Повышение температуры заряда в процессе впуска t

Эта величина принимается на основании имеющихся экспериментальных данных, средние значения которых для современных двигателей приведены в табл. 10.

В процессе наполнения температура свежего заряда несколько увеличивается благодаря подогреву от нагретых деталей двигателя. Величина подогрева T зависит от расположения и конструкции впускного трубопровода, системы охлаждения, наличия специального устройства для подогрева, быстроходности двигателя и наддува. Повышение температуры улучшает

процесс испарения топлива, но снижает плотность заряда и, таким образом, отрицательно влияет на наполнение двигателя. Эти два противоположных фактора, появляющихся в результате подогрева, должны быть учтены при установлении величины T.

Таблица 10

Подогрев заряда во впускном коллекторе

Температура газов в конце выпуска Тип двигателя	T , °К
Бензиновые:
а) при наличии специального подогрева	20…45
б) при отсутствии подогрева	0...20
Дизели:
а) без наддува	10…40
б) с наддувом	(-5)…(+10)

В двигателях с наддувом величина подогрева свежего заряда снижается благодаря уменьшению перепада температур деталей двигателя и наддувочного воздуха. При повышении температуры наддувочного воздуха возможны и отрицательные значения T.

Изменение величины T в зависимости от скоростного режима двигателя при ориентировочных расчетах может быть определено по формуле

T = A_T(110 - 0,0125n)

где A_T = T_N(110 - 0,012n_N); T_N и n_N - соответственно температура подогрева и частота вращения коленчатого вала при номинальном режиме работы двигателя.

Параметры процесса впуска

Давление в конце впуска (МПа) является основным фактором, определяющим количество свежего заряда, поступающего в цилиндр двигателя:

p_a = p_к - p_a или p_a = p₀ - p_a .

Потери давления p_ за счет сопротивления впускной системы и затухания скорости движения заряда в цилиндре при некотором допущении можно определить из уравнения Бернулли:

p_a = (²+_вп)(A_n² n ²/2)_к 10 ^-6,

где A_n = _вп / n_N ;  - коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом сечении цилиндра; _вп - коэффициент сопротивления впускной системы, отнесенный к наиболее узкому сечению; _вп - средняя скорость заряда в наименьшем сечении впускной системы (как правило, в клапане или в продувочных окнах); _к или ₀ - плотность заряда на впуске соответственно при наддуве или без него (p_к = p₀ и _к = ₀ при отсутствии наддува).

По опытным данным в автомобильных двигателях на номинальном режиме

(²+_вп) = 2,5...4,0 и _вп = 50...130 м/с.

Гидравлические потери во впускной системе уменьшаются при увеличении проходных сечений, придании обтекаемой формы клапанам, обработке внутренних поверхностей впускной системы, правильном выборе фаз газораспределения и т.д.

У четырехтактных двигателей величина p_ колеблется в пределах (МПа):

для карбюраторных двигателей (0,05 … 0,20)P₀

для дизелей без наддува (0,03 ... 0,18)P₀

для дизелей с наддувом (0,03 ... 0,10)P₀

Дизели по сравнению с карбюраторными двигателями при той же частоте вращения имеют несколько пониженное значение p_. Это объясняется снижением гидравлических сопротивлений благодаря отсутствию карбюратора и более упрощенной впускной системе. Плотность заряда (кг/м³) на впуске

₀ = p_к 10⁶/(R_в T_к) или ₀ = p_к 10⁶/(R_в T₀) , (3)

где R_в - удельная газовая постоянная воздуха:

R_в = R / _в = 8314/28,96 = 287 Дж/кг.град

R_в =8314(Дж/кмоль.град)- универсальная газовая постоянная.

Коэффициент остаточных газов _r характеризует качество очистки цилиндра от продуктов сгорания. С увеличением _r уменьшается количество свежего заряда, поступающего в цилиндр двигателя в процессе впуска.

Коэффициент остаточных газов для четырехтактных двигателей:

- с учетом продувки и дозарядки цилиндра

;

- без учета продувки и дозарядки

,

где  - степень сжатия; _оч и _доз - соответственно коэффициенты очистки и дозарядки.

При определении _r для двигателя без наддува применяется коэффициент очистки _оч = 1, а коэффициент дозарядки, на номинальном скоростном режиме, _доз=1,1, этого можно добиться при подборе угла запаздывания закрытия впускного клапана в пределах 30 ... 60°. При этом на минимальном скоростном режиме (n_min = 600...1000 об/мин) возможен обратный выброс свежего заряда в пределах 5%, т.е. _доз = 0,95. На остальных режимах значения _доз можно получить, приняв прямую линейную зависимость _доз от скоростного режима(см. рис. 1).

В четырехтактных двигателях величина _r зависит от степени сжатия, параметров рабочего тела в конце впуска, частоты вращения и других факторов. С увеличением степени сжатия  и температуры остаточных газов T_r величина _r уменьшается, а при увеличении давления p_r остаточных газов и частоты вращения n - возрастает.

Величина _r изменяется в пределах:

для бензиновых и газовых двигателей без наддува 0,04 … 0,10;

для дизелей без наддува 0,02 … 0,05.

При наддуве величина коэффициента остаточных газов снижается.

Температура в конце впуска:

T_a = (T₀ +  T + _r  T_r)/(1+ _r),

где Т – подогрев заряда во впускном коллекторе.

Величина T_a в основном зависит от температуры рабочего тела, коэффициента остаточных газов, степени подогрева заряда и в меньшей степени от температуры остаточных газов.

У четырехтактных двигателей температура T_ в конце впуска изменяется в пределах:

для карбюраторных двигателей 320 … 370 °К;

для дизелей 310 … 350 °К;

для четырехтактных двигателей с наддувом 320 … 400 °К.

Наиболее важной величиной, характеризующей процесс впуска, является коэффициент наполнения, представляющий собой отношение действительного количества, свежего заряда, поступившего в цилиндр, к тому количеству, которое могло поместиться в рабочем объеме цилиндра при условии, что температура и давление в нем равны температуре и давлению среды, из которой поступает свежий заряд

_v = G_д/G₀ = V_д/V₀ = M_д/M₀

где G_д , V_д , М_д - действительное количество свежего заряда, поступающего в цилиндр двигателя в процессе впуска, соответственно в кг, м³, моль; G₀ , V₀ , М₀ - количество заряда, которое могло бы поместиться в рабочем объеме цилиндра при p₀ и T₀ (или p_к и Т_к ), соответственно в кг, м³, моль.

Для четырехтактных двигателей с учетом продувки и дозарядки цилиндра коэффициент наполнения

.

Для четырехтактных двигателей без учета продувки и дозарядки

.

Величина коэффициента наполнения в основном зависит от тактности двигателя, его быстроходности и совершенства системы газораспределения.

Значения коэффициента наполнения _v для различных типов автомобильных и тракторных двигателей при работе их с полной нагрузкой изменяются в пределах:

для карбюраторных двигателей 0,7 … 0,90;

для дизелей без наддува 0,8 … 0,94;

для дизелей с наддувом 0,8 … 0,97.