1.Тепловой расчет двигателя
При тепловом расчете вновь проектируемого двигателя предварительно рассчитывают параметры действительного цикла, строят индикаторную диаграмму и определяют основные размеры: диаметр и ход поршня.
Исходными данными для расчета являются: Ре - мощность (номинальная),
nн - частота вращения (номинальная), - степень сжатия.
В ходе расчета необходимо задаваться некоторыми коэффициентами, принимая во внимание данные по существующим двигателям. Причем, следует обратить внимание, что результаты расчета двигателя значительно зависят от совершенства оценки принятых коэффициентов, учитывающих особенности проектируемого двигателя. Порядок расчета следующий.
1.1. Процессы впуска и выпуска
а). Задаются значениями: То; ро ; Тr ; рr; Т; ра.
Температура То и давление ро окружающей среды принимаются в соответствии со стандартными атмосферными условиями: То=273+25=298К; ро=0,1 МПа.
Температура Тr и давление рr остаточных газов зависят от частоты вращения и нагрузки двигателя, сопротивления выпускного тракта, способа наддува.
Для двигателей со свободным впуском:
рr=(1,05…1,20)рo ,
для двигателей с высокой частотой вращения принимаются большие значения рr.
Для двигателей с газотурбинным наддувом:
рr=(0,75…0,95)рк ,
давление наддувочного воздуха рк для существующих двигателей:
рк=(1,5…2,2)ро.
Температура остаточных газов зависит в основном от коэффициента избытка воздуха , степени сжатия , частоты вращения коленчатого вала, нагрузки.
В существующих двигателях значения Тr соответствуют:
для бензиновых и газовых двигателей-----900…1100 К;
для дизелей------600…900 К.
Большие значения Тr выбираются для высокооборотных двигателей и двигателей с низкой степенью сжатия.
Т- степень подогрева свежего заряда во впускном тракте зависит от частоты вращения, наличия наддува и принимается в следующих пределах:
для
бензиновых и газовых двигателей
--------10…30
;
для дизелей без наддува ------------------------ 10…20 ;
для двигателей с наддувом ---------------------- 0…10 .
Давление в конце впуска ра принимается из следующих соотношений:
ра= рк - ра ; для двигателей без наддува - ра = ро - ра.
У двигателей потери давления ра за счет сопротивления впускного тракта находятся в пределах (большие значения принимаются для высокооборотных двигателей):
для бензиновых и газовых двигателей - (0,05…0,2)ро;
для дизелей без наддува - (0,03…0,18)ро;
для дизелей с наддувом - (0,03…0,1)рк.
б). Определяют величины: r (коэффициент остаточных газов), Тa (температура конца наполнения) и v (коэффициент наполнения) по следующим формулам:
.
(1)
(3)
Для двигателей без наддува в уравнениях (1), (2), (3) Тк = То; рк = ро.
Температура воздуха за компрессором:
,
(4)
где nк - показатель политропы сжатия в компрессоре, принимается в пределах 1,4…2.
Для достоверности результатов расчета процесса впуска необходимо ориентироваться на следующие рекомендации.
Коэффициент остаточных газов r находится в следующих пределах:
для бензиновых и газовых двигателей - 0,06…0,12;
для дизелей без наддува и с наддувом - 0,03…0,06.
Значения Та для современных двигателей находятся в пределах:
для бензиновых и газовых двигателей – 320…380 К;
для дизелей без наддува – 310…350 К;
для дизелей с наддувом – 320…400 К.
Значения v находятся в пределах:
для бензиновых и газовых двигателей – 0,75…0,85;
для дизелей без наддува – 0,8…0,9;
для дизелей с наддувом – 0,8…0,95.
в). В зависимости от принятого значения коэффициента избытка воздуха определяют массу свежего заряда, введенного в цилиндры двигателя (ориентировочно):
М1 = lо / 29, кмоль,
где lo = 14,5 кг. воздуха / кг. топлива – для дизеля;
lo = 15 кг. воздуха/ кг. топлива – для бензинового двигателя.
Масса воздуха в кмолях: Lo =lo/29. (29 –масса 1 кмоль воздуха).
Для принятия значения необходимо учесть способ смесеобразования в соответствии с рекомендациями табл. 1.
Таблица 1
Расчетные значения в зависимости от способа смесеобразования
Коэфф. избытка воздуха |
Дизели |
Бензиновые и газовые двигатели |
|||||
Способ смесеобразования |
|||||||
Объемн. |
Объемно-пленочн. |
Пленочн. |
С разделен камерой сгорания |
С наддувом (для всех способов смесеобра зования) |
Карбюра-торные (газовые) |
Инжекто-рные |
|
|
1,4…1,6 |
1,3…1,4 |
1,15…1,2 |
1,2…1,25 |
1,7…2,0 |
0,9..0,95 (1,1..1,3) |
1,05 |