Идея подобной схемы была предложена впервые русскими инженерами в 1906-1907 гг. Данная схема характеризуется сравнительно хорошими условиями работы поршня, омываемого воздухом при процессе продувки, и выгодно отличается этим от других прямоточных схем, в частности, от предыдущей, а также и от петлевых схем. Данная схема имеет также ряд других преимуществ. В частности, кривые изменения площадей открытия впускных и выпускных органов по углу поворота кривошипа протекают благоприятно: в конце процесса наполнения имеется значительная избыточная площадь кривой открытия впускных органов по сравнению с площадью кривой открытия Бьшускных, характеризующая в большой, степени зарядку цилиндра.
Охлаждение головки цилиндра с размещенными в ней выпускными клапанами можно выполнить проще, чем охлаждение перемычек выпускных окон в «обращенной» схеме. Выпускные окна можно выполнять с тангенциальным расположением в поперечной плоскости, вследствие чего обеспечивается вращательное движение воздуха,-необходимое для очистки цилиндра! и смесеобразования.
В числе построенных и эксплуатируемых двигателей, имеющих рассматриваемую схему, следует упомянуть двигатели Дженерал-Моторс, Зюдверке (Крупп), Коломенского завода и Ярославского автомобильного завода.
Основным недостатком схемы, кроме наличия напояженных головкгй цилиндра, выпускных клапанов и деталей передачи, следует считать трудность обеспече1шя необходимой величины время-сечения выпуска без повышения напряженности клапанных пружин, о одна из главных причин ограничения возможности форсирования двигателей с клапанно-щелевой схемой по оборотам. Было бы неверно, однако, считать данную схему нерациональной, основывая это отдельными неудачами ее применения для двигателей с высоким числом оборотов.
Схема 15 (фиг. 92) газораспределения двигателей с двумя противоположно движущимися поршнями в одном цилиндре, из которых один управляет впуском, а другой выпуском, отличается высоким качеством процессов очистки - наполнения и смесеобразования. Высокое качество этих процессов является следствием расположения продувочных и выпускных око№ по концам цилиндра и формы впускных органов, обеспечивающей организацию спирального движения потоков воздуха в цилиндре. При этом время-сечения впуска и выпуска осуществляются достаточными. Кроме того, для улучшения очистки и наполнения используются динамические явления при движении газов. Схема позволяет осуществить несимметричную диаграмму распределения, связанную с возможностью получения фазы дозарядки. С этой целью кривошипы поршней (расположенных в одном цилиндре) смещаются на угол, превышающий 180° на 10-15°.
К преимуществу двигателей с данной схемой следует отнести также возможность получения большой монцности при умеренных габаритах. Кроме того, эти двигатели характеризуются отсутствием клапанов и головок цилиндров и уменьшенной теплоотдачей в воду и масло. Наконец, следует отметить наличие большого опыта по построению двигателей данной конструкции, в том числе повышенной мощности и быстроходности.
В этих двигателях еще не использованы возможности уменьшения отношения S/D (до определенного предела, близкого, по-видимому, к единице).
К основным недостаткам данной схемы относится сложность создания; надежной конструкции поршня (находящегося в тяжелых условиях), управляющего выпуском, а также простой и надежной конструкции остова и дета-
лей крепления. Двигатели с рассматриваемой схемой применяются в про-мьпнлеиных и транспортных установках.
Золотниковое распределение в четырехтактных двигателях применяется очень давно. Двухтактных двигателей внутреннего сгорания с золотниковым распределением известно немного, хотя они имеют то преимущесгво перед четырехтактными, что один возвратно-поступательно движущийся золотник может обеспечить процессы очистки и наполнения.
Большого внимания заслуживает схема с гильзовым распределением. Гильза получает движение от кривошипно-шатунного механизма или кулачковой ншйбы. При этом окна целесообразно располагать, как в двигателях со встречно движущимися поршнями, т. е. по обоим концам цилиндра. Выпускные окна целесообразно открывать и закрывать при помощи только-золотников, впускные окна - золотником и кромкой поршня. Одна из возможных схем показана на фиг. 92 (схема 16).
Поршень в этих конструкциях управляет только впуском, что необходимо отнести к преимуществам схемы. Кроме сложности конструкции, трудности обеспечения надежной смазки и охлаждения золотниковых устройств, необходимо отметить как недостаток почти полное отсутствие опыта работы с подобными двигателями.
Двигатели с поршневыми (золотниковыми) клапанами (схема 17), используемыми обычно в качестве выпускных органов, имеют много общего в отношении протекания процессов наполнения - очистки с двигателями с двумя поршнями в цилиндре. В рассматриваемой схеме продувочный воздух поступает через окна, расположенные по всей окружности цилиндра. Выпускные окна, расположенные в верхней части цилиндра, имеющей меньший диаметр, управляются поршневым клапаном. Привод клапана чаще всего осуществляется от коленчатого вала посредством дополнительного кривошипа или эксцентриков. Данная конструкция так же, как и предыдущие, позволяет осуществить дозарядку.
При наличии тангенциального наклона окон поступающий в цилиндр воздух отбрасывается центробежной силой к стенкам цилиндра. В результате этого образуется воздушный конус с основанием, обращенным в сторону камеры сгорания. Внутри этого конуса находятся более легкие продукты сгорания, вытесняемые через выпускные органы. Вследствие сужения цилиндра к головке поток воздуха замедляет движение, основание конуса уменьшается, что содействует лучшей очистке, а также и лучшему наполнению. При больших числах оборотов вала в результате увеличения торможения потока создается опасность ухудшения процессов очистки и наполнения.
Применение рассматриваемой схемы может дать хорошие результаты для транспортных, в частности, для автотракторных двигателей, которые должны развивать большой крутящий момент на пониженных числах оборотов.
Схема с двумя параллельными цилиндрами и общей камерой сгорания (схема 18) характеризуется наличием продувочных окон, размещенных по окружности одного из пары цилиндров, выпуск происходит через окна, расположенные по окружности другого цилиндра. Для получения фазы дополнительной зарядки кинематические соотношения подбираются так, чтобы продувочный поршень, как и в двигателе с противоположно расположенными поршнями, запаздывал в своем движении относительно выпускного. Качество процесса при этой схеме уступает качеству процесса предыдущих схем вследствие потерь в сечении между цилиндрами, а также вследствие изменения направления движения воздуха.
Кроме перечисленных схем, имеются и другие, представляющие собой в большинстве случаев видоизменения или сочетания предыдущих.
dw dw 1 др
Ш ~ г
др , до , dw г.
(217)
я-де . р - давление; р - плотность; W - скорость газа;
X - координата, характеризующая положение движущейся частицы газа;
п - показатель политропы; t - время
Уравнения использованы рядом исследователей при установлении зависимостей, касающихся процессов в цилиндре, выпускной и подводящей системах
Наиболее актуальным (и в то же время сложным) является установление влияния ускоренных масс газа при процессе выпуска в двухтактных двигателях.
Уравнение движения можно переписать в следующем виде:
dw , , dw , i dp J
w -r-ax -i- ax =---f- ax.
dx df p dx
Интегрируя вдоль линии тока и считая не зависящим от коорди--наты X, получаем
VD , ,dw J /0 10\
- 1- = - vdp, (2]8)
*де / - в простейшем случае длина трубопровода;
V - удельный объем;
W - относится к крайнему сечению, например, сечению Г Г или ББ иа фиг. 90:
Р] - р1 - перепад давлений между соответствующими сечениями (цилиндр - выпускная система или подводящая система - цилиндр).
Использование уравнения (218) для построения расчетных формул пред--ставляет большие трудности.
Обычно расчет основных фаз процесса, связанный с определением раз-;меров проходных сечений органов распределения, проводится по уравнениям установившегося движения.
Как известно, аналитически это выражается в том, что производные от скорости и давления по времени равны нулю.
Таким образом, уравнение (218) принимает вид
vdp.
§ 4 ИСХОДНЫЕ УРАВНЕНИЯ ДЛЯ РАСЧЕТА ПРОЦЕССА ГАЗООБМЕНА
Решение задачи о расчете процессов газообмена быстроходного двигателя (в особенности двухтактного) в общем виде представляет огромные трудности. В этом случае следуе! обращаться к дифференциальным уравнениям движения, уравнениям неразрывности и состояния:
