1.8. Тепловой баланс двигателя

Количество теплоты, выделяемой при сгорании, вводимого в двигатель топлива за определённое время:

Q₀=Q_H×G_T/3600;

Q₀=43500*28,84/3,6*10³=348,5 кДж/с.

Теплота, эквивалентная эффективной работе:

Q_е=N_e=97,59254 кДж/с.

Количество теплоты, теряемое в связи с неполнотой сгорания при α<1:

∆Q_H=5367,6 кДж/с;

Q_H.C=∆Q_H * G_T =43,0 кДж/с.

Количество теплоты, передаваемой охлаждающей жидкости:

Q_охл=(c*i*D^1+2m*n^m*(Q_H-∆Q_H))/(α*Q_H*1000)

Q_охл=16,92 кДж/с

где с-коэффициент пропорциональности (с=0,5); i-число цилиндров(4); D-диаметр цилиндра(78 см); m-показатель степени(0,65); Количество теплоты, теряемой с отработавшими газами:

Q _г =G_T( ×M₂× - ×α×L₀×T₀)*3,6* *10^-3

Q _г=34,90 кДж/с

где α-коэффициент избытка воздуха(0,95); -температура отработавших газов( = T_r-70=1000-70=930)˚; , -средние молекулярные теплоёмкости свежего заряда и продуктов сгорания( =8,315+ =8,315+28,77=37,08; =8,315+ =8,315+21,41=29,73) Неучтённые потери теплоты включаются в остаточный член баланса:

Q_ост=Q₀-(Q_e+Q_охл+Q_г+Q_н.с.);

Q_ост= 156,09кДж/с Составляющие теплового баланса показаны в таблице 4

Таблица 4

Составляющие теплового баланса	Q, кДж/с	q,%
Qo	348,5046	100
Qe	97,59254	28,00323
Qохл	16,91945	4,85487
Qн.с.	43,00306	12,33931
Qг	34,90037	10,01432
Qост	156,0892	44,78827

1.9. Исследование взаимосвязи параметров рабочего цикла.

Взаимосвязь степени давления λ и температуры в конце сгорания Тz представлена в таблице и на графике.

λ	3	3.2	3.4	3.6	4.0
Тz,K	2344	2344	2344	2344	2344

2. Динамический расчёт двигателя внутреннего сгорания

Основной целью динамического расчёта является определение сил и моментов, действующих на кривошипно-шатунном механизме и установление закономерностей их изменения за рабочий цикл двигателя.

На поршень действуют силы давления газов P_r и силы инерции P_j масс деталей кривошипно-шатунного механизма, совершающих возвратно-поступательное движение.

2.1. Определение силы давления газов.

Сила давления газов определяется по формуле:

Р_г=(р_х-0,1)πD²*10⁶/4, Н,

где Р_x – текущее значение давления газов по индикаторной ди­аграмме, МПа; D – диаметр цилиндра, м.

Для последующих расчётов необходимо построить график изменения силы давления газов в функции угла поворота коленчатого вала.

Для этого необходимо индикаторную диаграмму, построенную в координатах РV, перестроить в координатах Рα. В этой диаграмме изменение давления газов в цилиндре в течение рабочего цикла является функцией угла поворота кривошипа

Р_r=f(α). Такую диаграмму называют развёрнутой диаграммой. На этой диаграмме показано избыточное давление на поршень:

Р=Р_г-Р₀,

где р₀-давление окружающей среды, МПа.

Индикаторную диаграмму в координатах РV перестраивают в развёрнутую индикаторную диаграмму по методу Брикса. Порядок построения развёрнутой диаграммы по этому методу следующий.

Ниже индикаторной диаграммы строится полуокружность радиусом, равным половине хода поршня. Вправо по горизонтали от центра откладывается отрезок, поправка Брикса, равный λR/2, где R-радиус кривошипа; λ-соотношение радиуса кривошипа к длине шатуна, λ=0,295.

Из этого нового центра О₁ проводятся лучи через каждые 30˚ до пересечения с полуокружностью. Точки пересечения этих лучей с полуокружностью проектируются на кривые политроп сжатия и расширения индикаторной диаграммы. Полученные точки пересечения сносят по горизонтали вправо на вертикальные линии соответствующих углов α развёрнутой диаграммы. Построение диаграммы начинают с такта впуска. Проведя через найденный точки кривую, получим развёрнутую индикаторную диаграмму за рабочий цикл.

При развёртке индикаторной диаграммы следует учесть, что давление на свёрнутой индикаторной диаграмме отсчитывается от абсолютного нуля, а на развёрнутой диаграмме показывается избыточное давление над поршнем:

∆Р_г=Р_г-Р₀, МПа.

Следовательно, давление в цилиндре двигателя (менее атмосферных) на развёрнутой диаграмме будут отрицательными.

Сила давления газов считается положительной, если она направлена к оси вала, отрицательной- от оси вала.

Для определения газовых сил Р_г по развёрнутой диаграмме давлений ∆Р_г необходимо пересчитать масштаб. Если кривая ∆Р_г построена в масштабе μ_р, МПа×мм, то масштаб этой же кривой для Р_г будет:

μ_р= μ_р*F_n*10⁶= 266 Н/мм где F_n-площадь поршня, м².