Расчёт рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания автотракторного типа с помощью персональной ЭВМ

Следовательно, приращение массы рабочего тела можно представить в виде:

dm=∆mтц×dx, (3)

где ∆mтц - цикловая массовая подача топлива;

х-доля топлива, сгоревшего в цилиндре к данному моменту времени.

При отсутствии сгорания dx=0 и dm=0, то есть масса рабочего тела остаётся неизменной. Это наблюдается в процессах сжатия и расширения.

Соотношение (3) является уравнением материального баланса в цилиндре двигателя внутреннего сгорания.

Уравнение энергетического баланса в цилиндре составлено на основе первого начала термодинамики для закрытой нетеплоизолированной системы:

, (4)

где Cv - теплоёмкость рабочего тела при постоянном объёме;

dQc - элементарное количество теплоты, подведенное при сгорании;

dQw - элементарное количество теплоты, подведенное от стенок (отведенное в стенки);

К - показатель адиабат рабочего тела.

Система основных уравнений замыкается с помощью уравнения состояния рабочего тела, которое может быть использовано в дифференциальной форме:

, (5)

или в конечной:

pV=RmT, (6)

где R - газовая постоянная рабочего тела.

Система уравнений (1)-(6) позволяет рассчитать цикл ДВС, получить необходимые функции:V(φ), m(φ), T(φ), P(φ) и построить индикаторную диаграмму. Для этого дополняют соотношениями, описывающими закономерности сгорания и теплообмена.

Элементарное количество теплоты, подведенное к рабочему телу при сгорании:

dQc=Hu×∆mтц×dx, (7)

где Hu - действительная теплота сгорания топлива, зависящая от рода топлива и состава смеси (соотношения между количеством топлива и воздуха в смеси).

Величина Hu в свою очередь равна:

при α ≥ 1 Hu=Huт

при α < 1 Hu=Huт-120×106(1-α)Lo, (8)

где α - коэффициент избытка воздуха;

Huт - теоретическая теплота сгорания (при полном сгорании топлива);

Lo - теоретически необходимое мольное количество воздуха для сгорания 1 кг топлива.

Закономерность тепловыделения при сгорании описывается эмпирической формулой Вибе, полученной путем обработки многочисленных опытных индикаторных диаграмм многих двигателей:

(9)

где m1 - эмпирический показатель сгорания, зависящий от типа двигателя (способа смесеобразования);

φс,φz - углы поворота вала двигателя, соответствующие началу и концу сгорания.

Коэффициент 6,908 в уравнении (9) получен при условии, что к концу сгорания доля сгоревшего топлива составляет 0,999. Расчёт функции х ведут в диапазо не φc ≤ φ ≤ φz, в других случаях, когда φ < φс или φ > φz, принимают dx=0, что соответсвует отсутствию сгорания.

Элементарное количество теплоты, подведенное к рабочему телу за счёт теплообмена со стенками, выражается с помощью формулы Ньютона-Рихмана:

(10)

где αw - коэффициент теплоотдачи;

Fw - поверхность теплоотдачи;

Tw - температура стенок;

ώ - угловая скорость вращения вала.

В течение рабочего цикла ДВС возможны соотношения Tw >< Т. Если Tw>Т, то dQw>0, это означает, что тепловой поток направлен от стенок к рабочему телу. Если Tw < Т, то dQw < 0, и тепловой поток направлен от рабочего тела в стенки.

В формуле (10) величина Tw представляет собой осреднённую температуру поверхностей. В случаях, когда температуры основных деталей (поршня, крышки, цилиндра, клапанов) сильно отличаются, учитывают локальные условия теплообмена и формулу записывают в виде:

(11)

где i - количество различных поверхностей теплообмена.

Площади поверхностей поршня и крышки зависят от их размеров и конфигурации и для данного двигателя постоянны, а площадь поверхности цилиндра является функцией угла поворота вала, что выражается вторым кинематическим уравнением:

, (12)

где D - диаметр поршня, м;

So - минимальное расстояние между поршнем и крышкой при положении поршня в ВМТ, м; во многих случаях величиной So можно пренебречь ввиду её малости.

Коэффициент теплоотдачи αw зависит от условий теплообмена на границе газ-стенки, то есть от многих факторов. Его определяют по эмпирическим зависимостям. В данной методике использована эмпирическая формула Пфлаума:

Статьи по теме:

План по себестоимости перевозок
Себестоимость перевозок является комплексным экономическим показателем, характеризующим экономические результаты и качество работы АТП и представляет собой денежное выражение затрат, произведенных АТ ...

Безопасность и защита в чрезвычайных ситуациях
Пожарная безопасность Согласно ГОСТ 12.1.004 — 91 ССБТ «Пожарная безопасность. Общие требования», пожарная безопасность — это состояние объекта, при котором исключается возможность пожара, а в случае ...

Схемы рельсовых цепей
Под рельсовой цепью понимается электрическая цепь, проводниками которой служат рельсовые нити пути. Рельсовая цепь нормально замкнутая ~ I, с частотой 25Гц и путевым реле ДСШ-13А с кодированием перем ...