Введение

В современных длинноходных двухтактных дизелях с прямоточно-клапанной продувкой процесс газообмена (удаление продуктов сгорания из цилиндра и напол­нение его свежим зарядом воздуха) осуществляется через вы­пускной клапан и продувочные окна. На открытие и закрытие клапана и окон требуется определенное время, вследствие чего истечение газа из цилиндра и наполне­ние его воздухом осуществляются через изменяющиеся площади проход­ных сечений.

Выпуск продуктов сгорания в двухтактном двигателе представляет собой часть рабочего цикла, в течение которого отработавшие газы свободно истекают из цилиндра в выпускной коллектор. Процесс истечения продуктов сгорания осуществляется за счет перепада давлений в цилиндре и выпускном коллекторе. Истечение газов из цилиндра происходит в два периода.

Первый период - сво­бодный выпуск на участке движения поршня от начала открытия выпускного клапана, продолжающийся до установления равенства давлений в цилиндре и выпускном коллекторе.

Свободный выпуск можно условно разделить на две фазы: предварение выпуска (от начала открытия выпускного клапана до начала открытия продувоч­ных окон) и окончание свободного выпуска (от начала открытия продувочных окон до установления равенства давлений в цилиндре и в выпускном коллекторе).

Второй период истечения газов из цилиндра - принужденный выпуск, т.е. вытеснение продувочным воздухом оставшихся продуктов сгорания из цилиндра через выпускные органы и одновременно наполнение цилиндра воздухом через продувочные окна.

Принужденный выпуск начинается с момента окончания свободного вы­пуска и продолжается до прихода поршня в НМТ (первая фаза) и далее при движении поршня от НМТ вверх до конца закрытия продувочных окон.

Если закрытие выпускного клапана происходит позже закрытия продувоч­ных окон, то наступает третий период - период потери воздушного заряда. За этот период про­исходит частичное сжатие заряда воздуха поршнем в цилиндре и истечение сме­си воздуха и остаточных газов через закрывающийся выпускной клапан. Потеря воздушного заряда снижает коэффициент наполнения и коэффициент избытка продувочного воздуха при сгорании.

Построение диаграммы располагаемого «время-сечения» продувочных окон и выпускного клапана

В масштабе h_м = 5 по высоте двигателя (1 см чертежа – 5 см натуры) вычерчивается нижняя часть цилиндровой втулки в районе продувочных окон (рис. 1,а) с соответствующим наклоном кромок окон к оси цилиндра β_п и к радиусу цилиндра γ_п и указывается положение поршня в НМТ, затем на чертеже определяется положение верхней кромки продувочных окон относительно кромки поршня, находящегося в НМТ по потерянной доле хода поршня по продувочным окнам ψ_п.

Нижняя кромка окон может быть выше, ниже или на уровне кромки поршня при его положении в НМТ, что необходимо учитывать при построении диаграммы Брикса. В рассматриваемых дизелях нижняя кромка продувочных окон находится на одном уровне с кромкой поршня при его положении в НМТ, т.е. h_п = h_п'.

В принятом масштабе h_м , радиусом кривошипа R = из точки О описывается полуокружность (рис. 1,б) так, чтобы она касалась горизонтали 1-1, соответствующей положению поршня в НМТ.

Для определения углов поворота кривошипа, соответствующих различным положениям поршня строится диаграмма Брикса (рис. 1,б). Из точки О в сторону НМТ с учетом принятого масштаба h_м откладывается поправка Брикса ОО₁

где R – радиус кривошипа, мм;

L – длина шатуна, мм

λ_ш - постоянная механизма

В рассматриваемых дизелях λ_ш можно принять от 0,4 до 0,42.

Из точки О₁ до пересечения с окружностью радиуса R проводятся лучи через 10 ^оПКВ с началом отсчета углов от ВМТ.

Положение поршня, соответствующее моменту начала открытия продувочных окон определяется точкой d, что соответствует углу φ_d , а закрытия продувочных окон определяется точкой d₁, что соответствует углу φ_d1. Углы φ_d и φ_d1 определяются из диаграммы Брикса точками пересечения полуокружности с горизонталью, проведенной через верхнюю кромку продувочных окон.

Центральный угол φ_п поворота кривошипа соответствует периоду открытия продувочных окон.

Для построения диаграммы «время-сечение» продувочных окон (рис. 1,г) по оси абсцисс в масштабе Δφ = 10 (1см оси абсцисс –

10 ^оПКВ ) наносятся углы поворота кривошипа φ, а по оси ординат – соответствующие им величины мгновенных площадей f открытия продувочных окон или при прямоугольных продувочных окнах - величины линейных открытий окон h_x (см. рис. 1), которые снимаются с диаграммы Брикса при соответствующих углах поворота кривошипа φ_х.

Для удобства пользования диаграмму «время-сечение» продувочных окон рекомендуется строить под осью абсцисс.

При построении диаграммы «время-сечение» выпускного клапана необходимо руководствоваться следующим.

