Среднее индикаторное давление

P_i = φ_u·P_i ':

где φ_u — коэффициент полноты диаграммы, для карбюраторного двигателя принимаем φ_u = 0,96 (для двигателя с впрыском топлива φ_u = 0,98).

P_i(n_min) = 0,98·1,3543113 = 1,327225 МПа;

P_i (n_М) = 0,98·1,43620241 = 1,407478 МПа;

P_i (n_N) = 0,98·1,33602199 = 1,309302 МПа;

P_i (n_max) = 0,98·1,28774953 = 1,261995 МПа.

Определение индикаторного КПД.

η_i = P_i·l_o·α/H_u·ρ_o·η_V :

η_i (n_min) = (1,32723·14,957·0,96) / (43,93·1,18919·0,90636) = 0,402477;

η_i (n_M ) = (1,40748·14,957·1) / (43,93·1,18919·0,92819) = 0,434139;

η_i (n_N ) = (1,3093·14,957·1) / (43,93·1,18919·0,88917) = 0,421577;

η_i (n_max) = (1,26199·14,957·0,98) / (43,93·1,18919·0,87954) = 0,402579.

Определение индикаторного удельного расхода топлива.

g_i= 3600 / H_u· η_i :

g_i(n_min) = 3600/(43,93·0,402477) = 203,613 г/кВт · ч;

g_i(n_M ) = 3600/(43,93·0,434139) = 188,763 г/кВт · ч;

g_i(n_N) = 3600/(43,93·0,421577) = 194,388 г/кВт · ч;

g_i(n_max) = 3600/(43,93·0,402579) = 203,561 г/кВт · ч.

Эффективные показатели двигателя.

Среднее давление механических потерь.

P_м = 0,034 + 0,0113·υ_п.ср.— для карбюраторного двигателя ( P_м = 0,024 + + 0,0053·υ_п.ср. — для двигателя с впрыском топлива).

Определение средней скорости поршня.

υ_п.ср.= S · n/ 3·10⁴ :

υ_п.ср.(n_min) = 93·875 / 3·10⁴ = 2,7125 м/с;

υ_п.ср.(n_M ) = 93·2250 / 3·10⁴ = 6,975 м/с;

υ_п.ср.(n_N) = 93·4500 / 3·10⁴ = 13,95 м/с;

υ_п.ср.(n_max) = 93·4950 / 3·10⁴ = 15,345 м/с.

P_м(n_min) = 0,024 + 0,0053·2,713 = 0,038376 МПа;

P_м(n_M ) = 0,024 + 0,0053·6,975 = 0,112818 МПа;

P_м(n_N) = 0,034 + 0,0053·13,95 = 0,191635 МПа;

P_м(n_max) = 0,034 + 0,0053·15,35 = 0,207399 МПа.

Среднее эффективное давление.

P_е = P_i – P_м :

Pе(n_min) = 1,327225 – 0,038376 = 1,28884882 МПа;

Pе(n_M ) = 1,407478 – 0,112818 = 1,29466087 МПа;

Pе(n_N ) = 1,309302 – 0,191635 = 1,11766655 МПа;

Pе(n_max) = 1,261995 – 0,207399 = 1,05459604 МПа.

Определение механического КПД.

η_м = P_e / P_i :

η_м(n_min) = 1,288849 / 1,32722507 = 0,971085;

η_м(n_M ) = 1,294661 / 1,40747837 = 0,919844;

η_м(n_N) = 1,117667 / 1,30930155 = 0,853636;

η_м(n_max) =1,054596 / 1,26199454 = 0,835658.

Определение эффективного КПД.

η_е = η_i · η_м :

η_е(n_min) = 0,402477·0,97109 = 0,39084;

η_е(n_M ) = 0,434139·0,91984 = 0,39934;

η_е (n_N ) = 0,421577·0,85364 = 0,359873;

η_е(n_max) = 0,402579·0,83566 = 0,336418.

Определение эффективного удельного расхода топлива.

g_е= 3600/ H_u· η_е :

g_е(n_min) = 3600/(43,93·0,39084) = 209,676 г/кВт ·ч;

g_е(n_M ) = 3600/(43,93·0,39934) = 205,212 г/кВт ·ч;

g_е(n_N) = 3600/(43,93·0,35987) = 227,718 г/кВт ·ч;

g_е(n_max) = 3600/(43,93·0,33642) = 243,594 г/кВт ·ч.

Таблица 10.6

Результаты расчётов индикаторных параметров рабочего тела.

Параметры	n_min	n_M	n_N	n_max
	n, min ^{– 1}
	P_i '	1,35431	1,43620	1,33602	1,28775
	P_i	1,32723	1,40748	1,30930	1,26199
	η_i	0,402	0,434	0,422	0,403
	g_i	203,613	188,763	194,388	203,561
	p_м	0,03838	0,11282	0,19164	0,20740
	υ_п.ср	2,713	6,975	13,950	15,345
	p_e	1,28885	1,29466	1,11767	1,05460
	η_м	0,9711	0,9198	0,8536	0,8357
	η_е	0,3908	0,3993	0,3599	0,3364
	g_е	209,676	205,212	227,718	243,594

Мощностные, форсажные, массогабаритные показатели и параметры тепловой, механической и динамической напряжённости ДВС.

V_h = i ·V_h/τ = 2,52 / 4 = 0,63, гдеτ – тактность двигателя.

D = 2 · (10 ³) · (V_h/(π · S))^1/2 = 2·(10³)·(2,52/(3,142·93))^1/2= 92,87 мм = 93мм.

F_п = π·(D ²) / (4·100) = 3,142·(93²)/(4·100) = 67,9291 см² .

Окончательно принимаем:

S = 93 мм.

D = 93 мм.

V_л = π · (D ²) · S · i/(4·10⁶) = 3,142 · (93²)·93·4/(4·10⁶) = 2,527.

Определение эффективной мощности ДВС.

N_е = P_е · V_л · n/30·τ:

N_е (n_min) = (1,28885·2,527·875) / (30·4) = 23,748 кВт;

N_е (n_M ) = (1,29466·2,527·2250) / (30·4) = 61,3417 кВт;

N_е (n_N) = (1,11767·2,527·4500) / (30·4) = 105,911 кВт;

N_е (n_max) = (1,05460·2,527·4950) / (30·4) = 109,928 кВт.

Определение литровой мощности.

N_л = N_е/ V_л :

N_л (n_min) = 23,74803/2,527 = 9,3979 кВт/л;

N_л (n_M ) = 61,34173/2,527 = 24,2749 кВт/л;

N_л (n_N ) = 105,9113/2,527 = 41,9125 кВт/л;

N_л (n_max) = 109,9281/2,527 = 43,5021 кВт/л.

Определение эффективного крутящего момента.

М_е =3·10 ⁴·(N_е/π · n):

М_е (n_min) = 3·10 ⁴ · (23,748 / 3,14159·875) = 259,174 Н·м;

М_е (n_M ) = 3·10 ⁴· (61,3417 / 3,14159·2250) = 260,342 Н·м;

М_е (n_N) = 3·10 ⁴ · (105,911 / 3,14159·4500) = 224,751 Н·м;

М_е (n_max) = 3·10 ⁴ · (109,928 / 3,14159·4950) = 212,068 Н·м.

Определение часового расхода топлива.

G_т = N_е· g_е· 10 ^{– 3} :

G_т (n_min) = 23,748·209,676·10 ^{– 3} = 4,979 кг/ч;

G_т (n_M ) = 61,3417·205,212·10 ^{– 3} = 12,588 кг/ч;

G_т (n_N ) = 105,911·227,718·10 ^{– 3} = 24,118 кг/ч;

G_т (n_max) = 109,928·243,594·10 ^{– 3} = 26,778 кг/ч.

Таблица 10.7

Результаты расчётов мощностных, форсажных, массогабаритных показателей и параметры тепловой, механической и динамической напряжённости ДВС

Параметры	n_min	n_M	n_N	n_max
	n, min^{– 1}
	ε	10,1
	N_е	23,748	61,342	105,911	109,928
	N_л	9,398	24,275	41,912	43,502
	М_е	259,174	260,342	224,751	212,068
	G_т	4,97938	12,58808	24,11789	26,77785
	g_е	209,676	205,212	227,718	243,594
	F_п	67,929

Тепловой баланс проектируемого ДВС.

Определение теплоты эквивалентной эффективной мощности.

Q_е = 1000·N_е :

Q_е (n_min) = 1000·23,748 = 23748 Дж/с;

Q_е (n_M ) = 1000·61,342 = 61341,7 Дж/с;

Q_е (n_N) = 1000·105,911 = 105911 Дж/с;

Q_е (n_max) = 1000·109,928 = 109928 Дж/с.

q_е = Q_е/Q_o · 100%:

q_е (n_min) =23748/60761,6·100% = 39,08395 %;

q_е (n_M) = 61341,7/153608·100% = 39,93399 %;

q_е (n_N ) = 105911/294302·100% = 35,98729 % ;

q_е (n_max) = 109928/326760·100% = 33,6418 %.

Определение теплоты отведенной в охлаждающую среду.

Q_в = c·i·D^{1 + 2m}· n^m· (H_u– ΔH_u)/α·H_u,

где c = 0,45…0,53 – коэффициент пропорциональности для четырёхтактных ДВС, принимаем c = 0,49.

i – число цилиндров.

D – диаметр цилиндров, см.

m = 0,5…0,7 для четырёхтактных ДВС, принимаем при n_min = m = 0,604; при n_M = m = 0,639; при n_N = m = 0,652; при n_max = m = 0,654.

Q_в(n_min) = [0,49·4·9^{1+ 2·0,604}·875^0,604·(43,93 – 2,480)] / (0,96·43,93) = 15853,82 Дж/с;

Q_в(n_M ) = [0,49·4·9^{1 + 2·0,639}·2250^0,639 ·(43,93 – 0,00)] / (1·43,93) = 43702,36 Дж/с;

Q_в(n_N) = [0,49·4·9^{1 + 2·0,652}·4500^0,652·(43,93 – 0,00)] / (1·43,93) = 80451,72 Дж/с;

Q_в(n_max) = [0,49·4·9^{1 + 2·0,654}·4950^0,654·(43,93 – 1,240)] / (0,98·43,93) = 87121,75 Дж/с.

q_в = Q_в/Q_o·100%:

q_в (n_min) = 15853,82 / 60761,6·100% = 26,09185 %;

q_в (n_M ) = 43702,36 / 153608·100% = 28,45061 %;

q_в (n_N ) = 80451,72 / 294302·100% = 27,33646 %;

q_в(n_max) = 87121,75 / 326760·100% = 26,66227 %.

Теплота, потерянная с уходящими газами.

Q_г = (G_т / 3,6) ·{M₂·[(mC_V '')^tr+ 8,315]·t_r – M₁·[(mC_V '')²⁰ + 8,315]·t_o .

t_r = T_r – 273.

t_r (n_min) = 655,1; t_r (n_M) = 719,8; t_r (n_N) = 793,6; t_r(n_max) = 801,7.

(mC_V ')²⁰ = 20,775 кДж/кмоль·град.

(mC_V '')_t_o⁶⁰⁰(n_min) = 24,44 + (24,586 – 24,44)· 0,01/0,05) = 24,4692 кДж/кмоль·град;

(mC_V '')_t_o⁷⁰⁰(n_min) = 24,868 + (25,021 – 24,868)· 0,01/0,05) = 24,8986 кДж/кмоль·град;

(mC_V '')_t_o^tr(n_min) = 24,4692 + (24,8986 – 24,4692)· 55,14/100) = 24,706 кДж/кмоль·град;

(mC_V '')_t_o⁷⁰⁰(n_M) = 25,021 + (24,905 – 25,021)· 0,05/0,05) = 24,905 кДж/кмоль·град;

(mC_V '')_t_o⁸⁰⁰(n_M) = 25,441 + (25,319 – 25,441)· 0,05/0,05) = 25,319 кДж/кмоль·град;

(mC_V '')_t_o^tr(n_M) = 24,905 + (25,319 – 24,905)· 19,81/100) = 24,987 кДж/кмоль·град;

(mC_V '')_t_o⁷⁰⁰(n_M) = 25,021 + (24,905 – 25,021)· 0,05/0,05) = 24,905 кДж/кмоль·град;

(mC_V '')_t_o⁸⁰⁰(n_M) = 25,441 + (25,319 – 25,441)· 0,05/0,05) = 25,319 кДж/кмоль·град;

(mC_V '')_t_o^tr(n_M) = 24,905 + (25,319 – 24,905)· 93,56/100) = 25,2923 кДж/кмоль·град;

(mC_V '')_t_o⁸⁰⁰(n_max) = 25,28 + (25,441 – 25,28)· 0,03/0,05) = 25,3766 кДж/кмоль·град;

(mC_V '')_t_o⁹⁰⁰(n_max) = 25,68 + (25,847 – 25,68)· 0,03/0,05) = 25,7802 кДж/кмоль·град;

(mC_V '')_t_o^tr(n_max) = 25,3766 + (25,7802 – 25,3766)· 1,75/100) = 25,3837 кДж/кмоль·град.

Q_г(n_min) = (4,979/3,6) ·{0,5367·(24,706 + 8,315) ·655,1 – 0,50485 · (20,775 + + 8,315) · 20} = 16059,4 Дж/с;

Q_г(n_M) = 12,59/3,6 ·{0,55308·(24,9877 + 8,315) ·719,8 – 0,52552 · (20,775 + + 8,315) ·20} = 46358,99 Дж/с;

Q_г(n_N) = 24,12/3,6 ·{0,55308· (24,2923 + 8,315)·793,6 – 0,52552·(20,775 + + 8,315)·20} = 98817,76 Дж/с;

Q_г(n_max) = 26,78/3,6·{0,54489 ·(24,3837 + 8,315)·801,7 – 0,51519·(20,775 + + 8,315)·20} = 109505 Дж/с.

q_г = Q_г/Q_o·100%:

q_г (n_min) = 16059,4/60761,6·100% = 26,43018 %;

q_г(n_M ) = 46359/153608·100% = 30,18009 %;

q_г (n_N ) = 98817,8/294302·100% = 33,577 %;

q_г (n_max) = 109505/326760·100% = 33,51232 %.