Тепловой расчет двигателя при его работе на жидком топливе и переводе его на газ
Базовый ВАЗ-2109 оснащали поперечно расположенным карбюраторным 1,3-литровым четырехцилиндровым двигателем мощностью 65 л.с., с которым полностью загруженный автомобиль (полезная нагрузка 425 кг) разгоняется до 100 км/ч за 18 с и достигает скорости 156 км/ч. Его прекратили выпускать с 1997 года в связи с прекращением производства недостаточно мощных двигателей типа ВАЗ-2108. Более стильную модель… Читать ещё >
Тепловой расчет двигателя при его работе на жидком топливе и переводе его на газ (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ.
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ.
«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ».
(ЛГТУ) Кафедра автомобилей и тракторов.
Расчетное задание.
По дисциплине: Инжекторные системы впрыска На тему: «Тепловой расчет двигателя при его работе на жидком топливе и переводе его на газ».
1. Краткая техническая характеристика двигателя-прототина.
2. Описание конструкции системы питания.
3.Тепловой расчет двигателя.
3.1 Параметры свежего заряда рабочего тела.
3.2 Параметры рабочего тела в процессе впуска.
3.3 Процесс сжатия.
3.4 Процесс сгорания.
3.5 Процесс расширения.
3.6 Индикаторные показатели рабочего процесса.
3.7 Механические потери и эффективные показатели двигателя.
4. Расчет и построение внешней скоростной характеристики.
5. Построение индикаторной диаграммы в координатах P — V.
Вывод.
XX век — это мир техники. Могучие машины добывают из недр земли миллионы тонн угля, руды, нефти. Мощные электростанции вырабатывают миллиарды киловатт-часов электроэнергии. Тысячи фабрик и заводов изготавливают одежду, радиоприемники, телевизоры, велосипеды, автомобили, часы и другую необходимую продукцию. Телеграф, телефон и радио соединяет нас со всем миром. Поезда, теплоходы, самолеты с большой скоростью переносят нас через материки и океаны. А высоко над нами, за пределами земной атмосферы, летают ракеты и искусственные Спутники Земли. Все это действует не без помощи электричества.
Сегодня один из самых распространенных тепловых двигателей — двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Его устанавливают на автомобили, корабли, тракторы, моторные лодки и т. д., во всем мире насчитываются сотни миллионов таких двигателей.
Выпуск двигателей является одним из самых затратои трудоемких процессов. Как продукт двигатель требует жесткого соблюдения технических требований, которые в свою очередь обусловлены общими требованиями к автомобилю и сводится к следующему: обеспечению необходимых энергетических характеристик; соблюдению постоянно ужесточающихся международных и российских норм по уровню вредных выбросов и излучению шума; существенному уменьшению эксплуатационных расходов топлива и масла; возможности работы на альтернативных топливах не нефтяного происхождения; снижению расхода природных ресурсов на производство и эксплуатацию двигателей; достижению приемлемых ценовых факторов, позволяющих поддерживать конкурентоспособность автомобилей.
Для выполнения всех этих требований необходимы, во-первых, значительные собственные либо заемные финансовые ресурсы; во-вторых, меры государственного масштаба.
Основные типы автомобильных двигателей, выпускаемые в нашей стране, — бензиновый и дизельный, при доминирующем положении бензиновых. Надо сказать, что в Европе процессы дизелизации происходят на порядок интенсивнее. Бензиновые двигатели применяют чаще на легковых автомобилях, небольших грузовиках и мини-вэнах. Дизельные двигатели применяют в основном на грузовых автомобилях и автобусах, где их преимущества в высокой топливной экономичности и ресурсе наиболее весомы.
