Бензиновый двигатель (прил. 2)

3.1.1. Первые пять строк имеют вид:

File BA32112.dat 23.04.16 г. Kamov A.Z.

PACЧET цикла бензинового двигателя с ГТН (FiDBG4.exe)

Прототип: двигатель ВАЗ-2112 (4Ч 8.2/35.5). Peжим Ne nom.

Okpуж. cpeдa: PO=0.1000 МПа TO=298.0 K.

Условный номер топлива (бензин).......................... NT=18

В первой строке указывается имя программного файла, дата выполнения расчёта и фамилия исполнителя. В последующих строках уточняется прототип двигателя и рассчитываемый режим. Приведены принятые давление [PO] и температура [TO] окружающей среды, а также условный номер топлива [NT].

3.1.2. Строки 6 – 8:

Число цилиндров в ряду и в расчете циклов,... KC=04 KCI=1

Число итераций и шаг печати текущих парамет.. IT=15 MS=01

Обьем информации о результатах расчета (МУ, прил.1)...... MP 71101161

При выборе количества цилиндров [KC] необходимо иметь в виду, что в программе предполагается наличие в двигателе только одного впускного и одного выпускного трубопроводов.

Идентификатор [KCI] определяет объеминформации о текущих показателях цикла. При равномерном порядке работы цилиндров [KCI]=1 и вывод результатов только для первого цилиндра. При неравномерном порядке впусков в ряду с числом цилиндров [KC] не более 4-х [KCI]=[KC].

Идентификатор [IT] определяет число итераций расчета цикла, необходимых для получения результатов, отличающихся от предыдущего на принятую погрешность. Для отлаженной программы [IT]=15. Шаг печати текущих показателей [MS] в град. ПКВ выбирается таким, чтобы по построенным графикам можно было установить характер изменения показателей за цикл.

Коды [MP] имеют 8 позиций (00000000), цифровые значения которых определяют параметры и объём информации о результатах расчёта, а в ряде случаев и вариант расчета цикла. Расшифровка и цифровые значения кодов приведены в прил. 1. Вывод результатов расчёта в позиции 1 выполняется последовательно от большего кода к меньшему коду (например от 7 до 1). По кодам в позициях 7 и 8 выводится информация для контроля за ходом расчёта цикла на отдельных этапах.

. 3.1.3. Строки 9 – 10:

Эфф.мощность, кВт при частоте вращения, мин-1. PNe=062.0 OBd=5400.0

Удельный эффективный расход топлива, г/(кВт.ч).......... ge=285.0

Указывается мощность [PNe], которую должен обеспечивать проектируемый двигатель на расчетном режиме при частоте вращения коленчатого вала [OBd].

Удельный эффективный расход топлива на рассчитываемом режиме

[ge ], г/(кВт.ч) принимается с учётом технического задания или статистических данных.

. 3.1.4. Строки 11 – 14:

Дезаксаж, мм и усл.мех.КПД(без насос. потерь).DEZ=00.0 AMT=0.908

Диаметр цилиндра и радиус кривошипа, мм....... D=082.0 RK=035.5

Степени сжатия в цил. и повыш. давл. в компр...E=09.7 PIK=1.000

Отношение Rк/Lш и тeмпepaтypa ocт. гaзoв, K,. ORL=0.277 TOG=1000.0

Дезаксаж [DEZ] принимается по прототипу двигателя или по статистическим данным, с учётом задания на проектирование двигателя. На большинстве двигателей [DEZ]=0.

В дезаксиальных механизмах [DEZ]< 0, 05Rk, по сравнению с обычным, имеются следующие особенности:

– меньше скорость поршня у ВМТ;

– более равномерный износ цилиндра;

– несколько увеличивается продолжительность тактов впуска и расширения при сокращении остальных.

– [AMT] идентификатор условного коэффициента, учитывающего только механические потери, включающие затраты мощности на преодоление трения и привод вспомогательных механизмов. Доля затрат на газообмен составляет, примерно, =0, 20…0, 30 от общих механических потерь. Условный коэффициент механических потерь (на трение и привод вспомогательных механизмов ) [AMT], в первом приближении, вычисляется по формуле . Коэффициент механических потерь находится в пределах:

- бензиновые двигатели без наддува ;

- двигатели с газотурбинным наддувом .

Диаметр цилиндра [D], радиус кривошипа [RK] принимаются в соответствии с заданием.

[E] - cтепень сжатия. Это отношение полного объёма цилиндра к объёму камеры сжатия .

Верхний предел степени сжатия [E] ограничивается свойствами топлива, составом горючей смеси, конструкцией камеры сжатия, условиями теплообмена и образования токсичных веществ (в первую очередь оксидов азота NO_x), величиной нагрузок в кривошипно-шатунном механизме и другими факторами.

В бензиновых двигателях главным фактором, ограничивающим величину степени сжатия, является детонационное свойство топлива, которое характеризуется октановым числом. Поэтому максимальная степень сжатия должна соответствовать марке выбранного бензина (табл. 3.1). Принятие более высоких значений степени сжатия для выбранного сорта топлива в бензиновых двигателях должно быть в достаточной мере обоснованным.

Таблица 3.1 Автомобильные бензины
Бензин (марка)	А-72	А-76	АИ-80	АИ-92	АИ-96	АИ-98
Октановое число
	7, 0	7, 5	8, 0	9, 2	9, 6	10, 0

[PIK] - идентификатор степени повышения давления воздуха в компрессоре . Значение его определяет варианты расчета: без наддува [PIK]=1.000; с наддувом [PIK] > 1.000 (см. прил. 1 и раздел 6).

В двигателе с наддувом принятое значение [PIK] должно обеспечивать получение заданной мощности двигателя [PNе].

Отношение радиуса кривошипа Rk к длине шатуна Lш [ORL] принимается по прототипу или статистическим данным. На большинстве двигателей [ORL]=0, 23…0, 30.

Температура остаточных газов предварительно принимается в бензиновых двигателях [TOG ]=1000°K.

. 3.1.5. Строки 15 – 16:

Коэф. избытка воздуха и использов. теплоты.. ALI=0.920 CIZ=0.880

Интервал между тактами впуска, гр. пкв...... IC: 180 180 180 180

[ALI]- коэффициент избытка воздуха , представляющий отношение действительного количества воздуха , кг (или , кмоль), участвующего в сгорании 1 кг топлива, к теоретически необходимому количеству воздуха (или ) для его полного сгорания .

Значение [ALI] зависит от типа смесеобразования, условий сгорания топлива, способа регулирования мощности, режима работы двигателя и других факторов.

Для бензино-воздушной смеси существуют пределы зажигания от искры . За этими пределами пламя, возникшее в камере сгорания у свечи зажигания, затухает.

Принятие повышенных a (до 1, 3 и более) возможно в двигателях с системами впрыска топлива, с турбулизацией заряда, применении форкамерно-факельного зажигания, послойного распределения заряда и других способов организации смесеобразования и сгорания. Основной целью применения обедненных смесей (a > 1, 15) являетсяповышение экологических показателей бензиновых двигателей. Граница детонации при работе на обедненных смесях и значительной турбулизации заряда смещается в зону более высоких степеней сжатия до (e£ 12). При этом возможны a=1, 2…1, 8.

Максимальная литровая мощность развивается при a=0, 80…0, 85 (богатая смесь), так как скорость сгорания такой топливно-воздушной смеси наибольшая. Однако работа двигателя при таких значениях a сопровождается значительной неполнотой сгорания и повышенным расходом топлива. В отработавших газах существенно повышается содержание углеводородов CH, оксида углерода CO. В то же время оксидов азота NO_x образуется меньше.

Наиболее полное сгорание топлива и соответственно наибольшая экономичность двигателя имеет место при составе свежего заряда, соответствующем a=1, 05…1, 15 (обедненная смесь).

С целью повышения экономичности двигателя на номинальной мощности принимают значения коэффициента избытка воздуха на двигателях для грузовых автомобилей a=0, 85…0, 95, а для легковых - a=0, 95…0, 98, при которых также снижается содержание в ОГ вредных выбросов CO и CH. Однако при этом возможно некоторое повышение образования NO_x.

Рекомендации по выбору коэффициента избытка воздуха α приведены в табл. 3.2.

Таблица 3.2

Статистические значения α для номинального режима N_e.

Конструктивные особенности двигателя	a
Бензиновые: - карбюраторные - с впрыском топлива: центральным распределенным непосредственным - с форкамерно-факельным зажиганием	0, 85…0, 98 0, 85…1, 05 0, 90…1, 10 0, 85…0, 98 ≥ 1, 30

[CIZ] - коэффициент использования теплоты , учитывающий потери теплоты, выделившейся при сгорании топлива. Принимается по опытным данным (табл. 3.3).

Таблица 3.3

Двигатель бензиновый	ξ _z
- карбюраторный	0, 80…0, 95
- с впрыском топлива: распределенным непосредственным	0, 82…0, 96 0, 75…0, 85

[IC] – интервал между очередными тактами впуска в цилиндры свежего заряда.

