Что называется коэффициентом наполнения

Коэффициент наполнения

Коэффициентом наполнения называется отношение количества свежего заряда, по массе, действительно поступившего в цилиндр, к количеству свежего заряда, также по массе, которое могло бы заполнить рабочий объем цилиндра при давлении и температуре в исходном состоянии на впуске в двигатель, т. е.

, (3.4)

где М — число молей свежего заряда действительно поступившего в цилиндр;

M_h— число молей свежего заряда, теоретически способного заполнить рабочий объем цилиндра;

G— масса свежего заряда, поступившего в цилиндр;

G_h — масса свежего заряда, теоретическиспособного заполнить рабочий объем цилиндра;

ρ— плотность свежего заряда на впуске.

Давление и температура на впуске:

• для двигателей без наддува — давление р₀ и температура Т₀ окружающего воздуха;

• для двигателей с наддувом — давление р_к и температура Т_квоздуха после нагнетателя.

Коэффициент наполнения характеризует качество процесса впуска и учитывает отклонение условий внутри цилиндра от условий на впуске в двигатель. Производители двигателей всегда стремятся к увеличению значений η_v.

Коэффициент наполнения является основной характеристикой качества процесса газообмена.

Источник

основы двс. VE или наполнение двигателя

итак. очень хороший показатель в работе двигателя.
VE — объемная эффективность. отношение сколько топливной смести попадает в цилиндры по отношению к рабочему объему двигателя.
например если объем двигателя 2 литра, и в процессе работы за один цикл (4 такта, из которых 1 раз идет такт впуска топливной смеси в цилиндры) он успевает «всосать» 2 литра смеси, значит его эффективность на этом режиме 100%.
если наполнение только 1 литр, значит VE=50%

наполнение двигателя на разных режимах разное, мы говорим о режиме газ в пол, когда наполнение ограничено не дроссельной заслонкой, а конструкцией двигателя.
VE отличается по оборотам двигателя. максимальное на оборотах максимального момента двигателя и падает к оборотам максимальной мощности, на всех моторах тяжело получить высокое наполнение на больших оборотах, там просто времени мало чтобы заполнить цилиндры смесью. но именно в этом наполнении на высоких оборотах и заключается мощность.

тем не менее пока поговорим о максимальном VE который выдает двигатель.
на дорожных стандартных машинах VE бывает 80-90%
на форсированных атмосферных машинах бывает 100%.
на гоночных атмосферных машинах бывает 120%
на формуле 1 атмосферном моторе где-то я вычитал 175%, хотя я и сам верю с трудом.

турбовые моторы за счет наддува выдают и 200% и даже под 300% при экстремальном бусте более 2 бара избытка

поговорим пока про атмосферу.
каким макаром VE может быть более 100%? это же не вечный двигатель…
да, это не вечный двигатель, да, бывает более 100%.

секрета 3:
секрет 1. резонанс и ловля пиков высокого и низкого давления впуска и выпуска двигателя за счет конструкции впуска-выпуска и распредвалов.
секрет 2. полный объем камеры сгорания
секрет 3. инерционный наддув набегающим воздухом если ехать 200+ кмч.

самый тупой секрет это 2.
смотрим. мы все понимаем что рабочий объем двигателя например 2 литра. это объем цилиндров. но есть еще и над цилиндрами камера сгорания…
считается что после такта выпуска в камерах сгорания остаются отработавшие газы и новый заряд топливной смеси равен только рабочему объему 2 литра.
НО, если правильно организована продувка камеры сгорания в момент перекрытия клапанов когда одновременно открыты и впуск и выпуск клапана, свежий заряд топливной смеси может полностью вытеснить отработавшие газы, тогда новый заряд топливной смеси будет 2 литра рабочего объема + объем камер сгорания.

для степени сжатия 11:1 (полный объем делить на объем камер сгорания, (10+1)/1 )
получается сразу же VE будет равен 100%+10%= 110% )))
никакой магии. сплошная физика

признайтесь, многие ли из вас знали эту простую штуку.

секрет 1 сложнее. касается темы «все о распредвалах» и темы «все о дроселях» и еще не написанной темы «все о выпуске».

Источник

Что называется коэффициентом наполнения

Главное меню

Судовые двигатели

В результате рассмотрения процесса наполнения можно сделать вывод, что количество свежего заряда, поступившее в цилиндр за период наполне­ния, меньше, чем то количество, которое могло бы поместиться при пара­метрах среды, из которой свежий заряд поступает.

Степень заполнения рабочего цилиндра свежим зарядом, или степень совершенства процесса наполнения, оценивается коэффициентом наполне­ния.

L — количество молей свежего заряда, сжимаемого в цилиндре;

L₁ — количество молей свежего заряда в объеме V_s при р₀ и Т₀, а в слу­чае работы двигателя с наддувом при р_к и Т_к;

М_r — количество молей остаточных газов при Т_r и р_r;

R_?— универсальная газовая постоянная.

Для дальнейшего вывода выражения коэффициента наполнения сде­лаем следующие допущения:

процесс наполнения заканчивается в точке а (см. рис. 25 и 26), т. е. отсутствует дозарядка цилиндра в начале сжатия;

абсолютная работа, совершаемая газами за ход наполнения, равна нулю;

кинетическая энергия газов в цилиндре равна нулю.

В соответствии с принятыми обозначениями можно написать, что

и количество смеси свежего заряда с остаточными газами в конце наполнения будет равно

Из уравнения состояния (см. рис. 26) находим:

При работе двигателя без наддува

при работе с наддувом

Подставляя значения М₁ L и М_r в уравнение (14), получим формулу для определения коэффициента наполнения четырехтактных двигателей:

При работе двигателя с наддувом р₀ = р_к и Т₀ = Т_К, а потому получим наиболее общую формулу, справедливую и для двухтактных двигателей,

Уточненное выражение коэффициента наполнения, предложенное М. М. Масленниковым для четырехтактных быстроходных двигателей с над­дувом

Рассмотрение полученных формул (15) и (16) позволяет установить влияние различных факторов на коэффициент наполнения. Наибольшее влияние на величину коэффициента наполнения оказывает давление р_а. С увеличением давления р_а, которое происходит при уменьшении сопротив­лений впускного тракта, возрастает плотность и количество свежего заряда, а следовательно, и возрастает коэффициент наполнения. При уменьшении температуры заряда в конце наполнения Т_а плотность его возрастает, а по­тому коэффициент наполнения также будет возрастать.

Фазы распределения влияют на протекание процесса наполнения и на величину коэффициента наполнения и коэффициента остаточных газов. Одновременно, как это видно на схематической диаграмме выпуска (рис. 27), при правильном установлении опережения выпуска уменьшается затрата энергии на выталкивание (точка 3) по сравнению с точкой 1, когда опереже­ние выпуска отсутствует. При слишком раннем опережении (точка 2) пло­щадь индикаторной диаграммы значительно уменьшается и уменьшается мощность двигателя. Запаздывание закрытия выпускного клапана позволяет использовать инерционное движение газов в вы­пускном трубопроводе для понижения давления в нем ниже р₀, а следовательно, для лучшей очистки цилиндра от отработавших газов.

Запаздывание закрытия впускного клапана способствует увеличению свежего заряда, во-пер­вых, потому, что при положении поршня в НМТ все еще остается большое проходное сечение впуск­ного клапана, во-вторых, давление в цилиндре в на­чале сжатия меньше р₀ и воздух может поступать в цилиндр и, в-третьих, вследствие инерции потока воздух будет поступать в цилиндр и при давлении больше р₀. Перекрытие впускного и выпускного клапанов способствует лучшей очистке цилиндра, а при наддуве осуществляет продувку камеры сго­рания.

Источник

ПРОЦЕСС НАПОЛНЕНИЯ

Процесс впуска предназначен для введения в цилиндр свежего за­ряда: горючей смеси — в бензиновых двигателях или воздуха — в дизелях. Чем больший по массе свежий заряд будет введен в цилиндр двигателя на каждый цикл, тем большую работу можно ожидать от цик­ла и тем большую мощность будет развивать двигатель. Поэтому про­цесс впуска должен быть организован так, чтобы в цилиндр двигателя было введено возможно большее количество свежего заряда.

В современных двигателях процесс впуска сравнительно четко мож­но разделить на два периода. К первому периоду относится заполнение цилиндра при движении поршня от в. м. т. до нижней, т. е. за π рад (180°) поворота кривошипа. Поступление свежего заряда в этот период происходит вследствие разряжения, создающегося в цилиндре при отхо­де поршня от. в. м. т. Второй период осуществляется при движении поршня от н. м. т. к верхней и продолжается, в зависимости от окружающей среды,до загрытия впускного клапана, а объ­ем, занимаемый им, будет равен объему V_a за вычетом объема камеры сгорания Vc, т. е.

На основании изложенного фактическая (общая) масса свежего за­ряда Gc.з поступившего в цилиндр во время процесса выпуска, будет

где G₁₈₀ — масса свежего заряда, поступившая в цилиндр при движе­нии поршня от в. м. т. до н. м. т.;

Рассмотрим процесс наполнения под действием разрежения дизеля без наддува. В конце хода выпуска объем камеры сжатия V_cбудет заполнен продуктами сгорания давлением р_rЕсли не принимать во внимание углы опережения открытия и запаздывания закрытия клапанов, то при нисходящем давлении поршня от в. м. т. вначале будет происходить расширение оставшихся в цилиндре газов от р_rдо р _а.

В результате сопротивлений всасыванию, нагревания о горячие детали двигателя и теплообмена с оставшимися в цилиндре газами поступающий свежий заряд будет иметь меньшую плотность, чем окружающая среда. Очевидно, что масса поступающего заряда с увеличением давления впуска будет возрастать, а с повышением температуры заряда—уменьшаться.

Коэффициент наполнения. Для оценки степени заполнения цилиндра свежим зарядом вводится понятие о коэффициенте наполнения η_н.

Коэффициентом наполнения называется отношение количества свежего заряда, действительно поступившего в цилиндр, к количеству теоретически возможного заряда, который мог бы поместиться в рабочем объеме цилиндра при температуре Т_о и давлении р_о окружающей среды.

Из этого определения следует, что η_н.= 1, если объем V_s заполнен свежим зарядом имеющим температуру и давление окружающей среды.

По окончании хода выпуска, когда поршень будет находиться в в. м. т., в объеме камеры сжатия V_c останутся продукты сгорания в количестве m_r кг. В конце хода наполнения в объеме V_а будет m_акг смеси воздуха и остаточных газов.

Если массу действительно поступившего в цилиндр воздуха обозначить m_s,то

отношение количества остаточных продуктов сгорания m_r к количеству действительно поступившему воздуху в цилиндр, называется коэффициентом остаточных газов.

Практически величина γ_r для четырехтактных дизелей равна 0,035 — 0,045. В зависимости от типа продувки. γ_rдля двухтактных двигателей может иметь значение 0,03—0,30.

Количество воздуха т₀которое теоретически возможно поместить в объеме V_s при Т_ои р₀,определяется из уравнения состояния

Аналогично находится количество смеси воздуха и остаточных газов: m_а= р_а V_а / R_а T_а:

Согласно определению коэффициент наполнения равен: η_н= m_s / m₀= m_а/ m₀(1+ γ_r)

Без особой погрешности газовые постоянные R_sвоздуха и R_aсмеси можно считать равными; тогда, сократив их и произведя перегруппировку, найдем, что

Отношение объемов V_а/ V_s можно преобразовать следующим образом

Подставив это значение в предыдущую формулу, получим окончательное выражение для коэффициента наполнения в таком виде:

Выражение действительно как для четырехтактных, так и для двухтактных двигателей при условии замены р₀и T_Q на p_sи T_s— давление и температуру продувочного воздуха.

Коэффициент наполнения двухтактного двигателя, отнесенный к полезному ходу поршня,

Для определения коэффициента наполнения четырехтактного двигателя с наддувом необходимо в формулу подставить вместо рои То соответствующие давление р_ни температуру Т_н наддувочного воздуха.

На основании анализа формул можно прийти к следующим выводам:

а) наибольшее влияние на величину коэффициента наполнения оказывает давление р_ав цилиндре в конце хода наполнения, с увеличением которого η_н возрастает;

б) степень сжатия е оказывает незначительное влияние на коэффициент наполнения;

В процессе эксплуатации коэффициент наполнения может понизиться, что приведет к падению мощности. Для сохранения наибольшего значения η_н в период эксплуатации необходимо обеспечивать установленные фазы газораспределения, поддерживать нормальные тепловые зазоры между кулачковыми шайбами и роликами, не допускать загрязнения впускных каналов, выпускного коллектора и воздушных фильтров. Перегрев двигателя также уменьшает η_н , происходит более сильный нагрев свежего заряда, уменьшается его плотность и масса.

При уменьшении частоты вращения η_н уменьшается, так как при этом наступает несоответствие фаз газораспределения.На некоторых современных ДВС устанавливают автоматические устройства корректировки фаз газораспределения в зависимости от условий работы ДВС.

Коэффициент наполнения для судовых дизелей колеблется в пределах 0,70—0,98,

Определение давления в конце наполнения р_а ( в начале сжатия.)

Если двигатель работает без наддува и цилиндр наполняется под действием разрежения, то давление в начале сжатия может быть принято равным давлению в период впуска, предполагаемому постоянным.

Ввиду того что главным фактором, влияющим на сопротивление при впуске, является скорость протекания воздуха через щель, образующуюся при открытии впускного клапана, величину р_а определяют в зависимости от скорости воздуха.

Средняя скорость протекания воздуха в проходном сечении впускного клапана при установившемся движении воздуха (в м/сек) может быть найдена из уравнения сплошности:

где V— объем воздуха, протекающего через впускной клапан в 1 сек.в м 3

F— площадь поршня в м 2 ;

C_m=2Sn — средняя скорость поршня в м/сек

(здесь п –частота вращения в об/сек и S — ход поршня в м);

f — площадь живого сечения впускного клапана в м 2

С₁ — средняя скорость протекания воздуха в щели при открытии

впускного клапана в м/сек.

Из уравнения сплошности С₁=C_m∙F/ƒ

Наибольшая скорость протекания воздуха (в м/сек) в щели при открытии впускного клапана, очевидно, будет при максимальной скорости поршня С_макс примерно на середине его хода:

Обозначив через С₂ наибольшую скорость протекания воздуха (в м/сек) при открытии клапана, получим:

По известной наибольшей скорости истечения воздуха можно определить давление р_а н/м 2 по формуле

где k= 1,204-1,50 — коэффициент, учитывающий колебание величины гидравлических сопротивлений в зависимости от быстроходности двигателя. Большие значения k относятся к быстроходным двигателям.

Выше было сказано, что наибольшее влияние на коэффициент наполнения оказывает давление р_а в цилиндре в начале сжатия, с увеличением которого он возрастает. Понижение р_а в период эксплуатации недопустимо, так как это приведет к падению мощности вследствие уменьшения количества свежего заряда.

Чтобы сохранить установленное значение р_а нужно обеспечивать правильные моменты газораспределения, тепловой зазор в клапанах, содержать в чистоте впускные каналы и воздушные фильтры, не допускать перегрева двигателя.

Температура в начале сжатия Т_а.

Температура заряда, поступающего в цилиндр, повышается также вследствие перемешивания его с остаточными газами, заполняющими камеру сгорания. Установлено, что каждый процент остаточных газов (по отношению к свежему заряду) повышает температуру заряда на 8—10°. Кроме того, в карбюраторных двигателях одновременно наблю­дается некоторое снижение температуры смеси ввиду поглощения тепла при испарении топлива, находящегося в смеси в жидкой фазе.

У двухтактных двигателей, кроме того, он будет нагреваться при сжатии в продувочном насосе, а у двигателей с наддувом — в нагнетателе.

К моменту поступления в цилиндр температура воздуха будет равна:

а) для четырехтактных двигателей без наддува

б) для четырехтактных двигателей с наддувом и двухтактных двигателей.

∆t;— повышение температуры воздуха вследствие нагрева его в системе двигателя;

∆t₁; — повышение температуры при сжатии воздуха в нагнетателе или в продувочном насосе.

Степень подогрева заряда ∆tзависит от типа двигателя, тактности, частоты вращения, способа охлаждения и нагрузки его. Величина ∆t , по опытным данным, составляет для дизелей 10—20°С.

Для форсированных двигателей и двигателей малых мощностей принимаются более высокие значения ∆t . Форсированными называются двигатели, которые при тех же размерах развивают большую мощность, что сопровождается повышением теплового режима и увеличением нагрузок на детали.

В конечном итоге температура воздуха в конце наполнения(начало сжатия )в точке а на индикаторной диаграмме определяется по формуле Т_а= Т’_о+ γ_r Tr /(1+ γ_r )

Из формулы видно, что температура в начале сжатия зависит главным образом от температуры окружающей среды и степени подогрева свежего заряда и мало зависит от температуры остаточных газов.

Средние значения Та, составляют для бензиновых двигателей 350—400°К, для керосиновых — 410—480°К и для дизелей — 310—370° К. Несколько меньшие значения Та для дизелей объясняются меньшим подогревом вследствие более низких температур остаточных газов и меньшими для них значениями коэффициента оста­точных газов.

Повышенный подогрев свежего заряда приводит к уменьшению коэффициента наполнения, а значит, и мощности из-за плотности заряда.

В двигателях с наддувом воздух нагревается от сжатия в турбокомпрессоре и для увеличения его плотности после ГТН устанавливают воздушный холодильник, представляющий собой по конструкции, образно говоря радиатор, по трубкам которого прокачивается насосом забортная вода.

Ответить на следующие вопросы:

Источник

Коэффициент наполнения

Наиболее важной величиной, характеризующей процесс впуска, является коэффициент наполнения, представляющий собой отношение действительного количества свежего заряда, поступившего в цилиндр, к тому количеству, которое могло бы поместиться в рабочем объеме цилиндра при условии, что температура и давление в нем равны температуре и давлению среды, из которой поступает свежий заряд:

,

Процесс сжатия

В период процесса сжатия в цилиндре двигателя повышаются температура и давление рабочего тела, что обеспечивает надежное воспламенение и эффективное сгорание топлива.

Изменение давления в процессе сжатия показано на рис. 13.

В связи с трудностью определения переменной величины n ₁ и усложнением расчетов обычно принимают, что процесс сжатия происходит по политропе с постоянным показателем n ₁ (кривая аа» с’с).

Расчет процесса сжатия сводится к определению среднего показателя политропы сжатия п₁ параметров конца сжатия (р_с и Т_с) и теплоемкости рабочего тела в конце сжатия (t_c— температура смеси в конце сжатия, °С).

Рис 13.Изменения давления в процессе сжатия.

Значения показателей политропы сжатия n ₁ в зависимости от k₁ устанавливаются в следующих пределах:

Давление (МПа) и температура (К) в конце процесса сжатия определяются из уравнения политропы с постоянным показателем n ₁ :

В современных автомобильных и тракторных двигателях давление и температура в конце сжатия изменяются в пределах:

Т_с = 600 — 800 К
Для быстроходных дизелей без наддува р_с = 3,5 — 5,50 МПа и

Для дизелей с наддувом значения р_с и Т_с повышаются в зависимости от степени наддува.

Источник