Атмосферные условия, показатели процессов выпуска и впуска

 

Атмосферные условия: давление МПа; температура К; плотность (кг/м³) воздуха (на впуске) ,

где Дж/(кг∙град) – газовая постоянная для воздуха;

– молекулярная масса воздуха.

Принимают значения температуры и давления остаточных газов, учитывая пределы их изменений и особенности рассчитываемого ДВС:

К, МПа.

Подогрев свежего заряда от горячих стенок впускного тракта и цилинд­ра для двигателей с самовоспламенением. Для двигателей с принудительным воспламенением с учетом охлаждения заряда от испарения бензина. Увеличению подогрева способст­вуют специальные устройства для подогрева заряда, применяемые на двигателях с принудительным зажиганием, снижение расчетного числа оборотов, воздушное ох­лаждение и одностороннее расположение на двигателе впускных и выпуск­ных трубопроводов. Увеличение подогрева снижает удельную мощность дви­гателя.

Понижение давления в цилиндре на впуске, МПа:

.

Здесь: учитывает сопротивление впускного тракта и влияния затухания потока заряда в цилиндре. Меньшие значения соответст­вуют коротким, без резких поворотов впускным трубопроводам с чисто обра­ботанной внутренней поверхностью и относительно большим проходным се­чением впускных клапанов. Уменьшение коэффициента способствует увеличению мощности. Занижение или завышение этого коэффициента – одна из воз­можных причин расхождения расчетных и фактических параметров силового агрегата;

м/с – средняя скорость движения заряда в проходном сечении клапана. Меньшие значения скорости соответствуют малооборотным и короткоходным двигателям, у которых клапаны могут иметь сравнительно большие проходные сечения. Заданный уровень скорости также в значительной степени определяет соответствие результатов расчёта технической характеристике.

Давление в конце впуска, МПа:

.

Коэффициент остаточных газов

.

Коэффициент наполнения

.

Температура в конце впуска, К:

.

 

Показатели процесса сжатия

Показатель политропы сжатия принимают в пределах:

1,30 – 1,37 – для карбюраторных двигателей;

1,32 – 1,39 – для дизелей.

Большие значения относятся к высокооборотным двигателям большого литража одного цилиндра, имеющим пониженную степень сжатия и воздушное охлаждение. Изменения в указываемых пределах большого влияния на эффективные показатели двигателя не оказывают.

Давление в конце сжатия, МПа:

.

Реальные значения находятся в пределах 0,9–1,5 МПа для карбюраторных и 3,5–5,5 МПа для дизельных двигателей.

Температура в конце сжатия, К:

.

Для сравнения:

К – двигатели с принудительным воспламенением;

К – двигатели с самовоспламенением.

 

Процесс сгорания

Термохимический расчет ведется для сгорания 1 кг топлива. Теорети­чески необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг жидкого топлива:

кг возд/кг топл;

кмоль/кг топл.

Здесь С, Н и берут в соответствии с принятым элементарным соста­вом топлива по таблице 1.

Количество горючей смеси с 1 кг топлива

кмоль/кг.

То же для дизелей

кмоль/кг.

Доля углерода топлива, сгоревшего в СО при ,

.

При .

Количество отдельных компонентов продуктов сгорания при выбран­ном ,кмоль/кг топлива:

Количество СО .

Количество С0 ₂ .

Количество Н ₂ О .

Количество N ₂ .

Количество О₂ .

при

Общее количество продуктов сгорания

.

Относительное количество отдельных компонентов продуктов сгора­ния, кмоль/кг:

; ; ;

; ; .

Средние мольные теплоемкости рабочего тела, (кДж/(кмоль∙К)):
в конце сжатия ;

в конце сгорания для смеси при

.

Для смеси с

.

Заметим, подставляя значения, получают не число, а уравнение типа с искомым .

Его далее применяют в уравнении сгорания.

Теоретический коэффициент молекулярного изменения

.

Действительный коэффициент молекулярного изменения

.

Уравнение сгорания для определения температуры конца сгорания в двигателе с самовоспламенением

.

Для двигателей с принудительным воспламенением расчет температуры сгорания произво­дится по уравнению:

.

В этих уравнениях:

– теплоемкость при ;

– недовыделившаяся теплота – вследствие неполного сгорания при . При сгорании бедных смесей этой потери нет;

коэффициент использования теплоты в процессе сгорания задают в пределах:

– для двигателей с принудительным воспламенением;

– для двигателей с самовоспламенением.

Меньшие значения соответствуют высокооборотным двигателям.

Степень повышения давления для дизелей принимают: . Большие значения для открытых неразделенных камер сгорания.

Для двигателей с принудительным воспламенением рассчитывается Выполнение подстановок в уравнение сгорания после преобразований,

приводит к квадратному уравнению типа:

.

Положительное значение корня данного уравнения является искомой температурой конца процесса сгорания.

В норме К для двигателей с принудительным воспламенением, К для двигателей с самовоспламенением.

Степень повышения давления в процессе сгорания для двигателей с принудительным воспламенением:

.

Максимальное расчетное давление сгорания .

 

Процесс расширения

 

Для двигателей с принудительным воспламенением степень предварительного расширения равна 1, а степень последующего расширения равна степени сжатия.

Для двигателей с самовоспламенением степень предварительного расширения

,

степень последующего расширения

.

Показатель политропы расширения выбирают:

– для двигателей с принудительным воспламенением;

– для двигателей с самовоспламенением.

С повышением скоростного режима и уменьшением коэффициента короткоходности величина , как правило, уменьшается.

Давление (МПа) конца процесса расширения

.

МПа – для двигателей с принудительным воспламенением и МПа – для двигателей с самовоспламенением.

Температура конца процесса расширения

.

К –для двигателей с принудительным воспламенением и К – для двигателей с самовоспламенением.

Для двигателей с принудительным воспламенением , .