352

При выборе величины Tr необходимо учитывать, что при увеличении степени сжатия и обогащении рабочей смеси Tr снижается и возрастает при увеличении частоты вращения.

Значение T выбирается в зависимости от расположения и конструкции впускного трубопровода, быстроходности двигателя и наличия специального устройства подогрева.

Давление остаточных газов, (МПа):

а) для двигателей с выпуском в атмосферу

Pr =(1,05…1,25)P0;

б) для двигателей с газовой турбиной на выпуске

Pr =(0,75…1,0) PK .

Выбор величины Tr , T и Pr должен быть обоснован и установлен с учетом всех конструктивных и эксплуатационных особенностей двигателя, влияющих на изменение этих величин.

5. Температура в конце впуска (К):

Ta Tк T r Tr .

6. Коэффициент наполнения:

Параметры процесса сжатия

1. Величина среднего показателя политропы сжатия n1 устанавливается в зависимости от частоты вращения рассчитываемого двигателя, степени сжатия, размеров цилиндра, материала поршня и цилиндра, интенсивности охлаждения и других факторов. Величина n1 также может быть оценена с учетом вышеперечисленных факторов, исходя из значения среднего показателя адиабаты сжатия K1, которое определяется по номограмме [1] c учетом выражений:

а) для бензинового двигателя:

n1 K1 0,01... K1 0,04 1,35...1,38;

б) для дизелей:

n1 K1 0,02 ... K1 0,02 1,33...1,38.

При установлении величины n1 необходимо помнить, что с увеличением частоты вращения и уменьшением отношения поверхности охлаждения к объему цилиндра n1 увеличивается, а при повышении

11

средней температуры процесса сжатия и увеличении интенсивности охлаждения двигателя n1 уменьшается.

2.Давление конца сжатия (МПа):

Pc Pa n1 .

3.Температура конца сжатия (К):

где средние мольные теплоемкости отдельных компонентов продуктов сгорания определяются по табличным данным или по формулам ( см. табл. 3) в интервале температур от 0 до 15000 С; в) рабочей смеси:

(mcV' )ttc0 1 1 r [(mcV )ttc0 r (mcV'' )ttc0 ].

Параметры процесса сгорания

1. Коэффициент молекулярного изменения горючей смеси:

0 M2 .

M1

2.Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси:

0 r .

1r

3.Количество теплоты, потерянное вследствие неполного сгорания топлива (только при 1) (кДж/кг):

Hu 119950 1 L0.

12

4. Теплота сгорания рабочей смеси (кДж/кмоль):

Hраб.см Hu Hu .

M1(1 r )

5. Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания (кДж/кмоль)

при 1

при 1

где средние мольные теплоемкости отдельных компонентов продуктов сгорания определяются по табличным данным или по формулам (см. табл. 3) в интервале температур от 1501 до 2800°С.

6.Температура в конце видимого процесса сгорания определяется из уравнений:

а) для бензиновых двигателей:

z Hраб.см (mcV' )ttс0 tc (mcV'' )tt0z tz ,

13

б) для дизелей:

Значение повышается за счет сокращения потерь теплоты от газов в стенки, выбора рациональной формы камеры сгорания, уменьшения догорания в процессе расширения и выбора коэффициента , обеспечивающего увеличение скорости сгорания рабочей смеси. Величина z зависит также от скоростного и нагрузочного режимов двигателя и, как правило, уменьшается при их снижении.

Значение для дизелей устанавливается в основном в зависимости от количества топлива, подаваемого в цилиндр, формы камеры сгорания и способа смесеобразования. На величину также оказывает влияние период задержки воспламенения топлива, с увеличением которого степень повышения давления растет. Величина ограничивается допустимыми значениями температур и давления в конце видимого процесса сгорания.

В уравнения сгорания входят две неизвестные величины: температура в конце видимого сгорания tz и теплоемкость продуктов сго-

определения теплоемкости табличные значения, уравнения сгорания решаются относительно tz методом последовательных приближений (подбором значений tz ). При определении теплоемкости по приближенным формулам (см. табл. 3) уравнения сгорания после подстановки в них числовых значений всех параметров и последующих преобразований принимают вид квадратного уравнения:

A tz2 Btz C 0,

14

7. Давление конца сгорания, МПа: а) для бензиновых двигателей

Pz Pc Tz ; Tc

б) для дизелей

Pz Pc

8.Степень повышения давления (для бензиновых двигателей)

pz и степень предварительного расширения (для дизелей)

Pc

Tz .

Tc

Параметры процессов расширения и выпуска

1.Величина среднего показателя политропы расширения n2 устанавливается в зависимости от частоты вращения рассчитываемого двигателя, интенсивности охлаждения, коэффициента использования теплоты на линии видимого сгорания и коэффициента избытка воздуха. Величина n2 также может быть оценена с учетом вышеперечисленных факторов, исходя из значения среднего показателя адиабаты расширенияK1, которое определяется по номограмме [1] c учетом выражений:

а) для бензиновых двигателей: n2 K2 1,24...1,30;

б) для дизелей:

n2 K2 1,20...1,29.

При выборе величины n2 необходимо помнить, что с увеличением частоты вращения и коэффициента избытка воздуха n2 уменьшается, а с повышением интенсивности охлаждения и увеличением отношения хода поршня к диаметру цилиндра n2 увеличивается.

2.Степень последующего расширения (для дизелей):

.

3.Давление конца расширения, (МПа): а) для бензиновых двигателей

Pb Pz / n2 ;

15

б) для дизелей

Pb Pz / n2 .

4.Температура конца расширения, (К): а) для бензиновых двигателей:

Tb Tz / n2 1;

б) для дизелей:

Tb Tz / n2 1.

5.Проверка принятой ранее температуры остаточных газов (К):

Tr Tb /3 Pb . Pr

При расхождении между принятой величиной и полученной по этой формуле более чем на 10% тепловой расчет необходимо переделать.

Индикаторные параметры рабочего цикла

1. Среднее теоретическое индикаторное давление, (МПа): а) для бензиновых двигателей:

б) для дизелей:

2. Среднее индикаторное давление (МПа):

Pi Pi,

где – коэффициент полноты индикаторной диаграммы, которой для четырехтактных двигателей составляет : для бензинового двигателей

=0,94…0,97; для дизелей: = 0,92…0,95.

4. Индикаторный удельный расход топлива (г/кВт. ч)

3600

gi Hu i .

16

Эффективные показатели двигатели

1. Среднее давление механических потерь приближенно можно определить (МПа) Pм А В п.ср,

где А и В – эмпирические коэффициенты, значения которых для различных двигателей приведены в табл. 4;

п.ср – средняя скорость поршня (м/с), предварительно прини-

маемая в соответствии с конструкцией и типом двигателя.

Среднее давление механических потерь Pм подсчитывается по приведенным формулам без учета качества применяемых масел, теплового состояния двигателя, качества поверхностей трения и наддува. Поэтому полученные значения Pм, прежде чем принимать в дальнейшие расчеты, необходимо критически оценить.

2. Среднее эффективное давление (МПа):

Pе Pi Pм,

3. Механический КПД: м Pе .

Pi

4.Эффективный КПД: е м * i.

5.Эффективный удельный расход топлива (г/кВт.ч):

3600 ge Hu е .

6. Часовой расход топлива (кг/ч)

GТ gе Nе 10 3

17

Основные размеры цилиндра и двигателя

1. Литраж двигателя (дм3):

Vл 30 Nе .

Pе n

2. Рабочий объем цилиндра (дм3):

Vh Vл . i

3. Диаметр цилиндра и ход поршня (мм):

Полученные значения S и D следует округлять до значений, предусмотренных ГОСТом. По окончательно принятым значениям S и D определяют основные параметры и показатели двигателя

При расхождении более 5% между ранее принятой величинойп.ср. и полученной, необходимо пересчитать эффективные параметры двигателя.

Построение индикаторной диаграммы бензинового двигателя

1. При построении индикаторной диаграммы ее масштабы рекомендуется выбирать с таким расчетом, чтобы получить высоту диаграммы, равную 1,2…1,7 ее основания (см. рис. 1). Для этого на оси абсцисс откладывается отрезок АВ, соответствующий рабочему объему цилиндра, а по величине равный ходу поршня (или удвоенному ходу поршня при малых размерах цилиндра). Отрезок ОА, соответствующий объему камеры сгорания, мм:

ОА АВ .

1

Масштаб давлений (МПа/мм) рекомендуется выбрать: mp=0,02; 0,025; 0,04; 0,05;0,07…0,10.

18

2.По данным теплового расчета на диаграмме откладываются в выбранном масштабе величины давлений в характерных точках aczbr.

3.Политропы сжатия и расширения строятся аналитическим или графическим методом.

При аналитическом методе вычисления ряда точек политроп для промежуточных объемов Px (МПа), расположенных между Vс и Va ,

производятся по уравнению политропы PV n const:

При графическом методе по наиболее распространенному способу Брауэра построение политроп производится следующим образом:

а) из начала координат проводится луч ОС под произвольным углом α к оси абсцисс. Для получения достаточного количества промежуточных точек на политропах рекомендуется брать α=15°;

б) из начала координат проводятся лучи ОД и ОЕ под определенными углами β1 и β2 к оси ординат. Углы определяются из соотношений:

в) политропа сжатия строится с помощью лучей ОС и ОД. Из точки С проводится горизонталь до пересечения с осью ординат, из точки пересечения – линия под углом 450 к вертикали до пересечения с лучом ОД, а из этой точки – вторая горизонтальная линия, параллельная оси абсцисс. Затем из точки С проводится вертикальная линия до пересечения с лучом ОС, из точки пересечения под углом 450 к вертикали – линия до пересечения с осью абсцисс, а из этой точки – вторая вертикальная линия, параллельная 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;

г) политропа расширения строится с помощью лучей ОС и ОЕ аналогично построению политропы сжатия.

19

Рис.1. Построение индикаторной диаграммы методом Брауэра

20