Давление и температура окружающей среды при работе двигателей без наддува pk =po=0,1 МПа
n=1000 3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.
Tr=900 1000 1060 1070 K
Давление остаточных газов pr за счёт расширения фаз газораспределения и снижение сопротивления при конструктивном оформлении выпускного тракта рассчитываемого двигателя можно получить на номинальном скоростном режиме:
prN=1,18*pO=0,118 МПа
pO=0,1 МПа
Тогда:
Ap=(prN-pO*1,035)*108/(nN2*pO)=0,462372449
prN=0,118 МПа
pO=0,1 МПа
nN=5600 об/мин.
pr=pO(1,035+Ap*10-8*n2)
n=1000 3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.
pr=0,103962372 0,108234694 0,118 0,1201455409 МПа
6. Определение параметров процесса впуска
Температура подогрева свежего заряда. С целью получения хорошего наполнения двигателя на номинальном режиме применяется DTN=8 град С.
Тогда:
At=DTN/(110-0,0125*nN)=0,2
DTN=8 град С.
nN=5600 об/мин.
DT=At*(110-0,0125*n)
n=1000 3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.
DT=19,5 14,00000002 8 6,9999996 град С.
Плотность заряда на впуске:
rO=pO*106/(RB*TO)=1,189187904
где RB=287 Дж/кг*град
Потери давления на впуске.
В соответствии со скоростным режимом двигателя (n=5600 об/мин.) и при условии качественной обработки внутренней поверхности впускной системы можно принять
b2+хвп=2,8 и wвп=95 м/с
Тогда:
An= wвп/nN=0,016964286
Dpa=(b2+хвп)*An2*n2*rO*10-6/2
rO=1,189187904
при n=1000 об/мин.
Dpa=0,000479126 МПа
при n=3199,999992 об/мин.
Dpa=0,004906249 МПа
при n=5600 об/мин.
Dpa=0,015025389 МПа
при n=6000,00016 об/мин.
Dpa=0,017248534 МПа
Давление в конце впуска.
pa=pO- Dpa
n=1000 3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.
pa=0,099520874 0,095093751 0,084974611 0,0827551466 МПа
Коэффициент остаточных газов.
При определении для двигателя без надува применяется коэффициент очистки fОЧ=1, а коэффициент дозировки на номинальном скоростном режиме fДОЗ=1,1, что вполне возможно получить при подборе угла опаздывания закрытия впускного клапана в пределах 30…60 град. При этом на номинальном скоростном режиме (n=1000 об/мин) возможен обратный выброс в пределах 5%, т.е. fДОЗ=0,95. На остальных режимах значения fДОЗ может получиться, приняв линейную зависимость fДОЗ от скоростного режима.
n=1000 3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.
fДОЗ=0,95 1,025 1,1 1,11
Тогда:
gr=((TO+DT)/Tr)*((fОЧ*pr)/(e*fДОЗ*pa-fОЧ*pr))
при n=1000 об/мин.
TO=293 K
DT=19,5 град С.
Tr=900 K
pa=0,099520874 МПа
pr=0,103962372 МПа
fОЧ=1
fДОЗ=0,95
gr=0,066281749
при n=3199,999992 об/мин.
TO=293 K
DT=14,00000002 град С.
Tr=1000 K
pa=0,095093751 МПа
pr=0,108234694 МПа
fОЧ=1
fДОЗ=1,025
gr=0,059291653
при n=5600 об/мин.
TO=293 K
DT=8 град С.
Tr=1060 K
pa=0,084974611 МПа
pr=0,118 МПа
fОЧ=1
fДОЗ=1,1
gr=0,064041223
при n=6000,00016 об/мин.
TO=293 K
DT=6,9999996 град С.
Tr=1070 K
pa=0,0827551466 МПа
pr=0,1201455409 МПа
fОЧ=1
fДОЗ=1,11
gr=0,066050092
Температура в конце впуска.
Ta=(TO+DT+gr*Tr)/(1+gr)
n=1000 3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.
TO=293 293 293 293 K
DT=19,5 14,00000002 8 6,9999996 град С.
Tr=900 1000 1060 1070 K
gr=0,066281749 0,059291653 0,064041223 0,066050092
Ta=349,0199232 345,7892375 346,6817717 347,7074866 K
Коэффициент наполнения.
hv=(TO/(TO+DT))*(1/(e-1))*(1/pO)*(fДОЗ*e*pa-fОЧ*pr)
n=1000 3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.
