Тепловой расчет двигателя при его работе на жидком топливе и переводе его на газ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ЛГТУ)

Кафедра автомобилей и тракторов

Расчетное задание

По дисциплине: Инжекторные системы впрыска

На тему: «Тепловой расчет двигателя при его работе на жидком топливе и переводе его на газ»

Содержание

Введение

1. Краткая техническая характеристика двигателя-прототина

2. Описание конструкции системы питания

3.Тепловой расчет двигателя

3.1 Параметры свежего заряда рабочего тела

3.2 Параметры рабочего тела в процессе впуска

3.3 Процесс сжатия

3.4 Процесс сгорания

3.5 Процесс расширения

3.6 Индикаторные показатели рабочего процесса

3.7 Механические потери и эффективные показатели двигателя

4. Расчет и построение внешней скоростной характеристики

5. Построение индикаторной диаграммы в координатах P - V

Вывод

Введение

XX век - это мир техники. Могучие машины добывают из недр земли миллионы тонн угля, руды, нефти. Мощные электростанции вырабатывают миллиарды киловатт-часов электроэнергии. Тысячи фабрик и заводов изготавливают одежду, радиоприемники, телевизоры, велосипеды, автомобили, часы и другую необходимую продукцию. Телеграф, телефон и радио соединяет нас со всем миром. Поезда, теплоходы, самолеты с большой скоростью переносят нас через материки и океаны. А высоко над нами, за пределами земной атмосферы, летают ракеты и искусственные Спутники Земли. Все это действует не без помощи электричества.

Сегодня один из самых распространенных тепловых двигателей - двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Его устанавливают на автомобили, корабли, тракторы, моторные лодки и т.д., во всем мире насчитываются сотни миллионов таких двигателей.

Выпуск двигателей является одним из самых затрато- и трудоемких процессов. Как продукт двигатель требует жесткого соблюдения технических требований, которые в свою очередь обусловлены общими требованиями к автомобилю и сводится к следующему: обеспечению необходимых энергетических характеристик; соблюдению постоянно ужесточающихся международных и российских норм по уровню вредных выбросов и излучению шума; существенному уменьшению эксплуатационных расходов топлива и масла; возможности работы на альтернативных топливах не нефтяного происхождения; снижению расхода природных ресурсов на производство и эксплуатацию двигателей; достижению приемлемых ценовых факторов, позволяющих поддерживать конкурентоспособность автомобилей.

Для выполнения всех этих требований необходимы, во-первых, значительные собственные либо заемные финансовые ресурсы; во-вторых, меры государственного масштаба.

Основные типы автомобильных двигателей, выпускаемые в нашей стране, -- бензиновый и дизельный, при доминирующем положении бензиновых. Надо сказать, что в Европе процессы дизелизации происходят на порядок интенсивнее. Бензиновые двигатели применяют чаще на легковых автомобилях, небольших грузовиках и мини-вэнах. Дизельные двигатели применяют в основном на грузовых автомобилях и автобусах, где их преимущества в высокой топливной экономичности и ресурсе наиболее весомы.

Несмотря на достаточное количество производителей, модельный ряд российских автомобилей и двигателей все-таки беден, хотя уровень производства собственно двигателей на российских предприятиях ряд экспертов оценивают как вполне достаточный. В любом случае он выше, чем уровень технологии на многих двигателестроительных заводах, к примеру, в Азии. Однако на российских предприятиях нельзя производить многие высокотехнологичные узлы, необходимые современным двигателям -- современный турбонаддув, современную систему управления впрыском топлива. Менее оптимистичные оценки свидетельствуют о низком технологическом уровне. Также необходимо иметь в виду, что еще с советских времен на российских предприятиях существовала проблема нестабильности технологического процесса и, соответственно, качества. Эта трудность существует и сейчас. В сложившейся ситуации большинство российских двигателестроительных заводов вынуждено развиваться самостоятельно, что в современных условиях в ряде случаев практически невозможно. Этим же объясняется нарастающее системное отставание по уровню внедренных конструкторских разработок.

Естественно, что уровень российского двигателестроения, как и автопрома, не столь высок относительно общемировых стандартов. Но от двигателестроительных производителей Бразилии, Индии и даже Китая российских производителей выгодно отличает наличие устойчивой базовой технологии. Это означает, что при равном отставании в области применения высоких технологий российские двигатели будут иметь хорошие конкурентные преимущества на рынках Латинской Америки, Центральной и Южной Азии.

