Давление. Из приведенных выше индикаторных диаграмм  и схемы движения заряда во впускной системе  видно, что в процессе впуска имеются гидравлические потери, в результате чего давление в цилиндре с определенного момента становится ниже атмосферного р0 (двигатель без наддува) или ниже рк (двигатель с наддувом) на величину Ара. Величина этих потерь зависит от качества обработки поверхностей впускной системы,наличия поворотов,положения дроссельной заслонки, величины открытия клапана и др. Опыты показали, что потери давления Ара прямо пропорциональны квадрату скорости движения заряда.

Пользуясь уравнением Бернулли для несжимаемой жидкости, можно определить величину потерь давления по выражению bPa=P«-Pa=(l+to)-fiP*, где £0 — коэффициент сопротивления впускной системы, отнесенныйкпроходномусечениювклапане;величина (1 + У = Ф = 7 -*■ 10; ювп — средняяскоростьдвижения воздухав проходномсечении клапана; wen= 45 — s — 70 м/сек. 

При работе двигателя без наддува рк = р0 и рк = р0.

Если предположить, что процесс впуска заканчивается в н. м. т., то давление в цилиндре двигателя

Ра = Рп-ЬРа-(179)

По опытным данным, у четырехтактных автомобильных двигателей без наддува ра да (0,8 -*- 0,9) р0; с наддувом ра да (0,9 -s-+ 0,96) Рк.

В двухтактных быстроходных двигателях с прямоточной про-дувкой Рада (0,85 ■*- 0,98) Рк.

В период впуска давление в цилиндре ниже, чем на входе во впускную систему, поэтому массовое количество поступившего заряда будет меньше, так как плотность его понизится.

Подогрев заряда. Другой причиной, снижающей массовое количество поступающего заряда, является его подогрев при соприкосновении с горячими поверхностями внутрицилиндрового пространства, а также впускной системы.

При работе двигателя на полной нагрузке средняя температура теплопередающих поверхностей равна 150—200° С, в то время как температура поступающего из атмосферы воздуха значительно ниже. В результате наличия разности температур при впуске воздух подогревается на А Т°, а плотность его уменьшается.

Температура заряда в конце наполнения с учетом его подогрева

То = Т0 + АТ.(182)

Величина подогрева заряда зависит от нагрузки двигателя и продолжительности процесса впуска.

Для увеличения наполнения цилиндра двигателя свежим зарядом следует стремиться уменьшить его подогрев в период впуска. Однако у карбюраторных двигателей специально подогревают впускной трубопровод, так как для эффективного протекания в них процесса сгорания необходимо, чтобы в процессе впуска происходило интенсивное испарение топлива.

Подогрев заряда связан с затратой теплоты. Излишний подогрев приводит к ухудшению наполнения цилиндра свежим зарядом, поэтому следует подводить такое количество теплоты, которое необходимо только для испарения топлива.

Опытным путем установлено, что у карбюраторных двигателей с учетом использования теплоты, вносимой с воздухом для испарения топлива,AT= 0 -*- 20°, у дизелей AT= 20 •*- 40°.*

Остаточные газы. Прежде чем начать впуск в цилиндр двигателя свежего заряда, необходимо удалить из него отработавшие газы. Однако даже при самой совершенной очистке цилиндра от отработавших газов в двигателях без наддува их невозможно удалить полностью. Часть отработавших газов, называемых остаточными, остается в цилиндре.

Влияние отработавших газов на наполнение двигателя характеризуется коэффициентом остаточных газов уост, представляющим собой отношение в кмолях количества остаточных газов МТ к количеству свежего заряда Мг, поступившему в цилиндр двигателя за период впуска, т. е.

Yocm = 7£.(185)

Поскольку молекулярная масса продуктов сгорания незначительно отличается от молекулярной массы воздуха, можно принять

Yocm^|,(186)

где Gr— количество остаточных газов в кг; G1— количество свежего заряда в кг.

Величина коэффициента остаточных газов зависит от качества очистки цилиндра, определяемого типом двигателя.

У четырехтактных двигателей с искровым зажиганием, где применяются сравнительно низкие степени сжатия, объем камеры сгорания больше, чем у дизеля. Поэтому в этих двигателях при полностью открытой дроссельной заслонке уосш — 0,06 -т — 0,10, в дизелях без наддува уост = 0,03 — г — 0,06.

В двухтактных двигателях качество очистки цилиндра зависит от схемы газообмена. При кривошипно-камерной схеме газообмена (нет приводного компрессора) предварительное сжатие воздуха или горючей смеси происходит в кривошипной камере, и коэффициент остаточных газов достигает 0,4. В таких двигателях не удается получить высоких показателей из-за малого наполнения цилиндра свежим зарядом **.

В автомобильных двухтактных двигателях с клапанно-щеле-вой схемой газообмена очистка цилиндра осуществляется воздухом, поступающим из компрессора. Применяемые в этих двигателях органы газообмена обеспечивают достаточно полную очистку цилиндра, и коэффициент остаточных газов в них имеет примерно такие же значения, как и в четырехтактных дизелях, или несколько большие.

На величину уост в двигателях всех типов влияет скоростной режим. Наименьшие значения уост имеет при числе оборотов двигателя, соответствующем наибольшему массовому наполнению Gx. При дальнейшем увеличении числа оборотов Gxуменьшается,а Сг увеличивается,что вызывает повышение уост.

