Для четырехтактных двигателей с наддувом и всех двухтактных двигателей давление определяется степенью повышения давления в нагнетателе или продувочном насосе; пренебрегая сопротивлением трубопровода, считают р равным давлению /?„ по выходе из нагнетателя. При наличии воздушного холодильника
Рк = Рн - Рх
где Др - сопротивление холодильника.
Температуру Т. при отсутствии холодильника и пренебрежении охлаждением воздуха от нагнетателя до впускных органов двигателя определяют из выражения
/1-1
(82)
Фиг, 32. Диаграмма выпуска и спуска четырехтактного двигателя.
Показатель п политропы сжатия воздуха принимают в пределах 1,6-1,8 в зависимости от типа нагнетателя или продувочного насоса.
Если сжатый воздух перед поступлением во впускной патрубок охлаждается в воздушном холодильнике, то
где LTj. - понижение температуры воздуха в холодильнике.
Основным фактором, определяю1дим количество рабочего тела, которое поступает в цилиндр четырехтактного двигателя, является перепад давлений Д р (фиг. 32). В цилиндре четырехтактного двигателя, работающего без наддува, текущее давление р в период впуска обычно меньше, чем давление р, так как для создания скорости протекания впускаемого газа через впускные органы, а также для преодоления сопротивлений в этих органах и во впускном трубопроводе требуется некоторая разность давлений Др; = Р - ра-
В четырехтактных двигателях разрежение Др; создается вследствие движения поршня от в. м. т. в период впуска.
В двухтактных двигателях давление продувочного воздуха р также понижается на величину Др вследствие сопротивления продувочных органов (фиг. 33).
В результате этого в четырехтактных двигателях давление свежего заряда в конце впуска р меньше, чем давление перед впускными органами р. В двухтактных двигателях давление в цилиндре к моменту закрытия продувочных органов обычно меньше давления продувочного воздуха, но больше давления в выпускном патрубке р.
Фиг. 33. Диаграмма выпуска и продувки двухтактного двигателя.
Такое соотношение между давлением в цилиндре и давлением перед впускными органами двигателя сохраняется в начале сжатия до тех пор, пока давление в цилиндре вследствие сжатия не выравнивается с давлением р,.. Наличие разницы давлений вне и внутри цилиндра может быть использовано тем или иным способом для дополнительного ввода в цилиндр свежей смеси, что является способом увеличения общего количества заряда в цилиндре и называется дозарядкой.
Воздух или горючая смесь, поступающие в рабочий цилиндр, соприкасаются с внутренними поверхностями цилиндра (днище поршня, головка, клапаны, гильза цилиндра), температура которых значительно выше температуры свежего заряда. Поэтому в процессе наполнения свежий заряд подогревается от этих поверхностей. Кроме того, в карбюраторных двигателях свежий заряд часто подогревается во впускном патрубке от выпускного трубопровода для лучшего испарения топлива.
Подогрев рабочего заряда, где бы он ни происходил, может быть оценен некоторой разностью температур АТ и является фактором, уменьшающим его плотность, а следовательно, и количество действительно поступающего Б цилиндр заряда.
Следующим фактором, влияющим на наполнение цилиндра, является невозможность полностью удалить из цилиндра в период выпуска и выталкивания продукты сгорания предшествовавшего цикла, которые называют остаточными газами. В четырехтактных двигателях некоторое количество остаточных газов остается после хода выпуска в объеме сжатия Vp.
В двухтактных двигателях количество остаточных газов зависит от качества процесса продувки и может колебаться для двигателей разных типов в весьма широких пределах.
При Рр > остаточные газы имеют давление р, превышающее давление свежего заряда р. Давление р выше давления Рр вследствие сопротивлений органов выпуска.
Остаточные газы имеют температуру Т и давление р, значительно превышающие температуру и давление окружающей среды.
В четырехтактных двигателях, работающих с наддувом от приводного нагнетателя, обычно Рр < р, так как выпуск производится в атмосферу; при газотурбинно.м наддуве возможно соотношение рр > р, так как продукты сгорания поступают в камеру перед газовой турбиной и имеют повышен-иое давление.
В двухтактных двигателях давление остаточных газов равно давлению внутри цилиндра в конце продувки.
Остаточные газы, занимая некоторую часть объема цилиндра, уменьшают количество свежего заряда, которое может поступить в цилиндр в процессе наполнения. Следует также иметь в виду, что в четырехтактных двигателях без наддува повышенное давление остаточных газов несколько уменьшает продолжительность впуска потому, что во время начала хода поршня от в. м. т. происходит расширение остаточных газов от давления р до давления р.
При смешении свежего заряда с остаточными газами заряд подогревается, а остаточные газы охлаждаются. Дополнительно остаточные газы охлаждаются вследствие расширения при уменьшении давления от р до р. При подогреве уменьшается плотность заряда, а при охлаждении остаточных газов уменьшается объем, занимаемый ими. В результате такого смешения заряда с остаточными газами температура смеси к концу периода наполнения повышается, что вследствие неодинаковых теплоемкостей остаточных газов и свежего заряда также несколько влияет на количество поступающего в цилиндр свежего заряда.
пор .
Так как скорость порнп1я при прочих равных условиях пропорциональна числу оборотов коленчатого вала п, то
w = K, (85)
где К - коэффициент пропорциональности, зависящий от геометрических размеров цилиндра двигателя и кривошипно-шатунного механизма,, а также от угла поворота коленчатого вала. Сравнение выражений (84) и (85) показывает, что перепад давлений Др пропорционален квадрату числа оборотов п коленчатого вала двигателя к обратно пропорционален квадрату проходного сечения Д:
Др; = /Со4. (86)
Факторы, влияющие на наполнение рабочего цилиндра, в свою очередь, зависят от целого комплекса условий конструктивного и эксплуатационного характера.
Необходимо установить влияние подобных условий на каждый параметр, определяющий наполнение, в. отдельности, а затем обобщить это влияние на весь процесс наполнения в целом.
При протекании свежего заряда через впускные органы его давление и температура изменяются весьма незначительно (в карбюраторных и газовых двигателях это справедливо только в случае полного открытия дроссельной заслонки). На этом основании можно принять приближенно постоянную плотность газа на его пути от входного отверстия впускной системы до входа в цилиндр (7 = const = Y). Если при этом допущении процесс поступления заряда в цилиндр двигателя рассматривать подчиняющимся законам установившегося движения, то можно применить к нему уравнение Бернулли. Пренебрегая начальной скоростью движения у входа во впускной трубо-. провод, будем иметь
Т.-ТЛЧ
где W - скорость заряда в наиболее узком проходном сечении впускной системы;
р - текущее значение давления в цилиидре;
- коэффициент сопротивления впускной системы. Из выражения (83) получаем
Ар = Р. - = (1 + о) (84).
т. е. в каждый момент потери давления Др пропорциональны квадрату скорости W газа во впускной системе и зависят от коэффициента сопротивления этой системы С.
Применяя к процессу впуска уравнения неразрывности потока, будем иметь
где /i - наиболее узкое проходное сечение впускной системы; пор - истинная скорость поршня в рассматриваемый момент; F - площадь поршня. Следовательно,
