4.5. Расчёт процесса расширения

Предполагают, что расширение происходит по политропному процессу со средним показателем политропы n₂. Величину n₂ можно считать равной показателю адиабаты k₂, который определяется в зависимости от  (),  и Т_z.

Степень последующего расширения  для дизелей определяется по выражению:

; (4.24)

Значения давления р_b (МПа) и температуры Т_b (К) в конце процесса расширения определяются по формулам политропного процесса.

дизельный двигатель:

, (4.25)

; (4.26)

Возможные значения параметров конца процесса расширения для номинального режима работы представлены в таблице 4.4.

Таблица 4.4- Параметры конца процесса расширения

Двигатели	Параметры
	n2	рb, МПа	Тb, К
Дизельные	1,18 – 1,28	0,20 – 0,50	1000 – 1200

Проверка ранее принятой температуры остаточных газов осуществляется по формуле:

; (4.27)

Погрешность составляет:

; (4.28)

где T_rp и T_rnp – соответственно расчетная и принятая температура остаточных газов.

Значение расчетной температуры остаточных газов может отличаться от выбранной ранее не более чем на 5%.

4.6 Расчёт показателей рабочего цикла двигателя

Оценку рабочего цикла проводят по индикаторным показателям, среди которых важны прежде всего среднее индикаторное давление p_i, индикаторная мощность N_i, индикаторный КПД _i, удельный индикаторный расход топлива g_i. Работу двигателя в целом оценивают по эффективным показателям – среднему эффективному давлению р_е, эффективной мощности N_е, эффективному КПД _е, удельному расходу топлива g_е и др.

Расчет индикаторных показателей цикла.

Среднее индикаторное давление цикла p_i , МПа:

для дизельных двигателей

; (4.29)

где _п – коэффициент полноты индикаторной диаграммы.

Коэффициент полноты индикаторной диаграммы на номинальном режиме работы находятся в следующих пределах:

для дизельных двигателей……………………………………………0,92 – 0,95.

Принимаем _п =0,93

Индикаторный КПД характеризует степень использования теплоты топлива в действительном цикле для получения индикаторной работы и определяется по выражению:

; (4.30)

Совершенство цикла, его топливная экономичность оценивается величиной удельного индикаторного расхода топлива, г/(кВтч):

; (4.31)

.

Расчет эффективных показателей двигателя требует оценки внутренних (механических) потерь в двигателе.

Потери на преодоление внутренних сопротивлений оценивают величиной мощности механических потерь N_м или средним давлением механических потерь р_м. Механические потери можно определить приближенно по эмпирическим формулам в зависимости от средней скорости поршня, м/с:

; (4.32)

м/с,

где S – ход поршня, мм.

Эмпирическое выражение для определения величины р_м (МПа) имеет следующий вид:

р_м = а_м + b_м_п.ср,; (4.33)

р_м=0,089+0,0118·8,75=0,182 МПа,

где а_м, b_м – постоянные коэффициенты, значения которых для дизелей с неразделенной камерой приведены в таблице 4.5.

Таблица 4.5- Значения коэффициентов а_м и b_м для дизельных двигателей

Двигатели	Число цилиндров	Отношение S/D	aм	bм
Дизель с неразделенной камерой	-	-	0,089	0,0118

Среднее эффективное давление, МПа

р_е = р_i – р_м.; (4.34)

р_е=1,168-0,192=0,975 МПа.

Относительный уровень механических потерь характеризует механический КПД:

; (4.35)

В целом топливная экономичность двигателя с учетом всех потерь теплоты, в том числе и механических, может характеризоваться величиной эффективного КПД _е или удельного эффективного расхода топлива g_e, г/(кВтч):

_е = _i  _м,; (4.36)

_е=0,45·0,834=0,375;

; (4.37)

г/(кВтч).

Примерные значения индикаторных и эффективных показателей некоторых двигателей на номинальном режиме работы приведены в таблице 4.6.

Таблица 4.6- Индикаторные и эффективные показатели двигателей

Двигатели	рi, МПа	i	ре, МПа	м	е	gе,
Дизельные с наддувом	до 2,2		до 2,0	0,8–0,9		218-260

Основные размеры двигателя.

Рабочий объем цилиндра, л (дм³):

; (4.38)

л (дм³),

где  – тактность, для четырехтактных двигателей  = 4, i – число цилиндров; N_eн, p_eн, n_н – соответственно эффективная мощность (кВт), среднее эффективное давление (МПа), частота вращения коленчатого вала (мин^-1) на номинальном режиме работы двигателя.

Диаметр цилиндра, мм

; (4.39)

мм

При этом отношение хода поршня к диаметру цилиндра ψ=S/D должно находится в следующих пределах:

для дизелей...0,9 – 1,2.

Принимаем ψ=1,1

S=D·ψ=110·1,1=122 мм

Окончательно принимаем S=125 мм и D=110 мм

Основные параметры и показатели двигателя определяются по окончательно принятым значениям D и S.

Рабочий объем цилиндра, л:

; (4.40)

л.

Эффективная мощность двигателя, кВт:

; (4.41)

кВт

Эффективный крутящий момент, Нм:

; (4.42)

Нм

Часовой расход топлива, кг/ч:

G_т = N_e  g_e.; (4.43)

G_т=118,55·0,225=26,778кг/ч.

Результаты расчёта индикаторных, эффективных параметров двигателя представлены в таблицу 4.7.