Давление и температура конца впуска и влияние на них конструктивных и эксплуатационных факторов.

Под давлением конца впуска р_а подразумевается среднее значение давления за процесс впуска. Так как впускная система двигателя оказыва­ет сопротивление прохождению заряда, то давление р_а для дви­гателей без наддува всегда ниже, а у двигателей с наддувом р_а выше атмосферного.

Сопротивление впускной системы зависит от многих факто­ров, в том числе от длины трубопроводов и их сечения, нали­чия во впускной системе колен, их радиуса и числа, от шеро­ховатостей стенок трубопроводов, сопротивлений при просасывании заряда через воздухоочиститель, карбюратор и клапаны, При правильном подборе длины впускного трубопровода с уче­том скоростного режима двигателя достигаются инерционный наддув и дозарядка цилиндра. Как правило, увеличение часто­ты вращения коленчатого вала двигателя приводит к пониже­нию р_а в связи с возрастанием сопротивления всасывающей си­стемы из-за увеличения скорости заряда. На р_а существенна влияют фазы газораспределения и их соответствие скоростно­му режиму двигателя; в карбюраторном двигателе при работе на частичных нагрузочных режимах с прикрытием дроссельной заслонки р_а снижается.

Большое число факторов, оказывающих влияние на значе­ние р«, и сложность аэродинамических явлений в процессе впус­ка затрудняют теоретическое определение р_а.

По экспериментальным данным, р_а для карбюраторных дви­гателей, работающих на номинальном режиме, находится в пре­делах 0,07...0,09 МПа. Дизели имеют более высокое значение р_а по сравнению с карбюраторными двигателями при сопостави­мых скоростных режимах, что объясняется меньшим сопротив­лением впускной системы (в основном из-за отсутствия карбю­ратора). В случае применения наддува р_а может быть повыше­но до 0,15...0,2 МПа и более.

Для четырехтактных дизелей при давлении наддува р_к≤0,2 МПа и без промежуточного охлаждения воздуха р_а=(0,9...0,96) р_к МПа.

У двухтактных двигателей с кривошипно-камерной продув­кой давление р_а может быть принято равным атмосферному, так как точка а соответствует открытию выпускного окна. Для

двухтактных двигателей с прямоточной продувкой р_а=(0,85…1,05)р_к.

Рассмотрим приближенный расчет давления в конце впуска.

Давление в конце впуска:

Р_а =Р_к—Δр_а ИЛИ p_a = p₀ - Δр_а

Потери давления Δр_а за счет сопротивления впускной систе­мы и затухания скорости движения заряда в цилиндре при не­котором допущении определяют из уравнения Бернулли:

Δр_а =(β² +ξвп)(ω²_вп / 2) Р_к * 10^-6

где β — коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматривае­мом сечении цилиндра; ξвп — коэффициент сопротивления впускной системы, отнесенный к наиболее узкому ее сечению; ω_вп — средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы (как правило, в клапане или в продувочных окнах) ; р_к — плотность заряда на впуске при наддуве.

По опытным данным [6], в современных автомобильных двигателях на номинальном режиме (β² + ξвп) =2,5...4 и ω_вп = 50...130 м/с.

Плотность заряда (кг/м³) на впуске:

ρ_к = Рк 10⁶/(Rв Т_к) или ρ₀=P_0*10⁶ / (Rв Т₀),

где R_B — удельная газовая постоянная воздуха;

Средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы: ω_вп = А_п*n

где — частота вращения коленчатого ва­ла, об/мин;

У четырехтактных двигателей без наддува значение Δр_а находится в следующих пределах: для карбюраторных двигателей—(0,05...0,2) р_о, для дизелей без наддува—(0,03...0,18) р_о, для дизелей с наддувом— (0,03...0,1) р_к.

Температура газа, находящегося в цилиндре двигателя в конце впуска, зависит от температуры и массы свежего заряда, температуры и массы газов, оставшихся в цилиндре от предыдущего цикла, и степени подогрева заряда.

Температуру в конце впуска Т_а с достаточной степенью точ­ности определяют на основании уравнения балансатеплоты, составленного по линии впуска от точки r до точки а (см. рис.):

M₁*μ* с_p(T_K + ΔT) + М_r *μ*c_p”*T_r = (M₁ +M_r)* μ*c’_p *Ta,

где M₁*μ* с_p(T_K + ΔT)—количество теплоты, внесенное свежим зарядом, с уче­том подогрева заряда от нагретых деталей двигателя ΔT;

М_r *μ*c_p”*T_r — коли­чество теплоты, заключающейся в остаточных газах;

(M₁ +M_r)* μ*c’_p *Ta — коли­чество теплоты, заключающейся в рабочей смеси; M₁ и M_r — число молей со­ответственно свежего заряда и остаточных газов; μ* с_p, μ*c_p” и μ*c’_p— моляр­ные теплоемкости соответственно свежего заряда, остаточных газов и рабо­чей смеси.

Значение подогрева заряда ΔTзависит от конструкции и ус­тановки на двигателе впускного трубопровода, организации его подогрева и скоростного режима двигателя. В двигателях с наддувом ΔTснижается из-за уменьшения температурного перепада между деталями двигателя и наддувочным воздухом.

Повышение ΔTулучшает процесс испарения топлива, но при этом снижается плотность заряда, что отрицательно влияет на наполнение и мощность двигателя.

Для четырехтактных автотракторных двигателей значение ΔTпринимают в следующих пределах:для карбюраторных двигателей :-5... + 25°; для дизелей без наддува:+20...+ 40°; для двигателей с наддувом : 0...+ 10⁰; для двухтактных дизелей с прямоточной продувкой:+5...+ 10⁰.

Принимая в уравнении (3) с некоторым приближением ; μ* с_p= μ*c_p” = μ*c’_p, получим:

Та = (Т_к+ ΔT + γ_г Tr/(1 + γr)

Для четырехтактных двигателей без наддува в расчетах при­нимают Т_К = Т₀; в случае применения наддува принимают Т_к с учетом подогрева воздуха во время сжатия в компрессоре и охлаждения его в холодильнике.

Значение Т_а усовременных четырехтактных двигателей варьирует в пределах: для карбюраторных двигателей —320... ...380 К; для дизелей без наддува — 310...350 К; для четырех­тактных дизелей с наддувом и двухтактных дизелей с прямоточ­ной продувкой — 320...400 К.

В формуле γ_r — коэффициент остаточных газов, харак­теризующий качество очистки цилиндра от продуктов сгорания.