Общее количество продуктов сгорания

, кмоль/кг.

Химический коэффициент молекулярного изменения

.

3.1.2. Параметры окружающей среды и остаточных газов.

Принимаем атмосферные условия: давление окружающей среды p₀=0,1 МПа, температура окружающей среды T₀=293 К.

Давление остаточных газов:

p_r=1,15p₀.

Предварительно следует принять температуру остаточных газов из интервала T_r=900...1200 К.

3.1.3. Давление p_a и температура T_a в конце процесса впуска.

Плотность заряда на впуске

p₀= p₀×10⁶/(R_вT₀), кг/м³.

Потери давления на впуске Dp_а подсчитывают по формуле (2.7), приняв вместо p_k значение p₀. Тогда давление в конце впуска определится по формуле (2.6).

Коэффициент остаточных газов g_r определяется по формуле (2.8), приняв вместо T_k значение T₀. Коэффициент наполнения h_v подсчитывается по формуле (2.10).

Температура T_a в конце впуска определяется по формуле (2.9).

3.1.4. Давление p_c и температура T_c в конце сжатия.

Расчет р_с и T_с производится по формулам (2.11) и (2.12). Показатель политропы сжатия выбирается в пределах n₁=1,33...1,38. Чем выше скорость поршня, тем больше n₁.

3.1.5. Давление p_z и температура T_z в конце сгорания

(расчет процесса сгорания).

Давление p_z в конце сгорания

, МПа,

где b₀ - расчетный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси.

,

где M_z= M₂ + M_r - число молей газов после сгорания;

M_c= M₁ + M_r - число молей газов в конце сжатия до сгорания;

M_r - число молей остаточных газов (M_r=ag_rL₀).

Температура T_z определяется из уравнения

, (3.1)

где - средняя мольная теплоёмкость продуктов сгорания жидкого топлива;

mC_v - средняя мольная теплоёмкость свежего заряда при постоянном объеме;

x_Т - коэффициент использования теплоты (для карбюраторных двигателей x_Т=0,85...0,95);

H_u - низшая теплота сгорания: для бензина H_u=43900 кДж/кг;

DH_u - потеря теплоты в связи с неполнотой сгорания из-за недостатка кислорода при a<1, определяемая по формуле

DH_u=119950(1-a)L₀, кДж/кг.

Значения и mC_v находятся из уравнений:

= (18,42+2,61a)+(15,4+13,83a)×10^-4T_z, кДж/кмоль×град;

=20,16+1,738×10^-3T_c, кДж/кмоль×град.

Остальные величины, входящие в уравнение (3.1), известны из предыдущих расчетов. После их подстановки и преобразований уравнение (3.1) приводится к квадратному уравнению вида (2.15 а) и определяется температура в конце сгорания T_z.

3.1.6. Давление p_b и температура T_b в конце расширения.

Значения p_b и T_b вычисляются по формулам (2.18) и (2.19). Для современных карбюраторных двигателей показатель политропы расширения n₂=1,23…1,30, а степень предварительного расширения r=1. Оценка правильности выбора температуры T_r проверяется по формуле (2.20).

3.2. Построение и анализ индикаторной диаграммы.

Теоретическая индикаторная диаграмма карбюраторного двигателя (рис. 3.1) строится в координатах p-V по методике, приведенной для дизелей. При этом учитывается, что у карбюраторных двигателей степень предварительного расширения r=1. Рекомендуемые масштабы: 1мм=0,025 МПа; 15...20мм = V_c.

Рис. 3.1. Теоретическая индикаторная диаграмма карбюраторного двигателя.

Из построенной индикаторной диаграммы находится теоретическое индикаторное давление p’_i. Полученное значение проверяется аналитическим путем

. (3.2)

Точность построения индикаторной диаграммы оценивается коэффициентом погрешности (2.22), величина которого не должна превышать 3...5%, в противном случае необходимо повысить точность построения индикаторной диаграммы путем увеличения количества промежуточных точек диаграммы.

Дальнейший расчет основных размеров двигателя и показателей его топливной экономичности проводится по методике, приведенной для дизельных двигателей.

Результаты теплового расчета двигателей и его основных размеров заносится в таблицу по форме, приведенной при расчете дизеля.

3.3.Особенности теплового расчета двигателя, работающего

на газообразном топливе.

Методика расчета параметров впуска и выпуска газовых двигателей не отличается от рассмотренных выше. Значения p₀, T₀ принимаются такими же, как и для бензиновых двигателей. Величина T_r=750...1000 K, а e=7...8,5. Параметры конца впуска p_а и T_а подсчитываются по формулам (2.6) и (2.9). Коэффициенты наполнения h_v и остаточных газов g_r - по формулам (2.10) и (2.8).

В качестве топлива для газовых двигателей используются сжиженные газы: СПБТЛ - смесь пропана и бутана техническая летняя и СПБТЗ - зимняя, хранящиеся под давлением 2 МПа. Основными компонентами этих смесей являются: пропан C₃H₆ (H_u=85500 кДж/м³) и бутан C₄H₁₀ (H_u=112000 кДж/м³), октановое число которых составляет 90...98. До 6% (по массе) в составе смеси могут присутствовать и другие газы: метан CH₄ (H_u=35000 кДж/м³), этан и этилен. Теоретическое количество воздуха в молях, необходимое для сгорания 1 моля газового топлива

,

где C_n, H_m, O_r - объемная доля данного компонента в газообразном топливе.

Для сжиженного газа, содержащего 52% пропана C₃H₈ и 48% бутана C₄H₁₀ (смесь СПБТЛ, H_u=98220 кДж/м³), r=0, а

.

Количество свежего заряда (горючей смеси) определяется по формуле:

.

Коэффициент избытка воздуха для газовых двигателей a=1...1,3.

Количество молей продуктов сгорания (при a³1)

М₂=М₁+DМ;

.

Для сжиженного газа принятого состава DM=1,24.

Коэффициент молекулярного изменения горючей смеси

b₀=M₂/M₁,

а коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси определяется по формуле

.

В уравнении сгорания (3.1) теплота сгорания должна быть отнесена к 1 молю газообразного топлива. Значение H_u, отнесенной к 1м³ топлива следует умножить на 22,4 (объём одного киломоля топлива составляет 22,4 м³). Уравнение сгорания для газовых дизелей принимает вид

.

Значение коэффициента использования теплоты x_Т для газовых двигателей принимается в пределах 0,80...0,85, а значения теплоёмкостей свежего заряда и продуктов сгорания определяются по формулам для карбюраторных (бензиновых) двигателей.

При расчёте параметров в конце расширения значение показателя политропы расширения для газовых двигателей выбирается в пределах n₂=1,25...1,30.

Индикаторный КПД газового двигателя определяется по формуле

,

здесь H_u - в МДж/м³.

Индикаторный удельный расход газового топлива:

, м³/(кВт×ч,)

а индикаторный удельный расход теплоты

g_i=V_i×H_u, МДж/(кВт×ч).

Соответствующие эффективные показатели V_i и g_i определяются путем деления индикаторных показателей на механический КПД, величина которого для газовых двигателей выбирается в пределах h_m=0,76...0,85. Эффективный удельный расход теплоты g_i для современных газовых двигателей находится в пределах 12...17 МДж/(кВт×ч).

Остальные параметры, не упомянутые в данном разделе, для газовых двигателей рассчитываются по методике расчета карбюраторных (бензиновых) двигателей.