Расчет рабочего цикла ДВС, расчет основных деталей на прочность, компоновка двигателя

Плотность заряда на впуске в кг/м для двигателей с наддувом определяют по формуле:

                                                                                                (1.18)

 

где - удельная газовая постоянная воздуха, Дж/(кт • град); = 287 Дж/(кг • град).

 

                                                     кг/м ,

 

                                            МПа,

 

                                                    МПа.

 

1.2.5  Коэффициент остаточных газов

 

Величина коэффициента остаточных газов характеризует качество очистки цилиндра от продуктов сгорания. С увеличением уменьшает количество свежего заряда, поступающего в цилиндр двигателя в процессе впуска.

Коэффициент остаточных газов для четырёхтактных двигателей внутреннего сгорания определяется по формуле:

 

                                           ,                                        (1.19)

                                   

                                        .

 

 1.2.6 Температура в конце впуска

 

Температуру в конце впуска Т_а в градусах Кельвина (К) определяют по

формуле:

 

                                                  ,                                                     (1.20)

 

                                           К.

 

1.2.7 Коэффициент наполнения

 

Наиболее важным параметром, характеризующим процесс впуска, явля-

ется коэффициент наполнения. Он представляет собой отношение действительного количества свежего заряда, поступившего в цилиндр, к тому количеству, которое могло бы поместиться в рабочем объёме цилиндра при условии, что температура и давление в нём равны температуре и давлению среды, из которой поступает свежий заряд.

Для четырёхтактных двигателей без учёта продувки и дозарядки  коэффициент наполнения определяется по формуле:

 

                                        ,                             (1.21)

 

                                   .

 

Величина коэффициента наполнения в основном зависит от тактности двигателя, его быстроходности и совершенства системы газораспределения.

Рассчитанные параметры  процесса впуска необходимо сравнить со значениями этих параметров у современных автомобильных двигателей внутреннего сгорания, представленных в таблице 1.2.

 

Таблица 1.2 - Значения параметров процесса впуска

 

Тип двигателя	Параметры
		Та , К
Дизельный с наддувом	0,02...0,03	340. .400	0,8. ..0,97
Рассчитываемый двигатель	0,029	372	0,906

 

1.3 Процесс сжатия

 

В период процесса сжатия в цилиндре двигателя повышается температура и давление рабочего тела, что обеспечивает надежное воспламенение и эффективное сгорание топлива.

При выполнении курсового  проекта условно принимается, что процесс сжатия в действительном цикле происходит по политропе с постоянным показателем . Расчет параметров процесса сжатия сводится к определению показателя политропы сжатия , давления р_с и температуры Т_с в конце сжатия, а также теплоёмкости рабочего тела в конце сжатия .

 

1.3.1 Показатель политропы сжатия

 

Величина устанавливается по опытным данным в зависимости от частоты вращения, степени сжатия, материала поршня и цилиндра, теплообмена и других факторов.

Учитывая, что теплообмен между рабочим телом и стенками цилиндра за процесс сжатия незначителен, то величину можно оценить по среднему показателю адиабаты сжатия по следующим формулам:

- для дизельных двигателей:

 

                                                 .                                                 (1.22)

 

Значение определяется в зависимости от температуры Т_а и степени сжатия по формуле:

 

                                       ,                           (1.23)

 

                            ,

 

                                                .

 

1.3.2 Давление и температура конца процесса сжатия

 

Давление р_с в МПа и температура Т_с в градусах Кельвина (К) в конце процесса сжатия определяются из уравнения политропы с постоянным показателем .

 

                                                       ,                                                   (1.24)

 

                                                     ,                                             (1.25)

 

                                            МПа,

 

                                              К.

 

1.3.3 Средняя мольная теплоёмкость рабочей смеси

 

Рабочая смесь состоит из свежей смеси и остаточных газов.

Температура конца процесса сжатия в градусах Цельсия -                        = Т_с -273=1033-273=760 .

Средняя мольная теплоёмкость свежей смеси в конце сжатия принимается равной теплоемкости воздуха . в кДж/(кмоль град) и определяется по формуле:

 

                                                       ,                                  (1.26)

 

                                    кДж/(кмоль град).

 

Средняя мольная теплоемкость остаточных газон в конце сжатия

в кДж/(кмоль-град) определяется по следующей формуле:

- для дизельного двигателя

 

                                   ,                     (1.27)

 

 кДж/(кмоль-град).

 

Средняя      мольная      теплоёмкость      рабочей      смеси в кДж/(кмоль град) определяется по формуле:

 

                           ,                                          (1.28)

 

 кДж/(кмоль град).

 

Рассчитанные параметры процесса сжатия  сравниваем со значениями этих параметров у современных автомобильных двигателей внутреннего сгорания, представленных в таблице 1.3.

 

Таблица 1.3 - Значения параметров процесса сжатия

 

Тип  двигателя		Параметры
		рс, МПа	Тс , К
Дизельный с наддувом	1,36... 1,42	4,5...10,0	800... 1100
Рассчитываемый двигатель	1,362	7,84	1033

      

1.4 Процесс сгорания

 

Процесс сгорания - основной процесс рабочего цикла двигателя, в течении которого теплота, выделяющаяся в следствии сгорания  топлива, идет на повышение внутренней энергии рабочего тела и на совершение механической работы.

С целью упрощения термодинамических  расчетов ДВС принимают в двигателях с воспламенением от сжатия при постоянном объеме (V = сопst) и давлении        (р =соnst), то есть по циклу со смешанным подводом теплоты.

Целью расчёта процесса сгорания является определение температуры  и давления в конце видимого сгорания.

 

1.4.1 Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси

 

Изменение объёма при  сгорании рабочей смеси учитывает  коэффициент 

молекулярного изменения рабочей смеси, который определяется по формуле:

 

                                                           ,                                                        (1.29)

 

                                                    .

 

1.4.2 Температура конца видимого сгорания

 

Температура газа в конце видимого сгорания определяется на основании первого закона термодинамики:

 

                                               ,                                               (1.30)

 

где  - количество затраченной теплоты, Дж;

       - повышение внутренней энергии рабочего тела, Дж;

- внешняя работа, совершаемая рабочим телом, Дж.

Применительно к автомобильным  двигателям уравнение сгорания имеет

вид:

- для дизельных двигателей

 

            (1.31)

 

где - коэффициент использования низшей теплоты сгорания на участке видимого сгорания, который принимается из следующих интервалов значений: для дизелей 0,7...0,88;

Принимаем  =0,86.

 

- потеря теплоты вследствие  химической неполноты  сгорания, кДж/кг.

При 1. =0

 - степень повышения давления цикла, которая для дизелей устанавливается по опытным данным в зависимости от количества топлива подаваемого в цилиндр, формы камеры сгорания и способа смесеобразования, и выбирается из таблицы 1.4;

- температура в конце видимого сгорания, С;

 - средняя мольная теплоёмкость продуктов сгорания при постоянном объёме, кДж/(кмодь-град), которая определяется по следующей формуле:

 

 (1.33)

 

 где  -средние мольные теплоёмкости продуктов сгорания при изменении температуры в диапазоне 1501...2800 С , которые могут быть выражены в зависимости от температуры следующими формулами:

 

                                    ,                               (1.34)

 

                                     ,                              (1.35)

 

                                   ,                                 (1.36)

 

                                   .                                 (1.37)

 

После подстановки всех величин в уравнение сгорания получается квадратное уравнение вида:

 

                                               .                                          (1.38)

 

где А, В, С- числовые значения известных величин

 

,

 

= .

Из формулы (1.38) выражается температура в градусах Цельсия ( С )

 

                                                    ,                                             (1.39)

 

,

 

.

 

 

Температура Т в градусах Кельвина (К) определяется как:

 

                                                ,                                           (1.40)

 

 К.

 

1.4.3 Степень повышения давления цикла

 

Степень повышения давления цикла  для дизелей   задается в предыдущем пункте.

 

1.4.4 Степень предварительного расширения

 

Степень предварительного расширения для дизелей определяется  по формуле:

 

                                              ,                                                      (1.41)

 

                                                      .

 

1.4.5 Максимальное давление сгорания

 

Величина давления в МПа в конце сгорания определяется по фор-муле: