кмоль/кг.

4. Определение молярных ( или объемных) долей компонентов продуктов сгорания:

Проверка:

5. Определение теоретического коэффициента молярного изменения:

1.3 Расчет процессов газообмена

1. Исходные данные для расчета процессов газообмена приведены в табл.П19.3

                Таблица П19.3

2. Определение параметров на впуске.

Плотность заряда на впуске

кг/м³.

3. Определение давления рабочего тела в конце такта впуска.

Гидравлические потери во впускном трубопроводе

 МПа.

Давление рабочего тела в конце такта впуска

МПа.

Характерные значения p_a находится в пределах 0,080…0,095.

4. Определение коэффициента остаточных газов:

.

Характерные значения  находятся в пределах 0,04…0,06.

5. Определение температуры заряда в конце такта впуска:

Характерные значения Т_а находится в пределах 310…340 К.

6. определение коэффициента наполнения.

Коэффициент наполнения рассчитывается по заданным значениям p₀, T₀, ,,  и по ранее рассчитанным значениям p_a, T_a,:

.

Характерные значения находятся в пределах 0,80…0,90.

1.4. Расчет процесса сжатия

1. Выбор показателя политропы сжатия n₁ (табл. П19.4).

Таблица П19.4

* Выбор числового значения n₁ в данном случае обусловлен противоположным влиянием двух основных факторов: высокой частоты вращения двигателя и относительно высокой степенью его сжатия.

2. Определение параметров рабочего тела в конце процесса сжатия:

МПа;

Характерные для ДиСЗ значение p_c находятся в пределах 1,40…2,60 МПа, а Т_с – в пределах 650…850 К.

1.5.Расчет процесса сгорания

1. Исходные данные для расчета процесса сгорания приведены в табл.П19.5.

Таблица П19.5

* Выбор числового значения в данном случае обусловлен противоположным влиянием с одной стороны частоты вращения n и степень сжатия , а с другой стороны – влиянием состава смеси .

2. Определение потерь теплоты от неполноты сгорания (в расчете на 1 кг топлива):

МДж/кг.

3. Определение теплоты сгорания рабочей смеси:

 МДж/кмоль.

4. Определение действительного значения коэффициента молярного изменения рабочей смеси:

5. Определение максимальной температуры процесса сгорания.

        Запишем уравнение первого закона термодинамики для процесса сгорания в ДсИЗ, приведенное к рабочему виду:

                                       ,                                    (1)

        где U_c – внутренняя энергия одного киломоля воздуха при температуре Т_с;  – внутренняя энергия одного киломоля продуктов сгорания при температуре Т_с; - внутренняя энергия одного киломоля продуктов сгорания при температуре Т_z.

        Размерность величин U_c, , , Н_см – МДж/кмоль.

Определение максимальной температуры цикла Т_z сводится к решению уравнения (1). Для применения аналитического метода решения необходимо найти числовые значения U_c, , .

        Используем линейные аналитические зависимости средних молярных теплоемкостей при постоянном объеме компонентов продуктов сгорания от температуры t, которые имеют следующий вид, кДж/(кмоль*К):

.

        Значения коэффициентов а_i и  b_i  для различных газов приведены прил.2 для двух различных интервалов температуры. Интервал температур от 0 до 1500 ^оС используется для выдачи U_c,, а интервал от 1500 до 2800 ^оС – для выдачи .

        В аналогичном виде представим среднюю молярную теплоемкость смеси продуктов сгорания с учетом объемных долей компонентов, кДж/(кмоль*К).

                                                       .                                           (2)

Здесь

t = t_c или  t = t_z;

 (3)

      (4)

        Сначала вычислим левую часть уравнения (1), обозначив её за F_1, МДж/кмоль:

,

для чего предварительно определим значение внутренней энергии воздуха при температуре t_c, использовав значение коэффициентов a и b из прил. 2 для диапазона температур 0…1500 ^оС:

МДж/кмоль.

        Для определение внутренней энергии продуктов сгорания при температуре t_c найти коэффициент А и В из уравнения (2) по выражениям (3) и (4) с использованием значений коэффициентов a и b из прил.2 также в диапазоне температур 0..1500 ^ОС:

        Теперь найдем значение внутренней энергии продуктов сгорания при температуре t_c:

,

        после чего вычислим значением F₁ по формуле

Обозначим

        Выражение для определения внутренней энергии продуктов сгорания при температуре t_z имеет вид

                                                                                (5)

        С учетом введенного обозначения  уравнение (5) будет иметь вид

        Откуда значение температуры

                                                                 (6)

        Значение коэффициентов A и B из уравнения (6) находим по выражениям (3) и (4) с использованием значений коэффициентов a и b из прил.2, но уже в диапазоне температур 1500…2800 ^оС:

        Таким образом, Т_z = 2674 К.

        Характерные значения Т_z находятся в пределах 2600…2900 К.

6. Определение максимального давления рабочего цикла.

Степень повышения давления в цикле определяется по формуле

.

        Характерные значения находятся в пределах 3,20…4,20.

        Тогда максимальное давление

.

        Характерные значения p_z находятся в пределах 5…8 МПа.

        Действительное значение максимального давления p_zд, необходимое для выполнения динамических и прочных расчетов, определяем с учетом увеличения объема над поршнем к моменту достижения максимума давления:

.

1.6. Расчет процесса расширения

        При расчете процесса расширения для ДсИЗ считают, считают, что этот процесс протекает в течение всего хода поршня от ВМТ к НМТ. Сам процесс расширения условно считается политропным с постоянным показателям политропы n₂.

1. Выбор показателя политропы расширения n₂ (табл.П19.6).

Таблица П19.6

                * Выбор числового значения n_2, в данном случае обусловлен однонаправленным влиянием двух основных факторов: высокой частоты вращения двигателя и относительно высокой степенью сжатия. Эти факторы способствуют затягиванию процесса сгорания и, следовательно, определяют меньшие значения n_2.

2. определение параметров рабочего тела в конце такта расширения:

;

        Характерные значения p_b находятся в пределах 0,35…0,50 МПа, а характерные значения  T_b – в пределах 1200…1600 К.

3. Проверка правильности выбора параметров остаточных газов.

Проверку правильности выбора значений давления p_r и температуры Т_r остаточных газов по формуле

Отклонение расчетного значения температуры остаточных газов  от ее заданного значения T_r =1000 К составляет 1,7%, т.е. находится в допустимых пределах (3…4%).

1.7. Определение индикаторных показателей двигателя

1. Выбор исходных параметров (табл.П19.7)

Таблица П19.7

* Выбор данного числового значения обусловлен высоким скоростным режимом двигателя.

2. Определение расчетного и действительного средних индикаторных давлений.

        Определение расчетом давлений в характерных точках рабочего цикла позволяет построить расчетную индикаторную диаграмму за два хода поршня(сжатие и расширения). Такая диаграмма включает в себя условные политропные процессы сжатия и расширения, изохорный процесс подвода теплоты, а также изохорный процесс отвода теплоты.

        Определяем расчетное среднее индикаторное давление:

        Соответствующее уменьшение действительного среднего индикаторного давления _pi по сравнению с расчетным значением p_iнс учитывается с помощью коэффициента полноты индикаторной диаграммы . В соответствии с выбранным значением = 0,95 получим:

        Характерные для ДсИЗ без наддува значение p_i = 0,9…1,2 МПа.

3. Определение индикаторного КПД и удельного индикаторного расхода топлива.

        Для определения индикаторного КПД используется уравнение связи между средним индикаторным давлением p_i и основными параметрами рабочего процесса (уравнение Б.С.Стечкина):

        Здесь H_u – МДж/кг; l₀ – кг/кг; p_i – Мпа; р₀ – кг/м³.

        Тогда индикаторный КПД

.

        Удельный индикаторный расход топлива

        Характерные для ДсИЗ значения .

1.8.Определение механических (внутренних) потерь и эффективных показателей двигателя

1. Выбор исходных параметров.

        Предварительному выбору подлежат значения коэффициентов a и b эмпирической формулы для определения среднего давления механических потерь р_м.п. и значение средней скорости поршня с_п ( табл.П19.8).

Таблица П19.8

* Выбор данного значения обусловлен высоким скоростным режимом двигателя.

2. Определение среднего давления механических потерь.

        Среднее давление механических потерь p_м.п. условно считается линейной функцией средней скорости поршня с_п в диапазоне частоты вращения, близкому к номинальному.              Тогда, приняв с_п = 15, получим

3. Определение среднего эффективного давления и механического КПД.

        Среднее эффективное давление p_e определяется по среднему индикаторному давлению p_i и среднему давлению потерь р_м._п.:

        Характерные для ДсИЗ без наддува значения pe=0,75…1,05 МПа.

        Механический КПД найдем по формуле

.

        Характерные для ДсИЗ без наддува значения .

4. Определение эффективного КПД и удельного эффективного расхода топлива.

        Эффективный КПД определяется по значениям индикаторного КПД и механического КПД :

        Удельный эффективный расход топлива

.

