4. Определение располагаемого «время-сечение» фаз газообмена

Определяем площади диаграммы располагаемого «время-сечения» для фазы предварения выпуска (F₁, см²), принужденного выпуска (F₂, см²), продувки (F₃, см²), потери заряда (F₄, см²).

Для определения величин располагаемого «время-сечения» указанных фаз умножаем полученные площади на ответствующие масштабы.

Предварение выпуска: - для окон [см² ·с];

- для клапанов [см² ·с].

Принужденный выпуск: - для окон [см² ·с];

- для клапанов [см² ·с].

Продувка: [см² ·с].

5. Расчет теоретически необходимого время-сечения свободного выпуска

С целью упрощения анализа газообмена считаем, что свободному выпуску соответствует время-сечение, обусловленное моментами открытия выпускных окон (клапанов) и продувочных окон. Однако, в реальных ДВС процесс свободного выпуска продолжается и после открытия продувочных окон. возможен заброс газов в ресивер продувочного воздуха.

В высокооборотных ДВС допускается отношение р_d /р_S=1,1…1,8, что обусловлено значительным эжектирующим действием потока выпускных газов, а также значительным превышением сечения выпускных органов к моменту открытия продувочных органов. Поэтому количество газов, попадающих в ресивер, невелико.

В малооборотных ДВС эжектирующее действие газов меньше, поэтому рекомендуемый диапазон р_d /р_S=0,95…1,40. Кроме того, следует учитывать тип наддува и эксплуатационные факторы (загрязнение выпускного и впускного трактов, падение характеристик наддува из-за рассогласования расходных характеристик дизеля и турбокомпрессора).

В двигателях с наддувом при постоянном давлении периоды свободного выпуска и предварения выпуска часто совпадают или близки. На рисунке 5.1 изображено изменение давления в системе наддува в период газообмена в цилиндре двухтактного ДВС с постоянным давлением газов перед турбиной.

ОВ, ЗВ – соответственно открытие и закрытие выпускных окон;

ОП, ЗП – соответственно открытие и закрытие продувочных окон

Рисунок 5.1 – Изменение давления в системе наддува двигателя

В двигателях с импульсной системой наддува газы из цилиндра поступают к турбине через трубопроводы небольшого объема и сечения. В начале выпуска давление растет, возникает так называемый импульс давления, и давление р_d будет больше, чем р_Н (р_S).

Изменение давления в системе наддува в период газообмена в цилиндре двухтактного ДВС (дизели фирмы «Бурмейстер и Вайн» и ее лицезиантов типа VTBF, K–EF, K–FF, K–GF, L–GF, БМЗ–110, БМЗ–140, БМЗ–160, БМЗ–120, БМЗ–170) с импульсной системой наддува показано на рисунке 5.2 на примере двигателя фирмы МАN с петлевой схемой газообмена.

ОВ – открытие выпускных окон; НП – начало продувки

Рисунок 5.2 – Изменение давления в системе наддува в период газообмена

в цилиндре двухтактного двигателя с импульсной системой наддува

Методика определения теоретически необходимого время–сечения свободного выпуска сводится к проверке р_d, а затем к расчету необходимого время-сечения свободного выпуска и сравнению его с располагаемым. Расчетный вид формулы, определяющей время-сечение предварения выпуска, следующий:

, (1)

где V_В – объем цилиндра в момент открытия выпускных окон или клапанов; для двигателей с контурными схемами газообмена V_В = V_С + V_S·(1-);

для двигателей с прямоточно-клапанной схемой газообмена

;

– угол поворота кривошипа после ВМТ, соответствующий моменту

открытия выпускного клапана;

r – радиус кривошипа;

_в – коэффициент расхода выпускных органов; при контурной продувке

_в=0,65…0,75; при прямоточно-клапанной _в=0,6…0,8;

V_d – объем цилиндра в момент открытия продувочных окон;

V_ср – средний объем цилиндра между моментами открытия выпускных

и продувочных окон, ;

Т_В – температура конца расширения (из теплового расчета);

Р_В – давление газов в конце расширения (из теплового расчета);

Р_d – давление газов к моменту открытия продувочных окон;

Р_r – давление газов в выпускном коллекторе.

Эта формула выведена в предположении надкритического и подкритического периодов свободного выпуска, характерного для судовых двигателей.

Методика определения теоретически необходимого время-сечения свободного выпуска сводится к следующему:

1. Пользуясь построенной диаграммой располагаемого время-сечения подсчитываем площадь А₁, соответствующую предварению выпуска.

Площадь А₁ в масштабе чертежа определяет величину .

2. Из формулы 1 определяют давление газов к моменту открытия продувочных окон (р_d), подставляя вместо значение А₁.

.

Определив р_d проверяем, что отношение р_d/р_S удовлетворяет условиям допустимого заброса газов в продувочный ресивер. Если р_d/р_S больше верхнего предела, его нужно снижать за счет увеличения высоты или ширины выпускных окон. Если р_d /р_S меньше верхнего предела, его нужно повышать для уменьшения потери заряда за счет уменьшения высоты выпускных окон.

3. Так как свободный выпуск не оканчивается в момент открытия продувочных окон, т.е. при давлении в цилиндре р_d, а продолжается еще некоторое время уже при открытых продувочных окнах, то в конце свободного выпуска будет давление газов в цилиндре не р_d, а р_н, которое должно быть меньше р_S, что обуславливается гидродинамическим сопротивлением продувочных окон. Существует следующая приближенная зависимость р_н=(0,9…0,95)·р_S.

4. Для определения время-сечения свободного выпуска следует решить формулу (1), подставив вместо р_d величину р_н, выбранную из пределов (0,9…0,95)·р_S.

После определения А_СВ его значение следует нанести на диаграмму время-сечение в масштабе чертежа

.

Площадь, соответствующая А_СВ, ограничена точкой «В» и пунктирной линией, проходящей через точку «Н», которая обуславливает начало продувки. Необходимо при этом учесть, что располагаемые время-сечения принужденного выпуска и продувки соответственно уменьшается на заштрихованные площади.

5. Так как расчет время-сечения свободного выпуска велся с объемами V_В и V_d, что не соответствует выбранному р_н, то для его уточнения необходимо решить формулу (1) относительно V_Н, подставив вместо V_d значение V_Н, которое может быть найдено с помощью диаграммы время-сечение.

Так как к моменту прихода поршня в точку «Н» открытие продувочных окон составит h, то объем V_Н найдется как сумма V_d и объема цилиндра, соответствующего открытию продувочных окон Dh

V_Н = V_d +к·Dh·F,

где к – линейный масштаб чертежа; F – площадь поршня.

При этом .

Тогда значение давления р_н, соответствующего началу продувки, буден равно

.