TO=293 293 293 293 K
DT=19,5 14,00000002 8 6,9999996 град С.
pa=0,099520874 0,095093751 0,084974611 0,0827551466 МПа
pr=0,103962372 0,108234694 0,118 0,1201455409 МПа
fОЧ=1 1 1 1
fДОЗ=0,95 1,025 1,1 1,11
pO=0,1 0,1 0,1 0,1 МПа
e=6,86 6,86 6,86 6,86
hv=0,871384261 0,912731296 0,869133578 0,850002992
7. Определение параметров процесса сжатия
Средний показатель адиабаты сжатия k=1, при e=6,86 и расчётных значениях Ta определяется по графику, средний показатель политропны сжатия n=1 принимается несколько меньше k1. При выборе n1 учитывается, что с уменьшением частоты вращения теплоотдача от газов к стенке цилиндра увеличивается, а n1 уменьшается по сравнению с k1 более значительно:
n=1000 3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.
k1=1,3767 1,3771 1,3772 1,3772
Ta=349,0199232 345,7892375 346,6817717 347,7074866 K
n1=1,37 1,376 1,377 1,377
Давление в конце сжатия.
pe=pa*en1
n=1000 3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.
pa=0,099520874 0,095093751 0,084974611 0,0827551466 МПа
e=6,86 6,86 6,86 6,86
n1=1,37 1,376 1,377 1,377
pe=1,392124959 1,330197163 1,18864789 1,157601412 МПа
Температура в конце сжатия.
Tс=Ta*e(n1-1)
n=1000 3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.
e=6,86 6,86 6,86 6,86
n1=1,37 1,376 1,377 1,377
Ta=349,0199232 345,7892375 346,6817717 347,7074866 K
Tс=711,6888166 705,1011042 706,9210765 709,0126185 K
Средняя мольная теплоёмкость в конце сжатия.
а) свежей смеси (воздуха)
(mev)tc to=20,6+2,638*10-3*tc
Где te=Tc-273
n=1000 3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.
tc=447,5649758 449,0794317 451,5093166 453,41043 град С.
(mev)tc to=21,78067641 21,78467154 21,79108158 21,79609671 кДж/(кмоль*град)
б) остаточных газов
(mev”)tc to- определяется методом экстраполяции по табл.7:
при n=1000 об/мин., при a=0,85 и tc=447,5649758 град С.
(mev”)400 to=23,303+(23,45-23,303)*0,01/0,05=23,3324 кДж/(кмоль*град)
Где 23,303 и 23,45- значение теплоёмкости продуктов
Сгорание при 400 соответственно при a=0,85 и a=0,9 взятые из табл.7
(mev”)500 to=23,707+(23,867-23,707)*0,01/0,05=23,7408 кДж/(кмоль*град)
Где 23,707 и 23,867- значение теплоёмкости продуктов
Сгорание при 500 соответственно при a=0,85 и a=0,9 взятые из табл.7
Теплоёмкость продуктов сгорания при tc=447,5649758 град С.
(mev”)tc to=23,3324+(23,7408-23,3324)*0,01/0,05=23,52665536 кДж/(кмоль*град)
при n=3199,999992 об/мин., при a=0,95 и tc=449,0794317 град С.
определение (mev”)tc to производится аналогичным методом экстраполяции по табл.7:
(mev”)400 to=23,586+(23,712-23,586)*0,01/0,05=23,6112 кДж/(кмоль*град)
(mev”)500 to=23,014+(23,15-23,014)*0,01/0,05=24,0412 кДж/(кмоль*град)
(mev”)tc to=23,6112+(23,0412-23,6112)*0,01/0,05=23,82224156 кДж/(кмоль*град)
при n=5600 об/мин., при a=0,95 и tc=451,5093166 град С.
(mev”)tc to=23,6112+(23,0412-23,6112)*52/100=23,83269006 кДж/(кмоль*град)
при n=6000,00016 об/мин., при a=0,95 и tc=453,41043 град С.
(mev”)tc to=23,6112+(23,0412-23,6112)*53/100=23,84086458 кДж/(кмоль*град)
в) рабочей смеси
(mev’)tc to=(1/(1+gr)*(mev)*tc to+gr*(mev”)tc to)
при n=1000 об/мин.
(mev)tc to=21,78067641 кДж/(кмоль*град)
(mev”)tc to=23,52665536 кДж/(кмоль*град)
gr=0,062587594
(mev’)tc to=21,88351651 кДж/(кмоль*град)
при n=3199,999992 об/мин.
(mev)tc to=21,78467154 кДж/(кмоль*град)
(mev”)tc to=23,82224156 кДж/(кмоль*град)
gr=0,055981213
(mev’)tc to=21,89269017 кДж/(кмоль*град)
при n=5600 об/мин.
