Расчет рабочего цикла ДВС, расчет основных деталей на прочность, компоновка двигателя

                                              ,                                                 (1.42)

 МПа.

 

Рассчитанные параметры процесса  сгорания необходимо сравнить со значениями этих параметров у современных автомобильных двигателей внутреннего сгорания, представленных в таблице 1.4.

 

Таблица 1.4 - Значения параметров процесса сгорания

 

Тип двигателя	Параметры
			, МПа	, К
Дизельный с наддувом	1,4...1.8	1,2...1,7	10,0...14,0	1800...2200
Рассчитываемый двигатель	1,5	1,44	11,76	2154

 

1.5 Процесс расширения

 

В результате осуществления процесса расширения происходит преобразование тепловой энергии топлива в механическую работу.

В реальных двигателях расширение протекает по сложному закону, зависящему от теплообмена между газами и окружающими стенками, утечки газов через неплотности, уменьшения теплоёмкости продуктов сгорания вследст- вии снижения температуры при расширении, уменьшения количества газов в связи с началом выпуска.

 

1.5.1 Показатель политропы расширения

 

Так же как и при рассмотрении процесса сжатия для упрощения расчётов кривую процесса расширения принимают за политропу с постоянным показателем .

С возрастанием коэффициента использования  теплоты, интенсивности охлаждения, отношения хода поршня к диаметру цилиндра средний показатель политропы  расширения увеличивается и, наоборот, уменьшается с ростом нагрузки и линейных размеров цилиндра. Средний показатель политропы расширения незначительно отличается от показателя адиабаты и может быть определён по следующей формуле:

- для дизельного двигателя

 

                                                                                  (1.43)

 

Показатель адиабаты определяем по номограмме.

 

,

 

.

 

1.5.2 Давление и температура конца процесса расширения

 

Значения давления р_ь в МПа и температуры Т_ь в градусах Кельвина (К) в конце процесса расширения определяется по формулам:

- для дизельных двигателей

 

                                                 .                                                    (1.44)

 

                                               .                                                      (1.45)

 

где - степень последующего расширения, которая определяется по формуле:

 

                                              .                                                         (1.46)

 

                                                      .

 

 МПа.

 

 К.

 

Рассчитанные параметры  процесса расширения необходимо сравнить со значениями этих параметров у современных автомобильных двигателей внутреннего сгорания, представленных в таблице 1.5.

 

Таблица 1.5 - Значения параметров процесса расширения

Тип двигателя	Параметры
		рь, МПа	Ть, К
Дизельный с наддувом	1,15...1,28	0,5...0,8	1000... 1200
Рассчитываемый двигатель	1,268	0,522	1115

 

1.6 Процесс выпуска

 

За период процесса выпуска  из цилиндра двигателя удаляются отработавшие газы.

Процесс выпуска начинается в момент открытия выпускного клапана,

который происходит за 40...70°  угла поворота кривошипа до прихода  поршня в нижнюю мёртвую точку. Предварительное  открытие клапана необходимо для  качественной очистки цилиндра двигателя от продуктов сгорания и уменьшения работы, необходимой для выталкивания газов. Закрытие выпускного клапана происходит через 10...40° после прохода поршнем верхней мёртвой точки, что улучшает качество очистки цилиндра двигателя.

Точность выбора температуры остаточных газов в градусах Кельвина (К) определяется по формуле:

                                                          ,                                                            (1.47)

 

 К.

 

При расхождении между  принятой величиной  в пункте (1.2.2) и рассчитанной по формуле (1.47) более 10 % параметры теплового расчёта необходимо пересчитать.  

Ошибка составляет: , что допустимо.

 

1.7 Индикаторные показатели рабочего цикла

 

1. Среднее индикаторное давление

 

Среднее теоретическое  индикаторное давление - это условное среднее давление, действующее на поршень и равное теоретической работе газов за цикл, отнесённой к рабочему объёму цилиндра.

Среднее теоретическое  индикаторное давление в МПа определяется по формуле:

- для дизельного двигателя

 

              ,                     (1.48)

 

 МПа.

