Среднее эффективное давление.

Среднее эффективное давление р_е представляет собой отношение эффективной работы на валу двигателя к единице рабочего объема цилиндра.

В расчетах двигателей р_е определяют по среднему индикатор­ному давлению

Для двигателей с механическим наддувом

где p_н — потери давления на привод нагнетателя.

Значения среднего эффективного давления при номинальной на­грузке изменяются в следующих пределах:

С ростом среднего эффективного давления улучшаются условия использования рабочего объема цилиндра, что дает возможность создавать более легкие и компактные двигатели.

Механический к.п.д.

 

По опытным данным механический к.п.д. для различных дви­гателей, работающих на номинальном режиме, изменяется в сле­дующих пределах (для сравнения):

 

4. Эффективная мощность.

где р_е выражено в Мн/м²; V_h — в л; n — в об/мин.

5. Эффективный к.п.д. и эффективный удельный расход топлива. Эффективный к.п.д. η_е и эффективный удельный расход топлива g_e характеризуют экономичность работы двигателя.

 

Значения эффективного к.п.д. меняются в зависимости от типа двигателя в следующих пределах (на номинальном режиме) для сравнения:

 

 

Эффективный удельный расход жидкого топлива

Для современных автомобильных и тракторных двигателей эффективный удельный расход топлива при номинальной нагрузке имеет следующие значения (для сравнения):

 

Часовой расход топлива

Основные параметры цилиндра и двигателя

Если задана эффектив­ная мощность двигателя и выбрана величина S/D, то основные конструктивные параметры дви­гателя (диаметр цилиндра и ход поршня) определяют следующим образом.

Литраж двигателя

где N_e выражена в кВт, р_е — в Мн/м²; n — в об/мин.

Рабочий объем одного цилиндра

Диаметр цилиндра

Ход поршня

Пример

Для бензинового

3. Диаметр и ход поршня. В целях уменьшения скорости порш­ня и сокращения габаритов двигателя принимают S/D = 0,85, тогда

Принимается D = 80 мм; S = 70 мм.

Для дизеля

3. Диаметр и ход поршня. Дизели, как правило, выполняются с отношением хода поршня к диаметру цилиндра S/D>1. Однако уменьшение S/D для дизеля, так же как и для карбюраторного дви­гателя, снижает скорость поршня и повышает η_м. В связи с этим целесообразно принять S/D= 1,05:

Окончательно принимается D = 130 мм;S = 138 мм.

 

Полученные значения D и S округляют до четных чисел, нуля или пяти. По окончательно принятым значениям D и S определяют основные параметры и показатели двигателя:

Конец примера

По окончательно принятым значениям D и S определяют основные параметры и показатели двигателя

Литраж двигателя

Площадь поршня

Эффективную мощность

Эффективный крутящий момент

Часовой расход топлива

Среднюю скорость поршня

(4)

При расхождении между ранее принятой величиной υ_п,ср и по­лученной по формуле (4) более 3÷4% необходимо пересчитать эффективные параметры двигателя.

Построение индикаторной диаграммы

Рис. 20. Построение индикаторной диаграммы дизеля

Построение индикаторной диаграммы (рис. 20).

1. Масштабы диаграммы:

масштаб хода поршня Ms = 1,5 мм в мм;

масштаб давлений М_р = 0,08 Мн/м² в мм.

2. Приведенная величина рабочего объема цилиндра и величи­на, соответствующая объему камеры сгорания:

3. Максимальная высота диаграммы (точки z' и z) и положе­ние точки z по оси абсцисс

4. Ординаты характерных точек.

5. Построение политроп сжатия и расширения производится:

графическим методом (см. рис. 20):

а) для луча ОС принимаем угол α, равным 15°;

б) tg β₁ = (1 + tgα)ⁿ¹ - 1 =(l + tg 15°)^1,36 - 1=0,380; β₁ = 20°48';

в) используя лучи OD и ОС, строим политропу сжатия, начи­ная с точки с;

г) tg β₂ = (1 + tgα)ⁿ² - 1 = (1 + tg 15°)^1,27 - 1 = 0,352; β₂ = 19°23';

д) используя лучи ОЕ и ОС, строим политропу расширения, на­чиная с точки z.

Аналитическим методом

5. Построение политроп сжатия и расширения производится аналитическим методом:

а) политропа сжатия

 

Отсюда

 

где

б) политропа расширения

Отсюда

Результаты расчетов точек политроп приведены в табл. 10. Ра­счетные точки политроп показаны на рис. 19 только для наглядно­сти. При выполнении практических расчетов эти точки на диаграм­ме не показывают.

