3. Параметри двигунів внутрішнього згорання

3.1. Тепловий баланс двигунів

Тепловий баланс двигуна дає уявлення про розподіл теплоти, що виділяється при згоранні палива. Тепловий баланс може бути складений на підставі даних випробувань двигуна або із значними допущеннями підрахований аналітичним методом.

Рівняння теплового балансу має наступний вигляд:

,

де: Q – кількість теплоти, поміщена в згорілому паливі;

QЕ – кількість теплоти, еквівалентна ефективній роботі двигуна;

QВ – частина повних теплових втрат, відповідна кількості теплоти, що відводиться системою охолоджування і мастила;

QГ – частина повних теплових втрат, відповідна кількості теплоти, що відводиться з відпрацьованими газами;

QН – частина повних теплових втрат, обумовлена неповним або недосконалим згоранням палива в циліндрі двигуна;

Q ОСТ – залишковий член теплового балансу, що враховує кількість теплоти, що втрачається унаслідок теплового випромінювання в навколишнє середовище, кількість теплоти, відповідну невикористаній кінетичній енергії відпрацьованих газів, кількість теплоти, відповідну втратам на тертя і на привід допоміжних механізмів, а також інші невраховані втрати. Тепловий баланс карбюраторного двигуна показаний на мал. 3.1а, дизельного, – на мал. 3.1б. Кількість теплоти, перетворена в ефективну роботу у карбюраторного ДВЗ, складає 23–30%, у дизельного ДВЗ – 36–38 %.

Мал. 3.1. Тепловий баланс карбюраторного і дизельного двигуна

Решта частини теплоти, що виділяється при згоранні палива, поглинається різними тепловими втратами.

Тепловий баланс значною мірою залежить від конструктивних особливостей двигуна (тип, основні розміри, ступінь стиску, система охолоджування, мастила і ін.), а також від ряду експлуатаційних чинників (умови навколишнього середовища, число обертів, навантаження і ін.).

3.2. Визначення основних розмірів двигунів

Основними конструктивними розмірами ДВЗ, що визначають його габарити, масу, вартість, термін служби і інші показники, є діаметр циліндра і хід поршня.

Робочий об'єм циліндра (м3) при заданій ефективній потужності рівний:

Діаметр циліндра визначається по формулі:

Позначимо відношення ходу поршня до діаметру циліндра

Тоді

.

Такий спосіб визначення основних розмірів двигуна базується на обгрунтованому виборі величини відношення ходу поршня до діаметру циліндра, числа циліндрів і частоти обертання колінчастого валу двигуна.

При виборі відношення ? необхідно враховувати, що зниження ? має переваги і недоліки.

Переваги:

1. Дозволяє забезпечити помірну швидкість поршня при високих обертах і декілька підвищити механічний ККД.

2. Знижує знос цилиндропоршневой групи.

3. Підвищує коефіцієнт наповнення.

4. Підвищує індикаторний ККД.

5. Знижує висоту і вагу двигуна.

Недоліки:

1. Погіршується форма камери згорання.

2. Збільшуються зусилля на поршень.

3. Збільшується габаритна довжина двигуна.

Для сучасних ДВЗ значення ? = 0.8–1.3

Підвищення частоти обертання колінчастого валу дозволяє за інших рівних умов зменшити робочий об'єм двигуна, отже, його габарит і масу. Проте при цьому зростають середня швидкість поршня і сили інерції рухомих мас двигуна, знижується механічний ККД і економічність, зростають вимоги до топливоподающей апаратури дизелів.

Номінальна частота обертання колінчастого валу сучасних автотракторних ДВЗ характеризується наступними даними, мін-1: карбюраторні чотиритактні двигуни вантажних автомобілів 3000–4000; автомобільні дизелі 2000–3000; тракторні дизелі 1600–2100. Дані по основних розмірах найбільш поширених ДВЗ приведені в таблиці. 3.1.

Таблиця 3.1

Основні розміри двигунів внутрішнього згорання

Основні розміри	Двигуни
	СМД14/ 20Н	СМД 60/ 72	ЗІЛ-130	ЗІЛ-357	ЯМЗ-236/ 238/ 240	Камаз-740	Cummins L 10
Vh, л	1.583	1.525	0.75	0.875	1.85	1.356	1.67
S, мм	140	115	95	95	140	120	136
D, мм	120	130	100	108	130	120	125
, при ne, хв-1	1.17	0.88	0.95	0.88	1.08	1	1.09
	1700 1900	2000 2100	3200	3200	2100	2600	2100