Температура остаточных газов для дизельных двигателей

Обновлено: 29.01.2025

В камере сгорания остаётся не вытесняемая поршнем чаек, продуктов сгорания - Mr, называемых остаточными газами.

Отношение числа киломолей остаточных газов Mr, оставшихся в цилиндре от предыдущего цикла, к числу киломолей свежего заряда , поступившего в цилиндр в процессе впуска называется коэффициентом остаточных газов т.е.

где Mr - число киломолей остаточных газов;

- число киломолей топливовоздушной смеси.

Величина коэффициента остаточных газов -характеризует качество очистки цилиндра от продуктов сгорания и рассчитывается по формуле:

где: - подогрев свежего заряда на впуске, К;

- температура остаточных газов, К;

-давление остаточных газов, МПа;

С точки зрения получения наибольшей экономичности двигателя оптимальное значение степени сжатия находится и пределах от 11до 13 [2]

Ориентировочные значения геометрической степени сжатия для современных автотракторных двигателей составляют [2]:

• дня карбюраторных двигателей - от 6 до 9;

• для дизелей без наддува - от 16 до 20;

• для дизелей с наддувом - от 12 до 15

• в отдельных высокофорсированных автомобильных карбюраторных двигателях 11.

Как видно, реальные значения степени сжатия расходятся с оптимальными. В карбюраторных двигателях оптимальное значение степени сжатия недостижимо в связи с возникновением детонационного сгорания. В дизелях фактические значения степени сжатия превышают оптимальные в связи с необходимостью создания надёжного самовоспламенения впрыскиваемого топлива на любом режиме работы, учитывая, что температура в процессе сжатия к моменту впрыскивания топлива должна на 200. 400°С превышать температуру самовоспламенения топлива.

При расчёте величины , , принимаются исходя их существующих данных по двигателям [2].

Для карбюраторных двигателей:

Для дизелей без наддува:

Для дизелей с наддувом:

, МПа.

Для двухтактных дизелей с прямоточной продувкой:

Значение для автотракторных двигателей варьирует в следующих пределах:

• для бензиновых и газовых двигателей без наддува - от

• для дизелей без наддува и с наддувом - от 0,03 до 0, О6;

• для двухтактных дизелей с прямоточной продуктивности от 0,04 до 0,1

Температура в конце впуска

Температура газа, находящегося в цилиндре двигателя _в конце впуска, зависит от температуры рабочего тела , температуры остаточных газов , коэффициента остаточных газов подогрева свежего заряда :

У современных четырёхтактных двигателей значение варьирует вследующих пределах:

• для карбюраторных двигателей - от 320 до 380 К;

• для дизелей без наддува - от 310 до 350 К;

• для четырёхтактных дизелей с наддувом и двухтактные дизелей с прямоточной продувкой - от 320 до 400 К.

Коэффициент наполнения

Коэффициент наполнения представляет собой отношение действительного количества свежего заряда, поступившего в цилиндр в процессе впуска, к тому количеству, которое могло бы поместиться в рабочем объёме цилиндра Vh при условии, что температура и давление в нём равны температуре и давлению среды, из которой поступает свежий заряд ( и -для двигателей без наддува; и - для двигателей с наддувом).

Для четырёхтактных двигателей значение составляет

• для карбюраторных двигателей - от 0,75 до 0,85;

• для дизелей без наддува - от 0,8 до 0,9;

• для дизелей с наддувом (при 0,2 МПа и без промежуточного охлаждения воздуха) - от 0,8 до 0,95

• для двухтактных дизелей с прямоточной продувкой - от0,75 до 0,85

Расчёт сжатия

Показатель политропы сжатия

При сжатии воздуха температура деталей остаётся примерно неизменной. Воздух в начале сжатия имеет температуру меньшую, чем окружающие поверхности, а затем его температура за счёт сжатия становится выше температуры окружающих деталей. Вследствие этого изменяется направление теплопотока. Наличие теплообмена определяет процесс сжатия как политропный: , с переменным показателем , зависящим от характера теплообмена и количества переданной теплоты.

С учётом реальных условий теплообмена в двигателе на показатель политропы будут влиять конструктивные параметры, режимы работы и условия эксплуатации двигателя.

Наибольшее влияние на оказывает частота вращения коленчатого вала п, так как сокращается время теплообмена и уменьшается утечка воздуха через зазоры поршневых колец.

При п от 600 до 2500 мин можно пользоваться ориентировочной зависимостью:

где - показатель политропы сжатия;

п - частота вращения коленчатого вала, мин .

При увеличении диаметра цилиндра D с сохранением хода поршня S, показатель политропы увеличивается, т. к. уменьшается отношение площади поверхности цилиндра к объёму, и теплоотдача от воздуха понижается. Уменьшение S при сохранении D приводит к увеличению теплоотдачи, и - уменьшается.

Ориентировочные значения показателя политропы сжатия для современных автотракторных двигателей находятся в следующих пределах:

• для карбюраторных двигателей (при полном открытии дроссельной заслонки) -1,34. 1,39;

• для дизелей без наддува - 1,36. 1,4;

• для дизелей с наддувом (при давлении наддува)

0,2 МПа и без промежуточного охлаждения воздуха после компрессора) - 1,35. 1,38.

Давление в конце сжатия

Расчёт давления в конце сжатия , МПа, ведут по уравнению политропического процесса:

Ориентировочные значения для современных автотракторных двигателей находятся в следующих пределах [2]

• длякарбюраторных двигателей при полном открытии дроссельной заслонки - от 0,9 до 1,6 МПа;

• для дизелей без наддува - от 3,5 до 5,5 МПа;

• для дизелей с наддувом (при давлении наддува

0,2 МПа и без промежуточного охлаждения воздуха после компрессора) - от 6 до 8 МПа.

Температура в конце сжатия

Расчёт температуры в конце сжатия Тс, К, ведут по уравнению политропического процесса:

Для современных автотракторных двигателей значения Тс находятся в следующих пределах [2]:

• для карбюраторных двигателей при полном открытии дроссельной заслонки - от 650 до 800 К;

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Барский И. А., Лобан М. В., Шаталов И. К.

Предложены уравнения для расчета на ЭВМ температур газа перед и за турбиной турбокомпрессора дизеля с газотурбинным наддувом.

Diesel exhausts gases temperature

Equation for computer calculation diesel exhausts gases temperature on the inlet and outlet of turbocharger is given.

ТЕПЛОТЕХНИКА И ТУРБОМАШИНЫ

ТЕМПЕРАТУРА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДИЗЕЛЕЙ

Барский И.А., Лобан М.В., Шаталов И.К.

Кафедра теплотехники и турбомашин Российского университета дружбы народов Россия, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6

Выхлопными газами будем называть газы в выхлопном коллекторе дизеля (перед турбиной турбокомпрессора), температура которых ТТ. Отработавшие газы - это газы выходящие из турбины турбокомпрессора, температура которых Тт. Связь между этими температурами дает уравнение

где ят - степень понижения давления в турбине, т]т - КПД турбины, к = Ср/Су - показатель адиабаты газа.

Заметим, что обычно температура Тт 50-100°С ниже, чем Гг, причем эта разница тем больше, чем выше лт Определению Тг посвящено большое количество работ отечественных и зарубежных ученых - Н.Р. Брилинга, В.А. Ваншейдта, Д.А. Портнова, Эйхельберга, В.В. Уварова, Феенберга и др. Большинство исследователей пришло к выводу, что наиболее надежный способ определения температуры выхлопных газов - это метод теплового баланса.

Для определения энтальпии выхлопных газов С.И. Погодин предложил формулу [1]:

- индикаторный КПД дизеля;

Ос = аср - суммарный коэффициент избытка воздуха;

Найдя из (6) Тг, по уравнению (1) вычисляют температуру Гт, необходимую для определения тепла, которое можно получить в теплообменнике за счет утилизации тепла отработавших газов дизеля.

