1.2 Розрахунок процесів газообміну

Температуру повітря на вході в двигун приймають відповідно до завдання. Для двигунів з наддувом температуру за компресором Т_к, К, обчислюють за рівнянням:

Tk=T0(pkp0)n-1n=T0·πkn-1n

де:

р_к — тиск після компресора, МПа:

р_к = р₀ π_к,

де:

π_к — ступінь підвищення тиску відповідно до завдання;

n — показник політропи стиску компресора:

• для поршневих нагнітачів n = 1,4–1,6;

• для об’ємних (гвинтових і ін.) n = 1,55–1,75;

• осьових і відцентрових n = 1,6–1,8.

Глибина охолодження в охолоднику наддувального повітря (ОНП) ΔТ_ОНП, К:

ΔТ_ОНП = Т_к – Т_к′,

де:

Т_к′— бажана температура заряду на вході в циліндри, К, Т_к′ = 360–370 К.

Якщо ΔТ_ОНП < 20 К, то застосування ОНП недоцільне. У цьому випадку необхідно за узгодженням з керівником роботи відкоригувати ступінь підвищення тиску чи ступінь стиску двигуна.

Для двигунів з ОНП необхідно перевірити можливість охолодження повітря до рекомендованих меж. Мінімальну температуру Т_к″, К, до якої можна остудити наддувальне повітря за даних умов і обраного типу ОНП, визначають за формулою:

Т_к″ = Т_к – E_О (Т_к – Т_охол),

де:

E_О — термічна ефективність ОНП, E_О = 0,46–0,48 для рідинно-повітряних охолодників, E_О = 0,64–0,77 для повітря-повітряних;

Т_охол — температура охолоджувального агента, К, Т_охол = 340–362 К для рідинно-повітряних охолодників, Т_охол = Т₀ для повітря-повітряних.

Якщо Т_к″ > Т_к′, то необхідну температуру на виході одержати неможливо. У цьому випадку необхідно вибрати інший тип ОНП або за узгодженням з керівником відкоригувати ступінь підвищення тиску.

Тиск залишкових газів p_r , МПа, приймають у діапазоні:

• у двигунах без наддуву p_r = (1,05–1,25)p₀;

• у двигунах з наддувом p_r = (0,75–0,98)p_к.

Температуру залишкових газів Т_r, К, орієнтовно приймають для бензинових двигунів у діапазоні Т_r = 900–1100 К, для дизелів Т_r = 600–900 К, для газових Т_r = 750–1000 К. Варто враховувати, що з ростом ступеня стиску температура залишкових газів звичайно знижується.

Тиск наприкінці впуску p_a , МПа, обчислюють за виразами (відповідно для двигунів без наддуву і з наддувом):

p_a = p₀ – Δp_a або p_a = p_k – Δp_a,

де:

Δp_a — втрати тиску на впуску, МПа. Чисельні значення Δp_a рекомендується приймати в наступних межах:

• бензинові і газові двигуни Δp_a = (0,05–0,20)·p₀;

• дизелі без наддуву Δp_a = (0,03–0,18)·p₀;

• двигуни з наддувом Δp_a = (0,03–0,1)·p_к.

Величина підігріву свіжого заряду ΔT, К, залежить від довжини впускного тракту і якості обробки його внутрішньої поверхні і рекомендується для розрахунків у наступних діапазонах:

ΔT = 0–20 К — для бензинових і газових двигунів;

ΔT = 10–40 К — для дизелів без наддуву;

ΔT = (–5)–(+10) К — для двигунів з наддувом.

Коефіцієнт залишкових газів γ_r визначають за виразом:

γr=T0(k)+ΔTTr·φоч·prε·φдоз·pa-φоч·pr,

де:

Т_0(к) = Т₀ для двигунів без наддуву; Т_0(к) = Т_к для двигунів з наддувом; Т_0(к) = Т_к′ для двигунів з наддувом і ОНП;

φ_оч = φ_доз = 1,0 — середні для чотиритактних двигунів значення коефіцієнтів відповідно очищення циліндра і дозарядки його свіжою сумішшю на номінальному режимі роботи.

При застосуванні системи рециркуляції відпрацьованих газів значення γ_r не обчислюють, а задають з діапазону γ_r = 0,08–0,12.

Дійсний коефіцієнт молекулярної зміни робочої суміші μ:

μ=μ0+γr1+γr;

Дійсне значення теплоти згоряння робочої суміші Н_{роб.сум}, кДж/кмоль:

для бензинових двигунів:

Hроб.сум=103·HU-ΔHUM1·(1+γr);

для дизелів:

Hроб.сум=103·HUM1·(1+γr);

для газових двигунів:

Hроб.сум=22,4·103·QUM1·(1+γr);

для газодизелів:

Hроб.сум=103·HUГДM1·(1+γr)

Температура наприкінці впуску Т_а, К, з огляду на наявність у циліндрі залишкових газів:

Ta=T0(k)+ΔT+γrTr1+γr.

Густина заряду на впуску (для двигунів без наддуву, з наддувом, з наддувом і ОНП відповідно) ρ_а, кг/м³:

ρa=106·p0R·T0, ρa=106·pkR·Tk, або ρa=106·pkR·T'k,

де:

R — газова стала повітря, Дж/(кг·К), R = 287 Дж/(кг·К).

Визначають коефіцієнт наповнення цилиндрів η_v:

ην=T0(k)T0(k)+ΔT·ε·φдоз·pa-φоч·pr(ε-1)p0(k);

де:

р_0(к) = р₀ для двигунів без наддуву і р_0(к) = р_к для двигунів з наддувом.

Орієнтовні значення параметрів зазначені в таблиці 2.

Таблиця 2 Параметри суміші наприкінці впуску
Тип двигуна	Коефіцієнт молекулярної зміни робочої суміші	Коефіцієнт залишкових газів	Коефіцієнт наповнення циліндрів	Температура наприкінці впуску
Бензинові: карбюраторні із електронним впорскуванням	μ = 1,02-1,12	γr = 0,04–0,1	ηv = 0,7–0,9 ηv = 0,8–0,96	Та=320–370 К
Дизельні	μ = 1,01–1,06	γr = 0,02–0,05	ηv = 0,8–0,94	Та=310–350 К
З наддувом		з підвищенням тиску наддуву γr знижується	ηv = 0,8–0,97	Та=320–400 К
Газові	μ = 0,92–0,96	γr = 0,06–0,08	ηv = 0,75–0,8	Та=350–400 К