Процессы расширения и выпуска

 

Степень последующего расширения для дизеля

 

без наддува: ð=ε/ρ=16.5/1.2616=13.0786.

 

Средний показатель адиабаты и политропы расширения для дизелей выбираются следующим образом. На номинальном режиме можно принять показатель политропы расширения с учетом достаточно больших размеров цилиндра, несколько меньше показателя адиабаты расширения, который определяется по монограмме (см. рис.4.9). Для дизелей:

Без наддува при ð=13.0786; T_z=2222 и a=1.4 k₂=1.2728

n=1.260;

 

Давление и температура в конце процесса расширения

 

p_b=p_z/eⁿ²; p_b=8.556/13.0786^1.26=0,32893 МПа

Т_b=T_z/e^n2-1; T_b=2222/13.0786^1.26-1=1118,494 К.

Проверка ранее принятой температуры остаточных газов

 

T_r=T_b/ (p_b/p_r) ^1/3

T_r=1118,494/ (0,32983/0,105) ^1/3=763,7378 К; D=100* (763,7378-750) /750 = 1,83%;

 

где D - погрешность расчета.

На всех скоростных режимах температура остаточных газов принята в начале расчета достаточно удачно, так как ошибка не превышает 5%.

 

Индикаторные параметры рабочего цикла

 

Теоретическое среднее индикаторное давление

 

p_i^’=p_c* (l* (1-1/e^n2-1) / (n₂-1) - (1-1/e^n1-1) / (n₁-1)) / (e-1)

 

При n=1000 об/мин

 

p_i^’=4.283* (2* (1.2616-1/13.0786^1,26-1) / (1,26-1) - (1-1/13.0786^1,3705-1) / (1,3705-1)) / (16.5-1) =0.968 МПа;

 

Среднее индикаторное давление

 

p_i=j_и*p_i^’=0,95*p_i^’,

 

где коэффициент полноты диаграммы принят j_и=0,95;

 

p_i=0.968*0.95=0.9196МПа.

 

Индикаторный к. п. д. и индикаторный удельный расход топлива

h_i=p_i*l₀*a/ (H_и*r₀*h_V) и g_i=3600/ (H_и*h_i).

h_i=0.9196*14,452*1.4/ (42,44*1.189*0,853) =0,4323;

g_i=3600/ (42,44*0,4323) =196.1853 г/ (кВт*ч);

 

Эффективные показатели двигателя.

Среднее давление механических потерь

 

р_м=0,089 +0,0118*v_{п. ср}=0.089+0.0118*10.2=0.2094

 

Где средняя скорость поршня равна 10.2 м/с.

Среднее эффективное давление и механический к. п. д.

 

Без наддува: р_е=р_i-р_м и h_м=р_е/р_i;

p_е=0.9196-0.2094=0.7102 МПа;

h_м=0.7102/0.9196=0.7723

 

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

 

h_е=h_i*h_м и g_е=3600/Н_иh_е;

h_е=0.4323*.7723=0.33386

g_е=3600/42.44*0.33386=254.075 г/ (кВт*ч).

 

Основные параметры цилиндра и двигателя.

Литраж двигателя

 

V_л=30*t*N_е/ (p_е*n) =30*4*135/ (0,7102*2200) =10.37 л.

 

Рабочий объем одного цилиндра

 

V_h=V_л/i=10.37/6 = 1.728 л.

Диаметр цилиндра.

Ход поршня предварительно был принят S=140 мм и D=140, то S/D=1.

 

D=100* (4V_h/ (p*S/D)) ^1/3= 100* (4*1.728/ (3,14*1.08)) ^1/3=133.5мм.

 

Окончательно принимается D=130мм.

Основные параметры и показатели двигателя определяются по окончательно принятым значениям D и S:

 

V_л=p*D²*S*i/ (4*10⁶) =3,14*133.5²*130*6/ (4*10⁶) = 10.913л;

F_п=p*D²/4=3,14*133.5²/4=13266,5 мм²=139,904 см²;

V_{п. ср} = Sn/ (3*10⁴) =133.5*2200/30000=9.8м/с.

 

Для дизеля без наддува:

 

N_е=p_е*V_л*n/ (30*t) =0.7102*10.913*2200/ (30*4) =142.1кВт;

М_е=3*10⁴*N_е/ (p*n) =3*10⁴ *142.1/ (3.14*2200) =617.11 Н*м;

G_т=N_е*g_е=142.1*254.075=36.10 кг/ч;

N_л=N_е/V_л=142.1/10.913=13.02 кВт/дм.

 

Построение индикаторной диаграммы

 

Индикаторную диаграмму (см. рис.1) строят для номинального режима работы двигателя, т.е. при N_е=135 кВт и n=2200 об/мин.

Масштабы диаграммы: масштаб хода поршня М_s=1мм в мм;

масштаб давлений M_p=0,03 МПа в мм.

Приведенные величины, соответствующие рабочему объему ци линдра и объему камеры сгорания:

 

АВ=S/M_s=133.5/1=133.5 мм;

ОА=АВ/ (e-1) =133.5/ (13.0786-1) =11.5 мм.

 

Максимальная высота диаграммы (точка z)

 

p_z/M_p=8.556/0.05=171.12 мм.

z^'z=ОА/ (ρ-1) =11.5· (1,26-1) =2.99=3 мм.

