Температура подогрева свежего заряда

Величина подогрева свежего заряда Δ Т зависит от расположения и кон-струкции выпускного трубопровода, системы охлаждения двигателя и охлаж-дения выпускного трубопровода, быстроходности двигателя, наддува
и других факторов. Повышение температуры улучшает процесс испарения топлива, но снижает плотность заряда и ухудшает наполнение двигателя.

Для разных типов двигателейΔ Т (К) находится в пределах:

	0…20	(карбюраторные двигатели);
	10…40	(дизели без наддува);
Для  0…30		(двигатели с наддувом).

Как правило, V -образные двигатели по сравнению с рядными имеют меньший подогрев заряда.

 

Коэффициент избытка воздуха

Применяемое для расчета значение коэффициента избытка воздуха в основном определяется типом двигателя и способом смесеобразования и находится в пределах:

дизели с нераздельными камерами сгорания и объемным смесеобразованием….	……… α = 1,5…1,8;
дизели с камерой в поршне и объемно-пленочным смесеобразованием……………...	……… α = 1,4…1,6;
дизели с предкамерами………………….	……… α = 1,35…1,5;
дизели с вихревыми камерами………….	……… α = 1,25…1,4;
карбюраторные двигатели………………	……… α = 0,85…0,9;
дизели с наддувом……………………….	……… α = 1,35…2,0.

 

Показатели политроп сжатия и расширения

Средний показатель политропы сжатия n ₁ зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя, степени сжатия, формы камеры сгорания, размеров цилиндра, материала поршня и головки цилиндров, теплообмена и других факторов.

Для современных двигателей средний показатель политропы сжа-тия n ₁ находится в пределах:

дизели с нераздельными камерами сгорания	n 1 = 1,38…1,4;
дизели с раздельными камерами сгорания	n 1 = 1,35…1,38;
карбюраторные двигатели	n 1 = 1,34…1,39.

При выборе n ₁ следует иметь в виду, что с увеличением частоты вращения двигателя показатель политропы сжатия увеличивается. Дизели с камерой в поршне имеют n ₁, близкий к 1,4.

Средний показатель политропы расширения n ₂ зависит от степени догорания топлива, интенсивности отвода тепла в процессе расширения, утечек через неплотности и находится в пределах:

дизельные двигатели	n 2 = 1,2…1,27;
карбюраторные двигатели	n 2 = 1,24…1,3.

При этом меньшие значения относятся к высокооборотным дизелям с небольшими степенями повышения давления. Показатель возрастает
с увеличением интенсивности охлаждения деталей двигателя и усиле-нием утечек заряда через неплотности.

Для дизельных двигателей серии ЯМЗ средний показатель поли-тропы n ₂ = 1,2…1,22.

Коэффициент использования тепла

Коэффициент использования тепла ξ выражает долю используемого тепла на участке видимого сгорания (сz^'z) на увеличение внутренней энергии и совершение работы. Величина его зависит от конструктивных особенностей двигателя, режима работы и регулировки двигателя, способа смесеобразования, формы камеры сгорания и других пара-метров. Чем совершеннее процесс смесеобразования и больше скорость сгорания, тем выше ξ. При поздних углах опережения зажигания
и впрыска топлива возрастает количество догорающего топлива и ко-эффициент использования тепла уменьшается. С увеличением частоты вращения относительная теплоотдача в стенки цилиндра уменьшается, но более значительное влияние оказывает догорание топлива, поэтому ξ снижается. Повышение степени сжатия и применение компактных камер сгорания приводит к увеличению ξ.

Коэффициент использования тепла находится в пределах:

дизели с нераздельными камерами сгорания	ξ = 0,75…0,85;
дизели с раздельными камерами сгорания	ξ = 0,7…0,8;
карбюраторные двигатели	ξ = 0,8…0,95.

 

Степень повышения давления

Степень повышения давления выбирается только для дизельных двигателей:

дизели с нераздельными камерами сгорания и объемным смесеобразованием………………………….	1,16…2,0;
дизели с камерой в поршне и объемно-пленочным и пленочным смесеобразованием………………………….	1,5…1,8;
дизели с раздельными камерами сгорания………….	1,4…1,7.

Коэффициент  наполнения

По опытным данным коэффициент наполнения при полной
нагрузке   двигателя   составляет:

карбюраторные двигатели	ηV  =  0,75…0,9;
дизели с неразделенными камерами сгорания	ηV  =  0,78…0,94;
дизели с разделенными камерами сгорания	ηV  =  0,75…0,85;
дизели с наддувом	ηV  =  0,8…0,97

(нижние значения относятся к двигателям с высокой средней скоростью поршня).

 

1.2. Определение параметров состояния рабочего тела
в характерных точках индикаторной диаграммы

После выбора и обоснования исходных данных для процес-
сов впуска, сжатия, расширения и выпуска должны быть определены давление и температура в характерных точках индикаторной диаграм-
мы.

Процесс  впуска

Давление в конце впуска (мПа)

двигатели без наддува
двигатели с наддувом

где Δ р – потери давления вследствие сопротивления впускной системы
и затухания скорости движения заряда в цилиндре.

Потери давления (МПа) можно приблизительно определить по урав-нению  Бернулли:

,

,

где β – коэффициент затухания скорости движения заряда;
ξ_вп – коэффициент сопротивления впускной системы; W_вп – средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы
(в клапанах); ρ ₀, ρ_к – плотность заряда на впуске для двигателей без над-дува и с наддувом соответственно. По опытным данным в современных автотракторных двигателях на номинальном режиме работы

(β ² + ξ_вп) = 2,5…4,

W_вп = 50…130 м/с.

Чем больше быстроходность двигателя и средняя скорость движе-
ния  поршня,  тем  эти  значения  выше.

Плотность заряда (кг/м³) на впуске определяется по уравне-
нию   состояния  идеального   газа:

для   двигателей   без   наддува

 с наддувом, причем  измеряется в МПа, Т ₀ – в кельвинах (К):

,

R – удельная газовая постоянная воздуха, R = 287 Дж/кг·К.

Определив плотность заряда и задавшись значениями (β ² + ξ_вп)
и   W_вп,  находят потери давления Δ р_а и давление в конце впуска   р_а.

Коэффициент остаточных газов

.

 

Температура в конце впуска (К)

.

Процесс сжатия

Давление в конце сжатия (МПа)

.

 

Температура в конце сжатия (К)

Процесс сгорания

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива L ₀ () или   l ₀  ():

,

,

где С, Н, О – массовые доли углерода, водорода и кислорода соответственно в элементарном составе топлива (табл. 1); 0,21 – объем-ное содержание кислорода в 1 кг воздуха; 0,23 – массовое содержание кислорода в 1 кг воздуха.

Для автомобильных и тракторных двигателей применяются авто-мобильные бензины (ГОСТ 2084-77) и дизельное топливо (ГОСТ 305-82).

 

Таблица 1. Элементарный состав и теплота сгорания топлива

Топливо	Содержание в массовых долях			Низшая теплота сгорания Q H, (кДж/кг)	Молярная масса топлива μТ (кг/Кмоль)
	С	Н	О
Автомобильный бензин	0,855	0,145	–	44 000	110…120
Дизельное	0,87	0,125	0,005	42 500	180…200

 

Действительное количество молей свежего заряда ():

дизели	М 1 = М;
карбюраторные двигатели	М 1 = М + ,

где M = α · L ₀ – действительное количество воздуха, необходимое
для сгорания 1 кг топлива; μ_Т – молекулярная масса паров авто-мобильных бензинов,  μ_Т = 110…120 .

 

Количество молей продуктов сгорания ()

	при α > 1 (сгорание в дизелях);
	при α < 1 (сгорание в карбюраторных двигателях).

 

Действительный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси

,

где  –  коэффициент молекулярного изменения горючей смеси.

 

Температура в конце видимого сгорания (К)

Температура конца видимого сгорания Т _z определяется из уравнения сгорания, которое различно для дизелей и кар­бюраторных двигателей.

В общем виде уравнение сгорания имеет вид:

для дизелей (α > 1)

для  карбюраторных  двигателей   (α < 1)

где ξ – коэффициент использования тепла; Q_H – теплотворность топлива (кДж/кг); Δ Q_H = 119,95·(1 – α)· L ₀·10³ – неполнота сгорания (кДж/кг); μC_VC и μC_VZ – средние мольные теплоемкости при пос­тоянном объеме рабочей смеси и продуктов сгорания соответственно (кДж/кмоль·град).

Значения средних мольных теплоемкостей (кДж/(кмоль·К)) при-ближенно могут быть определены по выражениям:

для рабочей смеси

для продуктов сгорания в дизеле

для продуктов сгорания в карбюраторном двигателе

Подставив значения теплоемкости, приведем уравнение сгорания
к виду

и определим температуру в конце видимого сгорания (К):

.

Давление в конце видимого сгорания (МПа)

По температуре Т _z определяется давление газов в конце видимого сгорания:

для карбюраторных двигателей

p_z = β· p_c· (),

для дизелей

р _z = λ· p_c,

где λ – степень повышения давления, принятая при выборе исходных данных.

Степень предварительного расширения в дизеле находится
по выражению:

.

Для выполненных конструкций дизелей ρ = 1,2…1,7.

Степень повышения давления для карбюраторного двигателя .

Процесс  расширения

В процессе расширения происходит преобразование тепловой  энергии  в  механическую  работу.

Давление р_в (МПа) и температура Т_в (К) в конце расширения определяются по уравнениям политропного процесса:

в дизелях	,
в карбюраторных двигателях	,

где   δ = ε/ρ  – степень последующего расширения.