![]() | |
УСТРОЙСТВО СИСТЕМЫ ПРОДУВКИЕ.И. Фишбейн, "Катера и Яхты" № 3(49) 1974г., с сокращением.
Если процессы сжатия, сгорания и расширения в двух- и четырехтактных двигателях аналогичны, то очистка цилиндра от остаточных газов и наполнение его свежей смесью у них существенно различаются. В четырехтактном двигателе основная масса остаточных газов вытесняется поршнем при его ходе к верхней мертвой точке. В двухтактном двигателе очистка производится свежей смесью, предварительно сжатой в картере, при открытых продувочных и выхлопных окнах, т.е. продувка и выпуск происходят одновременно. При больших конструктивных преимуществах такая система очистки имеет и свои минусы: свежая смесь частью смешивается с остатками продуктов сгорания, а частью «вылетает» в выпускную систему. Свести к минимуму эти нежелательные явления при наилучшей очистке цилиндра от остаточных продуктов сгорания — этим определяется выбор системы продувки.
Таких систем несколько: контурная, в которой поток продувочной смеси движется по контуру цилиндра, прямоточная с движением смеси от одного конца цилиндра к другому и др.
В настоящее время в двухтактных двигателях подвесных лодочных моторов преимущественно применяется возвратно-петлевая схема продувки. Здесь рабочая смесь направляется из нижней части цилиндра в верхнюю, описывает петлю и выталкивает отработавшие газы. Петлевая схема продувки конструктивно проста — это и определило ее выбор для лодочных и мотоциклетных двигателей, хотя она и характеризуется наличием непродутых зон в цилиндре в большей степени, чем прямоточная и контурная.
Как же протекает процесс продувки? Свежая смесь из кривошипной камеры (рис. 1) через продувочные каналы устремляется в цилиндр. Вначале потоки поступающей смеси поднимаются вверх, направляясь по стенке цилиндра к головке. По мере движения поршня вниз струи продувочной смеси отклоняются от стенки и направляются к противоположной стороне цилиндра. Далее продувочные струи сталкиваются и ударяются в стенку, противоположную выпускному окну, поток обтекает камеру сгорания и спускается вдоль стенки к выпускному окну.
Вид продувочного потока в цилиндре зависит от ширины и высоты окон и от продолжительности их открытия (так называемое «время—сечение» окна), от формы продувочных каналов, определяющих углы входа продувочных струй а цилиндр, от формы днища поршня и камеры сгорания. Чтобы вытеснить отработавшие газы с минимальным перемешиванием с ними, продувочные струи должны быть компактными и обладать достаточной энергией. Эта энергия обуславливается разностью давлений в кривошипной камере и цилиндре во время открытия продувочных окон, т.е. степенью сжатия в картере и потерями в продувочных каналах. При малой энергии продувочный поток не вытесняет массу остаточных газов, а растекается по стенкам цилиндра, часть его уносится в выпускную систему, а внутри цилиндра остаются непродутые зоны с остаточными газами.
Гидравлические потери в продувочных каналах стремятся свести к минимуму, поэтому поперечное сечение продувочных каналов и окон должно быть как можно большим. Так как увеличение высоты продувочных,а следовательно, и выхлопных окон связано с уменьшением полезного объема цилиндра, сечение продувочного окна увеличивают за счет его ширины. Увеличение же ширины ограничено величиной, равной 0,45 диаметра цилиндра (далее возникает опасность выдавливания поршневого кольца в окна). При большей ширине в окне делается перемычка.
При выборе фаз продувки, т. е., в конечном счете, высоты выхлопных и продувочных окон, принимается в расчет величина перемещения поршня от открытия выхлопных окон до начала открытия продувочных — так называемое предварение выпуска (величина «е» на рис. 12).
Величина оптимальной фазы продувки в двухтактных двигателях различных лодочных моторов неодинакова и находится в пределах 110-120° («Салют» — 112°, «Ветерок-8» — 110°, «Ветерок-12» — 114°, «Нептун» — 121°, «Москва-25» — 119°). Для гоночных лодочных моторов, работающих на высоких оборотах, величина фазы продувки возрастает до 125-135°.
