Лекция 12. Процессы газообмена в четырехтактных и двухтактных СДВС. Расчет процесса газообмена.

1.Процессы газообмена в четырехтактных и двухтактных СДВС.

Процесс газообмена у 2-тактных ДВС отличается от процесса смены заряда у 4-тактных тем, что у 2-тактного на процессы выпуска и продувки отводится 130-150^О   поворота коленвала, а у 4-тактного – 400-430^О. В связи с этим на эффективность процесса газообмена у 2-тактного ДВС в основном влияет степень совершенства системы продувки, которая определяется:

а) Своевременным открытием и закрытием, а также достаточными проходными сечениями выпускных и продувочных органов;                                     б) Необходимым количеством и давлением надувочного воздуха;                в) Для данной системы газообмена направлением потоков продувочного воздуха и выпускных газов;

Рисунок 1 Изменение давлений в цилиндре и перед впускными органами и фазы газообмена

Различные схемы газообмена, используемые в 2-тактных дизелях, могут быть разбиты на две группы: контурные и прямоточные. К контурным типам продувки относятся:

· Поперечно-щелевую продувку с одним рядом продувочных окон;            

· Поперечно-щелевую продувку с управляемой подачей воздуха;

· Поперечно-щелевую продувку с управляемым выпуском газов;

· Петлевую продувку;

К прямоточным типам продувки относят:

· Прямоточно-клапанную продувку;

· Прямоточно-щелевую продувку;

    Процессы выпуска и продувки 2-тактных двигателей можно разбить на 4 фазы:

    I фаза – выпуск продуктов сгорания. Начинается с момента открытия выпускных органов и заканчивается, обычно, при открытых на определённую величину продувочных окнах. Выход газов из цилиндра происходит за счёт разности давлений в цилиндре P_d  и в выхлопном коллекторе P_г. Процесс свободного выпуска подразделяется на два периода: надкритический и подкритический.

     С момента открытия выпускных органов имеет место истечение газов в надкритической области до момента наступления критического отношений давлений:

      Р_кр =  ≈ 2 атм. Так как в это время Р_В = 3 – 5 атм., а Р_Г ≈ 1,05 атм.

Скорость газов за этот период равна критической (т.е. скорости звуковой волны 500-600 м/сек при температуре газа – 1000 К.)

     Второй период первой фазы соответствует свободному истечению газов при давлениях ниже критического (менее 2 атм.) и при интенсивно снижающейся скорости газа. I фаза заканчивается около НМТ и давление снижается до атмосферного, для быстроходных ДВС ниже атмосферного вследствие динамического влияния столба газов, устремляющихся с большой скоростью в выхлопной коллектор.

      II и III фазы протекают при одновременном выпуске и наполнении рабочего цилиндра, когда открываются продувочные окна. Продувочные окна открываются при давлении в цилиндре (P_d > Р_S), чем давление в продувочном ресивере. Но большого заброса газов в ресивер не будет, так как в момент открытия продувочных окон площадь открытых выпускных органов будет значительно больше. Кроме того в цилиндре в этот момент происходит интенсивное падение давления и на очистку цилиндра оказывает влияние эжектирующее действие столба выпускных газов.

      IV фаза состоит в дозарядке, если продувочные органы закрываются после выпускных, либо в потере заряда, если выпускные органы закрываются после продувочных.

      Параметрами, характеризующими процессы выпуска являются:

   а) P_d – давление газов в цилиндре к моменту открытия продувочных окон.

   б) Р_н – давление газов в цилиндре, при котором начинается продувка.

  в) Р_s – давление продувочного воздуха, необходимое для того, чтобы в цилиндр успело войти заданное количество продувочного воздуха.

                     2. Расчёт систем газообмена

       2.1 Комплексный показатель «время-сечение»

 Для оценки соответствия размеров окон и клапанов в системе газообмена заданным режимам работы используется комплексный показатель «время – сечение».

 Газообмен совершается при изменяющихся проходных сечениях продувочных окон и выпускных органов (выпускных окон или клапанов) двухтактных двигателей в зависимости от степени открытия окон и клапанов, то есть в зависимости от угла поворота коленчатого вала.

  Периоды времени соответствия периодам поворота коленчатого вала однозначно определяются в зависимости от частоты вращения.

  Таким образом кроме величины открытия окон следует также учитывать продолжительность времени, в течение которого они будут открыты.

  Если построить диаграмму, в которой по оси абсцисс откладывать время, а по оси ординат – открывающиеся сечения органов газораспределения, то площадь под кривой будет определять в масштабе чертежа время-сечение. Величину открывающихся сечений, т.е. их площадь.

    Для окон площадь сеченияопределяютпроизведением их линейного открытия на суммарную ширину всех окон.

   Для клапанов площадь сеченияопределяют произведением линейного открытия клапана и периметром средней окружности седла клапана с учётом угла наклона посадочной фаски тарелки.

   Рассматривают располагаемое и теоретическое «время-сечение». Теоретическое «время-сечение» получается аналитически, располагаемое задаваясь геометрическими размерами органов газообмена.