Температура и давление воздуха после турбокомпрессора

При наддуве воздух предварительно сжимается до давления р_к. При этом температура его возрастает до Т_к.

Давление во впускном трубопроводе оказывается несколько ниже из-за потерь в нем.

При расчетах р_к принимают в соответствии со степенью наддува (_н), а температуру Т_к определяют по выражению:

, (2)

где п_к – показатель политропы сжатия воздуха в компрессоре (1,4…2,0

при центробежном компрессоре);

Т_о и р_о – температура и давление окружающей среды.

При наличии промежуточного охлаждения за р_к и Т_к принимают их значения за холодильником.

37 Анализ процесса сжатия с использованием его индикаторной диаграммы

Процесс сжатия фактически начинается после закрытия всех газораспределительных клапанов.

Рисунок 1 Индикаторные диаграммы процесса сжатия

В реальном двигателе сжатие происходит по политропе с переменным показателем (рисунок 1). Переменность показателя объясняется тем, что в процессе сжатия происходит теплообмен между газом и стенками камеры сгорания, стенками цилиндра и его головки и поршня и др. В начальном участке сжатия тепло переходит от стенок цилиндра к

заряду (п₁>к) и только затем при достаточно большом сжатии (повышении температуры газов) начинается переход тепла от заряда к стенкам указанных деталей (п₁<к). Истинное значение показателя политропы находится в пределах п₁=1,11,5 и зависит от многих факторов - частоты вращения коленчатого вала, компактности камеры сгорания, утечек газа через кольца и т.д.

Указанный характер изменения п₁ приводит к тому, что истинная диаграмма сжатия протекает круче, чем адиабата в начале сжатия, и положе ее в конце сжатия (рисунок 1).

В целом в процессе сжатия через стенки деталей камеры сгорания передается охлаждающей жидкости (воздуху) (5…10)% от всего (за весь цикл) передаваемого тепла.

Для расчетов принимают некоторое усредненное значение показателя политропы сжатия (из опытных данных или по эмпирическим формулам).

Усредненное значение показателя политропы сжатия в быстроходных ДВС п₁=1,33…1,38. Его можно найти из условия – площадь индикаторной диаграммы под условной штриховой кривой должна быть равна площади под фактической политропой сжатия (рисунок 2).

Часто величину п₁ определяют по эмпирическим формулам В.А. Петрова:

Рисунок 2 Схема к методике определения фактического значения показателя политропы сжатия

п1=1,41-- для ДсИЗ прип30003200 мин-1; п1=1,41--0,02 – для дизеля. Здесь =п/30 угловая скорость вращения коленчатого вала. Если известна диаграмма сжатия, то показатель политропы сжатия на участке от V1 до V2 можно найти и следующим образом (рисунок 2): т.к. , то

и и.

38 Состояние газа в конце сжатия

Состояние газа в конце сжатия можно найти с использованием степени сжатия .

Как известно, состояние газа характеризуется величинами р и Т. Определим их для условия, когда процесс сжатия начинается при НМТ и заканчивается в ВМТ.

Давление р_с найдем из уравнения.

Отсюда и р_c=р_a (3)

Для определения температуры воспользуемся уравнениями:

р_сV_c=M_cRT_c.

р_aV_a=M_aRT_а

Разделим первое на второе

и получим:

и (4)

В соответствии с принципом С. Карно можно через Т_с и Т_а найти и термический кпд цикла двигателя, работающего со сжатием заряда:

.

Отсюда следует:

- _t такой же, что и у цикла Отто (с тем отличием что к=п);

- с увеличением  термический к.п.д. возрастает (вот почему нужен рабочий процесс сжатия).

В этой связи величина  считается одним из важных параметров. Отличают теоретическую («геометрическую») и фактическую степени сжатия.

Теоретическая степень сжатия:

Фактическую степень сжатия _ф следует определять с учетом фактического заполнения рабочего объема цилиндра, т.е. коэффициента наполнения (сжатие фактически начинается после «дожатия» поршнем незаполненного объема).

Т.к. V_ф=V_h_н, то .

Коэффициент наполнения в какой-то мере будет учтен (при работе на номинальном режиме), если фактическую степень сжатия определять, как рекомендуется, в четырехтактных ДВС по моменту закрытия всасывающих клапанов. Она примерно на 10%, меньше теоретической, т.е. _ф0,9_т.

В расчетные формулы (для четырехтактных ДВС) следует включать фактическую степень сжатия.

В двухтактных двигателях фактическая степень сжатия определяется по моменту закрытия выхлопных окон.

Величину  выбирают с учетом следующих соображений:

1. С увеличением  возрастают термический и, как следствие, индикаторный к.п.д. цикла, причем наиболее ощутимое возрастание индикаторного к.п.д. наблюдается при относительно малых  (до 10…12). С дальнейшем увеличением  индикаторный к.п.д. _t возрастает менее интенсивно (малоощутимо).

В ДсИЗ самым эффективным средством улучшения всех остальных показателей многие годы являлось именно повышение степени сжатия, позволившее при том же рабочем объеме получать большую мощность и снизить расход топлива на единицу мощности. Именно это послужило стимулом развития двигателестроения и нефтеперерабатывающей промышленности.

2. С увеличением ; (т.к. увеличивается температура в конце сжатия (см. формулу 2) и улучшается пуск дизеля; надежный его пуск может быть обеспечен лишь в случае, если температура в конце сжатия будет не ниже температуры самовоспламенения смеси – 640К.

3. На фактическое значение  влияют и пусковые обороты (через утечки газа в кривошипную камеру).

4. Чрезмерное увеличение  (>20) приводит к утяжелению двигателя (т.к. с увеличением  возрастает Р_с, см. формулу).

5. В карбюраторных двигателях, работающих на бензине, увеличению  препятствует детонационное сгорание. Для них максимальное значение =8-9.

В настоящее время:

=6,59 – в карбюраторных ДВС (Москвич-412 - =8,8; ЗИЛ-130 - =6,5) и =1120 – в дизелях (нижний предел относится к тихоходным двигателям с наддувом).

Этим значением , соответсвуют:

Р_с=800-1500 кПа и Т_с=400-700 К в карбюраторных ДВС, и Р_с=3000-5000 кПа и Т_с=750-950 К - в дизелях.