Что в связи с этим может ожидать наших моторостроителей? По ряду оценок, в ближайшие 5-10 лет российские двигателестроительные предприятия могут уйти в нишу дешевых двигателей с более низкими характеристиками по мощности, экологичности, топливопотреблению и, разумеется, по цене. Рынок стран с развитым автомобилестроением будет полностью закрыт для российских моторостроителей. Однако рынок развивающихся автомобильных держав откроет для отечественных производителей моторов новые интересные перспективы.

1. Краткая техническая характеристика двигателя-прототина

Базовый ВАЗ-2109 оснащали поперечно расположенным карбюраторным 1,3-литровым четырехцилиндровым двигателем мощностью 65 л.с., с которым полностью загруженный автомобиль (полезная нагрузка 425 кг) разгоняется до 100 км/ч за 18 с и достигает скорости 156 км/ч. Его прекратили выпускать с 1997 года в связи с прекращением производства недостаточно мощных двигателей типа ВАЗ-2108. Более стильную модель ВАЗ-21093 (которая теперь является единственной "девяткой" в заводской программе) оснащают 72-сильным 1,5-литровым двигателем ВАЗ-21083, у которого при сохранении скоростных и экономических параметров на секунду лучший результат по разгону с места до сотни. ВАЗ-21093i - с 1,5-литровым инжекторным двигателем. Так же выпускалась модификация с двигателем рабочим объемом 1,1 л (ВАЗ-21091).

Краткая техническая характеристика по базовому двигателю:

1. Максимальная мощность N_{e max} = 47,5 кВт

2. Частота вращения при максимальной мощности n_{Ne max} =5600 об/мин

3. Число и расположение цилиндров - 4, рядное расположение

4. Степень сжатия е=9,9

5. Диаметр цилиндра D = 76 мм

6. Ход поршня S = 71 мм

7. Отношение S/D = 1,07

8. Максимальный крутящий момент М_{е max} = 121,6 Н•м

9. Частота вращения при максимальном крутящем моменте n_{Me max} =3400 об/мин

10. Литраж двигателя V_л = 1,3 л

11. Минимальный удельный расход топлива g_e =312 г/кВт•ч

12. Форма камеры сгорания.

Система питания имеет следующие особенности:

увеличена емкость топливного бака до 43 л; пробка заливной горловины топливного бака на некоторых автомобилях снабжена замком;

на топливоподающем трубопроводе установлен топливный фильтр тонкой очистки;

для стабилизации давления на входе в карбюратор предусмотрена обратная топливная ветвь для слива излишков топлива в бак;

использован новый карбюратор, обеспечивающий экономичную смесь -- на различных режимах работы двигателя;

для удобства пользования и снижения токсичности при пуске двигателя карбюратор имеет диафрагменное пусковое устройство;

улучшена термостабильность системы подачи воздуха, забор которого в условиях высокой температуры окружающей среды осуществляется из предрадиаторного пространства, а при низких температурах -- из зоны выпускного коллектора.

2. Описание конструкции системы питания

Двигатель ваз 2108 с инжекторной системой питания.

Топливопровод с топливной рампой

Форсунка (инжектор) - управляемый электромагнитный клапан, обеспечивающий дозированную подачу топлива в цилиндры двигателя. Существуют форсунки для центрального (одноточечного, моно) и для распределённого (многоточечного) впрыска. Блок управления - электронный блок, управляющий системой впрыска, в частности работой форсунок.

Многие современные автомобили оснащаются системами впрыска топлива. Состояние форсунок - неотъемлемой части системы впрыска - во многом определяет эффективность работы двигателя. Впрыск топлива имеет неоспоримые преимущества по сравнению с карбюраторным принципом смесеобразования. В первую очередь, это более точное дозирование топлива, а следовательно, большая экономичность и приемистость автомобиля и меньшая токсичность отработавших газов. Однако основная исполнительная деталь системы впрыска - форсунка - работает в тяжелых условиях и поэтому весьма требовательна к обслуживанию.

ГАЗОВЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ИНЖЕКТОРНОГО АВТОМОБИЛЯ ВАЗ.

