Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Коэффициент — наполнение — двигатель
Коэффициент наполнения двигателя увеличивается, что объясняется: а) уменьшенными сопротивлениями впускного тракта вследствие снятия карбюратора; б) уменьшенной интенсивностью подогрева впускного тракта; в) увеличением весового наполнения при впрыске топлива непосредственно в цилиндр двигателя. [1]
Все это способствует увеличению коэффициента наполнения двигателя , повышая его мощность и экономичность. [2]
Существенным недостатком последнего способа является неизбежное снижение коэффициента наполнения двигателя . Кроме этого, применение кинематически связанного ТК ведет к большим затратам энергии на сжатие воздуха на частичных нагрузках. Удовлетворительная экономичность на частичных нагрузках может быть получена при применении двух агрегатов: свободного турбокомпрессора и турбины, отдающей энергию на коленчатый вал двигателя; это решение поведет к существенному усложнению конструкции и может быть оправдано только для двигателей, работающих значительное время на нагрузках, близких, к номинальной. [3]
Основное значение данного метода состоит в повышении коэффициента наполнения двигателя путем своеобразного наддува , создаваемого вводимым в цилиндры сжатым газом. Для двухтактных двигателей может быть применен способ, при котором происходят наполнение и продувка двигателя воздухом, а ввод газообразного топлива в цилиндры двигателя осуществляется под давлением 3 — 8 ата во время первой половины хода сжатия, при помощи специального золотникового механизма. [4]
Повышение температуры засасываемого воздуха влечет за собой в результате уменьшения коэффициента наполнения двигателя и коэффициента количества топлива в газовоздушной смеси падение мощности двигателя и увеличение удельного расхода топлива. [5]
Для временного ослабления детонации прибегают к прикрытию дроссельной заслонки, чем уменьшают коэффициент наполнения двигателя и снижают температуру конца такта сжатия. Снижает детонацию также обогащение смеси. [6]
Такое же расположение трубопроводов применяется чаще всего и в дизелях, что позволяет уменьшить подогрев впускного трубопровода и тем самым повысить коэффициент наполнения двигателя . [8]
Коэффициент наполнения является конструктивным параметром двигателя и характеризует совершенство его впускных органов. Чем выше коэффициент наполнения двигателя , тем большую мощность он может развить. Средние значения т ] для современных двигателей находятся в пределах 0 75 — 0 85 при максимальных числах оборотов и 0 85 — 0 90 для оборотов, соответствующих максимальному крутящему моменту двигателя. [9]
Особенностью системы питания двигателя водородом является то, что водород в двигатель подавался при температур — 130 С. Это обеспечивало существенное увеличение коэффициента наполнения двигателя и заметное снижение эмиссии окислов азота. Для поддержания заданного температурного уровня газообразный водород из криогенного бака подавался к двигателю по трубопроводу с вакуумной термоизоляцией — Приборы системы питания, расположенные на двигателе, также имели высокоэффективную термоизоляцию. [10]
В отличие от жидких топлив, требующих во избежание конденсации части жидкости во впускной системе двигателя очень высоких скоростей потока рабочей смеси, газовоздушные смеси не конденсируются, что дает возможность работать на меньших скоростях газовоздушного потока. Это уменьшает гидравлические потери в системе впуска, повышает коэффициент наполнения двигателя и, следовательно, его мощностные показатели. [11]
В зависимости от направления движения воздуха и рабочей смеси в диффузоре различают карбюраторы с восходящим, падающим или горизонтальным потоком. Карбюратор с горизонтальным потоком имеет минимальное гидравлическое сопротивление, благодаря чему улучшается коэффициент наполнения двигателя . В карбюраторах с падающим потоком для распила топлива требуется меньшая скорость воздуха, так как направление движения горючей смеси совпадает с направлением силы тяжести. В силу этого также достигается высокий коэффициент наполнения. [12]
Колесо газовой турбины и крыльчатка нагнетателя 7 установлены на одном общем валу. Сжатый нагнетателем воздух при впуске по трубопроводу 3 поступает в цилиндр, что обеспечивает значительное повышение коэффициента наполнения двигателя . [13]
В системе с использованием энергии потока постоянного давления один трубопровод объединяет выхлоп из многих цилиндров и выхлопы из отдельных цилиндров накладываются один на другой, однако, полного выравнивания давления, как правило, не происходит и пики давления в начальный период выхлопа доминируют над колебаниями давления, вызванными волновыми явлениями. Имеющие место подъемы давления в данном случае совпадают с периодами перекрытия фаз выхлопа и наполнения и могут существенно снизить коэффициент наполнения двигателя . [14]
Что такое коэффициент наполнения двигателя
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.
Коэффициентом наполнения ?н называется отношение количества свежего заряда, сжимаемого в цилиндре, к количеству заряда, которое могло бы поместиться в объеме рабочего цилиндра Vs при параметрах среды, из которой поступает свежий заряд.
L — количество молей свежего заряда, сжимаемого в цилиндре;
L1 — количество молей свежего заряда в объеме Vs при р и Т, а в случае работы двигателя с наддувом при рк и Тк;
Мr — количество молей остаточных газов при Тr и рr;
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 Мr в уравнение (14), получим формулу для определения коэффициента наполнения четырехтактных двигателей:
Можно ?н выразить и через коэффициент остаточных газов ? , так как:
При работе двигателя с наддувом р = рк и Т = ТК, 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
Данная формула включает опытные коэффициенты, которые учитывают дозарядку цилиндра ?1, продувку камеры сгорания ?2 и работу наполнения ?3. Для быстроходных двигателей эти коэффициенты равны: ?1 = 1,02 ? 1,06; ?2 = 1,1 и ?3 = 0,87 ? 0,88.
Отсутствие опытных данных количественной оценки коэффициентов ?1 ?2 и ?3 для различных двигателей ограничивает практическое применение формулы (17).
Рассмотрение полученных формул (15) и (16) позволяет установить влияние различных факторов на коэффициент наполнения. Наибольшее влияние на величину коэффициента наполнения оказывает давление ра. С увеличением давления ра, 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 Та плотность его возрастает, а потому коэффициент наполнения также будет возрастать.
Давление и температура остаточных газов рr и Тr мало влияют на величину ?н, так как отношение pr/Tr в формуле (15) составляет незначительную величину.
Коэффициент остаточных газов ?r значительно влияет на ?н; с увеличением ?r температура свежего заряда в конце наполнения возрастает, а потому коэффициент наполнения уменьшается. Опытные данные показывают, что при увеличении ?r от 0,05 до 0,15 коэффициент наполнения снижается от 0,86 до 0,69.
Влияние степени сжатия ? на ?н надо рассматривать совместно с влиянием коэффициента остаточных газов ?r на ?н.
Из формул (15) и (16) следует, что с увеличением ? ?н падает. Однако с увеличением е коэффициент остаточных газов уменьшается и поэтому ?н будет несколько возрастать. Следует отметить, что при колебании степени сжатия в дизелях (? = 13 ? 16) ?н изменяется очень мало и это изменение можно не учитывать.
Как следует из определения коэффициента наполнения, параметры на впуске р и То непосредственно не влияют на величину ?н, они влияют на плотность и на вес свежего заряда цилиндра, а следовательно, и на мощность, развиваемую двигателем.
Но, как показывают опыты, повышение температуры на впуске Т уменьшает перепад температур ?Т (нагрев воздуха в цилиндре) вследствие чего ?н несколько возрастает. Таким образом, изменение Т косвенно влияет на изменение ?н.
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 р, 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 р и воздух может поступать в цилиндр и, в-третьих, вследствие инерции потока воздух будет поступать в цилиндр и при давлении больше р. Перекрытие впускного и выпускного клапанов способствует лучшей очистке цилиндра, а при наддуве осуществляет продувку камеры сгорания.
Изменение числа оборотов двигателя, т. е. изменение скоростного режима двигателя, влияет на скорость потока во впускном тракте, а следовательно, на величину ?ра и на ?н. С увеличением числа оборотов двигателя коэффициент наполнения уменьшается, так как вследствие увеличения гидравлических сопротивлений во впускном тракте давление ра уменьшается. Величина коэффициента наполнения в двигателях без наддува обычно составляет 0,75—0,85, а у двигателей с наддувом за счет уменьшения ?к коэффициент наполнения возрастает.
коэффициент наполнения цилиндра
Большой англо-русский и русско-английский словарь . 2001 .
- коэффициент наполнения насоса
- коэффициент направленного действия
Смотреть что такое «коэффициент наполнения цилиндра» в других словарях:
коэффициент наполнения (цилиндра) — — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность EN coefficient of admission … Справочник технического переводчика
коэффициент наполнения цилиндра — — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность EN volumetric efficiency … Справочник технического переводчика
ГОСТ 30776-2002: Установки насосные передвижные нефтегазопромысловые. Общие технические условия — Терминология ГОСТ 30776 2002: Установки насосные передвижные нефтегазопромысловые. Общие технические условия оригинал документа: 3.1.14 вредное пространство: Объем Vв.п.части насосной камеры за пределами рабочего объема FS. Определения термина из … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Короткоходный двигатель — двигатель внутреннего сгорания, у которого отношение хода поршня к диаметру цилиндра меньше единицы (S/D … Большая советская энциклопедия
двигатель внутреннего сгорания — двигатель внутреннего сгорания, тепловой двигатель, в котором химическая энергия топлива, сгорающего в рабочем цилиндре, преобразуется в механическую. По роду топлива Д. в. с. делятся на жидкостные и газовые; по рабочему циклу на 2 и 4… … Сельское хозяйство. Большой энциклопедический словарь
система — 4.48 система (system): Комбинация взаимодействующих элементов, организованных для достижения одной или нескольких поставленных целей. Примечание 1 Система может рассматриваться как продукт или предоставляемые им услуги. Примечание 2 На практике… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
метод — метод: Метод косвенного измерения влажности веществ, основанный на зависимости диэлектрической проницаемости этих веществ от их влажности. Источник: РМГ 75 2004: Государственная система обеспечения еди … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
СО 34.21.308-2005: Гидротехника. Основные понятия. Термины и определения — Терминология СО 34.21.308 2005: Гидротехника. Основные понятия. Термины и определения: 3.10.28 аванпорт: Ограниченная волнозащитными дамбами акватория в верхнем бьефе гидроузла, снабженная причальными устройствами и предназначенная для размещения … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
определение — 2.7 определение: Процесс выполнения серии операций, регламентированных в документе на метод испытаний, в результате выполнения которых получают единичное значение. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ГОСТ 8.570-2000: Государственная система обеспечения единства измерений. Резервуары стальные вертикальные цилиндрические. Методика поверки — Терминология ГОСТ 8.570 2000: Государственная система обеспечения единства измерений. Резервуары стальные вертикальные цилиндрические. Методика поверки оригинал документа: 3.15 «мертвая» полость резервуара: Нижняя часть резервуара, из которой… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
МИ 3042-2007: Рекомендация. ГСИ. Резервуары стальные горизонтальные цилиндрические с эллиптическими и сферическими днищами для сжиженных углеводородов вместимостью 600 м3. Методика поверки геометрическим методом — Терминология МИ 3042 2007: Рекомендация. ГСИ. Резервуары стальные горизонтальные цилиндрические с эллиптическими и сферическими днищами для сжиженных углеводородов вместимостью 600 м3. Методика поверки геометрическим методом: 3.13 «неучтенный»… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Что такое коэффициент наполнения двигателя
Из уравнений видно, что на величину коэффициента наполнения влияют давление ра и температура Та в конце впуска, подогрев заряда AT, коэффициент остаточных газов уост, температура Тг, а также степень сжатия е. Наибольшее влияние оказывает величина — или —. РоРп
Значения этих величин, как было показано выше, зависят от ряда факторов. При подготовке к производству новых образцов двигателей стремятся по возможности уменьшить отрицательное влияние этих факторов на наполнение двигателя. Тщательная обработка внутренней поверхности впускного трубопровода и рациональная его конструкция с наименьшим числом поворотов обеспечивают снижение сопротивлений во впускной системе; более совершенная организация выпуска отработавших газов способствует уменьшению количества остаточных газов; возможность регулирования обогрева впускного трубопровода позволяет в карбюраторных двигателях избежать чрезмерного подогрева свежего заряда.
