Методика теплового расчета двигателя внутреннего сгорания - Материалы

Тепловой расчёт двигателя включает:

1) Расчёт всех основных процессов цикла (впуска, сжатия, сгорания, расширения, выпуска) и определение параметров рабочего тела (объёма, давления) в характерных точках цикла (a, c, z’, z b, r). На основе этих расчётов строят индикаторную диаграмму в системе координат p-v.

2) Определение основных энергетических индикаторных показателей, среди которых:

Li - индикаторная работа цикла;

Pi - среднее индикаторное давление, а также экономических индикаторных показателей; среди них:

hi - индикаторный к. п. д.;

gi - удельный индикаторный расход топлива.

После оценки механического к. п. д. двигателя определяют также аналогичные эффективные показатели: (энергетический (Ре) и экономические (he, ge)).

3) Определение основных размеров цилиндра (диаметра D и хода поршня S), а также характерных объёмов:

рабочего объёма цилиндра Vh;

объёма камеры сжатия Vc;

полного объёма цилиндра Va;

литража двигателя .

Тепловой расчёт выполняют для нормального режима.

Наддув, степень сжатия, цилиндр, коэффициент избытка воздуха, рабочее тело, индикаторное давление.

В качестве источника механической энергии на современных автомобилях и тракторах применяют в основном двигатели внутреннего сгорания (ДСВ). В ДСВ химическая энергия топлива преобразуется сначала в тепловую в процессе сгорания, а затем теплота превращается в механическую энергию на валу двигателя. Вырабатываемая механическая энергия частично используется для обслуживания внутренних систем двигателя (охлаждения, смазки, питания), а также внешних систем автомобиля или трактора (электроснабжения; тормозных, если тормозные системы с гидро- или пневмоприводом и т.д.). Но основным потребителем механической энергии является движитель (приводные колёса или гусеницы), куда энергия подаётся с помощью трансмиссии.

Основные показатели автомобиля или трактора (скорость движения, максимальная грузоподъёмность, экономичность, экологические факторы и т.п.) определяются главным образом двигателем. Поэтому, представляется очень важным уметь прогнозировать показатели двигателя и его характеристики, чтобы удовлетворить требованиям транспортного средства.

На современных автомобилях и тракторных применяют главным образом четырёхтактные бензиновые и дизельные двигатели. Основным направлением их форсирования и улучшения показателей служат газотурбинный наддув и охлаждение надувочного воздуха. Поэтому, необходимо выполнять тепловой расчёт двигателей именно таких типов с ориентацией на лучшие результаты, достигнутые в практике мирового автотракторного двигателестроения.

Таким образом, тепловой расчёт двигателя является первой и необходимой ступенью в процессе проектирования и создания нового двигателя или в процессе совершенствования существующего.

Исходные данные включают все необходимые для расчёта величины, а также важную информацию для обоснования выбора ряда констант и коэффициентов:

1 Тактность - четырёхтактный.

2 Вид топлива - бензин.

3 Мощность (эффективная) - Ne.

4 Частота вращения вала - n.

5 Степень сжатия - e.

6 Коэффициент избытка воздуха - a.

7 Давление наддува - Pk.

8Число цилиндров - i.

9 Отношение хода поршня к диаметру цилиндра - S/D.

Указанные величины в проектном расчёте предварительно оценивают, исходя из назначения двигателя, условий его работы, и пользуясь опытом отечественного и мирового автомобиле- и тракторостроения.

В средней климатической зоне, характерной для Украины, эти особенности можно не учитывать и расчёты вести при стандартных атмосферных условиях: Ро=0,101 МПа, То=293 К.

Для удобства исходные данные сводим в таблицу 1.1.

Таблица 1.1 - Исходные данные.

Ne, кВт	n, об/мин	e	a	Pk, Мпа	i	s/d	p0	T0		D, мм
169	2600	17	1,6	0,185	6	1,1	0,101	293	2	108,0

Прототип - MAN (Германия).

Параметры рабочего тела

Рабочее тело в цилиндре представляет собой в общем случае смесь воздуха, продуктов сгорания и паров топлива. Необходимо знать конкретный состав рабочего тела в каждом процессе, так как от этого зависят теплофизические свойства рабочего тела (теплоёмкости и показатель адиабаты).