Выбор параметров заряда на впуске в двигатель.

В качестве параметров исходного состояния заряда на впуске принимают следующие: для двигателей без наддува — давление р₀ и температуру Т_о окружающей среды; р_о = 0,1 МПа, Т_О = 298К (+25 °С), для двигателей с наддувом — давление р_к и темпе­ратуру Т_к заряда после компрессора. В зависимости от степени наддува принимаются следующие значения давления наддувоч­ного воздуха [7 ]: при низком наддуве — 1,5р₀, при среднем — (1,5... 2,2)р₀, при высоком — (2,2... 2,5)р₀. Для современных автотракторных двигателей применяются в основном низкий и средний наддув. Температура после компрессора

 

где п_к — показатель политропы сжатия воздуха в компрессоре. В зависимости от типа наддувочного агрегата и степени его охлаждения значения п_к принимают в следующих пределах: для поршневого — 1,4 — 1,6, для объемного — 1,55 — 1,80, для центробежного с охлаждаемым корпусом — 1,45 — 1,80, с не-охлаждаемым — 1,8 — 2,0. При наличии охладителя температура наддувочного воздуха

где ДТ_К — величина снижения температуры воздуха в охладителе, равная 30 — 70 °С [16].

 

РАСЧЕТ ПРОЦЕССОВ ГАЗООБМЕНА

Процессы газообмена включают очистку цилиндра от продуктов сгорания и наполнение его свежим зарядом. Перед началом про­цесса впуска в объеме V_c камеры сгорания всегда содержится неко­торое количество остаточных газов. Давление их р_г зависит от числа и расположения клапанов, сопротивления впускного и выпуск­ного коллекторов, фаз газораспределения, частоты вращения и нагруз­ки двигателя, способа наддува и других факторов. В автотракторных двигателях, работающих на номинальном режиме без наддува, = (1,05... 1,25)р₀, с наддувом - = (0,75... 0,98)р_к.

Для карбюраторных двигателей при полностью открытом дрос­селе в зависимости от частоты вращения для нахождения р_г можно использовать зависимость [3]

(4)

где п_х — текущая частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин.

При необходимости определения р_г двигателя, работающего на различных скоростных режимах, пользуются формулой [3]

(5)

Температура остаточных газов Т_г зависит от конструктивных параметров и режима работы двигателя. Для четырехтактных дви­гателей, работающих на номинальном режиме, она принимается в следующих пределах: для карбюраторных — 900 — 1 100 К, для дизелей — 600 — 900, для газовых — 750 — 1 000 К.

При выборе значения Т_г следует учитывать, что с повышением частоты вращения температура остаточных газов возрастает, а при увеличении степени сжатия и угла опережения зажигания (подачи топлива) — снижается.

Температура подогрева свежего заряда ∆T зависит от конст­рукции впускного трубопровода, его установки, способа по­догрева свежего заряда, скоростного режима двигателя. В двига­телях с наддувом величина ∆T снижается из-за уменьшения тем­пературного перепада между нагретыми деталями двигателя и над­дувочным воздухом. При повышении ∆T улучшается смесеобра­зование, но снижается плотность заряда и, как следствие, напол­нение и мощность двигателя.

При расчете номинальных режимов работы четырехтактных двигателей значения ∆T [16] принимают в следующих пределах: для карбюраторных — -5 - +25, для дизелей без наддува — +20 - +40, для двигателей с наддувом — 0 - +10 °С.

При частотах вращения вала двигателя п_х, отличных от но­минальной, величина подогрева заряда на впуске может быть определена по формуле [3]

∆Т = ∆Т^Н • (110 - 0,0125п_х)/(110 - 0,0125п_н). (6)

 

Давление заряда в конце впуска р_а

Под давлением конца впуска р_а понимается среднее давле­ние за весь процесс впуска. Так как впускная система двигателя оказывает сопротивление прохождению заряда, для безнад­дувных двигателей оно всегда ниже атмосферного давления р₀. Для двигателей с наддувом р_а меньше давления наддувочного воздуха р_к:

Потери давления ∆р_а на впуске определяются гидравлическим сопротивлением воздушного фильтра Арф, впускного трубопровода ∆р_тр, впускного клапана Ар_кл, карбюратора ∆р_кар, охладителя над­дувочного воздуха ∆р_охл и других устройств ∆р_п [3 ]:

(7)

Сопротивление воздушного фильтра ∆р_ф может быть найде­но по графику (рис. 1.1) в зависимости от пылеемкости фильтра [9]:

(8)

где П_ф — пылеемкость фильтра, г • ч/м³; — запыленность воздуха, г/м; t — срок службы фильтра, ч.

