1.1.2 Расчет параметров процесса впуска

В процессе наполнения цилиндра температура свежего заряда (ΔТ) несколько увеличивается благодаря подогреву от нагретых деталей двигателя. С целью получения хорошего наполнения двигателей на номинальных скоростных режимах принимается ΔТ_N = 8⁰С для карбюраторного двигателя и ΔТ_N = 6⁰С для двигателя с впрыском топлива. На остальных режимах значения температуры подогрева свежего заряда (ΔТ) рассчитываются по формуле

ΔТ = А_т ·(110 – 0,0125·n), (10)

где А_т = ΔТ_N/(110 – 0,0125 · n _N); ΔТ_N и n _N - соответственно температура подогрева свежего заряда и частота вращения коленчатого вала при номинальном режиме работы двигателя.

Плотность заряда (кг/м³) на впуске

ρ₀ = p₀ , кг/м³ (11)

где R_B – удельная газовая постоянная воздуха.

R_B = R/μ_B = 8315/28,96 = 287,12 Дж/(кг·град),

где R = 8315 Дж/(кг·град) - универсальная газовая постоянная.

Тогда ρ₀ = = 1,1887 кг/м³.

Давление в конце впуска. Давление в конце впуска (МПа) – основной фактор, определяющий количество свежего заряда, поступающего в цилиндры двигателя:

p_α = p₀ - Δp_α.. (12)

Потери давления (Δp_α) за счет сопротивления впускной системы и затухания скорости движения заряда в цилиндре при некотором допущении можно определить из уравнения Бернулли:

Δp_α = ·(ω_ВП + ξ_ВП)·ρ₀·10 ^-6, МПа (13)

где β – коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом сечении цилиндра;

ξ_ВП – коэффициент сопротивления впускной системы, отнесенный к наиболее узкому ее сечению;

ω_ВП – средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы;

По опытным данным в современных автомобильных двигателях на номинальном режиме = 2,5÷4,0 и ω_ВП =50÷130 м/с [2;67]. При учете качественной обработки внутренних поверхностей впускных систем и отсутствием карбюратора у двигателя с распределенным впрыском топлива можно принять: для карбюраторного двигателя = 2,85 и ω_ВП = = 94 м/с; для двигателя с распределенным впрыском топлива = 2,5 и ω_ВП = 95 м/с; На остальных режимах работы двигателей потери давления на впуске (Δp_α) рассчитывается по формуле

Δp_α = ·А²_n·n²·ρ₀·10 ^-6/2, (14)

где А_n=ω_ВП / n_N.

Потери давления на впуске карбюраторного двигателя при n_N =5600 мин^-1, А_n= 94/5600 = 0,0168, Δp_α=2,85·0,0168²·5600²·1,1887·10^-6/2 = 0,0150МПа.

Потери давления на впуске двигателя с распределенным впрыском топлива при n_N =4800 мин ^-1и А_n= 95/4800 = 0,0198, Δp_α = 2,5·0,0198²· ·4800²·1,1887·10^-6/2 = 0,0134МПа.

Давление в конце впуска:

в карбюраторном двигателе при n_N =5600 мин^-1 p_α = p₀ - Δp_α = 0,1 - 0,0150 =

= 0,0850 МПа;

в двигателе с впрыском топлива при n_N =4800 мин ^-1 p_α = p₀ - Δp_α = 0,1- 0,0134 = = 0,0866 МПа.

Коэффициент остаточных газов (γ_г). Коэффициент остаточных газов (γ_г) характеризует качество очистки цилиндра от продуктов сгорания. С его увеличением, уменьшается количество свежего заряда, поступающего цилиндры двигателя в процессе впуска. При определении значений коэффициента остаточных газов (γ_г) для карбюраторного двигателя без наддува принимается коэффициент очистки φ_оч = 1, а коэффициент дозарядки на номинальном скоростном режиме - φ_доз = 1,1. При этом на минимальном скоростном режиме (n = 950 мин ^-1) возможен обратный выброс в пределах 6%, то есть φ_доз = 0,937. На остальных режимах значения φ_доз можно получить, приняв линейную зависимость φ_доз от частоты вращения коленчатого вала по рис. 5.1[2;106].

Коэффициент остаточных газов (γ_г) для четырехтактных двигателей с учетом дозарядки цилиндра определяется по следующей формуле:

γ_г = ; (15)

Тогда для карбюраторного двигателя при n _N =5600 мин^-1

γ_г = = = 0,0424.

Для двигателя с распределенным впрыском топлива на номинальном скоростном режиме (n_N =4800 мин ^-1) принимается φ_доз = 1,0750 и коэффициент очистки φ_оч = 1 , а на минимальном скоростном режиме (n = =850 мин ^-1) φ_доз = = 0,95. На остальных расчетных режимах значение φ_доз определяется по рис. 5.2 [2;106].

Тогда при n _N =4800 мин ^-1

γ_г = = = 0,0393.

Температура в конце впуска (T_α, К):

T_α = (T₀ + ΔT + γ_г · T_г):( 1+ γ_г); (16)

Температура в конце впуска (T_α, К):

в карбюраторном двигателе T_α =(T₀+ΔT+γ_г·T_г):(1+ γ_г) =(293+8+0,0424·1060):(1+ + 0,0424) = 332К;

в двигателе с впрыском топлива T_α = (T₀ + ΔT + γ_г · T_г) : (1+ γ_г) =(293 + 6 +

+ 0,0393·1021):(1 + 0,0393) = 326 К.

Коэффициент наполнения (η_v). Коэффициент наполнения является наиболее важной величиной характеризующий процесс впуска и представляющий собой отношение действительного количества свежего заряда, поступающего в цилиндр, к тому количеству, которое могло бы поместиться в рабочем объеме цилиндра.

Для четырехтактных двигателей с учетом продувки и дозорядки цилиндра коэффициента наполнения определяется из выражений:

η_v = ; (17)

Для карбюраторного двигателя

η_v = = 0,8823;

Для двигателя с впрыском топлива

η_v = = 0,8957.

Параметры процесса впуска. Таблица 2.

Параметры	Единицы измерения	Карбюраторный двигатель
n	об/мин	950	3400	5600	6000
α		0,80	0,96	0,96	0,96
Тг	К	850	1010	1060	1070
pг	МПа	0,1039	0,1092	0,1190	0,1213
ΔТ	ºС	19,6	13,5	8	7
Δра	МПа	0,0004	0,0055	0,0150	0,0172
ра	МПа	0,0996	0,0945	0,0850	0,0828
φдоз		0,937	1,0290	1,1	1,11
γг		0,0472	0,0393	0,0424	0,0436
Tа	К	337	333	332	332
ηv		0,8631	0,9164	0,8823	0,8652
Параметры	Единицы измерения	Двигатель с впрыском топлива
n	об/мин	850	3000	4800	5800
α		0,967	1,0083	1,017	1,017
Тг	К	900	980	1021	1035

Продолжение таблицы 2.

Параметры	Единицы измерения	Двигатель с впрыском топлива
n	об/мин	850	3000	4800	5800
pг	МПа	0,1036	0,1053	0,1080	0,1101
ΔТ	ºС	12	8,7	6	4,5
Δра	МПа	0,0004	0,0052	0,0134	0,0196
ра	МПа	0,0996	0,0948	0,0866	0,0804
φдоз		0,95	1,025	1,075	1,1083
γг		0,0426	0,0383	0,0393	0,0415
Tа	К	329	327	326	327
ηv		0,8994	0,9294	0,8957	0,8541