Выбор и обоснование исходных данных к тепловому расчету

В расчетно-пояснительной записке рекомендуется в начале поместить исходные данные для проектирования (см. табл. 1). Затем дают обоснование выбранных исходных параметров для расчёта. При этом указывают и обосновывают факторы, влияющие на выбираемый параметр, пределы изменения этого параметра и его соответствие параметрам двигателей уже выполненных конструкций подобного типа (см. табл. 12).

Должны быть выбраны и обоснованы: давление р₀ и температура Т₀ воздуха на впуске двигателя, давление р_r и температура T_r остаточных газов; подогрев свежего заряда ΔТ; коэффициент избытка воздуха α, сорт и марка топлива, его элементный состав и теплота сгорания низшая Q_н; средние показатели политроп сжатия и расширения n₁ и n₂; степень повышения давления λ; коэффициент использования тепла ξ ; коэффициент скругления индикаторной диаграммы φ . Для выбора и обоснования исходных данных используют рекомендуемую литературу и справочные материалы, найденные студентами в ходе изучения дисциплины.

Таблица 1

Исходные данные для проектирования

Давление и температура воздуха на впуске в двигатель.

В двигатель со свободным впуском (без наддува) воздух в цилиндры поступает (засасывается) из атмосферы. При расчете рабочего цикла давление окружающей среды принимают равным р₀=0,1Мпа.=1атм.=1кг/см² . Температуру в термодинамике принято выражать по шкале Кельвина, по которой температура Т = 273К соответствует температуре по шкале Цельсия t = 0⁰С.

Таким образом, температура окружающего воздуха на впуске двигатель t₀ = 15…20⁰С соответствует расчетной температуре Т₀ = 288…293К.

В двигателе с наддувом воздух в цилиндры поступает из компрессора (нагнетателя), где он предварительно сжимается до давления р_к и температуры Т_к.

В зависимости от степени наддува принимают следующие значения давления р_к:

- при низком наддуве р_к =1,5 р₀;

- при среднем наддуве р_к= (1,5…2,2) р₀;

- при высоком наддуве р_к = (2,2…2,5) р₀.

Температура воздуха за компрессором на впуске в цилиндр:

Где n_к – показатель политропы сжатия воздуха в компрессоре.

Для поршневых нагнетателей (компрессоров) n_к = 1,4…1,6;

для объемных нагнетателей n_к = 1,55…1,75;

для центробежных и осевых нагнетателей n_к = 1,4…2,0;.

Давление и температура остаточных газов (точка r)

Давление остаточных газов от предыдущего цикла р_r в основном зависит от числа и расположения клапанов и их размеров, сопротивления выпускного тракта, быстроходности двигателя, системы охлаждения и других факторов. Для автомобильных и тракторных двигателей находится в пределах:

· для быстроходных дизелей (W_п ≥ 6,5 м/с – скорость поршня)

р_r = (1,05…1,5) р₀;

· для тихоходных дизелей (W_п < 6,5 м/с) р_r = (1,05…1,1) р₀;

· для бензиновых двигателей р_r = (1,05…1,15) р₀.

Большие значения принимаются для высокооборотных двигателей с высокой средней скоростью поршня. Для дизелей с наддувом можно принимать р_r = (0,75…0,98) р_к, где р_к – давление воздуха на выходе из компрессора (нагнетателя).

Температура остаточных газов Т_r зависит от типа двигателя, степени сжатия, частоты вращения, коэффициента избытка воздуха, степени догорания топлива в процессе расширения под нагрузкой ; для выполненных конструкций двигателей имеет значения:

в дизелях Т_r = 700…950 К

в бензиновых двигателях Т_r = 900…1100 К

С увеличением степени сжатия эта температура снижается, а при увеличении частоты вращения она возрастает. На температуру остаточных газов влияет также состав смеси. С увеличением коэффициента избытка воздуха температура Т_r снижается.

Подогрев свежего заряда

Величина подогрева свежего заряда ΔТ зависит от расположения и конструкции впускного трубопровода, системы охлаждения двигателя и охлаждения впускного трубопровода, быстроходности двигателя, наддува и других факторов.

В существующих конструкциях двигателей подогрев составляет:

бензиновые двигатели ΔТ = 0…20 К

дизели без наддува ΔТ= 10…30 К

дизели с наддувом ΔТ = 0…30 К.

Как правило, V – образные двигатели по сравнению с рядными имеют меньший подогрев заряда.

Коэффициент избытка воздуха

Коэффициент избытка воздуха - отношение действительного количества воздуха L, участвующего в процессе сгорания 1кг топлива, к теоретически необходимому количеству воздуха L₀ для полного сгорания топлива: .

Смесь, характеризуемую α > 1 (количество воздуха больше необходимого для полного сгорания топлива) называют бедной (топливом);

при α < 1 (количество воздуха меньше необходимого для полного сгорания топлива) смесь называют богатой. Практически полное сгорание топлива достигается только при α > 1. При α = 1 состав смеси называют стехиометрическим.

Применяемое для расчета значение коэффициента избытка воздуха в основном определяется типом двигателя и способом смесеобразования и при номинальной мощности двигателя находится в пределах:

· для дизелей с нераздельными камерами сгорания и объемным смесеобразованием α = 1,5…1,8;

· для дизелей с камерой в поршне и обьемно-пеленочным смесеобразованием

α = 1,4…1,6;

· для дизелей с предкамерами α = 1,35…1,5;

· для дизелей с вихревыми камерами α = 1,25…1,4;

· для четырехтактных бензиновых двигателей α = 0,85…0,9;

· для дизелей с наддувом α = 1,35…2,0;

При этом, чем больше частота вращения вала двигателя и чем больше средняя скорость поршня, тем меньше может быть принято значение α для данного типа двигателя.

Топливо

Для автомобильных и тракторных двигателей принимаются автомобильные бензины (ГОСТ 2084-77) и дизельные топлива (ГОСТ 305-82) (табл. 2)

Таблица 2

Элементный состав и теплота сгорания топлива