Рис. 4.9. Изменение крутящего момента Жкр при различных длинах впускного патрубка:

/ - двигатель рабочим объемом 200 см» со вставками длиной 50 и 100 мм; 2 - двигатель рабочим объемом 250 см» со вставками длиной 100 и 200 мм;--первоначальная длина впускной системы

2000 3000 ШО 5000 п,мин-

новка воздухоочистителя обусловливает существенное снижение мощности. Двигатели этих мотоциклов оснащают карбюраторами без воздухоочистителей с открытым воздушным каналом, оборудованным вентилятором.

Рассмотрим влияние конструкции впускного патрубка. При открытии впускного окна воздух из впускной трубы засасывается в камеру. При наполнении кривошипной камеры, когда заряд воздуха придет в состояние покоя, будет достигнуто максимальное избыточное давление ркшах (см. рис. 4.3). От минимального давления mm ДО максимального избыточного Рк шах проходит 1/2 периода колебания давления. Если в момент достижения Рк max поршень не закроет впускное окно, то будет иметь место обратный выброс смеси через впускное окно. Чтобы сохранить максимальное избыточное давление ркшах. следует фазу впуска выбирать так, чтобы она по времени соответствовала 1/2 периода колебания давления в кривошипной камере. Но обычно фаза впуска определяется необходимой площадью впускного окна. В этом случае частота колебаний впуска должна быть изменена так, чтобы время, в течение которого происходит 1/2 колебания впуска, было равно продолжительности впуска.

Период колебания впуска определяется: длиной Lbo впускного патрубка (от входного сечения до впускного окна); средней площадью /вп поперечного сечения впускной системы (патрубок и карбюратор); диаметром вц круга площадью, равной площади впускного окна; скоростью звука а входящего воздуха; общим объемом Vk кривошипной камеры (при положении поршня в ВМТ). Влияние размеров впускной системы на показатели двухтактных ДВС, определенное с помощью математической модели двигателя, рассмотрено выше.

Длина впускного патрубка. Подбором оптимальной длины Lbo впускного патрубка может быть улучшена характеристика крутящего момента iM„p (рис. 4.9). У двигателя рабочим объемом 200 см* благодаря вставкам длиной 50 и 100 мм удалось повысить крутящий момент во всем диапазоне частот.

Двигатель рабочим объемом 250 см* имел первоначальную длину впускной системы, включая карбюратор, около 150 мм. Максимальный крутящий момент М„р (сплошная кривая 2) достигался при 3600 мин" (М„р = 18,3 Н-м), а затем снижался до 12 Н-м при 1800 мин". Применение вставки длиной 100 мм позволило повы-

а 0,9

0,7 0,S

Рис. 4.10. Скоростные характеристики двигателя ММВЗ-3.111

0 впускными патрубками длиной /-вп = 140, 210. 280 и 350 мм

Рис. 4.11. Осциллограмма давления во впускном патрубке длиной /-вп - 140 мм двигателя ММВЗ-3.111 (Фо шаж = 0.885):

1 - впуск

п, ман-

сить /Икр на низких частотах до 14 Н-м (при 1800 мин"*), а вставки длиной 200 мм - до 16 Н-м.

Влияние длины впускного патрубка (Lsn = 140, 210, 280 и 350 мм) на скоростные характеристики двигателя ММВЗ-3.111 определяли его испытаниями без воздухоочистителя (рис. 4.10) [24]. Параметры двигателя без воздухоочистителя фо, ре и ge.

Наибольшее обеднение смеси (а = 1,06) получено при п = == 4000 мин-1 при впускном патрубке длиной 350 мм. Такое обеднение рабочей смеси вызвало резкое снижение давления и уменьшение удельного расхода топлива. При увеличении длины впускного патрубка происходит рост коэффициента фо избытка продувочной смеси практически во всем диапазоне скоростей. Максимум фо увеличивается от 0,89 до 1 и смещается в сторону более низких частот. Для объяснения причин этого явления необходимо рассмотреть осциллограмму давления рвп во впускном патрубке длиной Lsn (рис. 4.11).

При закрытии впускного окна в патрубке возникают колебания давления Рв с высокой частотой А, что связано с ударом движущегося потока смеси о стенку поршня. При открытии впускного окна возникают колебания давления впуска низкой частоты Б, которые зависят от размеров впускного патрубка и кривошипной камеры, высокочастотных колебаний предшествующего цикла, а также всасывающего или выталкивающего действия поршня.

Чем короче впускной патрубок, тем выше частота колебаний в нем за один оборот коленчатого вала, тем быстрее затухает амплитуда колебаний давления в период впуска. Незатухшие колебания низкой частоты суммируются с колебаниями высокой частоты последующего цикла.

Меньшие значения коэффициента фо при коротких патрубках можно объяснить смещением фазы высокочастотного колебания. Коэффициент фо (и наполнение кривошипной камеры) зависит

HMT „теп ВМТ

НМТ min ВМТ

Рис. 4.12. Осциллограммы давления рн в кривошипной камере двигателя ММВЗ-3.111 при впускных патрубках различной длины и частоте вращения п = = 5000 мин-*: 1 - продувка; i

расширение; 3 - впуск; 4 - сжатие; : 350 им

- X..

= 210

от давления во впускном патрубке в конце фазы впуска. Перед окончанием периода впуска следует полуволна разрежения, которая уменьшает избыточное давление. При патрубке длиной 140 мм избыточное давление в конце фазы впуска 2 кПа, а фо = 0,885.

С изменением длины Lbd впускного патрубка меняются частота и фазовое положение высокочастотных колебаний. Вследствие этого к низкочастотным колебаниям в конце периода впуска добавляются высокочастотные, что способствует повышению избыточного давления. Так, при длине патрубка 350 мм избыточное давление на впуске достигает 10 кПа, а коэффициент возрастает до 1 (см. рис. 4.10).

Влияние длины Ln впускного патрубка на наполнение кривошипной камеры оценивалось по изменению давления /?„ в кривошипной камере при длине патрубков Lsn = 210 и 350 мм и разных частотах вращения п (рис. 4.12). Как и во впускном патрубке, в кривошипной камере возбуждаются колебания давления с низкой частотой. Максимальное давление Ркшах и избыточное давление Рк mm в кривошипной кзмсрс достигаются при большей длине впускной трубы (Lsn = 350 мм), что обусловлено газодинамическими процессами во впускном патрубке. По этой же причине коэффициент избытка продувочной смеси фо при = 350 мм выше, особенно на низких и средних частотах. По мере увеличения частоты вращения фаза впуска становится уже недостаточной для использования газодинамических процессов на впуске. В наибольшей степени это проявляется при патрубках большей длины. При частоте вращения больше 5000 мин" при Lbh = 350 мм значения фо значительно снижаются.

Как видно из анализа, при работе с длинными впускными патрубками большие значения фо и ре получаются на малых и средних частотах вращения, а при работе с короткими - на высоких.

Площадь поперечного сечения впускной системы. Значительное влияние на показатели двухтактных ДВС оказывает площадь

поперечного сечения Бпуск,«ой системы. При большем среднем значении площади Fsn поперечного сечения впускной системы (увеличенном диаметре всасывающего патрубка карбюратора) повышается частота /вп колебаний впуска, быстрее наполняется кривошипная камера, т, е. область лучшего наполнения сдвигается в зону более высоких частот.

Уменьшение площади Fan поперечного сечения оказывает обратное действие. Обычно площадь сечения впускного патрубка определяется в зависимости от площади проходного сечения диффузора карбюратора и принимается Fgn = 1.1 д- Площадь

диффузора выбирают путем анализа аналогичных площадей существующих двигателей. Площадь Рд, отнесенная к 100 см* рабочего объема двигателя, колеблется в достаточно широких пределах (см. ниже).

Двигатель . . f д, cmS/cm ,

Двигатель. Fj5, см?/см8 . .

«ИЖ-Юпитер-2*

М. 100

€Восход-250;

3.2 100

«ИЖ-Юпитер -3» 1.64 100

«Восход-175»

4,03 100

«иж-юз-ои 2,03 100

«Цюидаппя

4,54 100

«иж-п-з-01» 2,31 100

Кроссового мотоцикла

Диаметр диффузора у этих двигателей 24...38 мм. Для гоночных мотоциклов обычно площадь =--Ъ см* на каждый 100 см рабочего объема цилиндра. Это определяет приведенные ниже необходимые диаметры диффузоров d

см« г1д, мм

50 18

125 28

175 33

200 36

250 40

Поскольку мотоциклетные карбюраторы с диаметром диффузора больше 38 мм отсутствуют, для форсированных двигателей рабочим объемом выше 200 см целесообразно применять два карбюратора меньшего диаметра. Круглое сечение карбюратора должно плавно и без уступов переходить в прямоугольное сечение впускного окна.

Размеры впускного окна также оказывают сзщественное влияние на наполнение кривошипной камеры. Обычно площадь впускного окна Рвп.о = 1.25 ij, потому что окно открыто обычно не полностью. Площадь /вп.о впускного окна оказывает аналогичное влияние: при увеличении площади вп. о впускного окна повышается частота /вп колебаний впуска, область лучшего наполнения сдвигается в зону высоких частот. Уменьшение вп. о способствует смещению области лучшего наполнения кривошипной камеры в зону низких частот.

Удельная площадь сечения впускного окна 4...8 см** на 100 см® рабочего объема У. Ширина впускного окна (по хорде) принимается 55...65 % диаметра цилиндра. При увеличении ширины зозникает опасность поломки поршневых колец. При больших

сечениях впускного окна его разделяют перемычкой шириной 3...5 мм или увеличивают число впускных окон, как это показано выше. Радиус закругления окна не должен быть менее 5 мм или 0,1 диаметра цилиндра. Верхние и нижние кромки впускных и выпускных окон выполняют скошенными внутрь.

Чтобы уменьшить сопротивление потоку топливовоздушной смеси со стороны движущейся юбки поршня, впускной канал делают «падающим», т. е. направленным не перпендикулярно к оси цилиндра, а под углом 45...60°. Закругление управляющей кромки поршня радиусом около 5 мм также снижает сопротивление потоку.

Длина впускного тракта влияет на наполнение кривошипной камеры так же значительно, как площадь впускного окна и объем кривошипной камеры. Расчетная зависимость необходимой длины Lbd впускного патрубка для получения наилучшего наполнения кривошипной камеры при необходимой для этого частоте в зависимости от рабочего объема Vh цилиндра показана на рис. 4.13. Если отношение ЬУн = const при изменении рабочего объема (например, LnlVh = 0,lj Lbd = 5 см при Vh = 50 см и Lbd = = 50 см при Vh = 500 см), то частота максимального наполнения кривошипной камеры снижается с 17 ООО мин~* при Vh = 50 см* до 5800 мин"* при Vh = 500 см*. Для двигателя Vh = 200 см* при длине впускного патрубка 20 см максимальное наполнение кривошипной камеры будет при п = 9000 мин"*.

Продолжительность фазы впуска. Необходимо иметь в виду, что для получения достаточно высокой степени вакуума в кривошипной камере впускное (впускные) окно необходимо располагать как можно ниже, так как с увеличением высоты окон уменьшается полезный рабочий объем цилиндра. Так, при фазе впуска 140° исключается до 38 % рабочего объема, что уменьшает наполнение, а следовательно, полезную мощность двигателя.

Пусть требуется получить максимальное наполнение кривошипной камеры на более высоком скоростном режиме с меньшей продолжительностью открытия впускного окна, т. е. уменьшается время - сечение впускного окна:

>(фвп)

где ii и /л - моменты времени.

Тогда для увеличения наполнения потребуется расширить фазу впуска фвп или уменьшить период колебания впуска. Вместе с расширением фазы впуска снижаются полезный объем цилиндра, ход сжатия в кривошипной камере и соответственно объем подаваемой в цилиндр смеси. Из зависимостей продолжительности фазы впуска Фвп от коэффициента Фо избытка продувочной смеси следует, что более позднее окончание впуска обеспечивается при меньшем коэффициенте фо избытка продувочной смеси ввиду потери полезного объема (рис. 4.14). 124

1000 2000

3000 ШО п, мин-

О 100 200 300 МО Yf,,cM

Рис, 4.13. Зависимость необходимой длины впускного патрубка от рабочего объема Vh цилиндра

Рис. 4.14. Изменение коэффициента ф" избытка продувочной смеси в зависимости от продолжительности фазы впуска Фвп при различных частотах вращения п

Влияние фазы впуска фвп на показатели двигателя «Восход-250 СКУ» определено расчетом на ЭВМ по методике, изложенной выше. При высоких значениях фо ухудшается экономичность двигателя, так как увеличиваются потери топливовоздушной смеси, уносимой вместе с ОГ в выпускную систему, главным образом на малых частотах вращения.

Уменьшение коэффициента Фо способствует снижению мощности двигателя. Выбор оптимальной фазы впуска проводят в соответствии с требованиями, предъявляемыми к характеристикам двухтактных ДВС. Фазы газораспределения двигателя мотоцикла, снегохода или другого транспортного средства следует подбирать таким образом, чтобы развиваемая двигателем мощность была максимальной.

Продолжительности фаз впуска, продувки и выпуска двухтактных две различного назначения с различным типом газораспределения представлены в табл. 4.5. Идеальными для двухтактных двигателей считают такие фазы впуска, при которых впускное окно открывается по крайней мере до 90° угла поворота коленчатого вала после прохождения поршнем НМТ, а закрывается в течение 50...60° после ВМТ.

Однако в системах с поршневым газораспределением, в которых открытие и закрытие впускных окон непосредственно связано с движением поршня, момент открытия и закрытия впускного окна регулируется относительно ВМТ. Таким образом, увеличение опережения открытия впускного окна приводит к запаздыванию его закрытия и отсутствие возможности регулирования фазы впуска в зависимости от режима работы затрудняет получение высоких значений крутящего момента в широком диапазоне частот.

В случае золотниковой системы газораспределения фаза впуска устанавливается независимо от положения поршня. В результате возможно обеспечение более полного наполнения и получение