2.2. Параметры процесса газообмена

Параметры процесса газообмена можно разделить на две группы:

1) параметры, определяющие состояние рабочего тела в характерных точках процесса;

2) параметры, характеризующие совершенство процессов наполнения и очистки цилиндров в целом.

К первой группе относятся:

• △T — подогрев заряда от нагретых деталей,

• р_а— давление конца наполнения,

• Т_а— температура конца наполнения.

Ко второй группе относятся коэффициент наполнения η_v и коэффициент остаточных газов γ_r.

Коэффициент наполнения

Коэффициентом наполнения называется отношение количества свежего заряда, по массе, действительно поступившего в цилиндр, к количеству свежего заряда, также по массе, которое могло бы заполнить рабочий объем цилиндра при давлении и температуре в исходном состоянии на впуске в двигатель, т. е.

, (3.4)

где М — число молей свежего заряда действительно поступившего в цилиндр;

M_h— число молей свежего заряда, теоретически способного заполнить рабочий объем цилиндра;

G— масса свежего заряда, поступившего в цилиндр;

G_h — масса свежего заряда, теоретическиспособного заполнить рабочий объем цилиндра;

V_h — объем цилиндра;

ρ— плотность свежего заряда на впуске.

Давление и температура на впуске:

• для двигателей без наддува — давление р₀ и температура Т₀ окружающего воздуха;

• для двигателей с наддувом — давление р_к и температура Т_квоздуха после нагнетателя.

Коэффициент наполнения характеризует качество процесса впуска и учитывает отклонение условий внутри цилиндра от условий на впуске в двигатель. Производители двигателей всегда стремятся к увеличению значений η_v.

Коэффициент наполнения является основной характеристикой качества процесса газообмена.

Коэффициент остаточных газов

Коэффициентом остаточных газов называется отношение числа молей остаточных газов в цилиндре двигателя к числу молей свежего заряда, поступившего в цилиндр после завершения процесса впуска:

, (3.5)

где γ_r — коэффициент остаточных газов;

М_r — число молей остаточ­ных газов, находящихся в цилиндре двигателя;

М — число молей свежего заряда.

Коэффициент остаточных газов используют для оценки степени очистки цилиндров двигателя от продуктов сгорания. Он определяет относительное содержание их в рабочем теле.

Чем меньше γ_r тем большее количество свежего заряда можно разместить в цилиндре, следовательно, получить двигатель большей мощности с тем же рабочим объемом. Поэтому всегда стремятся получить минимальные значения γ_r.

Температура конца наполнения

В конце процесса наполнения внутренняя энергия рабочего тела (см. рис. 5, точка а) будет равна сумме внутренней энергии свежего заряда и внутренней энергии остаточных газов:

,

где μc_Va, μc_V, μc_Vr — мольные теплоемкости при постоянном объеме рабочего тела, свежего заряда и остаточных газов соответственно;

M_a— число молей рабочего тела в конце наполнения;

Т_а — температура конца наполнения;

М — число молей свежего заряда;

Т₀ — тем­пература свежего заряда на впуске в двигатель;

△Т — величина по­догрева свежего заряда от деталей двигателя;

М_r — число молей остаточных газов;

Т_r — температура остаточных газов.

Приняв μc_Va= μc_Vи μc_Vr= ψμc_V, получим

,

где ψ — коэффициент, учитывающий отличие мольной теплоемко­сти остаточных газов от мольной теплоемкости свежего заряда.

Выразив М_r и М_a через М, получим

,

Откуда

. (3.6)

Для двигателей с наддувом

. (3.7)

где Т_к — температура свежего заряда на впуске в двигатель после компрессора.

Из формул (6) и (7) видно, что температура конца наполненияТ_азависит от подогрева заряда △T, температуры остаточных га­зов Т_r и коэффициента остаточных газов γ_r.