Расчет термодинамических процессов рабочего цикла двигателя-прототипа
2.1. Процессы впуска и выпуска
а). Задаются значениями: То; ро ; Тr ; рr; Т; ра.
Температура То и давление ро окружающей среды принимаются в соответствии со стандартными атмосферными условиями: То=273+25=298К; ро=0,1 МПа.
Температура Тr и давление рr остаточных газов зависят от частоты вращения и нагрузки двигателя, сопротивления выпускного тракта, способа наддува.
Для двигателей со свободным впуском:
рr=(1,05…1,20)рo ,
для двигателей с высокой частотой вращения принимаются большие значения рr.
Для двигателей с газотурбинным наддувом:
рr=(0,75…0,95)рк ,
давление наддувочного воздуха рк для существующих двигателей:
рк=(1,5…2,2)ро.
Температура остаточных газов зависит в основном от коэффициента избытка воздуха , степени сжатия , частоты вращения коленчатого вала, нагрузки.
В существующих двигателях значения Тr соответствуют:
для бензиновых и газовых двигателей-----900…1100 К;
для дизелей------600…900 К.
Большие значения Тr выбираются для высокооборотных двигателей и двигателей с низкой степенью сжатия.
Т- степень подогрева свежего заряда во впускном тракте зависит от частоты вращения, наличия наддува и принимается в следующих пределах:
для
бензиновых и газовых двигателей
--------10…30
;
для дизелей без наддува ------------------------ 10…20 ;
для двигателей с наддувом ---------------------- 0…10 .
Давление в конце впуска ра принимается из следующих соотношений:
ра= рк - ра ; для двигателей без наддува - ра = ро - ра.
У двигателей потери давления ра за счет сопротивления впускного тракта находятся в пределах (большие значения принимаются для высокооборотных двигателей):
для бензиновых и газовых двигателей - (0,05…0,2)ро;
для дизелей без наддува - (0,03…0,18)ро;
для дизелей с наддувом - (0,03…0,1)рк.
б). Определяют величины: r (коэффициент остаточных газов), Тa (температура конца наполнения) и v (коэффициент наполнения) по следующим формулам:
(1)
(3)
Для двигателей без наддува в уравнениях (1), (2), (3) Тк = То; рк = ро.
Температура воздуха за компрессором:
,
(4)
где nк - показатель политропы сжатия в компрессоре, принимается в пределах 1,4…2.
Для достоверности результатов расчета процесса впуска необходимо ориентироваться на следующие рекомендации.
Коэффициент остаточных газов r находится в следующих пределах:
для бензиновых и газовых двигателей - 0,06…0,12;
для дизелей без наддува и с наддувом - 0,03…0,06.
Значения Та для современных двигателей находятся в пределах:
для бензиновых и газовых двигателей – 320…380 К;
для дизелей без наддува – 310…350 К;
для дизелей с наддувом – 320…400 К.
Значения v находятся в пределах:
для бензиновых и газовых двигателей – 0,75…0,85;
для дизелей без наддува – 0,8…0,9;
для дизелей с наддувом – 0,8…0,95.
в). В зависимости от принятого значения коэффициента избытка воздуха определяют массу свежего заряда, введенного в цилиндры двигателя (ориентировочно):
М1 = lо / 29, кмоль,
где lo = 14,5 кг. воздуха / кг. топлива – для дизеля;
lo = 15 кг. воздуха/ кг. топлива – для бензинового двигателя.
Масса воздуха в кмолях: Lo =lo/29. (29 –масса 1 кмоль воздуха).
Для принятия значения необходимо учесть способ смесеобразования в соответствии с рекомендациями табл. 1.
Таблица 3
Расчетные значения в зависимости от способа смесеобразования
Коэфф. избытка воздуха |
Дизели |
Двигатели с искровым зажиганием |
|||||
Способ смесеобразования |
|||||||
Объемн. |
Объемно-пленочн. |
Пленочн. |
С разделен камерой сгорания |
С наддувом (для всех способов смесеобра зования) |
Газовые |
Инжекто-рные |
|
|
1,4…1,6 |
1,3…1,4 |
1,15…1,2 |
1,2…1,25 |
1,7…2,0 |
(1,1..1,3) |
1,05 |