Бензиновый двигатель расход воздуха

Определение расхода воздуха на различных режимах работы двигателей внутреннего сгорания

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ВОЗДУХА НА РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕНЕГО СГОРАНИЯ

Цель работы: выполнение расчетов по расходу воздуха на различных режимах работы ДВС и построение графиков зависимостей расходов от режимов работы последних.

Для образования рабочей смеси в цилиндре ДВС в период такта впуска поступает воздух, заполняя разряженный подпоршневый объем. Количество поступающего в цилиндры воздуха Gв зависит от многих факторов. Расчеты довольно сложны. Однако для решения практических задач может быть использована следующая зависимость по определению количества поступающего в цилиндры воздуха Gв кг/ч

где Vh — рабочий объем двигателя, л;

— коэффициент наполнения воздухом цилиндров двигателя;

i — число цилиндров (i = 2…6). Принимаем i = 6;

n — частота вращения коленчатого вала двигателя, мин -1 ;

Pв — плотность воздуха, кг/м 3 . Принимаем Pв = 0,001213 кг/м 3 ;

ф — число тактов (ф = 2…4). Принимаем ф = 4

Рабочие объемы двигателя Vh, л, с искровой системой зажигания и дизельных двигателей рассчитывают по формуле:

где Nе — эффективная мощность, кВт;

pе — среднее эффективное давление, МПа,

здесь pi, pm — среднее индикаторное давление механических потерь, МПа.

Значение среднего эффективного давления pе, МПа при нормальной нагрузке изменяются в следующих пределах:

ли с искровым зажигание (0,6…1,1). Принимаем pе = 0,8.

Примеры для расчетов количества поступающего в цилиндры воздуха Gв:

е1 = 55кВт, ф = 4, число оборотов коленчатого вала n: 2000, 3000, 4000, 5000, 6000 мин -1 .

Nе2 = 70кВт, ф = 4, число оборотов коленчатого вала n: 500, 1000, 1500, 2000, 2500 мин -1 .

Значения коэффициента наполнения воздухом цилиндров двигателя для различных типов автомобильных и тракторных двигателей при работе их с полной нагрузкой изменяются в пределах:

В приведенной формуле сложность расчета вызывает определение величины коэффициента наполнения . По тепловому расчету ДВС этот коэффициент для четырехтактного двигателей с учетом продувки и дозядки цилиндра определяют по следующей формуле:

где Tk — температура воздуха на выходе из компрессора, К;

pk — давление наддувочного воздуха, МПа;

— температура подогрева свежего заряда, К;

— давление в конце впуска, МПа;

— давление остаточных газов, МПа;

Для четырехтактных двигателей без продувки и дозарядки:

К — температура окружающей среды;

давление окружающей среды принимаем po = pk = 0,1 МПа;

— температура подогрева свежего заряда, в зависимости от типа двигателя значение принимают следующим:

двигатели с искровым зажиганием (0…20). Принимаем =10;

Двигатели с наддувом (-5…+10). Принимаем = 5.

В двигателях с искровым зажиганием (6…12). Принимаем = 10

Дизели с турбонаддувом (20…25). Принимаем = 22.

Давление в цилиндрах в конце впуска pa, МПа, определяют по формуле:

При работе двигателей с наддувом воздух поступает в цилиндр из компрессора, где он предварительно сжимается.

Давление наддува принимается равным давлению pk на выходе из компрессора.

В зависимости от степени наддува применяются следующие давления , МПа, наддувочного воздуха на выходе из компрессора:

У четырёхтактных двигателей без наддува потери давления , МПа, за счет сопротивления впускной системы и затухания скорости движения свежего заряда в цилиндре составляет:

Давление остаточных газов pо, МПа, для двигателей без наддува, а также с наддувом и выпуском в атмосферу определяют по формуле:

а двигателей с наддувом и наличием газовой турбины на выпуске:

Расчет потребляемого кислорода определяют по формуле:

где pв — удельный вес 1 м 3 воздуха, pв = 0,001213 кг/м 3 .

Для бензинового двигателя эффективная мощность Ne1 = 55 кВт;

Для дизельного двигателя эффективная мощность Ne2 = 70 кВт.

Прежде чем приступить к расчетам мы определяем какой тип двигателя мы будем считать. Сначала мы рассчитываем рабочий объем бензинового двигателя :

Определение дозарядку цилиндра и с учетом продувки четырёхтактного бензинового двигателя:

Определение давления надувочного воздуха на выходе из компрессора:

Определение потери давления:

Определение давления в цилиндрах в конце впуска:

Определение остаточных газов:

Читайте также:  Как ставится подушка на двигателе уаз

Расчет поступающего в цилиндры воздуха:

Определения потребления воздуха при определенных оборотов коленчатого вала:

Определения потребления кислорода в зависимости от потребления воздуха:

После всех расчетов строим графики зависимости.

Рис. 2.1 — график расхода бензинового двигателя количества воздуха при частоте вращения коленчатого вала.

двигатель дизельный воздух зажигание

Рис 2.2 — график расхода бензинового двигателя количества кислорода при частоте вращения коленчатого вала.

Теперь аналогично делаем все расчеты для дизельного двигателя. Определим рабочий объем дизельного двигателя:

Определение четырёхтактного дизельного двигателя без учета дозарядки и продувки цилиндров:

Определение давления в цилиндрах:

Определение давления надувочного воздуха на выходе из компрессора:

Определение потери давления:

Определение остаточных газов:

Расчет поступающего в цилиндры воздуха:

Определения потребления воздуха при определенных оборотов коленчатого вала:

Определения потребления кислорода в зависимости от потребления воздуха:

После всех расчетов строим графики зависимости.

Рис. 2.3 — график расхода дизельного двигателя количества воздуха при частоте вращения коленчатого вала.

Рис 2.4 — график расхода дизельного двигателя количества кислорода при частоте вращения коленчатого вала.

Таблица 1.1 — расход воздуха и кислорода в зависимости от частоты вращения коленчатого вала

Источник

Соотношение воздух-топливо — почему оно важно в бензиновых двигателях?

Двигатели внутреннего сгорания сжигают топливо для создания кинетической энергии.

Сжигание топлива — это химическая реакция топлива с кислородом. Количество кислорода в этом процессе является ограничивающим фактором для количества топлива, которое можно сжечь.

Большого количества топлива в воздушно-топливной смеси, сгорает не полностью и выбрасывается через выпускной клапан.

А, большое количество воздуха, с небольшим количеством топлива становится причиной быстрого сгорания при высокой температуре, в то время как наоборот, с большим количеством топлива, смесь сгорает медленно и при низких температурах.

При наличии чрезмерно большого количества топлива и практически без воздуха, воспламенение может вообще не произойти.

При конструировании двигателя, очень точно рассчитывается соотношение воздух-топливо, при котором весь доступный кислород должен быть использован для того чтобы топливо полностью сгорало или хотя бы до лучшего значения.

Это соотношение называется стехиометрическим соотношением воздушно-топливной смеси. Для бензиновых двигателей стехиометрическое соотношение составляет 14,7:1. Такое соотношение — это компромисс между максимальной мощностью двигателя и минимальным расходом топлива.

Теоретически, это соотношение существует только для идеальной стехиометрической смеси, но на практике это соотношение не бывает одинаковым для различных двигателей до сих пор.

Соотношение воздух-топливо менее 14,7 означает богатую смесь, а соотношение более 14,7 означает обеднённую смесь.

Для холодного запуска (когда детали двигателя не прогреты) электронный блок управления (ЭБУ) двигателя рассчитывает соотношение 9:1 (переобогащенную смесь).

Для холостого хода (при остановке без выключения двигателя) — 12:1 (богатая смесь).

Для крейсерской скорости (при работе двигателя на постоянных средних оборотах двигателя/ экономичной скорости), подаётся соотношение 16:1 (обедненная смесь).

При ускорении автомобиля — 13: 1 (богатая смесь, но требующая меньше топлива, чем на холостом ходу).

Самый низкий расход топлива, получается при обедненной воздушно-топливной смеси, с соотношением от 15.4:1.

Максимальная мощность двигателя вырабатывается при богатой воздушно-топливной смеси, с соотношением 12.6:1.

Важным компонентом для полноценной работы двигателя является — лямбда зонд (датчик кислорода).

Этот датчик измеряет уровень кислорода в выхлопных газах и отправляет информацию в электронный блок управления двигателем (ЭБУ).

На основании значения показаний датчика кислорода, ЭБУ бензинового двигателя регулирует количество топлива, чтобы поддерживать соотношение воздух-топливо на уровне стехиометрического уровня (λ = 1,00).

Например, в бензиновых двигателях, если уровень кислорода выше порогового значения для стехиометрического уровня (следовательно, мы имеем бедную смесь), в следующем цикле впрыска количество впрыскиваемого топлива будет увеличено, чтобы использовать избыток воздуха.

Имейте в виду, что двигатель всегда будет переходить от обедненной смеси к обогащенной смеси между циклами впрыска, что даёт «среднее» стехиометрическое соотношение воздух-топливо.

Дорогие Друзья! Если данная статья была Вам полезна, то пожалуйста не забудьте проголосовать за неё нажав на кнопку с пальцем вверх, а также подписаться на канал и поделится с друзьями в соцсетях!

Источник

Читайте также:  Как снять блок управления двигателем на фольксваген пассат б6

ILDAR800 › Blog › Турбо. Расчет по-взрослому.

В прошлой записи обещал продолжить тему выбора турбины, но предварительно хочу еще раз (или для кого-то в первый раз) напомнить несложные формулы расчетов конфига, чтобы не ссылаться на опыт ребят из соседнего гаража. Сорри за задержку, но вот жеж моё «я к вам пишу» 🙂

Постановка задачи. Преамбула
Все машины одинаковы. Разница в нюансах. Принципиальных отличий в форсировке жигулей, тойоты или фольксвагена нет. В то же время весь наш опыт стоит денег. Большая их часть – цена ошибок, сделанных по незнанию. Предлагаю избавиться от них заранее и потратить сэкономленное с пользой.
Давайте в качестве теоретической болванки возьмем простой дешевый мотор и превратим его в Мотор. Разумеется, с помощью наддува.
Дано: ВАЗ 2106, Калина, Малина, Махиндра, Тесла , далее по списку. Мотор 1,6л, 8 или 16 клапанов.

Планирование
Первая ошибка, которую делает любой тюнер – отсутствие плана. Задайте себе вопрос «Сколько лошадиных сил?» Это главный пункт, точка отсчета и цель одновременно. Хотите 200 сил? 250? 388? Мотор должен быть не просто мощным, а максимально удобным, чтобы ездить хотелось каждый день, чтобы в кайф. Это значит, что мотор должен ехать уже снизу. И не говорите, что вам не нравятся EVO или STI! Они так хороши, потому что валят сразу и без дураков, на 2500 об/мин развивают момент 30 кг, а на 3500 об/мин – заявленные 35-40. Чтобы добиться аналогичной эффективности на вазовском моторе, чей объем = 80% от 2-литрового мотора «эволюции», нам достаточно получить 28-32 кг момента на 3000-3500 об/мин и 240 л.с. на 6500 об/мин. Я возьму за отсчет именно это значение, а вы примете свое решение. По крайней мере, нет ничего плохого, чтобы построить универсальный мотор, а затем по окончании первой волны эйфории продолжать экспериментировать с настройками. Как точно попасть в выбранные характеристики будущего мотора? Начнем с выбора турбины, но предварительно нам нужно кое-что посчитать.

Расчеты параметров для выбора турбины.
Расход воздуха.

Прежде всего забейте на советы и слухи. У вас теперь есть максимально точный инструмент для создания своей конфигурации. Основная характеристика турбокомпрессора – производительность. И, внимание! Никогда не берите давление наддува с потолка, оно тоже рассчитывается и зависит от индивидуальных характеристик двигателя и желаемой мощности.
Важно: производители чаще дают характеристики турбокомпрессоров в единицах британской системы мер. Масса в фунтах (lb), массовый расход в фунтах в минуту (lb/min), объемный расход воздуха в кубических футах в минуту (CFM), давление в psi (фунт на квадратный дюйм), удельный расход топлива (BSFC) – фунт на лошадиную силу в час (lb/hp•hr). То есть в любом случае придется иметь дело с этими «пси» и «фунтами», поэтому для удобства я буду приводить здесь данные именно в этих единицах. Если нужно перевести все в метрическую систему, то я пользуюсь вот этим конвертером, который можно скачать бесплатно: joshmadison.com/convert-for-windows/
***
Итак, нам требуется получить 240 л.с. на 6500 оборотов с мотора 1,6. Доставайте калькулятор. Какую массу воздуха должен обеспечить компрессор для получения такой мощности?
Ее значение считается по этой формуле:
Рв = HP x A/F x BSFC/60,
где HP – мощность, Рв – расход воздуха, A/F – состав смеси, BSFC – удельный расход топлива
Минимальное значение качества смеси для 95 бензина не опускается ниже 12:1, а если топливо гоночное (100-105) – не ниже 12,5:1. Для метанола это значение составляет 5,0:1, а для дизеля 18:1. Удельный расход (BSFC) для турбомоторов варьируется от 0,5 до 0,6 lb/hp•hr. Примем среднее значение 0,55. Считаем:
Рв = 240 х 12 х 0,55/60 = 26,4 lb/min (12 кг/мин)

Давление наддува
Мы еще раз подтвердили данные профессиональных настройщиков двигателей, что каждый килограмм расхода воздуха – это 20-22 л.с. Обратите внимание, что мы не используем в формуле ни значение объема мотора, ни оборотов максимальной мощности. Это значит, что для любого бензинового мотора потребуется 12 кг воздуха в минуту, чтобы получить 240 л.с. Даже когда 500-сильная машина развивает эти 240 сил где-нибудь на 2,5 т. оборотов, расход воздуха будет таким же. Также очевидно, что для небольшого мотора давление наддува должно быть выше, чем для условного 3,5-литрового V6.
Рассчитаем давление наддува:
РАвпуск = [Рв х R x (460+Tвп)] / (VE x N/2 x Vd)

Читайте также:  Чем отличается двигатель змз 405 от змз 406

PAвпуск = Абсолютное давление во впускном тракте (ресивере) для получения требуемой мощности
Рв = массовый расход воздуха (lb/min)
R = газовая постоянная = 639,6
Tвп = Температура во впускном тракте, градусы по шкале Фарингейта (F). Приемлемое значение варьируется от 40 до 70 °С. Примем его 55°С, т.е. 130°F
VE = Коэффициент наполнения. Для конструкции с 4 клапанами на цилиндр среднее значение = 0,9-1,05. Для 2-клапанных камер сгорания = 0,7-0,9. К этому параметру мы еще вернемся чуть позже.
N = Частота вращения коленвала, об/мин
Vd = объем двигателя в кубических дюймах (CI – cubic inch). Чтобы перевести объем из литров в CI, умножаем литры на 61,02 (1,6 х 61,02 = 97,6).

Считаем наш мотор:
РАвпуск = [26,4 х 639,6 x (460+130)] / (0,95 x 6500/2 x 97,6) = 33,11 psi
Таким образом давление наддува
Pнаддува = Рабсолютное — Ратмосферное = 33,11 – 14,46 = 18,65 psi = 1,3 бара.

Степень повышения (PR)
На этом первую часть можно было бы и закончить, чтобы перейти к выбору турбокомпрессора. Но мы не учли в расчетах потери давления из-за общего сопротивления в системе. Воздуховоды (пайпинг), интеркулер и дроссельная заслонка оказывают некоторое сопротивление потоку, в результате давление падает. Да и на впуске стоит воздушный фильтр. Каким бы спортивным он не был – потери его нужно учитывать. И вот почему.
Производители турбин не указывают давления наддува, потому что не знают условий эксплуатации. Ведь это может быть разреженная атмосфера высокогорья или турбина используется как вторая ступень наддува в дизеле. Поэтому они указывают лишь степень повышения, которую способен обеспечить компрессор, т.е. с каким коэффициентом будет сжат воздух на выходе компрессора относительно потока на входе, поэтому сами значения давления не указывают. Так что очередной важный расчет перед выбором компрессора – степень повышения.
Даже конический спортивный фильтр препятствует всасыванию, не говоря о штатном фильтре в заводском корпусе. Эти значения невелики 0,5-1,5 psi, но их стоит учитывать. Примем значение потерь до компрессора 1 psi. Если дело происходит, например, в Челябинске, то примем стандартное атмосферное давление Ратм = 736 мм рт.ст. = 14,24 psi.
Pвход = 14,24-1 = 13,24 psi

Чтобы узнать нормальное атмосферное давление в вашем населенном пункте, достаточно поинтересоваться на какой высоте над уровнем моря он находится. Нормальное давление на уровне моря – 760 мм.рт.ст. Каждые 10м выше уровня моря – минус один мм.рт.ст. Например, Москва находится на высоте 120м, значит нормальное давление для Москвы – 760-12=748 мм рт.ст., Челябинск на 237 м выше уровня моря, значит давление составит 760-23,7=736,3 мм рт.ст. Ну а в Катманду (1300 м) – 630 мм рт.ст.
В psi и барах, здесь тоже пригодится конвертер:
Москва – 14.46 psi, 0.99 бара
Челябинск – 14.24 psi, 0.98 бара
Катманду – 12.18 psi, 0.84 бара

Потери во впускном тракте могут составить от 1 до 5 psi. Мы стараемся все построить грамотно, то есть с минимальными потерями, поэтому возьмем для расчетов значение 2 psi – вполне реальная цифра для расчетов. Таким образом, чтобы расчетное абсолютное давление в ресивере составило 33,1 psi, давление на выходе из компрессора должно быть уже
Pвыход = Рвпуск + Рпотери
Pвыход = 33,1 + 2 = 35,1 psi

Степень повышения (PR – pressure ratio) считаем по формуле
PR = Pвыход / Pвход
PR = 35.1 / 13,24 = 2,65
Итак, у нас есть максимальный расход воздуха и степень повышения. Теперь подбираем турбокомпрессор, чей рабочий диапазон обеспечит наши скромные запросы, о чем напишу вот-вот совсем скоро 🙂

Источник

Adblock
detector