Главная страница сайта  Российские промышленные издания (узловые агрегаты) 

[ 1 ] 2 3 4 ... 20

продувка четырехтактного двигателя

В четырехтактных двигателях продувка применяется для очистки камеры сгорания от остаточных газов и улучшения наполнения.

Надлежащим подбором фаз распределения, обеспечивающим достаточное время-сечение органов распределения при наличии соответствующих условий на впуске и выпуске, можно значительно повысить коэффициент наполнения.

Моменты конца впуска и начала выпуска в двигателях одного и того же класса разнятся сравнительно мало. Наиболее трудно определить моменты конца выпуска и начала впуска.

Проведенные экспериментальные работы показывают, что максимальный прирост мощности двигателя за счет продувки достигает 10-14%. Кроме того, при продувке вследствие интенсивного отвода тепла от горячих точек камеры сгорания, выпускных клапанов и порншя понижается температура указанных деталей и облегчается форсирование по наддуву. Увеличение угла перекрытия клапанов более 130-140° не дает заметного улучшения наполнения и вызывает излишний расход воздуха и увеличение мощности затрачиваемой на приводной нагнетатель.

В карбюраторных двигателях применение значительных углов перекрытия клапанов вызывает забрасывание остаточных газов во впускной трубопровод, что обусловливает необходимость применения специальных конструкций впускных трубопроводов.

При увеличении угла перекрытия клапанов уменьшаются ускорения клапанного механизма.

Для расчета время-сечения продувки (перекрытия клапанов) четырехтактного двигателя можно применить формулу, аналогичную формуле (236).

В этом случае необходимо знать, какая часть воздуха попадает в цилиндр за период продувки. Обозначая через г часть воздуха (по весу), затрачиваемую-на продувку, имеем

7 Л=+, (241)

где обозначение п относится к впускным органам; величина z лежит в пределах 0,1-0,3.

Решая уравнение относительно ср и учитывая, что ср = Tjcp, где ср - коэффициент продувки (см. § 12), получаем

-11/ J l/ft

В уравнение (241) может быть введено вместо время-сечения f dt впускных органов время-сечение fgdt выпускных органов. В этом случае формула (241) примет вид

fgdt = -Y=, (242).

Средние за процесс условные скорости воздуха и газов в продувочных и выпускных органах выразятся так:

пр \п1п Гвв

В данном случае расчетная формула принимает вид

где ф - функция отношения давлении - .

Коэффициент следует рассматривать не как коэффициент расхода, а как эмпирически определяемый поправочный коэффициент. Его значения,

зависящие главным образом от отношения -, колеблются в широких

пределах.

Следует помнить, что в четырехтактных двигателях имеются значительно большие возможности осуществления достаточного время-сечения впуска и выпуска, чем в двухтактных. Вследствие этого потребные фазы (потребное время-сечение органов) установить экспериментальным путем значительно проще В практике при проектировании распределения в четырехтактных двигателях расчета продувки обычно не делают.

§ 8. ПАРАМЕТРЫ ПРОДУВКИ - НАМУВА

С увеличением давления продувки - наддува увеличивается давление начала сжатия р^ и среднее индикаторное давление р,. Одновременно уменьшается потребная высота продувочных окон и, следовательно, потерянная часть хода поршня При прямоточной схеме продувки, связанной обычно с несимметричной диаграммой распределения, давление р^ повышается значительнее. В случае повышения давления р^, при прочих равных условиях появляется необходимость повышения коэффициента избытка продувочного зоздуха р^для сохранения качества процессов газообмена.

В результате повышения значений р^ и ср-растетмощность, затрачиваемая на привод нагнетателя.

Исследования показывают, что основным фактором, влияющим на выбор давления р^, является произведение диаметра цилиндра D иа число оборотов в минуту п. На фиг. 96 приведена зависимость наивыгоднейшего значения р^ от величины Dn (область между кривыми), полученная в результате иссле-ований и данных практики для повышения Dn. Однако, несмотря на попытки установления аналитическим путем оптимальной величины р^, нельзя считать полученные зависимости достаточно надежными, так как процессы течения воздуха и газов не подчиняются законам установившегося движения (в основу этих работ были положены именно данные законы).

Современные требования к двигателям транспортных машин вызывают

необходимость выбора отношения давлений - равным 1,5-2,5 (где pQ -

.давление на впуске в нагнетатель) и целесообразность дальнейшего его повы-шения.

где Zj - часть воздуха и газов, попадающая в выпускную систему во время продувки;

Гц - температура в цилиндре во время продувки.

