Температура остаточных газов бензинового двигателя
Процесс впуска является одним из наиболее важных процессов, определяющим мощностные показатели двигателя. За период процесса впуска осуществляется наполнение цилиндра свежим зарядом.
2.2.1 Давление и температура окружающей среды
При работе двигателя без наддува в цилиндр поступает воздух из атмосферы. В этом случае при расчёте рабочего цикла двигателя давление и температура окружающей среды принимаются равными МПа и K соответственно.
При работе автомобильных двигателей с наддувом воздух поступает в цилиндр из компрессора (нагнетателя), где он предварительно сжимается. В соответствии с этим давление и температура окружающей среды при расчёте рабочего цикла двигателя с наддувом принимается равной давлению рки температуре Тkвоздуха на выходе из компрессора.
В курсовом проекте величина рk задана в таблице 1.1.
Температура воздуха за компрессором Тk в градусах Кельвина (К) определятся по формуле
где nк– показатель политропы сжатия в компрессоре (нагнетателе), принимается nк= 1,4…2,0.
При работе двигателя без наддува в цилиндр поступает воздух из атмосферы. В этом случае при расчете рабочего цикла двигателя давление и температура окружающей среды принимаются МПа и K. Для получения однообразных формул в дальнейшем имеется в виду, что для двигателя без наддува справедливы условия:
2.2.2 Давление и температура остаточных газов
В цилиндре двигателя перед началом процесса наполнения всегда содержится некоторое количество остаточных газов, находящихся в объёме Vcкамеры сгорания. Величина давления остаточных газов устанавливается в зависимости от числа и расположения клапанов, сопротивлений впускного и выпускного трактов, фаз газораспределения, характера наддува, быстроходности двигателя, нагрузки, системы охлаждения и других факторов.
Для автомобильных двигателей без наддува, а также с механическим наддувом давление остаточных газов в МПа принимают равным
Большие значения рrпринимаются для двигателей с высокой частотой вращения коленчатого вала.
Для двигателей с газотурбинным наддувом давление остаточных газов в МПа принимают равным
В зависимости от типа двигателя, степени сжатия, частоты вращения и коэффициента избытка воздуха выбираются значения температуры остаточных газов из следующих пределов:
- для карбюраторных двигателей 900…1100 К;
- для дизельных двигателей 600…900 К.
При установлении величины Тrнеобходимо иметь в виду, что при увеличении степени сжатия и обогащении рабочей смеси температура остаточных газов снижается, а при увеличении частоты вращения – возрастает.
2.2.3 Степень подогрева заряда
В процессе наполнения температура свежего заряда несколько увеличивается на величину благодаря подогреву от нагретых деталей двигателя. Величина зависит от расположения и конструкции впускного трубопровода, системы охлаждения, скоростного режима, нагрузки, размеров цилиндра. С увеличением числа оборотов величина при неизменном крутящем моменте двигателя уменьшается приблизительно линейно.
Повышение температуры улучшает процесс испарения топлива, но снижает плотность заряда, и таким образом, отрицательно влияет на наполнение двигателя.
В зависимости от типа двигателя значения принимают из следующих пределов:
- для карбюраторных двигателей 0…20 К;
- для дизелей без наддува 10…40 К;
- для дизелей с наддувом (-5)…10 К.
В двигателях с наддувом величина подогрева свежего заряда снижается, при повышении температуры наддувочного воздуха возможны и отрицательные значения .
2.2.4 Давление в конце впуска
Величина давления в конце впуска ра,в МПа может быть определена по формулам:
- для двигателей с наддувом
- для двигателей без наддува
где – потери давления во впускном трубопроводе, МПа.
Потери давления во впускном трубопроводе в МПа определяются по формуле
где - коэффициент затухания скорости заряда в цилиндре;
- коэффициент, учитывающий гидравлическое сопротивление впускного тракта;
- средняя скорость движения заряда при максимальном открытии клапана, м/с;
- плотность заряда на впуске, кг/м 3 .
При средней скорости заряда ωвпот 50 до 130 м/с величину (ξвп+β 2 ) принимают в пределах от 2,5 до 4,0.
Плотность заряда на впуске в кг/м 3 для двигателей с наддувом определяют по формуле
Для двигателей без наддува плотность заряда на впуске в кг/м 3 определяют по формуле
где Rв– удельная газовая постоянная воздуха, Дж/(кг·град);
2.2.5 Коэффициент остаточных газов
Величина коэффициента остаточных газов γrхарактеризует качество очистки цилиндра от продуктов сгорания. С увеличением γrуменьшается количество свежего заряда, поступающего в цилиндр двигателя в процессе впуска.
Коэффициент остаточных газов γrдля четырёхтактных двигателей внутреннего сгорания определяется по формуле:
Количество остаточных газов в кмоль ост.газов/кг топл определяется по формуле:
2.2.6 Температура в конце впуска
Температуру в конце впуска Та в градусах Кельвина (К) определяют по формуле
2.2.7 Коэффициент наполнения
Наиболее важным параметром, характеризующим процесс впуска, является коэффициент наполнения. Он представляет собой отношение действительного количества свежего заряда, поступившего в цилиндр, к тому количеству, которое могло бы поместиться в рабочем объёме цилиндра при условии, что температура и давление в нём равны температуре и давлению среды, из которой поступает свежий заряд.
Для четырёхтактных двигателей без учёта продувки и дозарядки коэффициент наполнения определяется по формуле:
Величина коэффициента наполнения в основном зависит от тактности двигателя, его быстроходности и совершенства системы газораспределения.
Рассчитанные параметры процесса впуска необходимо сравнить со значениями этих параметров у современных автомобильных двигателей внутреннего сгорания, представленных в таблице 2.4.
Количество остаточных газов принято оценивать с помощью коэффициента остаточных газов , представляющего собой отношение массы остаточных газов к массе свежего заряда:
Для расчета коэффициента используется уравнение
где ─ температура свежего заряда на впуске, для двигателей без наддува ;
─ отношение теплоемкости продуктов сгорания (остаточных газов) и свежего заряда. В расчетах принимают x = 1,00…1,02.
Отношение количества свежего заряда в цилиндре после закрытия клапана к его количеству в НМТ называется коэффициентом дозарядки .
Величина принимается по опытным данным, зависит от длины выпускного трубопровода, частоты вращения коленчатого вала, угла запаздывания закрытия клапана и других факторов. Рациональное
.
3.7. Коэффициент наполнения Коэффициентом наполнения называется отношение массы свежего заряда , фактически поступившей в цилиндр двигателя, к теоретически возможной массе свежего заряда , которая могла бы заполнить рабочий объём цилиндра при давлении и температуре окружающей среды . (15) Коэффициент наполнения всегда меньше единицы, . Коэффициент наполнения вычисляется по уравнению . (16) Основные показатели процесса впуска должны находиться в переделах, указанных в табл. 5. Таблица 5 Показатели процесса впуска
С учетом жидкостного охлаждения закрытого типа, относительно невысокой частоты вращения коленчатого вала и испарения бензина принимаем : Низшая теплота сгорания бензина среднего состава Количество теплоты, потерянной вследствие химической неполноты сгорания бензина при : Таблица 9 Показатели процесса сгорания
где ─ частота вращения двигателя, мин -1 . Тогда . Полученное значение сверяем с табл. 10. Таблица 10 Показатели процесса расширения
Средний показатель политропы расширения принимаем по значению показателя адиабаты с учетом поправки При работе двигателя без наддува в цилиндр поступает воздух При работе двигателей с наддувом воздух в цилиндр поступает В зависимости от степени наддува принимаются следующие зна-
Температура воздуха за компрессором где nк – показатель политропы сжатия воздуха в компрессоре; для на-гнетателей:
Давление остаточных газов Давление остаточных газов зависит от числа и расположения клапанов и их размеров, сопротивления выпускного тракта, быстро-ходности двигателя, системы охлаждения и других факторов; для авто-мобильных и тракторных двигателей находится в пределах:
Средняя скорость поршня Vп (м/с) принимается по прототипу где S – ход поршня (м). Большие значения принимаются для высокооборотных двигателей Температура остаточных газов Температура остаточных газов Tr зависит от типа двигателя, степени сжатия, частоты вращения, коэффициента избытка воздуха, степени догора-ния топлива в процессе расширения и нагрузки и может иметь значения:
для дизелей и карбюраторных двигателей соответственно. С возрастанием степени сжатия температура снижается, а при уве-личении частоты вращения – возрастает. На температуру остаточных газов влияет состав смеси. С увеличением коэффициента избытка воздуха температура остаточных газов снижается. Температура подогрева свежего заряда Величина подогрева свежего заряда ΔТ зависит от расположения и кон-струкции выпускного трубопровода, системы охлаждения двигателя и охлаж-дения выпускного трубопровода, быстроходности двигателя, наддува Для разных типов двигателейΔТ (К) находится в пределах: (дизели без наддува); Как правило, V-образные двигатели по сравнению с рядными имеют меньший подогрев заряда. Коэффициент избытка воздуха Применяемое для расчета значение коэффициента избытка воздуха в основном определяется типом двигателя и способом смесеобразования и находится в пределах:
Показатели политроп сжатия и расширения Средний показатель политропы сжатия n1 зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя, степени сжатия, формы камеры сгорания, размеров цилиндра, материала поршня и головки цилиндров, теплообмена и других факторов. Для современных двигателей средний показатель политропы сжа-тия n1 находится в пределах:
При выборе n1 следует иметь в виду, что с увеличением частоты вращения двигателя показатель политропы сжатия увеличивается. Дизели с камерой в поршне имеют n1, близкий к 1,4. Средний показатель политропы расширения n2 зависит от степени догорания топлива, интенсивности отвода тепла в процессе расширения, утечек через неплотности и находится в пределах:
При этом меньшие значения относятся к высокооборотным дизелям с небольшими степенями повышения давления. Показатель возрастает Для дизельных двигателей серии ЯМЗ средний показатель поли-тропы n2 = 1,2…1,22. В цилиндре двигателя перед началом процесса наполнения всегда содержится некоторое количество остаточных газов, находящихся в объеме Vc камеры сгорания (см. рис. 11). Давление остаточных газов устанавливается в зависимости от числа и расположения клапанов, сопротивлений впускного и выпускного трактов, фаз газораспределения, характера наддува, быстроходности двигателя, нагрузки, системы охлаждения и других факторов. Для автомобильных и тракторных двигателей без наддува, а также с наддувом и выпуском в атмосферу давление остаточных газов (МПа) Давление остаточных газов заметно снижается с уменьшением частоты вращения коленчатого вала. Температура остаточных газов Взависимости от типа двигателя, степени сжатия, частоты вращения и коэффициента избытка воздуха устанавливается значение температуры Тr остаточных газов в пределах: Для двигателей с воспламенением от искры 900 — 1100 К Для дизелей . 600 — 900 К Для газовых двигателей . 750 — 1000 К При установлении величины Тr необходимо иметь в виду, что при увеличении степени сжатия и обогащении рабочей смеси температура остаточных газов снижается, а при увеличении частоты вращения — возрастает. Температура подогрева свежего заряда Впроцессе наполнения температура свежего заряда несколько увеличивается благодаря подогреву от нагретых деталей двигателя. Величина подогрева ∆T зависит от расположения и конструкции впускного трубопровода, системы охлаждения, наличия специального устройства для подогрева, быстроходности двигателя и наддува. Повышение температуры улучшает процесс испарения топлива, но снижает плотность заряда и, таким образом, отрицательно влияет на наполнение двигателя. Эти два противоположных фактора, появляющиеся в результате повышения температуры подогрева, должны быть учтены при установлении величины ∆T. Читайте также:
|