Очистка и наполнение цилиндра

Периодическую смену рабочего цикла в действительном цикле дизеля осуществляет процесс газообмена, состоящий в очистке цилиндров от отработавших газов и заполнении их све­жим зарядом воздуха.

Количественной оценкой процессов очистки и наполнения цилиндра служат коэффициент остаточных газов и коэффициент наполнения.

Коэффициент остаточных газов λ представляет собой отношение количества остаточных газов М_г к количеству свежего заряда - L, поступившего в цилиндр ;

где Мг и L - выражены в кг-молях на I кг топлива.

Коэффициентом наполнения цилиндра η_н называется отношение действительного количества свежего заряда воздуха V, поступившего в цилиндр, к тому количеству заряда воздуха, которым можно было бы заполнить рабочий объем цилиндра V_s при давлении Р_к и температуре Т_к заряда непосредственно перед выпускными газораспределительными органами двигателя.

где V_s в м³, L - в кг -молях, G - в кг.

Коэффициент остаточных газов

Согласно опытным данным, составляет у дизелей:

четырехтактных: без наддува 0,03 - 0,06;

с наддувом 0,02 -,04.

двухтактных с системой продувки:

прямощелевой 0,04 - 0,08

прямоточно-клапанной 0,08 -0,12

контурной 0,08-0,15

кривошипно-камерной 0,30 - 0,40

Величина коэффициента наполнения η_н по опытным данным, изменяется для дизелей в следующих пределах:

четырехтактных малооборотных 0,80 - 0,90

четырехтактных многооборотных 0,75 - 0,85

двухтактных /доля полезного хода поршня/ 0,75 - 0,90

Основными параметрами процесса наполнения, оказывающими наибольшее влияние на коэффициент наполнения η_н являются: параметры свежего заряда перед впускными органами (Т_к; Р_к), давление и температура в конце процесса заполнения (Р_а, Т_а) давление и температура остаточных газов (Р_г, Т_г), величина γ_г. При отсутствии наддува и каких-либо устройств на всасывающем в 4-х тактных дизелях принимают Т_к=Т_о; Р_к=Р_о,

где Р_о и Т_о - давление и температура окружающей среды. Обычно в основу расчета рабочих процессов принимают нормальные условия окружающей среды Р₀= 1,033 бар; Т₀= 20 + 273 = 293°К.

В 2-х тактных дизелях без наддува основными параметрами перед продувочными /впускными/ окнами являются: давление и температура продувочного воздуха /Р_к и Т_к/, коэффициент избытка продувочного воздуха / α /, коэффициент остаточных газов / γ_г /, давление и температура в конце наполнения /Р_а и Т_а/.

Давление продувочного воздуха Р_s изменяется в следующих пределах для дизелей без наддува / бар /:

малооборотных 1,1 - 1,2

среднеоборотных 1,2 - 1,4

высокооборотных 1,3-1,6

Согласно опытным данным, у дизелей применяют следующие давления наддува р_к /бар/:

четырехтактных: с механическим наддувом........ 1,2 - 1,6

с газотурбинным наддувом....... 1,3 - 3,0

двухтактные: с газотурбинным наддувом........ 1,4 - 2,0

четырех- и двухтактные

форсированного типа……………………………….2,6 - 3,5

Температура подувочно-наддувочного воздуха за нагнетателем

;

где n_н показатель политропы сжатия нагнетателя, который составляет в зависимости от типа нагнетателя:

поршневого............................. 1,40 -1,60

ротативный /объемный/..................... 1,55 - 1,75

центробежного с охлаждаемым корпусом...... 1,40 - 1,80

центробежного с неохлаждаемым корпусом..... 1,80 - 2,0

Температура воздуха после холодильника

Т_s = Т_к - ΔT_охл (°К);

где ΔT_охл = 20-60°, но Т_s = Т_к - ΔT_охл ≥ 310°К

При поступлении свежего заряда воздуха в цилиндр имеет место подогрев свежего заряда от горячих стенок цилиндра до температуры

Т'_s = Т_к + ΔT (°К);

по опытным данным, степень подогрева лежит в пределах для дизелей:

без наддува…………ΔТ = 10 - 20°С

с наддувом…………..ΔТ =5 - 10°С

Коэффициент остаточных газов (для 4-х тактных и 2-х тактных дизелей с прямоточной клапанной продувкой)

где давление остаточных газов у 4-х тактных и 2-х тактных дизелей с газотурбинным наддувом

Р_г = (0,75-1,0) Р_s бар

Температура смеси свежего заряда с остаточными газами в конце процесса наполнения

;

Из уравнения следует, что температура конца наполнения Т_а растет с увеличением γ_г и ΔТ₀ и мало зависит от температуры остаточных газов Т_г, так как последняя умножается на относительно малую величину γ_г.

Температура остаточных газов Т_г зависит в основном от нагрузки и числа оборотов и изменяется от 600˚до 900 ˚К.

Нижний предел 600-700 ˚К для 2-х тактных дизелей с α = 1,9 ÷ 2,2;

700-800 ˚К соответствует 4-х тактным дизелям.