Зразок роботи
1.1.1. Розрахунок процесу впуску
В циліндрі двигуна перед початком процесу в сучасних швидкохідних двигунах відкриття впускного клапана починається в середньому за 10...40° повороту колінчастого валу до приходу поршня до ВМТ‚ а закриття - через 40...80 після НМТ. При роботі двигуна без наддуву до циліндра потрапляє повітря з атмосфери. В цьому випадку тиск повітря в навколишньому середовищі приймаємо рівним p_0=0,1 МПа‚ а температуру T_0=288° ,К (15℃).
Для автомобільних двигунів без наддуву‚ а також з наддувом і випуском в атмосферу значення тиску залишкових газів знаходиться в межах:
p_r=(1,05…1,25) p_0=0,105…0,125,МПа; (1.1.1)
Значення температури залишкових газів T_r залежить від типу двигуна‚ міри стиску‚ навантаження‚ частоти обертання колінчастого вала, коефіцієнта надлишку повітря і знаходиться в межах:
- для дизелів - T_r=700…900°,К;
В залежності від типу двигуна температуру підігріву свіжого заряду приймають
- для дизелів без наддуву - ΔT=10…40°;
Тиск в кінці впуску визначається з рівняння
- для двигунів без наддуву
p_a=p_0-〖Δp〗_a=0,1-0,006=0,094,МПа; (1.1.2)
Втрати тиску 〖Δp〗_a внаслідок опору впускної системи і затухання швидкості руху заряду в циліндрі з деякими припущеннями можна визначити з рівняння Бернулі
〖Δp〗_a=(β^2+ξ_вп ) (ω_вп^2)/2×ρ_0×〖10〗^(-6)=4×〖50〗^2/2×1,21×〖10〗^(-6)=0,006,МПа; (1.1.3)
де: β - коефіцієнт затухання швидкості руху заряду в перерізі циліндра
ξ_вп-коефіцієнт опору впускної системи віднесений до найбільш вузького її перерізу
ω_вп - середня швидкість руху заряду в найменшому перерізі впускної системи;
ρ_0 - густина заряду під час впуску відповідно при наддуві і без нього (при p_к=p_0 і ρ_к=ρ_0).
За дослідними даними в сучасних двигунах
(β^2+ξ_вп )=2,5…4; ω_вп=50…130,м/с.
Густина впускного заряду
ρ_0=(p_0×〖10〗^6)/(B×T_0 )=(0,1×〖10〗^6)/(287×288)=1,21,кг/м^3 ; (1.1.4)
де: B=287 дж/(кг×град) – питома газова постійна.
В залежності від типу двигуна величина 〖Δp〗_a для чотиритактних двигунів на номінальному режимі складає:
- для дизелів 〖Δp〗_a=(0.04…0.18) p_0=0.004…0.018 МПа;
Величина коефіцієнта залишкових газів r визначає якість очищення циліндрів від продуктів згоряння і для чотиритактних двигунів дорівнює:
- без урахування продувки і дозарядки циліндра :
γ_r=(T_0+ΔT)/T_r ×p_r/(ε×p_a-p_r )=(288+10)/800×0,105/(17,5×0,094-0,105)=0,37×0,07=0,0259; (1.1.5)
де: ε – міра стиску;
- для дизелів без наддуву - γ_r=0,02…0,06;
Температуру в кінці впуску а Т з достатньою точністю можна визначити на основі рівняння балансу теплоти , складеного відповідно процесу впуску:
M_1 mc_p (T_к+ΔT)+M_r mc_p^'' T_r=(M_1+M_r)mc_p^' T_a (1.1.6)
де: M_1 mc_p (T_к+ΔT) - кількість теплоти , внесеної свіжим зарядом , з урахуванням підігріву заряду від стінок
M_r mc_p^'' T_r - кількість теплоти в залишкових газах
(M_1+M_r)mc_p^' T_a - кількість теплоти в робочій суміші.
Враховуючи, що mc_p≈mc_p^''≈mc_p^', знайдемо
T_a= (T_0+ΔT+γ_r×T_r)/(1+γ_r )=(288+10+0,0259×800)/(1+0,0259)=310,7°,К; (1.1.7)
- для дизелів T_a=(310…350),°К;
З рівняння балансу теплоти (1.8) по лінії впуску для чотиритактних двигунів
- без урахування продувки і дозарядки (φ_d=φ_n=1)
η_ν=T_0/(T_0+ΔT)×1/(ε-1)×1/p_0 (ε×p_a-p_r )=288/(288+10)×1/(17,5-1)×1/0,1×(17,5×0,094-0,105)=0,96×0,06×10×1,54=0,89; (1.1.8)
Значення коефіцієнта наповнювання для різних типів чотиритактних двигунів при їх роботі з повним навантаженням
- для дизелів без наддуву - η_ν=0,8…0,9;
Магістр