Наполнение двигателя при постоянном числе оборотов и изменении нагрузки. Изменение нагрузки в карбюраторных двигателях при постоянном числе оборотов коленчатого вала достигается перемещением дроссельной заслонки, в результате этого уменьшается или увеличивается количество поступающей в цилиндр горючей смеси.
При снижении нагрузки дроссельную заслонку прикрывают, вследствие уменьшения проходного сечения гидравлические сопротивления во впускной системе возрастают, что приводит к понижению давления ра. Штриховой линией показана индикаторная диаграмма газообмена при прикрытой дроссельной заслонке. Из диаграммы видно, что в этом случае в процессе впуска давление в цилиндре понижается, вследствие чего коэффициент наполнения уменьшается.
Во впускной системе дизелей отсутствуют какие-либо устройства, изменяющие количество подаваемого в цилиндр воздуха, так как изменение нагрузки в дизеле достигается регулированием количества впрыскиваемого топлива. Следовательно, при постоянном числе оборотов коленчатого вала гидравлические сопротивления во впускной системе дизеля остаются неизменными.
На величину коэффициента наполнения в дизеле при изменении нагрузки влияет только подогрев воздуха.
При увеличении нагрузки из-за выделения большего количества теплоты повышается температура стенок цилиндра, днища поршня и головки цилиндров. В результате этого по мере увеличения нагрузки поступающий в цилиндр воздух подогревается больше, и коэффициент наполнения несколько снижается.
Наполнение двигателя при переменных числах оборотов. Как видно из уравнения , потери давления во впускной системе прямо пропорциональны квадрату скорости движения заряда.
При повышении числа оборотов двигателя скорость движения заряда во впускной системе увеличивается примерно пропорционально числу оборотов. В связи с этим растут соответственно гидравлические сопротивления, а давление ра понижается. Такая же картина наблюдается и в выпускной системе, где с повышением числа оборотов растет давление остаточных газов рг и увеличивается их количество.
При повышении скоростного режима подогрев заряда из-за сокращения времени соприкосновения его с горячими стенками уменьшается.
Как показали опыты, у большинства автомобильных двигателей подогрев по сравнению с возрастающими сопротивлениями на впуске и выпуске меньше влияет на г]у.
В результате совместного действия этих факторов после достижения скоростного режима, при котором при соответствующим образом подобранных фазах газораспределения гу имеет наибольшее значение, дальнейшее увеличение числа оборотов приводит к уменьшению коэффициента наполнения.
На рис. 48 показано изменение коэффициента наполнения карбюраторного двигателя и дизеля в зависимости от числа оборотов. Наибольшие коэффициенты наполнения rvУ обоих двигателей соответствуют определеннымчислам оборотов.
Снижение коэффициента наполнения и у при уменьшении числа оборотов объясняется усилением подогрева заряда вследствие увеличения промежутка времени, в течение которого он соприкасается со стенками, и несоответствием фаз газораспределения условиям газообмена при пониженном числе оборотов. Необходимо отметить, что при малых числах оборотов увеличивается утечка заряда через поршневые кольца (особенно у двигателей с большим износом поршневых колец и зеркала цилиндра).
Из рис. 48 видно, что коэффициент наполнения rjyпри полной нагрузке у дизеля (кривая 2) несколько выше, чем у карбюраторного двигателг (кривая 3) и меняется менее значительно в зависимости от скоростного режима. Это объясняется тем, что во впускной системе дизеля отсутствуют карбюратор и дроссельная заслонка,вследствиечегоГидравлическиесопротивления у него меньше.
У карбюраторного двигателя по мере прикрытия дроссельной заслонки из-за возрастающих сопротивлений коэффициент наполнения падает более резко (кривые 4 и 5). Такая зависимость коэффициента наполнения от числа оборотов при прикрытии дроссельной заслонки, как будет показано ниже, обеспечивает ограничение наибольшего числа оборотов при снижении нагрузки и
устойчивую работу двигателя при наименьшем числе оборотов холостого хода.
В дизеле из-за уменьшения подогрева воздуха при снижении нагрузки коэффициент наполнения rvрастет. Кривая 1 показывает изменение коэффициента наполнения дизеля при его работе на холостом ходу.
Влияние степени сжатия. При изменении степени сжатия меняются условия подогрева заряда в цилиндре двигателя, а также количество остаточных газов и их температура. Влияние отдельных факторов при этом взаимно компенсируется. Опыты показали, что коэффициент наполнения практически независит отстепенисжатия.
Влияние размеров цилиндра, отношения хода поршня к диаметру цилиндра и расположения клапанов. При больших диаметрах цилиндра можно разместить клапаны большего диаметра. Увеличение диаметра впускного клапана позволяет осуществить процесс впуска при меньшей скорости движения заряда, что приводит к снижению гидравлических потерь и повышению коэффициента наполнения.
В настоящее время большое распространение получают корот-коходные двигатели, в которых отношение хода поршня к диаметру цилиндра меньше единицы. Одним из преимуществ этих двигателей, имеющих сравнительно большой диаметр цилиндра, является возможность размещения в головке цилиндров клапанов большого диаметрапри верхнем их расположении.
На рис. 49 показаны конструктивные схемы впускных каналов карбюраторных двигателей и дизелей. Верхнее расположение клапанов и соответствующая форма впускных каналов обеспечивает плавный впуск свежего заряда. В этом случае гидравлические сопротивления снижаются и коэффициент наполнения увеличивается. Кроме того, при наличии впускных каналов специальной формы образуется направленное движение рабочей смеси в цилиндре, необходимое для лучшего протекания процесса смесеобразования и сгорания.
Влияние фаз газораспределения. Коэффициент наполнения зависит от продолжительности и момента открытия и закрытия впускных и выпускных органов, т. е. от фаз газораспределения.
Влияние фаз газораспределения на коэффициент наполнения не поддается расчету, и их выбор производится опытным путем. С учетом влияния фаз газораспределения коэффициент наполнения для четырехтактного двигателя можно подсчитать по уравнению
коэффициент дозарядки, учитывающий дополнительное количество заряда, поступающего при движении поршня от н. м. т. до момента закрытия впускного клапана (линия а4, рис. 42, б).
коэффициент продувки, учитывающий дополнительную очистку цилиндров в период перекрытия клапанов при нахождении поршня вблизи в. м. т.
Для четырехтактных двигателей с наддувом вместо Т0 и р0 в уравнения (192), (193) и (194) необходимо подставлять значения Тк и рк.
Выбранные опытным путем фазы газораспределения обеспечивают оптимальные условия по наполнению для некоторого интервала изменения скоростного режима двигателя. Это означает, что для автомобильных двигателей, работающих в широком диапазоне изменения чисел оборотов коленчатого вала, нельзя подобрать фазы газораспределения так, чтобы они были наилучшими для всех случаев. Число оборотов, при котором производят подбор фаз, выбирают в зависимости от требований, предъявляемых к двигателю при его эксплуатации.
Влияние колебательных явлений в трубопроводах. В трубопроводах автомобильных двигателей в процессе впуска и выпуска возникает колебательное движение газов, приводящее к образованию волн давления. Это явление можно использовать для увеличения массы поступающего в цилиндр заряда. Если, например, настроить выпускную систему так, чтобы к концу процесса выпуска в момент перекрытия клапанов в ней образовалось разрежение, то количество отработавших газов, вытекающих из цилиндра, увеличится, а уос?„ уменьшится. В результате этого в цилиндр двигателя поступит большее количество свежего заряда.
