
- •1. Загальні положення
- •2. Завдання на проектування
- •3. Тепловий розрахунок двигуна
- •3.1. Вибір вихідних даних
- •3.2. Параметри робочого тіла
- •3.3. Параметри навколишнього середовища і залишкових газів
- •3.4 Параметри процесу впуску
- •3.5. Параметри процесу стиску
- •3.6. Параметри процесу згоряння
- •3.7. Параметри процесу розширення
- •Параметри процесу випуску
- •Індикаторні показники робочого циклу
- •Ефективні показники двигуна Механічні показники двигуна
- •Основні розміри і параметри циліндра і двигуна
- •Тепловий баланс двигуна
- •Побудова індикаторної діаграми
- •Питання для самоперевірки
- •6. Приклади теплового розрахунку двигунів і динамічного розрахунку кривошипно-шатунного механізму
- •6.1 Бензиновий двигун
- •Параметри процесу розширення
- •Індикаторні параметри робочого циклу
- •Механічні показники двигуна
- •Побудова зовнішньої швидкісної характеристики двигуна аналітичним методом
- •6.2 Дизель
- •Параметри процесу розширення
- •Індикаторні параметри робочого циклу
- •Механічні показники двигуна
- •6.3 Двигун з розподіленим впорскуванням палива
- •Параметри процесу розширення
- •Індикаторні параметри робочого циклу
- •Механічні показники двигуна
3.3. Параметри навколишнього середовища і залишкових газів
Умови на впуску: переважно у розрахунках приймають тиск р0=0,1 МПа, температуру Т0 =293 К.
Підігрів свіжого заряду у двигуні здійснюється у впускному трубопроводі, що омивається охолоджуючою рідиною, а також у циліндрах. Враховуючи те, що при підвищеній температурі заряду його щільність знижується, підігрів повинен забезпечувати підвищення температури у межах ΔТ0 = 0...20 К. Переважно приймають ΔТ0= 10К.
Значення тиску залишкових газів для номінального режиму роботи карбюраторних двигунів і двигунів з розподіленим впорскуванням лежить у межах рг = (1,02…1,25)·р0 МПа (більш високі значення – для двигунів з високою частотою обертання колінчастого вала). Значення температури залишкових газів для карбюраторних двигунів Тг = 900…1100 К.
Для двигунів з розподіленим впорскуванням при різних швидкісних режимах роботи тиск залишкових газів може визначатись за формулою [1]:
МПа,
(3.19)
де
;
n, nн – відповідно частоти обертання колінчастого вала двигуна, що проектується, і двигуна-прототипу, хв-1;
–
тиск
залишкових газів на номінальному режимі
роботи двигуна.
Температура залишкових газів Тг для двигунів з розподіленим впорскуванням визначається з номограми [1] , яку наведено на рисунку 3.1.
Рисунок 3.1– Номограма для визначення вихідних параметрів двигуна з розподіленим впорскуванням палива
Для дизелів рг = (1,05…1,25)·р0 МПа. При використанні турбокомпресора тиск наддувочного повітря рк (МПа) приймають згідно з завданням. Тиск залишкових газів рг = (0,75…0,95)·рк .
Температуру повітря після компресора визначають за формулою:
К,
(3.20)
де nk = 1,5…1,7 – показник політропи стиску в компресорі; приймають для відцентрового нагнітача, що охолоджується корпусом, nk =1,5.
При турбонаддуві температурний режим двигуна підвищується, проте достатньо високе значення ступеня стиску знижує температуру і тиск у процесі стиску. Тому для дизелів можна приймати їх значення відповідно :
Tг =700…900 К і рг =0,86·рk МПа.
3.4 Параметри процесу впуску
Щільність заряду на впуску визначається за формулою:
кг/м3,
(3.21)
де
Дж
/ кг·град. – питома газова стала для
повітря.
Втрати тиску на впуску визначається з рівняння Бернулі:
МПа,
(3.22)
де (β2+ξвп) = (2,5...4,0) – гідравлічний опір впускної системи;
ωвп – швидкість руху заряду у впускній системі; для бензинових двигунів і дизелів ωвп = 50…130 м/с .
Для двигунів з розподіленим впорскуванням значення (β2+ξвп) у зв’язку з відсутністю карбюратора – нижчі, і втрати тиску на впуску визначаються за формулою [1]:
(3.23)
де
.
Тиск у кінці процесу впуску:
ра= р0 – Δра МПа. (3.24)
Коефіцієнт залишкових газів γг характеризує ступінь очищення циліндра від продуктів згоряння і визначається для бензинових двигунів і дизелів за формулою:
γ г = (Т0+ ΔТ0)·рг / Тг·( ε·ра–рг), (3.25)
для дизелів з наддувом:
γ г = (Тк+ ΔТ0)·рг / Тг·( ε·ра–рг), (3.26)
для двигунів з розподіленим впорскуванням [1]:
,
(3.27)
де
–
коефіцієнт очистки, з урахуванням
продувки циліндра
=
1;
– коефіцієнт
дозарядки циліндра, який залежить від
швидкісного режиму роботи двигуна і
визначається з діаграми, яку наведено
на рисунку 3.1;
– температура
підігріву заряду;
,
=0…20
К –
температура підігріву заряду для
номінального швидкісного режиму роботи
двигуна.
Температура заряду в кінці процесу впуску Ta для карбюраторних двигунів і двигунів з розподіленим впорскуванням, а також дизелів без наддуву визначається за формулою:
Та= (Т0+ ΔТ0+ γг·Тг) / (1+ γг), К, (3.28)
а для дизелів з наддувом:
Та= (Тк+ ΔТ0+ γг·Тг) / (1+ γг) К. (3.29)
Коефіцієнт наповнення циліндрів бензинового двигуна ηv визначається за формулою:
ηv = Т0 ·( ε·ра – рг) / (р0·( ε – 1)·( Т0+ ΔТ0), (3.30)
дизеля з наддувом:
ηv = Тк ·( ε·ра – рг) / (рк·( ε – 1)·( Тк+ ΔТ0), (3.31)
а двигуна з розподіленим впорскуванням [2]:
(3.32)