2. 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.

3. 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:

6. Эффективный удельный расход жидкого топлива

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

7. 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.

1. Литраж двигателя

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

2.Рабочий объем одного цилиндра

3. Диаметр цилиндра

4. 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

5. 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 = 1,37Мн/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_Д составляет

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_д по горизонтали (для упрощения дальнейших расчетов можно принять, что действительное макси­мальное давление сгорания рz_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_дb'b''r.

Рис. 19. Построение индикаторной диаграм­мы двигателя аналитическим методом