2.2 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:

де р_к – тиск після компресора, МПа:

р_к = р₀ · π_к,

де π_к – ступінь підвищення тиску відповідно до завдання на проектування;

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.

Для двигунів з наддувом напір компресора H_Кад, Дж/кг визначається за рівнянням:

де R – газова стала повітря, Дж/(кг·К), R = 287 Дж/(кг·К),

k – показник адіабати для повітря, k = 1,4.

Глибина охолодження в охолоднику наддувного 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 проектування 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 наддуване 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 охолодного 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 проектування відкоригувати ступінь підвищення тиску.

Тиск залишкових газів p_r , МПа, приймають у діапазоні:

• у двигунах з механічним наддувом і без наддуву p_r= (1,05...1,25)·p₀;

• у двигунах з турбонаддувом 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 двигунів з наддувом Т_r ≤ 950 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):

де p_a – втрати тиску на впуску, МПа. Чисельні значення p_a рекомендується приймати в наступних межах:

- бензинові і газові двигуни p_a = (0,05...0,20)·p₀;

- дизелі без наддуву p_a = (0,03...0,18)·p₀;

- двигуни з наддувом p_a = (0,03...0,1)·p_к.

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

T = 0...20 К – для бензинових і газових двигунів;

T = 10...40 К – для дизелів без наддуву;

T = (-5)...(+10) К – для двигунів з наддувом.

Коефіцієнт залишкових газів _r визначають за виразом:

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;

_оч = _доз – середні для чотиритактних двигунів значення коефіцієнтів відповідно очищення циліндра і дозарядки його свіжою сумішшю на номінальному режимі роботи; _оч = 1,0; _доз = 1,03…1,06 для двигунів з динамічним наддувом, _доз = 1,04…1,1 для двигунів з механічним та турбонаддувом, _доз = 1,0 у інших випадках.

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

Дійсний коефіцієнт молекулярної зміни робочої суміші μ:

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

- для бензинових двигунів:

- для дизелів:

- для газових двигунів:

- для газодизелів:

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

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

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

Визначають коефіцієнт наповнення цилиндрів η_v:

де р_0(к)=р₀для двигунів без наддуву ір_0(к)=р_кдля двигунів з наддувом.

Орієнтовні значення параметрів зазначені в таблиці 2.2.

Таблиця 2.2 – Параметри суміші наприкінці впуску

Тип двигуна	Коефіцієнт молекулярної зміни робочої суміші	Коефіцієнт залишкових газів	Коефіцієнт наповнення циліндрів	Температура наприкінці впуску
Бензинові без наддуву	 = 1,02...1,12	r = 0,04...0,08	v = 0,8...0,96	Та = 310...360 К
Дизельні	 = 1,01...1,06	r = 0,02...0,05	v = 0,8...0,94	Та = 310...350 К
З наддувом		з підвищенням тиску наддуву r знижується	v = 0,8...0,97	Та = 320...400 К
Газові	 = 0,92...0,96	r = 0,06...0,08	v = 0,75...0,8	Та = 350...400 К