Основные размеры цилиндра двигателя

По эффективной мощности, частоте вращения коленчатого вала и эффективному давлению определяется литраж двигателя, л:

V_л = (30  N_e)/(p_e n),

где N_e – выражена в кВт; p_e – в МПа; n – в об/мин;  - тактность двигателя,

 = 4.

Рабочий объем одного цилиндра (см³)

V_h = 1000V_л / i,

где i - число цилиндров двигателя.

Диаметр цилиндра (мм)

.

Ход поршня (мм)

S = D (S/D).

Здесь отношение S/D выбирается изначально по двигателю – аналогу.

Полученные результаты округляются: диаметр - до числа, кратного пяти или двум; ход поршня – до числа, кратного двум. По окончательно принятым значениям D и S определяют основные параметры и показатели двигателя:

литраж двигателя (л)

V_л =  D² S i /(410⁶);

эффективную мощность (кВт)

N_e = p_e V_л n/(30);

эффективный крутящий момент (Нм)

M_e = (3 10⁴ / )(N_e/n);

часовой расход топлива (кг/ч)

G_T = N_e g_e;

среднюю скорость поршня (м/с)

c_п* = S n/(3 10⁴)

При расхождении между ранее принятой величиной с_п. и c_п* более 3…4% необходимо пересчитать эффективные параметры двигателя. После этого составляется таблица мощностных и экономических показателей проектируемого и одного - двух существующих двигателей, принимаемых в качестве прототипа (табл. 14).

Таблица 14

Эффективные параметры проектируемого двигателя и прототипа

Наименование параметра	Обозначение	Единица измерений	двигатель
			проектируемый	прототип
Номинальная мощность	Ne	кВт
Номинальное число оборотов	n	об/мин
Литраж двигателя	Vл	Л
Среднее эффективное давление	pe	МПа
Удельный эффективный расход топлива	ge	г/кВтч

Отношение радиуса кривошипа к длине шатуна  = r/l_ш выбирается в пределах 0,25…0,29 и определяются радиус кривошипа r = S/2 и длина шатуна  = r/l_ш.

Построение индикаторной диаграммы

Индикаторная диаграмма двигателя внутреннего сгорания строится с использованием данных расчета рабочего процесса. При построении масштабы диаграммы рекомендуется выбирать с таким расчетом, чтобы получить высоту, равную 1,2…1,7 ее основания. В начале построения (рис. 5 и 6) на оси абсцисс откладывается отрезок АВ, соответствующий рабочему объему цилиндра, а по величине, равный ходу поршня в масштабе _s , который в зависимости от величины хода поршня может быть принят 1:1; 1,5:1 или 2:1.

Соответствующий объему камеры сгорания отрезок OA = AB/(- 1). Для дизелей, работающих по циклу со смешанным подводом теплоты (рис. 5), отрезок z'z = OA(-1). При построении диаграммы рекомендуется выбирать масштабы давлений _p, равные 0,02; 0,025; 0,04; 0,05; 0,07… 0,10 МПа/мм.

Затем по данным теплового расчета на диаграмме откладывают в выбранном масштабе величины давлений в характерных точках a, c, z, z, в , r.

Построение политропы сжатия и расширения можно производить аналитическим или графическим методом. При аналитическом методе (см. рис.2.) вычисляется ряд точек для промежуточных объемов, расположенных между V_c и V_a по уравнению политропы pVⁿ¹ = const а между V_z и V_в по уравнению политропы pVⁿ² = const . Для политропы сжатия p_xV_xⁿ¹ = p_a V_aⁿ¹, откуда

p_x = p_a(V_a/V_x)ⁿ¹

где p_x , V_x - давление и объем в искомой точке процесса сжатия.

Отношение V_a/V_x изменяется в пределах 1….

Аналогично для политропы расширения

p_x = p_b(V_b/V_x)ⁿ².

Для карбюраторных двигателей отношение V_в /V_x изменяется в интервале 1…, а для дизелей - 1…. При аналитическом методе построения диаграммы определение ординат расчетных точек политроп сжатия и расширения удобно производить в табличной форме.

