1000 woo 3000 wo 5000 n,oS/мин

Рис. 38. Зависимость составляющих теплового баланса карбюраторного двигателя от частоты вращения коленчатого вала

при л = 5600 об/мин Qh.c = = 2476 • 18,186/3,6 = 12 510 Дж/С;

при п =6000 об/мин Оял - = 2476 • 19,125/3,6= 13 150 Дж/с. Неучтенные потери теплоты

QoCT = Qo - (Qe+Qs + Qr + Qh.c).

При n = 1000 об/мин QocT = =44 020 -(12 700+10810-f9610-f + 8680) = 2220 Дж/с;

при л = 3200 об/мин QocT = = 132 570 - (42 770 + 42 050 + + 38770 + 7470) = 1510 Дж/с;

при л = 5600 об/мин. QeCT =

= 221 920-(60 420-f 60 510+ + 71060 + 12 510) = 17 420 Дж/с;

при л =6000 об/мин QocT = = 233 380 - (60 140 + 63 280 + 74940 + 13 150) = 21 870 Дж/с.

Составляющие теплового баланса представлены в табл. 12 и на рис. 38.

Таблица 12

§ 18. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ И ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ДИЗЕЛЯ

Произвести расчет четырехтактного дизеля, предназначенного для грузового автомобиля. Дизель восьмицилиндровый {i = 8) с неразделенными камерами сгорания, объемным смесеобразованием, частотой вращения коленчатого аада при максимальной мощности л = 2600 об/мин и степенью сжатия! е= 17-. Расчет выполнить для двух вариантов двигателя: а) дизель без наддува с эффективной мощностью = 170 кВт; б) дизель с турбонаддувом р =0,17 МПа (центробежный компрессор с охлаждаемым корпусом и лопаточным диффузором и радиальная турбина с постоянным давлением перед турбиной).

Тепловой расчет

Топливо. В соответствии с ГОСТ 305-73 для рассчитываемого двигателя принимаем дизельное топливо (для работы в летних условиях - марки Л и для работы в зимних условиях - марки 3). Це-тановое число топлива - не менее 45.

Средний элементарный состав дизельного топлива

С =0,870; Н =0,126; О =0,004. Низщая теплота сгорания топлива .

Я„ = 33,91 С + 125,60 Н - 10,89(0 = 33,91 • 0,87 + 125,60 • 0,126 - 10,89 = 42,44 МДж/кг = 42 440 кДж/кг.

- S) - 2,51 (9 Н + W) = 0,004 - 2,51 . 9 • 0,126 =

Параметры рабочего тела. Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива

0,208 I 12 4 32

0,208

0,87 0.126 12 4

0.004 32

j = 0,500 кмоль возд/кг топл;

0,23

-С + 8Н -0) =

0,23

0,87 + 8.0,126 -

- 0,004] = 14,452 кг возд/кг топл.

Коэффициент избытка воздуха. Уменьшение коэффициента избытка-воздуха а до возможных пределов уменьшает размеры цилиндра и, следовательно, повышает литровую мощность дизеля, но одновременно с этим значительно возрастает теплонапряженность двигателя, особенно деталей поршневой группы, увеличивается дымность выпускных газов. Лучшие образцы современных дизелей без наддува со струйном смесеобразованием устойчиво работают на номинальном режиме без существенного Перегрева при а =1,4-7- 1,5, а с наддувом

при а = 1,6 -f- 1,8. В связи с этим можно принять: а = 1,4 - для дизеля без наддува и а =1,7 - для дизеля с наддувом. Количество свежего заряда:

при а = 1,4 All = 0 = 1.4 • 0,5 = 0,7 кмоль св. зар/кг топл;

при а = 1,7 Mj = aLo = 1,7 • 0,5 = 0,85 кмоль св. зар/кг топл.

Количество отдельных компонентов продуктов сгорания

Мсо. = С/12 = 0,87/12 = 0,0725 кмоль СО/кг топл;

Мн,о = Н/2 = 0,126/2 = 0,063 кмоль Нр/кг топл.

Приа=1,4 Mo. = 0,208(a-l)Lo = 0.208(1,4-1)0,5 = = 0,0416 кмоль О2/КГ топл;

mn, = 0,792aLo = 0,792 • 1,4 • 0,5 = 0,5544 кмоль Nj/kt топл;

/ приа = 1,7 Mo.=0,208<<a-l)Lo = 0,208(l,7-1)0,5 = = 0,0728 кмоль Ог/кг топл;

mn, = 0,792aLo = 0,792 • 1,7 • 0,5 = 0,6732 кмоль Nj/kt топл.

Общее количество продуктов сгорания

= Мсо. + Мн.о + Мо. + mn. .

При а = 1,4 Мг = 0,0725 + 0,063 + 0.0416 + 0 5544 = = 0,7315 кмоль пр. сг/кг топл;

при а = 1,7 Мг = 0,0725 + 0,063 + 0,0728 + 0,6732 = = 0,8815 кмоль пр. сг/кг топл.

Параметры окружающей среды и остаточные газы. Атмосферные условия

Ро = 0,1 МПа; То = 293 К.

Давление окружающей среды для дизелей: без наддува = ро ~ 0,1 МПа; с наддувом = 0,17 МПа - по заданию. Температура окружающей среды для дизелей; без наддува = То = 293 К;

с наддувом t, = to(pkW"«")«= 293(0,17/0.1)"~" = = 361 К,

где Лк - показатель политропы сжатия (для центробежного нагнетателя с охлаждаемым корпусом принят = 1,65).

Температура и давление остаточных газов. Достэточно высокое значение е = 17 дизеля без наддува снижает температуру и давле ние остаточных газов, а повышенная частота вращения коленчатого вала несколько увеличивает значения Т и Рг. При наддуве температурный режим двигателя повышается и увеличивает значения Т, и Рг. Поэтому можно принять для дизелей:

без наддува тг = 750К. Рг= 1.05 - ро = 1.05 • 0.1 = 0,105 МПа;

с наддувом Тг = 800 К, рг = 0,95 pg = 0,95 • 0,17 = 0,162 МПа.

Процесс впуска. Температура подогрева свежего заряда. Рассчитываемый двигатель не имеет специального устройства для подогрева свежего заряда. Однако естественный подогрев заряда в дизеле без наддува может достигать « 15-20°С, а при наддуве за счет уменьшения температурного перепада между деталями двигателя и температурой наддувочного воздуха величина подогрева сокращается. Поэтому принимаем для дизелей:

без наддува дт = 20°С;

с наддувом дт = 10°С.

Плотность заряда на впуске

рк = рк • 10«/(?втк);

без наддува рк = 0,1 • 10«/(287 • 293) = 1,189 кг/м»; с наддувом рк = 0,17 . 10</(287 • 361) = 1,641 кг/м. Потери давления на впуске в двигателе:

без наддува ар = (р + з„) (о„ • р • 10-в/2 = 2,7-70* - 1,189 х X 10-в/2 = 0,008 МПа;

с наддувом аро = 2,7 - 70* - 1,641 - 10-«/2 = 0.011 МПа, где (р* + 5вп) 2,7 и (Овп = 70 м/с приняты "в соответствии со скоростным режимом двигателей и с учетом небольших гидравлических сопротивлений во впускной системе дизеля с наддувом и без наддува.

Давление в конце впуска

без наддува ра = 0,1 -0,008 = 0,092 МПа; с наддувом Ра = 0,17 -0,011 = 0,159 Щ1а. Коэффициент остаточных газов

= и + А . Рг .

без наддува у =

с наддувом уг =

293 + 20

750 361 -f- 10

Ра-Рг 0,105

17 • 0,092 0,105 0,162

: 0.030;

= 0,030.

17-0,159-0.162 Температура В конце впуска

та= (тк + дт +ггт,)/(1+ тг);

без наддува Та = (293 + 20 + 0,03 - 750)/(1 + 0,03) = 326 К; с наддувом Та = (361 + 10 + 0,03 - 800)/(1 + 0,03) = 384 К. Коэффициент наполнения

r\v = Т,(ера -рг)/[(тк + ДЛ (е - 1) рк];

без наддува Uv = 293(17 - 0,092 - 0,105)/[(293 + 20)(17- - 1)0,11 = 0,854;

с наддувом r\v = 361(17 • 0,159 - 0,162)/[(361 + 10)(17 - - 1)0,17] = 0,909.

Процесс сжатия. Средние показатели адиабаты и политропы сжатия. При работе дизеля на номинальном режиме можно с достаточной степенью точности принять показатель политропы сжатия приблизительно равным показателю адиабаты, который определяется по номограмме (см. рис. 25):

а) для дизеля без наддува при е = 17 и Та = 326 К

niki= 1,370;

б) для дизеля с наддувом при е = 17 и Та = 384 К

ki = 1,3615, а «1 « 1,362. Давление и температура в конце сжатия

.1,-1.

Рс = Ра" И Т, = Т„£"

без наддува р, = 0,092 • 17 = 4,462 МПа, Т, = 326-17" = = 930 К;

с наддувом р, = 0,159 17- = 7,538 МПа, Т, = 384-17- = = 1071 К. .

Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия:

а) юздуха {mc)ll = 20,6 + 2,638 • IQ-t:

для дизеля без наддува {тс)1 = 20,6 + 2,638 х 10 • 657 = = 22,333 кДж/(кмоль-град), где = Т - 273 = 930 - 273 = 657°С;

для дизеля с наддувом {mcft = 20,6 + 2,638 • Ю"». 798 = = 22,705 кДж/(кмоль-град), где tT,- 273 = 1071 - 273 = 798°С;

б) остаточных газов (определяется по табл. 8 методом интерполяции);

для дизеля без наддува при а == 1,4 и = 657°С (mCyftl = 24,168 кДж/(кмоль- град);

для дизеля с наддувом при а = 1,7 и = 798 °С

(тс",) = 24,386 кДж/(кмоль-град);

в) рабочей смеси

= [1/(1 + Уг)[ [{mc,)[i + .{ЮЙ;

для дизеля без наддува (тс,)/ = [1/(1 + 0,03)] [22,333 + 0.03 х X 24,168] = 22,386 кДж/(кмоль-град);

для дизеля с наддувом (тс;,) = [1/(1 + 0,03)] х [22,705+0,03 х X 24,386] = 22,754 кДж/(кколь• град).

Процесс сгорания. Коэффициент молекулярного изменения свежей смеси в дизелях:

без наддува = Mi/Mi = 0,7315/0,7 == 1,045;

с наддувом цо= Mz/Mi = 0,8815/0,85 = 1,037.

Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси в дизелях:

без наддува ц = (цо + Yr)/(1 + Yr) = (1.045 + 0,03)/(1 + 0,03) = = 1,044;

. с наддувом ц = (цо + y,)/(1 + yг) = (1.037 + 0,03)/(г + 0,03)= = 1,036.

Теплота сгорания рабочей смеси в дизелях:

без наддува Яраб.см = W„/[Ali(l + уг)] = 42 440/(0,7(1 + 0,03)]= = 58 860 кДж/кмоль раб. см;

с наддувом Яраб.см = HJ[Mi(l + Yr)] = 42 440/(0,85(1 + 0,03)]= = 48 480 кДж/кмоль раб. см.

Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания в дизелях:

("кЙ = (/Лг) 1Мсо.(тс;со,Й + «««("н.оЙ +

= Мо. (Ко,Й + N. {mcyjti. CncSl = (тс;Й + 8,315;

без наддува (тс;= (1/0,7315) [0,0725(39,123 + 0,003349,)+ + 0,063(26,67 + 0,004438/,) + 0,0416(23,723 + 0,00155,) +

+ 0,5544(21,951 + 0,001457] = 24,160 + 0,00191,; (tnclftl = 24,160 + 0,00191, + 8,315 = 32,475 + 0,00191/,;

с наддувом (тс;)! =(1/0,8815) [0,0725 (39,123 + 0,0033494)- + + 0,063 (26,67 + 0,004438) + 0,0728 (23,723 + 0,00155) +

+ 0,6732(21,951 +0,001457)1 =23,847 + 0,00183,;

(mclftl = 23;&47 + 0,00183/, + 8,315 = 32,162 + 0,00183.

Коэффициент использования теплоты для современных дизелей с неразделенными камерами сгорания и хорошо организованным струйным смесеобразованием можно принять для двигателя без наддува 5 0,82, а при наддуве в связи с повышением теплонапряженности двигателя и созданием более благоприятных условий для протекания процесса сгорания - ф = 0,86.

Степень повышения давления в дизеле, в основном, зависит от величины цикловой подачи топлива. С целью снижения газовых нагрузок на детали кривошипно-шатунного механизма целесообразно иметь максимальное давление сгорания не выше 11-12 МПа. В связи с этим целесообразно принять для дизеля без наддува Х=2,0, а с наддувом К - 1,5.

Температура в конце видимого процесса сгорания

.Яраб.см + [{mcl)ll + 8,315X1/, + 2270 (X-i.) = (mc;);;