Лекция 2. Проектирование ДВС. Общая компоновка

Проектирование ДВС начинается с изучения требований потребителей в различных отраслях промышленности: авиации, автомобильном транспорте, судостроении, энергомашиностроении и для агрегатов специального назначения. Обычно свойства ДВС оформляются в виде проспекта (рис. 2.1).

Среди этих свойств отмечаются обычно следующие показатели:

1. Номинальная мощность N_е, кВт.

2. Экономичность или эффективная мощность N_л, кВт.

3. Среднее эффективное давление Р_е, МПа.

4. Рабочий объем iV_л, л; i – число цилиндров; V_л – рабочий объем одного цилиндра.

5. Частота вращения: а) при полной нагрузке, мин^-1;

б) минимальная при холостом ходе, мин^-1.

6. Диаметр поршня D, м.

7. Ход поршня S, м, или отношение S/D.

8. Максимальный крутящий момент, Н×м.

9. Чистый сухой вес с маховиком, кг; удельная масса m_N, кг/кВт.

10. Габариты, мм.

11. Тактность двигателя, t.

Кроме этого обязательно учитываются: уменьшение объема и массы, срок службы, снижение расходов и трудоемкости обслуживания.

При любом проектировании решается комплекс проблем и ищется оптимальное решение.

Обычно проектирование начинается с определения основных параметров нового ДВС: номинальной мощности N_е, литровой мощности N_л, поршневой мощности N_п, быстроходности С_m и удельной массы m_N.

1. Номинальная мощность равна N_е = p_еniV_л /30t, кВт, (2.1)

р_е – среднее эффективное давление, МПа.

Для заданного S/D и N_е можно найти D:

. (2.2)

Варьируя i и S/D, изменяют объем двигателя.

2. Очень часто в качестве одного из основных параметров, особенно применительно к быстроходным автомобильным двигателям, рассматривается литровая мощность.

N_л = p_e n/30t, кВт/л; (2.3)

тогда диаметр цилиндра . (2.4)

В современных дизелях N_л =70 – 80 кВт/л.

По литровой мощности судят об эффективности использования рабочего объема и уровня форсирования двигателя.

3. Рассматривают также поршневую мощность, кВт,

N_п = p_eC_m/10t, (2.5)

а также мощность, отнесенную к диаметру D цилиндра, которая характеризует уровень форсирования двигателя (тепловую напряженность его поршневой группы).

4. Быстроходность определяют как С_m = Sn/30, м/с. (2.6)

5.Удельная масса двигателя , кг/кВт. (2.7)

Основные показатели, характеризующие конструкцию ДВС, приведены в табл. 2.1.

Отношение S/D хода поршня к диаметру цилиндра определяет протекание важнейших физических процессов в цилиндре, а также габаритные размеры и массу двигателя. В высокооборотных двигателях с принудительным зажиганием при уменьшении S/D до определенного предела (до 1) повышаются технико-экономические показатели двигателя в связи с повышением средней скорости поршня, повышением механического КПД, снижением высоты двигателя, повышением жесткости его элементов, упрощением размещения деталей гидрораспределения в головке цилиндров.

В дизелях отношение S/D увеличилось для обеспечения качественного протекания рабочих процессов из-за более удачных соотношений размеров камеры сгорания и улучшения процессов газообмена, в особенности для двухтактных двигателей. У последних отношение S/D выросло до 4…4,2, что обеспечило существенный рост экономичности.

Для четырехтактных дизелей значение S/D стало несколько выше единицы (1,05…1,25).

Число цилиндров i связано с диаметром D, т.к. они определяют литраж двигателя и соответственно мощность при заданных эффективном давлении и частоте вращения.

Таблица 2.1