(mev)tc to=21,79108158 кДж/(кмоль*град)
(mev”)tc to=23,83269006 кДж/(кмоль*град)
gr=0,060374077
(mev’)tc to=21,90732379 кДж/(кмоль*град)
при n=6000,00016 об/мин.
(mev)tc to=21,79609671 кДж/(кмоль*град)
(mev”)tc to=23,840864485 кДж/(кмоль*град)
gr=0,062241982
(mev’)tc to=21,91590974 кДж/(кмоль*град)
8. Определение параметров процесса сгорания
Коэффициент молекулярного изменения горючей mo=M2/M1 и рабочей смеси
m=(mo+gr)/(1+gr)
при n=1000 об/мин. при n=3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.
M1=0,453166806 M1=0,499681229
M2=0,495771154 M2=0,532610577
n=1000 3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.
gr=0,066281749 0,059291653 0,064041223 0,066050092
mo=1,094014714 1,06590071 1,06590071 1,06590071
m=1,088170612 1,062212055 1,061934358 1,061817649
Количество теплоты, потерянное вследствие химической исполноты сгорания топлива:
DHu=119950*(1-a)*LO
при n=1000 об/мин.
a=0,86
LO=0,516826923
DHu=8679,074519 кДж/кг
при n=3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.
a=0,95
DHu=3099,669471 кДж/кг
Теплота сгорания рабочей смеси:
НРАБ.СМЕСИ=(Hu-DHu)/(M1(1+gr))
при n=1000 об/мин.
Hu=43913,255 кДж/кг
DHu=8679,074519 кДж/кг
gr=0,066281749
M1=0,453166806 кмоль гор.cм./кг топл.
НРАБ.СМЕСИ=88313,49048 кДж/кмоль*раб.см.
при n=3199,999992 об/мин.
Hu=43913,255 кДж/кг
DHu=3099,669471 кДж/кг
gr=0,059291653
M1=0,499681229 кмоль гор.cм./кг топл.
НРАБ.СМЕСИ=77349,146 кДж/кмоль*раб.см.
при n=5600 об/мин.
Hu=43913,255 кДж/кг
DHu=3099,669471 кДж/кг
gr=0,064041223
M1=0,499681229 кмоль гор.cм./кг топл.
НРАБ.СМЕСИ=77028,70778 кДж/кмоль*раб.см.
при n=6000,00016 об/мин.
Hu=43913,255 кДж/кг
DHu=3099,669471 кДж/кг
gr=0,066050092
M1=0,499681229 кмоль гор.cм./кг топл.
НРАБ.СМЕСИ=76893,2563 кДж/кмоль*раб.см.
Средняя мольная теплоёмкость продуктов сгорания
(mev”)tz to=(1/M2)(M CO2*(mev”CO2)tz to+M CO*(mev”CO)tz to+M H2O*(mev”H2O)tz to+M H2*(mev”H2)tz to+M N2*(mev”H2)tz to+M
при n=1000 об/мин.
M1=0,453166806
M CO2=0,051183333 кмольCO2/кг топл.
(mev”CO2)tz to=39,123+0,003349*tz
M CO=0,020066667 кмольCO2/кг топл.
(mev”CO)tz to=22,49+0,00143*tz
M H2O=0,062466667 кмольCO2/кг топл.
(mev”H2O)tz to=26,67+0,004438*tz
M H2=0,010033333 кмольCO2/кг топл.
(mev”H2)tz to=19,678+0,001758*tz
M N2=0,352021154 кмольCO2/кг топл.
(mev”N2)tz to=21,951+0,001457*tz
(mev”)tz to=24,29423953+0,002032932*tz=61,45915901 кДж/(кмоль*град)
при n=3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.
M1=0,499681229
M CO2=0,064083333 кмольCO2/кг топл.
(mev”CO2)tz to=39,123+0,003349*tz
M CO=0,007166667 кмольCO2/кг топл.
(mev”CO)tz to=22,49+0,00143*tz
M H2O=0,068916667 кмольN2O/кг топл.
(mev”H2O)tz to=26,67+0,004438*tz
M H2=0,003883333 кмоль/H2/кг топл.
(mev”H2)tz to=19,678+0,001758*tz
M N2=0,388860577 кмольN2/кг топл.
