Параметры окружающей среды и остаточные газы

 

1. Давление и температура окружающей среды. Двигатель будет работать без наддува (с наддувам) согласно исходных данных, поэтому давление окружающей среды выбираем ро = 0,1Мн/м2 (кг/см2), а температуру — Т0 = 288°…300° К.

 

При работе двигателей с наддувом воздух поступает в цилиндр не из атмосферы, а из компрессора (нагнетателя), где он предварительно сжимается. В соответствии с этим давление и температура окружающей среды при расчете рабочего процесса двигателя с наддувом принимается равной давлению рк и температуре Тк воздуха на выходе из компрессора. В зависимости от степени наддува давление наддувочного воздуха принимается:

Температура воздуха после компрессора

где пк — показатель политропы сжатия воздуха в компрессоре (нагнетателе).

Из выражения следует, что температура воздуха после компрессора зависит от степени повышения давления в нагнетателе и показателя политропы сжатия.

Величину пк принимают по опытным данным в зависимости от типа наддувочного агрегата и степени охлаждения:

 

 

2. Давление остаточных газов. В цилиндре двигателя перед началом процесса наполнения всегда содержится некоторое количество остаточных газов, находящихся в объеме Vc камеры сгорания. Величина давления остаточных газов рr устанавливается в зависимости от числа и расположения клапанов, сопротивлений впускного и выпускного трактов, фаз газораспределения, характера наддува, быстроходности двигателя, нагрузки, систем охлаждения и других факторов.

Для автомобильных двигателей без наддува, а также с наддувом и выпуском в атмосферу

Большие значения рr принимаются для высокооборотных двигателей. Для двигателей с наддувом и наличием газовой турбины на выпуске

 

3. Температура остаточных газов. В зависимости от типа двигателя, степени сжатия, числа оборотов, нагрузки и коэффициента избытка воздуха принимают значение температуры остаточных газов, которая для бензиновых двигателей при работе на номинальном режиме изменяется в пределах Тr =900-1100° К, для дизелей - Тr =700-900° К.

 

ПРОЦЕСС ВПУСКА

 

1. Температура подогрева свежего заряда. Учитывая высокое число оборотов и желание получить хорошее наполнение двигателя, принимается для бензинового и дизеля ∆Т=5º-7º

Плотность заряда на впуске

где В — удельная газовая постоянная. Для воздуха

где R = 8315 дж/кмоль град — универсальная газовая постоянная.

 

Потери давления на впуске.

Потери давления Δра за счет сопротивления впускной системы и затухания скорости движения заряда в цилиндре при некотором допущении можно определить из уравнения Бернулли:

где β — коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом сечении цилиндра; ξ вп — коэффициент сопротивления впускной системы, отнесенный к наиболее узкому ее

сечению;

ω ВП — средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы (как правило, в клапане или в продувочных окнах);

ρк и ρо — плотность заряда на впуске соответственно при наддуве и без него (при рк = ро и ρ к = ρ о).

По опытным данным в современных автомобильных двигателях на номинальном режиме (β2 + ξВП)

= 2,5÷4,0 и ωВП = 50-130 м/сек.

Величина Δра у четырехтактных двигателей без наддува на номинальном режиме колеблется в пределах: для бензиновых двигателей Δра= (0,06÷0,20) р0 Мн/м2, для дизелей Δра = (0,04÷0,18) р0 Мн/м2.

При работе двигателя с наддувом значение ра приближается к рк, однако абсолютные значения сопротивлений во впускных органах возрастают.

Для четырехтактных двигателей с наддувом

4. Давление в конце впуска. Для двигателей с наддувом и без наддува.

 

 

или

 

 

5. Коэффициент остаточных газов. Величина коэффициента остаточных газов уr определяет качество очистки цилиндров от продуктов сгорания. С увеличением уr уменьшается количество свежего заряда, которое может поступить в цилиндр двигателя в процессе впуска.

Коэффициент остаточных газов для четырехтактных двигателей:

где ε — степень сжатия, Тк = Т0 – температура после компрессора или температура окружающей среды.

В четырехтактных двигателях величина γrзависит от степени сжатия, параметров рабочего тела в конце впуска и выпуска, числа оборотов и других факторов.

С увеличением степени сжатия ε и температуры остаточных газов Тrвеличина γrуменьшается, а при увеличении давления остаточных газов и числа оборотов — возрастает:

При применении наддува величина коэффициента остаточных газов снижается.

12. Температура в конце впуска. Эту температуру Та с достаточной степенью точности определяют на основании уравнения баланса теплоты, составленного по линии впуска от точки r до точки а:

где — количество теплоты, внесенное свежим зарядом, с учетом подогрева заряда от стенок;

— количество теплоты, заключающееся в остаточных газах;

— количество теплоты, заключающееся в рабочей смеси.

Принимая в уравнении mcp— mcp" = mcp ׳ получим

Величина Та в основном зависит от температуры рабочего тела, коэффициента остаточных газов, степени подогрева заряда и в меньшей степени — от температуры остаточных газов.

У современных четырехтактных двигателей без наддува температура в конце впуска будет:

Коэффициент наполнения.

Для четырехтактных двигателей с учетом продувки и дозарядки цилиндра

для четырехтактных двигателей без учета продувки и дозарядки φп=φд=1;

Величина коэффициента наполнения в основном зависит от тактности двигателя, степени его быстроходности и совершенства системы газораспределения.

Значение коэффициента наполнения для сравнения:

Для бензиновых двигателей Для дизельных двигателей

ηv =0.70÷0.85 ηv = 0.80÷0.90

ПРОЦЕСС СЖАТИЯ

1. Средний показатель адиабаты сжатия k1 при заданном (ε) и (Та) определяют по графику

(см. рис. 7).

Рис. 7. Номограмма для определения показателя адиабаты сжатия k1

2. Средний показатель политропы сжатия. Величина n1 устанавливается по опытным данным в зависимости от числа оборотов двигателя, степени сжатия, размеров цилиндра, материала поршня и цилиндра, теплообмена и других факторов. Однако, учитывая, что процесс сжатия протекает достаточно быстро (0,015-0,005 сек на номинальном режиме), суммарный теплообмен между рабочим телом и стенками цилиндра за процесс сжатия получается незначительным и величина п1 может быть оценена по среднему показателю адиабаты сжатия k1.

Учитывая быстроходность рассчитываемого двигателя, принимают

 

3. Давление и температура в конце процесса сжатия определяются из уравнения политропы с постоянным показателем п1:

Для современных автомобильных и тракторных двигателей давление и температура в конце сжатия изменяются в пределах (для сравнения):