Структура, элементы и параметры системы газообмена в дизеле, определяющие давление, температуру и теплообмен в цилиндре

Повышение удельной мощности, являющееся одним из основных направлений развития современного дизелестроения, сопровождается увеличением потерь теплоты в процессе сгорания топлива, что обуславливает рост тепломеханической нагруженности и ограничивает уровень форсирования дизелей как жидкостного, так и воздушного охлаждения. Известно, что эффективная литровая мощность N _л четырехтактного дизеля определяется уравнением

Nᴫ=— ∙ Ни ∙ Ui ∙ Vv ∙лм∙p , кВт, ᴫ 120 Lo a v 1м    к,л , где n – частота вращения коленчатого вала дизеля, мин–1; τ – тактность рабочего цикла дизеля; H – низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг; L – теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания 1 кг топлива, кг/кг; η – индикаторный КПД рабочего цикла дизеля; α – коэффициент избытка воздуха; η – коэффициент наполнения цилиндра дизеля свежим зарядом; η – механический КПД дизеля; ρ – плотность свежего заряда (воздуха), поступающего в цилиндры дизеля, кг/м3.

Требуемый состав смеси достигается изменением параметров системы газообмена в дизеле. Для повышения качества процессов, составляющих рабочий цикл, и снижения интенсивности тепломеханической нагруженности деталей на систему газообмена дизеля возложены важнейшие функции обеспечения воздухоснабжения и газоотведения. Функцию воздухоснабжения выполняет подсистема впуска свежего заряда, а функцию газоотведения – подсистема выпуска отработавших газов. Для анализа функционального влияния процессов воздухоснабжения и газоотведе-ния на давление, температуру газа и, как следствие, тепломеханическую нагруженность элементов, ограничивающих внутрицилиндровое пространство дизеля с газотурбинным наддувом, в частности поршня, целесообразно использование системного блочно-иерархического подхода [1]. В этом смысле структура системы газообмена на высшем иерархическом уровне может рассматриваться как состоящая из двух элементов: подсистемы впуска и подсистемы выпуска, с определенными связями между ними.

Подсистема впуска свежего заряда четырехтактного дизеля с наддувом, рассматриваемая как система на среднем иерархическом уровне, включает следующие основные элементы: воздушный (свежий) заряд, устройство впуска воздушного заряда из атмосферы, воздушный фильтр, устройство закрытой вентиляции картера (УЗК), компрессор агрегата наддува, охладитель наддувочного воздуха, приемник рециркулируемых отработавших газов (РОГ), впускной коллектор, впускные каналы крышки цилиндра и клапаны механизма газораспределения, трубопроводы, цилиндр.

Процессы, происходящие в подсистеме впуска вне цилиндра, обеспечивают требуемые параметры состояния, характер и интенсивность движения с минимальными гидравлическими потерями и обуславливают эффективность заполнения цилиндра свежим зарядом, от которого зависит дальнейшее развитие последующих процессов рабочего цикла, протекающих внутри цилиндра дизеля.

Процессы, происходящие внутри цилиндра, такие как: заполнение цилиндра свежим зарядом с учетом опережения открытия и запаздывания закрытия впускного клапана, сжатие свежего заряда, испарение и смешение топлива с воздухом и образование топливовоздушной смеси, самовоспламенение смеси с последующим сгоранием топлива, расширение продуктов сгорания и последующее освобождение цилиндра от остаточных газов с учетом опережения открытия и запаздывания закрытия выпускного клапана, перекрытие клапанов механизма газораспределения, обуславливающее процесс продувки надпоршневой части внутрицилиндрового пространства, в определенном смысле тоже являются процессами газообмена, поскольку они характеризуют изменение состава и физико-химического состояния рабочего тела и прежде всего топливовоздушной смеси и продуктов сгорания. Глубина рассмотрения этих процессов выходит за рамки настоящей статьи, и поэтому здесь они будут рассмотрены лишь в ограниченном объеме.

Подсистема выпуска отработавших газов четырехтактного дизеля с наддувом, рассматриваемая как система на среднем иерархическом уровне, включает следующие основные элементы: цилиндр, продукты сгорания (отработавшие газы), выпускные клапаны механизма газораспределения и выпускные каналы головки цилиндра, выпускной коллектор, устройство рециркуляции отработавших газов (РОГ), охладитель РОГ, преобразователь импульса давления, газовая турбина агрегата наддува с устройством регулирования, системы нейтрализации ОГ с сажевым фильтром, глушитель шума выпуска, эжекционное устройство, соединительные трубопроводы, устройство выпуска отработавших газов в атмосферу.

Каждый элемент подсистем впуска и выпуска характеризуется внутренними параметрами, а подсистемы впуска и выпуска в целом – выходными параметрами. Выходные параметры зависят от типа элементов, их свойств и от особенностей связи элементов друг с другом, определяемых структурой подсистемы. Кроме того, в структуре системы газообмена в целом выделяют внешние параметры - параметры внешней по отношению к системе среды, оказывающие влияние на ее функционирование, например, параметры окружающей среды и т. п.

К внутренним параметрам в зависимости от типа элемента можно отнести такие параметры, как давление, температура, влажность, направление, характер и интенсивность движения свежего заряда, местное сопротивление, потери давления, степень охлаждения (нагрева), геометрические размеры, конфигурация, продолжительность, опережение открытия и запаздывание закрытия клапанов механизма газораспределения и т. п.

К выходным параметрам можно отнести коэффициент наполнения, вихревое отношение, гидравлические сопротивление, плотность воздуха на впуске, коэффициент продувки, коэффициент остаточных газов, габариты и т. п. Выходные параметры являются функцией и в основном определяются внутренними параметрами элементов, а также внешними параметрами системы.

Как внутренние, так и выходные параметры оказывают влияние и определяют интенсивность, характер, направление и продолжительность изменения давления, температуры и движения газа в цилиндре дизеля, формируя характеристики квазистационарных теплового и механического воздействий, такие как коэффициент теплоотдачи и тепловой поток от газов в поверхности, ограничивающие внутрицилиндровое пространство, результирующая температура газа при рассмотрении процессов теплового воздействия, а также распределение результирующих сил от давления газов и других сил по границам ограничивающих поверхностей в течение рабочего цикла.

Эти характеристики теплового и механического воздействия необходимы в дальнейшем для использования в качестве граничных условий при определении температурного и напряженно-деформированного состояния деталей кривошипно-шатунного механизма дизеля, в частности поршня.

Материалы и методы

Рассмотрим параметры, характеризующие состояние свежего заряда в подсистеме впуска : давление, температура, влажность, интенсивность, характер и направление движения воздуха. На состояние свежего заряда влияют параметры компрессора, охладителя наддувочного воздуха, форма и элементы впускных канала и клапанов механизма газораспределения, заполняемого внутрицилиндрового пространства, вариация соотношения объемов пространства сжатия и цилиндра в целом. Так, увеличение числа клапанов и диаметра тарелки клапана улучшает наполнение и снижает насосные потери. В дизелях с наддувом влияние давления p _k и температуры T k свежего заряда на показатели рабочего цикла известно, однако количественное изменение текущих и максимальных давления и температуры газов требует экспериментального подтверждения для определения параметров теплообмена в цилиндре дизеля [2].

Для проведения исследования использовались преимущественно экспериментальные и расчетные методы. В рассматриваемой статье изложены материалы, полученные экспериментально при испытаниях одноцилиндровых аналогов 1ЧН15/20,5 и 1ЧН15/16 многоцилиндровых тракторных дизелей 4ЧН15/20,5 и 8ЧН15/16. Испытания проводились на специально созданном моторном стенде, оборудованном нагрузочным устройством электрического типа со стрелочным индикатором нагрузочного режима и частоты вращения коленчатого вала дизеля, автономными агрегатами наддува (компрессором и охладителем наддувочного воздуха), устройством изменения противодавления отработавших газов на выпуске и имитации импульса давления перед турбиной (регулируемой заслонкой).

Моторный стенд оснащен измерительной аппаратурой, фиксирующей давление и температуру смазочного масла в системе смазки, температуру охлаждающих агентов (жидкости для дизеля 1ЧН15/20,5 и воздуха для дизеля 1ЧН15/16) в системе охлаждения, температуру топлива в системе топливоподачи, температуру и давление отработавших газов на выпуске из цилиндра, температуру и давление свежего заряда на впуске в цилиндр, создаваемые автономными агрегатами наддува.

Топливоподающий насос оборудован устройством, позволяющим изменять угол опережения подачи топлива без остановки дизеля в процессе определения нагрузочных и скоростных характеристик. Топливоподающая форсунка оснащена устройством, фиксирующим подъем иглы распылителя и продолжительность впрыскивания топлива.

Стенд оснащен специальной измерительной аппаратурой для индицирования давления газов в цилиндре в функции угла поворота коленчатого вала электропневматическим индикатором

МАИ-2 с индуктивным датчиком положения ВМТ и соответствующим диафрагменным приемником давления контактного типа, позволяющим фиксировать многоцикловые индикаторные диаграммы давления, и электронным двухлучевым осциллографом английской фирмы Cossоr с плоским экраном и пьезокварцевым датчиком давления газов в цилиндре для фиксации одноцикловых индикаторных диаграмм давления. Приемник давления МАИ-2 и пьезокварцевый датчик давления газов устанавливались в специальные гнезда головки цилиндров, соединенные коротким каналом диаметром 4 мм с полостью внутрицилиндрового пространства дизеля.

Впоследствии индикаторные диаграммы давления обрабатывались с использованием алгоритма и программы термодинамического анализа рабочего цикла, разработанными И.И. Вибе [3] и развитыми М.Ф. Фарафонтовым [4], в результате которых получали изменение температуры газа в цилиндре в функции угла поворота коленчатого вала и характеристики тепловыделения, теплоиспользования и выгорания топлива. По характеристикам выгорания топлива специальной обработкой по методу проф. И.И. Вибе определялись продолжительность процесса сгорания и коэффициент эффективности сгорания топлива.

Одноцилиндровые дизели оснащены устройством с прерывистым токосъемником для измерения температуры в процессе работы с помощью хромель-копелевых термопар, установленных в характерных точках поршня.

Для оценки вихревого отношения /2 применялся метод статических продувок впускных каналов на безмоторном стенде с головкой цилиндра дизеля, установленной на специальный прозрачный цилиндр. Определение интенсивности закрутки производилось по угловому отклонению подпружиненной спрямляющей решетки, установленной в подшипниках качения на вертикальной оси, имитирующей ось прозрачного цилиндра. Спиральная пружина спрямляющей решетки тарировалась с целью оценки вращающего момента M , создаваемого вихревым движением воздушного заряда, с последующим пересчетом для оценки угловой частоты вращения осевого вихря [5]

где Wq , w _дв – угловые скорости воздушного заряда в конце впуска и коленчатого вала дизеля; M – момент на спрямляющей решетке при стационарной продувке; ρ – плотность воздуха; m – расход воздуха через впускные органы при стационарной продувке; ф – функция скорости поршня, равная отношению его мгновенной скорости к скорости кривошипа; s , S – частичный и полный ход поршня.

Результаты и обсуждение

Повышение мощности дизелей достигается увеличением цикловой подачи топлива при сохранении или некотором повышении коэффициента избытка воздуха. Это обеспечивается повышением массового расхода G _в воздуха увеличением плотности Pk свежего заряда на входе в цилиндр с рабочим объемом V_h

Gв = Pk ∙ Vh = ■ 't ∙ Vh , К∙1 к где R – универсальная газовая постоянная.

При наддуве увеличение плотности свежего заряда на впуске повышением давления сопровождается ростом температуры, что увеличивает тепловую нагруженность деталей и ограничивает рост мощности дизеля.

В определенной степени снижения температуры воздушного заряда после компрессора T_k возможно достичь повышением его адиабатического КПД     ^:

где T 0 – температура воздушного заряда на входе в компрессор; π k – степень повышения давления в компрессоре; k – показатель адиабаты процесса сжатия.

Радикальным способом ослабления отрицательного влияния повышенной температуры воздушного заряда на плотность является применение промежуточного его охлаждения в специаль- ных охладителях перед поступлением в цилиндр. При наличии охладителя наддувочного воздуха (ОНВ) температура заряда после компрессора Tk определится т=   ∙ п (Пк-^)/ Пк – ∆т

1к =   ∙            – ∆ онв, где ∆7онв – понижение температуры заряда в охладителе наддувочного воздуха; Пк – показатель политропы процесса сжатия.

Снижение температуры свежего заряда после компрессора увеличивает его плотность, уменьшает температуру в начале процесса сжатия и повышает эффективность продувки цилиндра в период перекрытия клапанов.

Проанализируем некоторые результаты эксперимента, полученные на моторном испытательном стенде. Экспериментальные данные получены при испытании одноцилиндрового дизеля с автономными агрегатами наддува. Влияние давления и температуры воздушного заряда при впуске на максимальные давление P max , быстроту нарастания давления W pmax , температуру T max газов в цилиндре и эффективные показатели дизеля: мощность N _e, удельный эффективный расход топлива g e , коэффициент избытка воздуха α , температуру t r отработавших газов на выпуске из цилиндра при неизменном часовом расходе G т топлива представлено на рис. 1, a, b [2].

Увеличение давления наддувочного воздуха при неизменной температуре сопровождается повышением максимального давления, сохранением величины максимальной быстроты нарастания давления, снижением максимальной температуры газов в цилиндре и отработавших газов на выпуске из цилиндра дизеля (см. рис. 1, а). Аналогичное изменение этих параметров, за исключением увеличения максимальной быстроты нарастания давления, наблюдается при снижении температуры наддувочного воздуха при неизменном его давлении (см. рис. 1, b). Снижение удельного эффективного расхода топлива дизелем с увеличением плотности наддувочного воздуха можно объяснить увеличением коэффициента избытка воздуха, сокращением продолжительности и уменьшением относительных тепловых потерь в процессе сгорания (см. таблицу) [2].

a)

Рис. 1. Влияние давления (а) и температуры (b) наддувочного воздуха на максимальные давление, быстроту нарастания давления, температуру газа в цилиндре и эффективные показатели дизеля (дизель 1ЧН15/20,5; G T = 7,75 кг/ч = const , n = 1250 мин^–1)

b)

Fig. 1. The effect of pressure (a) and temperature (b) of the charge air on the maximum pressure, the rate of pressure increase, the gas temperature in the cylinder and the effective performance of the diesel engine (diesel 1ChN15/20.5 ; G T = 7.75 kg/h = const, n = 1250 min^--1)

Анализ данных в таблице свидетельствует, что повышение плотности наддувочного воздуха на 0,3 кг/м3 сопровождается повышением максимального давления газов в цилиндре, которое составляет 1,1 МПа при неизменной температуре наддувочного воздуха, а при неизменном давле- нии наддувочного воздуха – 0,6 МПа. Увеличение плотности наддувочного воздуха на 0,3 кг/м3 приводит к уменьшению максимальной быстроты нарастания давления газов в цилиндре на 0,01 МПа/град при неизменной температуре, а при неизменном давлении наддувочного воздуха ее увеличение составляет 0,16 МПа/град. При этом снижение максимальной температуры газа в цилиндре составляет 120 °С как при неизменной температуре, так и при неизменном давлении наддувочного воздуха. Повышение плотности наддувочного воздуха на 0,3 кг/м3 сопровождается ростом коэффициента избытка воздуха, который при неизменной температуре составляет 0,3, а при неизменном давлении – 0,28 единицы, что обуславливает практически одинаковое изменение удельного эффективного расхода топлива дизелем.

Зависимость параметров рабочего цикла дизеля от плотности наддувочного воздуха при изменении ее либо за счет давления при неизменной температуре, либо за счет температуры при неизменном давлении The dependence of the diesel operating cycle parameters on the charge air density when changing it either due to pressure at constant temperature, or due to temperature at constant pressure

Значение параметров рабочего цикла дизеля при p к = var, t к = 76 °C = const, n = const								Значение параметров рабочего цикла дизеля при t к = var, p к = 0,15 МПа = const, n = const
w pmax, МПа/ гр	t к, °С	g e , г/кВт ч	α	p к , МПа	ρ , кг/м3	p max , МПа	T max , К	ρ , кг/м3	p max , МПа	T max , К	t к, °С	α	g e , г/кВт ч	p к , МПа	w pmax, МПа/ гр
0,400	76	244	1,64	0,15	1,497	7,40	1770	1,364	7,10	1820	110	1,46	250	0,15	0,310
0,396	76	241	1,73	0,16	1,597	7,70	1730	1,439	7,20	1800	90	1,55	247	0,15	0,350
0,393	76	238	1,84	0,17	1,697	8,10	1690	1,523	7,40	1750	70	1,69	244	0,15	0,400
0,390	76	236	1,94	0,18	1,797	8,50	1650	1,618	7,70	1700	50	1,73	242	0,15	0,470

Результаты анализа раздельного влияния давления и температуры наддувочного воздуха на максимальные давления и температуру рабочего цикла дизеля свидетельствуют о том, что при использовании глубокого охлаждения наддувочного воздуха для повышения плотности свежего заряда одинаковый прирост плотности свежего заряда сопровождается меньшим приростом максимального давления в рабочем цикле при равном изменении максимальной температуры, мощности и топливной экономичности. Однако сохранение в этом случае коэффициента избытка воздуха сопровождается некоторым снижением максимальной температуры при сохранении максимального давления в рабочем цикле, мощности и топливной экономичности дизеля.

Интенсивность, характер и направление движения воздушного заряда при впуске можно оценить комплексным параметром – вихревым отношением Ω , представляющим отношение частоты вращения осевого воздушного вихря при вихревом движении к частоте вращения коленчатого вала дизеля [6, 7]. При значениях вихревого отношения менее оптимального наблюдается ухудшение процесса смесеобразования, использования воздушного заряда в процессе сгорания и топливной экономичности дизеля. Превышение оптимального значения вихревого отношения сопровождается снижением полноты сгорания топлива, повышением дымности отработавших газов, ухудшением мощностных и экономических показателей рабочего цикла [2].

Некоторые результаты эксперимента, полученные на моторном испытательном стенде, представлены на рис. 2. Они получены при испытании одноцилиндрового дизеля, оборудованного впускным клапаном 2 с ширмой 1 (рис. 2, а), вихревое отношение Ω определялось в зависимости от угла α поворота клапана с ширмой (рис. 2, b). Влияние вихревого отношения при движении воздушного заряда при впуске на максимальные давление P max , быстроту нарастания давления W pmax , температуру T max газов в цилиндре и эффективные показатели дизеля: мощность N e , удельный эффективный расход топлива g e , коэффициент избытка воздуха α , температуру t r отработавших газов на выпуске из цилиндра при неизменном часовом расходе G _в воздуха представлено на рис. 2, c [2].

Вихревое движение воздушного заряда является условием качественного смесеобразования в дизелях с объемно-пленочным способом смесеобразования [8, 9]. Анализ результатов (см. рис. 2, c) показывает, что наилучшая топливная экономичность и минимальная температура отработавших газов дизеля наблюдаются при вихревом отношении Ω = 2...3. Максимальные давление и быстрота нарастания давления имеют минимальное значение при Ω = 1,5. Увеличение Pmax и Wpmax при Ω < 1,5 можно объяснить значительной долей объемного смесеобразования при ма- лой интенсивности вихря. Увеличение вихревого отношения свыше 1,5 также сопровождается ростом максимальных давления и быстроты нарастания давления [7].

а)

b)

Рис. 2. Осевой вихрь, создаваемый ширмой 1 на клапане 2 (а), вихревое отношение при различном положении оси ширмы на клапане (b) и влияние вихревого отношения на максимальные давление, быстроту нарастания давления, температуру газа в цилиндре и эффективные показатели дизеля (c) (дизель 1ЧН15/16; N e = 30,6 кВт, p к = 0,165 МПа, t к = 92 °С, G в = 204 кг/ч = const , n = 1700 мин^–1, кс ЯМЗ)

c)

Fig. 2. The axial vortex created by the screen 1 on the valve 2 (a), the vortex ratio at different positions of the screen axis on the valve (b) and the effect of the vortex ratio on maximum pressures, pressure build-up rate, gas temperature in the cylinder and effective diesel performance (с) (diesels 1ChN15/16; Ne = 30.6 kW, p к = 0.165 MPa, t к = 92 °C , G в = 204 kg/h, n = 1700 min^–1, ks YaMZ)

Повышение удельного эффективного расхода топлива при значениях Ω > 3 объясняется ростом тепловых потерь вследствие увеличения скоростей воздушного заряда при впуске и турбулизации смеси при сгорании топлива, что увеличивает коэффициент теплоотдачи от газов в стенки, а, следовательно, и тепловые потери [2, 7].

Анализ данных на рис. 3 свидетельствует, что при увеличении давления p _k и температуры t _k наддувочного воздуха продолжительность и доля топлива, выгоревшая в начальном периоде, изменяются незначительно, а с увеличением вихревого отношения Ω наблюдается неоднозначное изменение интенсивности выгорания особенно в начальном и основном периодах, а также максимальных давления и температуры цикла.

В подсистеме выпуска параметры, характеризующие состояние отработавших газов, включают температуру, давление и уровень гидравлических потерь. Температура отработавших газов определяется эффективностью процессов сгорания топлива, включая тепловые потери, расширения продуктов сгорания и освобождения цилиндра от отработавших газов вследствие свободного и принудительного выпуска под действием движения поршня к ВМТ. Давление отработавших газов на выходе из цилиндра в подсистеме выпуска определяется уровнем гидравлического сопротивления клапанной щели выпускного клапана, выпускного канала головки цилиндров, выпускного коллектора, преобразователя импульсов, корпуса турбины с устройством регулирования, элементов проточной части рабочего колеса газовой турбины турбокомпрессора, нейтрализатора с сажевым фильтром, глушителя, эжекционного устройства [10] и устройства выпуска газов.

Влияние параметров, характеризующих состояние отработавших газов в подсистеме выпуска, на эффективные показатели дизеля, максимальные давление, быстроту нарастания давления и температуру газа в цилиндре и на выходе из него при имитации механического наддува с приводом компрессора от коленчатого вала представлено на рис. 4, а.

Уменьшение давления P _r отработавших газов регулируемой заслонкой на выпуске сопровождается повышением мощности N e , максимальных давления P max и быстроты нарастания давления W pmax . Максимальная температура Т max рабочего цикла и температура t r отработавших газов при этом снижаются.

к                              к

а)                                        b)                                                 c)

Рис. 3. Характер изменения температуры T , давления P , быстроты нарастания давления W p , интегральной – x и дифференциальной – W φ характеристик выгорания топлива в цилиндре при изменении давления P к с сохранением температуры t к наддувочного воздуха (а), температуры t к с сохранением давления P к наддувочного воздуха (b) и вихревого отношения Ω на впуске с сохранением расхода воздуха G в (c) дизелем

Fig. 3. The nature of the change in temperature T, pressure P, and the rate of pressure increase Wp, integral – x and differential – Wφ characteristics of fuel burnout in the cylinder when the pressure Pк changes while maintaining the temperature tк of the charge air (a), the temperature tк while maintaining the pressure Pк of the charge air (b) and the vortex ratio Ω at the inlet while maintaining the air flow Gв (c) by diesel

a)

b)

Рис. 4. Влияние давления P r отработавших газов при выпуске на максимальные давление, быстроту нарастания давления, температуру газа в цилиндре, эффективные показатели дизеля (а) и на характер изменения температуры T , давления P , быстроты нарастания давления W p , интегральной – x и дифференциальной – W φ характеристик выгорания топлива (b) (дизель 1ЧН15/16; G T = 7,0 кг/ч = const , Р к = 0,165 МПа, t к = 92 °С, n = 1700 мин^–1, кс ЯМЗ)

Fig. 4. Effect of exhaust gas pressure on the maximum pressure, the pressure rise rate, the gas temperature in the cylinder, the effective performance of the diesel engine (a) are characterized by changes in temperature T , pressure P , pressure rise rate W p , integral – x and differential – W φ fuel combustion characteristics (b) (diesel 1СhN15/16; G t = 7.0 kg/h, Р к = 0.165 MPa, t к = 92 °C, n = 1700 min^–1, ks YaMZ)

С уменьшением давления P r отработавших газов увеличивается коэффициент избытка воздуха α и снижается удельный эффективный расход g e топлива. Увеличение коэффициента избытка воздуха приводит к повышению интенсивности выгорания топлива в начальном и основном периодах (рис. 4, b).

С уменьшением давления Р r увеличивается доля топлива, выгорающая в начальном периоде. Анализируя изменение характера сгорания в периодах, можно отметить, что оно проявляется лишь в начальном периоде. С уменьшением P r уменьшаются угол начала сгорания, продолжительность процесса сгорания и уровень тепловых потерь. Возможность уменьшения давления P r отработавших газов в значительной степени определяется газодинамическим совершенством проточной части турбины турбокомпрессора при газотурбинном наддуве, выпускных каналов головки цилиндров и выпускных трубопроводов.

Выполненный авторами экспериментальный анализ особенностей газообмена, в частности, влияния параметров наддувочного воздуха на впуске, движения свежего заряда в цилиндре и давления отработавших газов на выпуске, а также качественный учет в структуре системы газообмена управления фазами газораспределения, внутренней рециркуляции и нейтрализации отработавших газов отражают направления исследований, выполненных ранее [11–20].

Проведенное исследование свидетельствует, что:

• –    при использовании охлаждения наддувочного воздуха с сохранением его давления одинаковый прирост плотности свежего заряда сопровождается меньшим ростом максимального давления при равном изменении максимальной температуры, мощности и топливной экономичности рабочего цикла. Сохранение коэффициента избытка воздуха в этом случае сопровождается снижением максимальной температуры при сохранении максимального давления газов в цилиндре, мощности и топливной экономичности дизеля;

• –    при неизменных мощности дизеля, давления и температуры наддувочного воздуха наилучшая топливная экономичность дизеля и минимальные значения температуры отработавших газов достигаются при изменении значений вихревого отношения от 2 до 3. При различных значениях вихревого отношения наблюдается пренебрежимо малое изменение расхода воздуха дизелем G в ;

• –    малые значения скорости движения воздушного заряда затрудняют теплообмен между рабочим телом и стенками камеры сгорания. Вследствие этого в области значений вихревого отношения Ω < 3 уровень тепловых потерь при сгорании топлива стабилизируется;

• –    при вихревом отношении Ω > 3 увеличение скоростей воздушного заряда при впуске и высокая степень турбулизации газовой смеси при сгорании топлива приводят к повышению коэффициента теплоотдачи от газов в стенки, а следовательно, и тепловых потерь;

• –    максимальные давление и быстрота нарастания давления имеют минимальные значения при изменении вихревого отношения в диапазоне 1...2 единицы;

• –    уменьшение давления отработавших газов регулируемой заслонкой на выпуске сопровождается повышением мощности, максимальных давления и быстроты нарастания давления при имитации механического наддува с приводом компрессора от коленчатого вала дизеля. Максимальная температура рабочего цикла и температура отработавших газов при этом снижаются. С уменьшением давления отработавших газов увеличивается коэффициент избытка воздуха и снижается удельный эффективный расход топлива.