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:
и
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/м3.
При средней скорости заряда ωвпот 50 до 130 м/с величину (ξвп+β2) принимают в пределах от 2,5 до 4,0.
Плотность заряда на впуске в кг/м3 для двигателей с наддувом определяют по формуле
Для двигателей без наддува плотность заряда на впуске в кг/м3 определяют по формуле
где Rв– удельная газовая постоянная воздуха, Дж/(кг·град);
Rв= 287 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.
Таблица 2.4 – Значения параметров процесса впуска
Тип двигателя | Параметры | |||
pa, МПа | γr | Та, К | ηv | |
Карбюраторный | 0,080…0,095 | 0,04…0,10 | 340…370 | 0,70…0,9 |
Дизельный без наддува | 0,082…0,097 | 0,02…0,05 | 310…350 | 0,8…0,94 |
Дизельный с наддувом | 0,135…0,243 | 0,02…0,03 | 320…400 | 0,8…0,97 |