2.10 Тепловой баланс
Для анализа характера теплоиспользования и путей его улучшения при расчете двигателя определяются составляющие теплового баланса.
2.10.1 Уравнение теплового баланса
Уравнение теплового баланса имеет вид:
,
где Qo - общее количество теплоты, введенное в цилиндр, Дж/с;
Qe - теплота, эквивалентная эффективной работе двигателя, Дж/с;
Qохл - теплота, отданная охлаждающей среде, Дж/с;
Qr - теплота, уносимая из двигателя с отработавшими газами, Дж/с;
Qн.с - теплота, потерянная при неполном сгорании топлива, Дж/с;
Qост - неучтенные потери теплоты, Дж/с.
2.10.2 Общее количество теплоты
Общее количество теплоты Qo в Дж/с определяется по формуле:
.
2.10.3 Теплота, эквивалентная эффективной работе
Теплота Qe, эквивалентная эффективной работе, в Дж/с определяется по формуле:
.
2.10.4 Теплота, отданная охлаждающей среде
Теплота Qохл, отданная охлаждающей среде, для карбюраторных двигателей с воздушным охлаждением, в Дж/с определяется по формуле:
где с- коэффициент пропорциональности с=0,45…0,53
m- показатель степени =0,6…0,7
D-диаметр цилиндра ,мм.
2.10.5 Теплота, унесенная из двигателя с отработавшими газами
Теплота Qr, унесенная из двигателя с отработавшими газами, в Дж/с определяется по формуле:
,
где tr - температура остаточных газов, °С
;
-
теплоемкость остаточных газов в
кДж/(кмоль·град)
-
теплоемкость свежего заряда в
кДж/(кмоль·град)
2.10.6 Неучтенные потери теплоты
Неучтенные потери теплоты Qост в Дж/с определяется по формуле:
.
2.10.7 Относительные значения составляющих теплового баланса
Тепловой баланс определяется также в процентах от всего количества введенной теплоты по следующим формулам:
;
;
;
.
Очевидно, что должно выполняться условие
.
Рассчитанные параметры заносим в таблицу 7.
Таблица 7 - Значения составляющих теплового баланса в процентах
Тип двигателя |
Составляющие теплового баланса в процентах |
|||
|
|
|
|
|
Газовый |
25…42 |
15…40 |
30...45 |
0…3 |
Рассчитываемый двигатель |
30,7 |
39,7 |
29,3 |
0,3 |
2.11 Построение индикаторной диаграммы
Индикаторная диаграмма - графическая зависимость давления газа в цилиндре от надпоршневого объема, либо перемещения поршня или угла поворота коленчатого вала.
Масштаб
ходя поршня
.5
мм/мм.
Отрезок, соответствующий рабочему объему цилиндра мм:
Отрезок, соответствующий объему камеры сгорания мм:
Отрезок, соответствующий полному объему цилиндра
Отрезок, соответствующий максимальному давлению:
Масштаб
давления
МПа/мм.
Величины давлений в мм:
Построение политропы сжатия и расширения проводится аналитическим методом.
Для политропы сжатия определяется давление рх в МПа по формуле
где ОХ - абсцисса расчетной точки, мм.
Аналогично для политропы расширения определяется давление рх в МПа по формуле:
Абсцисса расчетной точки ОХ в мм определится по формуле:
ОХ=ОА+АХ
где АХ - перемещение поршня в мм, определяется по формуле:
где λ - отношение радиуса кривошипа R к длине шатуна Lш;
α - угол поворота коленчатого вала, град.
Выбираем отношения λ радиуса кривошипа R к длине шатуна Lш:
Результаты расчетов политроп сжатия и расширения заносим в таблицы 2.10 и 2. 11.
Таблица 2.10 - Результаты расчетов политроп сжатия
α, град |
|
AX, мм |
OX, мм |
OB/OX |
|
Px/μp, мм |
180 |
2,0000 |
76,66 |
85,18 |
1,00 |
0,0856 |
1,22 |
190 |
1,9892 |
76,25 |
84,77 |
1,00 |
0,0861 |
1,23 |
200 |
1,9567 |
75,00 |
83,52 |
1,02 |
0,0877 |
1,25 |
210 |
1,9023 |
72,92 |
81,44 |
1,05 |
0,0906 |
1,29 |
220 |
1,8559 |
71,14 |
79,66 |
1,07 |
0,0931 |
1,33 |
230 |
1,7279 |
66,23 |
74,75 |
1,14 |
0,1008 |
1,44 |
240 |
1,6088 |
61,67 |
70,19 |
1,21 |
0,1091 |
1,56 |
250 |
1,4700 |
56,35 |
64,87 |
1,31 |
0,1204 |
1,72 |
260 |
1,3142 |
50,37 |
58,89 |
1,45 |
0,1358 |
1,94 |
270 |
1,1450 |
43,89 |
52,41 |
1,63 |
0,1572 |
2,25 |
280 |
0,9670 |
37,07 |
45,59 |
1,87 |
0,1872 |
2,67 |
290 |
0,7860 |
30,13 |
38,65 |
2,20 |
0,2301 |
3,29 |
300 |
0,6088 |
23,34 |
31,86 |
2,67 |
0,2930 |
4,19 |
310 |
0,4423 |
16,95 |
25,47 |
3,34 |
0,3876 |
5,54 |
320 |
0,2939 |
11,27 |
19,79 |
4,31 |
0,5318 |
7,60 |
330 |
0,1703 |
6,53 |
15,05 |
5,66 |
0,7490 |
10,70 |
340 |
0,0773 |
2,96 |
11,48 |
7,42 |
1,0504 |
15,01 |
350 |
0,0196 |
0,75 |
9,27 |
9,19 |
1,3729 |
19,61 |
360 |
0,0000 |
0,00 |
8,52 |
10,00 |
1,5260 |
21,80 |
Таблица 2.11 - Результаты расчетов политроп расширения
α,град |
(1-cosα)+λ/4·(1-cos2α) |
АХ, мм |
ОХ, мм |
OB/OX |
Px=Pв(OB/OX) ,Мпа |
Px/µх, мм |
360 |
0,0000 |
0,00 |
8,52 |
10,00 |
1,5260 |
21,80 |
370 |
0,0196 |
0,75 |
9,27 |
9,19 |
1,3729 |
19,61 |
380 |
0,0773 |
2,96 |
11,48 |
7,42 |
1,0504 |
15,01 |
390 |
0,1703 |
6,53 |
15,05 |
5,66 |
0,7490 |
10,70 |
400 |
0,2939 |
11,27 |
19,79 |
4,31 |
0,5318 |
7,60 |
410 |
0,4423 |
16,95 |
25,47 |
3,34 |
0,3876 |
5,54 |
420 |
0,6088 |
23,34 |
31,86 |
2,67 |
0,2930 |
4,19 |
430 |
0,7860 |
30,13 |
38,65 |
2,20 |
0,2301 |
3,29 |
440 |
0,9670 |
37,07 |
45,59 |
1,87 |
0,1872 |
2,67 |
450 |
1,1450 |
43,89 |
52,41 |
1,63 |
0,1572 |
2,25 |
460 |
1,3142 |
50,37 |
58,89 |
1,45 |
0,1358 |
1,94 |
470 |
1,4700 |
56,35 |
64,87 |
1,31 |
0,1204 |
1,72 |
480 |
1,6088 |
61,67 |
70,19 |
1,21 |
0,1091 |
1,56 |
490 |
1,7279 |
66,23 |
74,75 |
1,14 |
0,1008 |
1,44 |
500 |
1,8559 |
71,14 |
79,66 |
1,07 |
0,0931 |
1,33 |
510 |
1,9023 |
72,92 |
81,44 |
1,05 |
0,0906 |
1,29 |
520 |
1,9567 |
75,00 |
83,52 |
1,02 |
0,0877 |
1,25 |
530 |
1,9892 |
76,25 |
84,77 |
1,00 |
0,0861 |
1,23 |
540 |
2,0000 |
76,66 |
85,18 |
1,00 |
0,0856 |
1,22 |
Для построения действительной индикаторной диаграммы находим характерные точки.
Давление
в точке
,
характеризующей момент достижения
поршня ВМТ при сгорании в МПа, определяется
по формул
Или
в мм
Точку
-
момент достижения поршня НМТ в конце
расширения - располагаем между точками
b
и а. При этом давление
в
МПа ориентировочно рассчитываем по
формуле:
Или
в мм
.
Точка
характеризует действительно максимальное
давление цикла
в
МПа, определяем по формуле:
Или
в мм
Положение
точки
должно соответствовать условию допустимой
скорости нарастания давления
в
МПа/град, которая определяется по
формуле:
где
-
нарастание давления в МПа, определяется
по формуле:
-
угол поворота коленчатого вала в
МПа/град, соответствующий точке
определяется по формуле указанной выше:
=10
При
Положение точки на индикаторной диаграмме определяется по формуле:
Принимаем характерные углы:
-
угол опережения зажигания
;
-
продолжительность периода задержки
воспламенения
;
-
фазы газораспределения:
,
,
,
.
Определяем углы поворота коленчатого вала α в градусах, соответствующие характерным точкам:
- f - начало впрыска топлива или подача искры
- с´ -начало видимого сгорания
- b´ -начало открытия выпускного клапана
- r´ -начало открытия впускного клапана
- а´´ -полное закрытие впускного клапана
- а´ -полное закрытие выпускного клапана
Определяем положение характерных точек АХ в мм по формуле указанной ранее:
точка f
9,04
2.
точка
3.
точка
4.
точка
5.
точка
6.
точка