Несмотря на достаточное количество производителей, модельный ряд российских автомобилей и двигателей все-таки беден, хотя уровень производства собственно двигателей на российских предприятиях ряд экспертов оценивают как вполне достаточный. В любом случае он выше, чем уровень технологии на многих двигателестроительных заводах, к примеру, в Азии. Однако на российских предприятиях нельзя производить многие высокотехнологичные узлы, необходимые современным двигателям — современный турбонаддув, современную систему управления впрыском топлива. Менее оптимистичные оценки свидетельствуют о низком технологическом уровне. Также необходимо иметь в виду, что еще с советских времен на российских предприятиях существовала проблема нестабильности технологического процесса и, соответственно, качества. Эта трудность существует и сейчас. В сложившейся ситуации большинство российских двигателестроительных заводов вынуждено развиваться самостоятельно, что в современных условиях в ряде случаев практически невозможно. Этим же объясняется нарастающее системное отставание по уровню внедренных конструкторских разработок.
Естественно, что уровень российского двигателестроения, как и автопрома, не столь высок относительно общемировых стандартов. Но от двигателестроительных производителей Бразилии, Индии и даже Китая российских производителей выгодно отличает наличие устойчивой базовой технологии. Это означает, что при равном отставании в области применения высоких технологий российские двигатели будут иметь хорошие конкурентные преимущества на рынках Латинской Америки, Центральной и Южной Азии.
Что в связи с этим может ожидать наших моторостроителей? По ряду оценок, в ближайшие 5−10 лет российские двигателестроительные предприятия могут уйти в нишу дешевых двигателей с более низкими характеристиками по мощности, экологичности, топливопотреблению и, разумеется, по цене. Рынок стран с развитым автомобилестроением будет полностью закрыт для российских моторостроителей. Однако рынок развивающихся автомобильных держав откроет для отечественных производителей моторов новые интересные перспективы.
1. Краткая техническая характеристика двигателя-прототина.
Базовый ВАЗ-2109 оснащали поперечно расположенным карбюраторным 1,3-литровым четырехцилиндровым двигателем мощностью 65 л.с., с которым полностью загруженный автомобиль (полезная нагрузка 425 кг) разгоняется до 100 км/ч за 18 с и достигает скорости 156 км/ч. Его прекратили выпускать с 1997 года в связи с прекращением производства недостаточно мощных двигателей типа ВАЗ-2108. Более стильную модель ВАЗ-21 093 (которая теперь является единственной «девяткой» в заводской программе) оснащают 72-сильным 1,5-литровым двигателем ВАЗ-21 083, у которого при сохранении скоростных и экономических параметров на секунду лучший результат по разгону с места до сотни. ВАЗ-21093i — с 1,5-литровым инжекторным двигателем. Так же выпускалась модификация с двигателем рабочим объемом 1,1 л (ВАЗ-21 091).
Краткая техническая характеристика по базовому двигателю:
1. Максимальная мощность Ne max = 47,5 кВт.
2. Частота вращения при максимальной мощности nNe max =5600 об/мин.
3. Число и расположение цилиндров — 4, рядное расположение.
4. Степень сжатия е=9,9.
5. Диаметр цилиндра D = 76 мм.
6. Ход поршня S = 71 мм.
7. Отношение S/D = 1,07.
8. Максимальный крутящий момент Ме max = 121,6 Н•м.
9. Частота вращения при максимальном крутящем моменте nMe max =3400 об/мин.
10. Литраж двигателя Vл = 1,3 л.
11. Минимальный удельный расход топлива ge =312 г/кВт•ч.
12. Форма камеры сгорания.
Система питания имеет следующие особенности:
увеличена емкость топливного бака до 43 л; пробка заливной горловины топливного бака на некоторых автомобилях снабжена замком;
на топливоподающем трубопроводе установлен топливный фильтр тонкой очистки;
для стабилизации давления на входе в карбюратор предусмотрена обратная топливная ветвь для слива излишков топлива в бак;
использован новый карбюратор, обеспечивающий экономичную смесь — на различных режимах работы двигателя;
для удобства пользования и снижения токсичности при пуске двигателя карбюратор имеет диафрагменное пусковое устройство;
улучшена термостабильность системы подачи воздуха, забор которого в условиях высокой температуры окружающей среды осуществляется из предрадиаторного пространства, а при низких температурах — из зоны выпускного коллектора.
2. Описание конструкции системы питания.
Двигатель ваз 2108 с инжекторной системой питания..
Топливопровод с топливной рампой.
Форсунка (инжектор) — управляемый электромагнитный клапан, обеспечивающий дозированную подачу топлива в цилиндры двигателя. Существуют форсунки для центрального (одноточечного, моно) и для распределённого (многоточечного) впрыска. Блок управления — электронный блок, управляющий системой впрыска, в частности работой форсунок.
Многие современные автомобили оснащаются системами впрыска топлива. Состояние форсунок — неотъемлемой части системы впрыска — во многом определяет эффективность работы двигателя. Впрыск топлива имеет неоспоримые преимущества по сравнению с карбюраторным принципом смесеобразования. В первую очередь, это более точное дозирование топлива, а следовательно, большая экономичность и приемистость автомобиля и меньшая токсичность отработавших газов. Однако основная исполнительная деталь системы впрыска — форсунка — работает в тяжелых условиях и поэтому весьма требовательна к обслуживанию.
ГАЗОВЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ИНЖЕКТОРНОГО АВТОМОБИЛЯ ВАЗ..
Когда под натиском научно-технического прогресса карбюраторные системы подачи топлива, доминировавшие в автомобильной промышленности продолжительное время, уступили своё место впрысковым системам, лучшие дни традиционных газовых редукторных систем отошли в прошлое. Незадолго до наступления этой новой эры автомобилестроения производители газовой аппаратуры начали активные поиски решений по адаптации традиционных редукторных газовых систем к реальности современного инжекторного автомобиля.
Системы усложнялись введением новых электронных устройств, и каждая новая комбинация провозглашалась гордым именем нового поколения. Однако результат все равно оставался неудовлетворительным, поскольку, как и в редукторной системе, подача газа по-прежнему осуществлялась через смеситель в пространство перед дроссельной заслонкой, далеко от камеры сгорания. Серьёзные недостатки такой стратегии топливоподачи проявлялись в нестабильности работы двигателя, опасности воспламенения газовоздушной смеси, заполняющей впускной коллектор, и разрушения самого впускного коллектора (т.н. хлопки), значительном ухудшении динамических характеристик автомобиля и излишне высоком расходе газа. В конечном счете, после серии неудачных экспериментов пришло понимание, что для осуществления возможности работы инжекторного автомобиля на газовом топливе современная газовая система в своих принципах должна иметь сходные алгоритмы работы с современной бензиновой системой, так же как газовый редуктор повторял логику работы бензинового карбюратора. В такой системе подача топлива должна быть не постоянной, а цикловой, причём расположение подающего газ устройства должно быть максимально приближено к камере сгорания.
Поэтому общепринятая система классификации поколений автомобильных газовых систем, если исходить из принципа дозирования топлива, представляется несколько искусственной, с неподобающим распределением статусов нового поколения.
Распределенный впрыск газа — это принципиально новая технология, которая и является по сути настоящим вторым поколением автомобильных газовых систем. В любом случае нумерация поколений — это вопрос предпочтений, в то время как реальные эксплуатационные свойства систем разных производителей и различия в их конструкциях представляют несомненный интерес.
ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ РАСПРЕДЕЛЁННОГО ВПРЫСКА ГАЗА. ОБЩИЙ ПРИНЦИП РАБОТЫ..
Сжиженный нефтяной газ (далее СНГ), хранящийся в баллоне, подаётся под собственным давлением по медным трубопроводам в подкапотное пространство автомобиля. Обычное давление СНГ в баллоне составляет летом 7−12 Атм., а зимой 0.5 — 4 Атм.
При достижении температуры -43°С давление падает до нуля и подача СНГ прекращается.
· 1 — газовый клапан.
· 2 — испаритель / регулятор давления СНГ.
· 3 — температурный датчик.
· 4 — питание от силовой цепи зажигания.
· 5 — заземление на корпус автомобиля.
· 6 — газовый фильтр 5−7 мкм.
· 7 — газовый инжектор
· 8 — бензиновая форсунка.
· 9 — кабель эмулятора бензиновых форсунок.
· 10 — подающая трубка.
· 11 — переключатель вида топлива с индикатором.
· 12 — электронный блок управления.
· 13 — впускной воздушный коллектор двигателя.
· 14 — двигатель автомобиля.
СНГ проходит через электромагнитный клапан отсечки и поступает в редуктор. К редуктору подводится охлаждающая жидкость двигателя для подогрева, чтобы СНГ начал активно испаряться. При испарении СНГ расширяется и создает рабочее давление. Величина рабочего давления может быть отрегулирована на заводе изготовителе, либо возможность регулировки может быть предусмотрена на редукторе. Обычно регулировка осуществляется вращением винта, находящегося в центре передней крышки редуктора.
Далее испаренный газ проходит по трубопроводу в фильтр тонкой очистки, где отделяются механические примеси. После фильтра газ проходит по трубопроводу в распределительную рампу, откуда поступает к газовым инжекторам. Газовый инжектор открывается по сигналу электронного блока управления, пропуская дозу газа, и закрывается по окончании сигнала электронного блока. Бензиновая схема топливоподачи повторяется с той лишь особенностью, что газ, в отличие от бензина, очень хорошо смешивается с воздухом, и не требует тщательно сформированного факела распыления.
Электронный блок управления считывает управляющие сигналы бензиновых форсунок, вырабатываемые штатным блоком управления автомобиля, и сигналы дополнительных датчиков, поставляемых с газовой системой, и формирует расчетным образом сигналы управления газовыми инжекторами, отключая при этом сами бензиновые форсунки.
3. Тепловой расчет двигателя.
Тепловой расчет двигателя служит для определения параметров рабочего процесса. В первую очередь производится определение этих параметров для базового двигателя, работающего на жидком топливе (в карбюраторном и инжекторном вариантах). В связи с тем, что газовые двигатели создаются на базе бензиновых, тепловой расчет двигателя при изменении конструкции системы питания проводится с целью определения изменения параметров рабочего процесса, мощностных и экономических показателей по сравнению с базовым двигателем.
Использование газового топлива может осуществляться либо при неизменной степени сжатия, либо с ее повышением. Увеличение степени сжатия проводится либо постановкой новой головки блока с уменьшенной камерой сгорания, либо установкой поршней с увеличенной головкой поршня. На двигателях легковых автомобилей, имеющих высокую степень сжатия (8…10), перевод на газовое топливо (сжиженный газ) проводят без изменения степени сжатия.
Введем следующие обозначения:
А) для карбюраторных двигателей Б) для газовых двигателей В) для двигателей с электронным впрыском.
3.1 Параметры свежего заряда рабочего тела.
Теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания :
А) для сгорания 1 кг бензина (С = 0,85; H = 0,145):
Б) для сгорания 1 кг сжиженного нефтяного газа (СНГ), состоящего из 52% пропана (C3H8) и 48% бутана (С4H10):
=.
В) для сгорания 1 кг бензина (С = 0,85; H = 0,145):
Количество свежего заряда в конце впуска:
А) ,.
где — коэффициент избытка воздуха, =0,8 .
мт — молярная масса паров бензина; мт=110…120 кг/кмоль.
Б).
L0 ГТ — теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания газового топлива. При использовании СНГ в данную формулу подставляется L0 СНГ. Значение б для сжиженного газа лежит в пределах 0,8…0,9.
В) ,.
где для впрыска бензина равно 1.
3.2 Параметры рабочего тела в процессе впуска.
Давление окружающей среды Р0=0,1013 МПа, температура окружающей среды Т0 = 293 К.
Давление в конце впуска, МПа:
.
где ДР — потери давления на впуске из-за сопротивления впускной системы. Величина ДР лежит в пределах для двигателей, работающих на :
а) бензине — (0,1…0,15)Р0, причем большее значение применяется для карбюраторных двигателей, меньшее — для инжекторных.
в) газовом топливе. — (0,18…0,20)Р0;
А) МПа;
Б)МПа;
В) МПа.
А) Ра = 0,1013−0,15 195=0,0861 МПа.
Б) Ра = 0,1013−0,0185=0,0828 МПа.
В) Ра = 0,1013−0,1 013=0,0912 МПа.
Давление остаточных газов в конце впуска:
Рr = Р0 + Р;
А) Рr = 0,1013+0,15 195=0,1165 МПа.
Б) Рr = 0,1013+0,0185=0,1198 МПа.
В) Рr = 0,1013+0,1 013=0,1114 МПа.
Температура остаточных газов, К:
Tr = 700 + 0.067n.
Величина Tr лежит в предела 900…1100К для бензиновых двигателей и уменьшается на 50…100К для газовых.
А) Tr = 1075,2.
Б) Tr = 1000.
В) Tr = 1045.
Коэффициент остаточных газов.
;
А) Тсм — температура смеси воздуха с газовым топливом. Для двигателей, работающих на жидком топливе, Тсм=Т0=293 К.
Тr =1075,2 K; Pr =0,1165 МПа; Ра =0,0861 МПа;
е=9,9;
Величина ДТ определяется по имперической зависимости:
=5 К.
цдоз — коэффициент дозарядки цилиндра. Для бензиновых двигателей выбирается в зависимости от скоростного режима по рис. 5.
цоч — коэффициент очистки цилиндра. Для всех типов двигателей цоч=1;
Б) Тсм — температура смеси воздуха с газовым топливом. Для двигателей, работающих на газовом топливе, определяется по формуле:
.
где б=0,85; L0ГТ= 27,24 кмоль/кг; Тгаз=Т0+ДТ? — температура газового топлива на входе в цилиндр, К, Тгаз=293+15=308 К;
ДТ? =15…20° - подогрев газа при прохождении его от смесителя до цилиндра.
К;
ДТ? =17°; Тr=1000 К; Pr =0,1198 МПа; Ра =0,0828 МПа; е=9,9;
В) Тсм=Т0=293 К; ДТ =5 К; Тr=1045 К; Pr =0,1114 МПа; Ра =0,0912 МПа; е=9,9;
Температура газа в конце впуска, К:
А) К;
Б) К;
Б) К.
Коэффициент наполнения:
.
А) ;
Б) ;
В) .
3.3 Процесс сжатия.
Давление заряда в конце сжатия, МПа:
.
А) МПа;
Б) МПа;
В) МПа.
где n1 — показатель политропы сжатия, для двигателей, работающих на жидком топливе, рассчитывается по эмпирическому уравнению:
=;
для газового топлива принимается равным 1,37…1,39.
Температура заряда в конце сжатия, К:
А) К;
Б) К;
В) К.
Средняя мольная теплоемкость заряда, в конце процесса сжатия для всех типов двигателей:
.
А) кДж/кмоль;
Б) кДж/кмоль;
В) кДж/кмоль.
3.4 Процесс сгорания.
Количество продуктов сгорания () или () для:
А) бензиновых двигателей:
=;
Б) сжиженного газа:
=.
=.
В) =.
Коэффициент молекулярного изменения.
.
А).
Б).
В).
Потери теплоты из-за неполноты сгорания при б<1:
.
А) ;
Б) ;
В) т.к. б=1.
Здесь — низшая теплота сгорания, для бензина = 43 900 кДж/м3, для сжиженного газа = 98 000 кДж/м3.
Коэффициент использования теплоты Коэффициент использования теплоты выражает долю низшей теплоты сгорания топлива, используемую на повышение внутренней энергии газа и на совершение работы.
Величина коэффициента использования теплоты принимается на основе экспериментальных данных в зависимости от конструкции двигателя, режима его работы, системы охлаждения, формы камеры сгорания, способа смесеобразования, коэффициента избытка воздуха и частоты вращения коленчатого вала. Коэффициент использования теплоты для карбюраторных двигателей определяется по имперической формуле.
А).
Б).
В).
Температура газов в конце сгорания определяется из уравнения сгорания для:
А) и В) бензиновых двигателей:
;
Б) газового двигателя с искровым зажиганием:
Низшая теплота сгорания Hu: для бензинов — 43 900 кДж/кг, для сжиженного газа — 98 000 кДж/м3;
Средняя мольная теплоёмкость (кДж/кмоль град) продуктов сгорания для:
бензинового и газового топлива:
;
В результате подстановки значения б и решения получим новые уравнения вида:
;
.
После подстановки этих значений в уравнения сгорания их правые части принимают вид. В результате уравнение сгорания с учетом определенных ранее величин принимает вид.
.
Решая уравнение относительно ТZ, находим.
.
Величина ТZ определяется на ЭВМ при помощи таблицы Excel.
Таблица 1.
a. | 20,48. | 20,61. | ||
b. | 0,2 654. | 0,2 723. | 0,293. | |
A. | 0,2 946. | 0,2 696. | 0,3 077. | |
B. | 22,7328. | 20,4039. | 22,05. | |
C. | 78 645,66. | 74 774,25. | 91 876,47. | |
Tz. | 2590,16. | |||
Давление газов в конце сгорания для двигателей с искровым зажиганием, МПа:
А).
Б).
В).
Действительное давление газов в конце сгорания для двигателя с искровым зажиганием, МПа:
..
А).
Б).
В).
Степень повышения давления для двигателей с искровым зажиганием:
.
А).
Б).
В).
3.5 Процесс расширения.
Средний показатель политропы расширения для двигателей, работающих на жидком топливе:
.
А) ;
Б).
В).
Давление (МПа) и температура газов (К) в конце расширения для:
; .
А) ;
Б) ;
В) .
3.6 Индикаторные показатели рабочего процесса.
Теоретическое среднее индикаторное давление цикла (МПа) для двигателей с искровым зажиганием:
;
Величина Рi' рассчитывается на ЭВМ при помощи таблицы Excel.
Таблица 2.
Рc. | 1,686. | 1,587. | 1,786. | |
л. | 3,75. | 3,54. | 3,64. | |
n1. | 1,39. | 1,38. | 1,39. | |
n2. | 1,203. | 1,225. | 1,203. | |
P`i. | 1,1371. | 0,9623. | 1,1590. | |
Действительное среднее индикаторное давление МПа:
.
где ц — коэффициент полноты индикаторной диаграммы. Коэффициент полноты диаграммы принимается равным:
— для бензиновых двигателей с электронным впрыском — 0,95…0,98;
— для карбюраторных и газовых двигателей — 0,94…0,97;
А) ;
Б) ;
В) .
Индикаторный кпд А).
Б).
В).
Индикаторный удельный расход топлива Индикаторный удельный расход жидкого топлива, :
.
А) ;
В).
Индикаторный удельный расход газового топлива, :
.
Б).
Индикаторный удельный расход теплоты на единицу мощности, :
А) двигатели, работающие на жидком топливе:
Б) двигатели, работающие на газовом топливе:
В) двигатели, работающие на жидком топливе:
При определении индикаторного удельного расхода теплоты для жидкого топлива величина низшей теплоты сгорания подставляется в Дж/кг, газового — в МДж/м3.
3.7 Механические потери в двигателе и эффективные показатели его работы.
Среднее давление механических потерь (МПа) для:
бензиновых двигателей с числом цилиндров до 6 и отношением S/D>1:
;
где Ст — средняя скорость поршня, м/с.
.
где S — ход поршня, м; n — частота вращения об/мин.
Pм = 0,049 + 0,0152 М 13,25 = 0,250 МПа Для впрыска: Pм = 0,024 + 0,0053 М Cm = 0,094 МПа.
Среднее эффективное давление, МПа:
.
А) для бензиновых двигателей: Ре = Рi - Рм = 1,08−0,250=0,83;.
Б) для газовых двигателей: Ре = Рi - Рм = 0,92−0,250=0,67;
В) для впрыска Pe=1,1−0,103=0,997.
Механический кпд.
.
А).
Б).
В).
Эффективный кпд.
.
А).
Б).
В).
Эффективный удельный расход топлива А) ge для двигателей, работающих на жидком топливе, :
;
Б) Ve для двигателей, работающих на газовом топливе:
.
В) ge для двигателей, работающих на жидком топливе, :
;
В связи с тем, что теплота сгорания газового топлива изменяется в широких пределах, в газовых двигателях оценку экономичности проводят по эффективному расходу теплоты, :
Б) Для двигателей, работающих на жидком топливе, :
А).
В).
Эффективная мощность двигателя, кВт:
;
А).
Б).
В).
Часовой расход топлива:
А) для двигателей, работающих на жидком топливе, :
;
Б) для двигателей, работающих на газовом топливе, :
.
В) для двигателей, работающих на жидком топливе, :
;
4. Расчет и построение внешней скоростной характеристики.
Расчет параметров скоростной характеристики ведется по следующим уравнениям:
А) эффективная мощность, кВт:
.
где Nex — эффективная мощность на различных скоростных режимах, кВт;
Ne — мощность по заданию, кВт;
nx — текущее значение частоты вращения, об/мин;
ne — частота вращения по заданию, об/мин.
Таблица 3.
n. | |||||||
карб Nвх. | 13,66. | 29,21. | 43,82. | 54,66. | 58,90. | 53,72. | |
газов Nвх. | 10,95. | 23,41. | 35,12. | 43,80. | 47,20. | 43,05. | |
инж Nвх. | 16,96. | 36,26. | 54,39. | 67,84. | 73,10. | 66,67. | |
Б) эффективный удельный расход топлива:
— для бензиновых и дизельных двигателей, г/кВт•ч:
;
— для газовых двигателей, м3/кВт•ч:
.
где ge и Ve — эффективные удельные расходы жидкого и газового топлива, полученные в тепловом расчете.
Таблица 4.
n. | |||||||
карб ge. | 356,5. | 313,72. | 299,46. | 313,72. | 356,5. | 427,8. | |
газов Ve. | 149,6. | 142,8. | 149,6. | ||||
инж ge. | 248,5. | 218,68. | 208,74. | 218,68. | 248,5. | 298,2. | |
В) часовой расход топлива, кг/ч:
.
г) крутящий момент, Н•м:
.
Таблица 5.
n. | |||||||
карб Мвх. | 116,58. | 124,62. | 124,62. | 116,58. | 100,50. | 76,38. | |
газов Мвх. | 93,42. | 99,86. | 99,86. | 93,42. | 80,54. | 61,21. | |
инж Мвх. | 144,68. | 154,66. | 154,66. | 144,68. | 124,73. | 94,79. | |
карб Gтх. | 4,9. | 9,2. | 13,1. | 17,1. | 21,0. | 23,0. | |
газов Gтх. | 1,9. | 3,5. | 5,0. | 6,6. | 8,0. | 8,8. | |
инж Gтх. | 4,2. | 7,9. | 11,4. | 14,8. | 18,2. | 19,9. | |
Рис. 5. Скоростная характеристика В связи с тем, что удельный расход топлива для двигателей на жидком и газовом топливе измеряется в различных величинах, для сравнения этих двигателей по экономичности используют удельные расходы теплоты.
С использованием данных теплового расчета и скоростных характеристик составляется таблица основных параметров рабочего процесса и показателей работы двигателя на базовом (жидком) и газовом топливе.
Основные параметры рабочих процессов и показателей двигателя на различных видах топлива Таблица 6.
Вид топлива. | е. | Pс. | Тс. | Рz. | Tz. | Рb. | Tb. | зi. | зм. | зе. | ge(Ve). | Ne. | Mmax. | Me. | |
Кврбюратор | 9,9. | 2,084. | 791,9. | 6,12. | 2590,16. | 0,38. | 1626,3. | 0,28. | 0,76. | 0,26. | 315,4. | 50,3. | 100,5. | 80,88. | |
Газ. | 9,9. | 1,958. | 4,95. | 0,29. | 1611,9. | 0,299. | 0,7. | 0,20. | 0,17. | 40,6. | 79,6. | 64,16. | |||
Впрыск. | 9,9. | 2,207. | 728,6. | 6,26. | 0,39. | 0,33. | 0,91. | 0,30. | 273,3. | 60,4. | 181,8. | 146,52. | |||
5. Построение индикаторной диаграммы в координатах P - V.
Индикаторная диаграмма строится в левом верхнем углу листа графической части. Размеры диаграммы должны быть такими, чтобы её высота была в 1.5…1,7 раза больше основания. Построение индикаторной диаграммы проводится в следующем порядке:
а) определяется объем камеры сгорания, л:
.
б) строятся оси P и V, выбирается масштаб;
в) на осях откладываются величины Va, Vc, Vh, Pa, Pc, Pz, Pb, Pr, определенные в тепловом расчете; проводится линия атмосферного давления Р0=0,1 МПа;
г) производится построение линий впуска и выпуска. В связи с тем, что для двигателей без наддува давления этих процессов незначительно отличаются от давления Р0, то их проводят с некоторым отклонением от масштаба давлений: впуск на 1 мм ниже, а выпуск — на 1 мм выше линии Р0;
д) построение политропы сжатия а — с проводится аналитическим методом. Давление в любой точке политропы сжатия Рсх определяется из уравнения политропы:. Таким образом, можно записать:
.
где Vx — объем, соответствующий точке политропы с давлением Рсх..
Давление в любой точке политропы сжатия.
.
Принимая для бензиновых и газовых двигателей Vx=2Vc; 3Vc; 4Vc и т. д. получаем и т. д.
Полученные точки соединяются с помощью лекал.
ж) построение политропы расширения z — b проводится аналитическим методом. Давление в любой точке политропы расширения Рzx определяется из уравнения политропы:. Таким образом, можно записать:
.
где Vx — объем, соответствующий точке политропы с давлением Pzx.
Давление в любой точке политропы расширения.
.
Принимая для бензиновых и газовых двигателей Vx=2Vz; 3Vz; 4Vz и т. д. (для данных типов двигателей Vz=Vc) получаем и т. д.
з) для построения реальной политропы сжатия с учетом угла опережения зажигания для бензиновых и газовых двигателей определяются точки с' и с?:
Рс?=(0,8…0,9)Рс;
Рс?=(1,15…1,25)Рс.
Точка с? откладывается на теоретической политропе сжатия, а точка с? — на вертикале cz. Для получения действительной политропы сжатия необходимо соединить точки с? и с? минуя точку с.
и) на политропе расширения индикаторной диаграммы бензиновых и газовых двигателей наносят точку zд:. Данная точка соединяется с точкой с? прямой линией.
Индикаторные диаграммы приведены на графике.
Вывод.
Для двигателя ВАЗ-2109 произвели тепловой расчет при работе на жидком топливе и при переводе на газовое без изменения степени сжатия. Получив данные, мы сделали соответствующие выводы: при применении инжекторной системы питания эффективная мощность двигателя увеличивается по сравнению с карбюраторной и газовой системами. Но чтобы этого добиться, необходимо на автомобиль установить очень сложную конструкцию.
При переходе на газовое питание мощность резко падает, но при этом и расход топлива существенно снижается, что экономически выгодно. Также не менее важным недостатком является значительный выброс СН в режимах холостого хода и при малой нагрузке.
Сейчас карбюраторы уже отживают свой век, так как даже, несмотря на сложность применяемых конструкций для инжекторных систем, они более экономичны и практичны. Топливная пленка — причина неполного сгорания топлива и выделения значительного количества токсичных веществ. Поэтому карбюраторы являются наиболее грязными в экологическом отношении. Также невозможность равномерного распределения топлива по цилиндрам. Из-за чего двигатели с карбюраторами имеют высокий расход топлива и не отдают полной мощности.