Когда под натиском научно-технического прогресса карбюраторные системы подачи топлива, доминировавшие в автомобильной промышленности продолжительное время, уступили своё место впрысковым системам, лучшие дни традиционных газовых редукторных систем отошли в прошлое. Незадолго до наступления этой новой эры автомобилестроения производители газовой аппаратуры начали активные поиски решений по адаптации традиционных редукторных газовых систем к реальности современного инжекторного автомобиля.

Системы усложнялись введением новых электронных устройств, и каждая новая комбинация провозглашалась гордым именем нового поколения. Однако результат все равно оставался неудовлетворительным, поскольку, как и в редукторной системе, подача газа по-прежнему осуществлялась через смеситель в пространство перед дроссельной заслонкой, далеко от камеры сгорания. Серьёзные недостатки такой стратегии топливоподачи проявлялись в нестабильности работы двигателя, опасности воспламенения газовоздушной смеси, заполняющей впускной коллектор, и разрушения самого впускного коллектора (т.н. хлопки), значительном ухудшении динамических характеристик автомобиля и излишне высоком расходе газа. В конечном счете, после серии неудачных экспериментов пришло понимание, что для осуществления возможности работы инжекторного автомобиля на газовом топливе современная газовая система в своих принципах должна иметь сходные алгоритмы работы с современной бензиновой системой, так же как газовый редуктор повторял логику работы бензинового карбюратора. В такой системе подача топлива должна быть не постоянной, а цикловой, причём расположение подающего газ устройства должно быть максимально приближено к камере сгорания.

Поэтому общепринятая система классификации поколений автомобильных газовых систем, если исходить из принципа дозирования топлива, представляется несколько искусственной, с неподобающим распределением статусов нового поколения.

Распределенный впрыск газа - это принципиально новая технология, которая и является по сути настоящим вторым поколением автомобильных газовых систем. В любом случае нумерация поколений - это вопрос предпочтений, в то время как реальные эксплуатационные свойства систем разных производителей и различия в их конструкциях представляют несомненный интерес.

ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ РАСПРЕДЕЛЁННОГО ВПРЫСКА ГАЗА. ОБЩИЙ ПРИНЦИП РАБОТЫ.

Сжиженный нефтяной газ (далее СНГ), хранящийся в баллоне, подаётся под собственным давлением по медным трубопроводам в подкапотное пространство автомобиля. Обычное давление СНГ в баллоне составляет летом 7-12 Атм., а зимой 0.5 - 4 Атм.

При достижении температуры -43°С давление падает до нуля и подача СНГ прекращается.



· 1 -- газовый клапан

· 2 -- испаритель / регулятор давления СНГ

· 3 -- температурный датчик

· 4 -- питание от силовой цепи зажигания

· 5 -- заземление на корпус автомобиля

· 6 -- газовый фильтр 5-7 мкм

· 7 -- газовый инжектор

· 8 -- бензиновая форсунка

· 9 -- кабель эмулятора бензиновых форсунок

· 10 -- подающая трубка

· 11 -- переключатель вида топлива с индикатором

· 12 -- электронный блок управления

· 13 -- впускной воздушный коллектор двигателя

· 14 -- двигатель автомобиля

СНГ проходит через электромагнитный клапан отсечки и поступает в редуктор. К редуктору подводится охлаждающая жидкость двигателя для подогрева, чтобы СНГ начал активно испаряться. При испарении СНГ расширяется и создает рабочее давление. Величина рабочего давления может быть отрегулирована на заводе изготовителе, либо возможность регулировки может быть предусмотрена на редукторе. Обычно регулировка осуществляется вращением винта, находящегося в центре передней крышки редуктора.

Далее испаренный газ проходит по трубопроводу в фильтр тонкой очистки, где отделяются механические примеси. После фильтра газ проходит по трубопроводу в распределительную рампу, откуда поступает к газовым инжекторам. Газовый инжектор открывается по сигналу электронного блока управления, пропуская дозу газа, и закрывается по окончании сигнала электронного блока. Бензиновая схема топливоподачи повторяется с той лишь особенностью, что газ, в отличие от бензина, очень хорошо смешивается с воздухом, и не требует тщательно сформированного факела распыления.

Электронный блок управления считывает управляющие сигналы бензиновых форсунок, вырабатываемые штатным блоком управления автомобиля, и сигналы дополнительных датчиков, поставляемых с газовой системой, и формирует расчетным образом сигналы управления газовыми инжекторами, отключая при этом сами бензиновые форсунки.

3. Тепловой расчет двигателя

Тепловой расчет двигателя служит для определения параметров рабочего процесса. В первую очередь производится определение этих параметров для базового двигателя, работающего на жидком топливе (в карбюраторном и инжекторном вариантах). В связи с тем, что газовые двигатели создаются на базе бензиновых, тепловой расчет двигателя при изменении конструкции системы питания проводится с целью определения изменения параметров рабочего процесса, мощностных и экономических показателей по сравнению с базовым двигателем.

Использование газового топлива может осуществляться либо при неизменной степени сжатия, либо с ее повышением. Увеличение степени сжатия проводится либо постановкой новой головки блока с уменьшенной камерой сгорания, либо установкой поршней с увеличенной головкой поршня. На двигателях легковых автомобилей, имеющих высокую степень сжатия (8...10), перевод на газовое топливо (сжиженный газ) проводят без изменения степени сжатия.

Введем следующие обозначения:

А) для карбюраторных двигателей

Б) для газовых двигателей

В) для двигателей с электронным впрыском

3.1 Параметры свежего заряда рабочего тела

Теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания :

А) для сгорания 1 кг бензина (С = 0,85; H = 0,145):



Б) для сгорания 1 кг сжиженного нефтяного газа (СНГ), состоящего из 52% пропана (C₃H₈) и 48% бутана (С₄H₁₀):

=

В) для сгорания 1 кг бензина (С = 0,85; H = 0,145):

Количество свежего заряда в конце впуска:

А) ,

где - коэффициент избытка воздуха, =0,8 .

м_т - молярная масса паров бензина; м_т=110…120 кг/кмоль.

Б)

L_{0 ГТ} - теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания газового топлива. При использовании СНГ в данную формулу подставляется L_{0 СНГ}. Значение б для сжиженного газа лежит в пределах 0,8…0,9.

В) ,

где для впрыска бензина равно 1.

3.2 Параметры рабочего тела в процессе впуска

Давление окружающей среды Р₀=0,1013 МПа, температура окружающей среды Т₀ = 293 К.

Давление в конце впуска, МПа:

,

где ДР - потери давления на впуске из-за сопротивления впускной системы. Величина ДР лежит в пределах для двигателей, работающих на :

а) бензине - (0,1...0,15)Р₀, причем большее значение применяется для карбюраторных двигателей, меньшее - для инжекторных.

в) газовом топливе. - (0,18...0,20)Р₀;

А) МПа;

Б)МПа;

В) МПа.

А) Р_а = 0,1013-0,015195=0,0861 МПа

Б) Р_а = 0,1013-0,0185=0,0828 МПа

В) Р_а = 0,1013-0,01013=0,0912 МПа

Давление остаточных газов в конце впуска:

Р_r = Р₀ + Р;

А) Р_r = 0,1013+0,015195=0,1165 МПа

Б) Р_r = 0,1013+0,0185=0,1198 МПа

В) Р_r = 0,1013+0,01013=0,1114 МПа

Температура остаточных газов, К:

T_r = 700 + 0.067n

Величина T_r лежит в предела 900…1100К для бензиновых двигателей и уменьшается на 50…100К для газовых.

А) T_r = 1075,2

Б) T_r = 1000

В) T_r = 1045

Коэффициент остаточных газов

;

А) Т_см - температура смеси воздуха с газовым топливом. Для двигателей, работающих на жидком топливе, Т_см=Т₀=293 К.

Т_r =1075,2 K; P_r =0,1165 МПа; Р_а =0,0861 МПа;

е=9,9;

Величина ДТ определяется по имперической зависимости:

=5 К.

ц_доз - коэффициент дозарядки цилиндра. Для бензиновых двигателей выбирается в зависимости от скоростного режима по рис. 5 [1].

ц_оч - коэффициент очистки цилиндра. Для всех типов двигателей ц_оч=1;

Б) Т_см - температура смеси воздуха с газовым топливом. Для двигателей, работающих на газовом топливе, определяется по формуле:

,

где б=0,85; L_0ГТ= 27,24 кмоль/кг; Т_газ=Т₀+ДТ ? - температура газового топлива на входе в цилиндр, К, Т_газ=293+15=308 К;

ДТ ? =15...20° - подогрев газа при прохождении его от смесителя до цилиндра.

