Тепловой расчет двигателя с распреденным впрыском топлива

ВВЕДЕНИЕ

 

Двигатель ЗМЗ — 4062.10 бензиновый (рис. 1), 4-х тактный, с 4-х клапанной схемой газораспределения, двумя верхними распределительными валами, центральным расположением свечей зажигания.
Двигатель имеет комплексную микропроцессорную систему управле­ния впрыском топлива и зажиганием с обратными связями по датчику дето­нации и датчику кислорода в отработавших газах.
Применение блока цилиндров из чугуна обеспечивает высокую жест­кость конструкции и стабильность параметров двигателя, что увеличивает его надежность и долговечность. С целью снижения трудоемкости обслужи­вания в двигателе применены гидравлические толкатели клапанов, гидравли­ческие натяжители цепей, необслуживаемые датчики, поликлиновый ремень привода вспомогательныхагрегатов.
Двигатель ЗМЗ-4062.10 предназначен для установки на легковые автомобили среднего класса (рис. 2) и микроавтобусы.

 

Рисунок 1 – двигатель ЗМЗ-4062.10 Рисунок 2 – автомобиль ГАЗ-3110

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

 

- двигатель – ЗМЗ-4062.10

- тип двигателя (четырехтактный, четырехцилиндровый, с рядным расположение цилиндров);

- частота вращения коленчатого вала ;

- эффективная мощность ;

- степень сжатия ;

- коэффициент избытка воздуха ;

- вид топлива – бензин АИ-95 ГОСТ Р 51105-97, средний элементарный состав и молекулярная масса: , , ;

- ход поршня ;

- диаметр цилиндра ;

- литраж двигателя ;

- фазы газораспределения, открытие впускного клапана - 20⁰, закрытие впускного клапана – 52⁰, открытие выпускного клапана – 52⁰, закрытие выпускного клапана – 20⁰;

- постоянная КШМ .

 

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ С РАСПРЕДЕННЫМ ВПРЫСКОМ ТОПЛИВА

Топливо

Определить низшую теплоту сгорания топлива

Параметры рабочего тела

Определить теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива:

Определить количество свежего заряда:

Определить общее количество отдельных компонентов продуктов сгорания:

где - постоянная величина, зависящая от отношения количества водорода к оксиду углерода, содержащихся в продуктах сгорания ( - бензин).

Определить общее количество продуктов сгорания:

Параметры окружающей среды и остаточные газы.

Принять атмосферные условия: , .

Определить давление остаточных газов для номинального режима работы:

Для различных скоростных режимов работы двигателя давление остаточных газов определить по формуле:

 

где, - частота вращения коленчатого вала двигателя, ; - давление остаточных газов на номинальном режиме, ; - номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя (определяется из технической характеристики прототипа рассчитываемого двигателя), , .

,

Температуру остаточных газов для двигателей с распределенным впрыском определить по номограмме (рисунок, приложение 1), .

Процесс впуска

Принять температуру подогрева свежего заряда для номинального скоростного режима .

Для различных скоростных режимов работы двигателя температуру подогрева свежего заряда определить по формуле:

,

Определить плотность зарядка на впуске:

где - удельная газовая постоянная для воздуха .

,

В соответствии со скоростным режимом работы двигателя и качеством обработки внутренней поверхности принять коэффициент , а скорость движения зарядка .

Потери давления на впуске в двигатель определить по выражению:

Давление в конце впуска:

Коэффициент остаточных газов:

где -коэффициент очистки ( - с учетом продувки цилиндра); - коэффициент дозарядки цилиндра, зависит от скоростного режима работы двигателя, определяется по номограмме (рисунок, приложение 1)

Температура в конце впуска:

Коэффициент наполнения:

Процесс сжатия

Определить показатель адиабаты сжатия в функции и по номограмме (рисунок, приложение 2).

Определить показатель политропы сжатия в зависимости от , который устанавливается в пределах:

Определить давление в конце сжатия:

Температура в конце сжатия определить по выражению:

Определить среднюю молярную теплоемкость в конце такта сжатия:

- свежей смеси (воздуха):

- остаточных газов , - определить методом интерполяции по таблице 3(методичка) в зависимости от и ;

= 23,933

- рабочей смеси

Процесс сгорания.

Определить расчетный коэффициент молекулярного изменения горючей смеси:

 

Определить расчетный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси:

Определить количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания:

.

Определить теплоту сгорания рабочей смеси:

Определить среднюю молярную теплоемкость продуктов сгорания:

где , , , , - средние молярные теплоемкости отдельных газов при постоянном объеме. Определить по формулам из таблицы 2 (методичка) для интервала температур 1501 до 2800 .

Определить коэффициент использования теплоты по опытным данным из номограммы (рисунок, приложение 1), .

Температуру в конце процесса сгорания определить из уравнения сгорания:

Подставить в уравнение сгорания имеющиеся значения величин, решить полученное квадратное уравнение относительно

и найти его значение, :

Определить максимальное давление в конце процесса сгорания (теоретическое):

Определить максимальное давление в конце процесса сгорания (действительное):

Определить степень повышения давления:

Процесс расширения.

Показатель адиабаты расширения для двигателя с впрыском топлива определить по номограмме (рисунок, приложение 3) при заданном для соответствующих значений и , а средний показатель политропы расширения оценивается по величине среднего показателя адиабаты, . По имеющимся значениям и определить точку пересечения. Через полученную точку проводим горизонталь до пересечения с вертикалью, опущенной из точки , получая какое-то значение . Далее двигаемся по этой кривой до пересечения с вертикалью, опущенной из заданного значения .

Ордината точки пересечения дает искомое значение .

Определить давление процесса расширения

Определить температуру процесса расширения:

Проверить правильность ранее принятого значения температуры остаточных газов (погрешность не должна превышать 5% для всех скоростных режимов работы двигателя).

.

Тепловой баланс двигателя

В общем виде внешний тепловой баланс двигателя определяется из следующих составляющих:

где - общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом, ; - теплота, эквивалентная эффективной работе двигателя за время 1 с, ; - теплота, потерянная с отработавшими газами, ; - теплота, передаваемая охлаждающей среде, ; - теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива, ; - неучтенные потери теплоты, .

Общее количество теплоты определить по формуле:

где - часовой расход топлива

,

Теплоту, эквивалентную эффективной работе двигателя, определить по формуле:

Теплоту, потерянную с отработавшими газами, определить по формуле:

 

- теплоемкость отработавших газов (определить из методички) ;

- теплоемкость свежего заряда. Определить методом интерполяции исходя из следующих значений:

- при температуре ;

- при температуре ;

Теплоту, передаваемую охлаждающей среде, определить по формуле:

- для двигателей с искровым зажиганием:

где - коэффициент пропорциональности - для 4-х тактных двигателей; - число цилиндров; - диаметр цилиндра, ; - частота вращения коленчатого вала двигателя, ; - показатель степени - для четырехтактных двигателей.

 

Теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива, определить по формуле:

Неучтенные потери теплоты определить по формуле:

 

Составляющие теплового баланса сводятся в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 – Основные величины теплового баланса двигателя

Составляющие теплового баланса	Q,Дж/с
Общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом	167422,1
Теплота, эквивалентная эффективной работе
Теплота, потерянная с отработавшими газами
Теплота, передаваемая охлаждающей среде	27271,78
Теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива	9435,43
Неучтенные потери теплоты	17760,89

ВВЕДЕНИЕ

 

Двигатель ЗМЗ — 4062.10 бензиновый (рис. 1), 4-х тактный, с 4-х клапанной схемой газораспределения, двумя верхними распределительными валами, центральным расположением свечей зажигания.
Двигатель имеет комплексную микропроцессорную систему управле­ния впрыском топлива и зажиганием с обратными связями по датчику дето­нации и датчику кислорода в отработавших газах.
Применение блока цилиндров из чугуна обеспечивает высокую жест­кость конструкции и стабильность параметров двигателя, что увеличивает его надежность и долговечность. С целью снижения трудоемкости обслужи­вания в двигателе применены гидравлические толкатели клапанов, гидравли­ческие натяжители цепей, необслуживаемые датчики, поликлиновый ремень привода вспомогательныхагрегатов.
Двигатель ЗМЗ-4062.10 предназначен для установки на легковые автомобили среднего класса (рис. 2) и микроавтобусы.

 

Рисунок 1 – двигатель ЗМЗ-4062.10 Рисунок 2 – автомобиль ГАЗ-3110

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

 

- двигатель – ЗМЗ-4062.10

- тип двигателя (четырехтактный, четырехцилиндровый, с рядным расположение цилиндров);

- частота вращения коленчатого вала ;

- эффективная мощность ;

- степень сжатия ;

- коэффициент избытка воздуха ;

- вид топлива – бензин АИ-95 ГОСТ Р 51105-97, средний элементарный состав и молекулярная масса: , , ;

- ход поршня ;

- диаметр цилиндра ;

- литраж двигателя ;

- фазы газораспределения, открытие впускного клапана - 20⁰, закрытие впускного клапана – 52⁰, открытие выпускного клапана – 52⁰, закрытие выпускного клапана – 20⁰;

- постоянная КШМ .

 

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ С РАСПРЕДЕННЫМ ВПРЫСКОМ ТОПЛИВА

Топливо

Определить низшую теплоту сгорания топлива

Параметры рабочего тела

Определить теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива:

Определить количество свежего заряда:

Определить общее количество отдельных компонентов продуктов сгорания:

где - постоянная величина, зависящая от отношения количества водорода к оксиду углерода, содержащихся в продуктах сгорания ( - бензин).

Определить общее количество продуктов сгорания: