Расчет размеров цилиндра и средней скорости поршня
Размеры цилиндра – диаметр и ход поршня являются основными конструктивными параметрами двигателя.
Средняя скорость поршня является критерием быстроходности двигателя. В зависимости от величины Vп.ср двигатели разделяются на тихоходные (Vп.ср < 6,5 м/с) и быстроходные (Vп.ср > 6,5 м/с).
Так как в исходных данных на проектирование ДВС задано только отношение S/D, то определение основных конструктивных параметров осуществляется следующим образом.
По эффективной мощности, частоте вращения коленчатого вала и эффективному давлению определяется литраж (л) двигателя
Vл= 30τ Ne/(pen) (4.1)
Рабочий объем одного цилиндра Vh (л)
Vh = Vл/i (4.2)
Диаметр цилиндра D (мм)
(4.3)
Ход поршня S (мм)
(4.4)
Полученные значения D и S округляют до целых чисел, нуля или пяти.
По окончательно принятым значениям D и S определяют основные параметры и показатели двигателя:
литраж двигателя (л)
Vл= πD2Si/(4∙106); (4.5)
рабочий объем одного цилиндра Vh (л)
Vh = πD2S/(4∙106); (4.6)
объем камеры сгорания Vh, (л)
; (4.7)
Эффективную мощность, эффективный крутящий момент, часовой расход топлива, формулы (3.10), (3.11), (3.17);
среднюю скорость поршня (м/с)
Vп.ср = Sn/(3∙104) (4.6)
При расхождении между ранее принятой величиной и полученной по формуле (4.6) более 3-4% необходимо пересчитать эффективные параметры двигателя.
Тепловой баланс двигателя
Тепло, выделяющееся при сгорании топлива в цилиндрах двигателя, не может быть полностью преобразовано в полезную работу. Распределение тепловой энергии топлива оценивается с помощью внешнего теплового баланса, составляющие которого определяются для установившегося теплового режима двигателя (для режима номинальной мощности). Тепловой баланс двигателя позволяет определить количество (долю) тепла, превращенного в полезную эффективную работу т.е. установить степень теплоиспользования. Знание отдельных составляющих теплового баланса позволяет рассчитывать термонапряженность деталей, схему охлаждения, систему турбонаддува и т.д.
Уравнение теплового баланса имеет следующий вид:
= HuGT/3,6 , (5.1)
где Q0 – общее количество теплоты, израсходованной в единицу времени при работе двигателя на заданном режиме, Дж/с;
Qе – теплота, эквивалентная эффективной работе двигателя Дж/с;
Qe = 1000Ne (5.2)
Qохл –теплота, отданная в охлаждающую среду, Дж/с;
, (5.3)
где с = 0,45…0,53 – коэффициент пропорциональности для четырехтактных двигателей; i – число цилиндров; m=0,5…0,7 – показатель степени для четырехтактного двигателя; D – диаметр цилиндра, см; n – частота вращения коленчатого вала, мин-1;
Qг – теплота, унесенная из двигателя с отработавшими газами, Дж/с;
(5.4)
Qн.с – не использованная часть теплоты топлива из-за неполноты сгорания, Дж/с;
(5.5)
Qост – остаточный член баланса, определяющий потери, не учтенные приведенными выше членами уравнения баланса теплоты.
(5.6)
Каждую составляющую баланса можно определить в процентах от всего количества введенной теплоты. Тогда
(5.7)
Очевидно, что
(5.8)
Расчет теплового баланса проводят по данным теплового расчета двигателя.
В табл.1 приведены примерные значения составляющих теплового баланса при работе двигателей на номинальных и близких к ним режимах.
Таблица 1 Примерные значения составляющих теплового баланса [5]
| Тип двигателя | qе = ηе | qохл | qг | qн.с | qост |
| С искровым зажиганием……………. Дизель………………………………… | 21…28 29…42 | 12…27 15..35 | 30…55 25…45 | 0…45 0…5 | 3…10 2…5 |