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 V_s при параметрах среды, из которой поступает свежий заряд.

Обозначим:

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:

Можно ?_н выразить и через коэффициент остаточных газов ? , так как:

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

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 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.

Давление и температура остаточных газов р_r и Т_r мало влияют на ве­личину ?_н, так как отношение p_r/T_r 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 р₀ и Т_о 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 Т₀ уменьшает перепад температур ?Т (нагрев воздуха в цилиндре) вследствие чего ?_н несколько возрастает. Таким образом, изменение Т₀ 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 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.

Изменение числа оборотов двигателя, т. е. изменение скоростного ре­жима двигателя, влияет на скорость потока во впускном тракте, а следо­вательно, на величину ?р_а и на ?_н. С увеличением числа оборотов двигателя коэффициент наполнения уменьшается, так как вследствие увеличения гид­равлических сопротивлений во впускном тракте давление р_а 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.