К;

ДТ ? =17°; Т_r=1000 К; P_r =0,1198 МПа; Р_а =0,0828 МПа; е=9,9;

В) Т_см=Т₀=293 К; ДТ =5 К; Т_r=1045 К; P_r =0,1114 МПа; Р_а =0,0912 МПа; е=9,9;

Температура газа в конце впуска, К:

А) К;

Б) К;

Б) К.

Коэффициент наполнения:

.

А) ;

Б) ;

В) .

3.3 Процесс сжатия

Давление заряда в конце сжатия, МПа:

.

А) МПа;

Б) МПа;

В) МПа.

где n₁ - показатель политропы сжатия, для двигателей, работающих на жидком топливе, рассчитывается по эмпирическому уравнению:

=;

для газового топлива принимается равным 1,37...1,39.

Температура заряда в конце сжатия, К:

А) К;

Б) К;

В) К.

Средняя мольная теплоемкость заряда,, в конце процесса сжатия для всех типов двигателей:

.

А) кДж/кмоль;

Б) кДж/кмоль;

В) кДж/кмоль.

3.4 Процесс сгорания

Количество продуктов сгорания () или () для:

А) бензиновых двигателей:

=;

Б) сжиженного газа:

=

=

В) =.

Коэффициент молекулярного изменения

.

А)

Б)

В)

Потери теплоты из-за неполноты сгорания при б<1:

.

А) ;

Б) ;

В) т.к. б=1

Здесь - низшая теплота сгорания, для бензина = 43900 кДж/м³, для сжиженного газа = 98000 кДж/м³.

Коэффициент использования теплоты

Коэффициент использования теплоты выражает долю низшей теплоты сгорания топлива, используемую на повышение внутренней энергии газа и на совершение работы.

Величина коэффициента использования теплоты принимается на основе экспериментальных данных в зависимости от конструкции двигателя, режима его работы, системы охлаждения, формы камеры сгорания, способа смесеобразования, коэффициента избытка воздуха и частоты вращения коленчатого вала. Коэффициент использования теплоты для карбюраторных двигателей определяется по имперической формуле

А)

Б)

В)

Температура газов в конце сгорания определяется из уравнения сгорания для:

А) и В) бензиновых двигателей:

;

Б) газового двигателя с искровым зажиганием:

Низшая теплота сгорания H_u: для бензинов - 43900 кДж/кг, для сжиженного газа - 98000 кДж/м³;

Средняя мольная теплоёмкость (кДж/кмоль град) продуктов сгорания для:

бензинового и газового топлива:

;

В результате подстановки значения б и решения получим новые уравнения вида:

;

.

После подстановки этих значений в уравнения сгорания их правые части принимают вид . В результате уравнение сгорания с учетом определенных ранее величин принимает вид

.

Решая уравнение относительно Т_Z, находим

.

Величина Т_Z определяется на ЭВМ при помощи таблицы Excel.

Таблица 1

a	20,48	20,61	21
b	0,002654	0,002723	0,00293
A	0,002946	0,002696	0,003077
B	22,7328	20,4039	22,05
C	78645,66	74774,25	91876,47
Tz	2590,16	2700	2620

Давление газов в конце сгорания для двигателей с искровым

зажиганием, МПа:

А)

Б)

В)

Действительное давление газов в конце сгорания для двигателя

с искровым зажиганием, МПа:

.

А)

Б)

В)

Степень повышения давления для двигателей с искровым зажиганием:

.

А)

Б)

В)

3.5 Процесс расширения

Средний показатель политропы расширения для двигателей, работающих на жидком топливе:

.

А) ;

Б)

В)

Давление (МПа) и температура газов (К) в конце расширения для:

; .

А) ;

Б) ;

В) .

3.6 Индикаторные показатели рабочего процесса

Теоретическое среднее индикаторное давление цикла (МПа) для двигателей с искровым зажиганием:

;

Величина Р_i' рассчитывается на ЭВМ при помощи таблицы Excel

Таблица 2

Рc	1,686	1,587	1,786
л	3,75	3,54	3,64
n1	1,39	1,38	1,39
n2	1,203	1,225	1,203
P`i	1,1371	0,9623	1,1590

Действительное среднее индикаторное давление МПа:

,

где ц - коэффициент полноты индикаторной диаграммы. Коэффициент полноты диаграммы принимается равным:

-для бензиновых двигателей с электронным впрыском - 0,95…0,98;

-для карбюраторных и газовых двигателей - 0,94…0,97;

А) ;

Б) ;

В) .