Возможно составление расчетного уравнения с включением время-сечения \fnpdi отнесенного к приведенной площади проходных сечений f, которая может быть получена из соотношения

l .J L. i ..2 (2 t ..2г2

Двухтактный двигатель весьма неэкономичен в отношении расходования воздуха. Высокая термическая напряженность поршня, а также качество процесса очистки - наполнения являются серьезными препятствиями к снижению расхода воздуха. Некоторые двухтактные быстроходные двигатели с прямоточной схемой газораспределения характеризуются относительно низким значением коэффициента избытка продувочного воздуха. Организованный характер процессов очистки и наполнения и разделение этих двух процессов позволяют доводить значения сро ДО К2-1,25 при р^., равно.м соответственно 1,5-2,0 кг/см.

1,8 1.7 7,6 1,5

1,3 1,2

Р

220 Z40 260 280 Dn

Фиг. 96. Зависимость давления р^ от величины произведения Dn.

1,8 1fi

1,6 1fi 2,0 Рк

Фиг. 97. .Зависимость давления р„ в цилиндре в момент открытия продувочных окон Ol дав.тения р^-

Температура Т^ зависит от типа нагнетателя; при оценке ее можно пользоваться уравнением политропического изменения состояния

Ниже приведены ориетировочные значения п:

для порнтневых нагнетателей................. 1,4-1,6;

для ротагивных нагнетателей.................1,55-1,75;

для центробежных нагнетателей............... 1,8-2,0

В табл 13 приведены значения коэффициентов расхода органов распре-

Рц - Ри

деления, а также значения параметра а = , определяющего часть общего перепада давлений {р^ - р^}, теряемую в выпускных органах.

Таблица 13

Значения козффиааеитов fx, Vg, й *

Тип схемы распределения				а
Прямоточная клапанно-щелевая Прямоточно-щелевая ...... Петлевая..........	0,6-0,8 0,65-0,75 0,65-0,75	0,7-0,75 0.7-0,75 0,7-0,75	0,8-1,2 0.5-1.0 0,3-0,7	0,5-0,9 0,3-0,5 0,4 0,75

* Вследствие относительно небольшого количества типов двухтактных быстроходных двигателей, находя1цихся в эксплуатации, и, следовательно, отсутствия статистических данных, приведенные значения применительно к ним должны рассматриваться как ориентировочные.

Для определения значения давления р„ в момент открытия продувочных окон можно рекомендовать пользоваться при ориентировочных расчетах для прямоточных схем диаграммой на фиг. 97, составленной автором. Заштрихованная область содержит значения р„, встречающиеся в практике. Для контурных схем значения р„ лежат ниже этой области вследствие того, что-эжектирующий эффект выпускных газов не оказывает здесь такого эффективного влияния, как при прямоточных схемах.

Средняя температура выпускных газов в выпускном патрубке можег быть выражена приближенной эмпирической зависимостью

1230

.,0.65

полученной путем обработки резуль-

Рн г/см

3 2 1

□ -Насос-форсунка бОУиикл о-Насос-форсунка ВОцикл 1-Наоос-форсунт SO/цикл

А

is-1

-<

Л

Jlr-

200 100

о

Насос-форсунка бОммцик/i о Иасос-форсунка бОммцикр Насос-форсунка 90ммцинл

800 WDD 1200 1Ш ЮОО 1300 по5/пин

Фиг. 98. Изменение значений р^ Pf и p, по Фиг 99. Изменение параметров <Ро, G, а-ум-внешней характеристике для двигателя и по внешней характеристике для дви-ЯАЗ-204. гателя ЯАЗ-204.

тагов экспериментов с четырех- и двухтактными двигателями различной быстроходности.

Величина среднего давления в цилиндре во время продувки близка к величине давления начала сжатия р^, особенно если фаза дополнительной зарядки (или дополнительного выпуска) непродолжительна.

О значениях р^ Г^, и т. было сказано выше.

На фиг. 98 и 99 приведены кривые изменения параметров р^, р^, р^ <Ро и ayj по внешним характеристикам двигателя автотракторного типа ЯАЗ-204 Ярославского автомобильного завода по опытам МВТУ с насос-форсунками различной дозировки (60, 80 и 90 мм/цжл). Значения Фо лежат в пределах 1,44-1,80.

На фиг. 99 приведены также значения часового расхода воздуха и температуры выпускных газов / .

Предел повышения давления продувки - наддува двухтактного двигателя связан, в первую очередь, более значительной, чем в четырехтактном двигателе, нагрузкой на подшипники и с тепловой напряженностью поршневой группы, а также цилиндров, их головок и выпускных клапанов. При-

Параметры некоторых двухтактных двигателей

Параметры двигателей

Марки двигателей и тип продувки
				Ю.МО-4	Ю.МО-207			Греф -
Д 16/20		8ДР 43/G1	ЯАЗ-204				GMC-51		Гапомэ!
				С противоположно движущимися				Штифт
					поршнями
Петлевая			Прямо-
шелевая
(криво-	Петлевая щелевая		клапанно-	Щелеиая прямоточная			Петлевая щелевая
			щелевая
камерная)
						206,4	104,1
				210X2	160X2	254X2	104,1
4,02	4,27		1,162	4,75	2,75	16,95	0,885	1,58	0,51
		4,55	4,05	3,42		Верхп. -
						4,6,
						нижн. -
3,73	4,67			25,3	52,7	11,8	28,1	19,7	23,5
			2000	1700	2800		3000	2000	2200
4,34		5,08	8,46	11,9		6,85	10,4	9,33
						5,92	4,21	4,45	4,81
			1,46	1,32			1,36	1,25	1,25
Прямоугольные			п КРУ				Прямоугольные
Прямоугольные			Два	Парзллелограммные			Прямоугольные
			клапана
		1452	91,5		86,5				56,7
0,176	0,15	0,49	0,343	0,632	0,472	0,558	0,271	0,311	0,186
	0,28		0,17	0,748	0,687	0,485	0,235	0.289	0,318

3

о

Мощность li цилиндре в л. с......

Диаметр цилиндра в мм.......

Ход поршня в мм..........

Рабочий объем цилиндра в л .....

Отношение длины шатуна к радиусу кривошипа...............

Литровая мощность в л. с./л.....

Число оборотов в минуту .... . Средняя скорость поршня в м/сек . . Среднее эффективное давление в кг/см Давление продувки в кг/см ....

Продувочные окна ..........

Выпускные органы цилиндра.....

Площадь поршня в см . , . .

Относительная площадь продувочных окон (по отношению к площади поршня) .

Относительная площадь выпускных органов ...............

Начало открытия выпускных органов в град, до н. м. т............

о

о

Параметры двигателей

Марки двигателей и тип продувки

Д 16/20

Петлевая щелевая (кривошипно-камерная)

2ДСП

8ЛР 43/01

Петлевая щелевая

ЯАЗ-204

Прямоточная клапаино-шелевая

ЮМО-4 ЮМО-207 Д-ЮО

С противоположно движущимися поршнями

Щелевая прямоточная

GMC-51

Греф-Штифт

Гапомаг

Пегленая щелевая

Конец закрытия выпускных органов

в град, после н. м. т..........

Опережение кривошипа выпуска в град.

Продолжительность открытия выпускных органов в град..........

Открытие продувочных окон в град.

до н. м. т.............

Закрытие продувочных окон в град.

после п. м. т..............

Продолжительность открытия продувочных окон в град...........

Высота выпускного пояса в % от хода

поршня..............

Высота пролуиочного пояса в % от

хода поршня........

Общая ширина продувочных окон в % от длины окружиости цилиндра . . . .

Общая ширина выпускных окон в % от длины окружности цилиндра . . . . .

102 1

Y,~ dl в СМ град/л

do. в см-град 1а

136 52 52 104 25 15

23,5 23,8 3,15

13,60

138 54 54 108 25 16

19,2 22,2 4,10

12,60

144 В2 62 124 29 21

40,5 24 3,20

6,30

139 48 48

13,6 75,5

17,10 9,80

76 10 152 56 76 132 22,8 21,4 62 50,4 13,90

20.90

10 128

64 108 17,5

76,6 61,8 9,80

20,80

56 15 112 40 64 104 18,2 15 78 61,5 17,5

14,78

67 134

37 26,5 38,8 16,5 23,5

25,3

37,2

26.1

31,8

15,9

19,8

22,0

162 64 64 128 35,6 22,2 38,2 13,5 15,8

10,9

менение высокого наддува может вызвать загорание и закоксоваиие поршневых колец, пригорание днища и корпуса поршня.

Двухтактный двигатель с невысоким давлением продувки (р^ = 1,2 ч- [,4кг/см) будет по-прежнему применяться во многих отраслях промышленности и транспорта и совершенствоваться (маломощные автомобильные, стационарные, мотоциклетные и лодочные двигатели). В установках, в которых необходимы минимальные габариты и вес при повышенной мощности двигателя, давление продувки - наддува должно быть повышенным

Параметры ряда двухтактных двигателей приведены в табл. 14.

