Практичне заняття 2 (ДВЗ): Процеси впуску і стиску в ДВЗ 1. Параметри навколишнього середовища і залишкових газів Приймаємо на впуску: тиск р0= 0,1 МПа, температуру Т0=293 К. У двигуні підігрів свіжого заряду здійснюється у впускному трубопроводі, який омивається охолоджуючою рідиною, а також у циліндрах. Враховуючи те, що при підвищеній температурі заряду його щільність знижується, підігрів повинен забезпечувати підвищення температури ΔТ0 = 0...20 К; приймаємоΔТ0 = 10 К. Значення тиску залишкових газів для номінального режиму роботи бензинових двигунів лежить у межах рг= (1,02…1,25)·р0 МПа . Оскільки двигун, що проектується, має високу частоту обертання колінчастого вала при максимальній потужності, приймаємо значення тиску залишкових газів приймаємо рг = 0,116 МПа. Двигун має високу ступінь стиску ε = 9 та збагачений склад суміші α = 0,9. У відповідності з цим приймаємо значення температури залишкових газів Тг = 1000 К (для бензинових двигунів значення Тг =900… 1100 К). 2. Параметри процесу впуску Щільність заряду на впуску визначаємо за формулою: ρ0 = р0·106/RвТ0= 0,1·106/287·293= 1,19 кг/м3 , де р0, Т0– відповідно тиск і температура навколишнього середовища; Rв=287 Дж/кг·град – питома газова стала для повітря. Втрати тиску на впуску визначаємо з рівняння Бернулі: , МПа, де (β2+ξвп) = (2,5...4,0) – гідравлічний опір впускної системи; приймаємо (β2+ξвп)= 2,5; ωвп – швидкість руху заряду у впускній системі; для бензинових і дизельних двигунів ωвп = 50…130 м/с. Приймаємо ωвп = 90 м/с. Таким чином, втрати тиску на впуску: Δра= 902·2,5·1,19·10-6/2=0,012 МПа. Для автомобільних двигунів розрахункові значення величини Δра=(0,006…0,2) МПа, або Δра=(0,06…0,2)·р0 МПа. Отримане нами значення входить до наведеного діапазону. Тиск у кінці процесу впуску: ра= р0 – Δра = 0,1 – 0,012=0,088 МПа. Коефіцієнт залишкових газів γг характеризує ступінь очистки циліндра від продуктів згоряння і визначається за формулою: γг=(Т0+ ΔТ0)·р г / Тг·( ε·ра–рг), Після підстановки відповідних чисельних значень параметрів знаходимо: γг=(293+ 10)·0,116 / 1000·(9·0,088 – 0,116)= 0,052. Для карбюраторних двигунів γг= (0,04…0,1). Температура заряду в кінці процесу впуску визначається за формулою: Та= (Т0+ ΔТ0+ γг·Тг) / (1+ γг). Після підстановки чисельних значень знаходимо: Та= (293+ 10+ 0,052·1000) / (1+0,052)= 337,5 К. Розрахункові значення повинні знаходитись у межах Та=320…360 К. Коефіцієнт наповнення циліндрів двигуна ηv визначається за формулою: ηv= ε·ра·Т0 / [р0·( ε-1)·( Т0+ ΔТ0+ γг·Тг)]. Після підстановки відповідних значень параметрів знаходимо : ηv= 9·0,088 ·293 / [0,1·( 9 –1)·( 293+ 10+ 0,052·1000)] = 0,82. Розрахункові значення величини ηv для сучасних бензинових двигунів знаходяться у межах ηv= 0,7…0,85. Отримане значення ηvу нашому випадку знаходиться в існуючих межах. 3. Параметри процесу стиску Процес стиску характеризується показником політропи стиску, температурою, тиском, теплоємністю робочого тіла у процесі стиску. Величина показника політропи стиску n1 визначається на основі дослідних даних залежно від ступеня стиску і температури в кінці процесу стискуТа. Для автотракторних двигунів n1=(к1– 0,01)…(к1 – 0,04), де к1 – показник адіабати стиску, який залежить від εі Та. Визначається з номограми (рисунок 3.1). Рисунок 3.1 – Номограма для визначення показника адіабати стиску к1 Для дизелів n1=(к1 +0,02)…(к1 – 0,02). Для ε = 9 і Та=337,5 К к1=1,377. Приймаємо для розрахунків n1=1,377 – 0,037 = 1,34. Тиск в кінці процесу стиску визначаємо за формулою: рс = ра· = 0,088·91,34 = 1, 6 7 МПа. Температуру робочого тіла в кінці процесу стиску визначаємо за формулою: Тс=Та· = 337,5 1,34-1 =712,4 К. Розрахункові значення величин рсі Тс для сучасних бензинових двигунів внутрішнього згоряння знаходяться у межах рс = 0,9…2,0 МПа, Тс=600…800 К. Для визначення середніх мольних теплоємностей компонентів робочої суміші залежно від температури у градусах Цельсія використовують формули, які наведено в таблиці 3.1. Таблиця 3.1 – Середні мольні теплоємності для газів
Таким чином, середня мольна теплоємність в кінці процесу стиску при сталому об’ємі для окремих компонентів становить: –повітря =20,6+0,002638·tс=20,6+0,002638·439,4=21,76 кДж/(кмоль·К), де tc =(Tc-273)C = (712,4 – 273)=439,4C; –вуглекислий газ СО2 =27,941+0,019·tс – 0,0000055·t2с= =27,941+0,019·439,4– 0,0000055·(439.4)2 = 35,23 кДж/(кмоль·К); –окис вуглецю = 20,597+0,00267· tс = 20,597+0,00267·439,4 = = 21,77 кДж/(кмоль·К); –водяна пара = 24,953+0,005359· tс = 24,953+0,005359·439,4 = = 27,31 кДж/(кмоль·К); –водень = 20,684+0,000206·tс + 0,000000588·t2с = =20,684+0,000206·439,4 + 0,000000588·(439.4)2 = 20.89 кДж/(кмоль·К); –азот = 20,398+0,0025· tс= 20,398+0,0025·439,4 = =21,50 кДж/(кмоль·К). Середню мольну теплоємність в кінці процесу стискування при сталому об’ємі для залишкових газів визначаємо за формулою: Отже, =1/0,5118·(0,0569·35,23+0,0144·21,77+0,0653·27,31+ +0,0072·20,89+ 0,368·21,50)= 23,77 кДж/(кмоль·К). Cередню мольну теплоємність робочої суміші mcv’ (свіжий заряд + залишкові гази) визначаємо за формулою: де mcv- мольна теплоємність свіжого заряду приймається рівній теплоємності повітря, mc”v - мольна теплоємність суміші залишкових газів. Отже, при : кДж/(кмоль·К). За формулою, яку наведено в [1], середнє значення теплоємності у процесі стиску: mcv = 20,16 + 1,74·10-3·Тс =20,16 + 1,74·10-3·712,4 = 21,40 кДж/(кмоль·К). Таким чином, отримане середнє значення теплоємності робочої суміші знаходиться у існуючих межах = 20…25 кДж/(кмоль·К). Визначаємо кількість молів залишкових газів (кмоль): Визначаємо кількість кіломолів газів в кінці процесу стиску до згоряння(кмоль): Мс = М1+Мг. Мс = 0,474+0,023 = 0,497. |