        Характерные для ДсИЗ без наддува значения находится в следующих пределах:

        Часовой расход топлива

_{ном .}

1.9. Определение размеров цилиндра

        Размеры цилиндра определяются исходя из заданной эффективной мощности N_e, заданного скоростного режима n_ном и рассчитанного значения среднего эффективного давления р_е.

1. Выбор исходных параметров.

        Предварительному выбору подлежит коэффициент короткоходности двигателя K=S/D (табл.П19.9).

Таблица П19.9

* Выбор данного значения обусловлен высокой частотой вращения двигателя в целях некоторого ограничения средней скорости поршня.

2. Определение рабочего объема двигателя.

        Используем известное выражение для определения эффективной мощности, кВт:

где р_е – Мпа, iV_h – л;n- мин^-1; N_e – кВт;коэффициент тактности (для четырехтактных двигателей ).

                       Откуда

.

Рабочий объём одного цилиндра

3. Определение размеров цилиндра.

        Диаметр цилиндр

        Полученный диаметр округляется до ближайшего целого значения D = 96 мм.

        Ход поршня

        Полученный ход поршня округляется до ближайшего целого четного значения S=80 мм.

4. Определение средней скорости поршня.

Действительное значение средней скорости поршня c_n определяется по значению хода поршня S (выраженному в метрах) и заданному скоростному режиму:

        Расхождение полученной скорости поршня ранее принятым значением не превышает 10%, следовательно, пересчета механических потерь не требуется.

5. Уточнение рабочего объема двигателя и его мощности выполняется после определения размеров цилиндра и округления хода поршня S и диаметра D до стандартных значений:

6. Определение эффективного крутящего момента и литровой мощности двигателя.

        Эффективный крутящий момент определяется по значениям уточненной номинальной эффективной мощности N_{е ном} и номинальная частоты вращения n_ном:

.

        Литровая мощность двигателя

        Характерные для ДсИЗ без наддува значения лежат в пределах N_л = 35…55 кВт/л.

1.10. Итоговая таблица основных показателей и параметров двигателя

        Полученные значения показателей и параметров двигателя сведем в табл.П19.10.

Таблица П19.10

По результатам теплового расчета строим индикаторную диаграмму (рис.П19.1)

Рис.П19.9.Индикаторная диаграмма проектируемого двигателя с искровым зажиганием.

Библиографический список

Основная литература

1.       Теория автомобильных двигателей//Тарасик В .П. Теория автомобилей и двигателей[текст]:Учебное пособие/В.П.Тарасик,М.П. Бренч.-2-е изд.,испр.-Минск: Новое знание; Москва: ИНФРА-М,2015.-Разд.I. – С 12-147.

2.       Автомобильные двигатели [текст]: учебник для студ.вузов по спец. «автомобили и автомобильное хозяйство» и «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования» /М. Г. Шатров[и др.]; под ред. М. Г.Шатров. – Москва: Академия, 2010. -464с. – Библиогр.:с. 458.

3.       Автомобили: Учебник / А.В. Богатырев, Ю.К. Есеновский-Лашков, М.Л. Насоновский; Под ред. А.В. Богатырева. - 3-e изд., стер. - М.: НИЦ ИНФРА-М, 2014. - 655 с

Дополнительная литература

1.       Суркин В. И. Основы теории и расчета автотракторных двигателей [текст]: курс лекций: учебное пособие/ В. И. Суркин. – Санкт-Петербург: Лань, 2013,-304с. – Библиогр.: с. 291-292.

2.       Кулаков, А.Т. Особенности конструкции, эксплуатации, обслуживания и ремонта силовых агрегатов грузовых автомобилей [Электронный ресурс] / А.Т. Кулаков, А.С. Денисов, А.А. Макушин. - М.: Инфра-Инженерия, 2013. - 448 с.

3.       Тракторы и автомобили: Учебник/А.В.Богатырев, В.Р.Лехтер - М.: НИЦ ИНФРА-М, 2015. - 425 с.

Оглавление

Введение. 3

Пример теплового расчета двигателя с искровым зажиганием.. 4

1.1.Исходные данные для теплового расчета. 4

1.2.Расчет характеристик рабочего тела. 4

1.3 Расчет процессов газообмена. 6

1.4. Расчет процесса сжатия. 8

1.5.Расчет процесса сгорания. 9

1.6. Расчет процесса расширения. 13

1.7. Определение индикаторных показателей двигателя. 14

1.8.Определение механических (внутренних) потерь и эффективных показателей двигателя  16

1.9. Определение размеров цилиндра. 17

1.10. Итоговая таблица основных показателей и параметров двигателя. 20

Библиографический список. 22

///////////////////////////////////////