3.1.6. Строки 17 – 18:

Корр.ЗВС и угол опер.впрыска топл, гр.до ВМТ.. B3=1.00 JOZ=36

Продолж.(гр.пкв) и показат.характ. сгорания..KSG=30 PXSF=3.20

Процесс сгораниярассчитывается с использованием характеристики выгорания топлива. Время задержки воспламенения смеси (ЗВС) рассчитывается по формулам: (с); (°п.к.в.),

где (идентификатор [B3]) – коэффициент для корректирования рассчитанного времени ЗВС при согласовании его с экспериментальным значением ЗВС. Может использоваться для ориентирования расчетной диаграммы цикла относительно ВМТ.

В этих формулах: p, Па; T, К; - средняя скорость поршня, м/с; - частота вращения вала двтгателя, мин ; - коэффициент избытка воздуха.

3.7.2. [JOZ] – угол опережения зажигания °п.к.в. выбирается таким, чтобы с учетом значения ЗВС расположение на индикаторной диаграмме точек начала резкого нарастания давления и максимального давления относительно ВМТ соответствовало реальным значениям на данном режиме.

Результаты расчета процесса сгорания зависят от правильности выбора следующих параметров: продолжительности горения топливо-воздушной смеси [KSG] и показателя характера сгорания в уравнении характеристики выгорания топливапри воспламенении топливо-воздушной смеси от искры [PXSF].

Рекомендуемые значения этих параметров, принимаемые при расчете процесса сгорания, приведены в табл. 3.4.

Таблица 3.4

Параметр	Без наддува	С наддувом
Опережение зажигания, °п.к.в. до ВМТ	25…35	15…30
Продолжительность горения, °п.к.в.	30…50	≥ 60
Показатель характера сгорания [PXSF]	2, 50…4, 00

3.1.7. Строки 19 – 30:

ПАРАМЕТРЫ МЕХАНИЗМА ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ: выпуск впуск

Диаметр горловины клапана, мм................ DT=28.00 DK=34.00

Максим.ход толкателя (при OPK=1 клaпaна), мм. HTB= 9.30 HTA= 9.30

Угол фаски и отнош. плеч коромысел клапанов.. YK=45.0 OPK=1.000

Зазор(мм)и мин.сечен.(тан/винт)впуск, кан, см2.ZKL=0.28 SAK=100.00

Средний коэффициент расхода через клапан... MUB=0.750 MUA=0.6772

ФАЗЫ в цилиндрах по коду Kf(равны-1, разные> 1) 1ц 2ц 3ц 4ц Kf=1

Углы: выпуск: начало, гр. пкв до НМТ.......... KB= 68

конец, гр. пкв после ВМТ....... KR= 25

впуск: начало, гр. пкв до ВМТ......... KU= 25

конец, гр. пкв после НМТ........ KA= 54

Koд профиля кулачка (Курц-1, выпyk.-2)...... KW=1

Параметры механизма газораспределения принимаются по статистическим данным с учётом их значений на прототипе двигателя.

Диаметры горловин клапанов и максимальный ход толкателей, (выпускных [DT] и [HTB]; впускных [DK] и [HTA] ), принимаются по прототипу двигателя или вычисляются при расчете механизма газораспределения. При отсутствии таких данных используются эмпирические зависимости от диаметра цилиндра [D]. Диаметр горловины впускного клапана [DK]=(0, 35…0, 40)[D]. Диаметр горловины выпускного клапана обычно принимается на 10...20% меньше, чем у впускного. При числе одноименных клапанов больше одного в исходные данные подставляется эквивалентный диаметр, вычисляемый по формуле , где - число одноименных клапанов.

Максимальный ход толкателя впускного [HTA]=(0, 22…0, 28)[DK], а выпускного [HTB]=(0, 22…0, 28)[DT].

Угол фаски [YK] и отношение плеч коромысла (рычага) [OPK] принимаются по статистическим данным с учётом прототипа двигателя.

Рекомендуемые тепловые зазоры в клапанах [ZKL], мм: впускных [ZKL]=0, 10...0, 30; выпускных [ZKL]=0, 25...0, 60. В расчете цикла по программе AFiDBG4 принимается среднее значение для 2-х клапанов.

Минимальное сечение [SAK] указывается при наличии винтового или тангенциального канала, сечение которого оказывается меньше площади проходного сечения клапана. При отсутствии такового SAK=100.00.

