Тепловой расчет двигателя

  – максимальное давление сгорания теоритическое, МПа;

 – давление  в конце процесса сжатия, МПа.

.

 

 

 

 

 

1.6 Процесс расширения

 

Расширяясь, газы производят работу. Их давление и температура  понижаются по закону политропы. В процессе расширения тепловая энергия топлива преобразуется в механическую работу.

Давление и температура  в конце процесса расширения:

;

где – давление в конце процесса расширения, МПа;

 – температура в конце процесса расширения, K;

  – максимальное давление сгорания теоритическое, МПа;

 – температура в конце процесса сгорания, K;

 – степень сжатия;

 – показатель политропы расширения (для карбюраторных двигателей = 1.23…1.30).

;

 

 

1.7 Процесс выпуска

 

Выпуск отработавших газов  занимает полный ход поршня при его  движении  от Н.М.Т. к В.М.Т.

Проверка ранее принятой температуры остаточных газов выполняется  по выражениям:

 

где – температура остаточных газов на выпуске K;

 – погрешность результатов измерения, %;

  –давление в конце процесса расширения, МПа;

 – температура в конце процесса расширения, K;

 – давление  остаточных газов, МПа;

 – температура остаточных газов на впуске, K;

 – температура остаточных газов на выпуске, K.

 

 

 .

 

1.8 Индикаторные  параметры рабочего цикла

 

Рабочий цикл двигателя внутреннего  сгорания характеризуется средним  индикаторным давлением, индикаторной мощностью, индикаторным КПД и индикаторным удельным расходом топлива.

Теоритическое среднее индикаторное давление:

 

где – теоритическое среднее индикаторное давление, МПа;

  – давление в конце процесса сжатия, МПа;

 – степень сжатия;

 – cтепень повышения давления

 – показатель  политропы сжатия;

 – показатель политропы расширения.

 

 

 

Среднее индикаторное давление:

 

где – среднее индикаторное давление, МПа;

  – теоритическое среднее индикаторное давление, МПа;

 – коэффициент  полноты диаграммы (для карбюраторных  двигателей  = 0.94…0.97).

 

 

Индикаторный КПД и  индикаторный удельный расход топлива:

 

где – индикаторный КПД;

 – индикаторный  удельный расход топлива, г/(кВт*ч);

 – среднее  индикаторное давление, МПа;

 – теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива, кг/кг;

 – коэффициент избытка  воздуха;

 – низшая  теплота сгорания, кДж/кг;

 – плотность  заряда на впуске, кг/м³;

 – коэффициент  наполнения.

 

 

 

 

 

 

 

Индикаторная мощность –  работа, совершаемая газами внутри цилиндра в единицу времени:

 

где – индикаторная мощность, кВт;

  – среднее индикаторное давление, МПа;

 – рабочий  объем одного цилиндра, л;

 – частота вращения  коленчатого вала, мин^-1;

 – тактность двигателя.

 

1.9 Эффективные  показатели двигателя

 

Параметры, характеризующие  работу двигателя, отличаются от индикаторных наличием необходимых затрат полезной работы на преодоление различных  механических сопротивлений (трение в кривошипно шатунном механизме, приведение в действие вспомогательных механизмов и нагнетателя и др.) на совершение процессов впуска и выпуска.

Средняя скорость поршня определяется по выражению:

 

где – cредняя скорость поршня, м/с;

 – ход поршня, мм;

– номинальная частота  вращения коленчатого вала, мин^-1.

.

 

 

 

 

Среднее давление механических потерь для бензиновых восьмицилиндровых  двигателей с отношением  :

 

где – среднее давление механических потерь, МПа;

 – cредняя скорость поршня, м/с.

 

Среднее эффективное давление определяется по формуле:

 

Где – среднее эффективное давление, МПа;

 – среднее  индикаторное давление, МПа;

– среднее давление механических потерь, МПа.

 

Механический КПД являющийся оценочным показателем механических потерь определяется по формуле:

,

где – механический КПД;

 – среднее  эффективное давление, МПа;

 – среднее  индикаторное давление, МПа.

 

Эффективный КПД и эффективный  удельный расход топлива:

 

где – эффективный КПД;

 – индикаторный  КПД;

– механический КПД;

 – эффективный  удельный расход топлива, г/(кВт*ч);

 – низшая  теплота сгорания топлива, МДж/кг.

 

 

Эффективная мощность двигателя:

 

где – эффективная мощность двигателя, кВт;

 – среднее  эффективное давление, МПа;

 – рабочий  объем цилиндра , л;

– номинальная частота  вращения коленчатого вала, мин^-1;

 – тактность двигателя.