При уменьшении нагрузки в карбюраторном двигателе, когда дроссельную заслонку прикрывают, Gxуменьшается. Так как Grпри этом почти не меняется, то уос„, увеличивается. По опытным данным давление в конце выпуска рг = 1,1 — 5 — 1,25 бар.; температура отработавших газов у карбюраторных двигателей Тг = = 900 — г — 1000° К, а у дизелей Тг = 700 -=- 900° К.

Температура конца впуска. При раздельном рассмотрении факторов, влияющих на протекание процесса газообмена, предполагалось, что каждый фактор воздействует на процесс зарядки отдельно и как бы последовательно.

В действительности, когда происходит процесс газообмена и главным образом впуск свежего заряда в цилиндре двигателя, все явления, определяющие характер этого процесса, происходят одновременно. В двухтактном двигателе впуск свежего заряда осуществляется одновременно с выпуском отработавших газов. В четырехтактном двигателе, хотя выпуск отработавших газов в основном заканчивается до начала впуска, последний сопровождается одновременно подогревом заряда от стенок и перемешиванием его с расширяющимися остаточными газами. В результате этого температура заряда в конце впуска становится выше температуры окружающего воздуха, но ниже температуры остаточных газов.

Предполагая, что процесс впуска в четырехтактном двигателе заканчивается в точке а (см. рис. 42, б) при положении поршня в н. м. т., а в двухтактном двигателе — в точке а’ (см. рис. 44), при возвратном движении поршня в момент закрытия продувочных окон, можно определить температуру смеси при окончании впуска на основании баланса теплоты, составленного для свежего заряда и остаточных газов до и после их смешения.

Количество теплоты, внесенное свежим зарядом с учетом его подогрева от стенок,

Qc.. = cIfi1(T0 + AT),

где ср — удельная теплоемкость свежего заряда (рабочей смеси в карбюраторном двигателе или воздуха в дизеле) при постоянном давлении.

Количество теплоты, оставшейся с остаточными газами,

где с’р — удельная теплоемкость продуктов сгорания при постоянном давлении. Количествотеплоты, полученной после смешения свежего заряда с остаточными газами,

Qcm— ср см (^1 + Gr) Tai

гДе ср см — удельнаятеплоемкостьсмесиприпостоянномдавлении; Та — температура смеси в конце впуска. По условиям баланса теплоты

QcM=Qc.3 + Qr

ИЛИ

С& (Т0 + AT) + clGrTr= cvCM(G, + Gr) Ta.

Полагая, что ср х c’vxсрсм и разделив правую и левую части равенства на Gx, получим

T0 + AT+%Tr = [l+%)Ta.

В четырехтактных двигателях без наддува Т а = 310 — г — 350° К; в четырех — и двухтактных двигателях с наддувом Та = 320 -$—*- 400° К.

На рис. 45 показана для двух значений Тг и ATзависимость Та от коэффициента остаточных газов для случая, когда свежий заряд поступает в цилиндр двигателя при температуре Т0 = 288° К.

На рис. 46 показано изменение температуры смеси в конце впуска Та в зависимости от температуры подогрева заряда AT. Из графика видно, что температура заряда в конце впуска растет при увеличении уост и AT, вследствие чего уменьшается плотность поступающего свежего заряда.

По уравнению (187) можно подсчитать температуру конца впуска для четырех — и двухтактных двигателей. Значения ATи уост следует в каждом случае выбирать в соответствии с типом двигателя, на основании имеющихся опытных данных.

Коэффициент наполнения. Качество процесса впуска определяется величиной коэффициента наполнения tv, под которым понимают отношение действительного количества свежего заряда, поступившего в цилиндр двигателя, к тому его количеству, которое могло бы поместиться в рабочем объеме V при давлении и температуре свежего заряда у входа во впускную систему двигателя.

 В карбюраторных и газовых двигателях свежий заряд состоит из воздуха и топлива, в дизелях — только из воздуха. Для карбюраторных двигателей разница в значениях коэффициента наполнения, подсчитанного по воздуху, незначительно отличается от его величины, подсчитанной по заряду, состоящему из топливо-воздушной смеси. Поэтому в дальнейшем для всех двигателей, работающих на жидком топливе, будем считать свежий заряд, состоящим из воздуха.

В большинстве четырехтактных автомобильных двигателей в процессе впуска воздух засасывается из атмосферы и его давление и температура соответственно равны р0 и Т0.

В автомобильных двухтактных и в четырехтактных двигателях с наддувом воздух в цилиндр поступает из компрессора. При входе во впускную систему воздух имеет давление рк и температуру тк.

Согласно определению коэффициент наполнения 4v = %.(188) где G1—действительное количество свежего заряда,поступившего в цилиндр в кг; G0— количествосвежегозаряда,котороеможетпоступить в рабочий объем цилиндра Vhпри условиях окружающей среды, в кг.

Из характеристического уравнения, написанного для конца процесса впуска, общее количество поступившего свежего заряда и остаточных газов G1+Gr = 1f^~или GAl+Уосгп) =-£%£-, где RCM— газовая постоянная смеси свежего заряда и остаточных газов.