2.1.2. Тиск і температура залишкових газів

Під час наповнення в об’ємі циліндрів завжди є деяка кількість залишкових газів. Їх параметри – тиск р_r і температуру Т_r – на даному етапі не розраховують, а приймають за прототипом. Вони залежать від кількості і розміщення клапанів, конструкції впускної системи, фаз газорозподілу тощо. Під час їх вибору слід мати на увазі, що достатньо високі значення ступеня стиску ( > 17) дизеля без наддуву спричинюють зниження значення тиску і температури залишкових газів, а підвищена частота обертання колінчастого вала дещо підвищує р_r і Т_r. При наддуві температурний режим двигуна підвищується і значення величин р_r і Т_r збільшуються. Підвищення тиску враховує коефіцієнт тиску залишкових газів k_рr.

Тому для автотракторних двигунів рекомендується приймати р_r=k_рr р_к:

р_r = (1,05…1,10)р_к – для тракторних дизелів без наддуву (БН);

р_r = (1,10…1,15)р_к – для двигунів вантажних автомобілів БН;

р_r = (1,15…1,25)р_к – для двигунів легкових автомобілів;

р_r = (0,75…0,98)р_к – для дизелів з газотурбінним наддувом.

Температуру залишкових газів Т_r також приймають, орієнтуючись на експериментальні дані:

Т_r = 900…1100 ^оК – для карбюраторних двигунів;

Т_r = 700…900 ^оК – для дизелів;

Т_r = 750…1000 ^оК – для газових двигунів.

2.1.3. Тиск і температура кінця впуску

2.1.3.1. Густина заряду

Повітря у дизельних двигунах чи робоча суміш у карбюраторних, що під час впуску надходять до циліндрів, характеризуються певною густиною:

, кг/м³ або кг/м³, (2.3)

де ρ_о, ρ_к – відповідно густина заряду на впуску для двигунів без наддуву і з наддувом, кг/м³;

R_в – постійна газова стала, R_в = 286 Дж/кг∙град.

2.1.3.2. Втрати тиску на впуску

Впускна система спричинює опір проходження свіжого заряду до циліндрів, тобто тиск вкінці наповнення р_а є завжди меншим від тиску початку впуску на величину ∆р_а:

р_а= р_к - р_а (для двигунів з наддувом);

(2.4)

р_а= р_о - р_а (для двигунів без наддуву).

Тиск р_а для двигунів без наддуву завжди нижчий, а у двигунів з наддувом вищий від атмосферного.

Багато чинників (зміна швидкісного режиму роботи двигуна, технічного стану тощо) суттєво впливають на значення тиску вкінці впуску, а складність аеродинамічних явищ ускладнюють його теоретичне визначення. Втрати тиску р_а за рахунок опору впускної системи і затухання швидкості руху заряду в циліндрі при певному припущенні визначають з рівняння Бернуллі:

, МПа, (2.5)

де _з – коефіцієнт затухання швидкості руху заряду;

_вп – коефіцієнт опору впускної системи, віднесений до найвужчого його перерізу;

_вп – середня швидкість руху заряду в найменшому перерізі впускної системи.

В сучасних автомобільних двигунах на номінальному режимі роботи (_з² + _вп ) = 2,5…4 і _вп = 50…130 м/с.

Розрахований для номінального режиму тиск кінця впуску повинен бути в межах:

р_а=0,07…0,093 МПа – для карбюраторних двигунів;

р_а=0,083…0,095 МПа – для дизелів БН;

р_а=0,15…0,10 МПа – для дизелів з наддувом.

2.1.3.4. Коефіцієнт залишкових газів

Коефіцієнт залишкових газів _r – відношення маси відпрацьованих газів до маси свіжого заряду, яка надходить в циліндр в процесі впуску, тобто

, (2.6)

де Т – підігрів заряду від нагрітих деталей двигуна;

ε – ступінь стиску двигуна (за завданням).

Підігрів заряду ∆Т на впуску відбувається завдяки його контакту з нагрітими деталями впускної системи та за рахунок змішування із залишковими газами. Для карбюраторних двигунів він сприяє випаровуванню бензину і покращує сумішоутворення. Для дизелів підігрів має негативні наслідки – зменшується густина і маса заряду вкінці впуску, що зменшує потужність двигуна. Під час проектування, залежно від типу двигуна і наявності в ньому спеціального пристрою для підігріву (охолодження) свіжого заряду, ∆Т приймається:

∆Т= -5…25 ^оК – для карбюраторних двигунів;

∆Т= 20…40 ^оК – для дизелів БН;

∆Т= 5…10 ^оК – для дизелів з наддувом;

∆Т=-5…5 ^оК – для дизелів з наддувом і проміжним охолодженням повітря між турбокомпресором і впускною системою двигуна.

Значення γ_r для автотракторних двигунів лежить в межах:

γ_r =0,04…0,08 – бензинові і газові двигуни без наддуву (ε <10);

γ_r =0,03…0,06 – дизельні двигуни без наддуву і з наддувом (ε >10).