Расчет процесса наполнения
Давление в цилиндре в конце процесса наполнения для четырехтактных ДВС без наддува можно ориентировочно принять:
Ра = (0,85-0,9) Ро, (МПа)
где Ро — атмосферное давление воздуха, МПа.
Для стандартных атмосферных условий Ро = 0,101 МПа.
Ра = 0,9 0,101=0,0909 МПа
Температура заряда в конце процесса наполнения
где То — температура воздушного заряда на входе в двигатель; То = 293 К;
t — подогрев рабочего тела в цилиндре от стенок в конце наполнения; t = 20 С;
Тr — температура выпускных газов, Тr = 800 К;
r — коэффициент остаточных газов, r = 0,05.
Коэффициент наполнения цилиндра определяется по формуле
Объем цилиндра в точках «а» и «b» индикаторной диаграммы:
Vа = Vв = 0,000036 + 0,00061=0,000646 м3 ;
Расчет параметров сжатия рабочего тела в цилиндре
Давление и температура в конце сжатия
где n1 — показатель политропы сжатия, n1 = 1,35
Расчет процесса сгорания
Количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива, определяется по формуле
где — элементарный состав соответственно углерода, водорода и кислорода в топливе по массе.
Средние значения для дизельного топлива
Количество свежего заряда в цилиндре, кмоль, приходящаяся на 1 кг топлива:
Для дизельных двигателей количество свежего заряда в цилиндре определяется по формуле:
где — коэффициент избытка воздуха, который можно принять :
= 1,3-1,7 — для дизельных двигателей.
Общее количество продуктов сгорания на один кг топлива:
Химический коэффициент молекулярного изменения рабочего тела:
Действительный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси с учетом наличия в цилиндре остаточных газов
Максимальная температура газов в процессе сгорания определяется из уравнения сгорания.
Уравнение сгорания для дизелей имеет вид
где — коэффициент использования теплоты, для дизелей = 0,75;
Нu — низшая теплота сгорания топлива, Нu = 42500 кДж/кг,
mcvc — средняя молярная теплоемкость свежего заряда;
mcvc = 20,16 + 1,74 10 -3 924,58=21,77;
mcv ” — средняя молярная теплоемкость продуктов сгорания.
Для дизельных двигателей по заданному значению Рz определяется степень повышения давления в цилиндре
Подставляя полученные значения величин в уравнения сгорания, получаем уравнение с двумя неизвестными: максимальной температурой сгорания Тz и теплоемкости продуктов сгорания mcv ” при этой же температуре.
После подстановки в уравнение сгорания известных параметров в виде числовых значений и последующих преобразований оно превращается в квадратное уравнение
0,00268Тz 2 + 31,52Тz — 72211,6 = 0,
Тогда решение уравнения имеет вид
Для дизелей теоретическое максимальное давление цикла определяется по формуле
5.2 Определение объема камеры сгорания по приведенной длине
Значение зависят от вида применяемого топлива и определяются экспериментально. Для различных топлив величина находится в пределах 1…5 м. В табл. 5.1 даны значения для некоторых топлив [17].
Таблица 5.1.(8)
Значения для некоторых топлив ЖРД
Азотная кислота + анилин
Азотная кислота + керосин
Азотная кислота + НДМГ
Кислород + этил. спирт
Нитрометан (однокомпо- нентный)
Нетрудно показать, что приведенная длина и условное время пребывания являются пропорциональными параметрами. Действительно, согласно уравнению (1.9) имеем
Подставляя это значении в формулу (5.7) , получим
Сопоставив уравнение(5.9) и (5.5), определим
Для данного топлива произведение можно считать постоянным, следовательно,
Очевидно, что так же, как и , мало зависит от давления в камере сгорания. Зная , мы всегда можем определить .
Так, например, если для топлива, состоящего из смеси кислорода и керосина, примем =1,25 м, то, считая приближенно = 1,13 (т.е. = 0,632), =343 Дж/(кг ּ К) и =3550 К, получим соответствующее данному значение :
В.П.Бурдаков, Б.В.Дзюбенко, С.К.Михайлова. Термодинамика в 2 частях. Часть 1. Основной курс. Изд.: Дрофа,2009г.
В.П.Бурдаков, Б.В.Дзюбенко, С.К.Михайлова. Термодинамика в 2 частях. Часть 2. Основной курс. Изд.: Дрофа,2009г.
Г.Б.Синярёв, М.В.Добровольский. Жидкостные ракетные двигатели. Машиностроение 2006г., с.580
М.В.Добровольский. Жидкостные ракетные двигатели. Машиностроение 2006г., с.488
В.Н.Луканин, М.Г.Шатров, Г.М.Камфер и др. Теплотехника 2000г., 671с.
Р.А.Бережинский, В.Д.Горохов, В.А.Коробченко. Основы проектирования камер сгорания ЖРД: учебное пособие/ под общей ред. В.С.Рачука/ Воронеж: гос.техн.ун-т, 2004, с.129
Расчёт и проектирование камеры……………………………………………..…….….6
2.2. Исходные данные для термодинамического расчёта……………………..……. 7
2.3. Уравнение теплового баланса………………………………………….………..…8
2.4. Уравнение материального баланса……………………………………….…….….8
2.5. Уравнение баланса парциальных давлений……………………………….……. 9
2.6. Уравнение химического равновесия………………………………………………9
2.7. Определение состава П.С. и их температуры………………………………..…..10
2.8. Определение коэффициентов потерь……………………………………………..10
2.9. Расчёт основных параметров камеры.……………………………………………11
3. Определение размеров камеры сгорания………………………………………………16
3.1. Профилирование сверхзвуковой части сопла и выбор профиля для входной части……………………………………………………………………………………………..17
4. Элементарная теория сверхзвукового сопла…………………………………………..21
4.1. Критический перепад давления…………………………………………………..23
4.2. Изменение параметров параметров газового потока по длине сопла…………24
4.3. Теплосодержание топлива и продуктов сгорания………………………………24
4.4. Система отсчёта полных теплосодержаний……………………………………. 25
5. Тепловой расчёт ЖРД по диаграмме. Полное теплосодержание – энтропия………..26
5.1. Определение объёма камеры сгорания по условному времени пребывания….30
Как определить объем камеры сгорания цилиндра двигателя
Во второй половине XIX века произошли события, приведшие впоследствии к появлению наиболее массового средства передвижения – автомобиля. В 1860г. французский механик Этьен Ленуар создал первый двигатель внутреннего сгорания. Однако этот двигатель во многом уступал паровым машинам того времени. Существенно повысить его эффективность удалось механику из Кельна Августу Отто, построившему в 1862г. четырехтактный двигатель внутреннего сгорания со сжатием горючей смеси.
Отто понадобилось 15 лет, чтобы сконструировать работоспособный двигатель. Однако этот двигатель работал на газе, был тихоходным и тяжелым, из-за чего получил применение лишь в стационарных условиях. Только перевод двигателя внутреннего сгорания на жидкое топливо открыл ему широкую дорогу на транспорте. Такой двигатель был создан в 1881г. техническим директором завода Отто в г. Дойце Готтлибом Даймлером.
Претерпев значительные конструктивные изменения, постоянно совершенствуясь, двигатели Отто с принудительным искровым воспламенением и до настоящего времени остались наиболее массовой силовой установкой автомобиля.
В данной контрольной работе необходимо рассмотреть тепловой расчет автомобильного двигателя, определить основные параметры рабочего процесса двигателя. Также необходимо определить индикаторные и эффективные показатели работы двигателя и построить индикаторную диаграмму.
Исходные данные для выполнения контрольной работы приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Исходные данные
| Тип двигателя | дизельный |
| Степень сжатия, ε | 14,5 |
| Максимальное давление, Pz, МПа | 6,7 |
| Частота вращения коленчатого вала двигателя, n, об/мин | 3800 |
| Число цилиндров двигателя, i | 6 |
| Диаметр цилиндра, dц, м | 0,095 |
| Ход поршня, S, м | 0,102 |
| Длина шатуна, lш, м | 0,26 |
Расчет объема камеры сгорания
Объем камеры сгорания определяется по формуле:
, (1.1)
где Vc – объем камеры сгорания двигателя, м 3 ;
Vh – рабочий объем цилиндра, м 3 ;
e – степень сжатия; e = 14,5.
Рабочий объем цилиндра определяется по формуле:
, (1.2)
где Fп – площадь поршня, м 2 ;
S – ход поршня, S = 0,102 м.
где D – диаметр поршня, D = 0,095 м.
Площадь поршня согласно формуле (1.3) составит:
Fп = 3,14 · 0,095 2 / 4 = 0,708 · 10 – 2 м 2 .
Рабочий объем цилиндра согласно формуле (1.2) равен:
Vh = 0,708 · 10 – 2 × 0,102 = 0,723 · 10 – 3 м 3 .
Объем камеры сгорания равен:
Vc = 0,723 · 10 – 3 / (14,5 – 1) = 0,054 · 10 – 3 м 3 .
Объем цилиндра в точках "а" и "b" индикаторной диаграммы для четырехтактного двигателя:
, (1.4)
где Vа, Vв – объем цилиндра в точках "а" и "b" индикаторной диаграммы
Vа = Vв = 0,054 · 10 – 3 + 0,723 · 10 – 3 = 0,777 · 10 – 3 м 3 .
Как определить объем двигателя автомобиля
Как известно, рабочий объем двигателя у многих автолюбителей напрямую ассоциируется с мощностью и скоростью. На практике зачастую так и получается, ведь если речь идет о легковых автомобилях, а не о спецтехнике, тогда чем больше объем мотора, тем быстрее, мощнее и динамичнее оказывается транспортное средство.
Отметим, что исключением из этого негласного правила можно считать разве что агрегаты с механическим компрессором или турбонаддувом, где рабочий объем может быть сравнительно небольшим, однако мощность такого мотора достаточно высока по сравнению с атмосферными аналогами.
По этой причине у некоторых владельцев возникает желание узнать реальный объем силового агрегата. Это может быть необходимо для расчета некоторых налогов на содержание ТС и т.д. Далее мы постараемся ответить на вопрос, как определить объем двигателя.
Объем двигателя: как узнать
Прежде всего, данную характеристику можно определить, изучив технический паспорт транспортного средства. Еще для определения можно использовать VIN-код автомобиля, который фактически является уникальным идентификационным номером ТС и содержит много полезной информации о комплектации автомобиля, стране его производства и т.д.
Вин-код автомобиля может находиться в разных местах, на стойке между водительской и пассажирской задней дверью на специальной табличке, ближе к колесной арке, под задним сиденьем, на торпедо ближе к ветровому стеклу, под капотом в зоне моторного щита и т.д.
Чтобы получить точную информацию, необходимо найти номер двигателя, а также другие обозначения на ДВС. Исходя из полученных данных, можно затем найти этот мотор в каталогах производителя и выяснить его рабочий объем, а также другие характеристики. Обратите внимание, далеко не всегда номер двигателя можно с легкостью обнаружить.
Разные производители наносят маркировки в тех или иных местах, так что нужно иметь возможность заглянуть на блок цилиндров сзади, возможно потребуется смотреть снизу (нужна смотровая яма, подъемник или эстакада), откручивать подкрылки в арках колес и т.д.
Однако может быть и так, что номер двигателя не читается (проржавел, спилен и т.п.). В этом случае достоверно определить, какой ДВС находится под капотом, намного сложнее, особенно тому, кто не является специалистом.
Конечно, в подобной ситуации можно обратиться к официальным экспертам, однако по понятным причинам делать этого не стоит, особенно если машина стоит на учете, а также никаких проблем по юридической части с ней не возникает. Также не стоит афишировать обнаруженную проблему, предоставляя автомобиль для осмотра частным независимым экспертам.
Если же вопрос определения реального объема стоит очень остро (например, при подборе запчастей в рамках ремонта и т.п.), тогда нужно отдельно запастись знаниями, как узнать объем двигателя по объему цилиндра. Другими словами, следует изучить, как узнать объем цилиндра ДВС.
Как определить объем цилиндра двигателя
Итак, чтобы узнать объем цилиндра двигателя, следует понимать, что фактически цилиндр является емкостью, подобно бытовым предметам цилиндрической формы (чашка, банка и т.д.). Зная радиус и высоту, объем высчитывается достаточно легко. Если же эти параметры не заданы, тогда задача усложняется. Еще нужно учитывать и то, что цилиндр ДВС не всегда идеален по окружности.
Вернемся к замерам. Для вычисления объема нужно умножить высоту на число «Пи» и на квадрат радиуса (Объем равен В умножить на π и умножить на Р². Литера В данной формулы является высотой цилиндра, Р представляет собой радиус основания, а число π примерно равно 3,14.
При этом важно понимать, что указанная формула подходит для измерения объема прямого кругового цилиндра, то есть основание является кругом, а направляющая строго перпендикулярна ему.
Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое степень сжатия двигателя внутреннего сгорания. Из этой статьи вы узнаете о данном параметре, а также на что влияет степень сжатия в конструкции ДВС.
Кстати, если вместо радиуса цилиндра в исходных данных имеется диаметр, тогда расчеты следует производить по формуле, где объем равен В помноженное на π и помноженное на (Д/2)². Еще одной формулой для вычислений является следующая: Объем равен ¼ помноженное на В помноженное на π и помноженное на Д². В этом случае Д является диаметром основания цилиндра.
Что касается практических замеров, несколько проще замерить периметр, то есть длину окружности основания цилиндра, чем промерять диаметр или радиус. Получается, высчитать объем, если известен периметр основания цилиндра, можно по формуле, где объем равен ¼ умножить на В умножить на П² / π. Литера П является периметром основания. Еще нужно учесть, что при расчетах фактическая вместимость будет немного меньше той, которую покажут расчеты, так как не учитывается величина объема стенок сосуда.
Что в итоге
Как видно, необходимость узнать точный рабочий объем двигателя возникает по разным причинам. Естественно, VIN-код и данные в техпаспорте являются самым быстрым способом определения параметров ДВС.
Если даже один из перечисленных выше случаев нельзя исключить из списка, тогда единственным способом для получения достоверной информации о фактическом рабочем объеме цилиндров является разборка двигателя с последующими точными замерами.
Что означает понятие объем двигателя. Определение рабочего объема мотора. Классы авто в зависимости от объема ДВС, плюсы и минусы большого объема двигателя.
Влияние степени сжатия на мощность и другие характеристики мотора. Тюнинг и увеличение степени сжатия, а также понижение параметра в отдельных случаях.
Какой срок службы двигателя является нормой для современных моторов. Почему не осталось двигателей «миллионников». Как увеличить ресурс современного ДВС.
Изменение степени сжатия: на что влияет способность динамично менять степень сжатия ДВС. Двигатели с возможностью изменения степени сжатия, устройство.
Виды двигателей внутреннего сгорания, отличия различных типов ДВС. Особенности компоновки, объем двигателя, мощность, крутящий момент и другие параметры.
Какая темература и давление в цилиндрах дизеля, а также как данные показатели влияют на производительность мотора и процесс сгорания дизельного топлива.
ГБЦ замер и расчет объема камеры сгорания и степени сжатия
Камера делается под цилиндр двигателя диаметром 84мм.
Итак пришло время подвести итоги запила камеры сгорания и просчитать ее объем перед шлифовкой ГБЦ.
Высота блока цилиндров на классический автомобиль ВАЗ:
Головка цилиндров 21011-1005011-10 двигателя, отливается из алюминиевого сплава и является общей для всех цилиндров. Высота головки — 112,5 мм, камера сгорания размером 79х51 мм и объемом 33,2 см куб. Внутри камеры имеется фрезерованная ступенька высотой 2 мм .
Головка цилиндров 21213-1003015 (для двигателя объемом — 1,7 л.) конструктивно похожа на головку 21011, но имеет ряд отличий. Высота головки 21213 составляет 111,0 мм, что ниже головки 21011 и 2130 (112.5 мм) на 1,8 мм. Размер камеры сгорания — 81х52 мм, объем 30 см куб.
Головка цилиндров 2130 -1003011-00 конструктивно не отличается от головки 21011, но имеет увеличенную камеру сгорания.
Камера сгорания выполнена с размером 81х53 мм и объемом 34,3 см куб. Высота 112,5 мм. В отверстии камеры просматриваются две фрезерованные ступеньки высотой около 1 мм.
Расчет объема камеры сгорания
Во второй половине XIX века произошли события, приведшие впоследствии к появлению наиболее массового средства передвижения – автомобиля. В 1860г. французский механик Этьен Ленуар создал первый двигатель внутреннего сгорания. Однако этот двигатель во многом уступал паровым машинам того времени. Существенно повысить его эффективность удалось механику из Кельна Августу Отто, построившему в 1862г. четырехтактный двигатель внутреннего сгорания со сжатием горючей смеси.
Отто понадобилось 15 лет, чтобы сконструировать работоспособный двигатель. Однако этот двигатель работал на газе, был тихоходным и тяжелым, из-за чего получил применение лишь в стационарных условиях. Только перевод двигателя внутреннего сгорания на жидкое топливо открыл ему широкую дорогу на транспорте. Такой двигатель был создан в 1881г. техническим директором завода Отто в г. Дойце Готтлибом Даймлером.
Претерпев значительные конструктивные изменения, постоянно совершенствуясь, двигатели Отто с принудительным искровым воспламенением и до настоящего времени остались наиболее массовой силовой установкой автомобиля.
В данной контрольной работе необходимо рассмотреть тепловой расчет автомобильного двигателя, определить основные параметры рабочего процесса двигателя. Также необходимо определить индикаторные и эффективные показатели работы двигателя и построить индикаторную диаграмму.
Исходные данные для выполнения контрольной работы приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Исходные данные
| Тип двигателя | дизельный |
| Степень сжатия, ε | 14,5 |
| Максимальное давление, P z, МПа | 6,7 |
| Частота вращения коленчатого вала двигателя, n, об/мин | 3800 |
| Число цилиндров двигателя, i | 6 |
| Диаметр цилиндра, dц, м | 0,095 |
| Ход поршня, S, м | 0,102 |
| Длина шатуна, l ш, м | 0,26 |
Расчет объема камеры сгорания
Объем камеры сгорания определяется по формуле:
, (1.1)
где Vc – объем камеры сгорания двигателя, м 3 ;
Vh – рабочий объем цилиндра, м 3 ;
e – степень сжатия; e = 14,5.
Рабочий объем цилиндра определяется по формуле:
, (1.2)
где Fп – площадь поршня, м 2 ;
S – ход поршня, S = 0,102 м.
где D – диаметр поршня, D = 0,095 м.
Площадь поршня согласно формуле (1.3) составит:
Fп = 3,14 · 0,095 2 / 4 = 0,708 · 10 – 2 м 2 .
Рабочий объем цилиндра согласно формуле (1.2) равен:
Vh = 0,708 · 10 – 2 × 0,102 = 0,723 · 10 – 3 м 3 .
Объем камеры сгорания равен:
Vc = 0,723 · 10 – 3 / (14,5 – 1) = 0,054 · 10 – 3 м 3 .
Объем цилиндра в точках " а " и " b " индикаторной диаграммы для четырехтактного двигателя:
, (1.4)
где Vа, Vв – объем цилиндра в точках " а " и " b " индикаторной диаграммы
Vа = Vв = 0,054 · 10 – 3 + 0,723 · 10 – 3 = 0,777 · 10 – 3 м 3 .
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями: