Для расчета рабочего процесса необходимо количественно оценить параметры, входящие в формулу коэффициента наполнения.
Для конкретного двигателя степень сжатия — постоянная величина. Она выбирается при проектировании в зависимости от линейных размеров цилиндра, быстроходности двигателя, его тактности и уровня форсировки по наддуву. Обычно ε = 8,5-19. Более подробно о выборе степени сжатия будет сказано при рассмотрении процесса сжатия.
Коэффициент остаточных газов γг зависит от конструкции системы газообмена, фаз открытия и закрытия органов газообмена, «заброса» газов из цилиндра в продувочный ресивер, линейных размеров цилиндра и т.д. При расчетах γг выбирается по данным исследований рабочего процесса дизелей на основе их натурных испытаний. Обычно для нагрузок полного хода эта величина находится в пределах:
- γr = 0,04 — 0,08 — для 4-тактных дизелей без наддува;
- γr = 0,00 — 0,06 — для 4-тактных дизелей с наддувом;
- γr = 0,02 — 0,15 — для 2-тактных дизелей с прямоточными системами продувки;
- γr = 0,08 — 0,20 — для 2-тактных дизелей с контурными системами продувки цилиндров.
Для 2-тактных двигателей коэффициент остаточных газов увеличивается с увеличением линейных размеров цилиндра, так как чем больше линейные размеры, тем больше «глухих» мест, тем труднее обеспечить их очистку. В большей степени это замечание относится к контурным системам продувки.
Температура перед впускными органами для 4-тактных двигателей без наддува равна температуре окружающего воздуха. Обычно принимают То=290° К.
Температура в продувочном ресивере у двигателей с наддувом равна:
Ts = Tk – △Tхол
- где Tк — температура воздуха на выходе из наддувочного агрегата;
- ΔТхол — падение температуры воздуха в холодильнике, установленном после нагнетателя.
Температура Тк определяется из уравнения политропного сжатия в компрессоре:
Tk = To (Pk /Po )(n-1)/n
- где Рк — давление сжатия в компрессоре (определяется выбранным уровнем форсировки двигателя);
- n — показатель политропы сжатия в компрессоре.
Можно принять:
- n = 1,5 — 1,6 — для поршневых компрессоров;
- n = 1,7 — 1,8 — для ротативных компрессоров;
- n = 1,8 — 2,0 — для неохлаждаемых газотурбонагнетателей (ГТН);
- n = 1,45 — 1,8 — для охлаждаемых ГТН.
Перепад температур ΔТхол подбирается путем выбора поверхности охлаждения воздушного холодильника таким образом, чтобы температура воздуха в продувочном ресивере находилась в пределах: Ts = 293 — 323° К. Конкретный выбор Ts зависит от типа двигателя и его системы наддува.
Температура в цилиндре Та может быть найдена с учетом того, что поступающий в цилиндр воздух нагревается до температуры Ts’ = Ts + ΔТ от стенок цилиндра, а также от остаточных газов, имеющих температуру Тг. Уравнение баланса тепла в конце процесса наполнения при условии полного перемешивания остаточных газов и поступившего в цилиндр воздуха имеет вид:
Ma Cv ”’Ta = LCv ‘Ts ‘+ Mr Cv ”Tr
- где Cv’, Cv”,Cv'” — мольные изохорные теплоемкости воздуха, остаточных газов и смеси;
- L, Мг, Ма — количество молей воздуха, остаточных газов и смеси.
Теплоемкости Cv’, Cv”,Cv'” незначительно отличаются друг от друга. Сделав допущение: Cv’ ≈ Cv” ≈ Сv”‘, — можно найти температуру в точке а:
Ta = (LTs ‘+ Mr Tr )/Ma
Так как Ма = L + Мг, Мг / L = γг, то это уравнение примет вид:
Ta = (LTs ‘+ Mr Tr )/(L + Mr) = (Ts ‘ + γrTr)/(1+γr)
Нагрев свежего заряда от стенок цилиндра обычно принимается равным: ΔТ = 10 — 20 °К. Температура остаточных газов Тг находится в пределах:
- Tr = 650 — 750 °К — для 2-тактных дизелей;
- Tr = 750 — 880 °К — для 4-тактных дизелей;
- Tr = 850 — 900 °К — для карбюраторных ДВС.
Для двигателей без наддува для определения Та необходимо в формулу (11) вместо Ts подставлять То.
Давление в продувочном ресивере Ps при отсутствии холодильника воздуха незначительно отличается от давления сжатия в компрессоре: Ps≈Pк. При наличии холодильника необходимо учитывать его гидравлическое сопротивление:
Ps ≈ Pk – ΔP хол
Это сопротивление обычно находится в пределах: ΔТхол = 0.0015 — 0.006 мПа.
Давление в цилиндре Pа в конце процесса наполнения у 4-тактных двигателей можно найти, рассчитав падение давления во впускных органах по формуле Бернулли. По опытным данным, это давление составляет:
- Pа = (0,85 — 0,95)Ро — для 4-тактных ДВС без наддува;
- Pа = (0,85 — 0,95)Pк — для 4-тактных ДВС с наддувом.
Для 2-тактных двигателей, у которых выпускной тракт закрывается позже продувочного, можно принять:
Pa ≈ (Ps + Pr )/2
где Pг — давление в выпускном коллекторе; принимается по опытным данным. Обычно Pг = (0,75 — 0,96)Ps . Если выпускной тракт закрывается одновременно или ранее продувочного тракта, то Pа = (0,9 — 1,0)Ps .
Найденные в результате расчета процесса наполнения параметры Pа, Та позволяют определить координаты начальной точки теоретической индикаторной диаграммы (точки начала сжатия).
Смотрите также:
а) Понятие коэффициента наполнения
б) Влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на процесс наполнения
