1.5 Розрахунок процесу розширення

Приймають значення показника політропи процесу розширення n₂:

• для бензинових двигунів n₂ = 1,23–1,30;

• для дизелів n₂ = 1,18–1,28;

• для газових n₂ = 1,25–1,35;

• для газодизелів n₂ = 1,2–1,28.

Тиск p_b, МПа, і температуру Т_b, К, наприкінці процесу розширення обчислюють за формулами:

для двигунів з підведенням теплоти при V = const (бензинові і газові):

pb=pzεn2 Tb=Tzεn2-1

для двигунів зі змішаним підведенням теплоти (дизельні і газодизельні):

pb=pzδn2; Tb=Tzδn2-1

де:

δ — ступінь наступного розширення: δ=ερ.

Визначають дійсну температуру залишкових газів T_r, К:

Tr=Tb(prpb)13

Якщо отримане значення T_r відрізняється від раніше прийнятого більш ніж на 50 К, то необхідно прийняти його нове значення і розрахунок повторити.

Орієнтовні значення параметрів суміші наприкінці процесу розширення зазначені в таблиці 5.

Таблиця 5 Параметри суміші наприкінці процесу розширення
Тип двигуна	Тиск наприкінці розширення	Температура наприкінці розширення
Бензинові	рb = 0,35–0,6 МПа<	Тb = 1200–1700 К
Дизельні	рb = 0,2–0,5 МПа	Тb = 1000–1200 К
Газові	рb = 0,4–0,6 МПа	Тb = 1300–1700 К
Газодизелі	рb = 0,2–0,4 МПа	Тb = 970–1250 К

1.6 Визначення індикаторних і ефективних показників двз

Обчислюють теоретичний середній індикаторний тиск p_i′, МПа:

для бензинових і газових двигунів:

pi′=pcε-1[λn2-1·(1-1εn2-1)-1n1-1·(1-1εn1-1)]

для дизельних двигунів:

pi′=pcε-1[λ·ρn2-1·(1-1δn2-1)-1n1-1·(1-1εn1-1)+λ·(ρ-1)].

Приймають чисельне значення коефіцієнта повноти діаграми φ_і:

• для карбюраторних двигунів φ_і = 0,94–0,97;

• для бензинових з електронним впорскуванням φ_і = 0,95–0,98;

• для дизелів φ_і = 0,92–0,95.

Середній індикаторний тиск p_i, МПа, розраховують за формулою:

p_i =

p_i = φ_і · p_i′.

Індикаторний ККД η_i обчислюють за формулою:

для бензинових і дизельних двигунів:

ηi=pi·l0·αHU·ρa·ην

для газових двигунів:

ηi=371·106·M1·T0(k)·piQU·p0(k)·ην.

для газодизелів:

ηi=371·106·M1·T0(k)·pi(QU+HU22,4·gT)·p0(k)·ην.

Для бензинових і дизельних двигунів обчислюють індикаторну питому витрату палива g_i, г/(кВт·год):

gi=3600ηi·HU

Для газових двигунів визначають індикаторну питому витрату палива v_i, м³/(кВт·год), і питома витрата теплоти q_i, МДж/(кВт·год):

νi=3,6ηi·QU;

q_i = ν_i · Q_U.

Для газодизелів визначають індикаторну питому витрату газового палива v_i, м³/(кВт·год), індикаторну питому витрату рідкого паливаg_i^Д, г/(кВт·год), і загальну індикаторну питому витрату теплоти q_i, МДж/(кВт·год):

νi=3,6·(1-q)ηi·QU;

giД=3600qηi·HU;

qi=3,6ηi.

Значення індикаторних показників двигунів зазначені в таблиці 6.

Таблиця 6 Індикаторні показники двигуна
Тип двигуна	Середній індикаторний тиск	Індикаторний ККД	Індикаторна питома витрата палива (теплоти)
Бензинові: карбюраторні із електронним впорскуванням	pi = 0,6–1,6 МПа	ηi = 0,3–0,4 ηi = 0,35–0,45	gi = 210–275 г/(кВт·год) gi = 180–230 г/(кВт·год)
Дизельні: без наддуву з наддувом	pi = 0,7–1,1 МПа pi ≤ 2,2 МПа	ηi = 0,4–0,5	gi = 170–210 г/(кВт·год)
Газодизельні: без наддуву з наддувом	pi = 0,75–1,1 МПа pi ≤ 2,2 МПа	ηi = 0,4–0,5	qi = 7–9 МДж/(кВт·год) qi = 6,8–8,5 МДж/(кВт·год)
Газові	pi = 0,6–0,9 МПа	ηi = 0,28–0,35	qi = 10,5–13,5 МДж/(кВт·год)

Задаються середньою швидкістю поршня V_п.сер. , м/c.

Значення знаходяться в наступних межах:

• бензинові двигуни легкових автомобілів 12–20 м/c;

• бензинові двигуни вантажних автомобілів 9–16 м/c;

• газові двигуни 7–14 м/c;

• автомобільні дизелі 7–13 м/c;

• тракторні дизелі 6–11 м/c.

Обчислюють середній умовний тиск механічних втрат p_m, МПа, з урахуванням числа циліндрів двигуна, задаючись відношенням ходу поршня до діаметра циліндра S/D (Додаток Д):

p_m = Х + Y×V_п.сер.,

а для дизелів з газотурбінним наддувом:

p_m = (pap0)0,125 · (Х + Y · V_п.сер.) + 0,035(p_k – p₀)

де:

X, Y — коефіцієнти (див. таблиця 7).

Таблиця 7 Значення коефіцієнтів X і Y
Двигун	X	Y
Бензиновий, газовий:
S/D > 1, i ≤ 6	0,049	0,0152
S/D ≤ 1, i ≤ 6	0,034	0,0113
S/D < 1, i = 8	0,039	0,0132
Двигуни із впорскуванням і електронним керуванням
Дизель, газодизель із камерою згоряння:
нерозділеною	0,089	0,0118
розділеною (передкамерою)	0,103	0,0153
розділеною (вихрокамерою)	0,089	0,0135

Середній ефективний тиск p_e, МПа:

p_e = p_i - p_m.

Механічний ККД η_m:

ηm=pepi

Ефективний ККД η_е:

η_е = η_i · η_m

Для бензинових і дизельних двигунів визначають ефективну питому витрату палива g_eN, г/(кВт·год):

ge=3600ηe·HU=ρα·ηνα·l0·pe

Для газових двигунів визначають ефективну питому витрату палива v_еN, м³/(кВт·год), і ефективну питому витрату теплоти q_eN, МДж/(кВт·год):

νe=3,6ηe·QU

q_е = ν_е · Q_U.

Для газодизелів визначають ефективну питому витрату газового палива v_еN, м³/(кВт·год), ефективну питому витрату рідкого палива g_еN^Д, г/(кВт·год), і загальну ефективну питому витрату теплоти q_eN, МДж/(кВт·год):

νe=3,6·(1-q)ηe·QU;

geД=3600·qηe·HU;

qe=3,6ηe.

Орієнтовні значення ефективних показників зазначені в таблиці 8.

Таблиця 8 Ефективні показники двигуна
Тип двигуна	Середній ефективний тиск	Механічний ККД	Ефективний ККД	Ефективна питома витрата палива (теплоти)
Бензинові: карбюраторні з ел. впорскуванням	pe = 0,6–1,1 МПа pe = 0,6–1,3 МПа	ηm = 0,75–0,92	ηе = 0,25–0,38	geN = 230–310 г/(кВт·год) geN = 200–290 г/(кВт·год)
Дизельні: без наддуву з наддувом	pe = 0,65–0,85 МПа pe ≤ 2,0 МПа	ηm = 0,7–0,82 ηm = 0,8–0,9	ηе = 0,35–0,42 ηе = 0,23–0,42	Дизель із нерозділеною камерою згоряння: geN= 200–235 г/(кВт·год) Дизель із розділеною камерою згоряння: geN = 220–260 г/(кВт·год)
Газодизелі: без наддуву з наддувом	pe = 0,65–0,85 МПа pe ≤ 2,0 МПа	ηm = 0,7–0,82 ηm = 0,8–0,9	ηе = 0,35–0,42 ηе = 0,23–0,42	qeN = 9–11 МДж/(кВт·год) qeN = 8,5–10,5 МДж/(кВт·год)
Газові	pe = 0,5–0,75 МПа	ηm = 0,75–0,82	ηе = 0,23–0,3	qeN = 12–17 МДж/(кВт·год)