§ 9. РАСПОЛАГАЕМОЕ ВРЕМЯ-СЕЧЕНИЕ ОРГАНОВ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ

Располагаемое время-сечение определяют путем планиметрирования площадей диаграммы проходных сечений органов распределения, построенных в зависимости от угла поворота кривошипа. В том случае, когда окна имеют постоянную ширину по всей длине (считая последнюю по ходу поршня), расчет можно упростить.

Как известно, путь поршня, отсчитываемый от положения поршня в н. м. т., выражается соотношением (фиг. 100)

R { I - cos а--jr- А sin

(243)

где R - радиус кривошипа;

Л - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна;

а - угол поворота кривошипа.

Если обозначить расстояние верхней кромки окна до кромки поршня при его положении в нижней мертвой точке через 5о (очень частого равно полной длине окон), го открытая поршнем длина окна

Величина Sq связана с соответствующим углом поворота кривошипа

Sq~ R (1 - cos ttg-- А sin ctg .

(244)

Фиг. 100. Схема кри-

вош и п но-ш ату и ного механизма и расположения окон.

Таким образом, при суммарной ширине окон b элементарное время-сечение выражается соотношением

fdt = (5о-S,) bdt = (5о-S,)b,

где (О - угловая скорость вращения вала.

В результате подстановки вместо 5 выражения (243) и интегрирования в пределах от а до (фиг. 100) получается

/d=45,(a,-a)-[(l 4-) (а.

- (sin 2 - sin а) -f- -- (sin 2а2 - sin а)

30bR

к

-l)(a,-a)-h

-j- (sin tta - sin a)--1- (sin 2a, - sin 2a)

S 2S

где 0 = -=-; - удвоенная часть хода поршня, соответствующая длине окон.

Если обозначить часть окружности цилиндра, занятую окнами, через р гдер = , то после сокращений получим

( So 4- --1) ( 2 - а) + (sin а., -- sin а) -

-- (sin 2а2 - sin 2а)

(245)

Установленное соотношение позволяет определить располагаемое время-сечение выпуска до начала продувки, не прибегая к построению диаграммы

откры 1ИЯ окон.

Остановимся на определении время-сечения продувочных окон, полная длина которых

5i = ( 1 - cos ttj-- X sin tti .

Открытая поршнем длина их

Нижний предел интегрирования заменяется в данном случае с а на ноль, а верхний - с а? на ftj. Интеграл удваивается, так как фаза продувки соответствует углу поворота кривошипа, равному 2 а,.

Таким образом.

-f- sin а,--5- sin 2а,

(246)

где S, = 1 - cos а,

Л sin а, - удвоенная

Фиг. 101 Схема кривошипно-шатунного механизма и расположения окон (для верхнего поршня дригателя с противоположно двигающимися поршнями)

доля хода поршня, занятая продувочными окнами. В случае расчета располагаемого время-сечения выпуска во время продувки, т е фазы, когда в начале и в конце процесса окна открыты на одну и ту же величину, путь исчисления аналогичен пути исчисления фазы выпуска до начала продувки Нижний предел интегрирования в рассматриваемом случае равен нулю, верхний - л; время-сечение удваивается:

(so + ~ О --

(247)

Если речь идет о кривошипном механизме по фиг. 101, то знак перед слагаемыми, содержащими величину X, в формулах (248)-(250) изменяется на обратный; а г заменяется на о-

Пользуясь тем же приемом, нетрудно составить соотношение и для схемы окон, открывающихся полностью еще до прихода поршня в н. м т.

Выражения, приведенные выше, позволяют построить диаграммы для графического определения длины окон по известному время-сечению.

Порядок проведения расчета 209

§ 10. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАСЧЕТА

Расчет выполняется обычно после того, как намечены ориентировочно основные размеры органов распределения, фазы распределения, профиль кулачка и т. д.

Необходимо оценить следующие параметры: давление и температуру в начале выпуска pj, и 7 ,; давление в выпускном трубопроводе р^;

коэффициент расхода v выпускных органов, отнесенный к предварению выпуска, или же давление в момент открытия продувочных окон р„;

коэффициент расхода выпускных органов, отнесенный к полному периоду свободного выпуска H-i, который обычно принимают равным р-;

давление р^ в цилиндре во время продувки;

давление и температуру воздуха перед продувочными органами р^ и Т^; коэффициент расхода продувочных органов р-; коэффициент избытка продувочного воздуха 9о ( - и <{>J. Ниже приведена возможная последовательность расчета.

1. Строят диаграммы площадей открытия органов распределения по углу поворота кривошипа и подсчитывают площадь АСВ (см. фиг. 93), соответствующую располагаемому время-сечению предварения выпуска.

