Файл: Ливенцев, Ф. Л. Двигатели со сложными кинематическими схемами. Кинематика, динамика и уравновешивание.pdf

сколько раньше закрытия окон продувки, благодаря чему коэф­ фициент наполнения рабочих цилиндров зарядом свежего воз­ духа увеличивается, а расход продувочного воздуха уменьшается.

Введение угла сдвига фаз пли угла опережения для поршня выпуска у ДВС с противоположно движущимися поршнями и

Рис. 3. Использование диаграммы Брикса при исследовании газо­ распределения двухтактных ДВС

призвано выполнять роль золотника на тракте выпуска без ка­ кого-либо усложнения конструкции собственно двигателя. Одно­ временно с этим сдвиг фаз рабочих поршней позволяет уменьшать относительные высоты окон выпуска и продувки, что дает уве­ личение полезных ^ходов рабочих поршней. Сдвиг фаз дает 'воз­ можность широкого варьирования высотами окон. Чтобы обеспе­ чить опережение открытия окон выпуска при синхронном движе­

8

нии поршней, управляемых кривошипами а и b (рис. 3, диа­ грамма 1), они должны иметь высоту /гв > /гп. Введя угол опере­ жения А для верхнего поршня, можно уменьшить высоту окон выпуска до /гв = /гп. При этой (/гв = /гп) высоте окон продувки они будут открываться нижним поршнем на угол А позже окон выпуска. Когда верхний поршень закроет окна выпуска, окна продувки будут еще оставаться открытыми на некотором угле поворота кривошипа Ь. При этом потери продувочного воздуха практически сводятся к нулю, а часть сечения окон продувки, остающихся еще открытыми (заштрихована на диаграмме 1), после закрытия окон выпуска используется для подачи в рабо­ чий цилиндр продувочного воздуха, что способствует увеличению коэффициента наполнения рабочего цилиндра свежим зарядом и мощности рабочего цилиндра.

Обладая такой благоприятной особенностью, кривошипно­ шатунные механизмы ДВС с противоположно движущимися порш­ нями, имеющие сдвиг фаз рабочих поршней, вносят и значитель­ ные усложнения в расчет кинематики и параметров рабочего про­ цесса. Так, сдвиг фаз влияет на элементы газораспределения, на коэффициент б последующего расширения рабочих газов, на давление конца расширения рь и приводит к перераспределению работы, передаваемой поршнями выпуска и продувки их колен­ чатым валам.

4. Графическое представление сдвига фаз рабочих поршней у ДВС с противоположно движущимися поршнями и определение элементов газораспределения

Предварительный расчет рабочего процесса ДВС с противо­ положно движущимися поршнями, имеющих сдвиг фаз рабочих поршней, может быть произведен для цилиндра с одним поршнем, ход которого в любой момент равен сумме ходов обоих поршней. При этом могут быть определены значения всех параметров ра­ бочего процесса, включая среднее индикаторное давление p t и расчет продувки с определением необходимых высот и времясечений окон. Полученные параметры можно условно относить или к суммарному полезному ходу обоих поршней или к среднему полезному ходу каждого рабочего поршня. Расчет продувки дает необходимые время-сечения свободного выпуска и продувки, выраженные площадями F ± и Р2 диаграммы 2 (рис. 3) газораспре­ деления при различной высоте окон. Площадь F3 представляет собой время-сечение выпускных окон в период продувки рабочего цилиндра. Для симметричной диаграммы газораспределения пло­ щадь F,1 = Fx представляет собой время-сечение открытия выпуск­ ных окон после закрытия окон продувки и является вредной для' работы двигателя.

Чтобы избавиться от площади Ft при сохранении высоты про­ дувочных окон и площадей Fx и Fit необходимо ввести угол

9

опережения А для поршня выпуска; при этом можно варьировать площадями Fз и Fi диаграммы 3 за счет общей ширины окон выпуска и продувки. Площадь F,1становится-при этом полезной, так как она используется для повышения начального давления сжатия ра. Поясним это примером.

П р и м е р 1. Допустим, что двигатель с противоположно движущимися поршнями имеетдва коленчатых вала и одинако­ вый ход рабочих поршней, управляемых кривошипами а и b (рис. 3), и что при их синхронном движении продувка обеспечи­

для поршня выпуска (диаграммы 1 н 3), что позволяет уменьшить высоту выпускных окон до 0,115, приводит к ликвидации не­ производительных потерь продувочного воздуха, к увеличению коэффициента наполнения и степени последующего расширения <5, т. е. к увеличению общего полезного хода рабочих поршней при­ близительно на 4,3%;

Как было сказано ранее,- введение угла опережения А при­ водит к изменению некоторых параметров рабочего процесса, полученных в предварительном расчете, что требует их коррек­ тировки, а также определения исходных данных для построения индикаторных диаграмм для опережающего и отстающего порш­ ней. Эту задачу можно решить графоаналитическим методом, который рассмотрен ниже. .