Индикаторный кпд

А)

Б)

В)

Индикаторный удельный расход топлива

Индикаторный удельный расход жидкого топлива, :

.

А) ;

В)

Индикаторный удельный расход газового топлива, :

.

Б)

Индикаторный удельный расход теплоты на единицу мощности, :

А) двигатели, работающие на жидком топливе:



Б) двигатели, работающие на газовом топливе:

В) двигатели, работающие на жидком топливе:

При определении индикаторного удельного расхода теплоты для жидкого топлива величина низшей теплоты сгорания подставляется в Дж/кг, газового - в МДж/м³

3.7 Механические потери в двигателе и эффективные показатели его работы

Среднее давление механических потерь (МПа) для:

бензиновых двигателей с числом цилиндров до 6 и отношением S/D>1:

;

где С_т - средняя скорость поршня, м/с

,

где S - ход поршня, м; n - частота вращения об/мин.

P_м = 0,049 + 0,0152 М 13,25 = 0,250 МПа

Для впрыска: P_м = 0,024 + 0,0053 М C_m = 0,094 МПа.

Среднее эффективное давление, МПа:

.

А) для бензиновых двигателей: Р_е = Р_i - Р_м = 1,08-0,250=0,83;

Б) для газовых двигателей: Р_е = Р_i - Р_м = 0,92-0,250=0,67;

В) для впрыска Pe=1,1-0,103=0,997.

Механический кпд

.

А)

Б)

В)

Эффективный кпд

.

А)

Б)

В)

Эффективный удельный расход топлива

А) g_e для двигателей, работающих на жидком топливе, :

;

Б) V_e для двигателей, работающих на газовом топливе,:

.

В) g_e для двигателей, работающих на жидком топливе, :

;

В связи с тем, что теплота сгорания газового топлива изменяется в широких пределах, в газовых двигателях оценку экономичности проводят по эффективному расходу теплоты, :

Б)

Для двигателей, работающих на жидком топливе, :

А)

В)

Эффективная мощность двигателя, кВт:

;

А)

Б)

В)

Часовой расход топлива:

А) для двигателей, работающих на жидком топливе, :

;

Б) для двигателей, работающих на газовом топливе, :

.

В) для двигателей, работающих на жидком топливе, :

;

4. Расчет и построение внешней скоростной характеристики

Расчет параметров скоростной характеристики ведется по следующим уравнениям:

А) эффективная мощность, кВт:

,

где N_ex - эффективная мощность на различных скоростных режимах, кВт;

N_e - мощность по заданию, кВт;

n_x - текущее значение частоты вращения, об/мин;

n_e - частота вращения по заданию, об/мин.

Таблица 3

n	1120	2240	3360	4480	5600	6720
карб Nвх	13,66	29,21	43,82	54,66	58,90	53,72
газов Nвх	10,95	23,41	35,12	43,80	47,20	43,05
инж Nвх	16,96	36,26	54,39	67,84	73,10	66,67

Б) эффективный удельный расход топлива:

-для бензиновых и дизельных двигателей, г/кВт•ч:

;

-для газовых двигателей, м³/кВт•ч:

,

где g_e и V_e - эффективные удельные расходы жидкого и газового топлива, полученные в тепловом расчете.

Таблица 4

n	1120	2240	3360	4480	5600	6720
карб ge	356,5	313,72	299,46	313,72	356,5	427,8
газов Ve	170	149,6	142,8	149,6	170	204
инж ge	248,5	218,68	208,74	218,68	248,5	298,2

В) часовой расход топлива, кг/ч:

.

г) крутящий момент, Н•м:

.

Таблица 5

n	1120	2240	3360	4480	5600	6720
карб Мвх	116,58	124,62	124,62	116,58	100,50	76,38
газов Мвх	93,42	99,86	99,86	93,42	80,54	61,21
инж Мвх	144,68	154,66	154,66	144,68	124,73	94,79
карб Gтх	4,9	9,2	13,1	17,1	21,0	23,0
газов Gтх	1,9	3,5	5,0	6,6	8,0	8,8
инж Gтх	4,2	7,9	11,4	14,8	18,2	19,9



Рис. 5. Скоростная характеристика

В связи с тем, что удельный расход топлива для двигателей на жидком и газовом топливе измеряется в различных величинах, для сравнения этих двигателей по экономичности используют удельные расходы теплоты.

