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 V_п.ср двигатели разделяются на тихоходные (V_п.ср < 6,5 м/с) и быстроходные (V_п.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

V_л= 30τ N_e/(p_en) (4.1)

Рабочий объем одного цилиндра V_h (л)

V_h = V_л/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)

V_л= πD²Si/(4∙10⁶); (4.5)

рабочий объем одного цилиндра V_h (л)

V_h = πD²S/(4∙10⁶); (4.6)

объем камеры сгорания V_h, (л)

; (4.7)

Эффективную мощность, эффективный крутящий момент, часовой расход топлива, формулы (3.10), (3.11), (3.17);

среднюю скорость поршня (м/с)

V_п.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:

= H_uG_T/3,6 , (5.1)

где Q₀ – общее количество теплоты, израсходованной в единицу времени при работе двигателя на заданном режиме, Дж/с;

Q_е – теплота, эквивалентная эффективной работе двигателя Дж/с;

Q_e = 1000N_e (5.2)

Q_охл –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;

Q_г – теплота, унесенная из двигателя с отработавшими газами, Дж/с;

(5.4)

Q_н.с – не использованная часть теплоты топлива из-за неполноты сгорания, Дж/с;

(5.5)

Q_ост – 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