Тепловой расчёт и конструирование поршня двигателя внутреннего сгорания (эффективная мощность - 45 КВт, частота вращения - 3000 об/мин)

Если разность составит более 10%, то необходимо задаться новым значением S и повторить расчет. В нашем случае разность величин незначительна, следовательно расчёты проведены правильно.

1.8.4. Уточнение рабочего объема двигателя и его мощности

Уточнение рабочего объема двигателя и его мощности проводится после определения размеров цилиндра и округление значений S и D до стандартных величин:

;             (1.47)

.              (1.48)

1.8.5. Эффективный крутящий момент и литровая мощность

Эффективный крутящий момент определяется по формуле

нּм.                   (1.49)

Литровая мощность характеризует степень форсирования двигателя

N_л = N_еу/iV_hу=39.3/1.86=25, кВт/л.                                                     (1.50)

Примерные рекомендуемые значения литровой мощности для карбюраторных ДсИЗ находятся в пределах N_л = 25…45 кВт/л.

Рассчитанное значение по формуле (1.50) находится в пределах рекомендуемого.

        1.9. Методика построения индикаторной диаграммы

Построение производится по данным теплового расчета в координатах: давление Р, ход поршня S.

1.9.1. Выбор масштабов

Масштабы давления m_р, МПа/мм, и хода поршня m_s, мм/мм, выбираются так, чтобы высота диаграммы была в 1,2…1,7 раза больше ее основания. Рекомендуемые масштабы приведены в табл. 1.2.

Масштабы для построения индикаторной диаграммы       Таблица 1.2

1.9.2. Координатные оси и характерные линии.

1. После нанесения координатных осей проводится линия абсолютного давления окружающей среды на расстоянии ОК от оси абцисс

ОК= Р₀/m_р=0,1/0,04=2,5 мм, где Р₀= 0,1МПа.

2. Параллельно оси давления на расстоянии ОА от начала координат проводится линия, определяющая положение поршня в ВМТ.

Отрезок S_с, выраженный в мм хода поршня, косвенно характеризует объем камеры сгорания (КС):

S_с= S/(ε-1)=81,2/7,5=10,83 мм,                                                           (1.51)

где S_с и S– измеряется в мм хода поршня.

С учетом масштаба

ОА= S_с/m_s=10,83/1=10.83 мм                                                            (1.52)

3. От точки А откладывается отрезок АВ, эквивалентный ходу поршня S:

АВ= S/m_s=81.2/1=81.2 мм                                                                  (1.53)

Через точку В, определяющую положение поршня в НМТ, проводится параллельно оси давления линия.

1.9.3. Характерные точки индикаторной диаграммы

1. В ВМТ наносим точки "z","с"и "r", соответствующие давлениям р_z, р_с и р_r: Аz = р_z/m_р мм, Ас = р_с/ m_р =1.75/0.04 = 43.75 мм и Аr = р_r/ m_р,=0.1165/0.04 = 2.91, мм .

2. В НМТ наносим точки "а" и "в", соответствующие давлениям р_а и р_в:

а = р_а/ m_р=0.10133/0.04 мм и В = р_в/ m_р =0.4/0.04=10 мм.

При наличии дозарядки в НМТ откладывается точка а₁, соответствующая давлению р_а1 = φ₁ּ р_а=1.04∙0.1165/0.04=3.03, от которой начинается построение политропы сжатия.

1.9.4. Построение политроп сжатия и расширения. Построение индикаторной диаграммы теоретического цикла.            

Ординаты промежуточных точек процессов сжатия и расширения в двигателях с искровым зажиганием определяются по следующим формулам.

Для процесса сжатия             р_с.х = φ₁ּр_аּ, МПа.                                                        (1.54)

Наличие дозарядки учитывается введением в формулу (1.54) коэффициента дозарядки φ₁.

Для процесса расширения р_р.х = р_вּМПа .                                                             (1.55)

В (9.4) и (9.5) S_а = S + S_с, а S_х – ход поршня, эквивалентный текущему значению объема надпоршневого пространства, отсчитываемый от ВМТ.

С учетом масштабов формулы (1.54) и (1.55) примут вид

ОУ_с = φ₁ ּаּ, мм, ОУ_р = Вּ,мм

Расчет проводится по 9 точкам для каждого процесса.

При этом отрезок АВ разбивается на 10 примерно равных частей.

Результаты расчета целесообразно представить в виде таблицы 1.3.

Результаты расчета политропы сжатия и расширения                Таблица 1.3

№ п/п	Sх			Сжатие			Расширение
					рх			рх
	мм хода	мм диагр.	–	–	МПа	мм	–	МПа	мм
1	0	0	8.5	19	1.75	43.7	17	6.95	173.75
2	8.12	8.12	4.85	8.79	0.92	23.2	8.1	3.2	81.15
3	16.2	16.2	3.4	5.38	0.56	14.2	5.07	2.03	50.67
4	24.4	24.4	2.615	3.75	0.39	9.9	3.577	1.43	35.77
5	32.5	32.48	2.125	2.82	0.29	7.43	2.71	1.08	27.16
6	40.6	40.6	1.79	2.22	0.235	5.86	2.      16	0.86	21.64
7	48.7	48.72	1.54	1.82	0.19	4.8	1.77	0.7	17.7
8	56.8	56.    84	1.36	1.53	0.16	4.03	1.5	0.6	15
9	64.9	64.96	1.21	1.3	0.14	3.44	1.28	0.51	12.87
10	73.1	73.08	1.09	1.135	0.12	2.99	1.12	0.45	11.2
11	81.2	81.2	1	1	0.1054	2.635	1	0.4	10

1.9.5. Построение индикаторной диаграммы, соответствующей действительному циклу

Отличие действительной индикаторной диаграммы, соответствующей реальному циклу, от теоретической диаграммы вызываются следующими причинами.

1. Повышение давления в конце сжатия (точка "с' " ) по сравнению с давлением при сжатии без воспламенения (точка "с"), являющееся следствием начала развития процесса сгорания до ВМТ.

2. Отклонение процесса резкого нарастания давления от процесса при V = соnst вследствие конечной скорости выделения теплоты и вызванного движением поршня изменения объема надпоршневого пространства. При этом момент достижения максимального давления смещается относительно ВМТ.

1.9.5.1. Сглаживание индикаторной диаграммы вблизи ВМТ в конце процесса сжатия и в начале процесса расширения.

Задача заключается в определении ординаты точки с^', соответствующей действительному значению давления в момент достижения ВМТ, а также положения точек "е" и "z_д" относительно ВМТ. Первая из них соответствует началу фазы видимого сгорания, что выражается в превышении давления над давлением при сжатии без воспламенения (зажигания).

Вторая точка определяет момент достижения действительного максимального давления р_zд после прохождения поршнем ВМТ.

Практика доводки современных быстроходных автомобильных двигателей