книги из ГПНТБ / Теория двигателей внутреннего сгорания. Рабочие процессы учебник

На рис. 1.46 показано изменение коэффициента остаточнУх газов в зависимости от отношения рк/р0 при трех вариантах пет­ левой поперечной продувки (по данным А. С. Орлина и

в)

Ю

Рис. 1.45. Варианты направления каналов продувочных и вы­ пускных окон: а — па­ раллельное; б — ради­ альное; в и г— эксцен­ тричное; д — танген­

135

стью является расположение продувочных окон двумя группами по обе стороны выпускных. Продувочный воздух поступает в ци­ линдр двумя потоками в направлении стенки напротив выпускных окон, поднимается вверх, а затем опускается к ним, выталкивая продукты сгорания. При подобной системе газообмена умень­ шается перемешивание продувочного воздуха с продуктами сго­ рания, улучшается весь процесс газообмена. Система наибольшее применение получила на транспортных двигателях.

Фирма MAN использует петлевую систему газообмена с одно­ сторонним расположением окон (рис. 1.44, б). Подобное располо-

Рис. 1.47. Петлевая система газообмена с тангенциальным распо­ ложением окон (а) и по системе Листа— Шнюрле (б)

жение окон позволяет помещать их на большей части окружности и получить большее проходное сечение. Эта система обеспечивает сравнительно хорошее обтекание внутренней поверхности цилин­ дра и качественную его очистку.

Для рассмотренных систем газообмена характерны симметрич­ ные диаграммы фаз газораспределения (см. рис. 1.44, г; фВ1 = ф в2> Фл1 = ф«г)• В период ф„2— фЬ2 поступление в цилиндр проду­ вочного воздуха прекращается, через открытые еще выпускные окна продолжается истечение газов, что связано с возможностью значительных потерь свежего заряда воздуха. Для устранения этого недостатка в ряде конструкций главным образом малообо­ ротных мощных дизелей (фирмы MAN, «Зульцер»), за выпускными окнами устанавливаются с целью их перекрытия клапаны или золотники (рис. 1.48, б). Более эффективным и надежным оказы­ вается помещение клапанов на впуске, перед продувочными ок­ нами (рис. 1.48, а). В этом случае продувочные окна могут быть несколько выше выпускных, что обеспечивает появление фазы дозарядки и улучшение наполнения цилиндра, за счет уменьше­ ния относительной высоты выпускных окон снижается потеря ра­ бочего хода.

В обоих случаях получается несимметричная диаграмма фаз газораспределения (см. рис. 1.48).

136

П р я м о т о ч н а я с и с т е м а г а з о о б м е н а находит применение в транспортных двигателях повышенной удельной мощности — автомобильных и тепловозных, а также в судовых двигателях большой мощности. Различают следующие виды си­ стем газообмена этого типа (рис. 1.49): прямоточные клапанно­ щелевые и прямоточные щелевые.

П р я м о т о ч н а я к л а п а н н о - щ е л е в а я с и с т е - м а газообмена сравнительно широко используется в автомобиль-

Впервые рассматриваемая система газообмена была применена на заводе «Русский дизель» в 1906— 1907 гг. В современных дви­ гателях поступление продувочного воздуха в цилиндр осуществ­ ляется через окна, расположенные равномерно по всей окружно­

Следует отметить более благоприятные условия работы поршня И втулки цилиндра, омываемых продувочным воздухом.

.137

Наличие клапанов позволяет получить несимметричную диа­ грамму фаз газораспределения с исключением фазы потери заряда и получением фазы дозарядки. Система газообмена обеспечивает хорошую очистку цилиндра двигателя от продуктов сгорания при сравнительно малом расходе продувочного воздуха.

Однако следует отметить, что рассматриваемая система усту­ пает прямоточной щелевой системе газообмена потому, что не­ сколько хуже качество очистки цилиндра из-за повышенных ги­ дравлических сопротивлений в клапанах и плохой продувки верх­ ней части цилиндра, затруднительно обеспечение надежной ра­ боты клапанной группы (высокая температура клапанов, большие нагрузки на клапанные пружины).

Рис. 1.49. Схема прямоточных систем газообмена: а — клапан­ но-щелевая; б — щелевая с противоположно движущимися поршнями; в — золотниковая; г — с общей камерой для двух цилиндров

П р я м о т о ч н а я щ е л е в а я с и с т е м а газообмена применяется в быстроходных транспортных двигателях, тепловоз­ ных и судовых двигателях. Возможны различные варианты этой системы газообмена:

1)с двумя противоположно движущимися поршнями в одном цилиндре (п. д. п.): а) с одним коленчатым валом; б) с двумя ко­ ленчатыми валами;

2)с золотниковым газораспределением;

3)с двумя цилиндрами, имеющими общую камеру сгорания. При всех вариантах этой системы газообмена есть возможность

получить несимметричную диаграмму фаз газораспределения.

Д в и г а т е л и с п р о т и в о п о л о ж н о д в и ж у щ и ­ м и с я п о р ш н я м и (п. д. п.) отличаются наилучшей очисткой цилиндра. Благодаря тангенциальной направленности окон, заряд получает, как и у двигателей с клапанно-щелевой системой газо­ обмена, вращательное движение, сохраняющееся до конца сжа­ тия, что обеспечивает лучшее смесеобразование. Так, например, тангенциальная скорость движения заряда воздуха в двигателе

138

типа Д-100 в конце сжатия около 30— 35 м/с, в двигателе фирмы «Делтик» угловая скорость вращения воздуха примерно в пять раз больше угловой скорости коленчатого вала.

Направление выпускных окон не оказывает существенного влияния на качество газообмена. Часто они имеют радиальное на­ правление осей. Получение несимметричной диаграммы фаз газо­ распределения достигается путем взаимного смещения коленчатых валов или боковых кривошипов относительно центрального (при одновальной конструкции) на угол Дф, превышающий 180° на 8— 20° п. к. в. Последнее, однако, приводит к неравномерному распределению мощности по коленчатым валам. Так, например, при Дф — 10 -т-120 п. к. в. через вал, связанный с поршнями, управляющими продувочными окнами, передается всего 35— 40% мощности, а при •увеличении Дф до 20° п. к. в. — всего 10%. Кроме того, большое смещение по фазе движения поршней судо­ вых реверсивных двигателей обусловливает заметное нарушение рабочего процесса при изменении направления вращения колен­ чатых валов, происходит и перераспределение мощности по пор­ шням. Поэтому для реверсивных двигателей обычно выбираются меньшие значения Дф = 8 н-9° п. к. в.; ограничивается допусти­ мая мощность при изменении направления вращения. Относительно малая нагруженность кривошипно-шатунного механизма и мень­ шая теплонапряженность деталей поршневой группы позволяют выполнить поршень со стороны продувочных окон большего диа­ метра, а втулку цилиндра — ступенчатой. Таким образом может быть обеспечена конструкция с равнопрочными группами деталей.

Вслучае одновальной конструкции верхний поршень связан

сколенчатым валом через траверсу двумя удлиненными шатунами

сбоковыми коленами или эксцентриками на щеках. В результате масса поступательно движущихся элементов, связанных с этим поршнем, оказывается значительно увеличенной. Для улучшения уравновешивания двигателя необходимо соответственно умень­ шать ход верхнего поршня с таким расчетом, чтобы силы инерции от поступательно движущихся масс обоих поршней былй одина­

ковыми.

В табл. 1.19 приведены характерные для двухтактных двига­ телей с п. д. п. значения отношения хода поршня к диаметру цилиндра.

Уменьшение тепловоспринимающей поверхности за счет отсут­ ствия крышек цилиндров обусловливает меньшую относительную величину потерь теплоты в охлаждающую цилиндры воду.

Двигатели с противоположно движущимися поршнями обычно имеют повышенную удельную мощность.

К недостаткам двигателей этого типа следует отнести слож­ ность конструкции остова. Два коленчатых вала и силовая связь между ними усложняют и удорожают ее. При одновальном вари­ анте заметно увеличивается межцилиндровое расстояние, сни­ жается жесткость коленчатого вала.

139

З о л о т н и к о в о е г а з о р а с п р е д е л е н и е может быть выполнено в различных вариантах. Наибольшее распростра­ нение получила схема, при которой роль золотника играет поршень малого диаметра (^0,5£>), размещенный в крышке цилиндра и совершающий возвратно-поступательное движение. Поршень управляет выпускными органами, ход его обычно не превышает 0,4— 0,5 хода основного поршня. От поршня-золотника на колен­ чатый вал передается до 10% мощности двигателя.

Возможно применение гильзового распределения или вращаю­ щихся золотников. Однако при реализации этих схем приходится сталкиваться с трудностя­

чем у поршня, температурное состояние золотников.

При высоких степенях наддува с целью снижения газовых на­ грузок на детали приходится уменьшать степень сжатия иногда до минимального значения, обеспечивающего пуск двигателя. Целесообразно иметь устройство, позволяющее автоматически изменять е в зависимости от режима работы двигателя, увеличи­ вая ее по мере снижения нагрузки с тем, чтобы обеспечить более экономичную работу двигателя на частичных режимах. Имеются конструкции поршней, обеспечивающие автоматическое измене­ ние е (от 16 на малых нагрузках до 8 при полных). В двух­ тактных двигателях это может быть осуществлено, напри­ мер, по схеме, приведенной на рис. 1.50. Меняя положение эксцентрика 1 , можно в зависимости от режима работы двигателя

изменять и степень сжатия и пропускную способность выпуск­ ных окон.

Таким образом, в качестве основных преимуществ прямоточ­

ных систем газообмена по сравнению с петлевой в первую очередь следует отметить:

НО

Т а б л и ц а 1.21. Фазы газораспределения двухтактных двигателей

г р а д п . к . в .

8742-160

1 П е т л е в а я с и с т е м а с к л а п а н а м и п е р е д п р о д у в о ч н ы м и о к н а м и .

* ь с к о б к а х п р и в е д е н ы ф аз ы г а з о р а с п р е д е л е н и я о т н о с и т е л ь н о в н е ш н е й м е р т в о й т о ч к и п р о д у в о ч н ы х п о р ш н е й .

Ф

СП