(mev”N2)tz to=21,951+0,001457*tz
(mev”)tz to=24,61969403+0,00207203*tz=29,90228416 кДж/(кмоль*град)
Величина коэффициента использования теплоты xz
при n=5600 6000,00016 об/мин. в результате значительного догорания топлива в процессе расширения снижается, а при n=1000 об/мин. xz интенсивно уменьшается в связи с увеличением потерь тепла через стенки цилиндра и не плотности между поршнем и цилиндром по этому при изменении скоростного режима xz ориентировочно принимается в пределах, которые имеют место у работающих карбюраторных двигателей:
n=1000 3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.
xz=0,82 0,92 0,91 0,89
Температура в конце видимого процесса сгорания:
xz*НРАБ.СМЕСИ+(mev’)tz to*tc=m*(mev”)tz
при n=1000 об/мин.
0,82*73171,39635+21,88351651*447,5649758=
=1,088477143*(24,29423953+ 0,002032932*tz)*tz
или 0,002212799*tz2+26,44372443*tz-69794,84054=0
Отсюда следует:
tz=2225,077518 град С.
Tz=tz+273=2498,077518 K
при n=3199,999992
0,92*77349,146+21,89269017*449,0794317=
=1,062407086*(24,61969403+ 0,00207203*tz)*tz
или 0,00201339*tz2+26,15613739*tz-80992,77118=0
Отсюда следует:
tz=2549,476046 град С.
Tz=tz+273=2822,476046 K
при n=5600 об/мин.
0,91*77028,70788+21,90732379*451,5093166=
1,062148549*(24,61969403+0,00207203*tz)*tz
или 0,00200803*tz2+26,14977229*tz-79987,48486=0
Отсюда следует:
tz=2523,062592 град С.
Tz=tz+273=2796,062592 K
при n=6000,00016 об/мин.
0,89*76893,2563+21,91590974*451,5093166=
=1,062039263*(24,61969403+0,00207203*tz)*tz
или 0,002200577*tz2+26,14708171*tz-78330,23554=0
Отсюда следует:
tz=2478,67899 град С.
Tz=tz+273=2751,67899 K
Максимальное давление сгорания теоретическое.
pr=pc*m*Tz/Tc
n=1000 3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.
m=1,088477143 1,062407086 1,062148549 1,06203926
Tz=2498,077518 2822,476046 2796,062592 2751,67899 K
Tс=720,5649758 722,0794317 724,5093166 726,41043 K
pe=1,187509342 1,438273542 1,287763264 1,254072204 МПа
pr=5,613216299 5,972796807 5,278666282 5,045204927 МПа
Максимальное давление сгорания действительное.
prДЕЙСТ.=0,85*pr
n=1000 3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.
prДЕЙСТ.=4,771233854 5,076877286 4,486866339 4,288424188 МПа
Степень повышения давления.
l=pr/pc
n=1000 3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.
l=3,773567091 4,152754418 4,099096805 4,023057773 МПа
9. Определение параметров процесса расширения и выпуска
Средний показатель адиабаты расширения k2 определяется по номограмме при заданной степени сжатия e=6,86 для соответствующих значений a и Tz, а средний показатель нольтропы расширения n2 оценивается по величине среднего показателя адиабаты:
n=1000 3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.
a=0,85 0,95 0,95 0,95
Tz=2498,077518 2822,476046 2796,062592 2751,67899 K
k2=1,2605 1,2515 1,2518 1,2522
n2=1,26 1,251 1,251 1,252
Давление и температура в конце процесса расширения.
pb=pr/en2
Tb=Tz/e(n2-1)
при n=1000 об/мин.
pb=0,466630189 МПа
Tb= 1495,200597 K
при n=3199,999992
pb=0,505422751 МПа
Tb= 1719,648987 K
при n=5600 об/мин.
pb=0,446684882 МПа
Tb= 1703,556071 K
при n=6000,00016 об/мин.
pb=0,426087237 МПа
Tb= 1673,208178 K
Проверка принятой раньше температуры отработавших газов.
Tr=Tb/(pb/pr)1/3
D=100*(TrПРОВ.-Tr)/Tr где D-погрешность расчёта
n=1000 3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.
Tb= 1495,200597 1719,648987 1703,556071 1673,208178 K
pb=0,466630189 0,505422751 0,446684882 0,426087237 МПа
pr=5,613216299 5,972796807 5,278666282 5,045204927 МПа
Tr=906,4292503 1028,830214 1093,07514 1099,65995 K
D=0,714361143 2,883021448 3,120296223 2,771957944 %
На всех скоростных режимах температура остаточных газов принята в начале расчёта, достаточно удачно, так как ошибка не превышает 0,714361143 %
10. Определение индикаторных параметров рабочего тела.