На рис. 1 приведена зависимость температуры выхлопных и отработавших газов в зависимости от мощности дизеля 12ЧН 18/20 (М-756Б), работающего по кривой винта Ne =

Nton Точками на графиках обозначены экспериментальные точки. Видно хорошее совпадение расчета с экспериментом.

1. Портнов Д.А. Быстроходные турбопоршневые двигатели с воспламенением от сжатия.

- М.: Машгиз, 1963, - 640 с.

2. Погодин С И. Приведение мощности дизеля к стандартным условиям. - М. Машиностроение, 1973, -140 с.

DIESEL EXHAUSTS GASES TEMPERATURE

I.A. Barsky, M.V. Loban, I.K. Shatalov

Department of Heat Engineering and Turbomashinery Peoples’ Friendship University of Russia Mikluk.ho-Mak.laya St., 6,117198, Moscow, Russia

Equation for computer calculation diesel exhausts gases temperature on the inlet and outlet of turbocharger is given.

Какова рабочая температура дизельных двигателей и какие у них особенности? Эти вопросы, а также многие другие будут рассмотрены ниже.

Особенности дизельного двигателя

Итак, прежде чем затрагивать какие-либо конкретные параметры, следует определиться, что же, вообще, представляет собой дизельный двигатель. История данного типа моторов начинается в далеком 1824 году, когда известный французский физик выдвинул теорию о том, что можно произвести нагрев тела до необходимой температуры путем изменения его объема. Другими словами, осуществив стремительное сжатие.

Однако практическое применение этот принцип нашел спустя несколько десятилетий, и в 1897 году был выпущен первый в мире дизель-мотор, его разработчиком является немецкий инженер Рудольф Дизель. Таким образом, принцип работы подобного двигателя заключается в самовоспламенении распыленного топлива, взаимодействующего с разогретым в процессе сжатия воздухом. Сфера применения такого мотора довольно обширна, начиная со стандартных автомобилей, грузовиков, сельскохозяйственной техники и заканчивая танками и судостроением.

Достоинства и недостатки дизельного мотора

Теперь же следует сказать пару слов обо всех плюсах и минусах подобных конструкций. Начнем с положительных сторон. Моторы данного типа работают практически на любом горючем, поэтому к качеству последнего не предъявляются какие-либо серьезные требования, более того, с увеличением его массы и содержания атомов углерода повышается и теплотворная способность движка, а, следовательно, и его эффективность. Его КПД иногда переваливает за отметку 50%.

Еще одним значительным минусом является вероятность застывания топлива в холодное время года, так что если вы живете в регионе, где преобладают довольно низкие температуры, то дизельное авто не самый лучший вариант. Выше было сказано, что к качеству горючего не предъявляются серьезные требования, однако это касается только лишь масляных примесей, а вот с механическими ситуация обстоит намного серьезней. Детали агрегата очень чувствительны к подобным добавкам, кроме того, они быстро выходят из строя, а ремонт довольно сложный и дорогостоящий.

Основные параметры агрегатов на дизеле

Прежде чем отвечать на вопрос, какая рабочая температура у дизельного двигателя, стоит немного уделить внимание и его основным параметрам. К ним относится тип агрегата, в зависимости от количества тактов могут быть четырех- и двухтактные моторы. Также немалое значение имеет количество цилиндров с их расположением и порядком работы. На мощность транспортного средства существенно влияет и крутящий момент.

Теперь же рассмотрим непосредственно влияние степени сжатия газово-топливной смеси, которой, собственно говоря, и определяется рабочая температура в цилиндрах дизельного двигателя. Как уже было сказано вначале, мотор работает за счет воспламенения паров топлива при взаимодействии их с раскаленным воздухом. Таким образом происходит объемное расширение, поршень поднимается и, в свою очередь, толкает коленчатый вал.

Чем большим будет сжатие (температура также повышается), тем интенсивнее происходит выше описываемый процесс, а, следовательно, и повышается значение полезной работы. Количество топлива остается неизменным.

