Основное преимущество петлевых схем - сравнительная простота конструкции, отсутствие клапанов и привода к ним, удобство осуществления реверса.
Петлевые схемы характеризуются в большей мере, чем прямоточные наличием непродутых зон в цилиндре.
Рассмотрим характер потоков в обычной поперечной петлевой схеме,, в которой выпускные окна расположены против впускных, а оси окон (на поперечном разрезе цилиндра) параллельны (фиг. 91) Вид потока в цилиндре
в значительной степени зависит от величины открытия окон, формы днища поршня, а также от наклона окон к оси цилиндра.
В начале открытия впускных окон потоки поступающего в цилиндр воздуха поднимаются круто вверх, направляясь к головке по стенке цилиндра, на которой расположены продувочные окна. По мере движения поршня к н. м. т. поток воздуха отклоняется от стенки и направляется к противоположной стороне цилиндра. Сзади этого основного потока образуется вихревой поток (движущийся по часовой стрелке, если считать, что впускные окна расположены справа, как показано на фиг. 91). Не являясь устойчивым, основной поток при дальнейшем движении поршня изменяет направление в сторону выпускных окон; когда поршень достигает н. м. т., образуется почти плоский поток, т. е. перетекание воздуха от впускных окон к выпускным происходит по наиболее короткому пути. При движении поршня вверх основным1 потоком остается этот последний, имеющий форму дуги, степень выгнутости которой меняется; под. потоком происходит вращательное движение газов. Если поступление воздуха в цилиндр начинается лишь после того, как поршень открыл окна на значительную величину (30-40% от длины), струя ие поднимается вдоль стенки цилиндра, а сразу же устремляется вкось и далее очень быстро отклоняется к поршню, образуя «плоский» поток в первой же стадии процесса наполнения - продувки. Угол подъема потока сравнительно мало зависит от того, под каким углом расположены впускные окна. Угол наклона влияет главным образом на степень выгнутости потока, под которым образуется вращающийся, вихрь.
Качество процесса можно улучшить, применяя поршни с козырьками (выступами). Недостатком этой конструкции является тепловая напряженность выступа поршня и неблагоприятная (в отношении смесеобразования) форма камеры сгорания.
Экспериментальные работы по определению наиболее рационального расположения продувочных окон показали, что соответствующее их расположение (эксцентричное или видоизмененное эксцентричное) позволяет значительно улучшить качество процессов очистки, наполнения и смесеобразования при петлевой схеме.
Наилучшее качество указанных процессов получается при прямоточных, схемах. В этом случае обычно воздух (смесь) входит с одного конца цилиндра а продукты сгорания выходят с другого.
Фиг. 91. Цилиндр двухтактного двигателя с петлевой поперечной схемой продувки.
Протекание процесса в цилиндре 179
Прямоточные схемы характеризуются таким направлением движения главного потока воздуха в цилиндре, при котором в отличие от петлевых схем поток пересекает в одном направлении (в одной зоне) любую плоскость, перпендикулярную к оси цилиндра. При этом поток воздуха почти не «вклинивается» между потокадми продуктов сгорания и лишь в малой степени размывает их и смешивается с ними. В результате этого получаются относительно небольшие непродутые области и вихревые мен!ки.
Прямоточные схемы большей частью отличаются тангенциальным расположением продувочных окон, вызывающим спиральное движение воздуха, что способствуют улучшению процесса очистки и смесеобразования. За исключением отдельных случаев, прямоточные схемы характеризуются несимметричиой диаграммой распределения, связанной в той или иной степени с раз» делением процессов очистки и зарядки.
Прямоточные схемы, в отличие от петлевых, требуют более сложной передачи, что, однако, не снижает их значения для быстроходных двигателей.
Как в двухтактных двигателях, так и в четырехтактных в начале открытия выпускных органов возникают внезапные изменения давления, вызывающие колебательные процессы.
В двухтактных двигателях эти процессы имеют следующий характер.
Процесс течения газов, устремляющихся в выпускную систему, связан с интенсивным падением давления (позади их движущейся массы) в цилиндре. Несколько позже начала открытия впускных органов давле1П1е в цилиндре повышается, а затем опять может несколько понизиться. Дальнейшие волны имеют меньшие амплитуды, иногда же почти совсем исчезают.
Одновременно в цилиндре возникают колебания иного характера: местное изменение давления около выпускных органов при их открытии распространяется по длине цилиндра со скоростью, близкой к скорости звука. В результате этого образуются волны давления, отражающиеся попереме1шо от головки цилиндра и поршня. Эти волны влияют на величину давлений в цилиндре лишь в отдельных конструкциях, характеризующихся большой величиной SID. Влияние открытия впускных органов в этом отношении менее значительно.
Вследствие импульса втекающих в камеру выпускных газов в начале выпуска давление в камере в области, с.М1Жной с выпускными органами цилиндра, повышается. Повьнненное дар,ле:-!ие передается по длине выпускного трубопровода в виде волпы давления, движущейся со скоростью, кото-зую при малых величинах давления можно считать равной скорости звука. 1о достижении крайнего сечения (Г/ фиг 90), граничащего с выпускным ресивером, атмосферой и т. д., волна отражается. При отражении меняется знак и уменьшается величина амплитуды давления. Отраженная волна дви-жется непрерывно со скоростью зв\ка в обратном направлении (к цилиндру), и ее амплитуды суммируются с амплитудами волны, движущейся от цилиндра. При достижении отраженной волной сечения ВВ, граничащего с камерой (от которой началось движение первоначальной волны), волна вновь отражается от сечения ВВ. В камеру же проходит часть волны (ймплитуды). влияя на величину давления в камере и далее в цилиндре. Аналогичные блуждающие волны возникают и в подводящей системе; отражение водн происходит от сечений АА и ББ.
С уменьшением объема ка.меры возрастает влияние ускоренного столба выпускных газов на процесс в цилиндре. Если камера имеет большой объем и плавно переходит в трубопровод, то повышение давлений при втекании
Отражение волны происходит и от других сечений, в частности, от сечений выпускных н впускных органов.
Продуктов сгорания относительно невелико, в особенности, если сечение выпускного трубопровода значительно.
Следовательно, состояние в цилиндре и смежных системах при процессах очистки и наполнения изменяется в основном в результате течения газов через переменные по времени сечения органов распределения при воздействии ускоренных масс газов и при распространении блуждающих волн в смежных с цилиндром системах и в самом цилиндре.
Аналогичные динамические процессы возникают и при очистке и наполнении четырехтактных двигателей. На протекание процесса в смежных системах в этом случае оказывает значительное влияние движение поршня. Однако при этом выпускная система влияет значительно менее, чем в двухтактных двигателях даже при наличии больших перекрытий впускных и выпускных органов.
§ 3. СХЕМЫ ОРГАНОВ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДВУХТАКТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Петлевые схемы продувки
В наиболее старых типах двухтактных двигателей, а также в некоторых из современных применяется поперечная петлевая схема, характеризующаяся параллельным расположением впускных и выпускных окон (фиг. 92, схема /). В качестве примеров можно указать двигатели заводов «Коммунист» и Вортингтон.
Направление продувочных окон в плане в отдельных случаях вьшолняется тангенциальным (фиг. 92, схема 2).
Экспериментальные работы в области определения наиболее рационального расположения окон, проведенные на моделях и двигателях, показали, что соответствующее расположение окон позволяет значительно улучшить качество протеса очистки и смесеобразования. В частности, можно указать конструкцию завода 3. Нобеля (ныне «Русский дизель»), в которой было применено эксцентричное расположение продувочных окон, обеспечивающее хорошее качество процесса очистки - наполнения цилиндра.
Протекание процесса в рассматриваемом случае можно представить себе приблизительно так. Поступающие через продувочные окна в цилиндр струи воздуха движутся к центру цилиндра и, встретившись на некотором расстоянии от поршня, вследствие наличия наклона окон к оси цилиндра протекают к головке цилиндра и далее, описывая петлю и очищая периферию, выходят в выпускные окна. По мере движения поршня к н. м. т. при определенной величине открытия окон имевшееся между потоками воздуха равновесие нарушается; к головке продолжает двигаться по прежней траектории только часть воздушных потоков, которая способствует вытеснению и перемещению продуктов сгорания, остальные отклоняются к днищу поршня, частично перемеипгваясь, частично вытесняя продукты сгорания. Последние выходят в выпускные окна, в результате чего в той или иной степени очищается средняя зона цилиндра. Подобное течение процесса наблюдается и при движении поршня к в. м. т.
На схеме 3 (фиг. 92) показано подобное расположение окон для двигателя небольшой мощности.
На схемах 4 и 5 приведены другие виды эксцентричного расположения окон: системы Шнюрле и Крупна, показавшие также хорошие результаты в отношении очистки и наполнения цилиндра. В случае схемы 4 потоки воздуха в цилиндре, встречаясь один с другим и со стенкой цилиндра, движутся вдоль стенки и далее описывают петлю, как в схеме 3.
Известное улучшение очистки и наполнения цилиндра может быть получено в результате введения дополнительных выпускных и продувочных
