Розрахунок процесів газообміну

 

Температуру повітря на вході в двигун приймають відповідно до завдання. Для двигунів з наддувом температуру за компресором Т_к, К, обчислюють за рівнянням:

 

де р_к – тиск після компресора, МПа:

 

р_к = р ₀ · π_к,

 

де π_к – ступінь підвищення тиску відповідно до завдання на проектування;

n – показник політропи стиску компресора:

- для поршневих нагнітачів n = 1,4...1,6;

- для об'ємних (гвинтових і ін.) n = 1,55...1,75;

- осьових і відцентрових n = 1,6...1,8.

 

Для двигунів з наддувом напір компресора H_Кад, Дж/кг визначається за рівнянням:

 

 

де R – газова стала повітря, Дж/(кг·К), R = 287 Дж/(кг·К),

k – показник адіабати для повітря, k = 1,4.

 

Глибина охолодження в охолоднику наддувного повітря (ОНП) Δ Т_ОНП, К:

 

Δ Т_ОНП = Т_к – Т_к’,

 

де Т_к’ – бажана температура заряду на вході в циліндри, К, Т_к’ = 360...370 К.

Якщо Δ Т_ОНП < 20 К, то застосування ОНП недоцільне. У цьому випадку необхідно за узгодженням з керівником проектування відкоригувати ступінь підвищення тиску чи ступінь стиску двигуна.

Для двигунів з ОНП необхідно перевірити можливість охолодження повітря до рекомендованих меж. Мінімальну температуру Т_к’’, К, до якої можна остудити наддуване повітря за даних умов і обраного типу ОНП, визначають за формулою:

 

Т_к’’ = Т_к – E_О · (Т_к – Т _охол),

 

де E_О – термічна ефективність ОНП, E_О = 0,46...0,48 для рідинно-повітряних охолодників, E_О = 0,64...0,77 для повітря-повітряних;

Т _охол – температура охолодного агента, К, Т _охол = 340...362 К для рідинно-повітряних охолодників, Т _охол = Т ₀ для повітря-повітряних.

Якщо Т_к’’ > Т_к’, то необхідну температуру на виході одержати неможливо. У цьому випадку необхідно вибрати інший тип ОНП або за узгодженням з керівником проектування відкоригувати ступінь підвищення тиску.

 

Тиск залишкових газів p_r, МПа, приймають у діапазоні:

- у двигунах з механічним наддувом і без наддуву p_r = (1,05...1,25)· p ₀;

- у двигунах з турбонаддувом p_r = (0,75...0,98)· p_к.

 

Температуру залишкових газів Т_r, К, орієнтовно приймають для бензинових двигунів у діапазоні Т_r =900...1100 К, для дизелів Т_r =600...900 К, для двигунів з наддувом Т_r ≤950 К, для газових Т_r =750...1000 К. Варто враховувати, що з ростом ступеня стиску температура залишкових газів звичайно знижується.

 

Тиск наприкінці впуску p_a, МПа, обчислюють за виразами (відповідно для двигунів без наддуву і з наддувом):

 

 

де D p_a – втрати тиску на впуску, МПа. Чисельні значення D p_a рекомендується приймати в наступних межах:

- бензинові і газові двигуни D p_a = (0,05...0,20)· p ₀;

- дизелі без наддуву D p_a = (0,03...0,18)· p ₀;

- двигуни з наддувом D p_a = (0,03...0,1)· p_к.

 

Величина підігріву свіжого заряду D T, К, залежить від довжини впускного тракту і якості обробки його внутрішньої поверхні і рекомендується для розрахунків у наступних діапазонах:

D T = 0...20 К – для бензинових і газових двигунів;

D T = 10...40 К – для дизелів без наддуву;

D T = (-5)...(+10) К – для двигунів з наддувом.

 

Коефіцієнт залишкових газів g_r визначають за виразом:

 

 

де Т _0(к) = Т ₀ для двигунів без наддуву; Т _0(к) = Т_к для двигунів з наддувом; Т _0(к) = Т_к’ для двигунів з наддувом і ОНП;

j_оч = j_доз – середні для чотиритактних двигунів значення коефіцієнтів відповідно очищення циліндра і дозарядки його свіжою сумішшю на номінальному режимі роботи; j_оч = 1,0; j_доз = 1,03…1,06 для двигунів з динамічним наддувом, j_доз = 1,04…1,1 для двигунів з механічним та турбонаддувом, j_доз = 1,0 у інших випадках.

 

При застосуванні системи рециркуляції відпрацьованих газів значення g_r не обчислюють, а задають з діапазону g_r = 0,08...0,12.

Дійсний коефіцієнт молекулярної зміни робочої суміші μ:

 

 

Дійсне значення теплоти згоряння робочої суміші Н_{роб.сум}, кДж/кмоль:

- для бензинових двигунів:

 

 

- для дизелів:

 

- для газових двигунів:

 

- для газодизелів:

 

Температура наприкінці впуску Т_а, К, з огляду на наявність у циліндрі залишкових газів:

 

 

Густина заряду на впуску (для двигунів без наддуву, з наддувом, з наддувом і ОНП відповідно) ρ_а, кг/м³:

 

 

де R – газова стала повітря, Дж/(кг·К), R = 287 Дж/(кг·К).

 

Визначають коефіцієнт наповнення цилиндрів η_v:

 

 

де р _0(к) = р ₀ для двигунів без наддуву і р _0(к) = р_к для двигунів з наддувом.

Орієнтовні значення параметрів зазначені в таблиці 2.2.

 

Таблиця 2.2 – Параметри суміші наприкінці впуску

Тип двигуна	Коефіцієнт молекулярної зміни робочої суміші	Коефіцієнт залишкових газів	Коефіцієнт наповнення циліндрів	Температура наприкінці впуску
Бензинові без наддуву	m = 1,02...1,12	gr = 0,04...0,08	hv = 0,8...0,96	Та = 310...360 К
Дизельні	m = 1,01...1,06	gr = 0,02...0,05	hv = 0,8...0,94	Та = 310...350 К
З наддувом	з підвищенням тиску наддуву gr знижується	hv = 0,8...0,97	Та = 320...400 К
Газові	m = 0,92...0,96	gr = 0,06...0,08	hv = 0,75...0,8	Та = 350...400 К

 

 

Розрахунок процесу стиску

 

Температуру наприкінці процесу стиску Т_с, К і t_с, °C, обчислюють за виразами:

 

,

 

де п ₁ – показник політропи процесу стиску. Рекомендовані значення n ₁:

- бензинові двигуни n ₁ = 1,34...1,38;

- дизелі (n_N =1800…3000 хв^-1) n ₁ = 1,34...1,37;

- дизелі (n_N =3000…4500 хв^-1) n ₁ = 1,36...1,39;

- газові n ₁ = 1,36...1,38.

 

Тиск наприкінці процесу стиску р_с, МПа, визначають за виразом: