книги из ГПНТБ / Чернышев А.Н. Корабельные двигатели внутреннего сгорания. (Теория рабочих процессов поршневого двигателя) учебное пособие

схемы газообмена, у которых основной поток продувочного воздуха движется по контуру цилиндра, направляется снизу вверх, делает у крышки цилиндра поворот на 180°, затем движется в обратном направлении, образует своего рода пет­ лю и дважды пересекает поперечное сечение цилиндра.

Характерной особенностью контурных схем газообмена является то, что впускные и выпускные окна расположены в нижней части цилиндра. При открытии и закрытии окон порш­ нем имеет место симметричное расположение плоцадей откры­ тия окон относительно нижней мертвой точки.

На рис. 61,б показана диаграмма открытия впускных и выпускных окон. Выпускные окна открываются раньше впуск­

текущее значение площади открытия выпускных окон). Раннее открытие выпускных окон необходимо для предва­

рительного снижения давления в цилиндре до значений, поз­ воляющих воздуху поступать из продувочного ресивера в ци­

Выпускные окна закрываются позже впускных (точка а ). Пловд

- угол-сечение выпуска во время продувки. Площадь

200

<

ных судовых д вигателей , работающих на гребной винт фикси­ рованного н а г а . Симметричное расположение уго л -се ч е н и й

201

в сочетании с низкий качеством газообмена приводит к уменьшению коэффициента наполнения. В результате утечки заряда воздуха из цилиндра в период дополнительного выпус ка коэффициент наполнения уменьшается на 2*№$ и состав­

2.Выбор направления потока продувочного воздуха под­ чинен осуществлению возможно лучшей продувки цилиндра, что затрудняет создание воздушных потоков, необходимых для улучшения смесеобразования. (Например, нельзя создать вихревое движение воздуха по спирали).

3.Большой путь воздуха в цилиндре вызывает необходи­ мость создания довольно высоких скоростей потока, что воз можно при больших перепадах давлений или малых значениях

0,75*0,85.

*ч 4. Потери воздушного заряда приводят к возрастанию

ром, возрастает. Это вызывает дополнительные затраты инди каторной мощности на привод компрессора и снижение меха­

2 0 2

малооборотных судовых дизелях мощностью до 3000 л. с. в одном цилиндре при п м *112*200 об/мин и ре *9+12 кГ/см . В отечественных корабельных быстроходных двухтактных ди­ зелях контурные схемы газообмена не применяются.

Прямоточные схемы газообмена

Существенного улучшения процессов газообмева в двух­ тактных двигателях можно добиться применением прямоточных схем. К прямоточным схемам газообмена относятся такие, в которых продувочный воздух в цилиндре не изменяет направ­ ления движения и один раз пересекает любую плоскость, перпендикулярную к оси цилиндра. Воздух поступает в одном конце цилиндра, а отработавшие газы выходят с другого его конца (рис. 62 и рис. 63).

Поток продувочного воздуха, вытесняя продукты сгора­ ния, почтн не переценивается с ники. В результате в ци­ линдре двигателя остаются относительно небольние вихревые ненки и непродутые зоны.

20*

В зависимости от конструктивного исполнения прямоточ­ ные схемы газообмена разделяется на а) клапанно-целевые (рис. 62),' б) целевые с двумя противоположно движущимися поршнями (ПДП) в цилиндре (рис. 63) и др.

В корабельных и судовых двигателях применяются целе­ вые с ПДП и клапанно-щелевые схемы газообмена. Диаграммы угол-сечения прямоточных схем показаны на рис. 62 и 63.

Характерным для этих схем является несимметричное распо­ ложение площадей открытия впускных и выпускных органов относительно НМТ.

Клапанно-целевая схеыа газообмена

В двигателях с прямоточной клапанно-целевой схемой га­ зообмена продувка цилиндра может быть осуществлена с вы­ пуском отработавших газов через клапаны и впуском проду­ вочного воздуха через окна, как показано на рис. 62, или наоборот.

Первый дизель с прямоточной клапанно-целевой продувкой и выпуском через клапаны был построен в 1906 г. на заводе 3. Нобеля (ныне завод "Русский дизель” ). Схема впервые бы­ ла предложена в Томском технологическом институте.

