2.10Тепловой баланс

Общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом для дизелей:

= 529362 Дж / с (2.58).

Теплота, эквивалентная эффективной работе за 1с:

Q_e = 1000 · N_e = 1000 · 193,63 = 193630 Дж / с (2.59).

q_е = Q_е / Q_o · 100 % = 193630 / 529362 · 100 % = 36,57 %

Теплота, передаваемая окружающей среде:

Q_в = С · i · D^{1 + 2 · m} · n^m · (1/α), (2.60)

где: С – коэффициент пропорциональности, примем 0,48,

m – показатель степени, примем 0,67.

Q_в = 0,48 · 8 · 114^{1 + 2 · 0,67} · 2400^0,67 · (1/1,5) = 160003 Дж / с.

q_в = Q_в / Q_o · 100 % = 160003 / 529362 · 100 % = 30,2 %

Теплота, унесенная с отработавшими газами:

, (2.61)

где: = 23,44 + 8,315 = 31,755 ,

= 20,829 + 8,315 = 29,144 .

и определены по /2, с.16/,

тогда

Q_r = 46,4 / 3,6 · [ 0,781 · 31,755 · 527 – 0,749 · 29,144 · 88,12] = 143664 Дж / с.

q_r = Q_r / Q_o · 100 % = 143664 / 529362 · 100 % = 27,1 %

Неучтенные потери теплоты:

Q_ост = Q_o – (Q_e + Q_в + Q_r) = 529362 – (193630 + 160003 + 143664) = = 32065 Дж / с (2.62).

q_ост = Q_ост / Q_o · 100 % = 32065 / 529362 · 100 % = 6 %

Рис.1.1. Индикаторная диаграмма дизеля с наддувом

3Кинематика

3.1Выбор λ и длины шатуна lш

В целях уменьшения высоты двигателя с учётом опыта отечественного дизелестроения оставляем значение λ = 0,27, как уже было принято предварительно в тепловом расчете. В соответствии с этим:

L_Ш = R / λ = 57 / 0,27 = 211,11 мм. (3.1)

3.2Перемещение поршня

Перемещение поршня (м) в зависимости от угла поворота кривошипа для двигателя с центральным кривошипно-шатунным механизмом:

. (3.2)

Для расчётов удобнее пользоваться выражением, в котором перемещение поршня является функцией только одного угла φ.

Для практических расчётов такое выражение получают с достаточной точности при замене в формуле (3.2) значения

только первыми двумя члена, пренебрегая вследствие малой величины членами выше второго порядка:

. (3.3)

Обозначим как S₁, а как S₂ получим:

S_x = S₁ + S₂ (3.4)

где: S₁ – перемещение поршня первого порядка,

S₂ – перемещение поршня второго порядка.

Пользуясь выражением (3.4), аналитическим путём определяют значения перемещения поршня от в.м.т. до н.м.т. через каждые 10 угла полворота коленвала и строят кривую s_п = f(φ) см рис. 3.1. Результаты расчета заносим в таблицу 3.1.

При повороте кривошипа от в. м. т. до н. м. т. движение поршня происходит под влиянием перемещения шатуна вдоль оси цилиндра и отклонения его от этой оси. Вследствие совпадения направлений перемещений шатуна при движении кривошипа по первой четверти окружности (0 – 90°) поршень проходит больше половины своего пути. Это следует из уравнения (3.2). При движении кривошипа по второй четверти окружности (90 – 180°) направления перемещений шатуна не совпадают и поршень проходит меньший путь, чем за первую четверть.

Рис.3.1. График перемещения поршня

3.3Скорость поршня

При перемещении поршня скорость (м/с) его движения является величиной переменной и при постоянной частоте вращения коленчатого вала зависит только от изменения угла поворота кривошипа и отношения λ = R/L_ш:

. (3.5)

Угловая скорость вращения коленчатого вала:

ω = πn/30 = 3,14 · 2400 / 30 = 251,2 рад / с. (3.6)

Обозначим как Cп₁, а как Сп₂ получим:

Сп = Сп₁ + Сп₂ (3.7);

где: Сп₁ – скорость поршня первого порядка,

Сп₂ – скорость поршня второго порядка.

Значения скорости поршня по формуле (3.7), в зависимости от ω и R, и от λ и φ представлены в табл. 3.1.

Пользуясь данными табл. 3.1 строят кривую Сп = f(φ) см. рис.3.2.

Из уравнения (3.7) следует, что скорость поршня в мёртвых точках (φ = 0 и 180°) равна нулю. При φ = 90° Сп = R · ω, а при φ = 270° Сп = – R · ω, т.е. в этих точках абсолютные значения скорости поршня равны окружной скорости оси шатунной шейки коленчатого вала.

Максимальная скорость поршня зависит (при прочих равных условиях) от величины λ, учитывающей конечную длину шатуна, и достигается при φ < 90° (+ Сп) и φ > 270° (– Сп). С увеличением λ максимальные значения скорости поршня растут и сдвигаются в стороны мёртвых точек:

м/с. (3.8)

Рис.3.2. График скорости поршня