С использованием данных теплового расчета и скоростных характеристик составляется таблица основных параметров рабочего процесса и показателей работы двигателя на базовом (жидком) и газовом топливе.

Основные параметры рабочих процессов и показателей двигателя на различных видах топлива

Таблица 6

Вид топлива	е	Pс	Тс	Рz	Tz	Рb	Tb	зi	зм	зе	ge(Ve)	Ne	Mmax	Me
Кврбюратор	9,9	2,084	791,9	6,12	2590,16	0,38	1626,3	0,28	0,76	0,26	315,4	50,3	100,5	80,88
Газ	9,9	1,958	779	4,95	2700	0,29	1611,9	0,299	0,7	0,20	0,17	40,6	79,6	64,16
Впрыск	9,9	2,207	728,6	6,26	260	0,39	1645	0,33	0,91	0,30	273,3	60,4	181,8	146,52

5. Построение индикаторной диаграммы в координатах P - V

Индикаторная диаграмма строится в левом верхнем углу листа графической части. Размеры диаграммы должны быть такими, чтобы её высота была в 1.5…1,7 раза больше основания. Построение индикаторной диаграммы проводится в следующем порядке:

а) определяется объем камеры сгорания, л:

.

б) строятся оси P и V, выбирается масштаб;

в) на осях откладываются величины V_a, V_c, V_h, P_a, P_c, P_z, P_b, P_r, определенные в тепловом расчете; проводится линия атмосферного давления Р₀=0,1 МПа;

г) производится построение линий впуска и выпуска. В связи с тем, что для двигателей без наддува давления этих процессов незначительно отличаются от давления Р₀, то их проводят с некоторым отклонением от масштаба давлений: впуск на 1 мм ниже, а выпуск - на 1 мм выше линии Р₀;

д) построение политропы сжатия а - с проводится аналитическим методом. Давление в любой точке политропы сжатия Р_сх определяется из уравнения политропы: . Таким образом, можно записать:

,

где V_x - объем, соответствующий точке политропы с давлением Р_сх..

Давление в любой точке политропы сжатия

.

Принимая для бензиновых и газовых двигателей V_x=2V_c; 3V_c; 4V_c и т.д. получаем

и т. д.

Полученные точки соединяются с помощью лекал.

ж) построение политропы расширения z - b проводится аналитическим методом. Давление в любой точке политропы расширения Р_zx определяется из уравнения политропы: . Таким образом, можно записать:

,

где V_x - объем, соответствующий точке политропы с давлением P_zx.

Давление в любой точке политропы расширения

.

Принимая для бензиновых и газовых двигателей V_x=2V_z; 3V_z; 4V_z и т.д. (для данных типов двигателей V_z=V_c) получаем

и т. д.

з) для построения реальной политропы сжатия с учетом угла опережения зажигания для бензиновых и газовых двигателей определяются точки с' и с?:

Р_с^?=(0,8…0,9)Р_с;

Р_с^?=(1,15…1,25)Р_с.

Точка с? откладывается на теоретической политропе сжатия, а точка с? - на вертикале cz. Для получения действительной политропы сжатия необходимо соединить точки с? и с? минуя точку с.

и) на политропе расширения индикаторной диаграммы бензиновых и газовых двигателей наносят точку z_д: . Данная точка соединяется с точкой с? прямой линией.

Индикаторные диаграммы приведены на графике.

Вывод

Для двигателя ВАЗ-2109 произвели тепловой расчет при работе на жидком топливе и при переводе на газовое без изменения степени сжатия. Получив данные, мы сделали соответствующие выводы: при применении инжекторной системы питания эффективная мощность двигателя увеличивается по сравнению с карбюраторной и газовой системами. Но чтобы этого добиться, необходимо на автомобиль установить очень сложную конструкцию.

При переходе на газовое питание мощность резко падает, но при этом и расход топлива существенно снижается, что экономически выгодно. Также не менее важным недостатком является значительный выброс СН в режимах холостого хода и при малой нагрузке.

Сейчас карбюраторы уже отживают свой век, так как даже, несмотря на сложность применяемых конструкций для инжекторных систем, они более экономичны и практичны. Топливная пленка - причина неполного сгорания топлива и выделения значительного количества токсичных веществ. Поэтому карбюраторы являются наиболее грязными в экологическом отношении. Также невозможность равномерного распределения топлива по цилиндрам. Из-за чего двигатели с карбюраторами имеют высокий расход топлива и не отдают полной мощности.