Таблица 10

6. Теоретическое среднее индикаторное давление

что очень близко к величине р^'_i = 1,37 Мн/м², полученной в тепло­вом расчете (F'- площадь диаграммы acz'zba - для дизеля ) и (F'- площадь диаграммы aczba - для бензинового).

7. Скругление индикаторной диаграммы.

Для дизеля

Учитывая достаточную быстроходность рассчитываемого дизеля и величину наддува, ори­ентировочно устанавливаются следующие фазы газораспределения:

впуск — начало (точка r') за 25° до в. м. т. и окончание (точка а") — 60º после н. м. т.;

выпуск — начало (точка b') за 60° до н. м. т. и окончание (точка, а') — 25° после в. м. т.

С учетом быстроходности дизеля принимается угол опережения впрыска θ = 22° (точка с') и продолжительность периода задержки воспламенения Δφ₁=10° (точка f),

Для бензинового

Так как рассчитывае­мый двигатель достаточно быстроходный (n = 5800 об/мин), то фа­зы газораспределения устанавливают с учетом получения хорошей очистки цилиндра от отработавших газов и возможности дозарядки в конце впуска. В связи с этим начало открытия впускного кла­пана (точка r') принимают за 18° до прихода поршня в в.м.т., а закрытие (точка а") - через 70° после прохода поршнем н.м.т.; начало открытия выпускного клапана (точка b') принимают за 55° до прихода поршня в н.м.т., а закрытие (точка а') - через 25° после прохода поршнем в.м.т. С учетом быстроходности двига­теля принимают и угол опережения зажигания θ = 35°, а продолжи­тельность периода задержки воспламенения Δβ₁ = 5°.

В соответствии с принятыми фазами газораспределения, углом опережения впрыска (зажигания) и периодом задержки воспламенения опреде­ляется положение точек (b', r', а', а", с' и f – для дизеля)и для точек (r',a',a'',c',f, и b' – для бензинового)по формуле для переме­щения поршня.

где λ — отношение радиуса кривошипа к длине шатуна. Выбор ве­личины λ производится при проведении динамического рас­чета, а при построении индикаторной диаграммы ориенти­ровочно установим λ =0,260…0,265.

Для дизеля

Расчеты ординат точек b', r', а', а", с' и f – дизеля сведены в табл. 13.

Таблица 13.

Для бензинового

Расчеты ординат точек r', а', а", с', f и b' сведены в табл. 11.

Таблица 11

Положение точки с" определяется из выражения

Точка z_Д лежит на линии z'z ориентировочно вблизи точки z.

Для дизеля

Нарастание давления от точки с" до z _Дсоставляет

где 10° — положение точки z_Д по оси абсцисс.

Соединяя плавными кривыми точки: r с а', с' с с" и далее с z_д и кривой расширения, b' с b" и далее с r ' и r, получаем скругленную индикаторную диаграмму ra'afc"z _д b'b"r.

Для бензинового

Нарастание давления от точки с" до z_д составляет

где 12° — положение точки z _дпо горизонтали (для упрощения дальнейших расчетов можно принять, что действительное макси­мальное давление сгорания р z_д достигается через 10° после в. м. т., т. е. при повороте коленчатого вала на 370°).

Действительное давление сгорания

 

Соединяя плавными кривыми точки r с а', с' с с" (см. рис. 19) и далее с z_д и кривой расширения, b с b" и линией выпуска, по­лучаем скругленную действительную индикаторную диаграмму ra'ac'fc''z _д b'b''r.

 

Рис. 19. Построение индикаторной диаграм­мы двигателя аналитическим методом

 

Конец построения

Приложение

 

Таблица 6.

 

t,Cº	Средняя мольная теплоемкость отдельных газов при постоянном объеме, кдж/кмоль- град
Воздух	О2	N2	Н2	СО	СО2	Н2О
	20,800	20,930	20,666	20,390	20,808	27,394	25,188
	20,838	21,202	20,746	20,641	20,863	30,091	25,431
	20,993	21,629	20,838	20,767	20,993	31,954	25,807
	21,215	22, 085	20,988	20,850	21,206	33,624	26,264
	21,482	22,571	21,206	20,892	21,478	35,115	26,779
	21,788	23,019	21,466	20,934	21,792	36,438	27,319
	22,098	23,454	21,746	21,018	22,119	37,623	27,884
	22,416	23,840	22,044	21,101	22,404	38,682	28,479
	22,722	24,200	22,341	21,227	22,726	39,636	29,082
	23,040	24,564	22,625	21,353	23,036	40,528	29,697
	23,291	24,811	22,898	21,478	23,320	41,307	30,308
	23,559	25,079	23,161	21,604	23,555	42,015	30,915
	23,806	25,330	23,413	21,813	23,802	42,668	31,514
	24,049	25,552	23,655	21,981	24,120	43,262	32,096
	24,271	25,766	23,877	22,148	24,346	43,798	32,665
	24,480	25,971	24,091	22,316	24,556	44,301	33,214
	24,673	26,163	24,288	22,483	24,748	44,761	33,746
	24,857	26,352	24,468	22,651	24,928	45,192	34,265
	25,029	26,523	24,639	22,860	25,100	45,598	34,759
	25,192	26,691	24,803	23,027	25,259	45,963	35,228
	25,343	26,854	24,953	23,195	25,410	46,310	35,684
	25,489	27,013	25,096	23,362	25,548	46,637	36,124
	25,627	27,172	25,230	23,572	25,682	46,947	36,542
	25,761	27,310	25,359	23,739	25,807	47,235	36,944
	25,887	27,449	25,481	23,507	25,929	47,495	37,334
	26,008	27,591	25,594	24,074	26,038	47,755	37,705

 

 

Значения средней мольной теплоемкости mc_v" продуктов сгора­ния бензина (состав: С = 0,855; Н = 0,145) в зависимости от α даны в табл. 8.

 

Таблица 8

Температура t, С°	Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания, кдж/кмоль-град, бензина при α
0,75	0,80	0,85	0,50	0,95	1,00	1,05	1,10	1,15	1,20
	21,751	21,842	21,925	22,002	22,073	22,138	22,075	22,017	21,964	21,915
	22,063	22,184	22,296	22,398	22,493	22,581	22,503	22,432	22,366	22,305
	22,335	22,477	22,607	22,727	22,837	22,940	22,853	22,774	22,702	22,635
	22,645	22,805	22,952	23,087	23,212	23,328	23,234	23,148	23,068	22,996
	22,997	23,174	23,336	23,485	23,623	23,751	23,650	23,558	23,473	23,298
	23,371	23,562	23,738	23,899	24,048	24,186	24,079	23,981	23,892	23,809
	23,753	23,957	24,144	24,316	24,474	24,621	24,509	24,403	23,312	24,225
	24,138	24,354	24,552	24,734	24,902	25,059	24,941	24,832	24,733	24,642
	24,520	24,745	24,952	25,142	25,317	25,480	25,358	25,245	25,141	25,048
	24,888	25,122	25,337	25,535	25,718	25,887	25,760	25,643	25,536	25,438
	25,237	25,480	25,702	25,907	26,095	26,270	26,138	26,017	25,905	25,803
	25,570	25,820	26,050	26,261	26,456	26,637	26,500	26,374	26,259	26,153
	25,894	26,150	26,385	26,602	26,802	26,987	26,845	26,716	26,597	26,495
	26,208	26,469	26,708	26,928	27,131	27,319	27,174	27,040	26,918	26,805
	26,496	26,762	27,005	27,235	27,436	27,628	27,479	27,342	27,216	27,100
	26,771	27,042	27,290	27,518	27,729	27,924	27,771	27,630	27,502	27,383
	27,029	27,303	27,555	27,787	28,001	28,200	28,043	27,899	27,767	27,646
	27,269	27,548	27,803	28,039	28,256	28,457	28,297	28,150	28,011	27,891
	27,500	27,782	28,040	28,278	28,498	28,701	28,538	28,388	28,251	28,124
	27,717	28,002	28,263	28,504	28,726	28,932	28,765	28,613	28,473	28,344
	27,921	28,208	28,473	28,716	28,940	29,148	28,978	28,824	28,681	28,573
	28,115	28,406	28,672	28,918	29,144	29,354	29,182	29,025	28,880	28,747
	28,301	28,593	28,862	29,109	29,337	29,548	29,374	29,214	29,068	28,933
	28,477	28,772	29,049	29,298	29,528	29,734	29,557	29,395	29,247	29,110
	28,644	28,941	29,213	29,464	29,695	29,910	29,730	29,567	29,373	29,278
	28,802	29,101	29,396	29,627	29,879	30,076	29,895	29,729	29,577	29,436

 

Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания ди­зельного топлива (состав: С = 0,870; Н = 0,126; 0 = 0,004) - в табл. 9.

