2 Построение индикаторной диаграммы

Построение индикаторной диаграммы дизеля. Масштабы диаграммы : масштаб хода поршня — m_s = 0,75мм / мм; масштаб давлений — m_P = 0,025 МПа / мм

Таблица 12 - Расчетные данные для построения индикаторной диаграммы

В соответствии с принятыми фазами газораспределения и углом опережения впрыска топлива определяют положение точек r’, a’, a’’,c’, f и b’ по формуле для перемещения поршня

(2.1)

где λ – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

Выбор величины λ производится при проведении динамического расчета, а при построении индикаторной диаграммы предварительно принимается λ =0,274. Расчёты ординат точек r’, a’, a”, c’, f и b’ сведены в таблицу.

Таблица 13 - Характерные точки цикла

3 Тепловой баланс проектируемого двигателя

Тепловой баланс показывает, каким образом общее количество тепла, выделившееся при сгорании топлива распределяется между составными частями теплового баланса. Общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом для дизелей без наддува:

(3.1)

Теплота, эквивалентная эффективной работе за 1 с:

(3.2)

Теплота, передаваемая охлаждающей среде:

(3.3)

где с = 0,45 - 0,53 – коэффициент пропорциональности для четырехтактных двигателей;

i – число цилиндров;

D – диаметр цилиндра, см;

n – частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин;

m = 0,6 - 0,7 - показатель степени для четырехтактных двигателей. В расчете принято m =0,67.

Теплота, унесённая отработанными газами:

(3.4)

Неучтённые потери теплоты:

(3.5)

Составляющие теплового баланса представлены в таблице и на рисунке.

Таблица 14 - Составляющие теплового баланса

Рисунок 1 Распределение составляющих теплового баланса

4 Внешняя скоростная характеристика

На основании теплового расчета, проведенного для режима номинальной мощности, получены следующие параметры, необходимые для расчета и построения внешней скоростной характеристики дизеля:

Таблица 15 - Параметры внешней скоростной характеристики

Коэффициент приспособляемости по скоростной характеристики:

=445 / 375 = 1,19 (4.1)

Для сравнения различных методов построения скоростных характеристик и проверки правильности выполнения теплового расчета для нескольких скоростных режимов двигателя дополнительно приведем расчет изменения мощности и удельного расхода топлива на основе процентных соотношений между параметрами относительной скоростной характеристики.

Расчетные точки кривой эффективной мощности определяются по следующей эмпирической зависимости через каждые 400 об/мин.

(4.2)

где N_e и n_N – номинальная эффективная мощность (кВт) и частота вращения коленчатого вала (об/мин) при номинальной мощности; N_ex и n_x - эффективная мощность (кВт) и частота вращения коленчатого вала (об/мин) в искомой точнее скоростной характеристики двигателя. Остальные параметры рассчитаны в таблице 15.

Таблица 16 – Сравнительная характеристика расчетного двигателя и прототипа

Мощность расчетного двигателя снижена на 3,5 %, т.к. при выполнении расчетов происходило округление расчетных значений, что привело к некоторому снижению расчетной мощности двигателя. Степень сжатия снижена по заданию на 15,2 %, номинальное число оборотов увеличено на 54,8 %, т.е. необходимо расчетов выявить как изменятся показатели прототипа, если изменить резко два основных данных по двигателю – степень сжатия и номинальное число оборотов?

Ход поршня при этом снизился на 10,7 % - это является характерным для более быстроходных двигателей, это в дальнейшем уменьшит габаритную высоту двигателя. Диаметр цилиндра также уменьшится на 10,8%, что является итого повышения числа оборотов коленчатого вала, хотя снижение степени сжатия должно было дать увеличение диаметра цилиндра, но комплексное действие двух показателей дает относительно небольшое снижение диаметра.

Это уменьшает габаритную ширину двигателя, а в общем диаметр и ход поршня снижают и массу двигателя. Отношение S/D практически не поменялось, т.е. тип двигателя по данному показателю не изменился. Довольно резко изменился литраж двигателя – на 28,9%, что является итогом снижения размеров диаметра и хода поршня, но литровая мощность возросла на 35,4%. Это удельный показатель и в данном случае возрастание этого показателя в сравнительной оценке двух двигателей является положительным фактором. Снижение крутящего момента на 33,3% является отрицательным фактором, т.е. расчетный двигатель получился по сравнению с прототипом с ухудшенным показателем по крутящему моменту, что для двигателя грузового автомобиля нежелательно, т.к. это в дальнем изменит резко передаточные отношения КПП, ее габаритные размеры и массу в сторону больших значений. Значение числа оборотов коленчатого вала двигателя увеличено на 20,7%, но находится в пределах, рекомендуемых нормами на проектирование двигателя (0,4-0,6 n_ном).

Ухудшились показатели двигателя по среднему эффективному давлению на 12,4% и 6,1% соответственно, что также говорит о том, что принятые для расчета данные по степени сжатия и числа оборотов не являются предпочтительными. Как следствие снижения среднего эффективного давления произошло увеличение удельного показателя расхода топлива на 24,4%, что также говорит о том, что снижении степени сжатия с одновременным повышением числа оборотов коленчатого вала двигателя кроме незначительного сокращения геометрических размеров и снижения массы двигателя не дают по остальным показателям положительных рекомендаций для дальнейшего проектирования и практического применения данного двигателя.