Початкові дані для розрахунку

Початкові дані для розрахунку готуються в два етапи. На першому етапі виконують попередні розрахунки, щоб оцінити основні розміри циліндра, необхідні при використанні прийнятої ФММ.

За допомогою графіку на рис. 2.1, побудованого на підставі статистичних даних, виконують оцінку очікуваної величини середнього ефективного тиску р_е залежно від тиску наддуву р_к, температури наддувочного повітря Т_к і типу двигуна. За відсутності наддуву
р_к = р_о ≈ 0,101 МПа, Т_к= Т_о≈ 293 К.

Далі на основі формули ефективної потужності

(2.1)

розраховують робочий об’єм даного циліндра

. (2.1,а)

Нагадування: Тут і далі при обчисленнях використовувати тільки основні одиниці міжнародної системи СІ (м³; Па; с; Вт).

Діаметр циліндра (оціночний):

, (2.2)

хід поршня , радіус кривошипа .

На другому етапі розраховують усі величини, які являються початковими при використанні ФММ.

Для зручності роботи з ПК і програмістом-оператором готують таблицю 2.2, в якій слід дотриматися усіх формальностей:

– Розмістити таблицю на одному аркуші.

– Обов’язково заповнити усі позиції, не пропустивши жодної з них.

– Усі числові значення записати в основних одиницях основної міжнародної системи СІ.

– Для забезпечення прийнятної точності усі величини мають бути розраховані і записані з 3...4-ма значущими цифрами.

– Заповнену таблицю підписує студент і викладач-консультант.

а) поле з похилою штрихувною – для бензинових ДВЗ;

б) поле з вертикальною штрихуваною – для дизельних ДВЗ.

Рисунок 2.1 – Статистична залежність середнього ефективного тиску р_евід тиску наддуву р_к

Далі вибираємо або розраховуємо вихідні дані, які входять до таблиці 2.1.

І. Код двигуна.

Код двигуна Y в програмі впливає на вибір теплоемностей робочого тіла, які залежать від складу і температури робочого тіла. Встановлені коди: для бензинових ДВЗ Y = 0, для дизельних Y = 1.

ІІ. Вид розрахунку: номінальний або дослідницький

ІIІ. Тип двигуна.

Тип двигуна (бензиновий або дизельний) впливає на вид палива і характер процесу згорання, який залежить від способу сумішоутворення.

1. Теплота згорання палива Н_{u т}, Дж/кг.

2. Показник процесу згорання вибирають на основі рекомендацій за емпіричними даними:

– для бензинових ДВЗ m₁ = 3,2...4,0;

– для дизельних ДВЗ m₁ = –0,3...+0,7.

Слід зазначити, що незважаючи на порівняно широкий діапазон зміни m₁, на кінцевий результат це впливає мало, оскільки сам процес згорання складає за тривалістю невелику частину усього циклу.

ІV. Конструктивні дані.

3. Кількість циліндрів (див. індивідуальне завдання).

4. Рядний, V-подібний (див. індивідуальне завдання).

5. Діаметр циліндра визначають за формулою (2.2), величину D рекомендується округляти до найближчого числа цілих міліметрів.

6. Площа поршня є площею плоскої поверхні поршня, перпендикулярної осі циліндра, вона дорівнює

(2.3)

і може відрізнятися від площі поверхні теплообміну поршня (див. п. 9 цього розділу).

7. Радіус кривошипа r_к, знайдений в оціночному розрахунку, рекомендується округлювати до цілого числа міліметрів.

8. Відношення радіусу кривошипа до довжини шатуна є конструктивним параметром, що характеризує геометрію кривошипно-шатунового механізму. Величину l_к вибирають за практичними рекомендаціями:

– для автотракторних ДВЗ l_к = 0,25... 0,32;

– для судових ДВЗ l_к = 0,20... 0,28.

Таблиця 2.2 – Початкові дані для розрахунку робочого циклу двигуна....................... до програми DVS-2

№	Найменування величини	Численні величини	Позначення і одиниці виміру
Номінальний режим	Дослідницькі режими
I.	Код двигуна (дизельний (1),			Y
	бензиновий (0))
II.	Вид розрахунку (номінальний (1), дослідницький (0))			–
III.	Тип двигуна 1. Теплота згорання палива 2. Показник процесу згорання			H_uт, Дж/кг m₁


IV.	Конструктивні дані 3. Кількість циліндрів 4. Рядний (1); V-подібний (0) 5. Діаметр циліндра 6.Площа поршня 7. Радіус кривошипа 8. Відношення 9. Площа теплообміну поршня 10. Площа теплообміну кришки 11. Об’єм камери стиснення			і – D, м F_п, м² r_к, м l_к F_п¢, м² F_к, м² V_c, м³







V.	Наддув 12. Тиск наддуву 13. Температура наддувочного повітря			р_к, Па Т_к, К


VI.	Регулювальні дані
	14. Кут початку згорання 15. Кут кінця згорання			j_с, град. j_z, град.
VII.	Режимні дані 16. Кутова швидкість валу 17. Коефіцієнт надлишку повітря 18. Циклова подача палива 19. Середня температура стінок			w, рад/с a Dm_тц, кг/цикл Т_w, К

Продовження таблиці 2.2

VIII.	Початкові умови 20. Тиск 21. Температура 22. Маса робочого тіла 23. Об’єм робочої порожнини	р_а, Па Т_а, К m_а, кг/цикл V_a, м³
IX.	Дані до динамічного розрахунку 24. Маса поступально рухаючих частин (приведена)	m_А, кг

X.	Розрахунковий крок	Dj, град.

Студент, група: (підпис) П.І.Б.

Викладач-консультант: (підпис) П.І.Б.

9. Площа теплообміну поршня F_п¢ залежить від конфігурації днища. При плоскому днищі F_п¢ = F_п. Якщо днище має складну конфігурацію, наприклад у разі напіврозділеної камери дизельного ДВЗ або при виконанні спеціальних проточок на поршні для клапанів, то F_п¢ > F_п. Залежно від типу двигуна і виду камери можна вибирати:

– для бензинових ДВЗ F_п¢ = (1,0... 1,1)·F_п;

– для дизельных ДВЗ:

а) з розділеними камерами F_п¢ ≈ F_п,

б) з нерозділеними камерами F_п¢ = (1,2... 1,3)·F_п,

в) з напіврозділеними камерами F_п¢ = (1,4... 1,5)·F_п.

10. Площа теплообміну кришки F_к залежить від конструкції камери стиснення. У бензинових ДВЗ застосовують плоскі, шатрові, клиновидні, овальні, напівсферичні та іншы камери; для них має місце співвідношення F_к = (1,1... 1,3)·F_п.

Для дизельних ДВЗ:

– для нерозділених і напіврозделених камер F_к = (1,0... 1,3)·F_п,

– для розділених камер F_к = (1,3... 1,5)·F_п.

11. Об’єм камери стиснення розраховують за співвідношенням

. (2.4)

V. Наддув двигуна.

12. Тиск наддуву р_к встановлюють за індивідуальним завданням. За відсутності наддуву р_к = р_о.

13. Температура повітря на вході в двигун залежить від тиску наддуву і охолодження наддуву повітря. Спочатку розраховують температуру на виході з компресора:

, (2.5)

де - ступінь підвищення тиску в компресорі;

к = 1,40 - показник адіабати для повітря;

h_{к ад} = 0,70... 0,90 - адіабатний ККД компресора, який залежить від типу і розмірів компресора.

При малих ступнях підвищення тиску в компресорі (p_к < 1,5) охолодження наддувочного повітря зазвичай не застосовують. При високих значеннях p_к (особливо при p_к > 2) після компресора встановлюють охолоджувач, в якому знижується температура наддувочного повітря, при цьому температура на вході ДВЗ:

Т_к = Т_о + σ(Т_к¢ – Т_о), (2.6)

де s = 0,50... 0,80 - ступінь охолодження в охолоджувачі, велична s залежить від конструкції і розмірів охолоджувача.

Якщо s = 1, то охолодження немає і Т_к = Т_к¢. Теоретично при s = 0 можна охолодити повітря до температури атмосферного повітря Т_о, що проте практично нереально (при s ® 0 розміри охолоджувача прямують до нескінченності).

VІ. Регулювальні дані.

14. Кут початку згорання j_с залежить від кута випередження запалення Dj_оп у бензинових ДВЗ або від кута випередження впорскування палива в дизельному ДВЗ.

Для бензинових ДВЗ

j_с = 360 - Dj_оп, (2.7)

де Dj_оп = 10... 25 ° - величина, яка залежить від швидкохідності двигуна, розмірів і типу камери згорання.

У дизельних ДВЗ істотну роль грає період затримки займання палива Dj_і, тому

j_с = 360– Dj_оп + Dj_і, (2.8)

де Dj_оп = 20... 35 °;

Dj_і = 8... 12 ° - величина, яка залежить в основному від сорту палива (цетанового числа) і умов в циліндрі в кінці стиснення (р_с, Т_с).

15. Кут кінця згорання пов’язаний з кутовою тривалістю згорання Dj_сг, яка визначається в залежності від типу двигуна

j_z = j_c + Dj_сг, (2.9)

де для бензинових ДВЗ Dj_сг = 40... 60 °;

для дизельних ДВЗ Dj_сг = 60... 100°.

Крім типу двигуна, основними чинниками, що впливають на тривалість згорання, є: частота обертання валу, розміри циліндра, турбулентність в заряді.

VІI. Режимні дані.

16. Кутова швидкість обертання кривошипа w, рад/с, визначається за індивідуальним завданням в залежності від частоти обертання колінчатого валу n, с^-1:

w = 2pn. (2.10)

Якщо розрахунок ведеться при інших частотах обертання, відмінних від номінального режиму, то величини n або w вибирають за змістом (наприклад, на режимі холостого ходу n = n_min).

17. Коефіцієнт надлишку повітря a на номінальному режимі відомий за індивідуальним варіантом. Зазвичай для дизельних ДВЗ a = 1,25... 2,0; для бензинових a = 0,85... 1,0. Менші значення характерні для карбюраторних двигунів, а більші – для ДВЗ з розподіленим або безпосереднім впорскуванням палива та для двигунів з наддувом.

При розрахунках на дослідницьких режимах величина a може істотно відрізнятися від вказаних діапазонів.

18. Циклова подача палива знаходиться в залежності від циклового заряду повітря.

Цикловий масовий заряд повітря в циліндрі

Dm_вц = V_h × r_к × h_v, (2.11)

де щільність заряду на вході в циліндр визначається за формулою , чи, за відсутності наддуву, ;

коефіцієнт наповнення дорівнює

. (2.12)

У останній формулі

Dр_вп = (0,05... 0,15)×р_к - втрата тиску на впуску;

DТ = 0... 40 К - підігрів заряду на впуску,

причому для бензинових ДВЗ DТ = 0…20 К, для дизелів – DТ = 20…40 К.

Підігрів заряду DТ у бензинових ДВЗ менше, ніж в дизельних, оскільки частоти обертання у них більше, і крім того на підігрівання впливає випаровування бензину у впускній системі.

γ = 0…0,1 – коефіцієнт залишкових газів.

Значенння коефіцієнта залишкових газів g ближче до верхньої межі у бензинових ДВЗ і ближче до нижньої межі у дизельних. У граничному випадку у дизеля з наддувом і доброю продувкою камери стиснення вдається досягти величини g» 0.

T_г = 700…1100 К – температура залишкових газів. Для різних типів двигунів складає:

– у бензинових ДВЗ Т_г = 900... 1100 К;

– у дизелів Т_г = 700... 900 К;

– у дизелів з наддувом Т_г = 800... 1000 К.

Циклова масова подача палива

. (2.13)

19. Середня температура стінок T_w залежить від типу двигуна, рівня форсування, режиму роботи, матеріалів основних деталей (поршня, кришки, клапанів, циліндра). На номінальному режимі роботи приймають:

– для деталей із сталі та чавуну T_w = 550... 650 К,

– для деталей з алюмінієвих сплавів T_w = 420... 470 К.

Більші значення відносяться до форсованих ДВЗ з наддувом при малих величинах коефіцієнта надлишку повітря.

VІII. Початкові умови.

До початкових умов відносяться усі параметри робочого тіла на початку розрахунку. У цій ФММ початок розрахунку відповідає точці «а» на індикаторній діаграмі, при положенні поршня в НМТ і куті повороту кривошипа j = 180°. Початок відліку кута j відповідає положенню поршня у ВМТ.

20. Початковий тиск дорівнює

р_а = р_к – Dр_вп, (2.14)

де Dр_вп визначається за рекомендаціями п. 18 даного розділу.

21. Початкова температура оцінюється за допомогою формули, отриманої на основі балансу енергії при впуску:

Т_а = (Т_к + ΔТ_вп + gT_г). (2.15)

Рекомендації по вибору величин, що входять у формулу, дані раніше в п. 18.

22. Початкова маса робочого тіла в циліндрі дорівнює сумі масових кількостей свіжого заряду і залишкових газів, отже:

m_a = (1 + g)×Dm_вц. (2.16)

23. Початковий об’єм циліндра

V_a = . (2.17)

Початкові параметри повинні задовольняти рівнянню стану, яке в даному випадку є контрольним:

P_aV_a = Rm_aT_a. (2.18)

Допустима похибка цього рівняння складає 3... 4 %.

Якщо похибка перевищує вказану величину, то значення р_а, m_a і T_a уточнюють, варіюючи параметри Dр_вп, g, DТ, Т_г.