Для оценки качества организации цикла ... эффективности использования и распределения тепловой ... 2.7 Тепловой баланс рабочего цикла двигателя

2.7 Тепловой баланс рабочего цикла двигателя
Для оценки качества организации цикла в целом , определения
эффективности использования и распределения тепловой энергии при
анализе рабочего цикла проектируемого двигателя необходимо определить
отдельные составляющие теплового баланса с учетом влияния различных
факторов, характеризующих условия эксплуатации (скоростной режим,
степень загрузки, состав смеси, условия окружающей среды.
К основным составляющим теплового баланса относятся:
Q  Q Q
o
охл
e
Q Q Q Q
r
нс
м
ост
где Qo - общее количество теплоты, введенное в двигатель с топливом;
Qe -теплота, эквивалентна эффективной работе двигателя;
Qoxл -теплота , отданная в систему охлаждения;
Qг -теплота, выводимая с отработавшими газами;
Qнс -не выделившаяся теплота в результате неполного сгорания
топлива;
Qм -теплота ,передаваемая в систему смазки;
Qост -остаточные потери, не учтенные составляющими теплового
баланса.
Составляющие теплового баланса определяем в процентах от всей
подведенной теплоты в рабочем цикле из следующих зависимостей.
1) Общее количество теплоты, подведенной за единицу времени –1 с
Q
o

Hu G т
3,6
(58)
G -- часовой расход топлива кг/час
Hu –теплотворная способность топлива –Кдж/кг
т
2) Теплота, эквивалентна эффективной работе за единицу времени–1 с
Q
e
 1000  Ne
(59)
3)Теплота , передаваемая охлаждающей среде
Q
охл
1 2 m
 с  i  Dц
 n  ( Hu   Hu ) /(  Hu )
m
(60)
где
с –коэффициент пропорциональности для четырехтактных
двигателей.
Принять с = 0.5 , I – число цилиндров , Dц – диаметр цилиндра, в см;
n – частота вращения коленчатого вала двигателя, m – показатель
степени, принять m = 0.65.
4) Теплота, унесенная с отработавшими газами
""
(
 (Gт / 3.6)  
)  8.314  t r  M 1


c

v
r
M 2 
Q
c  8.314 t 
0
v
(61)
5) Теплота, не выделившаяся из-за химического не догорания топлива
Q
н ,с
 Hu  Gт / 3,6
(62)
6) Неучтенные потери теплоты
Q
ост
Q 
o
Q  Q
e
охл
Q Q
r
нс

(63)
Результаты теплового баланса представить в таблице.
Таблица 2 Таблица результатов теплового баланса
Q
Дж/с
Составляющие теплового баланса
q, %
Теплота, эквивалентная эффективной работе
Теплота, передаваемая охлаждающей среде
Теплота, унесенная с отработавшими газами
Теплота,
потерянная
из-за
неполноты выгорания топлива
Неучтенные потери теплоты
химической
Общее количество теплоты ,введенной в объем
цилиндра двигателя с топливом
2.9 Расчет, построение и анализ внешней скоростной
характеристики
Для анализа работы автомобильных двигателей используются
различные характеристики, обычно получаемые экспериментальным путем
при испытаниях.
При проектировании нового двигателя отдельные характеристики
(например, скоростная) могут быть построены расчетным путем.
Скоростные характеристики подразделяются на внешние и частичные.
Внешняя скоростная характеристика показывает зависимость основных
показателей двигателя от скоростного режима при полном открытии
дроссельной заслонки или максимальной подаче топлива в дизеле. Такая
характеристика позволяет провести анализ и дать оценку мощностных,
экономических и эксплутационных показателей при работе двигателя с
полной нагрузкой.
Скоростная характеристика двигателя, полученная при неполном
открытии дроссельной заслонки (карбюраторный двигатель) или при
промежуточном положении рейки топливного насоса дизельного двигателя
называется частичной.
С
достаточной
степенью
точности
внешнюю
скоростную
характеристику можно построить по результатам теплового расчета,
проведенного для режима максимальной мощности двигателя, и
использования эмпирических зависимостей.
Построение кривых скоростных характеристик ведется в интервале:
для бензиновых двигателей от nmin=600 ÷ 1000 об/мин до nmax =
(1,05+1,2)·nNе, через интервал n=800…1000 об/мин;
для дизелей от nmin =600 до nNе , через интервал 200…400 об/мин;
где nNe – частота вращения коленчатого вала при номинальной
мощности.
Расчетные точки характеристики определяются через каждые 500…1000
об/мин.
Точки эффективной мощности, в кВт
для
двигателя с внешним смесеобразованием (бензинового) и
воспламенением от искры высокого напряжения


 nx 2 
n
n
x 
x

Nex  Ne 

1 

(72)


nN 
n

N
 nN 


для двигателя с внутренним смесеобразованием и воспламенением от
температуры сжатого воздуха
Nex  Ne  n
n
x
N
2





n
n
x
x  

 0.87  1.13 


 
n
n

N
N  



(73)
где Ne и nN - номинальная эффективная мощность (кВт) и частота
вращения коленчатого вала (об/мин) при номинальной мощности;
Neх и
nх – эффективная мощность (кВт) и частота вращения
коленчатого вала в искомой точке скоростной характеристики.
Точки эффективного крутящегося момента, в Нм
Nex  30 10
Mex 
  nx
3
(74)
Точки среднего эффективного давления, в МПа
Pex 
Vл – литраж двигателя в л;
Nex  30 
Vл  n x
(75)
Neх – текущее значение мощности в кВт.
Точки среднего давления механических потерь (МПа) определяются по
формулам, приведенным в разделе (2.4).
Точки среднего индикаторного давления
МПа
Pix=Pex + Pmx
(76)
Точки индикаторного крутящегося момента, в Нм:
Pix  Vл 10
Mix 
нм
 
3
(75)
Точки удельного эффективного расхода топлива (г/кВт ч):
для двигателей с внешним смесеобразованием (бензинового) и
воспламенением от искры высокого напряжения
2

 nx  

n
x
 

g ex  g eN  1.2  1.2 
(76)

  г/кВт ч
n
n

N
 N 


для дизельных двигателей
2





n
n
x
x  


g ex  g eNt  1.55  1.55

  г/кВт ч
nN  nN  


где ge Nе – удельный расход топлива при номинальной мощности.
Часовой расход топлива (кг/ч)
Gтx= gex ·Ne x·10 – 3
(77)
кг/ч
(78)
Для определения коэффициента наполнения необходимо задаться
законом изменения  по частоте вращения. Для карбюраторных двигателей
можно принять значения  постоянными на всех скоростных режимах, кроме
минимального. При n х = n min следует принять
смесь несколько
обогащенной,
nmin =
,
nom – 0.1
В дизельных двигателях при работе по скоростной характеристике с
увеличением частоты вращения значение  несколько увеличивается. Для 4-х
тактного дизельного двигателя можно принять линейное изменение ,
причем n min = (0,7 + 0,8) nom.
Тогда текущее значение коэффициента наполнения определится из
выражения:

vx

 g
3600  
Pex  l o 
x
o
ex
(79)