2,922
ge	313,981	304,643	309,241	28,046

 

pм = 0,034+0,0113*10,27 = 0,15 (МПа).

Среднее эффективное давление и механический к.п.д.:

pе = pi - pм ;

pе = 0,947-0,15 = 0,797 (МПа).

hм = ре / рi ;

hм =0,797/0,947 = 0,842.

Эффективный к.п.д. и эффективный удельный расход топлива:

hе = hi*hм ;

hе = 3,4699*0,842 = 2,922.

ge = 3600/(Ни*hе);

ge= 3600/(43,93*2,922) = 28,046 (г/(кВт* ч)).

1.8. Основные параметры  цилиндра и двигателя

а. Литраж двигателя:

Vл = 30*t*Nе/(ре* n) = 30*4*100/(0,797*4000) = 3,764 (л).

б. Рабочий объем цилиндра:

Vh = Vл / i =3,764/6 = 0,6273 (л).

в. Диаметр цилиндра:

При  S = 77 ( мм)

D = 2*103√ (Vh/(π*S)) = 2*103*Ö (0,6237/(3,14*77)) = 101,6 (мм).

Окончательно принимаем: S=77 (мм) и D = 102 (мм). Основные параметры и показатели двигателя определяются по окончательно принятым значениям S и D:

а. Литраж двигателя:

Vл = p*D2*S*i / (4*106) =3,14*1022 *77*6/(4*106) = 3,77 ( л).

б. Площадь поршня:

Fп = pD2 / 4=3,14*1022/4 = 8167 (мм)2 = 81,67 (см2).

в. Эффективная мощность:

Nе = ре*Vл*n/(30*t) = 0,797*3,764*4000/(30*4) = 100 (кВт.)

Расхождение с заданной мощностью:

D=100*(Nе з-Nе)/ Nе з=100*(100 - 100)/100 = 0 %.

г. Эффективный крутящий момент:

Ме = (3*104/p)*(Ne/n) = (3*104/3,14)*(100/4000) =  239  (Н* м).

д. Часовой расход топлива:

Gт = Ne *ge *10-3 = 100*28,046*10-3 = 28,046 (кг/ч).

е. Литровая мощность двигателя:

Nл = Ne/Vл = 100/3,77 = 26,53 (кВт/л).

1.9. Построение  индикаторной диаграммы

Режим двигателя:  

Ne = 100 (кВт),   n = 4000 (об/мин).

Масштабы диаграммы:

хода поршня (ось абцисс)  Ms = 1 (мм) в мм,

давлений (ось ординат)  Mp = 0,05 (МПа) в мм.

Величины, соответствующие рабочему объему цилиндра и объему камеры сгорания:

|АВ| = S/Ms = 77/1 = 77 (мм);

|ОА| = |АВ| / (e-1) = 77/(7,5-1) = 11,85 (мм).

Максимальная ордината, (точка z) определяется:

Pz/Мр = 5,2417/0,05 = 104,8 (мм).

Ординаты характерных точек:

ра / Мр = 0,016/0,05 = 0,32 (мм);

рс / Мр = 1,31/0,05 = 26,2 (мм);

рb / Мр = 0,4214/0,05 = 8,4 (мм);

рr / Мр = 0,117/0,05  = 2,3 (мм);

ро / Мр = 0,101/0,05 = 2,0 (мм).

Построение политроп сжатия и расширения аналитическим методом:

а. Политропа сжатия:

рх = ра*(Vа / Vх )n1. Отсюда рх / Мр = (ра/Мр)*(ОВ/ОХ)n1 (мм),

где ОВ = ОА + АВ = 11,85 + 77 = 88,85 (мм); n1 = 1,358 .

б. Политропа расширения: