Тепловой расчет рабочего цикла двигателя

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время, почти все отрасли народного хозяйства связаны с сильно связаны с топливно-энергетическим комплексом. Одна из частей этого комплекса – двигатели внутреннего сгорания (ДВС). ДВС, за счет того, что им присущи различные качества, могут использоваться во множестве различной техники.

На данный момент развитие ДВС направляется по пути увеличения эффективности, совмещенной с экономичностью и экологичностью. Это происходит из-за того, что природные ресурсы планеты, из которых производятся топлива, конечны, а также по причине того, что человечество, наконец, обратило внимание на экологию нашей планеты.

Все выше перечисленное возможно только при точных расчетах ДВС, еще на этапе его конструирования. Однако из-за сложности процессов, происходящих внутри, на которые влияет огромное число факторов, сделать абсолютно точные вычисления невозможно, что приводит к необходимости создавать экспериментальные образцы и уже на них замерять все необходимые данные.

Тепловой расчет рабочего цикла двигателя – это первый и наиболее важный этап проектирования ДВС. Он позволяет аналитическим способом определить основные конструктивные параметры вновь проектируемого или модернизируемого двигателя, а также оценить индикаторные и эффективные показатели работы созданного двигателя.

По данным теплового расчета строят индикаторную диаграмму и находят среднее индикаторное давление, а по заданной мощности определяют число и размеры цилиндров для проектируемого двигателя.

               Окончательные показатели рабочего цикла нового двигателя получают при испытании опытного образца.

РАЗДЕЛ 1

1. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ РАБОЧЕГО ЦИКЛА ДВИГАТЕЛЯ

В соответствии с заданием на курсовое проектирование, выбранным по таблице 1, необходимо выполнить тепловой расчет рабочего цикла  четырехтактного двигателя на номинальном режиме работы, то есть на режиме максимальной мощности, которую  развивает данный двигатель. Выбранный расчетный режим соответствует наиболее тяжелым условиям работы деталей двигателя в отношении показателей их прочности и долговечности.

На основании теплового расчета с достаточной для практики точностью можно построить индикаторную диаграмму, позволяющую определить величину давления газов в цилиндре в зависимости от переменного объема  пространства над поршнем. Эти данные необходимы для расчета деталей двигателя на прочность, выявить экономичность процесса, определить основные параметры двигателя.

1. Рабочее тело и его свойства

Рабочим телом называется вещество, при помощи которого осуществляется действительный рабочий цикл двигателя. Для двигателей внутреннего сгорания рабочее тело состоит из атмосферного воздуха, топлива и продуктов его сгорания.

1. Топливо

Теплота, необходимая для осуществления рабочего цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания, выделяется при химических реакциях сгорания топлива непосредственно в цилиндре двигателя.

Физико-химические свойства топлив, применяемых в автомобильных двигателях, должны отвечать определенным требованиям, зависящим от типа двигателя, особенностей его конструкции, параметров рабочего процесса и условий эксплуатации.

Для двигателей с воспламенением от искры ориентировочно можно принять следующую взаимосвязь допустимой степени сжатия и необходимого октанового числа топлива по таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Зависимость октанового числа бензина от степени сжатия автомобильного двигателя.

При одинаковом октановом числе топлива допустимая степень сжатия карбюраторного двигателя выбирается по нижнему пределу.

Все виды топлив, используемые в автотракторных двигателях, представляют собой смесь различных углеводородов и отличаются элементным составом.

Элементный состав жидких топлив (бензин, дизельное топливо) обычно выражается в единицах массы (кг), а газообразных –  в объемных единицах (м3 или моль).

Для жидких топлив:

С +H+O=1,                               (1.1)

где С, Н и О – массовые доли углерода, водорода и кислорода в 1 кг топлива.

Средний элементный состав бензинов и дизельных топлив в массовых долях представлен в таблице 1.2.

Таблица 1.2 – Химический состав автомобильных топлив.

При тепловом расчёте ДВС пользуются значением низшей теплоты сгорания топлива, под которой понимается количество теплоты,  выделяемое при полном сгорании топлива без учета теплоты конденсации водяных паров. Низшая теплота сгорания определяется по формуле Д.И. Менделеева: