10.2. Потери при газообмене

Для наполнения цилиндра воздухом необходимо возникнование перепада давлений между цилиндром и внешней средой. Разрежение в цилиндре при впуске, действующее в направлении, противоположном движению поршня, и тормозящее вращение коленчатого вала, зависит от фаз газораспределения, диаметра впускного трубопровода, а также от формы впускного канала, необходимой, например, для создания вращения воздуха в цилиндре. Двигатель в этой части цикла действует как воздушный насос и на его привод расходуется часть индикаторной мощности двигателя.

Для хорошего наполнения цилиндра необходимо, чтобы потери давления, пропорциональные квадрату частоты вращения двигателя, при наполнении были наименьшими. Аналогичный характер зависимости от частоты вращения имеют и потери на трение в цилиндропоршневой группе, и, поскольку этот вид потерь преобладает среди других, общие потери также зависят от второй степени частоты вращения двигателя. Поэтому механический КПД с возрастанием частоты вращения падает, а удельный расход топлива ухудшается.

При максимальной мощности двигателя механический КПД обычно равен 0,75, и при дальнейшем повышении частоты вращения происходит быстрое падение эффективной мощности. При максимальной частоте вращения и частичных нагрузках двигателя эффективный КПД минимален.

К потерям при газообмене относятся и затраты энергии, связанные с продувкой картера коленчатого вала. Наибольшие потери имеют одноцилиндровые четырехтактные двигатели, у которых воздух при каждом ходе поршня всасывается в картер и вновь выталкивается из него. Большой объем прокачиваемого через картер воздуха имеют также двухцилиндровые двигатели с V-образным и оппозитным расположениями цилиндров. Этот вид потерь может быть уменьшен установкой обратного клапана, создающего в картере разрежение. Разрежение в картере уменьшает также потери масла, происходящие из-за негерметичности. В многоцилиндровых двигателях, у которых один поршень движется вниз, а другой вверх, объем газа в картере не меняется, но соседние секции цилиндров должны при этом хорошо сообщаться друг с другом.