Анализ систем газообмена по диаграммам время-сечение

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;

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):

${\phi }_{в}=G_k/G_s$

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:

${\phi }_a=G_k/G_o$

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

${\phi }_{в}=G_k/G_s=\left(\left(P_o{V}_k\right)/\left(R{T}_o\right)\right)/\left(P_{s}i{V}_s\right)/\left(R{T}_s\right)={\phi }_s \left(P_o/T_o\right)/\left(P_s/T_s\right)={\phi }_z\left({\gamma }_o/{\gamma }_s\right)$

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:

${\phi }_a=G_k/\left({\eta }_h{G}_s\right)={\phi }_{в}/{\eta }_{н}=\left({\phi }_{г}/{\eta }_{н}\right)\left(\gamma 0/{\gamma }_s\right)$

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:

$A={\int }_1^2\oint ·dt$

Время — сечение в какой-то степени характеризует качество очистки цилиндра и потерю заряда, поскольку чем больше площадь проходных сечений продувочно-выпускного трактаЗагрязнение 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