2. Определение параметров рабочего тела в системах впуска и выпуска.

Процесс газообмена характеризуется рядом параметров. Рассмотрим их. В цилиндр 4-х тактного двигателя без наддува может поступить весовой заряд, называемый теоретическим:

где — плотность воздуха на впуске.

Он возможен при условии отсутствия гидравлических потерь на впуске в цилиндр (при бесконечно медленном перемещении поршня на малой скорости воздуха и газа) и равенства температур воздуха и стенок цилиндра параметры свежего заряда р₀, Т₀ в конце процесса наполнения были бы такими же, как и во впускном коллекторе

В действительности процесс наполнения является весьма сложным процессом, характер которого зависит от многих факторов.

Сложность процесса обусловлена следующими обстоятельствами:

1) процесс является неустановившимся, так как скорость свежего заряда в процессе наполнения непрерывно меняется, что обусловлено переменной скоростью поршня и непрерывно изменяющейся площадью проходных сечений органов впуска;

2) процесс наполнения сопровождается теплообменом воздуха с нагретыми поверхностями,, причем теплообмен носит неустановившийся характер вследствие непрерывного изменения как температуры воздуха, так и температуры поверхности теплообмена;

3) в процессе наполнения происходит перемешивание поступающего свежего заряда и остаточных газов, которые также участвуют в теплообмене;

4) процесс наполнения сопровождается гидравлическими потерями во впускной системе;

5) протекание процесса наполнения зависит от процессов, происходящих в системе выпуска.

Перечисленные явления, сопровождающие процесс наполнения, приводят к тому, что давление воздуха в цилиндре в процессе наполнения оказывается меньше, а температура больше, чем во впускном коллекторе, и поэтому, действительный весовой заряд цилиндра оказывается меньше теоретического.

Качество процесса наполнения оценивается коэффициентом наполнения.

Коэффициентом наполнения называется отношение количества воздуха (в килограммах или молях), действительно поступившего в цилиндр и оставшегося после закрытия органов газораспределения, к тому количеству воздуха, которое могло бы поместиться в рабочем объеме цилиндрa при давлении и температуре среды перед впускными органами:

где и − соответственно количество киломолей и масса, кг, свежего заряда; − объем свежего заряда приведенный к условиям на впуске(р₀, Т₀ или р_к, Т_к ), м³; и − количество киломолей и масса, кг, свежего заряда, теоретически способного заполнить рабочий объем цилиндра; − плотность воздуха на впуске(при р₀, Т₀ или р_к, Т_к.); − рабочий объем цилиндра.

Качество очист­ки цилиндра от продуктов сгорания характеризуется отношением количества молей остаточных газов М_г к количеству молей свежего заряда M_ln, заполнившего цилиндр после завершения про­цесса впуска; это отношение называют коэффициентом остаточ­ных газов:

Количество воздуха, поступившего в цилиндр и оставшееся в нем после закрытия органов газораспределения, называется действительным или индикаторным весовым зарядом.

Для бензинового двигателя при подсчете коэффициента наполнения пренебрегают топливом, содержащим в смеси, и учитывают только воздух, что мало сказывается на получаемом значении

В отличие от индикаторного полным весовым зарядом g_вп называется количество воздуха, которое прошло в цилиндр через органы впуска в течение всего процесса наполнения.

Отношение полного заряда к индикаторному называется коэффициентом продувки:

По опытным данным для четырехтактных двигателей без наддува

= 0,8 0,9; = 1,0 1,05;

для четырехтактных двигателей с наддувом

=0,85 0,95; = 1,05 1,3.

Рабочее тело в конце процесса наполнения представляет собой смесь воздуха и остаточных газов, а в бензиновом двигателе смесь воздуха, топлива и остаточных газов. Эту смесь принято называть рабочей. Температура поступающего в цилиндр воздуха повыша­ется за счет подогрева его от соприкосновения со стенками и сме­шения с остаточными газами. Учет подогрева заряда от сопри­косновения с горячими поверхностями был введен советским уче­ным Е. К. Мазингом в качестве дополнения к методу В. И. Гриневецкого.

Подогрев заряда зависит:

— от температуры поступающего воздуха и температуры стенок;

— от размеров цилиндра;

— от режима работы двигателя;

• от условий охлаждения цилиндра.

По опытным данным:

— для четырехтактных двигателей с наддувом (без промежуточного охлаждения воздуха) 0 10°;

— для дизелей без наддува 10 30°;

— для двухтактных дизелей 5 10°.

Температуру рабочей смеси в конце наполнения можно определить из уравнения теплового баланса.

Различие в теплоемкостях воздуха, остаточных газов и рабочей смеси не превышает 10%. Учитывая, что содержание остаточных газов в рабочей смеси невелико (порядка 3—6%), можно прене­бречь различием теплоемкостей и получить расчетное выражение для .

(4)

Давление воздуха в цилиндре в процессе наполнения не равно давлению на впуске , а всегда меньше на величину , которая зависит от гидравлических сопротивлений системы впуска, режи­ма работы двигателя и площади проходных сечений системы впус­ка. Так как точный учет всех факторов невозможен, то при опре­делении величины ориентируются на опытные данные и прини­мают для дизелей без наддува

. (5)

Для увеличением давления на впуске относительные потери во впускных органах уменьшаются и поэтому для двигателей с наддувом принимают

. (6)

Для двухтактных быстроходных дизелей

.