1 Определение диаметра и хода поршня двигателя

В соответствии с требованиями технического задания определим основные размеры двигателя в предположении:

• ;

• ;

• ;

• V-образная кинематическая схема;

• четырехклапанная головка цилиндров.

Диаметр цилиндра D, дм, может быть оценен по формуле

,

где - тактность двигателя;

- эффективная мощность двигателя, кВт;

- количество цилиндров двигателя;

- отношение хода поршня к диаметру цилиндра;

- эффективное давление, МПа;

- частота вращения коленчатого вала, .

Для расчета зададимся МПа, тогда

дм.

Из предположения , примем мм, мм. Проведем предварительную оценку показателей двигателя при данной размерности. Расчеты проводились в программе «Дизель-РК». Первый расчет проводился без изменения начальных установок программы. Результаты расчета представлены в приложении А.

Предварительная оценка показала, что при заданных параметрах двигателя имеют место низкий коэффициент наполнения () и высокие давления насосных ходов (), а также не обеспечивается требуемая эффективная мощность ( кВт). Для улучшения показателей двигателя были увеличены диаметры клапанов. Влияние диаметров клапанов на мощность двигателя приведено на рисунке 4.

Рисунок 4 - Зависимость мощности от диаметра седла клапана

На рисунке 4 видно, что резкое возрастание мощности идет до 26 мм, после чего мощность возрастает незначительно, поэтому диаметр седла клапана примем равным 26 мм.

2 Расчет двигателя на режиме номинальной мощности

В качестве целевой функции был принят удельный эффективный расход топлива, так как этот параметр является одним из наглядных для конечного потребителя.

2.1 Выбор оптимального значения угла открытия выпускного клапана.

Начало открытия выпускного клапана устанавливают таким, чтобы получить наибольшую полезную работу газов в цилиндре. В случае чрезмерно большого угла предварения выпуска полезная работа в такте выпуска заметно уменьшается, а если угол предварения слишком мал, то значительно возрастает отрицательная работа газов в процессе принудительного выпуска.

Рисунок 5 - Зависимость удельного эффективного расхода топлива от угла открытия выпускного клапана

Рисунок 6 - Зависимость мощности от угла открытия выпускного клапана

На рисунке 5 и 6 показаны зависимости эффективных показателей двигателя от угла открытия выпускного клапана, на их основании примем .

2.2 Выбор оптимального значения угла закрытия впускного клапана

Рисунок 7 - Зависимость удельного эффективного расхода топлива от закрытия впускного клапана

Рисунок 8 - Зависимость мощности от закрытия впускного клапана

Как видно из рисунков 7-8, происходит два противоположных явления: с одной стороны, изначально при увеличении угла растет мощность, но при слишком большом его увеличении образуются обратные течения. На основании зависимостей эффективных показателей двигателя от угла закрытия впускного клапана, показанных на данных рисунках, примем .

2.3 Выбор оптимального значения угла закрытия выпускного клапана и угла открытия впускного клапана

По окончании двумерного сканирования результат представлен в виде рисунков 9-12.

Рисунок 9 - Зависимость удельного эффективного расхода топлива от углов открытия впускного и закрытия выпускного клапанов в трехмерном виде

Рисунок 10 - Зависимость удельного эффективного расхода топлива от углов открытия впускного клапана и закрытия выпускного клапана

Рисунок 11 - Зависимость мощности от углов открытия впускного клапана и закрытия выпускного клапана в трехмерном виде

Рисунок 12 - Зависимость мощности от углов открытия впускного клапана и закрытия выпускного клапана

Угол перекрытия клапанов выбирают, учитывая положительный эффект при увеличении время-сечения клапанов и нежелательные последствия обратного выброса продуктов сгорания во впускной трубопровод. Расширения угла перекрытия клапанов достигают в первую очередь увеличением угла опережения открытия впускного клапана, чтобы избежать обратного заброса газов из выпускного трубопровода в цилиндр в конце выпуска под действием волны давления от смежного по порядку работы цилиндра.

На рисунке 9-12 показаны зависимости эффективных показателей двигателя от углов открытия впускного и закрытия выпускного клапанов, на их основании примем и .

Результирующая мощность .