В современных двигателях LMC, RTA диаграмма открытия выпускного клапана практически симметрична относительно НМТ и состоит из линейных участков (рис. 1,г). Для всех моделей таких двигателей фазы газообмена φ_b, φ₁, φ₂, φ_а для выпускного клапана можно принимать такими, как приведено выше, а полный ход клапана h_кл следует уточнить в зависимости от диаметра клапана d_кл.

По оси ординат откладываем непосредственно площадь проходного сечения выпускного клапана.

Максимальное проходное сечение выпускного клапана (см. рис 1, в)

Это сечение намного превышает проходное сечение корпуса клапана . При отсутствии чертежа можно принимать внутренний диаметр корпуса клапана для двигателей LMC, RTA

, см

а площадь nnnn ся следующим.

момента их закрытия000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000сечения штока клапана

= 0,07 · , см²

Тогда

, см²

Чтобы построить диаграмму «время-сечение» выпускного клапана необходимо принять масштаб площади по оси ординат f_кл = 100 т.е.

1 см ординаты – 100 см² площади проходного сечения выпускного клапана. Тогда отложив по ординате и _{проводим линии параллельно оси абсцисс. Согласно закону открытия выпускного клапана (рис. 1,г) углу конца открытия выпускного клапана} φ_{1 соответствует т. 1, далее клапан находится в открытом положении и его площадь сечения не изменяется; углу начала закрытия клапана} φ₂ соответствует т. 2. Соединяя т. «b» с т. 1 получаем т. 1' на пересечении с линией площади проходного сечения горловины клапана . Соединяя т. «а» с т. 2 получаем т. 2'.

В результате вышеизложенных построений получаем диаграмму «время-сечение» продувочных окон F_п^р (по оси ординат которой отложена высота открытия продувочных окон, а с учетом их ширины и угла наклона окон в вертикальной β_п и горизонтальной γ_п плоскостях – мгновенная площадь открытия продувочных окон f_п) и выпускного клапана F_кл^р (рис. 1,г). На этом рисунке:

F_пр^р – площадь диаграммы, соответствующая фазе предварения выпуска. см²;

F_п^р – площадь диаграммы, соответствующая периоду продувки, см²;

F_пв^р – площадь диаграммы, соответствующая периоду принужденного выпуска (от момента открытия продувочных окон до момента их закрытия) см²;

F_пз^р – площадь диаграммы, соответствующая периоду потери воздушного заряда, см².

Определение масштабов диаграммы «время-сечение»

Масштаб времени откладываемого по оси абсцисс на диаграмме «время-сечение»

,

где n – частота вращения коленчатого вала, мин^-1.

Масштаб площади открытия продувочных окон откладываемой по оси ординат на диаграмме «время-сечение» продувочных окон

m_f = h_м ∙ b_п ∙ Sin β_п · Sin γ_п ,

где β_п - угол наклона продувочных окон к оси цилиндра, град;

γ_п - угол наклона продувочных окон в горизонтальной плоскости, град;

b_п - суммарная ширина продувочных окон, см

b_п = 0,79 · π · D_ц

Масштаб площади диаграммы «время-сечение» для продувочных окон

С_п = m_τ · m_f = · h_м ∙ b_п ∙ Sin β_п · Sin γ_п,

Таким образом, умножив F_п^р диаграммы продувочных окон на масштаб площади С_п , получим располагаемое «время-сечение» продувки

A_п^р = F_п^р ∙ С_п , см² · с

где F_п^р - площадь диаграммы «время-сечение», соответствующая периоду продувки.

Масштаб площади открытия выпускного клапана по оси ординат можно принять

m_f' = 100

Масштаб площади диаграммы «время-сечение» для выпускного клапана

С_в = m_τ · m_f' = ·100,

Определение располагаемого «время-сечения» периодов газообмена

Располагаемое «время-сечение» отдельных периодов газообмена вычисляется по формулам

= - для периода предварения выпуска;

- для периода продувки;

,см² ·с - для периода принужденного выпуска;

- для периода потери воздушного заряда.

Для двигателей типа LMC и RTA с гидроприводом выпускного клапана закон открытия-закрытия выпускного клапана имеет трапециевидный характер, симметричный относительно НМТ.

Для этих двигателей располагаемое «время - сечение» всех периодов газо­обмена можно определить аналитическим способом (см. рис.1,г).

где F - проходное сечение корпуса клапана, см²

-угол конца линейной части подъема клапана, °ПКВ;

φ_d -угол начала открытия продувочных окон, °ПКВ

φ_b -угол начала открытия выпускного клапана, °ПКВ; Все углы отсчитываются от ВМТ.

где - относительная ширина продувочных окон, 0,79

диаметр цилиндра, см;

S - ход поршня, см;

ψ_S - доля потерянного хода поршня на продувочные окна

где - угол закрытия продувочных окон, ⁰ПКВ

где - угол начала закрытия клапана, ^оПКВ

- угол начала сжатия, °ПКВ.