2. Тепловой баланс двигателя

Тепло, выделяющееся при сгорании топлива в цилиндрах двигателя, не может быть полно­стью преобразовано в полезную механическую работу. В реальном двигателе потери тепла возрастают из-за трения, теплообмена, неполноты сгорания и других причин.

Распределение тепловой энергии топлива, сгорающего в двигателе, наглядно иллюстриру­ется составляющими внешнего теплового баланса, которые определяются при установив­шемся тепловом состоянии двигателя в процессе его испытаний. Приближенно составляю­щие теплового баланса можно найти аналитически по данным теплового расчета двигателя.

В общем виде внешний тепловой баланс двигателя может быть представлен в виде сле­дующих составляющих:

,

где Qo – общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом;

теплота, эквивалентная эффективной работе двигателя за 1 с:

;

теплота, передаваемая охлаждающей среде:

где c=0,45-0,53 – коэффициент пропорциональности для четырехтактных двигателей. В рас­четах принимаем c=0,48; i – число цилиндров; D – диаметр цилиндра, см; n – частота враще­ния коленчатого вала двигателя, мин^-1; m=0,5-0,7 – показатель степени для четырехтактных двигателей. В расчетах принимаем m=0,67.

теплота, потерянная с отработавшими газами:

где – теплоемкость отработавших газов (определена по табл. 3.9 [1] методом интерполяции при α=1,4 и ); ; определено по табл. 3.6 [1] для воздуха при .

неучтенные потери теплоты:

.

Результаты расчета и процентное отношение к общему количеству теплоты сведем в табли­цу 2.1.

Таблица 2.1

Составляющие теплового баланса	Численное значение, Дж/с	Процентное соотношение, %
Общее количество теплоты, введенное в двигатель с топливом	476264	100
Теплота, эквивалентная эффективной работе двигателя	175300	36,8
Теплота, потерянная с отработавшими газами	123393	25,9
Теплота, передаваемая охлаждающей среде	176990	37,2
Неучтенные потери теплоты	581	0,1

3. Внешняя скоростная характеристика

Скоростная характеристика показывает изменение мощности, крутящего момента, расходов топлива и других параметров от частоты вращения коленчатого вала. Скоростная характери­стика, полученная при полном дросселе, соответствующем номинальной мощности, называ­ется внешней. Внешняя скоростная характеристика позволяет провести анализ и дать оценку мощностных, экономических, динамических и эксплуатационных показателей при работе двигателя с полной нагрузкой.

Построение кривых скоростной характеристики ведется в интервале от n_min=600 мин^-1 до n_N=2050 мин^-1, где n_N – частота вращения коленчатого вала при номинальной мощности.

Расчетные точки кривой эффективной мощности определяются по следующей эмпириче­ской зависимости:

,

где N_e и n_N – номинальная эффективная мощность (кВт) и частота вращения коленчатого вала (мин^-1) при номинальной мощности; N_ex и n_x – эффективная мощность (кВт) и частота вращения коленчатого вала (мин-1) в искомой точке скоростной характеристики двигателя.

Точки кривой эффективного крутящего момента (Н∙м) определяем по формуле

.

Величину среднего эффективного давления p_ex (МПа) для рассчитываемых точек можно определить из выражения .

Удельный эффективный расход топлива, г/(кВт∙ч), в искомой точке скоростной характери­стики: , где g_eN – удельный эффективный расход топлива при номинальной мощности, г/(кВт∙ч).

Часовой расход топлива, кг/ч .

Коэффициент избытка воздуха. Принимаем . Соединяя точки α_nmin и α_N прямой линией, получим значения α_x для всех расчетных точек дизеля.

Коэффициент наполнения .

Определяем коэффициент приспособляемости K, представляющий собой отношение мак­симального крутящего момента M_emax к крутящему моменту M_eN, при номинальной мощно­сти .

В табл. 3.1 сводим необходимые величины параметров для построения внешней скоростной характеристики.

Таблица 3.1

Частота вращения коленча­того вала, мин-1	Параметры внешней скоростной характеристики
	Ne, кВт	ge, г/(кВт∙ч)	Me, Н∙м	Gт, кг/ч	ηV	α
600	57,2	270,7	911	15,5	0,87	1,1
1000	101	236,3	966,7	23,9	0,88	1,2
1500	149	217,8	948,9	32,5	0,87	1,3
2200	185,2	229	817	40,1	0,84	1,4

Коэффициент приспособляемости по скоростной характеристике .

Внешняя скоростная характеристика представлена на рис. 3.1.