Теоретически среднее индикаторное давление.
pi’=(pe/(e-1))*((l/n2-1)*(1-(1/e(n2-1)))-(1/(n1-1))*(1-(1/e(n1-1)))
n=1000 3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.
l=3,773567091 4,152754418 4,099096805 4,023057773 МПа
pe=1,187509342 1,438273542 1,287763264 1,254072204 МПа
n2=1,26 1,251 1,251 1,252
e=6,86 6,86 6,86 6,86
n1=1,37 1,376 1,377 1,377
pi’=1,061863482 1,176382142 1,036179204 0,983980853 МПа
Cреднее индикаторное давление.
pi=fu*pi’ где fu- коэффициент полноты диаграммы принят fu=0,96
n=1000 3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.
pi=1,019388943 1,129326856 0,994732036 0,944621619 МПа
Индикаторный К.П.Д. и индикаторный удельный расход топлива.
hi=(pi*10*a)/(Hu*ro*hv)
gi=3600/(Hu*hi)
при n=1000 об/мин.
pi=1,019388943 МПа
lo=14,95652174 кг возд/кг топл.
a=0,86
Hu=43,913255 МДж/кг
ro=1,189187904
hv=0,872210576
hi=0,287873386
gi=284,7772917 г/(кВт*ч)
при n=3199,999992
pi=1,129326856 МПа
lo=14,95652174 кг возд/кг топл.
a=0,95
Hu=43,913255 МДж/кг
ro=1,189187904
hv=0,91369263
hi=0,336300593
gi=243,7694275 г/(кВт*ч)
при n=5600 об/мин.
pi=1,994732036 МПа
lo=14,95652174 кг возд/кг топл.
a=0,95
Hu=43,913255 МДж/кг
ro=1,189187904
hv=0,871367929
hi=0,310607997
gi=263,9333309 г/(кВт*ч)
при n=6000,00016 об/мин.
pi=1,944621619 МПа
lo=14,95652174 кг возд/кг топл.
a=0,95
Hu=43,913255 МДж/кг
ro=1,189187904
hv=0,852542265
hi=0,301474138
gi=271,929804 г/(кВт*ч)
11. Определение эффективных показателей двигателя
Среднее давление механических потерь для карбюраторного двигателя с числом цилиндров до шести и отношением S/D<или=1
pm=0,034*0,0113*v.п.ср.
Предварительно приняв ход поршня S равным 60мм, получим
v.п.ср.=(S*n)/(3*104)=60*n/(3*104)=0,002*n
тогда pm=0,034+0,0113*0,002*n= МПа, а на различных скоростных режимах:
n=1000 3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.
v.п.ср.=2 6,399999984 11,2 12,00000032 м/с
pm=0,0566 0,10632 0,16056 0,169600004 МПа
Среднее эффективное давление и механический К.П.Д.
pe=pi-pm
hm=pe/pi
n=1000 3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.
pi=1,019388943 1,129326856 1,994732036 1,944621619 МПа
pe=0,962788943 1,023006856 0,834172036 0,775021615 МПа
hm=0,944476541 0,905855422 0,838589696 0,820457207
Эффективный К.П.Д. и эффективный удельный расход топлива.
he=hi*hm
ge=3600/(Hu*he)
n=1000 3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.
hi=0,287873386 0,336300593 0,310607997 0,301474138
he=0,27188966 0,304639716 0,260472666 0,247346629
ge=301,51865 269,1041214 314,7347648 331,436913 г/(кВт*ч)
Основные параметры цилиндра и двигателя.
Литраж двигателя:
VЛ=(30*t*Ne)/(pe*n)=3,005546517 л
t=4
Ne=117 кВт
pe=0,834172036 МПа
n=5600 об/мин
Рабочий объём одного цилиндра
Vh=VЛ/i=0,751386629
i=4
VЛ=3,005546517 л
Диаметр цилиндра.
Так как ход поршня предварительно был принят S=60 мм, то:
D=2*103*(Vh/(p*S)1/2=62,88214474 мм
Окончательно применяется D=63 и S=60мм
Основные параметры применяются по окончательно принятым значениям D и S:
VЛ=(p*D2*S*i)/(4*106)=3,005546517 л
Fn=(p*D2)/4=3104,018839 мм2=31,04018839 см2
Ne=(pe*VЛ*n)/(30*t)
Me=((3*104)/p)*(Ne/n)
Gt=Ne*ge*103
n=1000 3199,999992 5600 6000,00016 об/мин.
pe=0,962788943 1,023006856 0,834172036 0,775021615 МПа
Ne=24,11422462 82,04625818 117 116,4681789
Me=57,1053825 60,6770552 49,47679709 45,96844001
Gt=1,802186027 5,468940708 9,12730818 9,567980828
Литровая мощность двигателя:
NЛ=Ne/ VЛ=38,92802834 кВт/л