Архив WinRAR_1 / 2 - Двигатели / 29 - процесс впуска

Процесс впуска

Процессом впуска обычно называют процесс наполнения цилиндра двигателя свежим зарядом. Этот процесс несколько отличается для двигателей без наддува и с наддувом.

На рис.4.1а в pV-координатах представлен процесс изменения давления при впуске в четырехтактном двигателе без наддува. Ломаная кривая r`da`aa`` показывает действительное изменение давления в процессе впуска. Точка r` соответствует моменту открытия впускного клапана, которое обычно происходит за 10-30<sup>0</sup> по углу поворота коленчатого вала до прихода поршня в ВМТ, а точка a`` - закрытия этого клапана. Момент закрытия соответствует положению кривошипа через 40-80⁰ после прохождения НМТ.

Давление p_r соответствует расчетному значению давления остаточных газов. При проведении расчетов предполагается, что давление остаточных газов в ВМТ резко падает до значения p_a и в дальнейшем в процессе впуска при движении поршня до НМТ это давление сохраняется постоянным.

Для двигателей с наддувом (см. рис.4.1б) среднее расчетное давление в процессе впуска p_a обычно превышает давление остаточных газов, и, естественно, меньше давления p_к, создаваемого нагнетателем (компрессором).

Предварительное открытие впускного клапана обеспечивает достижение достаточной площади его проходного сечения при достижении ВМТ, а также для продувки двигателей с наддувом. В двигателях с наддувом это позволяет облегчить очистку цилиндра от остаточных газов.

Р ис.4.1

Влияние продувки количественно оценивают с помощью коэффициента очистки _оч. Его величина зависит от наддува, скоростного режима двигателя и продолжительности перекрытия клапанов. Этот коэффициент учитывается только при расчете двигателей с наддувом. Для двигателей без наддува принимают _оч = 1.0. Закрытие впускного клапана после прохождения поршнем НМТ благодаря инерционности воздуха во впускной системе дает возможность улучшить наполнение цилиндров (дозарядка) на номинальном режиме на 10-15%, т.е. полагать, что _доз = 1.1 –1.15. В то же время необходимо учитывать, что при малой частоте вращения дозарядка ухудшается и даже может происходить обратный выброс части заряда (до 5%) из цилиндров двигателя (_доз = 0.95). Коэффициент дозарядки на номинальном режиме обычно принимается равным единице.

Давление и температура окружающей среды (воздуха) в расчетах принимаются равными p₀ = 0.1МПа и T₀ = 273K для двигателей без наддува. В двигатели с наддувом воздух поступает из компрессора, поэтому давление воздуха p_к и температура T_к принимаются равными давлению и температуре воздуха за компрессором или охладителем воздуха (если таковой установлен).

В соответствии со степенью наддува принимаются следующие значения давления наддувочного воздуха:

при низком наддуве..................1.5p₀;

при среднем наддуве...............(1.5...2.2)p₀;

при высоком наддуве...............(2.2...2.5)p₀.

Температура воздуха за компрессором вычисляется по уравнению политропы

где n - показатель политропы сжатия.

Численное значение n принимают для поршневых нагнетателей 1.4...1.6; для объемных - 1.55...1.75; для осевых и центробежных - 1.4...2.0.

В цилиндрах двигателей после выпуска всегда остается определенная часть остаточных газов. Относительный объем этих газов определяется типом и характеристиками клапанной системы, гидравлических сопротивлений системы выпуска, фаз газораспределения, системы наддува, скорости вращения и ряда других факторов. Давление остаточных газов p_r в автотракторных двигателях без наддува принимают равным (1.05...1.25)p₀. Если для наддува используется газовая турбина на выходе, то полагают, что

Для различных скоростных режимов двигателей проводят коррекцию значения p_r с учетом частоты вращения коленчатого вала n в соответствии с выражением

где n_N - номинальная частота вращения, 1/мин.

Температура остаточных газов определяется степенью сжатия, частотой вращения и коэффициентом избытка воздуха. Ее численное значение обычно принимают для карбюраторных двигателей 900 - 1100К, для дизелей 600 - 900К, газовых двигателей 750 - 1000К.

Давление в конце впуска определяет массу заряда, поступающего в цилиндры двигателя, и вычисляется в соответствии (см. рис.4.1) с выражениями

Численные значения p_a на номинальных режимах рекомендуются в следующих пределах:

карбюраторные двигатели - (0.05...0.20)p₀;

дизели без наддува - (0.03...0.18)p₀;

дизели с наддувом - (0.03...0.1)p_к.

С уменьшением частоты вращения величина p_a снижается. Для расчетов режимов работы двигателей, отличающихся от номинального, используется зависимость, учитывающая скорость вращения двигателя

где  - коэффициент затухания скорости движения заряда;

• - коэффициент гидравлического сопротивления системы впуска;

w_вп - скорость движения воздуха в системе впуска.

В современных двигателях скорость воздуха в системе впуска на номинальном режиме составляет 50-130 м/с; ² +  = 2.5...4.0.

Температура подогрева свежего заряда учитывает его нагрев от деталей двигателя. Величина подогрева T зависит от конструктивных особенностей двигателя и впускной системы. В зависимости от типа двигателя рекомендуются для расчетов на номинальном режиме следующие ее значения:

T = 0...20⁰С - для карбюраторных двигателей;

T = 10...40⁰С - для дизелей без наддува;

T = - 5...+ 10⁰С - для дизелей с наддувом.

Изменение величины подогрева свежего заряда в зависимости от скорости вращения учитывается следующей зависимостью:

где

Коэффициент остаточных газов _r характеризует качество очистки цилиндров от продуктов сгорания. С его увеличением уменьшается масса свежего заряда, поступающего в двигатель. Для четырехтактных двигателей его численное значение определяется по выражению

Для бензиновых и газовых двигателей без наддува эта величина обычно составляет 0.04...0.1, а для дизелей без наддува - 0.02...0.05.

Температура в конце впуска зависит от вышеперечисленных факторов (температуры рабочего тела, коэффициента остаточных газов, степени подогрева заряда, температуры остаточных газов). Она определяется выражением

Для современных четырехтактных двигателей ее численное значение обычно составляет:

карбюраторные двигатели - 320...370К;

дизели - 310...350К;

двигатели с наддувом - 320...400К.

Коэффициент наполнения представляет собой отношение действительной массы свежего заряда к тому количеству, которое могло быть в цилиндре при давлении и температуре среды, из которой поступает этот заряд.

.

Для четырехтактного двигателя

Если _доз = _оч = 1, то

Для современных автотракторных двигателей коэффициент наполнения _V лежит в следующих пределах:

карбюраторные двигатели - 0.7...0.9;

дизели без наддува - 0.8...0.94;

дизели с наддувом - 0.8...0.97.