Таблица 9

Температура t, °С	Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания кдж/кмолъ-град, дизельного топлива при α
1,0	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,8	2,0
	22,133 22,593 22,963 23,359 23,788 24,228 24,666 25,105 25,529 25,936 26,319 26,685 27,033 27,365 27,672 27,965 28,239 28,494 28,736 28,964 29,178 29,381 29,574 29,757 29,930 30,094	22,019 22,442 22,794 23,175 23,590 24,018 24,446 24,874 25,288 25,687 26,059 26,416 26,756 27,080 27,379 27,666 27,932 28,181 28,417 28,640 28,848 29,047 29,234 29,414 29,583 29,743	21,922 22,315 22,651 23,020 23,423 23,842 24,260 24,679 25,085 25,478 25,840 26,190 26,523 26,840 27,133 27,414 27,674 27,918 28,149 28,367 28,571 28,765 28,949 29,125 29,290 29,448	21,840 22,207 22,530 22,887 23,281 23,691 24,101 24,513 24,911 25,299 25,653 25,997 26,323 26,635 26,924 27,199 27,454 27,694 27,920 28,134 28,334 28,525 28,705 28,878 29,041 29,196	21,769 22,114 22,425 22,773 23,158 23,561 23,965 24,370 24,762 25,145 25,492 25,831 26,151 26,459 26,742 27,013 27,264 27,500 27,723 27,933 28,130 28,318 28,495 28,665 28,825 28,978	21,707 22,032 22,333 22,674 23,051 23,448 23,845 24,245 24,631 25,010 25,351 25,685 26,001 26,304 26,584 26,851 27,098 27,331 27,550 27,758 27,951 28,137 28,312 28,479 28,637 28,788	21,653 21,960 22,253 22,586 22,956 23,348 23,740 24,135 24,517 24,892 25,227 25,557 25,870 26,169 26,445 26,708 26,953 27,182 27,399 27,604 27,795 27,978 28,150 28,316 28,472 28,621	21,561 21,840 22,117 22,439 22,798 23,181 23,564 23,951 24,324 24,693 25,019 25,343 25,648 25,941 26,212 26,469 26,708 26,933 27,145 27,345 27,532 27,711 27,880 28,042 28,195 28,340	21,487 21,743 22,008 22,320 22,671 23,046 23,422 23,802 24,169 24,533 24,852 25,170 25,470 25,758 26,024 26,276 26,511 26,731 26,940 27,136 27,319 27,495 27,661 27,821 27,971 28,114

№	Эффективная мощность, Ne, кВт	Число оборотов коленчатого вала, n, об/мин	Число цилиндров, i	Степень сжатие, ε	Расположение цилиндров, r – рядное v – образное	Топливо	Давление наддува, рк, МПа
					r	бензин	б/н
					v	дизель	б/н
					r	бензин	б/н
					r	дизель	0,17
					r	бензин	б/н
				14,5	v	дизель	б/н
					r	бензин	б/н
					v	дизель	0,19
				9,5	r	бензин	б/н
				14,2	r	дизель	б/н
				8,6	r	бензин	б/н
				15,5	r	дизель	б/н
				7,8	v	бензин	б/н
					v	дизель	0,2
				8,7	v	бензин	б/н
				15,4	v	дизель	б/н
				8,2	r	бензин	б/н
					r	дизель	б/н
				9,7	r	бензин	б/н
				16,2	r	дизель	б/н
					r	бензин	б/н
				17,2	v	дизель	0,165
					r	бензин	б/н
				16,5	v	дизель	б/н
				11,7	v	бензин	0,175
				17,6	r	дизель	б/н
					r	бензин	б/н
					r	дизель	0,185
				8,4	r	бензин	б/н
				17,3	v	дизель	0,16
				9,8	v	бензин	б/н
				18,5	v	дизель	0,182
				10,5	v	бензин	0,17
				18,2	r	дизель	б/н
				11,2	r	бензин	0,187
				17,8	v	дизель	б/н
				8,8	r	бензин	б/н
				17,9	v	дизель	0,192
				7,8	r	бензин	б/н
					v	дизель	б/н
					v	бензин	б/н
				17,8	r	дизель	б/н
					v	бензин	0,177
				16,7	v	дизель	0,183
				9,7	r	бензин	б/н
				17,3	r	дизель	0,195

Исходные данные к курсовой работе