2. По формуле (231) определяют значение р^, которое должно укладываться в указанные выше пределы. При превышении этих пределов заброс продуктов сгорания в ресивер может свести на нет преимущества от применения высокой зоны продувочного пояса и большой площади сечения продувочных окон или от уменьшения общей фазы выпуска (увеличения эффективного хода расширения).

3. По формуле (228) определяют время-сечение, необходимое для снижения давления в цилиндре до р^. Величиной входящей в формулу (228), необходимо предварительно задаться. В результате расчета по этой формуле значение V должно быть получено одинаковым с выбранным.

По известному значению [[gdi можно определить, учитывая масштабы, площадь диаграммы А EG (см. фиг. 93), а следовательно, и угол, соответствующий условному началу продувки (точка G).

4. Планиметрируют на диаграмме (фиг. 93) площади GDML и GEHF (или GEHKL), соответствующие время-сечениям продувки и принудительного выпуска.

5. По известному располагаемому время-сечению продувки Лх из формулы (235) или (236) определяют значение ф„, а затем р, и а (величина а должна лежать в пределах, указанных в табл. 13). Можно также, оценивая а, найти из формулы (235) или (236) потребное время-сечение А^, которое должно быть близко к располагаемому.

6. Находят T и далее или Л г по формуле (240).

Излишне высокие значения Л2 обусловливают повышенный расход воздуха и падение давления в цилиндре к началу сжатия. Напротив, при малых значениях Л 2 ухудшается очистка и увеличивается коэффициент остаточных газов.

Вследствие приближенности исходных положений, принятых при выводе, результаты расчета должны рассматриваться как ориентировочные, подлежащие проверке опытным путем.

В приведенном расчете не учитывается влияние изменения площадей открытия органов распределения по времени, что повышает роль величин коэффициентов при применении рассматривасхмого способа для периода продувки - принудительного выпуска. Расчет производят для одного режима (обычно для режима максимальной мощности), соответственно чему и даны значения параметров табл. 13.

Пример расчета

Ниже приведен пример расчета органов распределения двигателя типа Д100*.

На фиг. 102 показаны диаграммы ходов поршней двигателя и площадей открытия органов распределения в функции угла поворота кривошипа.

Точки Аи F соответствуют началу и концу выпуска, точки С и L - началу открытия и концу закрытия продувочных окон.

Основные данные двигателя

Мощность Ng в л. с....................... 2000

Диаметр цилиндра D ti мм.................... 206,4

Ход поршня S в мм....................... 2x254

Рабочий объем в л..................... 16,95

Объем пространства сжатия Vc ъ л............... 1,22

Число оборотов в минуту п................... 810

Угол смещения кривошипов в град................ 12

Степень сжатия геометрическая е................ 14,9

Количество продувочных окон.................. 16

Количество выпускных окон................... 10

Параметры окружающей среды:

Ро в KZJCM......................... 1,0

То в °абс........................... 288

Давление в выпускном трубопроводе рр в кг/см ......... 1,08

Параметры продувочного воздуха в ресивере:

р^ в кг1см......................... 1,4

Тд. в °абс........................... 340

Температура в цилиндре в °абс.:

в конце расширения 1\................... 1300

в начале сжатия Та............ ........ 360

Коэффициент избытка продувочного воздуха ......... 1,5

Нижний поршень управляет выпуском, верхний - продувкой.

Размеры и форма продувочных окон приведены на фиг. 103. Прежде всего следует подсчитать располагаемые время-сечения основных фаз процесса.

Для определения располагаемого время-сечения предварения вьшуска необходимо спланиметрировать площадь АСВ (фиг. 102, е), которая соответствует время-сечению этой фазы процесса: = 510 мм.

Масштаб по оси ординат (в оригинале) \ мм диаграммы 2,0-Ю -* м^.

Масштаб по оси абсцисс

1 мм составляет гт-т^- сек.

1,5 6 rt

Отсюда масштаб площади диаграммы

= 1,5.6-110 = 1.5.6 8l0-10 = 275 10 сек1мм\ Время-сечение

/о^/о'/С^бЮ.0,275-10-= ),4-)0-б м'Сек.

Объем цилиндра в момент начала открытия выпускных окон (фиг. 102, б).

. = . + ( 5*. + 5,J.= 1.22+ 2J1:11.3,87 =14.1 л,

где 5,1 - ход нижнего поршня отв. м. т. до начала открытия выпускных окон; Si - ход верхнего поршня от в. м. т. до начала открытия выпускных окон.

* Пример расчета выполнен инж. Н. П. Козловым. В книге фиг. 102 уменьшена в раза.

[ 1 ] 2 3 4 ... 20