По хорошей цене авто в аренду по вашим рекомендациям.
Шаговый расчет процесса газообмена

В уравнении (3.32) скрыты некоторые неопределенности, Fэкн образовано при наличии ряда упрощений, ?экв трудно опре­делить непосредственно; как правило, его определяют с помощью измерения па двигателях массового расхода воздуха и после­дующего сравнения его со значением, рассчитанным вышеука­занным способом. При этом нельзя сделать заключения о вели­чине давления или изменении давления в цилиндре.

Для получения точных результатов служит шаговый расчет процесса газообмена. Хотя сегодня — в эпоху вычислительной техники — он, как правило, производится вместе с общим рас­четом рабочего цикла, сам по себе отдельный расчет га­зообмена, который при необходимости можно выполнить и с по­мощью логарифмической линейки или простой счетной машинки, является полезным во многих случаях.

За короткий промежуток времени при одновременном откры­тии впуска и выпуска в цилиндр поступает количество воздуха, равное dmвп, а из цилиндра выходит количество газов, равное dmвып (рис. 3.11).

Параметры состояния при газообмене четырехтактного (слева) и двухтактного (справа) двигателей

Наиболее простым и пригодным для ручного счета является метод, который первым предложил Земан. Впоследствии этот метод был несколько усовершенствован.

Запишем уравнения сохранения массы

и сохранения энергии

где uц — внутренняя энергия заряда цилиндра, отнесенная к еди­нице массы; iвп и iвып — теплосодержание количества газа, по­ступающего в цилиндр и соответственно вытекающего из цилин­дра; dQст — количество теплоты, отводимое в рассматриваемый промежуток времени стенками цилиндра.

Из уравнений сохранения массы и энергии, предполагая, что энергия впуска переходит в теплоту и что вновь поступаю­щий воздух мгновенно перемешивается с зарядом цилиндра, получим:


С учетом этого в уравнениях (3.37) и (3.38) буквы А, В, С и D обозначают следующие выражения: в системе СИ

где члены уравнений описывают: А — втекание; В — вытека­ние; С — движение поршня; D — теплопередачу; Фц — измене­ние объема цилиндра.

Функция ?вп определяется по давлению на впуске рвп и давле­нию в цилиндре pц, а функция ?вып — по давлению pц и давле­нию на выпуске рвып:

Дифференциальные уравнения (3.37) и (3.38), описывающие изменение давления и температуры, могут быть решены только с помощью шагового метода.

Расчет начинается исходя от давления в цилиндре при от­крытии выпускного органа (Вып. о.). Значения давления в вы­пускном трубопроводе могут быть подставлены по эксперимен­тальным данным, если имеются соответствующие измерения.

На рис. 3.12 линия а показывает наклон линии изменения давления в точке п при п-м шаге расчета с оцененным значением (рц)п; линия b — наклон линии изменения давления при повторе­нии n-го шага вычисления с исправленным (рц)п.

Параллельно таким же способом рассчитывается изменение температуры в цилиндре.

При практических решениях приведенных выше дифферен­циальных уравнений часто можно пренебрегать составляющей теплопередачи (D) или учитывать ее в сумме (например, от 10 до 40° повышения температуры свежего заряда в течение процесса впуска — в зависимости от размеров цилиндра и температуры наддувочного воздуха).

Если для расчета протекания давления и температуры нет электронно-вычислительной машины, то в этом случае проще и быстрее рассчитать только изменение давления по уравне­нию (3.37), а температуру Тц, которая, кроме пренебрегаемой в данном случае составляющей теплопередачи, входит только в составляющую выпуска (В), определять, как описано ниже.

Для периода, пока впускные органы закрыты, можно прини­мать, что изоэнтропное расширение происходит, начиная с тем­пературы при открытии выпускных органов Tц Вып. о,

Температура при открытии впускных органов Tц Вып. о находится из pц Вып. о и уравнения состояния — с помощью пер­воначально оцененного количества заряда.

Во время периода впуска температура Tцn заряда цилиндра может быть рассчитана при п-м шаге вычисления по правилу сме­шения с наложением адиабатного изменения состояния:

где п обозначает n-й шаг расчета, а п — 1 — предыдущий шаг.

В качестве примера такого расчета, выполненного без применения вычислительных машин, на рис. 3.13 показаны кривые изменения давления и температуры в цилиндре крупного двух­тактного двигателя с асимметричной диаграммой газораспреде­ления (петлевая схема продувки с вращающейся заслонкой на выпуске, которая закрывает выпуск прежде, чем поршень пере­кроет выпускные окна). Кривая а показывает рассчитанное, и кривая б — замеренное протекание давления, Tц — рассчитан­ное изменение температуры, и кривая в — давление продувки.

Несмотря на то, что вследствие переменного давления в вы­пускном трубопроводе расчет выполнялся для постоянного дав­ления р3, имеются некоторые различия между измеренными (линия б) и рассчитанными (линия а) величинами давления в цилиндре, совпадение у точки закрытия выпускного органа (Вып. з.) хорошее. Количество заряда определено давлением и температурой в этой точке. Путем повторных вычислений для измененных фаз газораспределения находят, при каких условия количество заряда в цилиндре достигает максимума. Подобные расчеты целесообразно проводить и тогда, когда нет вычислитель­ных машин, так как экспериментальная оптимизация на круп­ных двигателях обходится очень дорого.


Для четырехтактных двигателей также производились опти­мизационные расчеты с целью определения наиболее благоприят­ных фаз газораспределения, при этих расчетах важными являются расход воздуха и количество заряда. На рис. 3.14 показано изме­нение давления в цилиндре дизеля с высоким наддувом при раз­личных углах открытия выпускного клапана (Вып. о.). Чем раньше происходит открытие выпускного клапана, тем меньше работы за­трачивается на выталкивание газов, но, с другой стороны, тем боль­ше потери работы расширения. Здесь требуется определить оптимум.

Например, на рис. 3.15 кривая 1 представляет собой сумму обеих площадей потерь (см. рис. 3.14) в зависимости от угла пред­варения открытия выпускного клапана. Как видно из рисунка, минимум этой площади потерь достигается при ? = 75° п. к. в. до н. м. т.

Кривая 2 относится (при прочих равных условиях) к увели­ченному на ~7,5% диаметру седла выпускного клапана; кривая 3 соответствует улучшению коэффициента расхода на 12,5%. Нако­нец, кривая 4 показывает значения площади потерь при пониженной частоте вращения.

Еще более важным, чем для оптимизации фаз газораспреде­ления, становятся расчеты газообмена для предсказания успеха или эффекта от изменения рабочего процесса (о двигателях с из­мененным рабочим процессом).