2.3. Масштаб площади диаграмм «время-сечение»

В 1 см² площади диаграммы «время-сечение» продувочных окон содержится «время-сечение», равное масштабу площади диаграммы

.

Аналогично выражаются масштабы площади диаграмм «время-сечение» выпускных окон:

.

3. Построение диаграммы располагаемого время-сечения

В качестве примера рассмотрим порядок построения диаграммы и расчет располагаемого время-сечения фаз газообмена для поперечно-щелевой продувки с одним рядом продувочных окон (рисунок 3.1) и для прямоточно-клапанной продувки (рисунок 3.3).

1. В принятом масштабе вычерчивается сечение цилиндра с изображением на нем окон.

2. Через верхнюю кромку поршня при его положении в НМТ (или через нижнюю кромку окон, если верхняя кормка поршня расположена ниже) проводится горизонтальная линия.

3. Радиусом мотыля R касательно к горизонтали проводится полуокружность с центром «0».

4. Из центра «0» в сторону НМТ откладывается поправка Брикса:

,

где R – радиус мотыля;

L – длина шатуна, L_ш =R/; =0,2…0,3.

5. Из точки О₁ произвольным радиусом проводится полуокружность и делится на равные части через 10° или 15°.

6. Из точки О₁ через точки деления полуокружности проводятся лучи до пересечения с полуокружностью радиуса R.

7. Для определения угла поворота мотыля, соответствующего моменту нахождения верхней кромки поршня на уровне верхней кромки продувочного (выпускного) окна, необходимо через верхнюю внутреннюю кромку продувочного (выпускного) окна провести горизонталь до пересечения с полуокружностью радиуса R и точку пересечения соединить лучом с точкой О₁ .

Рисунок 3.1 – Диаграмма располагаемого время-сечения для двухтактного дизеля

с поперечной щелевой схемой газообмена

8. Угол между положением кривошипа в момент открытия продувочного (выпускного) окна и его положением в момент закрытия окна будет соответствовать периоду, в течение которого окно остается открытым.

9. На оси абсцисс откладывается произвольный отрезок «l», длина которого соответствует периоду открытия продувочных (выпускных) окон. От его величины будут зависеть величины масштабов угла поворота коленвала m и времени _

10. Отрезок «l» делится на равные части, соответствующие выбранным углам деления полуокружности (10° или 15°).

На отрезке «l» отмечаются точки, соответствующие моментам открытия и закрытия продувочных и выпускных окон.

11. По оси ординат в масштабе чертежа в точках, соответствующих отложенным на оси абсцисс углам поворота мотыля, откладываются величины линейного открытия окон, которые берутся из бицентровой диаграммы Брикса:

для диаграммы время-сечения продувки: 1-1, 2-2¢¢ и т.д.

для диаграммы время-сечения выпуска: 1-1, 2-2¢¢ и т.д.

12. Соединив концы ординат плавными кривыми, получают диаграмму располагаемого время-сечения продувки (выпуска). Диаграмма выпуска делится на фазы (предварение выпуска, свободный выпуск, принужденный выпуск).

13. Диаграмму располагаемого время-сечения выпускного клапана строят с учетом профиля кулачной шайбы и передаточного числа клапанного привода.

Задаемся диаметром клапанной тарелки d_кл. При наличии одного клапана в крышке d_кл=(0,4…0,54)D.

Выбираем максимальный ход клапана. Схема клапана изображена на рисунке 3.2.

Рекомендуется выбирать максимальный ход клапана в зависимости от диаметра клапанной тарелки

.

Ход клапана должен соответствовать проходному сечению горловины клапана f_горл :

,

где d_кл – внутренний диаметр тарелки клапана;

d_ст – диаметр стержня клапана.

Диаметр стержня клапана составляет: d_ст =(0,25…0,30)·d_кл .

Рисунок 3.2 – Схема клапана

Если ход клапана будет завышен, что иногда делают для увеличения «времени-сечения» фазы свободного выпуска с целью увеличения энергии газов, подаваемых на турбину турбокомпрессора, то именно площадь горловины становится лимитирующим фактором, а не сечение клапана.

В этом случае диаграмма «время-сечение» выпускного клапана в верхней части будет обрезана горизонтальной линией соответствующей площади f_горл в масштабе (см. рисунок 3.3).

Рисунок 3.3 – Схема газообмена и вид диаграммы располагаемого

время-сечения при прямоточно-клапанной продувке двухтактного

двигателя с импульсной системой наддува (ДКРН 74/160)

Для построения диаграммы «время-сечения» выпускного клапана надо выбрать профиль кулачной шайбы и задаться максимальной высотой подъема толкателя , которая определяется с учетом величины передаточного отношения привода

,

где i – передаточное отношение, i=0,7…1,0.

Профиль кулачной шайбы можно взять по прототипу. Если данные прототипа отсутствуют, то можно задаться профилем кулака, обеспечивающим требуемые фазы открытия выпускного клапана _вып, _вып1, _вып2, и требуемую высоту подъема клапана . Различные профили кулаков, а также методы построения приведены в [2, 3]. При этом радиус начальной окружности кулака рекомендуется принимать в пределах r = (1,5…2,5)  .

Общая продолжительность открытия (центральный угол кулака) выпускного клапана:

_вып=_вып1+_вып2 ,

где j_вып1 – продолжительность открытия от начала до НМТ;

рекомендуется j_вып1=70°…95°п.к.в.;

j_вып2 – продолжительность открытия выпускного клапана за НМТ.

Общая продолжительность открытия выпускного клапана составляет j_вып=120…160°п.к.в., профиль кулака может быть несимметричным.

Например, для дизеля 8 ДКРН 74/160-2 j_вып1=91°30; j_вып2=59°30;

для дизеля КZ57/90С j_вып1=66°; j_вып2=66°;

для MAN B&W S60MC-C j_вып1= j_вып2=66°.

Фазы газообмена некоторых серий МОД приведены в таблице 3.1[5].

Таблица 3.1 – Фазы газообмена

Двигатель	Момент газораспределения ,°п.к.в.				Доля потерянного хода поршня к моменту закрытия органов
	Открытие органов		Закрытие органов
	проду-вочных	выпуск-ных	проду-вочных	выпуск-ных	проду-вочных	выпуск-ных
1	2	3	4	5	6	7
МАH-Бурмейстер и Вайн (БМЗ): VT2BF KGF LGFCA LMC	41 41 41 41	92 95 72 70	41 41 41 41	56 55 78 80	0,0967 – 0,086 0,086	0,178 – – –

Продолжение таблицы 3.1.

1	2	3	4	5	6	7
Зульцер: RD RND	48 51	68 67	48 51	60 67	0,126 0,14	0,218 0,25
MAH: KZ KSZ	48 42	68 62	48 42	68 62	0,079 0,096	0,26 0,27

При симметричном кулаке половина его профиля (дуга j_вып /2) делится на участки через 5°…10° (рисунок 3.4) и из центра 0 кулака через точки деления проводятся лучи (0, 1, 2, …7).

Рассматриваемая часть кулака обкатывается роликом толкателя радиусом  (размер принимается по прототипу) и через принятые промежутки (5°…10°) снимается высота подъема ролика толкателя . Величина подъема толкателя при соответствующем угле поворота кулака записывается в строку 1 таблицы 3.1.

При выборе симметричного профиля можно задаться параболическим профилем кулака. При параболическом профиле кривая пути толкателя строится следующим образом (рисунок 3.5). В осях h-j откладываются в выбранном масштабе на соответствующих осях и j_вып /2, где j_вып – угол, соответствующий продолжительности открытия клапана, - максимальная высота подъема толкателя.

Рисунок 3.4 - Определение высоты подъема клапана при известном

профиле кулачной шайбы

_вып/4

_вып

4

Рисунок 3.5 – Построение кривой пути толкателя для кулака

с параболическим профилем

Полученные отрезки оа, аб, вг делятся на равные части и нумеруются, как это указано на рисунке 3.5. Из начала координат проводятся линии 0-1, 0-2 и 0-3. Из точек 1, 2 и 3 линии оа восстанавливаются перпендикуляры до пересечения с одноименными линиями. Так, из точки 1 восстанавливается перпендикуляр до пересечения с линией 0-1, а из точки 2 – до пересечения с линией 0-2 и т.д. Точки пересечения соединяются плавной кривой. Аналогичное построение проводится на втором участке. Полученная кривая и представляет зависимость величины подъема толкателя от угла поворота коленчатого вала j на участке открытия клапана. Если построить кривую подъема толкателя в зависимости от угла поворота коленчатого вала на участке закрытия клапана, то она явится зеркальным отображением уже построенной кривой. При несимметричном профиле кулака кривая подъема толкателя на участке будет иной.

Величина подъема толкателя снимается с графика через равные отрезки оси абсцисс, соответствующие текущим значениям угла поворота коленчатого вала j, и записывается в таблицу 3.2.

Высота подъема клапана вычисляется с учетом передаточного отношения привода и заносится в таблицу.

Проходное сечение в щели клапана в рассматриваемый момент подъема клапана равно боковой поверхности усеченного конуса с образующей b (см. рисунок 3.2) и определяется по формуле

,

где  – угол наклона посадочной поверхности, =30° или 45°.

Если несколько выпускных клапанов, то проходное сечение всех клапанов , где i_к – количество клапанов.

Таблица 3.2 – Определение высот подъема выпускного клапана

Угол, град Параметры			0	1	2	3	4	5	6	7
			0°	10°	20°	30°	40°	50°	60°	68°
Наименование	Обозн.	Разм.
Высота подъема толкателя в масштабе рисунка 3.5		см
Реальная высота подъема толкателя		см
Высота подъема клапана		см
Площадь проходного сечения клапана		см2
Масштаб проходных сечений клапана			Принимаем равным масштабу площадей открытия продувочных окон
Ордината на диаграмме, соответствующая площади открытии клапана	y	см