Розрахунок автомобільного двигуна

Вступ

Впровадження досягнень науково-технічного прогресу в автомобілебудуванні та на автомобільному транспорті вимагає творчого підходу до вирішення наукових і практичних завдань, які стоять перед робітниками цих галузей, що в свою чергу передбачає необхідність підвищення якості підготовки і перепідготовки кадрів для них. В області розвитку і удосконалення автомобільних двигунів основними задачами на сучаснім етапі являється:

зниження паливної економічності;

питомої маси;

вартості їх виготовлення і експлуатації;

боротьба з токсичними викидами в атмосферу;

зниження шуму при експлуатації двигунів.

Виконання цих задач вимагає від спеціалістів, пов’язаних з виробництвом та експлуатацією автомобільних двигунів, глибоких знань теорії, конструкції та розрахунку двигунів внутрішнього згоряння.

Важливим чином у придбанні даних знань, що базуються на основних теоретичних положеннях дисципліни «Автомобільні двигуни».

Курс «Автомобільні двигуни» є одним з базових у справі підготовки інженерно-технічних працівників автомобільного транспорту.

Сучасна автомобільна силова установка (автомобільний двигун) являє собою одну з найскладніших машин, здатних перетворювати теплоту, що виділяється при згорянні палива, у механічну роботу. Процеси згоряння, виділення теплоти і перетворення її в механічну роботу продуктами згоряння відбувається у середині двигуна. Звідси й назва – двигуни внутрішнього згоряння (ДВЗ).

1. Хімічні реакції при горінні палива

1.1 Теоретично необхідна кількість повітря для згоряння 1 кг палива

, кг.повітря/кг.палива.

l₀= кг.повітря/кг.палива.

Склад палива: бензинів – С = 0,855; Н = 0,145; О = 0; дизельного палива – С = 0,870; Н = 0,126; О = 0,004. Вид палива повинен відповідати прототипу двигуна, що заданий у таблиці вихідних параметрів.

 

1.2 Теоретично необхідна кількість повітря для згоряння палива

 

, кмоль.повітря/кг.палива.

L₀= кмоль.повітря/кг.палива.

1.3 Коефіцієнт надлишку повітря a у режимі номінальної потужності приймають за таблицею вихідних параметрів α =0.84

Кількість свіжого заряду

 

,

кмоль свіжого заряду/кг.палива. M₁=0.84·0.5179=0.4350 кмоль свіжого заряду/кг.палива.

1.4 Кількість двоокису вуглецю (СО₂) у продуктах згоряння

 

за умови:

a<1, , кмоль/кг.палива,

M_CO2=  кмоль/кг.палива,

де ;

для нафтових рідких палив к = 0,45...0,53.

1.5 Кількість окису вуглецю (СО) у продуктах згоряння

 

за умови:

a<1, , кмоль/кг.палива.

M_CO= кмоль/кг.палива.

 

1.6 Кількість водяної пари (Н₂О) у продуктах згоряння

за умови:

a<1, , кмоль/кг палива. M_H2O= кмоль/кг палива.

1.7 Кількість водню (Н₂) у продуктах згоряння

 

за умови:

a<1, , кмоль/кг палива.

M_H2= кмоль/кг палива.

1.8 Кількість кисню (О₂) у продуктах згоряння

 

за умови:

a<1, , кмоль/кг.палива.

1.9 Кількість азоту (N₂) у продуктах згоряння

 

, кмоль/кг.палива.

 M_N2= кмоль/кг.палива.

1.10 Загальна кількість продуктів згоряння рідкого палива

 

, кмоль/кг.палива.

M₂= кмоль/кг.палива.

1.11 Зміна кількості робочого тіла при згорянні палива

 

, кмоль/кг.палива.

∆M= кмоль/кг.палива.

1.12 Коефіцієнт молекулярної зміни паливної суміші

 

.

 

1.13 Нижча теплота згоряння рідкого палива за формулою Менделєєва

, кДж/кг.палива. H_u= кДж/кг.палива.

Вміст сірки S та вологи W у паливі приймають рівними 0.  

1.14 Хімічна неповнота згоряння за умови:

a<1, , кДж/кг палива.

∆H_u= кДж/кг палива.

 

1.15 Теплота згоряння паливної суміші

 

, кДж/кмоль пал.суміші.

H_{пал.сум}= кДж/кмоль пал.суміші.

2. Розрахунок процесів дійсного циклу

2.1 Тиск навколишнього середовища для розрахунків

Р₀ = 0,10 МПа.

2.2 Температура навколишнього середовища для розрахунків

Т₀ = 293 К.

 

2.3 Тиск середовища, звідки повітря надходить у циліндр.У випадку відсутності наддуву

Р_к = Р₀.

2.4 Температура середовища, звідки повітря надходить у циліндр

При відсутності наддуву

Р_к= Р₀, а Т_к= Т₀

2.5 Тиск залишкових газів у циліндрі двигуна перед початком процесу наповнення:

 

при відсутності наддуву

, МПа;

P_r= МПа

2.6 Температуру залишкових газів

T_r =1065 K

2.7 Густина заряду при наповненні:

 

при відсутності наддуву

,кг/м³;

 кг/м³

де В = 287Дж/кг×град - питома газова стала.

При відсутності наддуву приймають .

 

2.8 Втрати тиску при наповненні

 

, МПа,

∆P_a= МПа

де b - коефіцієнт затухання швидкості руху заряду у перерізі циліндра; x_ВП – коефіцієнт опору впускної системи, віднесений до найбільш вузького його перерізу, ;  w_ВП = 50...150 м/с - середня швидкість руху заряду у найменшому перерізі впускної системи в м/с. Значення w_ВПприймають за таблицею вих. пар.

2.9 Тиск кінця впуску

 

, МПа

P_a= МПа

2.10 Температура підігріву свіжого заряду DТ. Приймається

DТ=12ºС.

 

2.11 Коефіцієнт залишкових газів

, .

де e - ступінь стиску, приймається за табл. вих. пар.

2.12. Температура в кінці наповнення

, К.

T_a= К.

2.13 Коефіцієнт наповнення

.

.

2.14 Середній показник адіабати стиску k₁=1,3775

Визначається за номограмою Додатку Е (рис. Е-1) у залежності від ступеня стиску e і температури в кінці наповнення Т_а.

 

2.15 Значення показника політропи стиску n₁

 

в залежності від k встановлюють у межах для бензинових двигунів (k₁-0,01)…(k₁-0,04);

Приймаємо n₁=1,3575

 

2.16 Тиск у кінці теоретичного стиску

 

, МПа.

P_c= МПа

2.17 Температура у кінці теоретичного стиску

 

, К.

T_c= К

2.18 Середня мольна теплоємність свіжого заряду у кінці стиску

, кДж/кмоль×град.,

 кДж/кмоль×град

де t_с - температура у кінці стиску в °С (t_с= T_с-273°).

2.19 Середня мольна теплоємність залишкових газів

 

 =23,3994 кДж/кмоль×град

 

визначається в залежності від коефіцієнта надлишку повітря a і температури у кінці стиску t_сшляхом інтерполяції за таблицею В-1 Додатку В

 

2.20 Середня мольна теплоємність робочої суміші

 

, кДж/кмоль×град.

 кДж/кмоль×град.

 

2.21 Коефіцієнт молекулярної зміни робочої суміші

 

,

,

де g_r - коефіцієнт залишкових газів.

 

2.22 Теплота згоряння робочої суміші

 

, кДж/кмоль.

H_{роб.сум}= кДж/кмоль.