ПЗ ЧН 2028. Введение Конструкция и эксплуатационные качества двигателя
 Скачать 0.92 Mb.
|
|
2.2 Расчет параметров воздуха перед органами газораспределения Расчет выполняется для определения давления и температуры воздуха в ресивере перед впускным клапаном. Давление наддува ([1], с. 29) Рк = Рs/0,95; Рк = 0,270/0,95 = 0,284 МПа. Гидравлический коэффициент снижения давления воздуха в воздухоохладителе ([1], ф. 3.8) ηг.о. = Рs/Рк 0,95, ηг.о. = 0,270/0,284 = 0,951 ≈ 0,95. Температура воздуха после нагнетателя Тк = То(рк/ро)(m–1)/m (310÷320) К, Тк = 300∙(0,284/0,10)(1,8–1)/1,8 = 477 К > (310÷320) К. С целью понижения средней температуры цикла и увеличения наполнения рабочего цилиндра целесообразно при такой температуре охлаждение воздуха за нагнетателем. Температура воздуха перед впускными окнами Тs = Тк – ΔТохл, Тs = 477 – 175 = 302 К < (310÷320) К. Коэффициент тепловой эффективности воздухоохладителя ηво = (Тк – Тs)/(Tк – Тзв) > 0,7, ηво = (477 – 302)/(477 – 302) = 0,96 > 0,7. 2.3 ПРОЦЕСС НАПОЛНЕНИЯ Расчет выполняют для определения давления Ра и температуры Та смеси воздуха и остаточных газов, массы воздуха Gва и заряда Gа в конце процесса наполнения (начале процесса сжатия), а также коэффициента наполнения ηн. Давление воздуха в цилиндре в конце наполнения Ра = kаРs,  Ра = 0,90 ∙ 0,270 = 0,243 МПа. Температура воздуха в конце впуска Та = (Ts + ∆Ts + γгТг)/(1 + γг),  Та = (302 + 5 + 0,04 ∙ 800)/(1 + 0,04) = 326 К. Коэффициент наполнения рабочего цилиндра  , η =  · · = 0,868.Рабочий объем цилиндра Vs = 0,785D2S,  Vs = 0,785 ∙ 0,202 ∙ 0,28 = 0,00879 м3. Массу воздуха в цилиндре в начале процесса сжатия определяем по уравнению состояния газа ([1], ф. 3.14) Gва = РsVsηн/(RTs),  Gва = 0,270 · 0,00879 · 0,868/(0,287 · 302) = 0,0000238 кг. Масса смеси воздуха с остаточными газами ([1], ф. 3.15) Ga = Gва(1 + γг),  Ga = 0,000028·(1 + 0,04) = 0,0000229 кг. 2.4 ПРОЦЕСС СЖАТИЯ Температура в конце сжатия Тс = Таε  , Тс = 326 ∙ 131,33–1 = 760 К. Давление в конце сжатия рс = раε  , рс = 0,243 ∙ 131,33 = 7,365 МПа. 2.5 ПРОЦЕСС СГОРАНИЯ Расчет выполняют для определения температуры сгорания Тz в точке цикла, соответствующей окончанию видимого сгорания топлива. Степень повышения давления λ = Рz/Рс (1,3÷1,6),  λ = 11,50/7,365 = 1,56. Изохорная мольная теплоемкость сухого воздуха в конце сжатия С'v = 19,26 + 0,0025Тс,  С'v = 19,26 + 0,0025 ∙ 760 = 21,160 кДж/(кмоль∙К). Изохорная мольная теплоемкость продуктов сгорания в конце сжатия С''v = 20,47 + 0,0036Тс,  С''v = 20,47 + 0,0036 ∙ 760 = 23,206 кДж/(кмоль∙К). Доля топлива, сгоревшего в точке z хz = ξz/ξb,  хz = 0,935/0,980 = 0,954. Теоретический коэффициент молекулярного изменения βо = 1 + 0,0639/α,  βо = 1 + 0,0639/2,0 = 1,032. Действительный коэффициент молекулярного изменения βz = 1 + (βо – 1)хz/(1 + γг),  βz = 1 + (1,032 – 1) ∙ 0,954/(1 + 0,04) = 1,029. Средняя теплоемкость продуктов сгорания при постоянном давлении С"р = 28,22 + 0,00307∙Tz.  Для решения уравнения сгорания вводим следующее обозначение: а =  , а =  = 49340.Уравнение сгорания принимает вид Тz = a/С"р,  Тz = 49340/(28,22 + 0,00307∙Тz). Получаем квадратное уравнение 0,00307Тz2 + 28,22Тz – 49340 = 0.  Решая квадратное уравнение (2.22), получаем максимальную температуру цикла: Tz = 1495 К. Степень предварительного расширения ρ = βТz/(λТс) (1,2÷1,6),  ρ = 1,032 ∙ 1495/(1,56 ∙ 760) = 1,30. 2.6 ПРОЦЕСС РАСШИРЕНИЯ Расчет выполняют для определения температуры Тb в конце рабочего процесса. Степень последующего расширения δ  = ε/ρ,δ = 13,0/1,30 = 10,0. Температура газов в конце расширения Тb = Tz/δ  , Тb = 1495/10,01,33–1 = 700 К. Давление газов в конце процесса расширения pb = pz/δ  , рb = 11,50/10,01,33 = 0,538 МПа. 2.7 Расчет и построение индикаторной диаграммы Рассчитаем давления газов в цилиндре двигателя для построения диаграмм зависимостей рг = f(εφ) и рг = f(φ), то есть свернутой и развернутой индикаторных диаграмм. Расчеты давления выполняем в табличной форме (табл. 2.2) для тактов: сжатия (ргс) и рабочего хода (ргр), задаваясь значениями угла φ поворота коленчатого вала. Отношение радиуса кривошипа к длине шатуна λш = 0,5S/L = R/L,  λш = 0,328. По уравнению V  φ = 0,5Vs{2/(ε – 1 ) + [1 – cosφ + 0,25λш(1 – cos2φ)]}рассчитываем значения объема надпоршневой полости цилиндра при заданных значениях угла φ записываем в соответствующую графу таблицы. В этот же столбец включаем характерные значения объемов: Vc = Vs/(ε – 1) = Va/ε – объем камеры сжатия, м3; Vz = ρVc – объем цилиндра в конце процесса сгорания, м3; Vb – объем цилиндра в момент открытия выпускных клапанов, м3; Vа – объем цилиндра в момент начала сжатия, м3; Vп = Vc + Vs – полный объем цилиндра, м3. Для четырехтактных дизелей полагают, что процесс сжатия начинается в НМТ, и поэтому Vb = Va = Vп = Vc + Vs.  Рассчитываем и записываем значения отношения объема цилиндра к объему камеры сжатия, εφ = Vφ/Vс.  Давление на такте сжатия (МПа) рассчитываем по уравнению р гг = ра(Va/Vφ) = pa(ε/εφ) .Давление на такте рабочий ход ргр в диапазоне углов поворота вала от 0 до φz принимаем постоянным и равным давлению рz. В остальном диапазоне углов поворота вала давление (МПа) рассчитываем по уравнению р гр = рz(Vz/Vφ) = pz(ρ/εφ) .Таблица 2.2 – Расчет индикаторной диаграммы
Рассчитываем температуры газов (К) в процессах сжатия, сгорания и расширения по уравнению ([1], ф. 3.36) Тг.с.(р) = 1000·рг.с.(р)Vφ/(GrR),  где R – газовая постоянная, которую с достаточной точностью можно принять равной 0,287 кДж/(кг·К) в процессе сжатия и 0,3 кДж/(кг·К) в процессах горения и расширения; Gr – масса газа в цилиндре, кг. В процессе сжатия Gr = Gа,  в процессах сгорания и расширения Gr = Gaβz,  где βz – коэффициент молекулярного изменения. Свернутую индикаторную диаграмму (рис. 2.1) строим в координатах р–V. На оси абсцисс в выбранном масштабе откладываем значения Vφ и на другой шкале, параллельной оси абсцисс, – величину εφ. При построении расчетной индикаторной диаграммы четырехтактного дизеля линии давления газов в цилиндре в процессах газообмена не строят ([1], с. 36), а углы b и а соединения политроп с изохорой скругляют. Также скругляем углы у, с и zсоединения изохоры и изобары с политропами и между собой. Масштаб диаграммы по оси абсцисс μv = 0,0005 м3/мм. Масштаб диаграммы по оси ординат μр = 0,1 МПа/мм. При построении развернутой индикаторной диаграммы (рис. 2.2) в координатах р–φ на оси абсцисс откладываем угол поворота кривошипа в диапазоне от –180º до +180º. Масштаб по оси ординат оставляем прежним, масштаб по оси абсцисс μφ = 1 º/мм. Ось ординат строим от оси абсцисс таким образом, что слева от неё располагаются процессы наполнения и сжатия, а справа – сгорания, расширения и выпуска газов. Диаграмму изменения температуры (рис. 2.3) строим на такой же оси абсцисс, как и развернутую индикаторную диаграмму.  Рисунок 2.1 – Свернутая расчетная индикаторная диаграмма  z b а с Рисунок 2.2 – Развернутая расчетная индикаторная диаграмма  а b z с Рисунок 2.3 – Диаграмма изменения температуры газа в цилиндре По построенным индикаторным диаграммам определяем среднее индикаторное давление. Определяем площадь методом разбиения на отрезки  Среднее индикаторное давление, полученное графически: piг = Fiµvµp/(Va – Vc),  piг = 11,23∙ 0,1= 1,123 МПа. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||