Расчет карбюраторного V-образного четырехцилиндрового двигателя на шасси автомобиля ЗАЗ-968М (стр. 2 из 11)

(mC

) =23,805 кДж/(моль* град) -определяем методом экстрополяции (1, табл.7)

рабочей смеси:

(mC

) =(mC ) =1/(1+γ_r)*((mC ) + γ_r*(mC ) )=21,903 кДж/(моль* град)

Число молей остаточных газов:

М_r =a*g_r*L₀;

М_r =0,96*0,07*0,517=0,0347 кмоль/кг топл.

Число молей газов в конце сжатия до сгорания:

М_с=М₁+М_r ;

М_с=0,505+0,0347=0,5397 кмоль/кг топл.

1.4. Процесс сгорания

Химический коэффициент молекулярного изменения:

m_о=М₂/М₁,

где М₁ - количество горючей смеси, отнесенное к 1кг топлива; М₂ - количество продуктов сгорания, отнесенное к 1кг топлива.

m_о=0,5367 / 0,505=1,0628.

Действительный коэффициент молекулярного изменения:

m= (m_о+γ_r)/(1+γ_r);

m=(1,0628+0,07)/(1+0,07)=1,0587 .

Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания топлива:

DН_и=119950*(1-a)*L₀;

DН_и=119950*(1-0,96)*0,517=2480,57 кДж/кг топл.

Теплота сгорания рабочей смеси:

Н _{раб. см.}=(Н_и-DН_и)/[М₁*(1+γ_r )];

Н _{раб. см.}=(43930-2480,57)/[0,505*(1+0,07)]=76708,5 кДж/кг топл.

Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания:

(mC

) =(1/М₂)*[М_CО(mC ) +МСО

(mC ) +МН

(mC ) +МН

О(mC ) +

+М_N

( mC

) ];

(mC

) =(1/0,5367)*[0,0057*(22,49+0,0143*t_z)+0,0655*(39,123+0,003349*t_z)+0,0029*

*(19,678+0,001758*t_z)+0,0699*(26,67+0,004438*t_z)+0,393*(21,951+0,001457*t_z)]=

=(24,652+0,002076*t_z ) кДж/(моль* град);

Коэффициент использования теплоты x _z определяем по рис.37 [1,с.77] исходя из скоростного режима двигателя: x _z =0,93 .

Температура в конце видимого периода сгорания:

x _z* Н _{раб. см.} + (mC

) * t_c=m* (mC ) *t_z;

0,93*76708,5+21,903*445=1,0587*(24,652+0,002076*t_z)*t_z;;

0,002198 * t_z²+ 26,099* t_z –81085,74=0;

t_z =(-26,099+

)/(2*0,002198)= 2556,45 ⁰С;

T_z= t_z+273=2556,45+273 =2829,45 K.

Максимальное теоретическое давление в конце процесса сгорания:

р_z = p_c*m*T_z /T_c;

р_z =1,31*1,0587*2829,45 /717,85=5,4665 МПа.

Действительное максимальное давление в конце процесса сгорания:

р_zд =0,85*р_z;

р_zд =0,85*5,4665=4,6465 МПа.

Степень повышения давления:

l =р_z / р_с ;

l =5,4665/1,31=4,173.

1.5. Процессы расширения и выпуска

Средний показатель адиабаты расширения k₂ определяем по номограмме (см. рис.29 [1,с.57]) при заданном e =7,5 для соответствующих значений T_z и α , а средний показатель политропы расширения n₂ оцениваем по величине среднего показателя адиабаты k₂=1,2511: n₂=1,251.

Давление и температура в конце процесса расширения:

p_b=p_z /ε ⁿ² ;

p_b=5,7665/7,5^1,251=0,43957 МПа.

T_b=T_Z / ε ^n2-1;

T_b=2829/7,5^1,251-1=1706 К.

Проверка ранее принятой температуры остаточных газов:

;

=1100 К.

Погрешность составит: Δ=100*(1100-1040)/1040=5,65 %.

1.6. Индикаторные параметры рабочего цикла

Теоретическое среднее индикаторное давление определяем по формуле:

МПа.

Для определения среднего индикаторного давления примем коэффициент полноты индикаторной диаграммы равным j_и=0,96 , тогда: р_i =j_и*р_i^’ =0,96*1,0406=1,0 МПа.

Индикаторный к.п.д.:

h_i = p_i* l₀* a / (Н_и* r₀ *h_v );

h_i = (1,0 *14,957*0,96)/(43,93*1,189*0,73) =0,3766.

