Конструктивные параметры двигателей
Любой двигатель характеризуется следующими конструктивно заданными параметрами, практически неизменными в процессе эксплуатации автомобиля.
Объем камеры сгорания — объем полости цилиндра и углубления в головке над поршнем, находящимся в верхней мертвой точке — крайнем положении на наибольшем удалении от коленвала.
Рабочий объем цилиндра — пространство, которое освобождает поршень при движении от верхней до нижней мертвой точки.
Последняя является крайним положением поршня на наименьшем удалении от коленвала.
Полный объем цилиндра — равен сумме рабочего объема и объема камеры сгорания.
Рабочий объем двигателя (литраж) складывается из рабочих объемов всех цилиндров.
Степень сжатия — отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Этот параметр показывает, во сколько раз уменьшается полный объем при перемещении поршня из нижней мертвой точки в верхнюю. Для бензиновых двигателей определяет октановое число применяемого топлива.
Показателями двигателя называют величины, характеризующие его работу. Помимо конструктивных параметров, они зависят от особенностей и настроек систем питания и зажигания, степени износа деталей и пр.
Давление в конце такта сжатия (компрессия) является показателем технического состояния (изношенности) цилиндро-поршневой группы и клапанов.
Крутящий момент на коленчатом валу двигателя определяет силу тяги на колесах: чем он больше, тем лучше динамика разгона автомобиля. Равен произведению силы на плечо (рис. 3) и измеряется в Н·м (Ньютон на метр), ранее в кгс.м (килограмм-сила на метр).
Крутящий момент увеличивается с ростом:
* рабочего объема . Поэтому двигатели, которым необходим значительный крутящий момент, обладают большим объемом;
* давления горящих газов в цилиндрах, которое ограничено детонацией (взрывное горение бензо-воздушной смеси, сопровождаемое характерным звонким звуком. Ошибочно называется "стуком поршневых пальцев") или ростом нагрузок в дизелях.
Максимальный крутящий момент двигатель развивает при определенных оборотах (см. ниже), они вместе с его величиной указываются в технической документации.
Мощность двигателя — величина, показывающая, какую работу он совершает в единицу времени, измеряется в кВт (ранее в лошадиных силах). Одна лошадиная сила (л.с.) приблизительно равняется 0,74 кВт. Мощность равна произведению крутящего момента на угловую скорость коленвала (число оборотов в минуту, умноженное на определенный коэффициент).
Двигатели большей мощности производители получают увеличением:
* рабочего объема, что, в свою очередь, приводит к росту габаритов двигателя и ограничению допустимых максимальных оборотов из-за значительных сил инерции увеличившихся деталей;
* оборотов коленчатого вала, число которых ограничено инерционными силами и увеличением износа деталей. Высокооборотный двигатель одинаковой мощности (при прочих равных условиях — конструкции двигателя, технологии изготовления, применяемых материалах и т.д.) с низкооборотным обладает меньшим сроком службы, так как в среднем для одного и того же пробега его коленчатый вал будет совершать больше оборотов;
* давления в цилиндре путем повышения степени сжатия либо наддувом воздуха посредством турбо- или механических нагнетателей. Для применения наддува степень сжатия вынужденно уменьшают для предотвращения детонации (у бензиновых двигателей) и снижения жесткости работы (повышенные нагрузки в цилиндро-поршневой группе дизеля, сопровождаемые чрезмерным шумом) (у дизелей). Наддув позволяет, например, сохранить мощность при меньшем рабочем объеме.
Номинальная мощность — гарантируемая производителем мощность при полной подаче топлива на определенных оборотах. Именно она, а не максимальная мощность, указывается в технической документации на двигатель.
Удельный расход топлива — это количество топлива, расходуемого двигателем на 1 кВт развиваемой мощности за один час. Является показателем совершенства конструкции двигателя: чем расход ниже, тем более эффективно используется энергия сгорающего в цилиндрах топлива.
При одних и тех же конструктивных параметрах у разных двигателей такие показатели, как мощность, крутящий момент и удельный расход топлива, могут отличаться. Это связано с такими особенностями, как количество клапанов на цилиндр, фазы газораспределения и т. п. Поэтому для оценки работы двигателя на разных оборотах используют характеристики — зависимость его показателей от режимов работы. Характеристики определяются опытным путем на специальных стендах, так как теоретически они рассчитываются лишь приблизительно.
Как правило, в технической документации к автомобилю приводятся внешние скоростные характеристики двигателя (рис. 4), определяющие зависимость мощности, крутящего момента и удельного расхода топлива от числа оборотов коленвала при полной подаче топлива. Они дают представление о максимальных показателях двигателя.
Показатели двигателя (упрощенно) изменяются по следующим причинам. С увеличением числа оборотов коленвала растет крутящий момент благодаря тому, что в цилиндры поступает больше топлива. Примерно на средних оборотах он достигает своего максимума, а затем начинает снижаться. Это происходит из-за того, что с увеличением скорости вращения коленвала начинают играть существенную роль инерционные силы, силы трения, аэродинамическое сопротивление впускных трубопроводов, ухудшающее наполнение цилиндров свежим зарядом топливо-воздушной смеси, и т. п.
Быстрый рост крутящего момента двигателя указывает на хорошую динамику разгона автомобиля благодаря интенсивному увеличению силы тяги на колесах. Чем дольше величина момента находится в районе своего максимума и не снижается, тем лучше. Такой двигатель более приспособлен к изменению дорожных условий и реже придется переключать передачи.
Мощность растет вместе с крутящим моментом и даже, когда он начинает снижаться, продолжает увеличиваться благодаря повышению оборотов. После достижения максимума мощность начинает снижаться по той же причине, по которой уменьшается крутящий момент. Обороты несколько выше максимальной мощности ограничивают регулирующими устройствами, так как в этом режиме значительная часть топлива расходуется не на совершение полезной работы, а на преодоление сил инерции и трения в двигателе. Максимальная мощность определяет максимальную скорость автомобиля. В этом режиме автомобиль не разгоняется и двигатель работает только на преодоление сил сопротивления движению — сопротивления воздуха, сопротивления качению и т. п.
Величина удельного расхода топлива также меняется в зависимости от оборотов коленвала, что видно на характеристике (см. рис. 4). Удельный расход топлива должен находиться как можно дольше вблизи минимума; это указывает на хорошую экономичность двигателя. Минимальный удельный расход, как правило, достигается чуть ниже средних оборотов, на которых в основном и эксплуатируется автомобиль при движении в городе.
Пунктирной линией на графике показаны более оптимальные характеристики двигателя.
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 двигателя? (вопрос только тем,кто знает ответ)
А номеров на движке нет? Старые — старый движок, новые — новый.
Замена движка просто так не делается, это не глушитель поменять.. .
Договор купли должен быть на агрегат + последующая регистрация в гаи.. .
А по объему на установленном движке в условиях гаража — никак.. .
v = h * s
т. е. объем равен высота на площадь.
т. е. площадь поршня умножить на ход поршня * количество котлов. = объем двигла. ход поршня измеряется штангеном или щупом, а вот с диаметром поршня — придется найти такой же поршень) или разбирай двиг. я хз как.
маслом — это вообще то вариант.
кстати, не думаю что двиг заменили на двиг производства 2011 года. тем более российский. слабо номера ГБЦ проверить?)))
Александр Чибисов почти правильно написал
объем 1 цилиндра = V рабочий + V камеры сгорания = 500 мл. + ХЗ мл. — это на 2 л. движке
ставишь поршень в ВМТ, наливаешь масло через свечное отверстие пока не потечет = V кам. сгор. (с отверстием под свечу) , замеряешь объем — можно наливать мед. шприцем — будешь точно знать скока кубиков
отсасываешь масло
ставишь поршень в НМТ, наливаешь масло, замеряешь = V рабочий + V камеры сгорания, отсюда вычетаешь V кам. сгор
получилось 500 мл. — дв. 2,0 л.
получилось 450 мл. — дв. 1,8 л.