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

Давление в начале сжатия ра зависит от давления всасываемого воздуха, а также от сопротивления впускной системы, от расположе­ ния впускных клапанов или окон и от быстроходности двигателя.

Значения ра обычно находятся в следующих пределах:

При работе с наддувом значение ра приближается к рк\ при высо­ ком давлении наддува, когда абсолютное давление наддувочного воз­ духа р„ > 2 бар, можно принимать ра « р к . В том случае, если при­ меняется инерционный наддув, то ра > рк. Величина ра зависит не только от. давления наддува, но и от фаз газораспределения, а также от конструкции и размеров впускной системы.

272

Приведенные данные относятся к двигателям, не имеющим воздуш­ ного фильтра; если есть воздушный фильтр, г) v снижается на 2-7-5%.

В двухтактных, а также и в четырехтактных двигателях, работаю­ щих с наддувом, имеется компрессор-нагнетатель, который предва­

рованных двигателях обычно охлаждается корпус турбокомпрессора; воздухопровод от турбокомпрессора до двигателя также имеет охлаж­ даемую водяную рубашку. Кроме того, для охлаждения воздуха пос­

величину сопротивления в холодильнике Арх о л - Потеря давления на сопротивление в холодильнике в судовых и стационарных двигателях получается незначительной, а в транспортных (наземных) двигателях она может иногда достигать Арх о л = 0,05(рк — 1) бар.

Для оценки расхода продувочного воздуха в двухтактных двига­

Ф = VJVA = GJGA,

где Va —объем воздуха, остающегося в цилиндре после закрытия продувочных и выпускных органов, приведенный к параметрам р к и

273,

Суммарный коэффициент избытка воздуха а с у м представляет собой отношение весового количества воздуха, поданного через продувоч­ ные органы, к теоретически необходимому количеству воздуха для сгорания топлива:

где Gr — расход топлива, кг/ч.

всасывающий трубопровод с температурой, равной температуре окру­ жающей среды; в двухтактных двигателях температура продувочного воздуха, сжатого до 1,24-1,5 бар, колеблется в пределах 300-4-350 К- В данных условиях температура свежего заряда в первый период сжатия ниже температуры поверхностей, окружающих рабочее тело (стенок цилиндра, днища поршня и других деталей), и заряд допол-

274

нительно нагревается от этих поверхностей. Следовательно, процесс сжатия идет в этот период с подводом тепла, и показатель политропы сжатия больше показателя адиабаты (n4 > k). По мере повышения давления сжатия температура заряда возрастает и с некоторого момен­ та становится выше температуры окружающих поверхностей, в связи с чем этот период сжатия, несмотря на уменьшение поверхности ох­

На показатель политропы nt влияют еще число оборотов и размер цилиндра. С возрастанием числа оборотов и диаметра цилиндра nt незначительно увеличивается. Это происходит в первом случае вслед­ ствие уменьшения времени теплоотдачи через стенки цилиндра, а во втором случае — вследствие уменьшения относительной поверхности охлаждения. Таким образом, процесс сжатия протекает с переменным показателем политропы л4 . В результате суммарный теплообмен, происходящий за весь процесс сжатия, оказывается незначительным. В связи с этим можно с некоторым приближением принять, что про­ цесс сжатия происходит по адиабате. С ростом температуры в резуль­ тате изменения теплоемкостей показатель адиабаты меняется на всем протяжении процесса. Подсчеты параметров и работы адиабатного про­ цесса с переменным показателем k отличаются большой сложностью, поэтому принимают адиабатное сжатие с некоторым средним постоян­ ным показателем kt, при котором работа равна соответствующей дей­ ствительной работе сжатия. Такое допущение приемлемо при расчете двигателей, работающих без наддува. Но при наддуве и особенно при

27S

высоком наддуве, если не имеется глубокого промежуточного охлаж­ дения воздуха, такая предпосылка недопустима.

Температура воздуха при входе в цилиндр при высоком наддуве гораздо выше, чем в нормальных двигателях, поэтому подвода тепла за счет соприкосновения воздуха с нагретыми поверхностями в на­ чальный период может и не быть. Если принять абсолютное давление наддува рк = 4 бар, то температура воздуха перед цилиндром при адиабатном сжатии в нагнетателе составит 430К, а температура заряда в цилиндре двигателя в конце закрытия продувочных и выпуск­

от коробления максимальная температура нагрева головки цилиндра

ния воздуха перед цилиндром двигателя, температура заряда может превышать температуру стенок гильзы, приближаясь к температуре головки.

В двигателях с высоким наддувом процесс сжатия и в начальный период сопровождается отдачей тепла заряжаемого воздуха сначала стенкам цилиндра, а затем, по мере повышения температуры заряда,—• поршню и головке цилиндра двигателя. Поэтому показатель поли­ тропы сжатия rii будет почти по всей линии сжатия меньше показа­ теля адиабаты &t . Несмотря на уменьшение относительной поверх­ ности охлаждения, с приближением поршня к в.м.т. величина п4 по мере возрастания давления сжатия будет уменьшаться вследствие повышения температуры заряда и интенсивности охлаждения. Таким образом, процесс сжатия в двигателях с высоким наддувом характе­ ризуется непрерывно уменьшающимся показателем политропы п4 ; причем всегда будет n^-cki, так как в течение всего процесса сжатия происходит отдача тепла от рабочего тела окружающим поверхнос­ тям.

Для облегчения подсчета переменный показатель политропы сжа­ тия обычно заменяют некоторым постоянным средним показателем nit так чтобы действительная работа сжатия, протекающая при перемен­ ном показателе политропы, была равна работе сжатия при этом сред­ нем показателе. Тогда можно написать следующее уравнение поли­ тропы:

Уравнения состояния рабочего тела для начала и конца сжатия (см. точки а и с на рис. 3-19):

276