Определение параметров состояния рабочего тела.

После выбора и обоснования исходных параметров для процессов впуска, сжатия, сгорания, расширения и выпуска должны быть определены давление и температура в характерных точках индикаторной диаграммы.

2.2.1. Процесс впуска (точка а)

1. Давление в конце впуска

р_а = р₀ - Δр_а

р₀ – давление окружающего воздуха: р₀ = 0,1 МПа при температуре

Т₀ = 288…293 К

при наддуве

р_а = р_к - Δр_а

Δр_а – потери давления вследствие сопротивления впускной системы и затухания скорости движения заряда в цилиндре.

Потери давления приближенно определяют по уравнению Бернулли.

МПа

β – коэффициент затухания скорости движения заряда;

ξ_вп – коэффициент сопротивления впускной системы;

υ_вп – средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы (в клапанах);

– плотность заряда на впуске.

По опытным данным в современных автотракторных двигателях на номинальном режиме работы:

υ_вп = 50…130 м/с.

Чем больше быстроходность двигателя и выше средняя скорость движения поршня, тем эти значения выше.

Плотность заряда на впуске определяют по уравнению состояния идеального газа.

кг/м³

где р₀ в МПа, Т₀ в К;

R = 287 Дж/кг∙К – удельная газовая постоянная воздуха.

Для дизелей с наддувом плотность заряда на впуске:

кг/м³

Определив плотность заряда, и, задавшись значениями и υ_вп находят потери давления Δр_а и давление в конце впуска р_а.

В двигателях без наддува потери давления находятся в пределах:

· бензиновые двигатели Δр_а = (0,05…0,20)р₀;

· дизели Δр_а = (0,03…0,18)р₀;

· дизели с наддувом Δр_а = (0,03…0,1)р_к;

2. Коэффициент остаточных газов

Δt – температура подогрева свежего заряда Δt = 15 ⁰С;

Т_r – температура остаточных газов;

р_r – давление остаточных газов, р_r = 0,115 МПа;

ε – степень сжатия.

Для четырехтактных двигателей γ_r находятся в пределах:

· дизели без наддува γ_r = 0,03…0,06;

· дизели с наддувом γ_r = 0…0,02;

· бензиновые двигатели γ_r= 0,06…0,10;

3. Температура в конце впуска

, К

4. Коэффициент наполнения

По опытным данным коэффициент наполнения при полной нагрузке двигателя составляет:

· для четырехтактных бензиновых двигателей с верхним расположением клапанов η_v =0,75…0,90;

· для дизелей с неразделенными камерами сгорания η_v =0,78…0,94;

· для дизелей с разделенными камерами сгорания η_v =0,75…0,85;

· для дизелей с наддувом η_v =0,8…0,97.

Меньшие значения относятся к двигателям с высокой средней скоростью поршня.

Процесс сжатия (точка с)

1. Давление в конце сжатия

МПа

2. Температура в конце сжатия

К

n₁ - показатель политропы сжатия

Процесс сгорания (точка z)

1. Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива

кмоль/кг (киломоль воздуха/кг топлива)

или

кг/кг (кг воздуха/кг топлива)

где С, Н, О – массовые доли соответственно углерода, водорода и кислорода в элементном составе топлива;

0,21 – объемное содержание кислорода в 1кг воздуха.

2. Количество молей свежего заряда (горючей смеси):

· для дизелей М₁ = М , кмоль/кг;

· для бензиновых двигателей М₁ = М + 1/μ кмоль/кг

где М = α ∙ L₀ , кг/кмоль – действительное количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива;

μ = 110…120 кг/кмоль – молекулярная масса паров бензина.

3. Количество молей продуктов сгорания при α > 1 (сгорание в дизелях)

кмоль/кг

при α < 1 (сгорание в бензиновых двигателях)

кмоль/кг

4. Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси.

где β₀ = М₂ /М₁ – коэффициент молекулярного изменения горючей смеси.

Коэффициент β находится в пределах:

· для дизелей β = 1,03…1,05;

· для бензиновых двигателей β = 1,07…1,1.

5. Температура и давление в конце видимого сгорания.

Температура в конце видимого сгорания Т_z определяется из уравнения сгорания, которое различно для дизелей и бензиновых двигателей.

В общем виде уравнения сгорания имеют вид:

· для дизелей

· для бензиновых двигателей

где ξ – коэффициент использования тепла;

Q_н – теплота сгорания топлива низшая в кДж/кг ;

кДж/кг неполнота сгорания;

μС_vc и μС_vz– средние мольные теплоемкости при постоянном объеме соответственно рабочей смеси и продуктов сгорания.

Значения средних мольных теплоемкостей приближенно могут быть определены по выражениям:

для рабочей смеси

кДж/(кмоль·К)

для продуктов сгорания в дизеле, при α ≥ 1

кДж/(кмоль·К)

для продуктов сгорания в бензиновом двигателе, при α < 1

кДж/(кмоль·К)

Подставив значения теплоемкостей, температуры в конце сжатия и соответствующих коэффициентов, уравнение сгорания должно быть приведено к виду квадратного уравнения: aТ_z² + bТ_z – c = 0 ,

откуда

Давление в конце видимого сгорания:

· в бензиновых двигателях

МПа

Проверка: степень повышения давления

- в бензиновых двигателях λ = 3,5…4,5.

· в дизелях р_z рассчитывают, задаваясь степенью повышения давления из того же соотношения р_z = λ ∙ р_с