3. Параметры двигателей внутреннего сгорания

3.1. Тепловой баланс двигателей

Тепловой баланс двигателя дает представление о распределении теплоты, выделяющейся при сгорании топлива. Тепловой баланс может быть составлен на основании данных испытаний двигателя или со значительными допущениями подсчитан аналитическим методом.

Уравнение теплового баланса имеет следующий вид:

,

где: Q – количество теплоты, заключенное в сгоревшем топливе;

Q_Е– количество теплоты, эквивалентное эффективной работе двигателя;

Q_В– часть полных тепловых потерь, соответствующая количеству теплоты, отводимое системой охлаждения и смазки;

Q_Г– часть полных тепловых потерь, соответствующая количеству теплоты, отводимое с отработавшими газами;

Q_Н– часть полных тепловых потерь, обусловленная неполным или несовершенным сгоранием топлива в цилиндре двигателя;

Q_ОСТ– остаточный член теплового баланса, учитывающий количество теплоты, теряемое вследствие теплового излучения в окружающую среду, количество теплоты, соответствующее неиспользованной кинетической энергии отработавших газов, количество теплоты, соответствующее потерям на трение и на привод вспомогательных механизмов, а также другие неучтенные потери.

Тепловой баланс карбюраторного двигателя показан на рис. 3.1а, дизельного – на рис. 3.1б.

Количество теплоты, преобразованное в эффективную работу у карбюраторного ДВС, составляет 23–30%, у дизельного ДВС – 36–38 %.

а) б)

Рис. 3.1. Тепловой баланс карбюраторного и дизельного двигателя

Остальная часть теплоты, выделяющаяся при сгорании топлива, поглощается различными тепловыми потерями.

Тепловой баланс в значительной мере зависит от конструктивных особенностей двигателя (тип, основные размеры, степень сжатия, система охлаждения, смазки и др.), а также от ряда эксплуатационных факторов (условия окружающей среды, число оборотов, нагрузка и др.).

 

3.2. Определение основных размеров двигателей

Основными конструктивными размерами ДВС, определяющими его габариты, массу, стоимость, срок службы и другие показатели, являются диаметр цилиндра и ход поршня.

Рабочий объем цилиндра (м³) при заданной эффективной мощности равен:

Диаметр цилиндра определяется по формуле:

Обозначим отношение хода поршня к диаметру цилиндра

Тогда

.

Такой способ определения основных размеров двигателя базируется на обоснованном выборе величины отношения хода поршня к диаметру цилиндра, числа цилиндров и частоты вращения коленчатого вала двигателя.

При выборе отношения необходимо учитывать, что снижениеимеет преимущества и недостатки.

Преимущества:

1. Позволяет обеспечить умеренную скорость поршня при высоких оборотах и несколько повысить механический КПД.

2. Снижает износ цилиндро-поршневой группы.

3. Повышает коэффициент наполнения.

4. Повышает индикаторный КПД.

5. Понижает высоту и вес двигателя.

Недостатки:

1. Ухудшается форма камеры сгорания.

2. Увеличиваются усилия на поршень.

3. Увеличивается габаритная длина двигателя.

Для современных ДВС значение = 0.8–1.3

Повышение частоты вращения коленчатого вала позволяет при прочих равных условиях уменьшить рабочий объем двигателя, следовательно, его габарит и массу. Однако при этом возрастают средняя скорость поршня и силы инерции движущихся масс двигателя, снижается механический КПД и экономичность, возрастают требования к топливоподающей аппаратуре дизелей.

Номинальная частота вращения коленчатого вала современных автотракторных ДВС характеризуется следующими данными, мин^-1: карбюраторные четырехтактные двигатели грузовых автомобилей 3000–4000; автомобильные дизели 2000–3000; тракторные дизели 1600–2100. Данные по основным размерам наиболее распространенных ДВС приведены в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Основные размеры двигателей внутреннего сгорания

Основные размеры	Двигатели
	СМД14/ 20Н	СМД 60/ 72	ЗИЛ-130	ЗИЛ-357	ЯМЗ-236/ 238/ 240	Камаз-740	Cummins L 10
Vh, л	1.583	1.525	0.75	0.875	1.85	1.356	1.67
S, мм	140	115	95	95	140	120	136
D, мм	120	130	100	108	130	120	125
 , при ne, мин-1	1.17	0.88	0.95	0.88	1.08	1	1.09
	1700 1900	2000 2100	3200	3200	2100	2600	2100