З дисципліни

"ТЕОРІЯ ДВЗ”

1. 1.     ТЕПЛОВИЙ РОЗРАХУНОК ПОРШНЕВИХ ДВИГУНІВ ВНУТРІШНЬОГО ЗГОРАННЯ

1.1. Вибір і обгрунтування початкових даних для теплового розрахунку 

Для бензинового двигуна 

1. Температуру і тиск оточуючого середовища при відсутності спеціальних вказівок беруть відповідно ; . 

Газова стала повітря .

1. Число тактів циклу двигуна . Через ряд переваг на автомобілях, тракторах і дорожно-будівельних машинах використовують чотиритактні двигуни, тому в курсовій роботі передбачається розробка тільки таких двигунів.
2. Ряд вихідних параметрів теплового розрахунку зумовлюється типом камери згорання, яка суттєво впливає на паливну економічність і токсичність відпрацьованих газів ДВЗ. Тому вибору її типу необхідно приділяти особливу увагу.
3. Для бензинових карбюраторних двигунів ступінь стиску визначається заданим октановим числом бензину. За завданням А-92, тому ступінь стиску буде .
4. Коефіцієнт надміру повітря α=0,91 при максимальній потужності двигуна.
5. Підвищення температури заряду в процесі впуску вибирають на основі експериментальних даних.  Для даного двигуна  беремо .
6. Тиск відпрацьованих газів у циліндрі двигуна в кінці випуску ( в точці індикаторній діаграми):

;

1. Температура  в кінці випуску:

1. Відношення ходу поршня до діаметра циліндра залежно від швидкохідності двигуна становить S/D=0,89.
2.  Вибір типу конструктивних параметрів механізму газорозподілу. Приймається клапанний газорозподіл з двома клапанами в кожному циліндрі. Фази газорозподілу вибирають на основі даних щодо існуючих двигунів, близьких за швидкохідністю до того, який проектується.

а) Впускний клапан

Градуси кута оберту колінчастого вала:

1)    Відкриття до ВМТ – 30

2)    Закриття після НМТ – 72

3)    Тривалість – 289

б) Випускний клапан

Градуси кута оберту колінчастого вала:

1)    Відкриття до ВМТ – 72

2)    Закриття після НМТ – 30

3)    Тривалість – 282

1.  При виборі середнього в такті стискання показника політропи  вивчити фактори, що впливають на величину  і характер її змін у процесі стискання.

При виконанні теплового розрахунку значення  вибирають на основі даних експерименту для існуючих двигунів.

Для бензинового двигуна приймаємо .

Для дизеля

1. Температуру і тиск оточуючого середовища при відсутності спеціальних вказівок беруть відповідно ; . 

Газова стала повітря .

2. Число тактів циклу двигуна . Через ряд переваг на автомобілях, тракторах і дорожно-будівельних машинах використовують чотиритактні двигуни, тому в курсовій роботі передбачається розробка тільки таких двигунів.

3. Ряд вихідних параметрів теплового розрахунку зумовлюється типом камери згорання, яка суттєво впливає на паливну економічність і токсичність відпрацьованих газів ДВЗ. Тому вибору її типу необхідно приділяти особливу увагу.

4. Для дизелів ступінь стиску визначають з умови надійного запуску залежно від типу камери згорання та сумішоутворення:

 Для розділених камер згорання .

5. Коефіцієнт надміру повітря α=1,5 при максимальній потужності двигуна.

6. Підвищення температури заряду в процесі впуску вибирають на основі експериментальних даних.  Для даного двигуна  беремо .

7. Тиск відпрацьованих газів у циліндрі двигуна в кінці випуску ( в точці індикаторній діаграми):

;

8. Температура  в кінці випуску:

9. Відношення ходу поршня до діаметра циліндра залежно від швидкохідності двигуна становить S/D=1,1.

10. Вибір типу конструктивних параметрів механізму газорозподілу. Приймається клапанний газорозподіл з двома клапанами в кожному циліндрі. Фази газорозподілу вибирають на основі даних щодо існуючих двигунів, близьких за швидкохідністю до того, який проектується.

а) Впускний клапан

Градуси кута оберту колінчастого вала:

4)    Відкриття до ВМТ – 20

5)    Закриття після НМТ – 60

6)    Тривалість – 260

б) Випускний клапан

Градуси кута оберту колінчастого вала:

4)    Відкриття до ВМТ – 60

5)    Закриття після НМТ – 20

6)    Тривалість – 260

11.  При виборі середнього в такті стискання показника політропи  вивчити фактори, що впливають на величину  і характер її змін у процесі стискання.

При виконанні теплового розрахунку значення  вибирають на основі даних експерименту для існуючих двигунів.

Для дизеля приймаємо .

1.2. Параметри процесу впуску та стиснення 

Для бензинового двигуна 

1. Густина заряду за даних атмосферних умов, :

,

,

Тиск в кінці впуску, МПа:

,

де,  – сумарний коефіцієнт, що враховує гасіння швидкості  та опір впускної системи, віднесений до площі перерізу в клапані . Так як даний двигун високообертовий, то ;

 – середня швидкість руху заряду в прохідному перерізі клапана. Приймаємо  

.

1. Коефіцієнт залишкових газів:

,

.

1. Температура кінця впуску, К:

,

.

1. Коефіцієнт наповнення циліндрів:

,

.

1. Параметри робочого тіла в кінці процесу стискання:

Тиск, МПа:

,

;

Температура, К:

,

.

Для дизеля

1. Густина заряду за даних атмосферних умов, :

,

,

Тиск в кінці впуску, МПа:

,

де,  – сумарний коефіцієнт, що враховує гасіння швидкості  та опір впускної системи, віднесений до площі перерізу в клапані . Так як даний двигун високообертовий, то ;

 – середня швидкість руху заряду в прохідному перерізі клапана. Приймаємо  

.

1. Коефіцієнт залишкових газів:

,

.

1. Температура кінця впуску, К:

,

.

1. Коефіцієнт наповнення циліндрів:

,

1. Параметри робочого тіла в кінці процесу стискання:

Тиск, МПа:

,

;

Температура, К:

,

.

1.3. Визначення параметрів процесів згорання і розширення 

Для бензинового двигуна 

1. Фізичні параметри палива:

Елементарний склад:

С = 0,855 кг/кг;

Н = 0,145 кг/кг;

О = 0 кг/кг.

Мольна маса –  кг/кмоль.

Нижча теплота згорання –  МДж/кг

1. Визначення кількості повітря, теоретично необхідного для згорання 1 кг палива:

а) кмоль/кг:

,

 (кмоль/кг).

б) кг/кг:

,

 (кг/кг),

Перевірка:

 (кг/кг),

де  – мольна маса повітря,  кг/моль.

1. Кількість свіжого заряду (повітря і палива), кмоль/кг:

,

 (кмоль/кг).

1. Кількість продуктів згорання палива, кмоль/кг:

,

 (кмоль/кг).

1. Хімічний коефіцієнт молекулярної зміни, який характеризує відносну зміну об’єму робочого тіла внаслідок згорання:

 ,

 .

Дійсний коефіцієнт молекулярної зміни:

 ,

 .

1. Температуру робочого тіла в кінці процесу згорання  визначають як функцію внутрішньої енергії або ентальпії, значення яких знаходять за рівняннями згорання, МДж/кмоль:

 ,

 (МДж/кмоль),

де

  ,

 (МДж/кг);

 (МДж/кмоль);

.

Отже:  (К).

1. Тиск в кінці згорання, МПа:

 ,

 (МПа).

1. Показники, які характеризують процес згорання. Ступінь підвищення тиску при згоранні:

 ,

 .

         Ступінь попереднього розширення:

 .

         Ступінь подальшого розширення:

 .

1. Параметри кінця розширення:

а) Тиск, МПа:

 ,

 (МПа),

б) Температура, К:

 ,

 (К).

Для дизеля

1. Фізичні параметри палива:

Елементарний склад:

С = 0,870 кг/кг;

Н = 0,126 кг/кг;

О = 0,004 кг/кг.

Мольна маса –  кг/кмоль.

Нижча теплота згорання –  МДж/кг

1. Визначення кількості повітря, теоретично необхідного для згорання 1 кг палива:

а) кмоль/кг:

,

 (кмоль/кг).

б) кг/кг:

,

 (кг/кг),

Перевірка:

 (кг/кг),

де  – мольна маса повітря,  кг/моль.

1. Кількість свіжого заряду (повітря і палива), кмоль/кг:

,

 (кмоль/кг).

1. Кількість продуктів згорання палива, кмоль/кг:

,

 (кмоль/кг).

1. Хімічний коефіцієнт молекулярної зміни, який характеризує відносну зміну об’єму робочого тіла внаслідок згорання:

 ,

 .

Дійсний коефіцієнт молекулярної зміни:

 ,

 .

1. Температуру робочого тіла в кінці процесу згорання  визначають як функцію внутрішньої енергії або ентальпії, значення яких знаходять за рівняннями згорання, МДж/кмоль:

 ,

(МДж/кмоль),

де

  (кг/кмоль);

 ;

 (МДж/кмоль);

.

Отже:  (К).

1. Тиск в кінці згорання, МПа:

 ,

 (МПа).

1. Показники, які характеризують процес згорання. Ступінь попереднього розширення:

,

.

         Ступінь подальшого розширення:

.

.

1. Параметри кінця розширення:

а) Тиск, МПа:

 ,

 (МПа),

б) Температура, К:

 ,

 (К).

1.4. Індикаторні показники, що характеризують робочий цикл 

Для бензинового двигуна 

1. Середній індикаторний тиск циклу, МПа:

Розрахунковий:

 ,

(МПа),

Дійсний:

,

 (МПа).

1. Індикаторний ККД:

 ,

 .

1. Питома індикаторна витрата палива, :

 ,

 .

Для дизеля

1. Середній індикаторний тиск циклу, МПа:

Розрахунковий:

 ,

(МПа),

Дійсний:

,

 (МПа).

1. Індикаторний ККД:

 ,

 .

1. Питома індикаторна витрата палива, :

 ,

 .

1.5. Ефективні показники, що характеризують роботу двигуна 

Для бензинового двигуна 

1. Середній ефективний тиск циклу, МПа:

,

(МПа),

де  – середній тиск механічних витрат, який визначають за приблизною формулою:

,

(МПа),

де а і b – експериментальні коефіцієнти, які:

;

,

де  – середня швидкість поршня за номінального режиму і становить:

 (м/с).

1. Середній Коефіцієнт корисної дії (ККД):

а) Механічний:

 ,

 ,

а) Ефективний:

 ,

.

1. Середній Питома витрата палива на одиницю ефективної потужності в одиницю часу, :

 ,

 ,

1. Потужність двигуна, віднесена до 1 л робочого об’єму, кВт/л:

 ,

 (кВт/л),

де n – частота обертання вала двигуна, ,  – коефіцієнт тактності.

Для дизеля

1. Середній ефективний тиск циклу, МПа:

,

(МПа),

де  – середній тиск механічних витрат, який визначають за приблизною формулою:

,

(МПа),

де а і b – експериментальні коефіцієнти, які:

;

,

де  – середня швидкість поршня за номінального режиму і становить:

 (м/с).

1. Середній Коефіцієнт корисної дії (ККД):

а) Механічний:

 ,

 ,

а) Ефективний:

 ,

.

1. Середній Питома витрата палива на одиницю ефективної потужності в одиницю часу, :

 ,

 ,

1. Потужність двигуна, віднесена до 1 л робочого об’єму, кВт/л:

 ,

 (кВт/л),

де n – частота обертання вала двигуна, ,  – коефіцієнт тактності.

1.6. Визначення основних розмірів двигуна 

Для бензинового двигуна 

1. Робочий об’єм:

а) двигуна, л:

 ,

 (л),

а) одного циліндра, :

 ,

 (),

приймаємо  ().

1. Діаметр циліндра, мм:

 ,

 (мм),

приймаємо  (мм).

1. Хід поршня, мм:

 ,

 (мм),

приймаємо  (мм).

Радіус кривошипа:

 ,

 (мм),

Відношення радіуса кривошипа до довжини шатуна:

 (мм),

Довжина шатуна:

 ,

 (мм).

Таблиця 1.1.

Для дизеля

1. Робочий об’єм:

а) двигуна, л:

 ,

 (л),

а) одного циліндра, :

 ,

 (),

приймаємо  ().

1. Діаметр циліндра, мм:

 ,

 (мм),

приймаємо  (мм).

1. Хід поршня, мм:

 ,

 (мм),

приймаємо  (мм).

Радіус кривошипа:

 ,

 (мм),

Відношення радіуса кривошипа до довжини шатуна:

 (мм),

Довжина шатуна:

 ,

 (мм).

Таблиця 1.1.

1. 2.     РОЗРАХУНОК І ПОБУДОВА ІНДИКАТОРНИХ ДІАГРАМ

Для бензинового двигуна

Кутова швидкість колінчастого вала, 1/с:

 ,

 (1/с),

Маса шатуна, :

,

Маса поршневого комплекту, :

,

Сила інерції маси нижньої головки і частини стержня шатуна, що рухаються обертально разом з кривошипом, віднесена до площі поршня, МПа:

,

 (МПа),

Сила інерції деталів кривошипно-шатунного механізму, що рухається зворотно-поступально, віднесена до площі поршня, МПа:

,

 (МПа).

Для дизеля

Кутова швидкість колінчастого вала, 1/с:

 ,

 (1/с),

Маса шатуна, :

,

Маса поршневого комплекту, :

,

Сила інерції маси нижньої головки і частини стержня шатуна, що рухаються обертально разом з кривошипом, віднесена до площі поршня, МПа:

,

 (МПа),

Сила інерції деталів кривошипно-шатунного механізму, що рухається зворотно-поступально, віднесена до площі поршня, МПа:

,

 (МПа).

1. 4.     РОЗРАХУНОК ЗМІНИ ТЕМПЕРАТУРИ ГАЗІВ У ЦИЛІНДРІ ДВЗ ЗА РОЗГОРНУТОЮ ІНДИКАТОРНОЮ ДІАГРАМОЮ І ПОБУДОВА ГРАФІКА

Для бензинового двигуна

Таблиця 1.2.

Для дизеля

Таблиця 1.2.