2.2. Процессы наполнения и сжатия

Давление свежего заряда в конце наполнения определяется по формулам:

• для 4-х-тактных двигателей без наддува:

Р_а = (0,85 - 0,90)^.Р₀ ,

• для 4-х-тактных двигателей с наддувом:

Р_а = (0,90  0,96)^.Р_S ,

• для 2-х-тактных двигателей с прямоточной продувкой:

Р_а = (0,85  0,90)^.Р_S , .

Температура воздуха в конце наполнения:

, К (22)

где Т_S - температура воздуха на входе в двигатель;

Т - приращение температуры воздуха в цилиндре;

Т_r - температура остаточных газов;

_r - коэффициент остаточных газов.

Величина:

, К (23)

где Т_кин - повышение температуры свежего заряда за счет преобразования кинетической энергии в тепловую (Т_кин = 5 - 7 К);

Т_m - повышение температуры воздушного заряда за счет подогрева от стенок цилиндра (Т_m = 5 - 8 К).

Величина коэффициента остаточных газов _r зависит от коэффициента избытка продувочного воздуха и схемы продувки, а также от давления наддувочного воздуха, геометрии воздушных потоков в цилиндре и ряда других факторов.

21

Приближенно определить _r можно по графику на рис.3, пользуясь формулой:

Зависимость коэффициента продувки от коэффициента избытка продувочного воздуха

ηS φК

Рис. 3.

22

На рис.3 приведены зависимости для следующих схем продувки:

1. продувка с идеальным вытеснением, ;

2. прямоточно-щелевая продувка;

3. прямоточно-клапанная продувка;

4. петлевая (контурная) продувка;

5. продувка с идеальным смешением, .

Для 4-тактных дизелей используют кривую 4, но объем остаточных газов относят не к рабочему объему, а к объему камеры сжатия.

Температуру остаточных газов Т_r можно принимать

Т_r = 650  800 К; для прямоточных схем продувки меньшие, а для контурных большие значения.

Полученные значения параметров обычно находятся в пределах:

• 4-х тактные дизели без наддува _r = 0,03 -0,06, Т_r = 700 - 800 К;

• 4-х тактные дизели c наддувом _r = 0,01 0,03, Т_r = 600  700 К;

• 2-х тактные дизели с клапанно-щелевой продувкой _r = 0,06 0,08,

• 2-х тактные дизели c прямоточно-щелевой продувкой _r = 0,03 0,06, Т_r = 600  700 К.

Коэффициент наполнения _V определяется по формуле:

, (24)

где  - степень сжатия;

G_д - коэффициент, учитывающий дозарядку цилиндров двигателя G_д =1,02  1,07.

23

Перед определением _V необходимо выбрать величину степени сжатия .

При выборе  учитывают максимально-допустимое давление сгорания в двигателе [Р_Z]_maх. Выбранная величина степени сжатия не должна превышать значения:

, (25)

где  - степень повышения давления при сгорании;

n₁ - среднее значение показателя политропы сжатия.

Допустимое давление сгорания [Р_Z]_maх в современных дизелях находится в пределах 12 - 14 МПа и зависит от выбранной конструкции двигателя.

Степень повышения давления  и степень сжатия  выбираются так, чтобы величина  находилась в пределах 1,3 - 1,8, а величина  в пределах, указанных на рис. 2.

Показатель политропы сжатия n₁ в современных двигате­лях зависит от конструкции системы охлаждения и потерь тепла в цилиндре при сжатии. Величина n₁ выбирается в пределах 1,34  1,36.

Определяем действительный рабочий объем цилиндра в момент закрытия впускного органа газораспределения (фаза _а):

, м³

где R – радиус кривошипа равен значению S/2, м;

_ш - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна принимается (0,2  0,25) (не путать _ш со степенью повышения давления  !)

₄ - фаза запаздывания закрытия впускного органа,

24

отсчитываемая от ВМТ. Она определяется исходя из типа рассчитываемого двигателя, и может соответствовать фазе _а уже существующих тепловозных двигателей (см. табл.2, в которой фазы отсчитываются от НМТ).

Таблица 2.

Дизель	ПД1М	K6S310DR	У1Д6	1Д12-400
Фаза а,0пкв	35	35	48	48
Дизель	1Д12Н-500	М756	Д70	Д49
Фаза а,0пкв	50	56	46	28

Приведенная формула для перемещения поршня является приближенной; ее не следует использовать для вычисления скорости и ускорения поршня, особенно ускорения при коротком шатуне. Точная формула приводится в кинематическим и динамическом расчете двигателя (часть 2 методических указаний). Рабочий объем двигателя с ПДП рассчитывается по аналогичной формуле с учетом геометрических особенностей, отдельно для верхнего и нижнего поршня и затем для всего цилиндра. В этом случае можно принимать _а = 64⁰ п.к.в. от НМТ (наружной мертвой точки) нижнего поршня.

Определяем объем сжатия:

, м³

Масса свежего заряда в цилиндре в конце наполнения:

, кг (26)

где - давление наддувочного воздуха в МПа.

Масса рабочего тела в цилиндре в конце наполнения:

, кг (27)

Давление воздуха в конце сжатия:

25

, МПа (28)

Температура воздуха в конце сжатия:

, К (29)

По условию возможности надежного самовоспламенения топлива значение температуры Т_С должно быть не менее 750 К.