2553

Двигатели с прямоточной продувкой используют на грузовых автомобилях, в основном на самосвалах, которые работают на строительстве промышленных объектов.

5.7. Контурные продувки

При конструировании контурных продувок должен быть решен вопрос о предупреждении закорачивания струи потока продувочного воздуха. Для этого должно быть обеспечено выполнение некоторых условий.

1.Продувочные газы должны вводиться в цилиндр в направлении от выпускных окон.

2.Отдельные струи продувочного воздуха после поступления в цилиндр должны быстро сливаться в один общий поток.

3.Поток продувочного воздуха сразу же после введения в цилиндр должен упереться в его твердые части и двигаться вдоль них как можно дольше.

5.8.Поперечно-щелевая продувка

b1 – открытие выпускногоокна; b2 – закрытие выпускного окна; S1 – открытие впускного окна; S2 – закрытие впускного окна.

Такая продувка осуществляется либо направлением продувочных окон, либо установкой направляющих козырьков (рис. 31).

Достоинством этой продувки является простота конструкции. Недостатки:

1.Плохая очистка цилиндра от отработавших газов.

2.Невысокая литровая мощность.

3.Большой коэффициент остаточных газов.

4.Низкая экономичность двигателя за счет потерисвежегозаряда. В данной схеме можно уменьшить потери постановкой допол-

нительного впускного клапана. Несмотря на указанные недостатки изза простоты конструкции такая форма имеетширокоераспространение.

80

Рис. 31. Схема поперечно-щелевой продувки

81

5.9. Петлевая продувка

Рис. 32. Схема петлевой продувки

В петлевой продувке окна располагаются с одной стороны, а поэтому наполнение и очистка цилиндра осуществляются направлением продувочных окон (рис. 32).

Достоинства петлевой продувки:

1.Простота конструкции двигателя.

2.Хорошая очистка цилиндра от отработавших газов.

3.Хорошая компоновка двигателя.

4.Достаточная (удовлетворительная) экономичность двигателя.

82

Недостатки:

1.Большие потери свежего заряда.

2.Невысокая литровая мощность.

5.10.Кривошипно-камерная продувка

Рис. 33. Схема кривошипно-камерной продувки

Кривошипно-камерная продувка характерна тем, что отсутствует продувочный насос. Роль продувочного насоса выполняет кривошипная камера (рис. 33).

Конструктивно – прост по конструкции, однако рабочий процесс этого двигателя нельзя признать удовлетворительным. Как отмечалось выше, продувочный насос должен подавать на 30‒50 % воздуха больше, чем расходует двигатель. Данный двигатель в идеальном случае может подавать количество воздуха, равное рабочему объему цилиндра.

В действительности, с учетом потерь при всасывании воздуха в кривошипную камеру, потери составляют 20‒30 %, а поэтому удовлетворительную продувку цилиндра получить нельзя. Опыты показывают, что свежий заряд сильно загрязнен остаточными газами. Коэффициент остаточных газов r составляет 0,2‒0,3.

83

В связи с тем, что литровая мощность этих двигателей самая низкая, такие двигатели используют на мотоциклах, мопедах, культиваторах и т.д.

5.11. Расчётные параметры двухтактных двигателей

Теоретическая индикаторная диаграмма и основные параметры рабочего тела определяются на основании теплового расчёта, за исключением процессов впуска и выпуска.

В двухтактных двигателях различают полный геометрический объем цилиндра Va ; рабочий геометрический объем цилиндра Vh ; потерянный рабочий объем цилиндра Vh ; объем камеры сгорания Vc . Отношение потерянного объёма цилиндра к геометрическому рабочему объему цилиндра называюткоэффициентомпотерянногообъёма .

Vh /Vh .

Действительный рабочий объём цилиндра будет

Vh Vh Vh (1 )Vh .

Коэффициент зависит от конструкции и быстроходного действия двигателя и лежит в пределах 0,12 0,13. В связи с этим для двухтактных двигателей различают:

а) геометрическую степень сжатия :

Va Vh Vc ,

Vc Vc

где Va – геометрический полный объем цилиндра; Vh – рабочий геометрический объем цилиндра; Vc – объем камеры сжатия.

б) действительная степень сжатия

Va Vh Vc ,

Vc Vc

где Va – действительный полный объем цилиндра; Vh – действительный рабочий объем цилиндра.

В описании конструкции двигателя указывают действительную степень сжатия. Связь между степенями сжатия будет

( 1);

84

Va Va Vh Vh ( 1).

Vc Vc Vc

Температура продувочного воздуха определяется по формуле

Действительное среднее индикаторное давление Pi Pi(1 ).

