1.10. Тепловой баланс

1.10.1. Общее количество теплоты, введенной в двигатель за 1 с

, Дж/с, (1.96)

где Hu – низшая теплота сгорания, кДж/кг;

G_T – часовой расход топлива, кг/ч.

Необходимо принять общее количество теплоты за 100%.

1.10.2. Теплота, эквивалентная эффективной работе за 1 с

, Дж/с. (1.97)

1.10.3. Теплота, передаваемая охлаждающей среде за 1 с

, Дж/с (1.98)

где с = 0,45…0,53 – коэффициент пропорциональности;

m = 0,6…0,7 – показатель степени;

i – число цилиндров;

D – диаметр цилиндра, мм;

n – скорость вращения коленчатого вала, мин^-1.

1.10.4. Теплота, унесенная с отработавшими газами за 1 с

, Дж/с, (1.99)

где М₁ и М₂ – количество продуктов сгорания и свежей смеси соответственно (см. п. 1.1.5 и 1.1.7);

, кДж/кг∙град – средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания при постоянном давлении (табл.2, 3 прил. 2);

, кДж/кг∙град – средняя мольная теплоемкость свежей смеси при постоянном давлении (табл.1 прил. 2).

1.10.5. Теплота, потерянная вследствие химической неполноты сгорания топлива за 1 с

, Дж/с (1.100)

где - количество потерянного тепла, кДж/кг (см. п. 1.4.3).

Величины необходимо выразить в процентах от значения .

1.10.6. Неучтенные потери тепла

, Дж/с. (%) (1.101)

Величина неучтенных потерь тепла не должна превышать 5% от общего количества тепла Q₀. В противном случае тепловой баланс необходимо пересчитать, изменив значения коэффициентов с и m, принятых в пункте 1.10.3.

2. Кинематика

Кинематические исследования кривошипно-шатунного механизма необходимы для дальнейшего выяснения сил, действующих на детали и элементы деталей двигателя, основные параметры которых можно определить расчетом. Детальные исследования кинематики кривошипно-шатунного механизма двигателя из-за переменного режима работы двигателя очень сложны. При определении нагрузок на детали двигателя пользуются упрощенными формулами, полученными для условия равномерного вращения кривошипа, которые дают при расчете достаточную точность и существенно облегчают расчет.

Принципиальные схемы кривошипно-шатунного механизма двигателей автотракторного типа показаны:

на рис. 3, а – центральный кривошипно-шатунный механизм, у которого ось цилиндра пересекает ось коленчатого вала (кривошипа);

на рис. 3, б – дезаксиальный, у которого ось цилиндра не пересекает ось коленчатого вала.

Ось цилиндра смещена относительно оси коленчатого вала на величину α. Такое смещение одной из осей относительно другой позволяет несколько изменить давление на стенку цилиндра и уменьшить скорость поршня у в.м.т. (верхней мертвой точки), что благоприятно сказывается на процессе сгорания и уменьшает износ деталей, а также снижает шум при переносе нагрузки от одной стенки цилиндра на другую при изменении направления движения поршня.

Рис. 3. Схемы кривошипно-шатунных механизмов:

а – центрального; б – смещенного (дезаксиального)

На рис. 3 приведены основные обозначения механизмов:

S_x – текущее перемещение поршня (точка А – ось поршневого пальца);

- угол поворота кривошипа ОВ, отсчитываемой от оси цилиндра (АˈО) в направлении вращения коленчатого вала по часовой стрелке (точка О обозначает ось коленчатого вала; точка В – ось шатунной шейки; точка Аˈ - в.м.т.);

- угол отклонения шатуна (АВ) от оси цилиндра;

- угловая скорость вращения коленчатого вала;

- радиус кривошипа;

- ход поршня (точка обозначает н.м.т. (нижнюю мертвую точку));

- длина шатуна;

- отношение радиуса кривошипа к длине шатуна;

- расстояние от оси коленчатого вала до в.м.т.

В смещенном кривошипно-шатунном механизме (рис. 3, б) в отличие от принятых обозначений для центрального механизма угол поворота кривошипа отсчитывается от прямой СО, параллельной оси и проходящей через ось коленчатого вала, а .

Дезаксиальный механизм характеризуется величиной относительного смещения ,

где - величина смещения оси цилиндра относительно оси коленчатого вала.

Величины инерционных усилий, действующих в двигателе, зависят от указанных выше размеров и их соотношений.

Установлено, что с уменьшением (за счет увеличения ) происходит снижение инерционных и нормальных сил, но при этом увеличивается высота и масса двигателя. В связи с этим в автомобильных и тракторных двигателях принимают . Конкретные значения для некоторых автомобильных и тракторных двигателей приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Марка двигателя		Марка двигателя
МеМЗ-968	0,28	ЗМЗ-13	0,262
ВАЗ-2101	0,242	ЗМЗ-53	0,257
ВАЗ-2103	0,278	ЗИЛ-130	0,257
ВАЗ-2106	0,295	КамАЗ-740	0,263
АЗЛК-412	0,261	ЯМЗ-236	0,264
ЗМЗ-24	0,287	А-01м	0,264

Расчет кинематики кривошипно-шатунного механизма сводится к определению пути, скорости и ускорения поршня. При этом принимается, что коленчатый вал вращается с постоянной угловой скоростью (если частота вращения коленчатого вала n об/мин, то , 1/с). Это допущение позволяет рассматривать все кинематические величины в виде функциональной зависимости от угла поворота коленчатого вала , который при пропорционален времени.