Розрахунок процесу газообміну

Параметри процесу газообміну визначаються однаково для бензинових і дизельних двигунів.

Цей процес складається з визначення тиску газів у кінці впуску Р_а, коефіцієнта надлишкових газів γ_r, температури газів в кінці впуску Т_а і коефіцієнта наповнення свіжим зарядом η_v.

1. Тиск у кінці впуску, МПа:

 

(1)

 

де Р₀ – тиск навколишнього середовища, МПа (табл.2);

(β² + ξ_вп) - сумарний коефіцієнт, що враховує гасіння швидкості β і опір впускної системи ξ_вп, віднесене до перерізу шлепака (табл.2);

ω_шл - середня швидкість руху заряду у прохідному перерізі шлепака, м/с (табл.2);

ρ₀ – густина заряду за відомих атмосферних умов, кг/м³:

 

, (2)

 

де R_п – газова стала повітря, Дж/(кг х К), (табл. 2);

Т₀ – температура навколишнього середовища, К, (табл.2).

2. Коефіцієнт надлишкових газів:

 

, (3)

 

де ΔТ - підвищення температури заряду у процесі впуску, К;

Т_r – температура газів на випуску, К;

Р_r – тиск в кінці випуску, МПа;

ε – ступінь стиску;

Р_а – тиск в кінці впуску, МПа, значення, що наведені вище беруть з табл.2.

3. Температура в кінці впуску, К:

 

, (4)

 

 

Таблиця 1

Варіанти вихідних даних

 

Варіант	Номінальна потужність, кВт	Частота обертання колінчастого вала, хв-1	Варіант	Номінальна потужність, кВт	Частота обертання колінчастого вала, хв-1
бензиновий двигун	дизельний двигун	бензиновий двигун	дизельний двигун
		-				-
		-				-
			-		129,4	-
			-			-
			-			-
			-				-
			-				-
	47,8	-					-
		-					-
			-				-
	60,31	-					-
	62,51	-
		-				-
		-			180,2	-
			-		183,13	-
	74,28	-					-
		-					-
		-				-
	77,22	-					-
	80,9	-			308,9		-
		-				-
		-			382,5		-
		-				-
		-					-

 

Таблиця 2

Вихідні дані для розрахунку ДВЗ

 

Параментр	Позначення	Одиниця	Тип двигуна	Примітки
Бензиновий	Дизельний
	Тип камери згоряння
Нерозділена	Розділена
Частота обертання вала двигуна	n	хв-1	до 6500	до 2800	до 5000
Температура навколишнього середовища	T0	К
Тиск навколишнього середовища	Р0	МПа	0,1013
Ступінь стиску	ε	-	6…8	16…25
Сумарний коефіцієнт, що враховує гасіння швидкості β і опір впускної системи ξвп, віднесене до перерізу шлепака	β2 + ξвп	-	2,6…3,2

 

Продовження таблиці 2

 

Середня швидкість руху заряду у прохідному перерізі шлепака	ωшл	м/с	70…110
Газова стала для повітря	Rп	Дж/(кг К)
Температура газів в кінці випуску	Tr	К	900…1100	700…900
Тиск газів в кінці випуску	Pr	МПа	(1,1…1,2)P0
Підвищення температури заряду у процесі випуску	ΔΤ	К	20…45	-	З підігрівом
5…20	20…40	Без підігріву
Показник політропи відповідно стиску та розширення	n1 та n2	-	1,34…1,37 1,23…128	1,37…1,39 1,18…1,23
Склад палива:
вуглець	С	кг/кг	0,855	0,87
водень	Н	0,145	0,125
кисень			0,004
Молярна маса палива	Mп	кг/кмоль	110…120	180…200

 

 

Продовження таблиці 2

 

Нижча теплота згоряння палива	Нп	кДж/кг
Коефіцієнт надлишку повітря	α	-	0,85…0,96	1,1…1,65	1,15…1,35
Рівняння для середніх молярних теплоемностей газів засталого об’єму:		кДж/(кмоль х К)		В інтервалі температур 1800…3000 К (270…1800 К)
вуглекислого газу		41,205 + 2,428 10-3 Тz (23,750 + 13,816 10-3 Тс)
оксиду вуглецю		22,37 + 1,142 10-3 Тz (20,063 + 2,637 10-3 Тс)
водної пари		26,975 + 3,517 10-3 Тz (24,195 + 5,108 10-3 Тс)
азоту		22,009 + 1,339 10-3 Тz (19,941 + 2,554 10-3 Тс)
кисню		23,228 + 1,591 10-3 Тz (20,137 + 3,391 10-3 Тс)

 

Продовження таблиці 2

 

Коефіцієнт використання теплоти	ξ	-	0,85…0,9	0,75…0,8	0,7…0,78
Ступінь підвищення тиску рід час згоряння	λ	-	-	1,4…2,2
Коефіцієнт округлення індикаторної діаграми	φ	-	0,96…0,97	0,92…0,98	0,95…0,98
Механічний ККД	ηм	-	0,7…0,85	0,75…0,82
Відношення ходу поршня до діаметра	S/d	-	1…1,1		n до 3000 хв-1
0,85…0,95		n 3000…3600 хв-1
0,75…0,85		n 3600…6500 хв-1
	1…1,2	1…0,8	n 2100…2800 хв-1
0,8…1	n > 2800 хв-1
Теплоємкість води	Св	кДж/кг	4,18

 

 

Продовження таблиці 2

 

Відношення радіуса кривошипа до довжини шатуна	λш	-	0,25…0,29
Питома витрата охолоджуючої рідини	gв	кг/кВт год	60…130
Різниця температур води біля виходу з системи охолодження і входу до неї	(t2 – t1)	ºC	7…15
Зведене до одиниці площі поршня маса поршневого комплекту для поршня діаметром, мм:	mпк	кг/м2				Матеріал з якого виготовлений поршень:
60…80	80…100	-	алюміній
150…200	-	чавун

 

Закінчення таблиці 2

 

80…100	mпк	кг/м2	180…250	250…320	те саме
100…150	180…120	алюміній
100…120	-	220…300	те саме
-	300…400	чавун
Зведене до одиниці площі поршня маса шатуна для поршня діаметром, мм:	mш	кг/м2
60…80	120…160	-
80…100	160…200	250…300
100…120	-	300…350

 

 

4. Коефіцієнт наповнення:

 

, (5)