1.10. Порядок расчета процесса расширения в дизельных двигателях

1.10.1. Определяют степень последующего расширения  = /.

1.10.2. По упрощенной при расчете процесса сгорания зависимости находят величину средней удельной мольной теплоемкости продуктов сгорания c_vmz до точки z.

1.10.3. Величину среднего показателя политропы расширения ориентировочно выбирают по эмпирической формуле

. (1.35)

1.10.4. Вычисляем приближенное значение температуры Т_b' по формуле (1.32).

1.10.5. По температуре Т_b', используя упрощенную формулу (1.25), находят приближенное значение средней удельной мольной теплоемкости продуктов сгорания в конце процесса расширения c_vmb.

1.10.6. Методом последовательных приближений определяют значение среднего показателя политропы расширения n_р из уравнения (1.30). Если | n_р – n_р' | > 0,002, принимают n_р' = n_р и повторяют расчет с пункта 1.10.3.

1.10.7. Используя уточненное значение n_р по формулам (1.31) и (1.32), рассчитывают р_b и Т_b.

1.10.8. По формуле (1.33) оценивается точность численного значения температуры остаточных газов T_r, принятого в начале расчета.

1.11. Основные показатели рабочего процесса двигателя

Технико-экономические показатели, характеризующие работу двигателя, подразделяются на индикаторные и эффективные.

Индикаторные показатели поршневых ДВС характеризуют качество протекания рабочего процесса в цилиндре двигателя. Они учитывают только тепловые потери в самом цилиндре в различных процессах рабочего цикла двигателя.

1.11.1. Среднее индикаторное давление

Средним индикаторным давлением называется условное постоянное давление, которое, действуя на поршень в течение одного хода поршня от верхней мертвой точки (ВМТ) до нижней мертвой точки (НМТ), совершает работу, равную работе цикла, полученной из индикаторной диаграммы.

Среднее индикаторное давление определяется по формулам:

• для карбюраторных двигателей

; (1.36)

• для дизельных двигателей

; ( 1.37)

здесь _n – коэффициент полноты диаграммы, учитывающий влияние скругления индикаторной диаграммы в реальных двигателях.

Для карбюраторных двигателей _n = 0,94…0,97. Для четырехтактных дизелей с неразделенной камерой сжатия _n = 0,92…0,96, а для четырехтактных дизелей с разделенными камерами сгорания _n = 0,90…0,95, причем меньшие значения относятся к предкамерным, а большие – к вихрекамерным двигателям. Для двухтактных дизелей с клапанно-щелевой продувкой _n = 0,94…0,98, а со щелевой продувкой _n = 1.

1.11.2. Индикаторная мощность

Мощность, развиваемая газами в цилиндрах двигателя, называется индикаторной мощностью.

, (1.38)

где – рабочий объем цилиндра, м³;

z – количество оборотов коленчатого вала, необходимое для совершения рабочего цикла двигателя.

1.11.3. Индикаторный КПД двигателя

Отношение работы реального цикла двигателя к теплоте, выделившейся при сгорании топлива, называется индикаторным КПД.

(1.39)

1.11.4. Удельный индикаторный расход топлива

Расход топлива на 1 кВт·ч индикаторной работы определяется по зависимости

. (1.40)

Пределы численных значений основных индикаторных показателей современных двигателей при работе на номинальном режиме приведены в таблице 1.8.

Эффективные показатели ДВС характеризуют совершенство конструкции двигателя в целом. Они учитывают не только потери теплоты в цилиндрах, но и механические потери, т.е. качество изготовления и сборки узлов двигателя.

Мощность, развиваемая на фланце коленчатого вала двигателя, называется эффективной мощностью и обозначается Nе:

(1.41)

где Nм – мощность механических потерь.

Таблица 1.8

Тип двигателя	рi, бар	i	gi, г/(кВтч)
Карбюраторные: – без наддува – с наддувом Четырехтактные дизели: – без наддува – с наддувом Двухтактные дизели: – без наддува – с наддувом	7…15 9…20 7…11 9…25 5…9 8…18	0,26…0,40 0,41…0,53 0,39…0,48	205…320 160…220 175…230

Механические потери состоят из потерь на преодоление трения между движущимися деталями двигателя, на привод вспомогательных механизмов и агрегатов, на совершение работы насосных ходов (в четырехтактных двигателях) и на привод продувочного агрегата (в двухтактных двигателях). Для того, чтобы исключить влияние на величину механических потерь частоты вращения коленчатого вала и объема цилиндров двигателя, целесообразно использовать для их оценки среднее давление механических потерь р_м.

Точно определить величину механических потерь можно только в процессе стендовых испытаний головного образца двигателя. В стадии эскизного проектирования р_м определяют по приближенным эмпирическим зависимостям:

• для карбюраторных двигателей

; (1.42)

• для четырехтактных дизелей с неразделенной камерой сгорания

; (1.43)

• для вихрекамерных дизелей

; (1.44)

• для предкамерных дизелей

; (1.45)

• для двухтактных дизелей

. (1.46)

Здесь с_m=Sn/30 – средняя скорость поршня, м/с.

Если мощность механических потерь учесть в виде среднего давления р_м, то получим

, (1.47)

где р_е – среднее эффективное давление.

Средним эффективном давлением называется условное постоянное давление, отнесенное к одному ходу поршня и соответствующее эффективной работе цикла.

Отношение эффективной мощности двигателя к индикаторной мощности называется механическим КПД двигателя:

. (1.48)

Эффективным КПД двигателя называется отношение количества теплоты, превращенной в эффективную работу, к количеству теплоты, выделенной при сгорании топлива:

. (1.49)

Удельным эффективным расходом топлива называется количество топлива, необходимое для получения единицы эффективной работы:

. (1.50)

Эффективную мощность двигателя можно посчитать как

. (1.51)

Если полученное расчетом значение эффективной мощности двигателя отличается от заданной мощности больше чем на (–3)…(+5)%, т.е. –0,03< < 0,05, то расчет нужно повторить, изменив принятые параметры рабочего процесса ( р_к, , р_z и т.п.).

15