Средние за периоды выпуска и впуска коэффициенты расхода клапанов : выпускного [MUB] и впускного [MUA], выбирают по статистическим данным: [MUB]=0, 60…0, 85; [MUA]=0, 50…0, 90. Принятые значения уточняются при настройке программы на расчетный режим. Введённые средние значения коэффициента расхода газа используются для вычисления текущих коэффициентов расхода.

Фазы газораспределения [KB], [KR], [KU], [KA] принимаются по прототипу двигателя или по статистическим данным. При [Kf]=1 и [KCI]=1 предполагается, что фазы газораспределения в цилиндрах одинаковые и они приводятся только для первого цилиндра.

Профиль кулачка задаётся кодом [KW]: [KW]=1 – безударный (Курца);

[KW]=2 – выпуклый (описанный двумя радиусами).

В программе предусмотрены специальные алгоритмы для расчета фаз впуска и выпуска проектируемого двигателя (см. пункт 4).

3.1.8. Строка 31 - 32:

Средние температуры (К) стенок для расчета теплообмена:

цилиндра=473.0 поршня=573.0 головок цилиндра=553.0

Учет теплообмен а между газом и стенками внутрицилиндрового объёма выполняется при средних температурахстенок, которые принимаются по опытным данным, а при отсутствии их, по статистическим данным (табл. 3.5)

Таблица 3.5

Средние температуры поверхностей объёма цилиндра.

Деталь цилиндропоршневой группы	Охлаждение
жидкостное	Воздушное
1. Головка цилиндра Тг, К	500…550	520…570
2. Днище поршня Тп, К	550…600
3. Стенка цилиндра Тц, К	420…460	450…500

3.1.9. Строки 33 – 37:

ТРАКТЫ: ВЫПУСКНОЙ ВПУСКНОЙ

Обьем трубопровода, дм3...................... VP=01.230 VS=01.840

Расходные сечения, cм2....................... FT=19.63 FS=19.63

Расходные коэффициенты трубопроводов........ MUT=0.7950 MUS=0.7000

Коэф. сопротивления.внешних.устройств C2=1.05 C1=0.98

Объемы трубопроводов V_p [VP] и V_s [VS] устанавливаются на основании экспериментальных значений на прототипе или по статистическим данным в зависимости от числа цилиндров, подсоединенных к трубопроводу, и рабочего объема цилиндра . Во втором случае объемы трубопроводов вычисляются по уравнениям: выпускной , а впускной . Ориентировочные значения коэффициентов и приведены в табл. 3.6.

Таблица 3.6

Трубопровод	Коэф- фиц.	Число цилиндров
			≥ 4
Без наддува: - выпускной - впускной		> 0, 5
	> 1, 8
С наддувом: - выпускной - впускной		> 0, 1	> 0, 4	> 0, 6	> 0, 8
	> 8	> 5	> 3, 5	> 3

Для вычисления расхода свежего заряда на входе во впускной трубопровод требуется принять значение площади входного отверстия [FS], а для расхода отработавших газов – площадь отверстия на выходе из выпускного трубопровода [FT]. Величина площади отверстия определяется по чертежам или эскизам. При этом необходимо учитывать габаритные размеры подсоединяемых к трубопроводам различных устройств (воздухоочиститель, глушитель, агрегат наддува и т.п.). Ориентировочные значения размеров отверстий можно принять по опытным зависимостям от площади поршня [FP]: [FT]=(0, 20…0, 35)[FP] и [FS]=(0, 25…0, 40)[FP]. В расчёте значения [FS] и [FP] могут уточняться в зависимости от величины объёмов [ ] и [ ].

3.Коэффициенты расхода через отверстия трубопроводов из выпускного [MUT] и во впускной [ MUS] должны приниматься по опытным данным. При отсутствии их, в первом приближении, рекомендуется вводить значения:

- без наддува [MUT]=0, 8500; [MUS]=0, 9000;

- c наддувом [MUT]=0, 3500; [MUS=0, 9800].

При настройке программы на расчет конкретного двигателя коэффициенты корректируются по результатам тестовых расчетов до совпадения заданных и рассчитанных средних значений степени повышения давления в компрессоре и степени понижения давления в турбине, а без наддува соответствующие давления (см. пункт 7).

Коэффициенты сопротивления [С2] и [С1] учитывают гидравлические потери, соответственно, на выпуске (в глушителе, нейтрализаторе и т.п.) и на впуске (в воздухоочистителе и других устройствах). Принимаются в пределах [С2]=1, 02...1, 15 и [С1]=0, 96...0, 98.

Дизель (прил. 3)

3.2.1. Первые пять строк имеют вид:

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 8 9 Следующая ⇒