1.0 Тепловой расчет
1.1 Выбор и обоснование исходных данных.
Возможности повышения степени сжатия ограничены из-за детонации. На стадии теплового расчета нового двигателя нужно учитывать октановое число бензина и возможное изменение диаметра цилиндра. Для предварительного выбора степени сжатия разрабатываемого двигателя применим эмпирическую формулу
где
Индекс зад относится к значениям оборотов и мощности проектируемого двигателя, а индекс прот – к значениям двигателя прототипа.
Предварительный выбор степени сжатия:
Предварительно, коэффициент избытка воздуха – 0.85-0.95
1.2 Свежая смесь и продукты сгорания
Теоретически необходимое для сгорания 1 кг. топлива количество воздуха определяется по химическому составу топлива. Принимаем для бензина L0 =0.516 кмоль на 1 кг. топлива. Молекулярная масса автомобильных бензинов mТ =115 кг/кмоль.
Количество свежей смеси, получающейся из 1 кг. топлива, кмоль/кг:
При неполном сгорании топлива, что характерно для карбюраторных двигателей, продуктами сгорания являются окись углерода CO, углекислый газ CO2 , водяной пар H2O , водород H2 , и азот N2 . Количество отдельных компонентов:
где К – отношение числа молей водорода к числу молей окиси углерода. Тогда общее количество продуктов сгорания:
Химический коэффициент молекулярного изменения:
1.3 Процесс впуска
Необходимо определить давление Pa , Мпа, температуру Ta ,град К, в конце впуска и коэффициент наполнения V .
Давление в конце впуска:
Где P0 = 0.1 Мпа (начальное атмосферное давление);
Pa = 0.015 Мпа (потери давления на впуске)
Температура в конце впуска:
Где T0 = 273+15=288 K (начальная температура смеси);
T = 15 K (температура подогрева заряда);
Tr = 950 K (температура остаточных газов);
r = 0.07 (коэффициент остаточных газов)
тогда:
Коэффициент наполнения:
Где
Pr = 0.12
1.4 Процесс сжатия
Определяем давление Pс,Мпа в конце такта сжатия:
Где n1 = 1.37 (средний показатель политропы сжатия)
Температура Тс, К в конце такта сжатия:
1.5 Процесс сгорания
В расчете используем уравнения процесса сгорания для карбюраторного двигателя:
Где HH = 43930 кДж/кг (низшая теплота сгорания для бензинов);
= (0.90-0.95) – (коэффициент использования тепла, учитывающий потери тепла в процессе горения)
HH = 119950(1-)L0
HH = 119950(1-0.75)*0.516=15473.55 кДж/кг
- действительный коэффициент молекулярного изменения
0 =М2/М1=1.0633 – химический коэффициент молекулярного изменения
mCV – средняя мольная теплоемкость рабочей смеси при постоянном объеме (кДж/кмоль*град). Количество остаточных газов по сравнению со свежей смесью невелико, поэтому теплоемкость рабочей смеси принимают равной теплоемкости воздуха. В интервале температур от начальной до температуры конца сжатия:
mCV = 21.063
mC”V – средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания при постоянном объеме. Учитывая незначительность изменения состава продуктов сгорания, для карбюраторных двигателей:
Решая начальное уравнение для процесса сгорания подстановкой известных и вновь вычисленных величин, получаем:
Решая квадратное уравнение относительно TZ , получаем:
TZ = 1947 К
Средняя мольная теплоемкость:
Давление в конце сгорания определяем по формуле:
Степень повышения давления:
Действительное давление конца сгорания:
1.6 Процесс расширения и выпуска
Определим параметры Pв и Tв газа в конце расширения (их находят по формулам политропного процесса):
Где n2 – средний показатель политропы расширения (для карбюраторных двигателей равный 1.25-1.3)
Выберем n2 = 1.27
1.7 Индикаторные показатели рабочего цикла
Теоретическое среднее индикаторное давление:
В действительном цикле среднее индикаторное давление уменьшается на величину потерь. Эти потери учитываются коэффициентом полноты диаграммы п = 0.95-0.96.
Индикаторный коэффициент полезного действия:
Где 0 – плотность заряда на впуске, кг/м.куб.
Где Rв = 286.4 Дж/кг*град
Тогда
Индикаторный удельный расход топлива:
Короче, дошли до самого интересного: в последней формуле отсутствует октановое число бензина. Что это значит? Это значит, что октановое число влияет на процесс сгорания смеси и невозникновение детонационного сгорания, а не на расход!!!
Наука рулит!