2. Тепловий розрахунок двигуна

Завданням теплового розрахунку є встановлення характеру зміни тиску і температури суміші газів у циліндрі двигуна під час протікання кожного процесу (впуску, стиску, згоряння, розширення випуску) робочого циклу. За цими даними з достатньою точністю можна визначити: навантаження від дії газів на основні деталі двигуна; розрахувати його основні розміри; оцінити коефіцієнт корисної дії та економічність; обґрунтувати вихідні дані для вибору матеріалів та розрахунку деталей на міцність; провести підбір маховика, який забезпечує необхідну рівномірність обертання колінчастого вала.

Для виконання розрахунків вихідні дані беруться із завдання згідно з шифром, а решта даних приймаються з обґрунтуванням відповідно до даного типу двигуна.

2.1. Процес впуску

Під час вивчення процесу впуску необхідно чітко усвідомити, що теоретично можлива кількість свіжого заряду – це та кількість газу, яка могла б заповнити робочий об’єм циліндра, маючи тиск і температуру, рівну тиску і температурі навколишнього середовища. Проте в реальному двигуні свіжий заряд завжди нагрівається. Під час проходження в камеру згоряння йому необхідно подолати аеродинамічний опір впускної системи. У зв’язку з цим кількість свіжого заряду буде завжди меншою від теоретичної. Той заряд, що надходить у циліндри під час процесу наповнення, а також його температура і тиск вкінці впуску, залежать від багатьох чинників: конструктивних параметрів впускних каналів, режиму роботи двигуна (особливо частоти обертання колінчастого вала), температури і тиску навколишнього середовища тощо.

У процесі впуску тиск і температура заряду в циліндрі двигуна, швидкість його руху по каналах впускної системи постійно змінюються. В роботі визначається значення параметрів заряду вкінці процесу впуску і вважається, що тиск газів у циліндрі впродовж всього процесу залишається незмінним, рівним його кінцевому значенню. Такий підхід дає незначне погіршення точності при суттєвому спрощенні розрахунків.

2.1.1. Параметри навколишнього середовища

У двигунів з вільним впуском (без наддуву – БН) повітря в циліндри надходить із атмосфери, тому тиск і температура на впуску (р_к і Т_к) приймаються рівними тиску і температурі навколишнього середовища (р_о= 0,1МПа, Т_о=293^оК):

р_к = р_о, МПа ; Т_к= Т_о, ^оК. (2.1)

У двигуні з наддувом повітря в циліндри надходить із компресора, де воно попередньо стискається до тиску р_к з одночасним підігрівом до температури Т_к.

Залежно від ступеня підвищення тиску в компресорі k_рк та прийнятої схеми наддуву тиск повітря р_к=k_рк р_о на впуску рівний:

- при низькому наддуві – р_к=1,5 р_о;

- при середньому наддуві – р_к=(1,5…2,2) р_о;

- при високому наддуві – р_к=(2,2…2,5) р_о.

У двигунах внутрішнього згоряння, що встановлюються на автотракторній техніці та використовуються в сільському господарстві, найбільшого поширення набув низький наддув.

Температуру повітря після компресора Т_к обчислюють як для політропного процесу стиску:

, ^оК, (2.2)

де n_к – показник політропи стиску компресора.

Залежно від конструкції компресора значення n_к приймають:

n_к=1,4…1,6 – для поршневих компресорів;

n_к=1,5…1,75 – для роторних і об’ємних компресорів;

n_к=1,5…2,0 – для відцентрових турбокомпресорів.