3.4. Коэффициент продувки

Не все количество воздуха (горючей смеси), поступившее в цилиндр за цикл через впускные клапаны во время продувки и наполнения останется в цилиндре. Часть поступившего в цилиндр заряда (особенно в ДВС с наддувом) попадет через выпускные клапаны в выпускной трубопровод и не будет участвовать в рабочем процессе, поэтому введем отношение, называемое коэффициентом продувки:

. (3.29)

Коэффициентом продувки называют отношение количества воздуха (горючей смеси), поступившего в цилиндр, к количеству свежего заряда в цилиндре.

Очевидно, что коэффициент φ > 1,0, если продувка происходит, то в цилиндре масса рабочего тела будет меньше, чем в компрессоре:

. (3.30)

В двухтактных двигателях φ = 1,4 – 1,6, а в четырехтактных с наддувом φ = 1,05 – 1,1.

В ДВС с искровым зажиганием с продувочным воздухом выбрасывается через выпускной трубопровод соответствующее коэффициенту φ количество топлива, которое возрастает при уменьшении α в смеси, поэтому расход топлива в двухтактных ДВС с внешним смесеобразованием относительно высок.

В четырехтактных ДВС без наддува продувки не происходит или она не значительна, поэтому при расчетах принимают G_к.ц = G_1ц, а φ = 1,0.

3.5. Коэффициент избытка продувочного воздуха и его влияние на показатели газообмена

Коэффициент избытка продувочного воздуха равен отношению расхода воздуха (горючей смеси) в двигателе за цикл к количеству свежего заряда, которое размещено в рабочем объеме цилиндра при температуре Т_к и давлении р_к во впускном трубопроводе, т.е. к теоретическому количеству свежего заряда:

. (3.31)

Если сравнить формулы (3.31) и (3.6), то можно заметить их сходство, поскольку знаменатели выражают одинаковое количество свежего заряда, а числители – расход воздуха (смеси) за один цикл.

В четырехтактных двигателях без принудительной продувки (наддува) цикловой расход воздуха равен количеству свежего заряда в цилиндре, поэтому φ_к = η_v и понятие коэффициента продувки не имеет смысла.

В четырехтактных двигателях с наддувом, используя формулы (3.31), (3.29) и (3.6), получим важное соотношение для расчета основных показателей газообмена в комбинированном ДВС:

φ_к = η_v∙φ. (3.32)

В соответствии с этим для двигателей с наддувом используют суммарный (условный) коэффициент избытка воздуха, который равен отношению массового расхода воздуха в двигателе за цикл к массе воздуха в стехиометрической смеси, т.е. суммарный коэффициент избытка воздуха определяется отношением:

. (3.33)

Используя формулы (3.33) и (3.29) получим выражение:

α_с = α ∙ φ. (3.34)

Количество остаточных газов в четырехтактном ДВС можно определить из уравнения состояния, учитывая, что в В.М.Т. объем V_c заполнен остаточными газами при давлении р_r и температуре Т_r. Таким образом, имеем уравнение:

, кмоль. (3.35)

При продувке в комбинированных ДВС объем остаточных газов может быть меньше объема V_c, поэтому введем коэффициент очистки ξ_оч и получим: .

В соответствии с формулой (3.10) , поэтому с учетом (3.21), получим:

. (3.36)

В дизелях коэффициент остаточных газов принимает значения от 0,02 до 0,05. В ДВС с искровым зажиганием при работе на холостом ходу γ ≈ 0,4 и по мере открытия дроссельной заслонки (увеличение N_e) снижается у разных типов ДВС до γ = 0,05 – 0,14 (рис. 3.7).

Рис. 3.7. Изменение γ от η_v в ДВС с искровым зажиганием

Поскольку в свежем заряде цилиндра присутствуют остаточные газы, то рабочая смесь претерпевает молекулярные изменения, которые оцениваются коэффициентом молекулярного изменения рабочей смеси газов μ, рассчитываемого по формуле:

, (3.37)

где μ_о – коэффициент изменения свежей смеси, рассчитываемый по формуле (1.16), которая для ДВС с искровым зажиганием преобразуется в формулу (1.17), а для дизелей в формулу (1.18).

Подставим в (3.36) η_v из (3.23) и после преобразований получим:

. (3.38)

и формулу для расчета коэффициента наполнения с учетом продувки цилиндра:

. (3.39)

В поршневых четырехтактных двигателях продувка обычно не происходит, поэтому ξ_оч = 1,0.

В двигателях с наддувом часть свежего заряда, поступившего в цилиндр, выходит в систему выпуска, поэтому обычно используют пулуэмпирическую зависимость для определения коэффициента очистки от коэффициента избытка продувочного воздуха:

. (3.40)