 

Ординаты характерных точек:

 

p_a/M_p=0,092/0,05=1,84 мм;

p_c/M_p=4.283/0,05=85.66 мм;

p_b/M_p=0,32893/0,05=6.58мм;

p_r/M_p=0,105/0,05 =2,1 мм;

p_o/M_p= (р_k=p₀) =0,1/0,05=2 мм.

 

Построение политроп сжатия и расширения графическим методом:

а) для луча ОС принимаем угол а =15°;

 

б) tgB= (1+tga) ⁿ¹-1=0.381; В=20° 49';

 

в) используя лучи ОД и ОС, строим политропу сжатия, начиная с точки с;

 

г) tgB= (1+tga) ⁿ²-1=0.350; В= 19° 14';

 

д) используя лучи ОЕ и ОС, строим политропу расширения, начиная с точки z; Теоретическое среднее индикаторное давление

 

p_i^’=F₁*M_p/AB=2510*0,05/ (130) = 0.945МПа,

где F₁=2510мм² - площадь диаграммы acz (z’) ba на рис. Величина p_i^’=0.943МПа, полученная планиметрированием индикаторной диаграммы, очень близка к величине p_i^’=0,968 МПа, полученной в тепловом расчете.

Скругление индикаторной диаграммы осуществляется на основании следующих соображений и расчетов. Так как рассчитываемый дизель тихоходный (n=2100 об/мин), то устанавливаются следующие фазы газораспределения: начало открытия впускного клапана (точка r') устанавливается за 20° до прихода поршня в в. м. т., а закрытие (точка а") - через 46° после прохода поршнем н. м. т.; начало открытия выпускного клапана (точка b') принимается за 66° до прихода поршня в н. м. т., а закрытие (точка а') - через 20° после прохода поршнем в. м. т. Угол опережения впрыска q принимается равным 20° (точка с'), а продолжительность периода задержки воспламенения Dj₁=8° (точка f).

В соответствии с принятыми фазами газораспределения и углом опережения впрыска определяем положение точек r', а', а", с', f и b' по формуле для перемещения поршня:

 

АХ= (АВ/2) [ (1-cosj) + (l/4) (1-cos2j)],

 

где l - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

Выбор величины l производится при проведении динамического расчета, а при построении индикаторной диаграммы предварительно принимаем l=0,264.

Расчеты ординат точек r', а', а", с', f и b' сведены в табл.2.

 

Таблица 2

Обозначение точек	Положение точек	jо	(1-cosj) +l (1-cos2j) /4	Расстояние АХ точек от в. м. т., мм.
b'	66° до н. м. т.	114	1,517	101.259
r'	20° до в. м. т.	20	0,076	5.1
а'	20° после в. м. т.	20	0,076	5.1
а''	46° после н. м. т.	134	1,763	117,7
с'	20° до в. м. т.	20	0,076	5.1
f	(20-8) ° до в. м. т.	12	0,028	1,9

 

Положение точки с" определяется из выражения

 

р_c''= (1,15¸1,25) ·р_с=1, 20·4,283=5,1396 МПа;

р_c''/М_р=5,1396/0,05=102.79 мм.

 

Соединяя плавными кривыми точки r с а', c' с f и с" и далее с z_д и кривой расширения, b' с b" (точка b'' располагается между точками b и а) и далее с r и r', получим скругленную действительную индикаторную диаграмму ra'ac'fc"z_дb'b''r.

Тепловой баланс

 

Общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом:

 

Q₀=H_и*G_т/3,6=42440*34.14/3,6=402473Дж/с;

 

Теплота, эквивалентная эффективной работе за 1 с:

 

Q_е=1000*N_e,

Q_e=1000*134.37=134370 Дж/с.

 

Теплота, передаваемая охлаждающей среде:

 

Q_в=c*i*D^1+2*m*n^m* (1/a);

 

где с=0,45¸0,53 - коэффициент пропорциональности для четырехтактных двигателей. В расчете принято с=0,48; i - число цилиндров; D - диаметр цилиндра, см; n - частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин; m=0,6¸0,7 - показатель степени для четырехтактных двигателей. В расчете принято при n=2200 об/мин m=0,65.

 

Q_в=0,53*6*13^1+2*0,65*2200^0,65* (1/1.4) =72200 Дж/с;

 

Теплота, унесенная с отработанными газами:

 

Q_r= (G_т/3,6) *{М₂* t - M₁ t_k}.

Q_r= (34.14/3,6) *{0,7315*31.6*490

0,5*29.09*20}=105565.9Дж/с,

где =23, 3 кДж/ (кмоль*град) - теплоемкость остаточных газов (определена по табл.3.9 методом интерполяции)

 

t_r=Т_r-273=763-273=490°С; =20,775 кДж/ (кмоль*град) –

 

теплоемкость свежего заряда определена по табл.3.6 для воздуха методом интерполяции при t₀=Т₀-273=293-273=20°С.

Неучтённые потери:

 

Q_ост= Q₀- (Q_e +Q_в + Q_r);

для дизеля без наддува Q_ост=402473- (134370+72200+105565) =90338 Дж/с.

 

Составляющие теплового баланса представлены в табл.3.

 

Таблица 3

Составляющие теплового баланса.	Дизель без наддува.
	Q, Дж/с.	q,%
Теплота, эквивалентная эффективной работе.	134370	33
Теплота, передаваемая охлаждающей среде.	72200	17
Теплота, унесенная с отработанными газами.	105565	26
Неучтенные потери теплоты.	90338	24
Общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом.	402473	100