Анализ систем газообмена по диаграммам время-сечение в двигателе

Степень совершенства той или иной системы газообмена оценивается качеством очистки цилиндра от остаточных газов и потерями воздуха при газообмене. Качество очистки определяется коэффициентом остаточных газов Υ_R, о котором шла речь при изучении процесса наполнения.

Неизбежные потери воздуха, связанные с перетеканием его из рабочего цилиндра в выпускной коллектор, учитываются коэффициентом избытка продувочного воздуха. Различают: геометрический φ_г, весовой φ_в коэффициенты избытка продувочного воздуха и коэффициент продувки φ_а.

Под геометрическим коэффициентом избытка продувочного воздуха понимают отношение объема воздуха V_к при параметрах окружающей среды P₀, T₀, подаваемого нагнетателем за 1 оборот коленчатого вала, к рабочему объему iV_s всех цилиндров двигателя;

Построение диаграммы "время-сечение" — Рис. 1 Построение диаграммы «время-сечение»

Коэффициент φ_г использовался ранее для характеристики газообмена двигателей с низким уровнем форсировки. Однако с повышением степени наддува необходимость в оценке газообмена по φ_г, отпала, так как величина φ_г растет с ростом давления наддува P_к, а диапазон изменения P_к в современных двигателях весьма широк.

В современных условиях более целесообразно использовать весовой коэффициент избытка продувочного воздуха φ_в, равный отношению веса воздуха ς_s, подаваемого нагнетателем за 1 оборот коленчатого вала, к весу воздуха ς_к, который мог бы разместиться в объеме всех рабочих цилиндров при параметрах P_s и T_s (перед выпускными органами):

$φ_{в} = G_{k} / G_{s}$

Однако наиболее объективным критерием совершенства системы газообмена является коэффициент продувки φ_а, равный отношению веса воздуха ς_к, подаваемого нагнетателем за 1 оборот коленчатого вала, к весу воздуха ς₀, оставшегося в рабочих цилиндрах к моменту начала процесса сжатия:

$φ_{a} = G_{k} / G_{o}$

Связь между коэффициентами φ_в, φ_г, φ_а устанавливается в виде:

$φ_{в} = G_{k} / G_{s} = ((P_{o} V_{k}) / (R T_{o})) / (P_{s} i V_{s}) / (R T_{s}) = φ_{s} (P_{o} / T_{o}) / (P_{s} / T_{s}) = φ_{z} (γ_{o} / γ_{s})$

где (P₀T_s)(P_sT₀)^-1 = γ₀ /γ_s — отношение удельных весов воздуха при параметрах P₀, T₀ и P_s, T_s.

Так как:

ς₀ = η_н ς_s, то:

$φ_{a} = G_{k} / (η_{h} G_{s}) = φ_{в} / η_{н} = (φ_{г} / η_{н}) (γ 0 / γ_{s})$

Анализ той или иной системы газообмена удобно вести с помощью диаграммы “время- сечения”. Если на графике по оси абсцисс откладывать время, по оси ординат — площадь открытия продувочно-выпускных органов, то площадь под кривой открытия органов газообмена даст время — сечение:

$A = \int_{1}^{2} \oint \cdot d t$

Время — сечение в какой-то степени характеризует качество очистки цилиндра и потерю заряда, поскольку чем больше площадь проходных сечений продувочно-выпускного тракта и время их открытия, тем, с одной стороны, лучше очистка цилиндра, с другой — больше потери заряда.

Показатели степени совершенства системы газообмена — коэффициенты γ_R и φ_a — зависят главным образом от типа системы продувки 2-тактовых ДВС (контурная поперечная, контурная петлевая, прямоточно-щелевая, прямоточно-клапанная) и моментов газораспределения в 4-тактовых двигателях.

Рассмотрим каждую из этих систем в отдельности:

а) Контурная поперечная система газообмена

б) Контурная петлевая система газообмена

в) Прямоточно-щелевая система газообмена

г) Прямоточно-клапанная система газообмена

д) Система газообмена 4-тактных дизелей