Преимущества клапанно-целевой схемы газообмена:

1) при продувке и наполнении поршни омываются возду­ хом, вследствие чего понижается их температура, что обус­ ловливает надежную работу двигателя;

2 ) выпускные клапаны управляются независимо от порш­ ня. При соответствующем профиле и установке кулака по от­ ношению кривошипа выпускные клапаны могут закрываться од­ новременно с впускными окнами или позже, следовательно, уменьшается потеря заряда и имеется возможность дозарядки

(|ра - 1 ,3 « ,5 ) ; 3) воздух проходит меньший путь. Скорость воздуха

205

сравнительно невелика. Перепады давления меньше, чем при контурных

4) впускные окна можно располагать тангенциально

рания. Воздуху, поступающему в цилиндр через тангенциаль­ но направленные окна, придается винтообразное вихревое движение, образуется "воздушный поршень”, вытесняющий от­ работавшие газы из цилиндра. Количество непродуваемых зон уменьшается и качество газообмена улучшается ( уг *0,08* 0 ,1 5 );

5)реверс двигателя осуществляется при относительно несложной конструкции реверсивного устройства;

6)двигатели с прямоточной клапанно-щелевой схемой газообмена при равных размерах легче двигателей с ШШ, так как у них отсутствует второй коленчатый вал.

Последнее обстоятельство позволяет упростить конструк­ цию и монтаж двигателя.

Недостатки клапанно-щелевой схемы газообмена:

1) более сложная конструкция головки (крышки) цилинд­

ра;

2 ) образование газовых мешков под тарелками выпуск­ ных клапанов, несколько снижающих качество газообмена;

*3 ) трудность получения достаточного время-сечения Jp = f i t d X м?сек выпускных клапанов для быстроходных двигателей.

Несмотря на указанные недостатки, клапанно-щелевая схема газообмена с выпуском отработавших газов через кла­ паны получила широкое применение в отечественных корабель­ ных (37Д, ЗОД, 40Д) и транспортных (45Д, ЯМЗ-204, ЯМЗ-206) двигателях, а также в двигателях, выпускаемых иностранны­ ми фирмами (Мицубиси, Дженерал моторе, Бурмейстер и Байн, Сторж и д р .).

206

Так как "выпускной" вал опережает "продувочный", то имеет место неравномерное распределение мощностей, снима­ емых с верхнего и нижнего коленчатых валов (Nefl< Nee )-

При опережении "выпускным" валом "продувочного” на

иень передает нижнему коленчатому валу большую мощность. Так как удобнее выполнять передачу от верхнего к нижнему поршню, т .е . от менее мощного к более мощному, то нижний поршень делается выпускным.

К недостаткам щелевой схемы газообмена с ПДП относят­

ся

1) тяжелые тепловые условия поршня, управляющего выпуском отработавших газов;

2 ) более сложная конструкция (два коленчатых вала, более сложная конструкция втулки цилиндра и остова двига­ теля), большие габаритные размеры двигателя в направлении оси цилиндра, сложность создания остова с небольшими раз­ мерами в направлении оси вала, значительный объем выпуск­ ной системы;

3 ) трудности в осуществлении реверса, так как для обеспечения нормального протекания процесса газообмена необходимо производить взаимное смещение коленчатых валов.

Для обеспечения нормального протекания газообмена при обратном вращении вала смещение кривошипов на переднем хбДу должно быть 5*6°С. При таком опережении "выпускного"

208

коленчатого вала фаза дозаряди отсутствует в ш еется некоторая потеря заряда вследствже более позднего закры­ тия выпускных окон.

Несмотря на ряд недостатков! прнсуннх двигателям, построенным по данной схеме, имеется иирокие возмохности для применения рассматриваемо! конструктивной схемы в ком­ бинированных турбопориневых двигателях.

Вследствие высокого качества газообмена в сочетании с имеющимися конструктивный преимуществами прямоточные щелевые схемы газообмена с НЛП получили нирокое примене­ ние в корабельных, судовых и транспортных двигателях оте­ чественного производства (типа I I 00, 61, 5В) и иностран­ ного (типа "Делыик" и д р .).

§3*. Термодинамический анализ процессов наполнения

иочисти цилиндра. Фазы газообмена

Врасчетном цикле двухтактного двигателя (рис. 28) за начало сжатия условно принимается момент закрытия, а за конец расширения - начало открытия поршнем продувочных (впускных) окон. Действительная индикаторная диаграмма двухтактного двигателя, снятая за периоды выпуска и про­ дувки-наполнения, существенно отличается от изображенной на рис. 28.

Действительные моменты начала сжатия и конца расшире­ ния не совпадают с расчетными (рис. 64,а ).

Газообмен сопровождается сложный процессами, происхо­ дящим в газовоздушном тракте двигателя (ресивер продувоч­ ного воздуха-цилиндр-выпускной трубопровод-газовая тур­ бина). Сложность процессов обусловлена сжиаемостью газов, непрерывным изменением проходных сечений впускных и вы­ пускных органов, параметров газа, объема цилиндра и др.

209