П р и м е р 2. Рассмотрим графическое изображение сдвига фаз рабочих поршней, представленное на рис. 4, для кривошипно­ шатунного механизма двигателя с противоположно движущимися поршнями, имеющего два коленчатых вала. Диаметр рабочего цилиндра D = 140 мм; ход верхнего поршня, управляющего окнами выпуска, 5 ' =.140 мм; ход нижнего поршня, управляю­

предельный угол, который присущ двигателям «Нэпир-Дэлтик» вследствие особенностей схемы их кривошипно-шатунного меха­ низма).

Для построения графиков путей рабочих поршней в зависи­ мости от углов ос поворота их кривошипов воспользуемся диаграм-

данные, произведем необходимые графические построения в еле дующем порядке.

10

Рис. 4. Диаграммы к графоаналитическому анализу сдвига фаз рабочих поршней

11

1. На поле^ис. 4 слева, в удобном масштабе (для многооборот­ ных ДВС— в'масштабе 1 : 1; 2 : 1), на оси хх наносятся размеры рабочего цилиндра с окнами выпуска и продувки с рабочими порш­ нями в их н. м. т. и произвольным объемом Vс камеры сжатия, расположенной симметрично относительно оси уу, перпендикуляр­ ной оси хх.

Для рабочих поршней, имеющих не плоские днища, их пере­ мещения откладываются между верхними и нижними мертвыми точками линий, определяющих равновеликие объемы спрямлен­ ных днищ. Для формы днищ поршней, показанных на рис. 4,

коленчатых валов (в стороны н. м. т.) откладываются эксцентри­ ситеты (в рассматриваемом примере равные 8 и 10 мм) и находятся точки 0( и Оо. Из точек 0[ и О2, как из центров, описываются полуокружности произвольныхрадиусов, меньших R x и R 2. Внутренние полуокружности делятся на равные (одинаковые) числа частей. Через центры 0{ и О2 и точки делений на внутрен­ них полуокружностях проводятся лучи до пересечения с наруж­ ными полуокружностями. Через точки пересечения лучей с на­ ружными полуокружностями проводятся два семейства параллель­ ных оси уу горизонтальных линий.

3. Поле рис. 4 справа от диаграмм Брикса, представляющее по оси уу повороты кривошипов от 0 до 360° , делится на равные части с таким же угловым интервалом, как и полуокружности диаграмм Брикса, причем верхняя часть поля (для опережаю­ щего поршня) смещается влево относительно нижней части поля (для отстающего поршня) на угол А, который в рассматриваемом примере принят равным 20°.

4. На верхней и нижней -частях поля находим точки пересе­ чения горизонтальных линий с вертикальными для соответствен­ ных углов поворотов каждого кривошипа, которые соединяются плавными линиями, представляющими собой перемещения ра­ бочих поршней в зависимости от углов поворота их кривошипов. На полученных таким образом графиках перемещений рабочих поршней заштрихованные площадки представляют собой диаграммы

соответствовать моменту закрытия продувочных окон и положе­ нию рабочих поршней: опережающего-— 62° и отстающего—■ 42° за их и. м. т., т. е. опережающий поршень закрывает выпуск­ ные окна за 10° до момента закрытия отстающим поршнем про­ дувочных окон. Конец расширения и начало выпуска будет за

1 2

53°, а начало продувки — за 43° до прихода поршней в их и. м. т. Опережение открытия выпускных, окон относительно момента начала продувки будет составлять —30° по углу поворота отстаю­ щего кривошипа. Рассмотренный пример является одним из ва­ риантов, которые могут быть осуществлены, если изменять угол А

ивысоты окон.

5.Метод нахождения на диаграмме перемещения поршней значений степеней предварительного р

ипоследующего б расширения, конечного давления расширения р ь, а также построения индикаторных диаграмм у ДВС с противоположно движущимися поршнями, имеющих сдвиг фаз

Допустим, что при предварительном расчете параметров рабо­ чего процесса были установлены: степень повышения давления

параметры рабочего процесса достигаются при помощи обычного кривошипно-шатунного механизма.

Введем опережение А = 20°, обеспечивающее фазы газорас­ пределения, рассмотренные в п. 4. Тогда решение поставленной задачи будет заключаться в следующем. Произведем измерения расстояний (ординат) Ѵса между рабочими поршнями при их встречном движении от момента начала сжатия (ссот = 42°; ѴД) через каждые 10° поворота кривошипов. Эти ординаты при плоских днищах рабочих поршней будут пропорциональны объе­ мам пространств рабочего цилиндра, заключенных между ними. Наибольшая ордината Ѵс1 = 274 мм (при масштабе 1 : 2) соот­ ветствует началу сжатия. Наименьшая ордината Ѵеф = 15,0 мм соответствует моменту наибольшего сближения рабочих поршней (аоп = 190° и ,аот = 170°). Следовательно, фиктивная степень сжатия 8ф, отвечающая произвольно принятой величине объема

Так как расчетная степень сжатия ер = 10, то очевидно, что принятый на рис. 4 объем камеры сжатия, выраженный через ее высоту Ѵс — 12 мм, надо изменить на величину АУСс таким усло­ вием, чтобы получить расчетную степень сжатия ер, т. е. надо прибавить (или отнять) величину АУСк тем величинам, с помощью которых определяется значение еф, а именно:

13