Принята следующая классификация запыленности ат­мосферного воздуха: пониженная — меньше 0,0005 г/м³, малая — 0,0005 — 0,002; повышенная — 0,002 — 0,01, максимальная — 0,01 — 0,60, „нулевая" видимость — 0,8 —. 1,0 г/м³ [9]. Величины других сопротивлений, входящих в формулу, приближенно соответствуют следующим значениям: ∆р_тр = ∆р_кл = 0,001... 0,0015-∆Ркар - 0.015 - 0,02 МПа.

Показатели сопротивления охладителя ∆р_охл и других устройств ∆р_п подбирают так, чтобы суммарные гидравлические потери ∆р_а для 4-тактных двигателей, работающих на номинальном режиме, находились в таких пределах: для карбюраторных двигате­лей — (0,05... 0,2)р_о, дизелей без наддува — (0,03... 0,16)р_о, с наддувом — (0,03... 0,10)р_к.

Величина у_г характеризует качество очистки цилиндра от про­дуктов сгорания. При тепловом расчете двигателя она может быть определена по формуле

При безнаддувочном варианте двигателя в дальнейшем будем считать Т_к = Т_о; р_к = р₀.

Расчетные значения у_г двигателей, работающих на номинальном режиме, не должны выходить за следующие пределы: 0,04 — 0,08 — для карбюраторных и газовых двигателей, 0,03 — 0,06 — для дизелей.

Температура заряда в конце впуска Т_а рассчитывается по фор­муле

Значения Т_а для 4-тактных ДВС, работающих на номинальном режиме, должны находиться в следующих пределах: для карбюраторных — 320 — 380 К, для дизелей без наддува — 310 — 350, с наддувом — 320 - 400 К.

.Коэффициент наполнения tj_v представляет собой отношение действительного количества свежего заряда Gj, поступившего в цилиндр в процессе впуска, к количеству G_o, которое могло бы, поместиться в рабочем объеме цилиндра при условии, что темпе­ратура и давление в нем равны температуре и давлению среды, из которой поступает свежий заряд (р₀ и Т_о — для двигателей без наддува, р_к и Т_к — для двигателей с наддувом) [16].

При расчете процесса наполнения величину t]_v для 4-тактных двигателей можно определить по следующей формуле [14].

Численные значения r/_v для 4-тактных двигателей с номиналь­ным режимом работы должны находиться в следующих пределах [14]: для карбюраторных — 0,7 — 0,9, для дизелей без наддува — 0,80 — 0,94, с наддувом — 0,80 — 0,97.

РАСЧЕТ ПРОЦЕССА СЖАТИЯ

Основными параметрами процесса сжатия являются давление р_с и температура Т_с конца сжатия. Их рассчитывают по формулам

,

,

где n₁ — средний показатель политропы сжатия, характеризующий теплообмен между зарядом и стенками цилиндра и зависящий от многих конструктивных и эксплуатационных характеристик. Все факторы, способствующие уменьшению отвода теплоты от заряда в окружающую среду, приводят к увеличению nj и, сле­довательно, к улучшению выходных показателей цикла.

Возможные значения n₁, р_с и Т_с двигателя, работающего на номинальном режиме, даны в табл. 1.2 [16].

предыдущего цикла, к числу молей свежего заряда M_b поступив­шего в цилиндр в процессе впуска [14]:

Таблица 1.2

Тип двигателя	n1	pC, МПа	TC, K
Карбюраторный Дизель без наддува Дизель с наддувом (без промежуточный охлаждения воздуха)	1,34-1,39 1,38-1,42   1,35-1,38	0,8-2,0 3,5-5,0   6,0-8,0	550-800 700-950   900-1100

 

При отсутствии данных о величине показателя политропы сжатия проектируемого двигателя, а также двигателей, работающих на скоростных режимах, отличных от номинального, можно задаться зависимостью

n₁ = 1,41 – 110/ n

где n — частота вращения коленчатого вала, об/мин.

 

1.4. РАСЧЕТ ПРОЦЕССА СГОРАНИЯ

В процессе сгорания тепло, подведенное к рабочему телу, рас­ходуется на изменение его внутренней энергии и совершение внеш­ней работы. Расчет процесса сгорания производится в два этапа: 1 — термохимический для определения количества рабочего тела в цилиндре; 2 — термодинамический для установления параметров состояния рабочего тела.