 

Среднее индикаторное давление действительного цикла  в МПа отли-

чается от теоретического на величину уменьшения работы газов  действительного цикла против работы газов теоретического цикла (пропорционально уменьшению расчётной индикаторной диаграммы за счёт скругления) и определяется по формуле:

 

                                                                                                    (1.49)

 

где -  коэффициент полноты индикаторной диаграммы.

Значения коэффициента  принимаются из следующих интервалов значений:

-для дизельных двигателей 

Принимаем  .

 

                                          МПа.

 

1.7.2 Индикаторные КПД и удельный расход топлива

 

Индикаторный КПД характеризует  степень использования теплоты  топлива для получения полезной работы в действительном цикле, то есть индикаторный КПД учитывает все тепловые потери действительного цикла.

Индикаторный КПД  определяется по формуле:

                                         ,                                           (1.50)

 

где - среднее индикаторное давление, МПа;

- теоретически необходимое количество  воздуха, кг возд/кг топл;                           

- коэффициент избытка воздуха; 

- низшая теплота сгорания, кДж/кг;

- плотность заряда на впуске, кг/м³ ;

- коэффициент наполнения.

 

                                     .

 

Индикаторный удельный расход топлива  в г/(кВт ч) определяется по формуле:

 

                                          ,                                              (1.51)

 

                                 г/(кВт ч).

 

 

1.8 Эффективные показатели двигателя

 

Эффективные показатели характеризуют работу двигателя  и отличаются от индикаторных показателей на величину механических потерь.

 

1.8.1 Давление механических потерь

 

К механическим потерям относятся все потери на преодоление различных сопротивлений, таких как трение, привод вспомогательных механизмов, газообмен, привод компрессора.

Давление механических потерь - это условное давление, равное отношению работы механических потерь к рабочему объёму цилиндра двигателя. Величину давления механических потерь в МПа оценивают по средней скорости поршня по формуле:

 

                                                                                     (1.52)

 

где и - экспериментальные коэффициенты, величины которых равны ,

- средняя скорость поршня  в м/с, которая для различных  типов двигателей выбирается в следующих пределах:

- дизельные двигатели  6...12.

 

                                    МПа

 

1.8.2 Среднее эффективное давление

 

Среднее эффективное давление в МПа определяется по формуле:

 

                                          ,                                                   (1.53)

 

                                   МПа.

 

1.8.3 Механический КПД

 

Механический КПД  определяется по формуле:

 

                                         ,                                                        (1.54)

 

                                       .

 

1.8.4 Эффективный КПД

 

Отношение количества теплоты, эквивалентной полезной работе на валу двигателя, к общему количеству теплоты, внесённой в двигатель с топливом, называется эффективным КПД , который определяется по формуле:

 

                                         ,                                                     (1.55)

 

                                        .

 

1.8.5 Эффективный удельный расход топлива

 

Эффективный удельный расход топлива  в г/(кВт ч) определяется по формуле:

 

                                       ,                                                    (1.56)

 

                                   г/(кВт ч).

 

Рассчитанные эффективные  показатели двигателя необходимо сравнить со значениями этих показателей современных двигателей внутреннего сгорания, представленных в таблице 1.8.

 

Таблица 1.8 - Значения эффективных показателей двигателей

 

Тип двигателя	Показатели
Дизельный с наддувом	0,7…2,0	0,35…0,40	0,80…0,90	210…310
Рассчитываемый двигатель	1,101	0,3925	0,8496	216

 

1.9 Основные параметры и показатели двигателя

Рабочий объём цилиндра - это объем  пространства, освобождаемого поршнем  при перемещении его от верхней  мертвой точки к нижней мертвой точке, и определяется в дм³ по формуле:

 

                                                                                               (1.57)

 

где - тактность рабочего процесса двигателя, для четырёхтактного процесса ( =4);

- мощность двигателя по заданию, кВт;

- номинальная частота вращения  по заданию, мин^-1;

- число цилиндров двигателя  по заданию.

 

                                   дм³

 

Определение размеров цилиндра двигателя производится на основе выбора отношения хода поршня S к диаметру цилиндра D.

Отношение линейных размеров цилиндра S/D находится в следующих пределах:

- для дизельных двигателей 0,9... 1,2.

Диаметр цилиндра двигателя D в мм определяется по формуле: