4.S. Продолжительвости фаз газообмена двухгаегвых (угод поворота коленчатого вала, °)

высоких значений М„р в широком диапазоне частот (от низших до высших).

Однако системы с золотниковым распределением впуска по сравнению с поршневым отличаются некоторыми конструктивными сложностями. Системы с поршневым распределением благодаря простоте конструкции и возможности удовлетворять достаточно высоким требованиям, предъявляемым к характеристикам двух-«актных ДВС, находят более широкое применение.

Лучшая зависимость коэффициента наполнения в широком диапазоне частот может быть получена в случае применения ОПК на впуске.

р;4»ИВ0ШИПНАЯ КАМЕРА

Наполнение цилиндра двухтактного ДВС с кривошипно-камерной продувкой осуществляется в два этапа: сначала топливовоздушная смесь заполняет кривошипную камеру, а затем цилиндр. Поэтому наполнение двигателя связано с заполнением кривошипной камеры смесью. Объем кривошипной камеры без объема под-поршневого пространства определяется необходимостью размещения в нем кривошипного механизма.

Для оценки влияния объема кривошипной камеры на наполнение двигателя используют коэффициенты то„ наполнения кривошипной камеры и р неиспользуемого объема:

а«к = Ук1Уо.к; Р = Укшш/У/„

где Ук - объем поступившей в камеру смеси; Уо. „ - объем смеси в камере при условиях окружающей среды.

Коэффициент T)„„ зависит от многих факторов: давления в камере в начале впуска; частоты вращения двигателя; продолжительности фазы впуска; конструкции (длины и диаметра) впускного тракта, включая карбюратор и фильтр очистки воздуха; объема кривошипной камеры; давления в момент закрытия впускных окон; подогрева смеси от стенок камеры, неиспользуемого объема и др. Рассмотрим влияние этих факторов.

Давление в начале впуска. Анализ индикаторной диаграммы в кривошипной камере показывает (см. рис. 4.12), что для увеличения наполнения кривошипной камеры зарядом топливовоздушной смеси необходимо в момент начала впуска 3 иметь минимальное давление р„ mm-

В ЭТОМ случае скорость смеси на впуске будет наибольшей, что способствует увеличению г\к- Как видно из диаграммы, минимальное давление рк mm зависит от длины впускного патрубка, вакуума в конце продувки. Чем больше длина патрубка и выше вакуум в кривошипной камере в конце продувки, тем ниже давление при движении поршня к ВМТ и к моменту открытия впускного окна.

Продолжительность фазы впуска. При симметричной фазе впуска с поршневым газораспределением колебания потока определяют процесс наполнения. Максимум наполнения кривошипной камеры соответствует какой-то определенной частоте. При уменьшении частоты происходит ярко выраженное снижение ti„„, когда поток смеси во впускном трубопроводе начинает двигаться назад, что приводит к уменьшению наполнения кривошипной камеры.

При несимметричном впуске (система с золотником или ОПК) процесс наполнения определяется движением поршня. При низких частотах вращения смесь во впускном патрубке следует за поршнем без большого замедления или опережения и собственные колебания возникают позднее. Поэтому обратного толчка (поршнем в начале его движения к НМТ) заряда смеси, поступившей в кривошипную камеру, в этом случае почти не происходит.

При высоких частотах вращения поток во впускном патрубке вначале отстает от поршня и в кривошипной камере возникает вакуум. Затем поток на впуске опережает поршень, который замедляет свой ход, наполняет кривошипную камеру. Давление в конце впуска должно быть самым высоким. Это подтверждено результатами сравнения лучшего симметричного и несимметричного впуска (см. рис. 2.2).

о; 0.9

Ре, 0,7

0,5 0,1

% Рис. 4.15. Скоростная характеристика двигателя ММВЗ-3.111 с кривошипной камерой различного объема:

1,0 - - ш = 396 с«.: -

- = 462 с«.

0,8 Симметричная фаза (62° до ВМТ и 62° после ВМТ) при высоких частотах вращения почти соответствует по ток несимметричной фазе (фвп = = 150°), но на средних и низких частотах (начиная с п=3300 мин"*) tIob

J000 ШО то

степень сжатия

Объем кривошипной камеры.

Одним из наиболее существенных факторов, определяющих коэффи-т циент наполнения двигателя, явля-6000 п,мин ется объем Vk кривошипной камеры. При изменении меняется Eg кривошипной камеры:

8„ = lic/n,

где Vk - объем камеры в момент закрытия впускного окна Vk - объем камеры в момент открытия поршнем продувочных окон.

Исследования влияния объема (Кщ = 396 см* = 462 см*) на скоростные характеристики двигателя ММВЗ-3.111 (рис. 4.15) с различной степенью сжатия в кривошипной камере (еи1 = 1,44; 8,,2 = 1,36) показали [191: с уменьшением объема Vk скоростные характеристики (а, фо, ре, ge) сдвигаются в область более высоких частот вращения (пропорционально уменьшению объема Ук. в среднем на 14%). Максимальные значения а, фо VI ре к минимальные значения ge при этом близки. Объяснить это можно тем, что, хотя в кривошипной камере меньшего объема достигается большая степень сжатия рабочей смеси, объем заряда при этом уменьшается.

Осциллограммы изменения давления р« в кривошипной камере (рис. 4.16) позволяют объяснить изменение скоростных характеристик двигателя в зависимости от объема кривошипной камеры. Объем заряда, поступившего в камеру, определяется максимальным давлением в ней в начале сжатия, т. е. в момент закрытия впускного окна. Давление в конце впуска больше в кривошипной камере большего объема при частоте менее 4000 мин"*, а максимальное давление в конце впуска в камере меньшего объема при частоте выше 4000 мин"*.

При частоте 4000 мин"* и выше давление в конце фазы сжатия и начала продувки больше у двигателя с кривошипной камерой меньшего объема. Изменение скоростной характеристики двига-128

ВМТ НМТ

8МТ НМТ

Рис. 4.16. Осциллограммы давления Рк в кривошипной камере двигателя ЛШВЗ-3.111 при частоте вращения п = 5870 мин"*: / - впуск; 2 - сжатие: а - продувка; 4 - расширение; -

----у„

396 см»

у = 462 см";

теля в зависимости от объема кривошипной камеры показывает, что, изменяя объем У„ в зависимости от режима работы двигателя, можно добиться более благоприятного изменения характеристики. Способы регулирования объема кривошипной камеры рассмотрены выше.

СИСТЕМА ПРОДУВКИ

Улучшение показателей двухтактных ДВС может быть достигнуто более качественной продувкой. Наибольшее влияние на качество продувки оказывают выпускная система, фазы газораспределения, размеры и форма продувочных и выпускных окон и каналов. Процесс продувки зависит прежде всего от времени - сечения открытия продувочных окон (их высоты и ширины), площади поперечного сечения продувочных каналов, их длины, углов входа продувочных струй в цилиндр, частоты вращения п.

Задаваясь для проектируемого (или модернизируемого) двухтактного ДВС целесообразной диаграммой газораспределения, несложно определить необходимую высоту окон, например, по методу Брикса (табл. 4.6).

Время-сечение продувочных окон

р(Ф„р)а/.

Значения время-сечения окон, отнесенные к рабочему объему цилиндра в 1 л, для двигателей мотоциклов имеют пределы, приведенные в табл. 4.6.

Раньше в двухтактных карбюраторных ДВС широко применяли поперечно-петлевую схему продувки с дефлектором на поршне. Такая схема не обеспечивает качественной очистки цилиндров от смеси. В настоящее время поперечную продувку с дефлектором используют редко. Вместо нее применяют другие схемы продувки,

5 В. М. Ковдрашов и др. 129

4.в. Параметры гидрораспределеиия для ра8личнвх

окон

при которых необходимое направление потоков рабочей смеси и ОГ организуется соответствующим расположением окон и каналов.

Наиболее распространена возвратно-петлевая продувка (с двумя продувочными каналами типа Шнюрле) (рис. 4.17). Двух-канальная продувка не всегда обеспечивает необходимое качество газообмена и продувки. Существенное улучшение мощностных

Рнс, 4.17. Схемы возвратно-петлевой продувки-i30

Рио. 4.18. Цилиндр о четырехка-вальной системой продувки мотоциклов фирмы Кавасаки:

а » схема; б развертка; t » вауса-вой кавал; i •> цилиндр; 3 •» проду вочвве ояяа-. 4 » внпусквоА ванал

показателей двигателей получается при введении третьего продувочного канала 4 напротив выпускного окна. Для продувки через дополнительный канал 4 на поршне предусматривают специальное окно. Дополнительный продувочный канал позволил устранить образование скопления ОГ над головкой поршня. В результате увеличилось наполнение цилиндра, улучшились охлаждение поршня и смазывание игольчатого подшипника верхней головки шатуна. Мощность двигателей повысилась на 10 %, прогары поршней и поломки подшипника верхней головки шатуна устранены.

Для увеличения наполнения (например, на ДВС мотоциклов «ИЖ-Юпитер») применяют четырехканальную систему продувки (рис. 4.17, в) с двумя дополнительными продувочными каналами. Схема расположения окон и развертка цилиндра 2 с двумя дополнительными продувочными каналами показана на рис. 4.18. Такая схема газораспределения применена, например, на мотоциклах фирмы Кавасаки. В табл. 4.7 приведены параметры системы газораспределения и основные размеры окон ДВС трех моделей мотоциклов фирмы Кавасаки.

При идеальном процессе газообмена топливовоздушная смесь должна полностью вытеснять ОГ из цилиндра. В действительности вытеснение без перемешивания смеси с ОГ неосуществимо. Потери заряда могут быть существенными. Только при оптимальном проектировании размеров продувочных каналов и окон эти потери можно свести к минимуму.

Эпюры распределения скоростей при различных вариантах четырехканальной продувки опытных цилиндров позволяют оценить, насколько проектируемая система продувки приближается к идеальной (рис. 4,19). На рис. 4.19, а смесь распространяется по диагонали, что может привести к формированию потока, проходящего прямо к выпускным окнам. Зоны перемешивания по обе стороны от этого потока смеси также снижают эффективность продувки. Две зоны у боковых стенок цилиндра (рис. 4.19, б) ухудшают качество продувки, так как способствуют перемешиванию свежего заряда с продуктами сгорания. Эпюры (рис. 4.19, в, г)

5* 131