Расчет теоретически необходимого количества воздуха

Наддув, степень сжатия, цилиндр, коэффициент избытка воздуха, рабочее тело, индикаторное давление.

Введение

В качестве источника механической энергии на современных автомобилях и тракторах применяют в основном двигатели внутреннего сгорания (ДСВ). В ДСВ химическая энергия топлива преобразуется сначала в тепловую в процессе сгорания, а затем теплота превращается в механическую энергию на валу двигателя. Вырабатываемая механическая энергия частично используется для обслуживания внутренних систем двигателя (охлаждения, смазки, питания), а также внешних систем автомобиля или трактора (электроснабжения; тормозных, если тормозные системы с гидро- или пневмоприводом и т.д.). Но основным потребителем механической энергии является движитель (приводные колёса или гусеницы), куда энергия подаётся с помощью трансмиссии.

Основные показатели автомобиля или трактора (скорость движения, максимальная грузоподъёмность, экономичность, экологические факторы и т.п.) определяются главным образом двигателем. Поэтому, представляется очень важным уметь прогнозировать показатели двигателя и его характеристики, чтобы удовлетворить требованиям транспортного средства.

На современных автомобилях и тракторных применяют главным образом четырёхтактные бензиновые и дизельные двигатели. Основным направлением их форсирования и улучшения показателей служат газотурбинный наддув и охлаждение надувочного воздуха. Поэтому, необходимо выполнять тепловой расчёт двигателей именно таких типов с ориентацией на лучшие результаты, достигнутые в практике мирового автотракторного двигателестроения.

Таким образом, тепловой расчёт двигателя является первой и необходимой ступенью в процессе проектирования и создания нового двигателя или в процессе совершенствования существующего.

Исходные данные

Исходные данные включают все необходимые для расчёта величины, а также важную информацию для обоснования выбора ряда констант и коэффициентов:

1 Тактность - четырёхтактный.

2 Вид топлива - бензин.

3 Мощность (эффективная) - N_e.

4 Частота вращения вала - n.

5 Степень сжатия - e.

6 Коэффициент избытка воздуха - a.

7 Давление наддува - P_k.

8Число цилиндров - i.

9 Отношение хода поршня к диаметру цилиндра - S/D.

Указанные величины в проектном расчёте предварительно оценивают, исходя из назначения двигателя, условий его работы, и пользуясь опытом отечественного и мирового автомобиле- и тракторостроения.

В средней климатической зоне, характерной для Украины, эти особенности можно не учитывать и расчёты вести при стандартных атмосферных условиях: Ро=0,101 МПа, То=293 К.

Для удобства исходные данные сводим в таблицу 1.1.

Таблица 1.1 - Исходные данные.

Прототип - MAN (Германия).

Параметры рабочего тела

Рабочее тело в цилиндре представляет собой в общем случае смесь воздуха, продуктов сгорания и паров топлива. Необходимо знать конкретный состав рабочего тела в каждом процессе, так как от этого зависят теплофизические свойства рабочего тела (теплоёмкости и показатель адиабаты).

Расчет теоретически необходимого количества воздуха

Теоретически необходимое количество воздуха определяют в расчёте на 1 кг топлива (жидкого):

массовое количество:

; (4.1)

мольное количество:

; (4.2)

где g₀₂ и r₀₂ - соответственно массовая и объёмная доли кислорода в атмосферном воздухе (для стандартной атмосферы доли кислорода стабильны и равны g₀₂ =0,23, r₀₂ =0,21);

C, H, O - элементарный состав топлива (массовые доли входящих в топливо химических элементов: углерода, водорода и кислорода см. таблицу 4.1).

Элементарный состав топлива определяют в зависимости от вида топлива. Основные данные о жидком топливе (дизельном топливе) приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Данные о бензине

Проводим расчет по формулам 4.1, 4.2: