Изменения фаз газораспределения форсированного двигателя

При модернизации двигателя наддувом особое внимание должно быть уделено правильному выбору фаз газообмена. Для двигателя без наддува выбор фаз газообмена определяется задачей наилучшей очистки цилиндра от остаточных газов (оптимальная продувка), задачей получения максимального коэффициента наполнения. Однако, в случае применения турбонаддува важной задачей является обеспечение турбины достаточной энергией выхлопных газов. Обычно для быстроходных двигателей опережения открытия выпускных и впускных клапанов, а также запаздывания их закрытия превышают аналогичные параметры проходных двигателей. Величина этого превышения составляет порядка 10 градусов поворота коленчатого вала. Особенно существенно это превышение для двухтактных ДВС, где это превышение cоставляет 15-20 градусов и более.

Рис. Схема фаз газораспределения двигателей без наддува: Б — быстроходный, Т — тихоходный.

Для двигателей с наддувом, с целью обеспечения необходимой мощности турбины, опережение открытия выпускного клапана на 15-30 градусов превышает опережение, применяемое в быстроходных ДВС. Такие изменения требуют изменения конструкции кулачков привода клапанов, а чаще всего механизма газораспределения.

Ещё сложнее проблема решается в двухтактных двигателях, где фазы газораспределения определяются положением окон относительно управляющей кромки поршня.

Рис. Схема фаз газообмена быстроходного двигателя с наддувом: О.Вып. — увеличение опережения открытии выпускного клапана относительно НМТ, Б — быстроходный, Т — тихоходный.

Правильный выбор фаз газообмена совместно с правильно спроектированной турбиной обеспечивают получение величины рк/рг > 1 (где рг — давление в выпускной системе). Тогда обеспечивается получение положительной работы при смене рабочего тела (положительная работа процессов выпуска-наполнения), а следовательно, повышение механического КПД двигателя (в двигателях без наддува или с наддувом, но при рк/рг < 1, работа всасывания — выпуска, т. е. работа насосных ходов является отрицательной и суммируется со всеми механическими потерями в двигателе).

В процессе газообмена между полостью цилиндра и полостью выпускного коллектора имеют место определённые перепады давления, которые определяют возможности перетекания газа между ними. Причём, закрытие выпускного клапана должно происходить тогда, когда давление в коллекторе начнёт превышать давление в цилиндре. В противном случае часть ОГ поступит обратно в цилиндр, снизится коэффициент наполнения, возрастёт коэффициент остаточных газов и т.д. Уровень давления в коллекторе в данный момент времени определяется тем волновым процессом, который сформировался в процессе открытия выпускного клапана и перетекания газов из цилиндра в выпускной коллектор.

Рис. Формирование волн давления в выпускном коллекторе дизелей:
Б — быстроходный,
Т — тихоходный,
рц — давление в цилиндре,
Рвып — давление в выпускном коллекторе,
ОюВып — опережение выпуска,
Вып — шкала фаз выпуска,
Вп — шкала впуска.

Причём линия изменения давления в коллекторе быстроходного двигателя или двигателя с наддувом показана более жирной. Видно, ни при угле п. к. в. (поворота коленчатого вала), соответствующем опережению его открытия (О.Вып) для быстроходного двигателя более раннем, чем для тихоходного, давление в цилиндре рц существенно превышает давление в коллекторе рвып. В коллекторе нарастает давлении и формируется волна. Причём максимальное давление в волне рзб превышает рзт. Вблизи минимума давления в волне начинается открыто впускного клапана. В области ВМТ имеет место перекрытие клапаном. Величина этого перекрытия определяется также параметрами давления в цилиндре, во впускном и выпускном коллекторах. Очевидно, что в период перекрытия клапанов давление во впускном коллекторе должно превышать давление на выпуске, чтобы произошла продувка цилиндра. При этом фазы газораспределения учитывают также и инерционность потоков газа из цилиндра в выпускной коллектор и из впускного коллектора — в цилиндр и в выпускной коллектор. Итак, волна давления, сформированная выпуском ОГ из цилиндра, отразившись от свободного конца коллектора, формирует волну разрежения (уровень рзат и рзаб). Эта волна разрежения в период перекрытия клапанов обеспечивает истечение газов из цилиндра и продувку цилиндра свежим зарядом.