Однако имейте в виду, что для наиболее эффективной работы двигателя топливно-воздушная смесь должна равномерно гореть, а не взрываться. Если же сделать степень сжатия очень большой, это приведет к нежелательному результату – неконтролируемому воспламенению. Кроме того, подобная ситуация не только способствует недостаточно эффективной работе агрегата, но и ведет к перегреву и повышенному износу элементов поршневой группы.

Фазы сгорания топлива и природа выхлопных газов

Как же осуществляется процесс сгорания топливно-воздушной смеси в дизельных моторах и какая при этом температура в камере? Итак, весь процесс работы двигателя можно разделить на четыре основные стадии. На первой происходит впрыскивание горючего в камеру сгорания, происходящее под высоким давлением, что и является началом всего процесса. Затем хорошо распыленная смесь самовоспламеняется (вторая фаза) и горит. Правда, далеко не всегда топливо во всем объеме достаточно хорошо перемешивается с воздухом, есть еще и зоны, имеющие неравномерную структуру, они начинают гореть с некоторым запозданием. На данном этапе вероятно возникновение ударной волны, но она не страшна, так как не приводит к детонации. Температура же, царящая в камере сгорания, достигает 1700 К.

Во время третьей фазы образуются капли из неотработанной смеси, они при повышенных температурах превращаются в сажу. Такой процесс, в свою очередь, приводит к высокой степени загрязнения выхлопных газов. В этот период температура еще более возрастает на целых 500 К и достигает значения 2200 К, при этом всем давление, напротив, постепенно понижается.

На последнем же этапе происходит догорание остатков топливной смеси, чтобы она не выходила в составе выхлопных газов, существенно загрязняя атмосферу и дороги. Для этой стадии характерен недостаток кислорода, это происходит из-за того, что его большая часть уже сгорела на предыдущих фазах. Если подсчитать все количество потраченной энергии, то она будет составлять около 95 %, оставшиеся же 5% теряются в связи с неполным сгоранием горючего.

Регулируя степень сжатия, а точнее, доведя ее до максимально допустимого значения, можно немного снизить расход топлива. В этом случае температура отработанных выхлопных газов дизельного двигателя будет находиться в пределах от 600 до 700 °С. А вот в аналогичных карбюраторных моторах ее значение может достигнуть целых 1100 °С. Поэтому получается, что во втором случае теряется намного больше тепла, а выхлопных газов вроде как больше.

Рабочая температура двигателя зимой – как стартовать правильно?

Наверняка не только владельцы транспортных средств, на которых стоит дизельный мотор, знают, что автомобиль следует прогреть несколько минут перед началом движения, особенно это актуально в холодное время года. Итак, рассмотрим особенности данного процесса. Первыми подвергаются нагреву поршни и только потом уже блок цилиндров. Поэтому температурные расширения этих деталей отличаются, а не разогревшееся до нужной температуры масло имеет густую консистенцию и не поступает в необходимом количестве. Таким образом, если начать газовать на недостаточно прогретом авто, то это негативно скажется на резиновой прокладке, расположенной между вышеуказанными деталями и элементами двигателя.

Однако опасность представляет и чрезмерно длительное прогревание движка, потому как в это время все детали работают, так сказать, на износ. А, следовательно, и их эксплуатационный срок сокращается. Как же правильно осуществить данную процедуру? Сначала необходимо на холостых оборотах довести температуру жидкости до отметки 50 °С и после этого начать движение, но только на пониженной передаче, не превышающей 2500 об/мин. После того как масло нагреется до отметки, когда рабочая температура равна 80 °С, можно и прибавить оборотов двигателя.

Если во время движения дизельный двигатель не способен выйти на рабочую температуру, это однозначно один из симптомов неисправности, так как КПД снижен. Из-за падения мощности снижаются динамические характеристики, при этом увеличивается расход топлива. Подобные проблемы могут указывать на несколько неисправностей:
• система охлаждения неисправна;
• компрессия в цилиндрах низкая.
Если дизельная силовая установка не прогрелась до рабочей температуры, то во время движения под нагрузкой дизтопливо не сгорает полностью, в результате образуется нагар, топливные форсунки засоряются, сажевый фильтр быстро выходит из строя, изнашиваются различные элементы дизельного мотора и это далеко не полный список последствий.
Например, если забьет форсунки подачи топлива, дизтопливо будет не распыляться, а в лучшем случае заливаться в камеры сгорания, соответственно топливо не может полностью сгореть, на поршнях сначала образуется нагар, а позже из-за перегрева поверхность может попросту прогореть. Если прогорит выпускной клапан, в цилиндре упадет компрессия, давления сжатия будет недостаточно для воспламенения топливной смеси. Соответственно и рабочая температура для такого двигателя будет исключена, запуск будет одинаково

Все эти методы помогут сберечь мотор, если он все-таки работает зимой, а вот как быть, если он отказывается реагировать на ваши действия? Тут тяжело что либо советовать уже по факту проблемы, проще ее не допустить. Это стало возможным благодаря новому изобретению производителей топлива – присадкам, которые помогают составу не парафинзироваться. Кроме возможности добавлять их самостоятельно, вы можете приобретать уже готовую солярку с оптимальными пропорциями этих добавок. В большинстве регионов с низкой зимней температурой она появляется на заправках уже в первые небольшие морозы, называется часто как ДТ-Арктика.

Процессы выпуска из цилиндров продуктов сгорания и их наполнения свежим зарядом называются процессами газообмена. От количества свежего заряда, оставшегося в цилиндре после завершения газообмена, зависят полученная в цикле работа и мощность двигателя.

Продолжительность процессов выпуска и наполнения, их последовательность в цикле ДВС определяются продолжительностью и последовательностью открытия клапанов, т.е. фазами газораспределения.

Периоды времени, выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала, в течение которых клапаны открыты, называются фазами газораспределения. Фазы газораспределения задают угловыми координатами кривошипа в градусах относительно верхней или нижней мертвой точек, указывая начало открытия и конец закрытия клапана.

Рис. 2.1. Круговая диаграмма фаз газораспределения

На рисунке 2.1 приведена круговая диаграмма фаз газораспределения. Выпускной клапан начинает открываться в конце процесса расширения с опережением относительно НМТ на угол ф_овып (см. рис. 2.1, точка b’) и закрывается после ВМТ с запаздыванием на угол ф_{3 вып} (см. рис. 2.1 дочка Ь") в начале такта впуска. Впускной клапан открывается в конце такта выпуска с опережением относительно ВМТ на угол (р_{0 вп} (см. рис. 2.1, точка а), а закрывается в начале такта сжатия с запаздыванием относительно НМТ на угол ф_звп (точка а”). Большая часть процессов выпуска и наполнения протекает раздельно, но около ВМТ впускной и выпускной клапаны открыты некоторое время одновременно. Продолжительность перекрытия клапанов, равная сумме углов ф_{3 ВЬ1П} + Фо.ыр невелика у двигателей без наддува, а у двигателей с наддувом может быть значительной. Примерные значения угловых координат фаз газораспределения приведены в табл. 2.1.

Значения угловых координат фаз газораспределения

Угол опережения открытия выпускного клапана относительно НМТ

Угол опережения открытия впускного клапана относительно ВМТ

Угол запаздывания закрытия выпускного клапана относительно ВМТ

Угол запаздывания закрытия впускного клапана относительно НМТ

Общая продолжительность газообмена

Фз.вп + 360 ° + Фо.вып

Процессы газообмена условно можно разделить на отдельные периоды: свободный выпуск, принудительный выпуск, наполнение, дозарядка. В двигателях с наддувом дополнительно возможен еще один период — продувка цилиндра.

Свободный выпуск продолжается от начала открытия выпускного клапана до НМТ (рис. 2.2, линия b' — b). Истечение газов из цилиндра в этот момент происходит из-за того, что давление в начале выпуска и вплоть до НМТ выше давления в выпускном трубопроводе. В начале открытия выпускного клапана давление в цилиндре составляет около 0,3. 0,8 МПа и перепад давления в горловине выпускного клапана меньше критического. Истечение газа через кольцевую клапанную щель происходит со скоростью звука (720. 550 м/с). Температура в цилиндре в момент открытия выпускного клапана порядка 1000. 1600 К.

Принудительный выпуск продолжается от НМТ до ВМТ (см. рис. 2.2, линия Ь —г). Скорость истечения газов и перепад давления в горловине выпускного клапана определяются в основном скоростью движения

Рис. 2.2. Индикаторная диаграмма процессов газообмена четырехтактного двигателя: а — без наддува; б — с наддувом

поршня и отношением площади поперечного сечения клапанной щели к площади поршня. Средняя скорость продуктов сгорания 80. 250 м/с. Температура газов в цилиндре остается практически постоянной.

Во время перекрытия клапанов (см. рис. 2.2, линия а — b") процессы газообмена в безнаддувных двигателях и двигателях с наддувом существенно отличаются. В безнаддувномД ВС давление в цилиндре в начале открытия впускного клапана выше давления во впускном трубопроводе, продукты сгорания вытекают одновременно через выпускной и открывающийся впускной клапаны. Происходит заброс продуктов сгорания во впускной трубопровод. Выпуск и заброс продуктов сгорания продолжаются и после ВМТ, пока давление в цилиндре остается больше давления за выпускным и перед впускным клапанами. Поэтому наполнение цилиндра начинается с запаздыванием после ВМТ. Во избежание чрезмерного заброса газов и ухудшения наполнения цилиндра угол перекрытия клапанов в безнаддувных двигателях устанавливают небольшим.

В двигателях с наддувом давление во впускном трубопроводе чаще бывает выше, чем в выпускном. Свежий заряд поступает в цилиндр с начала открытия впускного клапана, в результате чего повышается давление вблизи ВМТ, а истечение газов из цилиндра продолжается до его закрытия: происходит продувка цилиндра. Поступающий во время продувки в цилиндр свежий заряд смешивается с продуктами сгорания, и часть его может попасть вместе с ними в выпускной трубопровод. Продувкой достигают двух положительных эффектов: уменьшения массы остаточных газов и понижения температурных напряжений в днище головки цилиндров и поршня, а также в выпускных клапанах. Поэтому угол перекрытия клапанов в двигателях с наддувом намного больше, чем в безнаддувных.

При частичных нагрузках двигателей с наддувом давление в выпускном тракте может быть больше давления во впускном тракте. Продувка цилиндра в таких случаях, как правило, не происходит. Возможен более интенсивный, чем в ДВС без наддува, заброс продуктов сгорания во впускной трубопровод, а также обратное течение газов из выпускного трубопровода в цилиндр в начале наполнения.

Наполнение цилиндра свежим зарядом происходит от ВМТ до НМТ (см. рис. 2.2, линия а — а). Скорость в клапанной щели определяется скоростью поршня и отношением площади сечения клапанной щели к площади поршня. Средняя скорость в минимальном сечении впускного канала составляет 80. 200 м/с.

После НМТ, при перемещении поршня к ВМТ в начале такта сжатия, давление в цилиндре некоторое время остается меньше давления перед впускным клапаном, несмотря на уменьшение объема над поршнем (см. рис. 2.2, линия а — а"). Свежий заряд продолжает поступать в цилиндр через впускной клапан. Этот эффект называется дозарядкой цилиндра. Дозарядка может происходить и в случаях, когда давление в цилиндре становится немного больше давления перед впускным клапаном под действием сил инерции в потоке. Причем чем больше скорость свежего заряда, тем эффект от дозарядки выше. Если впускной клапан закрывается после того, как давление в цилиндре значительно возрастет, то возникает обратное течение газов из цилиндра во впускной трубопровод. Это явление носит название обратного выброса.

Работу процессов газообмена определяют для тактов выпуска и наполнения и называют работой насосных ходов: L_{H X} — L_Bbm + L_Han.

В двигателях без наддува работа насосных ходов всегда отрицательна (рис. 2.3, а). В ДВС с наддувом она может быть положительной (рис. 2.3, б) или отрицательной в зависимости от отношения давлений во впускном и выпускном трубопроводах и величины потерь во впускном и выпускном трубопроводах.

Рис. 2.3. Работа процессов газообмена четырехтактного двигателя: а — без наддува; б — с наддувом

Показатели качества процессов газообмена

Количественно совершенство процессов газообмена можно оценить следующими показателями; массой свежего заряда, заполнившего цилиндры, и работой насосных ходов. Чем больше масса свежего заряда, тем больше при прочих равных условиях работа цикла. Для качественной оценки процессов газообмена используют коэффициент наполнения и коэффициент остаточных газов.

Коэффициент остаточных газов

После завершения процесса газообмена цилиндр заполняет рабочая смесь, состоящая из остаточных газов и свежего заряда.

Качество очистки цилиндра от продуктов сгорания характеризуется коэффициентом остаточных газов, который представляет собой отношение количества молей остаточных газов М_г к количеству молей свежего заряда М_ы, заполнившего цилиндр после завершения процесса впуска. Если принять, что для четырехтактного ДВС процесс выпуска

заканчивается в ВМТ, то . Все факторы, способствующие

увеличению давления за выпускным клапаном или понижению температуры остаточных газов, обусловливают рост у. Если учесть, что

то, чем больше степень сжатия, тем меньше у. Поэтому коэффициент остаточных газов для дизелей имеет меньшие значения, чем для бензиновых двигателей.

Зная массу свежего заряда в цилиндре, не всегда можно оценить совершенство процессов газообмена, так как она зависит от объема цилиндра, давления р_к и температуры Т_к воздуха во впускном трубопроводе. Поэтому качество газообмена оценивают не абсолютным, а относительным количеством свежего заряда или коэффициентом наполнения (r|_v).

Коэффициент наполнения представляет собой отношение количества свежего заряда М_1ц, заполнившего цилиндр после завершения газообмена, к тому количеству свежего заряда М , которое теоретически могло бы заполнить рабочий объем цилиндра V_h при условиях на впуске в цилиндр р_к и Т_к.

Для двигателя с внешним смесеобразованием при подсчете коэффициента наполнения пренебрегают топливом, содержащимся в смеси, и учитывают только воздух, что мало сказывается на получаемом значении

где V_l — объем свежего заряда, приведенный к условиям на впуске;

р_к — плотность заряда.

Масса свежего заряда обычно меньше теоретической, а коэффициент наполнения меньше единицы.

Давление в цилиндре в конце наполнения, как правило, меньше давления во впускном трубопроводе из-за гидравлических потерь во впускном тракте. Гидравлические потери представляют собой потери давления в потоке свежего заряда. К такой потере давления приводит трение потока о стенки впускного трубопровода, изменение геометрии каналов (сужение, повороты и т.п.), а также наличие устройств в потоке воздуха (воздушный фильтр, дроссельная заслонка, диффузор в карбюраторных двигателях, горловина впускного клапана). Температура свежего заряда в цилиндре в конце наполнения в результате подогрева от стенок выше температуры во впускном трубопроводе. Объем остаточных газов во многих случаях больше объема камеры сгорания. Сочетание этих факторов приводит к тому, что действительное количество свежего заряда, остающегося в цилиндре, меньше теоретически возможного. Из-за снижения плотности свежего заряда уменьшается также и массовое наполнение, т.е. в рабочем объеме цилиндра масса свежего заряда будет меньше.

В двигателях с наддувом коэффициент наполнения может быть и больше единицы при наличии продувки цилиндра на некоторых режимах. В этом случае объем остаточных газов будет меньше объема камеры сгорания. Повысить наполнение можно путем настройки и фаз газораспределения и геометрии впускных и выпускных трактов. Эти мероприятия позволяют использовать воздействия волновых явлений во впускном и выпускном трубопроводах, когда давление в цилиндре в конце наполнения превышает среднее давление во впускном трубопроводе. Такое явление называется динамическим наддувом.

При испытаниях ДВС коэффициент наполнения можно рассчитать, если известен массовыйчасовой расход воздуха G_B и частота вращения

коленчатого вала:

Читайте также: