Количество воздуха, необходимого для работы, зависит от мощности, выбранных ранее (см. п.1) геометрических размеров цилиндров, качества газообмена и других, факторов.
Расход воздуха через двигатель определяется из соотношения:
, кг/с (8)
где вт - расход топлива двигателем, кг/с;
S- суммарный коэффициент избытка воздуха;
L0` - соотношение между количеством воздуха и топлива при полном сгорании топлива (= 1).
Расход топлива Вт зависит от мощности, КПД двигателя и качества топлива:
, кг/с (9)
где Nе - эффективная мощность дизеля, кВт;
Ни - теплотворная способность топлива, кДж/кг;
hе - эффективный КПД двигателя.
С учетом (9) получим:
(10)
Величины S и hе предварительно выбираются по справочным данным. Обычно для 4-х тактных тепловозных дизелей характерно S2,1 - 2,6 hе=0,40-0,43, а для 2-х тактных соответственно – S2,5 -2,9 и hе=0,34 - 0,38
Величины L0` и Ни принимаются равными 14,35 и 42500 кДж/кг.
Во время продувки часть воздуха теряется, поэтому в процессе сгорания будет участвовать меньшее количество воздуха:
, кг/с. (11)
где jк - коэффициент избытка продувочного воздуха.
Для 4-х тактных двигателей принимают jк = 1,05 - 1,15;
для 2-х тактных при прямоточно-щелевой продувке - jк = 1,4 - 1,5, при прямоточно-клапанной - jк = 1,4 - 1,7 и при контурной продувке - jк = 2,1.
Количество воздуха в цилиндрах G и давление наддува РS связаны соотношением:
, МПа (12)
где hv - коэффициент наполнения, выбирается для 4-х тактных ДВС в пределах 0,82 -0,97, а для 2-х тактных – 0,85 - 0,95;
ТS - температура наддувочного воздуха, К.
Если считать, что в условиях тепловоза не удается охлаждать наддувочный воздух ниже 340 - 350 К, то можно принять, что температура заряда в цилиндрах находится в пределах ТS = 370 - 400 К.
RВ - газовая постоянная воздуха, RВ= 287 Дж/кг.К.