Рис. 5. Построение индикаторной диаграммы аналитическим методом

Соединяя точки а и с плавной кривой, проходящей через точки политропы сжатия, а точки z и b кривой, проходящей через точки политропы расширения, и соединяя точки с с z, а точки в с а прямыми линиями (при построении диаграммы дизеля точка с соединяется прямой линией с точкой z', a z' с z , (см. рис. 3), получаем расчетную индикаторную диаграмму (без учета насосных ходов). Процессы выпуска и впуска принимаются протекающими при p=const и T =const.

При графическом методе (по наиболее распространенному способу Брауэра) политропы сжатия и расширения строят следующим образом (см. рис. 6). Из начала координат проводят луч ОС под произвольным углом  к оси абсцисс (рекомендуется брать  = 15°). Далее из начала координат проводят лучи ОД и ОЕ под определенными углами ₁ и ₂ к оси ординат. Эти углы определяются из соотношений

tg ₁ = (1 + tg )ⁿ¹, tg _ = (1 + tg )ⁿ² - 1

где n₁ и n₂ - показатели политропы сжатия и расширения.

Политропу сжатия строят с помощью лучей ОС и ОД. Из точки С проводят горизонталь до пересечения с осью ординат, из точки пересечения - линию под углом 45° к вертикали до пересечения с лучом ОД и вторую горизонтальную линию, параллельную оси абсцисс. Затем из точки С проводят вертикальную линию до пересечения с лучом ОС, из точки пересечения под углом 45° к вертикали линию до пересечения с осью абсцисс и вторую вертикальную линию, параллельную оси ординат, до пересечения со второй горизонтальной линией. Точка пересечения этих линий будет промежуточной точкой 1 политропы сжатия. Точка 2 находится аналогичным путем при выборе точки 1 за начало построения.

Далее построение повторяется до тех пор, пока очередная точка не расположится правее точки а. Через полученные точки проводят тонкими линиями кривую, представляющую собой линию сжатия.

Линии сжатия и расширения обязательно должны проходить через точки a и в соответственно. Если хотя бы одна из этих точек окажется не на линии, то необходимо проверить построение и вычисление и устранить ошибки.

Полученные диаграммы (см. рис. 5 и 6) являются расчетными индикаторными диаграммами, по которым можно определить

p'_i = F M_p /AB,

где F - площадь диаграммы ас(z)zва, мм²; M_p- масштаб давлений, мм; АВ - отрезок, мм.

Значение p_i, полученное по диаграмме, должно быть равно значению p_i, полученному в результате теплового расчета по формуле.

Действительная индикаторная диаграмма асcz_дввzа отличается от расчетной, так как в реальном двигателе за счет опережения зажигания или впрыска топлива (точка с) рабочая смесь воспламеняется до прихода поршня в в.м.т. (точка f) и повышает давление в конце процесса сжатия (точка с). Процесс видимого сгорания происходит при изменяющемся объеме и протекает по кривой cz_д для карбюраторных двигателей (см. рис. 2) или по прямым cz и zz для дизеля (см. рис. 3); открытие выпускного клапана до прихода поршня в н.м.т. (точка b) снижает давление в конце расширения (точка b_д, которая обычно располагается между точками b и а). Для правильного определения местоположения указанных точек необходимо установить взаимосвязь между углом поворота  коленчатого вала и перемещением поршня S_x. Эта связь устанавливается на основании выбора длины шатуна l_ш и отношения радиуса кривошипа r к длине шатуна  = r/l_ш.

Р ис. 6. Построение индикаторной диаграммы графическим способом

По индикаторной диаграмме для проверки теплового расчета и правильности построения диаграммы а сcz_д bbа определяется

p_i = F M_p /AB

где F - площадь диаграммы а сcz_д bbа.

Расхождение значений среднего индикаторного давления по построенной индикаторной диаграмме и полученное из формул должно быть не более 5%.