2.4. Показатели качества газообмена

Качество очистки цилиндра от продуктов сгорания и наполнения его воздухом оценивают комплексом показателей. Процесс газообмена в цилиндре можно изобразить в виде потоков воздуха, топлива, продуктов сгорания и их смеси (рис. 16). Обозначения на рисунке:

Рис. 16. Схема баланса потоков в цилиндре дизеля

Обозначения на рисунке:

G_s – масса воздуха, поступающего в цилиндр;

G_φ – часть этого воздуха, уходящего с выпускными газами;

G_L – остающаяся в цилиндре и участвующая в сгорании топлива часть продувочного воздуха;

G_м – масса продуктов сгорания, образующихся в процессе сгорания,

, где  ;  (16)

G_r – масса остаточных газов в цилиндре;

G_т – масса выпускных газов, поступающих в турбину,

; ; (17)

G_r – масса продуктов сгорания, уходящая из цилиндра.

Коэффициент остаточных газов: отношение массы остаточных газов к массе воздуха в составе заряда цилиндра:

. (18)

Коэффициент наполнения – отношение массы воздуха, остающегося в цилиндре в составе заряда, к массе воздуха, которая могла бы поместиться в рабочем объеме цилиндра при параметрах, характеризующих состояние воздуха перед цилиндром:

; , (19)

_s – плотность воздуха перед цилиндром.

. (20)

Коэффициент избытка продувочного воздуха – отношение массы воздуха, поступающего в цилиндр за цикл, к массе воздуха, которая могла бы поместиться в рабочем объеме цилиндра при параметрах, характеризующих состояние воздуха перед цилиндром:

. (21)

Масса воздуха, поступающего в цилиндр:

, (22)

где G_k – кг/с – секундный расход воздуха через двигатель; i – число цилиндров; z – коэффициент тактности, равный количеству циклов за один оборот коленчатого вала; n – частота вращения.

G_k – определяется экспериментальным путем с помощью диафрагм, установленных на впускном патрубке.

Если известен _s, то

, (23)

где _s = 1,051,15 у судовых дизелей с наддувом; 1,05 – контурная продувка, 1,15 – прямоточная продувка.

Коэффициент продувки – отношение воздуха, поступающего в цилиндр за цикл, к массе воздуха, остающегося в цилиндре в составе заряда к началу сжатия:

; . (24)

Коэффициент продувки _а = 1,551,65. Меньшие значения – для прямоточных, а большие – для контурных схем газообмена. Его часто используют в расчетах подачи компрессора и расхода воздуха через двигатель. При известном _а расход воздуха за цикл может быть определен через размеры цилиндра

. (25)

Геометрический (приведенный) коэффициент избытка продувочного воздуха – отношение массы воздуха, поступающего в цилиндр за цикл, к массе воздуха, которая могла бы поместиться в рабочем объеме цилиндра при параметрах окружающей среды

, где – плотность атмосферного воздуха.

Коэффициент избытка воздуха – отношение массы воздуха, поступившего в цилиндр за цикл и оставшегося в составе заряда, к теоретически необходимой массе воздуха для сгорания цикловой подачи топлива:

, (26)

где L₀ = 0,495 кмоль/кг  – теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива, _s = 28,97 кг/кмоль – масса одного киломоля воздуха,

g_ц – цикловая подача топлива, .

Суммарный коэффициент избытка воздуха – отношение массы воздуха, поступающего в цилиндр за цикл, к массе воздуха, теоретически необходимого для сгорания цикловой порции топлива:

. (27)

У судовых дизелей

Коэффициент может быть легко определен экспериментально по замерам расхода воздуха и топлива. Его часто используют для определения коэффициента _а или коэффициента избытка воздуха .