1. Предварительное согласование параметров двигателя, выбор прототипа, принятие решения на модернизацию двигателя

Исходя из зависимости Р_e = р_me n V_h i/30t ,кВт – определяется среднее эффективное давление р_me

р_me = Р_e  30t / (n  V_s  i) (1)

где Р_e – мощность двигателя по заданию (кВт), t – тактность двигателя (4), n - частота двигателя по заданию (мин^-1), V_s  i - литраж двигателя по предварительно выбранному прототипу (л).

Далее необходимо по среднему эффективному давлению подобрать прототип двигателя (реально существующий двигатель, который необходимо модернизировать, чтобы получить новый двигатель с параметрами, обозначенными в задании на курсовой проект). Для этого предварительно нужно определить несколько двигателей, близких по значению мощности и частоты тем значениям, которые приведены в задании.

Определить среднее эффективное давление по формуле (1), подставив мощность Р_e и частоту n по заданию на курсовой проект, а литраж двигателя (произведение рабочего объема одного цилиндра на количество цилиндров - V_s  i) принять по двигателю-прототипу. Далее полученное значение р_{me расч} необходимо сравнить с р_{me прот} двигателя прототипа. В случае р_{me расч}  р_{me прот} – двигатель необходимо форсировать, в случае р_{me расч}  р_{me прот} – дефорсировать.

Далее для окончательного определения двигателя-прототипа необходимо посмотреть, насколько р_{me расч} больше или меньше р_{me прот}. При этом может быть несколько вариантов

1. р_{me расч}  р_{me прот} на 10 – 15 % - двигатель можно форсировать путем регулировки топливной аппаратуры

2. р_{me расч}  р_{me прот} на 10 – 15 % - двигатель можно дефорсировать путем регулировки топливной аппаратуры (этот путь малоэффективен, так как ведет к ухудшению двигателя). Рекомендуется сменить прототип.

3. р_{me расч}  р_{me прот} на 30 – 60 % - двигатель можно форсировать путем установки или повышения наддува

4. В других случаях прототип необходимо сменить.

В случае р_{me расч}  0,75 – дизель без наддува, р_{me расч}  0,75 – дизель с наддувом

После выбора прототипа далее все необходимые данные необходимо принимать только с него. Для выбравших первый вариант дальнейшие расчеты ведутся начиная с п. 1.2.

1.1.2. Расчет параметров наддува (по третьему варианту)

Определение количества воздуха, кг/с

G_в = (Р_e  b_e     10^-3) / 3600

где - Р_e- мощность по заданию (кВт); - b_e - удельный эффективный расход топлива; - - количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива (для дизтоплива 14,3 кг/кг, для бензина 14,95 кг/кг)

Для дизелей с наддувом необходимо принять  = 1,8 – 2,2 в зависимости от способа смесеобразования. Для дизелей без наддува необходимо принять  = 1,5 – 1,75 в зависимости от способа смесеобразования

Определение плотности воздуха при наддуве

где – коэффициент наполнения (для двигателей с наддувом – 0,9-0,95 и выше, для других – 0,75 – 0,85)

Определение плотности атмосферного воздуха

_в = р₀ / (R T₀)

где R – газовая постоянная воздуха , R=297 кг/(кДж К)

Определение степени повышения давления воздуха в турбокомпрессоре

 = (_к/_в)^m

где m - показатель адиабаты сжатия в турбокомпрессоре

где к = 1,4 – показатель адиабаты; η_ад= 0,68 – 0,72 – адиабатный кпд турбокомпрессора (меньшее значение принимать для больших двигателей, большее – для малых)

Значение  должно находиться в пределах 1,6 – 2,5 (лучше 1,7 – 2,1). Значение  менее 1,6 для дизелей иметь нецелесообразно, такой наддув не окупится и малоэффективен. Значение  более 2,5 невозможно реализовать. Значения  от 2,0 до 2,5 возможны и на реальных двигателях уже существуют, но требуют значительного усиления деталей КШМ ввиду резкого возрастания газовых сил. Для бензиновых двигателей значения  могут быть в пределах 1,2 …1,8. Если эти условия не выполняются, то необходимо вернуться назад и сменить прототип двигателя.

Определение температуры и давления воздуха после турбокомпрессора

р_к =  р₀ Т_К = Т₀  ^m-1

В дальнейших расчетах для дизеля с наддувом в формулах необходимо вместо р₀ брать р_к, а вместо Т₀ - Т_к. Значение Т_К не должно превышать 400 К. Большие значения температуры не выдедержат лопатки копрессорного колеса турбокомпрессора. Если температура превышает 400 К, необходимо установить охладитель надувочного воздуха (ОНВ), который кроме всего прочего позволит еще и снизить вредные выбросы в отработавших газах.

Возможны два конструктивных решения – воздухо-воздушный ОНВ, воздухо-водяной ОНВ. Второе решение более компактное, но менее надежное – в случае нарушения герметичности водяного тракта возможно попадание воды в цилиндры двигателя, что вызовет гидроудар в камере сгорания и разрушение КШМ. Воздухо-воздушный ОНВ больше по размерам, но более надежный, что и ведет к более широкому его применению.

Как изменится с ОНВ температура Т_К ?

Т_К^! = Т_К - _ОНВ (Т_К - Т_окр)

где _ОНВ - кпд ОНВ, для воздухо-воздушного ОНВ = 0,6 – 0,7; для воздухо-водяного ОНВ = 0,4 – 0,5

Т_охл - температура охлаждающего агента, в первой конструкции это температура окружающего воздуха, во второй – температура охлаждающей жидкости в системе охлаждения двигателя.

В дальнейших расчета вместо Т_К необходимо применять Т_К^!.