Индикаторный удельный расход топлива:

g_i = 3600/( Н_и*h_i);

g_i = 3600/( 43,93*0,3766)= 218 г/(кВт* ч).

1.7. Эффективные показатели двигателя

Среднее давление механических потерь для карбюраторного двигателя с числом цилиндров

до 6 и отношением S/D£1:

p_м=0,034+0,0113*V_п;

Предварительно приняв ход поршня S равным 70 мм, получим:

V_п=S*n/3*10⁴

V_п =70*4500/3*10⁴=10,35 м/с.

p_м=0,034+0,0113*10,35=0,151 МПа.

Среднее эффективное давление и механический к.п.д.:

p_е=p_i - p_м ;

p_е =1,0-0,151=0,849 МПа.

h_м = р_е / р_i ;

h_м =0,849/1,0=0,849.

Эффективный к.п.д. и эффективный удельный расход топлива:

h_е=h_i*h_м ;

h_е=0,3766*0,849=0,3198.

g_e=3600/(Н_и*h_е);

g_e=3600/(43,93*0,3198)=256 г/(кВт* ч).

1.8. Основные параметры цилиндра и двигателя

а. Литраж двигателя: V_л=30*t*N_е/(р_е* n)=30*4*44,1/(0,849*4500)=1,3852 л.

б. Рабочий объем цилиндра: V_h=V_л / i =1,3852/4=0,3463 л.

в. Диаметр цилиндра: D=2*10³√(V_h/(π*S))=2*10³*Ö(0,3463/(3,14*70))=96,8 мм.

Окончательно принимаем: S=70 мм и D=80 мм. Основные параметры и показатели двигателя определяются по окончательно принятым значениям S и D:

а. Литраж двигателя: V_л=p*D²*S*i / (4*10⁶) =3,14*80² *70*4/(4*10⁶)=1,41 л.

б. Площадь поршня: F_п=pD² / 4=3,14*80²/4=5024 мм² =50,24 см².

в. Эффективная мощность: N_е=р_е*V_л*n/(30*t)=0,849*1,41*4500/(30*4)=44,89 кВт.

Расхождение с заданной мощностью: D=100*(N_{е з}-N_е)/ N_{е з}=100*(44,1-44,89)/44,89=0,017 %.

г. Эффективный крутящий момент: М_е=(3*10⁴/p)*(N_e/n)=(3*10⁴/3,14)*(44,89/4500)=95,3 Н* м.

д. Часовой расход топлива: G_т=N_e *g_e *10^-3 =44,89*256*10^-3=11,492 кг/ч.

е. Литровая мощность двигателя: N_л=N_e/V_л=44,89/1,41=31,84 кВт/л.

1.9. Построение индикаторной диаграммы

Режим двигателя: N_e=44,89 кВт, n=4500 об/мин.

Масштабы диаграммы: хода поршня M_s=0,7 мм в мм, давлений M_p=0,035 МПа в мм.

Величины, соответствующие рабочему объему цилиндра и объему камеры сгорания:

АВ=S/M_s=70/0,7=100 мм;

ОА=АВ / (e-1)=100/(7,5-1)=15,38 мм.

Масштабная высота диаграммы (т. Z):

P_z/М_р=5,4665/0,035=156,2 мм.

Ординаты характерных точек:

р_а / М_р=0,085/0,035=2,4 мм;

р_с / М_р=1,31/0,035=37,4 мм;

р_b / М_р=0,4395/0,035=12,6 мм;

р_r / М_р=0,118/0,035 =3,4 мм;

р_о / М_р=0,1/0,035=2,9 мм.

Построение политроп сжатия и расширения аналитическим методом:

а. Политропа сжатия: р_х=р_а*(V_а / V_х )ⁿ¹. Отсюда р_х / М_р=(р_а/М_р)*(ОВ/ОХ)ⁿ¹ мм,

где ОВ= ОА+АВ=15,38+100=115,38 мм; n₁ 1,3575 .

б. Политропа расширения: р_х = р_b*(V_b / V_х)ⁿ². Отсюда р_х / М_р=(p_b/М_р)*(ОВ/ОХ)ⁿ² мм,

где ОВ=115,38; n₂=1,251.

Данные расчета точек политроп приведены в табл.1.1.

Теоретическое среднее индикаторное давление:

р_i^’=F₁*M_p/AB=2950*0,035/100=1,0325 МПа,

где F₁=2950 мм² - площадь диаграммы aczba на рис.1.1.