Файл: Нигматулин И.Н. Тепловые двигатели учеб. пособие.pdf

e>=

(Vh+Vc)/Vc

= V'h/Vc+\.

(3-55)

Связь между

действительной

и

геометрической

(условной)

сте­

пенью

сжатия определяется

зависимостью

s =

( W )

( 1 - ^ ) +

1 =

( з ' - 1 )

( 1 - г р ) + 1 = г '

(1 _ яр)

+

г|;,

откуда

е =

в' —-ф(з' — 1),

•

(3-56)

а

е' =

(е — — - ф ) .

(3-57)

В четырехтактных двигателях различие между действительной и

геометрической степенями сжатия обычно незначительное,

поэтому

для них в расчетах, не требующих

большой

точности,

пользуются

только геометрической степенью сжатия, считая, что

действительная

степень

сжатия

равна

геометрической.

В цилиндре двигателя кроме свежего заряда содержатся еще и

остаточные газы. Отношение

выраженных в молях количества

оста­

точных

газов

Мг

к

количеству свежего заряда

М0,

поступившего в

цилиндр, называется

коэффициентом

остаточных

газов

у:

Т =

М,/М0.

Величина коэффициента остаточных газов у в четырехтактных

двигателях (при отсутствии продувки)

зависит

от степени сжатия е,

а также от давления рг

и температуры

Тг остаточных

газов.

В двухтактных двигателях величина коэффициента у

определяется

V. = (М + МГ)/(М0

+ Мг),

где

М,

М0

и Мг

— количество

соответственно

продуктов

сгорания,

горючей

смеси и остаточных газов, моль/кг.

М0, полу­

Разделив числитель и знаменатель этого выражения на

чим

=

Р- = (^о + т У (1+

Т)>

(3-58)

где

[

М/М0

— химический

коэффициент

молекулярного

изме­

нения.А0

газов в цилиндре в начале сжатия

Т

а

всегда

бывает

Температура

несколько

выше

температуры

заряда воздуха

или

горючей

смеси,

M0cv (Т0 + AT) + М,с0

Тг = (М0 + Мг) с0 Та,

где cv,

cv и cv — теплоемкости соответственно воздуха,

остаточных

газов и смеси воздуха с остаточными газами, кДж/кг-К;

Т0 — темпе­

ратура

заряда перед цилиндром,

К; ДТ — подогрев заряда от сопри­

косновения с горячими стенками,

К-

М0 (Т0 + AT) + MrTr

= (М0 + Мг)

Та.

Разделив обе части уравнения

на М0 и заметив, что Мг/М0

=

=

т, получим

Г 0 + ДГ + Т Г Г = (1 + 7) Та.

Отсюда конечная

температура

наполнения

(или начала

сжатия)

в

двигателях без наддува

Т а = (Г0 + ДГ + т Г,)/(1 + т

) ,

(3-59)

с

наддувом

r a

= (7K + AT + T 7 V ) / ( l + T ) ,

где

Г к

— абсолютная

температура

наддувочного

воздуха

перед

вхо­

дом

в

цилиндр двигателя.

Та зависит

Из (3-59) видно, что значение

в

некоторой

степени

также и от температуры остаточных газов Тг,

которой

приходится

задаваться. Это показывает, что найденная таким методом Та

являет­

на величину Та,

так как входит

в

(3-59) в виде произведения

уТг.

Экспериментальным путем получены следующие

значения

AT, К

и

Т„

К:

Для

дизелей без наддува

Д Т =

10-т-ЗО;

Тт

= 700-=- 850

Для

дизелей

с наддувам

Д Т =

0-М0; Тг

=

7004-1000

Для

карбюраторных двигателей

. . . Д Т =

104-30;

Тг

=

9004-1150

Для

газовых

двигателей (при

работе

на

природном газе)

Д Т =

104-20; Тг

=

8504-1200

Качество заряда в двигателях внутреннего сгорания

характеризу­

ется

коэффициентом

наполнения r\ v , представляющим

собой отноше­

ние

действительного

количества

заряда,

поступившего в цилиндр,

к тому количеству, которое могло

бы поместиться в рабочем

объеме

Vh

при температуре

Т0 и давлении

р0 окружающей

среды.

начала сжатия,

V = y}vVA(Ta/T0)

(Ро/Ра),

(3-60)

в цилиндре в начале сжатия

Va

= V + M'r =

V

[l+(M-r/V)].

Так как объемные

количества

остаточных газов Мг и заряда V

Mr/V=y,

тогда

Va =

V (1+Y).

Подставляя

значение

V из

(3-60), получаем

Va =

'%Уп (Та/Т0)

(Ро/Ра)

(1 + Т)-

(3-61)

С

другой стороны,

объем

Va

можно

выразить

через

рабочий

объем

цилиндра

и степень сжатия. Можно записать

VJVh

= (VJVc)

(Vc/Vh).

Учитывая, что

VJVC

= г , a VclVh

= Vc/(Vh + VC-Ve)

=

VJ(Va-

— Vc) = l/(e — 1),

получаем

V„ =

H e - l ) ] Vh.

Подставляя

это значение

Va

в

(3-61), получаем

И г - 1 ) ]

V^^V^TJTo)

(pjpa)

( 1 + T ) ,

откуда

VJTa)

%

=

И *

-

1)]

(ра /р0 ) [1/(1 + Т ) ] .

(3-62)

При замене величины Та

(1 +

т)

равной ей

величиной

(Т0-\-

+ AT

+ ~\ТГ) [см. (3-59)] формула

коэффициента

наполнения

прини­

мает вид

\

=

[ е / ( г -

} )] (Р>о) [ТЛТо

+ АГ +

'[Тт)1

(3-63)

V

= Tv 0

где

(|) — потерянная доля

хода поршня.

Принимая для четырехтактного двигателя

объем остаточных газов

при рт

и Тт равным объему

пространства

сжатия

Vc, т. е.

полагая

Vr

~

Vc и зная, что VhlVc

=

е — 1 , получаем

Vr =

Vft/(e—1).

Объем

остаточных газов при Та

и ра

определяется

зависимостью

M ; = [ v y ( e - i ) ] (та/тг)

(р г / Р в ),

туры и

давления,

M" = \Vh

(TJT0) (p0 /pe ).

Отсюда

выражение

коэффициента остаточных

газов

для

четы­

рехтактных

двигателей

Т = М1М" =

7 > Д(е -

1) TrPofiv),

(3-64)

а коэффициент

наполнения

^ = Т о Р г

/ [ ( е - 1 )

7 > о Т ] .

(3-65)

Подставляя

значение

т из (3-64) в (3-63), получаем

после

преоб­

разований следующую формулу коэффициента наполнения

для

че­

тырехтактного

двигателя:

•пу =

-

рг)

тм*

-1)

Ро ( П + АТу].

(3-66)

Подставляя

данное

значение тп

в (3-64), получаем для

четырех­

тактного двигателя формулу для определения f, не зависящего от

ч\у,

т = [(Т0

+

АГ)/ГГ ] [рг /(гра - рг )].

(3-67)

Из (3-66) видно, что коэффициент

наполнения

четырехтактного

двигателя

увеличивается

в основном при повышении

ра,

снижении

рг и AT

и не зависит от Тг

и

Та.

Все

приведенные формулы

по определению Та,

у

и r\ v

остаются

разом, при наддуве формулы (3-66)

и (3-67) приобретают следующий

вид:

\ =

[ ( е р в - Р , )

ТЖ(*

-

1) Рк (7-к + АГ)];

(3-68)

7

= [(Тк +

АТ)/ТГ]

[Рг/(вра - рг )].

(3-59)