Avtomobilnye_dvigateli_Kursovoe_proektirovanie

С помощью соотношений, известных из курса термодинамики, по расчетной (нескругленной) индикаторной диаграмме определяем расчетное среднее индикаторное давление /?/нс:

• для ДсИЗ

Действительная индикаторная диаграмма не имеет четких границ, определяющих переход от одного процесса к другому, и ее отличие от расчетной диаграммы зависит от конечной скорости подвода теплоты к рабочему телу, которая определяет скругление кривой индикаторной диаграммы вблизи ВМТ, а также от угла предварения открытия выпускного клапана, который определяет уменьшение работы расширения.

Для учета уменьшения действительного среднего индикаторного давления по сравнению с расчетным значением piHC используется коэффициент полноты индикаторной диаграммы срп д:

А=АнсФп.д.

При выборе значения срп д следует иметь в виду следующие факторы:

•коэффициент фп д, зависящий от скоростного режима двигателя, уменьшается с увеличением частоты вращения коленчатого вала;

•у двигателей с искровым зажиганием большие значения срп д соответствуют лучшей организации рабочего процесса, что определяет меньшие значения угла опережения зажигания и угла поворота коленчатого вала (ПКВ) до ВМТ, соответствующего началу 2-й фазы горения. Улучшение организации рабочего процесса достигается турбулизацией заряда в цилиндре, повышением степени сжатия, применением компактных камер сгорания и т.д.

Примерные значения коэффициента срп д для двигателей различного типа приведены в табл. 1.15.

Несколько меньшие значения срп д характерны для дизелей с пристеночным смесеобразованием.

Ориентировочные значения среднего индикаторного давления pt на номинальном режиме работы для двигателей различных типов (без наддува) приведены в табл. 1.16.

При этом необходимо учитывать следующие положения:

• среди ДсИЗ большие значения pt имеют быстроходные двигатели легковых автомобилей с высокими степенями сжатия и двигатели с распределенным впрыскиванием бензина;

•меньшие значения pt имеют быстроходные дизели с частотой вращения п = 3000...4000 мин-1;

•в дизелях с наддувом значения р{ зависят от степени повышения давления при наддуве и могут достигать 2 МПа.

Индикаторный КПД и удельный индикаторный расход топлива. Для определения индикаторного КПД используется уравнение связи между средним индикаторным давлением /?, и основными параметрами рабочего процесса двигателя:

_ д а/р П/ -"77 >

где Ни — МДж/кг; /0 — кг/кг; /?, — МПа, р0 — кг/м3. Удельный индикаторный расход топлива, г/(кВт • ч),

& " 3600 '

Таблица 1.17

Характерные значения г\( и gt для двигателей различных типов на номинальном режиме работы приведены в табл. 1.17.

В ДсИЗ большие значения г|, и меньшие значения g, соответствуют высоким степеням сжатия.

Большие значения г|, и меньшие значения g, характерны для дизелей с неразделенными КС и объемным смесеобразованием.

Особенности расчета индикаторных показателей дизелей с наддувом см. в подразд. 1.12.

1.8. Механические (внутренние) потери и эффективные показатели двигателя

Эффективные показатели двигателей отличаются от индикаторных вследствие наличия затрат полезной работы газов на преодоление различных сопротивлений в самом двигателе. Совокупность этих затрат условно называется механическими (внутренними) потерями.

Среднее давление механических потерь. Уровень механических потерь в двигателе характеризуется средним давлением механических потерь рм п, МПа, которое условно считается линейной функцией средней скорости поршня:

где сп — средняя скорость поршня за один его ход, м/с; a, b — постоянные коэффициенты, зависящие от типа двигателя, соответственно МПа, (МПа • с)/м.

Для современных быстроходных ДсИЗ с рабочим объемом 1,1...

2,5 л и номинальной частотой вращения более 5000 мин-1 зависимость внутренних потерь от скорости поршня справедлива только для значений частот вращения, близких к номинальному режиму работы, т.е. соответствующих значениям сп = 7,5... 16 м/с.

Значение сп принимается с использованием статистических данных по прототипу данного двигателя или вычисляется, если ориентировочно известен ход поршня S и частота вращения п\

Большие значения сп соответствуют более быстроходным и более длинноходным двигателям.

Примерные значения средней скорости поршня сп для двигателей различных типов на номинальном режиме работы приведены в табл. 1.18.

Значения коэффициентов а и b в зависимости для различных типов двигателей приведены в табл. 1.19.

Особенности расчета механических потерь в двигателях с наддувом см. в подразд. 1.12.

Среднее эффективное давление и механический КПД. Среднее эффективное давление ре определяется по среднему индикаторному давлению pt и среднему давлению потерь рм п:

Ре= Pi ~ Рм П-

Меньшие значения ре соответствуют двигателям с меньшей степенью сжатия и двигателям с воздушным охлаждением.

Механический КПД определяется по формуле

Ре

Л м = — •

Pi

Меньшие значения г|м характерны для двигателей с большей частотой вращения коленчатого вала. Примерные значения ре и г|м на

двигателя, заданного скоростного режима яном и рассчитанного значения среднего эффективного давления ре.

Рабочий объем двигателя, л,

30тNeHOU

Ре"иОМ

где т — коэффициент тактности (для четырехтактных двигателей х = 4);

ре — МПа; пном — мин1; NeH0M — кВт. Рабочий объем одного цилиндра, л,

у-Ш

У h- I. •

Для определения размеров цилиндра задают коэффициент короткоходности двигателя К, представляющий собой отношение хода поршня S к его диаметру D:

Диаметр цилиндра, мм, определяется по формуле

Z> = 1003/~—.

ЧкК

Рассчитанное значение D желательно округлить до ближайшего целого значения.

Ход поршня, мм, определяется по формуле

S = KD.

Уточнение значения средней скорости поршня. Действительное значение средней скорости поршня сп определяется по значению хода поршня S и заданному скоростному режиму двигателя.

Рассчитанное значение сп сравнивается с ранее принятым значением в (см. подразд. 1.8). Если разность этих значений составляет более 10 %, необходимо задать новое значение сп и повторить расчет.

Уточнение значений рабочего объема двигателя и его номинальной мощности. Уточнение значений рабочего объема двигателя и его номинальной мощности выполняется после определения диаметра цилиндра D и хода поршня S и округления их.

Рабочий объем двигателя, л, определяется по формуле

а номинальная мощность, кВт, по выражению

(В эти формулы подставляются принятые значения диаметра и хода поршня.)

Определение эффективного крутящего момента и литровой мощности двигателя. Эффективный крутящий момент, Н • м, определяется по уточненному значению номинальной эффективной мощности двигателя при номинальной частоте вращения:

Примерные значения литровой мощности для различных типов двигателей с искровым зажиганием и дизелей без наддува приведены в табл. 1.21.

Меньшие значения Nn характерны для ДсИЗ с воздушным охлаждением, а большие — для быстроходных ДсИЗ легковых автомобилей с высокой степенью сжатия и распределенным впрыскиванием бензина.

Большие значения Nn характерны для быстроходных дизелей с однополостными камерами сгорания и аккумуляторной системой топливоподачи (т.е. для дизелей легковых автомобилей).

1.10. Сводная таблица параметров проектируемого двигателя

После проведения теплового расчета полученные значения параметров двигателя сведем в табл. 1.22.

параметров

Значения параметров для проектируемого двигателя

1.11. Методика построения индикаторной

диаграммы

Построение индикаторной диаграммы производится по данным теплового расчета в координатахр—х, т.е. давление —ход поршня.

Выбор масштабов. Масштабы давления тр, МПа/мм, и хода поршня ms, мм/мм, следует выбирать таким образом, чтобы высота диаграммы была приблизительно в 1,5 раза больше ее основания.

Рекомендуемые масштабы параметров индикаторной диаграммы приведены в табл. 1.23.

Координатные оси и характерные линии. После нанесения координатных осей проведем линию абсолютного давления окружающей среды на расстоянии ОК от оси абсцисс (рис. 1.5 и 1.6),

причем ОК = —, мм (гдерк= 0,10 МПа).

ШР

Параллельно оси давления на расстоянии OA от начала координат проведем линию, определяющую положение поршня в ВМТ.

р, МПа

Рис. 1.5. Индикаторная диаграмма двигателя с искровым зажиганием