 

 

1.10 Основные параметры  цилиндра и двигателя

 

Литраж:

),

где – литраж двигателя, л;

 – тактность двигателя;

 – эффективная  мощность двигателя, кВт;

 – среднее  эффективное давление, МПа;

– номинальная частота  вращения коленчатого вала, мин^-1.

 

Рабочий объем одного цилиндра:

,

где – рабочий объем одного цилиндра, л;

 – литраж  двигателя, л;

 – количество цилиндров.

 

 

 

Диаметр цилиндра:

 

где – диаметр цилиндра, мм;

 – рабочий  объем одного цилиндра, л;

 – отношение хода поршня к диаметру цилиндра, мм.

 

 

Ход поршня:

 

где – ход поршня, мм;

 – диаметр цилиндра, мм;

 – отношение хода поршня к диаметру цилиндра, мм.

 

Литраж двигателя с  учётом параметров двигателя (диаметра цилиндра и хода поршня) определяется следующим образом:

 

где – литраж двигателя, л;

– диаметр цилиндра, мм;

 – ход поршня, мм;

 – количество цилиндров.

 

 

 

 

 

Эффективная мощность двигателя:

 

где – эффективная мощность двигателя, кВт;

 – среднее  эффективное давление, МПа;

 – литраж  двигателя, л;

– номинальная частота  вращения коленчатого вала, мин^-1;

 – тактность двигателя.

 

Эффективный крутящий момент:

 

где – эффективный крутящий момент, Н*м;

 – эффективная  мощность двигателя, кВт;

– номинальная частота  вращения коленчатого вала, мин^-1.

 

Часовой расход топлива:

 

где – часовой расход топлива, кг/ч;

 – эффективная  мощность двигателя, кВт;

 – эффективный  удельный расход топлива, г/(кВт*ч)

 

 

Средняя скорость поршня

 

 

где – cредняя скорость поршня, м/с;

 – ход поршня, мм;

– номинальная частота  вращения коленчатого вала, мин^-1.

.

Погрешность составляет -0.997%

 

1.11 Построение  индикаторной диаграммы

Индикаторная диаграмма  заданного двигателя строится с  использованием данных расчёта рабочего процесса, аналитическим методом.

Масштабы диаграммы: масштаб  хода поршня масштаб давлений .

Величины в приведенном  масштабе, соответствующие рабочему объему цилиндра и объему камеры сгорания:

 

где – отрезок соответствующий рабочему объему цилиндра ,мм;

 – отрезок соответствующий  рабочему объему камеры сгорания ,мм;

 – ход поршня, мм;

 – масштаб  хода поршня, мм в мм;

 – степень сжатия.

 

 

Ординаты характерных  точек:

 

где – давление в конце процесса сгорания, МПа;

 – давление в конце  процесса впуска, МПа;

 – давление в конце  процесса сжатия, МПа;

 – давление в конце  процесса расширения, МПа;

 – давление остаточных  газов, МПа;

 – давление  окружающей  среды, МПа;

 – масштаб давления, МПа в мм.

 

 

 

Построение политропы сжатия и расширения аналитическим методом:

А) политропа сжатия:

 

где – давление в точке процесса сжатия, МПа;

 – давление в конце  процесса впуска, МПа;

–  объем в точке  процесса сжатия, л;

 – объем в конце  процесса впуска, л;

 – масштаб давления, МПа в мм;

 – показатель политропы  сжатия.

Отношение изменяется в пределах 1... Отсюда:

 

где =

Б) политропа расширения:

 

где – давление в точке процесса расширения, МПа;

 – давление  в конце процесса расширения, МПа;

–  объем в  точке процесса сжатия, л;

 – объем  в конце процесса впуска, л;

 – масштаб  давления, МПа в мм;

 – показатель  политропы расширения.

Отношение изменяется в пределах 1... Отсюда:

 

Результаты расчета точек  политроп приведены в табл. 3. Расчетные точки политроп показаны на рис. 1. только для наглядности. При выполнении практических расчетов на диаграмме их не показывают.

Таблица  2

Значения расчетных величин 

№ точек	ОХ, мм		Политропа сжатия			Политропа расширения
				рх, МПа	мм		рх, МПа	мм
1	10.2	9.3	21.46	1.8	37.56	16.31	7.17	143.5
2	11.93	8	17.44	1.52	30.53	13.51	5.94	118.8
3	13.6	7	14.52	1.27	25.4	11.43	5.02	100.5
4	15.9	6	11.74	1	20.55	9.42	4.14	82.93
5	19	5	9.14	0.8	16	7.5	3.3	66
6	23.8	4	6.72	0.58	11.77	5.67	2.49	49.9
7	31.8	3	4.52	0.32	7.9	3.95	1.74	34.8
8	47.72	2	2.59	0.22	4.53	2.38	1.04	20.9
9	95.44	1	1	0.08	1.75	1	0.44	8.8