Исходные уравнения для расчета процесса газообмена 187
•отсюда при адиабатическом процессе расширения при выпуске (для под-критической области истечения)
1/ -Щюйр У Pi
у Pi
применение уравнений установившегося движения допустимо в первом приближении при условии построения расчета, учитывающего все основные фазы процесса, и при введении в расчетные формулы опытных коэффициентов.
Принимая процесс расширения газа при истечении из области с давлением р в область с давлением Рр адиабатическим и используя термодинами-еские зависимости, можно получить известное уравнение секундного расхода газа, являющееся исходным для вывода расчетных соотношений:
где jf - площадь сечения органов распределения;
- коэффициент истечения; и и - удельные объемы газа соответственно давлениям р и Рр. Для надкритической области истечения выражение расхода газа упрощается:
Расчет распределения сводится к подбору сечений и время-сечений органов распределения, обеспечивающих своевременный и полный выпуск продуктов сгорания и впуск заданного количества воздуха или горючей смеси.
В двухтактных двигателях можно различать следующие основные фазы процесса газообмена:
а) свободный выпуск (выпуск до начала продувки), первая часть которого (по времени) представляет собой предварение выпуска;
б) принудительный выпуск и наполнение (продувка);
в) дополнительная зарядка (дозарядка) или при петлевых схемах дополнительный выпуск.
На фиг. 93 приведены типичные диаграммы площадей открытия органов распределения двухтактных двигателей для щелевой петлевой продувки (фиг, 93, а) и клапанно-щелевой (фиг. 93, б) и указаны основные точки, определяющие начало и конец той или иной фазы процесса. На фиг. 93, в показана также кривая изменения давления в цилиндре.
Предварение выпуска определяется началом открытия выпускных (точка А) и началом открытия продувочных (точка С) органов. Процесс свободного выпуска заканчивается значительно позже.
Условимся считать, как обычно, при построении расчетных формул, что процесс продувки - принудительного выпуска - протекает при постоянных давлениях р в ресивере, р в цилиндре и р, в выпускной системе. Примем, что начало процесса продувки - наполнения (конец процесса свободного выпуска) соответствует падению давления в цилиндре до величины р (точка G). Значение р близко к величине давления в цилиндре во время второй части процесса продувки, когда изменение давления во времени относительно невелико и процесс приближается часто по характеру
протекания к установившемуся движению. Одновременно укажем.что нередко давление близко по своему значению кдавлению начала сжатия р (для прямоточных схем - точка L).
С G L
Продубка
Сбободный Дополнительный
выпуск
Фиг. 93. Изменение площадей открытия органов распределения и величины давления в пилиндре по углу поворота кривошипа двухтактного двигателя.
Распределение перепадов давлений между продувочными (р - Рц) и выпускными (Рц -рр) органами близко к распределению таковых при
- ->.,
С6о5одньй\ Принидитепь-
Проду
Наполнение
Фиг. 94. Изменение площадей открытия органов распределения по углу поворота кривошипа четырехтактного двигателя.
продувании двигателя в холодном состоянии, когда проще измерить давления. Влияние абсолютных значений давлений на распределение перепадов, как показывают эксперименты, не является решающим. На графиках фиг. 93 площади представляют собой в масштабе:
лев - время-сечение предварения выпуска;
AGE - полное время-сечение свободного выпуска; GDML - время-сечение продувки - наполнения;
dG = p.f,Ydt, (219)
где р v\ V - соответственно давление и удельный объем газа в цилиндре;
< - величина, зависящая в общем случае от отношений давлений (р и р). В подкритической области
/ГА Н±
в надкритической области
k + 1
при ==1,3 ф„,,:==2,09.
Вытекшее количество продуктов сгорания также можно выразить как разность начального веса Gq газа в цилиндре и оставшегося количества G после истечения за t сек. При этом за начальный момент может быть принят любой момент времени, с которого и ведется в таком случае отсчет:
В современных быстроходных двухтактных двигателях с прямоточными клапанно-щелевыми схемами распределения период, соответствующий фазе дополнительной зарядки, нередко отсутствует.
В четырехтактном двигателе целесообразно различать следующие основные фазы процессов газообмена (фиг. 94).
а) свободный выпуск (предварение выпуска), заканчивающийся при положении поршня в н. м. т.;
б) принудительный выпуск;
в) продувка (наполнение - принудительный выпуск);
г) наполнение (зарядка и дозарядка).
§ 5. РАСЧЕТ ПРОЦЕССА СВОБОДНОГО ВЫПУСКА
Схематизируя и упрощая явления, можно представить свободный выпуск как процесс истечения при условиях изменяющегося давления р в цилиндре, .а также изменяющегося сечения выходных отверстий (выпускных окон или клапанов). В соответствии с ходом поршня изменяется также и объем цилиндра, из которого происходит истечение. Сказанное относится как к двухтактным, так и- к четырехтактным двигателям.
Задачей исследования является установление зависимости между основными параметрами процесса и время-сечением выпуска, необходимым для снижепия давления в цилиндре в результате выпуска продуктов сгорания до величины, обеспечивающей хорошее качество протекания газообмена после открытия продувочных окон.
Температура в цилиндре в исследуемой фазе процесса обычно колеблется в пределах 500-1200° С, что соответствует значениям показания адиабаты k в пределах 1,32-1,29.
За бесконечно малый элемент времени dt из цилиндра вытекает количество газа
