Подогрев свежего заряда в двигателе внутреннего сгорания

Тип двигателя	DT, К
Двигатель с воспламенением от искры	0–20
Дизель без наддува	10–40
Дизель с наддувом	(–5)–(+10)

В двигателях с наддувом величина подогрева свежего заряда снижается из-за уменьшения температурного перепада между деталями двигателя и температурой наддувочного воздуха. При повышении температуры наддувочного воздуха возможны и отрицательные значения DT.

Для определения изменения величины подогрева заряда на скоростном режиме, отличающемся от номинального, в ориентировочных расчетах можно использовать формулу, К

,

(4.1)

где – коэффициент пересчета; ΔT_N – величина подогрева свежего заряда на режиме номинальной мощности, К.

2. Определяется плотность заряда на впуске, кг/м³

,

(4.2)

где R_в – удельная газовая постоянная для воздуха, Дж/(кг·град).

Для воздуха значение удельной газовой постоянной определяется по формуле, Дж/(кг·град)

,

(4.3)

где R – универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль·град); μ_в – масса 1 кмоль воздуха кг/кмоль.

Универсальная газовая постоянная равна R = 8315 Дж/(кмоль·град), а молярная масса воздуха μ_в = 28,96 кг/кмоль.

Таким образом, удельная газовая постоянная воздуха составит

Дж/(кг·град).

3. Определяются потери давления на впуске за счет сопротивления впускной системы и затухания скорости движения заряда в цилиндре, МПа

,

(4.4)

где β – коэффициент затухания скорости движения заряда в цилиндре; ξ_вп – коэффициент сопротивления впускной системы, отнесенный к наиболее узкому ее сечению; A_n – параметр; n – частота вращения коленчатого вала в расчетном режиме, об/мин.

Параметр A_n

,

(4.5)

где w_вп – средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы, м/с.

По опытным данным в современных автомобильных двигателях на номинальном режиме (β² + ξ_вп) = 2,5–4,0 и w_вп = 50–130 м/с.

4. Определяется давление в конце впуска, МПа

.

(4.6)

5. Качество очистки цилиндра от продуктов сгорания характеризуется отношением количества остаточных газов M_r к количеству свежего заряда M₁, заполнившего цилиндр после окончания процесса впуска. Это отношение называется коэффициентом остаточных газов γ_r. С увеличением γ_r уменьшается количество свежего заряда, поступающего в цилиндр в процессе впуска.

Коэффициент остаточных газов для четырехтактных двигателей с учетом продувки и дозарядки цилиндра определяется по формуле

,

(4.7)

а без учета продувки и дозарядки (для дизелей) по формуле

,

(4.8)

где j_оч – коэффициент очистки; j_доз – коэффициент дозарядки; e – степень сжатия.

Для двигателей с искровым зажиганием без наддува принимается коэффициент очистки j_оч = 1. Коэффициент дозарядки может быть определен по рис. 3.1.

6. Температура в конце впуска при допущении, что теплоемкости свежего заряда, остаточных газов и смеси свежего заряда с остаточными газами равны, с достаточной степенью точности определяется из уравнения баланса теплосодержаний газов, К

.

(4.9)

7. Коэффициент наполнения представляет собой отношение действительного количества свежего заряда, поступившего в цилиндр, к тому количеству, 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.

Для четырехтактных двигателей с учетом продувки и дозарядки цилиндра коэффициент наполнения может быть определен по формуле

,

(4.10)

а для четырехтактных двигателей без учета продувки и дозарядки (например, дизелей)

.

(4.11)

Расчет процесса сжатия

Расчет процесса сжатия сводится к определению среднего показателя политропы сжатия n₁, параметров конца сжатия (давления p_с и температуры T_с) и теплоемкости рабочего тела в конце сжатия .

1. Величина политропы сжатия устанавливается в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя, степени сжатия, размеров цилиндра, материала поршня и цилиндра, теплообмена и других факторов.

Учитывая, что процесс сжатия протекает достаточно быстро (0,015–0,005 с на номинальном режиме), суммарный теплообмен между рабочим телом и стенками цилиндра за процесс сжатия получается незначительным и величину n₁ можно оценить по среднему показателю адиабаты k₁. При известных значениях степени сжатия ε и температуры в конце процесса впуска T_a величину показателя адиабаты можно определить по номограмме, показанной на рис. 5.1.

Значения показателей политропы сжатия n₁ в зависимости от показателя адиабаты k₁ устанавливаются в пределах, указанных в табл. 5.1.

Таблица 5.1