2. Тепловой баланс двигателя

Для определения характера теплоиспользования и путей его улучшения, а также получения данных для расчета системы охлаждения, необходимо установить, как расходуется теплота, введенная в двигатель. С этой целью необходимо определить отдельные составляющие теплового баланса в зависимости от параметров, характеризующих условия эксплуатации.

Общее количество теплоты, введенное в двигатель с топливом, Дж/с

Q₀ = H_u· G_т/ 3,6

Q₀ = 42437*109,9/3,6 =1205812 дж/с

(51)

Теплота, эквивалентная эффективной работе за 1 секунду, Дж/с

Q_e = 1000 · N_e

Q_e = 1000 ·484 = 484000 дж/с

(52)

Теплота, передаваемая охлаждающей среде, Дж/с

Q_в = c· i· D^1+2m·n^m/α

Q_в = 0,48*6 *210^{1 +2*0,7}·1500^0,7/^1,7 =439807 Дж/с

(53)

где с – коэффициент пропорциональности, с = 0,48 для четырехтактных двигателей;

m – показатель степени, m = 0,77

D – диаметр цилиндра, мм.

Теплота, унесенная с отработанными газами, Дж/с

,

(54)

;

Определение производится методом интерполяции для соответствующих значений α и t_r. Определение производится методом интерполяции по таблице 3 [2] для соответствующих значений t_k.

Неучтенные потери теплоты, Дж/с

Q_ост = Q₀ – Q_е – Q_в - Q_r.

Q_ост = 1205812 - (484000+439807+376936) = - 4916 Дж/с

(55)

6. Построение индикаторной диаграммы

По результатам теплового расчета строится индикаторная диаграмма рабочего цикла двигателя. Она выполняется на формате миллиметровой бумаги 210х298 мм и прилагается к пояснительной записке.

Масштаб построения диаграммы рекомендуется выбирать с расчетом. Отношение ее высоты по давлению к основанию по ходу поршня принять равным 1,5…1,7.

На оси абсцисс откладывается отрезок АВ, соответствующий рабочему объему цилиндра, а по величине равный ходу поршня, в масштабе µ_S. Масштаб принимаем 1:1.

АВ=S_n/µ_s

АВ=210 /1=210 мм, (56)

Отрезок ОА соответствует объему камеры сгорания и определяется:

,мм.

OA мм. (57)

Отрезок z^/z для дизельных двигателей, работающих со сменным подводом теплоты, определяется:

_,мм,

(58)

При построении индикаторной диаграммы рекомендуется выбирать масштабы давлений µ_р=0,02…0,07 мПа/мм. Большие значения относятся к дизельным двигателям.

Принимаем:

µ_р = 0,05МПа/мм

Затем на диаграмме откладываются в выбранном масштабе величины давлений в характерных точках: а, с, z^/, z, в, r и р₀

Затем на диаграмме откладываются в выбранном масштабе величины давлений в характерных точках: а, с, z^/, z, в, r и р₀, Их значения в мм определяется из соотношений

мм, (59)

мм

мм

мм

мм

мм

мм

Построение политроп сжатия и расширения рекомендуется выполнять аналитическим методом.

Методика построения индикаторной диаграммы аналитическим путем заключается в следующем. Из уравнения политропы сжатия и политропы расширения вычисляется ряд промежуточных точек текущего давления.

Промежуточные значения давления для политропы сжатия в мПа определяем по выражению:

, мПа,

(60)

и в миллиметрах

, мм, (61)

где Р_х – искомое текущее давление в процессе сжатия.

Текущее отношение объемов

(62)

принимается произвольно с определенным шагом (восемь промежуточных точек) в пределах от 1 до ε – значение степени сжатия.

Аналогично для политропы расширения

, мПа, (63)

и

, мм, (64)

, для дизельных двигателей от 1…до δ – степени расширения. В целях упрощения расчета шаг и значения отношений , при текущем Ох, оставляют такими же, как и для политропы сжатия.

Вычисления промежуточных приведены в таблице 2.

Приведенный рабочий объем АВ = S / ms =	210,0	мм	Pr, МПа	0,1350	Pr, мм	2,7
Приведенный объем камеры сгорания ОА = АВ / (e-1)	15,6	мм	Pк, МПа	0,1500	Pк, мм	3
Соотношение Pmax/OBmax =	1,2	1,25-1,7	Pa, МПа	0,1359	Pa, мм	2,6
ПОЛИТРОПА СЖАТИЯ	№ точки	ОХ	OB/OX	(ов/ох)n1	Px/mp	Px
		мм			мм	Мпа
Точка <с> 5,3002 МПа	1	15,56	14,50	39,001	106,0	5,3010
Промежуточные точки политропы сжатия Px = Pa * (OB / OX)n1	2	23,34	9,67	22,389	60,9	3,0420
	3	38,89	5,80	11,115	30,2	1,5120
	4	62,22	3,63	5,849	15,9	0,7950
	5	85,55	2,64	3,781	10,3	0,5130
	6	108,88	2,07	2,709	7,4	0,3690
	7	132,21	1,71	2,085	5,7	0,2820
	8	155,54	1,45	1,664	4,5	0,2250
	9	178,87	1,26	1,372	3,7	0,1860
	10	202,20	1,12	1,168	3,2	0,1590
Точка <а> 0,1359 МПа	11	225,60	1,00	1,000	2,7	0,1350
ПОЛИТРОПА РАСШИРЕНИЯ	№ точки	ОХ	OA/OX	[OA*r/OX)]n2	Px/mp	Px
		мм			мм	МПа
Точка <z'> 7,9503 МПа	1	15,60	1,0000	1,0001	159,0	7,9500
Точка <z>	2	23,40	0,6667	1,0001	159,0	7,9500
Промежуточные точки политропы расширения Px = Pz * (OA * r / OX )n2	3	38,93	0,4007	0,5253	83,5	4,1760
	4	62,26	0,2506	0,2902	46,1	2,3070
	5	85,59	0,1823	0,1940	30,8	1,5420
	6	108,92	0,1432	0,1430	22,7	1,1370
	7	132,25	0,1180	0,1119	17,8	0,8910
	8	155,58	0,1003	0,0911	14,5	0,7230
	9	178,91	0,0872	0,0764	12,1	0,6060
	10	202,24	0,0771	0,0654	10,4	0,5190
Точка <b> 0,451 МПа	11	225,60	0,0691	0,0569	9,0	0,4530

Таблица 2 - Вычисления промежуточных точек

Значения промежуточных точек давления (в мм или мПа) выносятся на поле индикаторной диаграммы и соединяются плавной кривой а-с и кривой z-в. Точки с и z, z и z^/ (для дизельного двигателя) соединяем прямыми линиями. Принимаем, что процессы впуска и выпуска протекают при постоянном давлении, соответственно, Р_а и Р_z. Линии политропы расширения z-в, давления выпуска Р_z, давление впуска Р_а и политропы сжатия соединить плавными округляющими линиями.

Для оценки правильности построения индикаторной диаграммы, необходимо замерить ее площадь F_i и с учетом масштаба по давлению определить еще раз среднее индикаторное давление

Площадь масштаб давления и отрезок АВ принимаются, соответственно, в мм², мПА/мм, мм. Значение , установленного по измерению площади индикаторной диаграммы, не должно отличаться от значения, полученного по результатам теплового расчета, более чем на 2%.

Протекание индикаторной диаграммы реального двигателя будет несколько отличаться от расчетной. Процесс сгорания происходит при изменяющемся объеме и протекает по кривой c^//-z_g, а не по c-z для карбюраторного двигателя, и по c-z^/ и z^/-z для дизельного двигателя.

Положение точек с^/ и с^// приближенно находится из равенств, соответственно

, мПа,

(65)

, мПа.

мПа

мм

(66)

Действительное давление в конце видимого сгорания карбюраторного двигателя и положение точки z_g определяем из выражения

, мПа.

мПа (67)

Вместе тем, положение точки z_g должно быть смещено по оси абсцисс (вправо) от ВМТ на (10…15)⁰ п.к.в.

Положение точки в^/ определяет угол предварительного открытия выпускного клапана до НМТ.

Точку в^// откладывают на половину расстояния между точками а и в.

Закроется выпускной клапан в точке а^/ с некоторым запаздыванием после ВМТ. Впускной клапан открывается до прихода поршня к ВМТ в точке r^/, а закрывается после прохода поршнем НМТ, в точке а^//.

Определение местоположения указанных точек относительно ВМТ производится по формуле

, (68)

где φ – углы поворота коленчатого вала относительно ВМТ, соответствующие открытию и закрытию клапанов и моменту подачи искры или впрыска топлива;

λ – отношение радиуса кривошипа коленчатого вала R к длине шатуна L_ш. λ=R/L_ш= 0,24…0,3.

Моменты открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов подбираются экспериментально, поэтому при расчете индикаторной диаграммы фазы газораспределения необходимо брать по прототипу.

Результаты расчетов местоположения точек фаз газораспределения следует свести в таблицу, в которой для примера указаны фазы газораспределения двигателя В 400.

Соединяя плавными кривыми точки r^/, r, а^/, а, а^//, с^/, с^//, z_g, в^/, в^//, получаем скругленную индикаторную диаграмму.

При использовании ЭВМ и программы расчета значения промежуточных точек давления и положения характерных точек индикаторной диаграммы принять, используя табличные значения по результатам расчета.