5.12.Расчет выпуска

Кмоменту открытия выпускных окон давление в цилиндрах двигателя лежит в пределах 0,6‒0,8МПа. При открытии выпускных окон газы устремляются в атмосферу. Изменение их параметров, а также скорость истечения могут быть определены на основании теории истечения газов.

В рассматриваемом случае истечение газов происходит: а) при переменном объеме сосуда; б) переменных параметрах газа (Р и Т); в) переменном сечении окон.

Для продувки цилиндра большое значение имеет время сечения открытого состояния окна fd , которое обеспечивает истечение не-

обходимого количества газа ввыбранныйпромежутоквремени(рис.34). Истечение газов распределяется на 2 периода:

1. От начала открытия выпускных окон (точка В1) до момента, когда в цилиндрах двигателя сохранится критический перепад давле-

ния (В1 –К):

k

PB1 k 1 k 1. Po 2

Скорость истечения топлива будет зависеть только от темпера-

туры.

W 2 k PB1 . k 1 B1

85

Рис. 34. Схема открытия продувочных окон

После точки K устанавливается перепад давлений

Истечение будет происходить с подкритической скоростью, зависящей от соотношения давлений температур (K p1).

Участок p1Mp2 соответствует продувке цилиндра, т.е. когда давление в цилиндре упадет до давления продувочного воздуха и открываются впускные клапаны.

Расчёт выпуска и продувки можно выполнить аналитически и графоаналитическим методом (рис. 35).

86

5.13. Графоаналитический метод выпуска

Рис. 35. Графоаналитический метод выпуска

0– коэффициент сужения струи воздуха.

По геометрическим соотношениям цилиндра рассматриваемого двигателя строим кривую открытия выпускного клапана в зависимости от угла поворота коленчатого вала. Если пренебрегать величиной перемещения поршня второго порядка, то кривая открытия выпускного окна напишется уравнением

Sn r cos 1 cos .

1– угол, соответствующий началу открытия выпускного окна;– текущий угол поворота коленчатого вала.

Разделим абсциссу кривой открытия выпускного клапана от её начала max на N частей. Продолжительность открытия каждой части будет

Через точки 1,2,3,4 проводим вертикали до пересечения с кривой хода поршня и получим точки 1′,2′,3′,4′, через которые проводим горизонтали. Горизонтали разделяют окно (выпускное) на части неравной длины, которые поршень проходит через одинаковые промежутки времени.

Так как ширина окон есть величина постоянная и может быть принята из конструктивных соображений, то открываемое сечение окна будет f (Si S1)в.

Откладывая полученные величины вправо от вертикальной оси, получим прямую AB, абсциссы которой дадут сечение окон f . С учётом коэффициента сужения струи действительное сечение для

87

прохода газов будет f 0 f , где 0– коэффициент сужения струи, изменяется от 0,5 до 0,8.

Задачей расчёта является определение параметров рабочего тела в каждом положении поршня (S1, S2, S3 … Sn).

Параметрами рабочего тела являются – P,V,G,N, . 1. Определение параметров в точке 1.

PB1 – из теплового расчета; PB1 =0,6–0,8МПа VB1 Vh Vc .

– коэффициент избытка воздуха; Vв1 .

Vz

Поршень переходит из точки в1 в точку в2.

Масса газа, вышедшего из цилиндра, на этом участке будет:

q1 ( 0 f )Wв2 k ; 6αnNв ; в 1 max.

где 0 f – действительное сечение струи газа, определяют из графика; Wв1 – скорость истечения газа в начале первого участка.

Плотность рабочего тела определяют из уравнения

где – критический перепад давлений.

88

Таким образом, выполняют расчёт до тех пор, пока не установится перепад давлений:

После этого будет иметь место разница в определении скорости, т.е. скорость будет находиться по формуле

Расчёт производят до тех пор, пока давление в цилиндре двигателя не будет равно давлению продувки. В зависимости от перепада давлений расчёт ведут по формулам надкритического или подкритического случая. Величины W, P, G, N, можно представить в виде графиков в зависимости от перемещения поршня.

Если на диаграмме провести линию, соответствующую давлению продувки, то получаем точку S1 (рис. 36), момент, когда давление в цилиндре и продувочного воздуха равны. Следовательно, в этой точке будет теоретическое открытие впускного окна.

Таким образом, по этой диаграмме определяют высоту впускного окна. Момент открытия окна очень важен, т.к. если окно открывать раньше, отработавшие газы будут забрасываться в свежий заряд, если позже, то в результате создавшейся большой разницы давлений воздух будет врываться с большой скоростью, перемешиваться с отработавшими газами и качество продувки от этого только будет ухудшаться.

89