Расходная характеристика двигателя

Для анализа совместной работы двигателя с компрессором необходимо иметь их характеристики: зависимости расхода воздуха от частоты вращения и давления наддува. Кроме того, необходимо знать влияние температуры воздуха и противодавления на выпуске двигателя на массовый расход воздуха. При этом, характеристику двигателя желательно представлять в тех же координатах, что и характеристики компрессора, т. е. в координатах V_в (объёмный расход воздуха в состоянии (индекс 1) на входе в компрессор, т. е. не в состоянии на впуске в двигатель (индекс 2)) – р₂/р₁ (степень повышения давления).

Для двухтактного двигателя характеристика получается сравнительно простой, т. к. для расчёта массового расхода среды двигатель может быть условно заменён эквивалентным отверстием. Тогда массовый расход определяется как:

а объёмный расход

или

Общее количество воздуха, нагнетаемого компрессором, равно

где - количество свежего всасываемого двигателем воздуха,

- количество продувочного воздуха, оставшегося в цилиндре,

- количество продуваемого, вышедшего из цилиндра при продувке воздуха,

- общее количество продувочного воздуха.

Количество свежего воздуха, всасываемого двигателем с наддувом, равно (где n – в 1/с).

Определим количество воздуха на продувку. Пусть f_вып, f_вп, f_экв – проходные сечения выпуска, впуска, эквивалентного сечения (т. е. сечения, имеющего такое же гидравлическое сопротивление, как последовательно расположенные сечения впуска и выпуска) (на рис. 4.30 они даны в зависимости от времени t или угла поворота j коленчатого вала).

Рис. 4.30. Время – и угол – сечение двухтактного (а) и четырёхтактного (б) двигателей.

При этом, если n дано в с^-1, то dj=w×dt=360 n×dt=2p×n×dt (в дуговом измерении, без единиц измерения) или в ⁰п.к.в. dj=360×n×dt.

Предполагая, что текучая среда является несжимаемой, кинетическая энергия, полученная в первом сечении, переходит у второго в теплоту, коэффициенты расхода сечений равны, давление на впуске в двигатель может быть приравнено к давлению наддува р₂, получаем:

f_экв должно вычисляться для любого угла поворота коленчатого вала, в соответствии с данными f_вп и f_вып. Интегрирование кривой f_экв даст эквивалентное время – сечение или эквивалентный угол – сечение:

Из этого эквивалентного сечения, которое открывается периодически только один раз во время одно цикла, определяем величину эквивалентного отверстия

- для двухтактного двигателя и

- для четырёхтактного двигателя.

(Аналогично – используя f_экв×dt).

Тогда расход воздуха, требуемый на продувку, равен:

причём, функция истечения определяется как

Для двухтактных двигателей, у которых отсутствует самостоятельное всасывание, коэффициент продувки, отнесённый к состоянию перед впускными окнами, определяется по формуле:

Если температура Т_вп однозначно зависит от давления р_вп (через КПД компрессора или благодаря применению охладителя наддувочного воздуха), то при постоянном противодавлении на выпуске двигателя имеется только одна линия расхода (рис. 4.31).

Рис. 4.31. Объёмный расход воздуха через двухтактный двигатель как функция степени повышения давления в компрессоре.

Если у двигателя, не имеющего охладителя наддувочного воздуха, температура Т_вп, соответствующая определённому давлению наддува, понижается (например, из – за повышения КПД компрессора, т. е. уменьшения показателя политропы n), то поскольку Т_вп=Т₁×(р₂/р₁)^(n-1)/n, объёмный V и массовый G_в расход воздуха через двигатель увеличатся. Однако, влияние КПД компрессора на объёмный расход воздуха невелико: V₁~1/

Если давление за выпускными окнами р_вып зависит от нагрузки, как, например, у двигателя с турбонаддувом, то эффективный перепад давления в продувочном трубопроводе изменяется. На расходную характеристику наносятся в зависимости от противодавления различные линии расхода, как это схематически показано на рис. 4.32. В этом случае линия объёмного расхода воздуха в соответствии с повышением противодавления на выпуске двигателя имеет вид сильно растянутой параболы (рис. 4.32).

Рис. 4.32. Объёмный расход воздуха через двухтактный двигатель с подключённой газовыпускной турбиной при различных противодавлениях на выпуске.

Для четырёхтактного двигателя объёмный расход воздуха складывается из расходов на сгорание топлива и на продувку.

Первый член в правой части уравнения пропорционален частоте вращения (рис. 4.33), а второй зависит от степени повышения давления воздуха в компрессоре и от перекрытия клапанов, но не содержит в себе частоты вращения.

Рис. 4.33. Линии постоянных частот вращения на расходной характеристике четырёхтактного двигателя.

без перекрытия клапанов, с перекрытием клапанов и положительным перепадом давления на продувку.

Дата добавления: 2014-12-26