Влияние фазы продувки на мощность и экономичность двигателя хорошо заметно на характеристиках, снятых при исследовании экспериментального 25-сильного мотора (рис. 5). При одной и той же фазе выпуска изменение фазы продувки повлекло за собой увеличение мощности и снижение удельного расхода топлива.
Говоря о видах продувки, применяемых в конструкциях лодочных моторов, следует отметить отличие поперечной дефлекторной продувки (рис. 6), где направление потоку смеси задается козырьком на поршне (дефлектором), от продувки, в которой направление струй определяется формой и наклоном продувочных каналов.
К преимуществам дефлекторной продувки можно отнести простоту конструкции и технологичность, так как продувочные и выхлопные окна выполняются простым сверлением. К недостаткам — менее благоприятную в отношении смесеобразования форму камеры сгорания, которая хуже продувается из-за сложной конфигурации, большой вес и повышенную температуру днища поршня из-за наличия дефлектора.
При направлении смеси продувочными каналами очистка камеры сгорания получается более эффективной. Этому способствует простая плоская или несколько выпуклая форма днища поршня и сферическая форма камеры сгорания, позволяющая производить ее механическую обработку, в результате чего более точно выдерживается необходимая степень сжатия. Технологические трудности выполнения совпадения продувочных каналов и окон в гильзе окупаются получением более высоких показателей мощности и экономичности. На рис. 7 показана трехканальная петлевая продувка американского подвесного лодочного мотора фирмы ОМС «Триумф» мощностью 60 л. с. Не случайно, несмотря на исключительную отработанность и технологичность дефлекторной продувки на большинстве выпускаемых ею моторов, эта крупнейшая американская фирма сочла целесообразным перейти на ряде моделей на петлевую.
Из двух каналов с одинаковыми поперечными сечениями входа и выхода канал с большим радиусом поворота (канал «б», рис. 9) будет оказывать значительно меньшее аэродинамическое сопротивление потоку продувочной смеси. Как показали испытания на двигателях Ямаха, более плавные повороты каналов мало влияют на максимальную мощность, но значительно повышают ее в диапазоне средних и низких скоростей вращения двигателя. При отработке продувочного канала необходимо также бороться с любым отрывом потока от стенок (чаще всего от внутренней стенки канала). Конструктивно это достигается уменьшением сечения канала по мере приближения к выходу, как это сделано, к примеру, в продувочном канале двухтактного двигателя «Вартбург» (рис. За).
За последнее время начинает получать все большее распространение петлевая продувка с одним или несколькими дополнительными каналами, располагаемыми напротив выпускного окна (рис. 11). Добавочные каналы располагаются обычно под углом 45—60° к вертикали. Продувочные струи этих каналов отжимают продувочный поток в верхней части к центру цилиндра и способствуют очистке центральных непродутых зон. По результатам исследований, проведенных на мотоциклетных двигателях, применение третьего продувочного канала позволяет увеличить мощность двигателя на 7—12%. Увеличение мощности с 20 до 23 л. с. на отечественном подвесном моторе «Нептун-23» было также достигнуто в основном за счет замены двухканальной продувки на трехканальную. Прохождение смеси в добавочный канал через поршень улучшает к тому же смазку верхней головки шатуна и охлаждение поршня.
На процесс продувки определенное влияние оказывает и форма камеры сгорания. Полусферическая камера сгорания, применяющаяся на большинстве двухтактных двигателей, не является лучшим решением. Она обеспечивает ровное протекание свежей смеси и тем самым не препятствует ее «вылетанию» в выпускное окно. Усложненная же форма камеры сгорания, обусловленная применением дефлекторной продувки, способствует образованию застойных, непродуваемых зон. Наилучшие результаты были получены при смещении полусферы в головке цилиндров. Такая конструкция использована на лодочном моторе «Ветерок-14» (рис. 12).
Возможна ли некоторая доводка системы продувки двигателя своими силами? Безусловно. Дело в том, что при изготовлении картеров, блоков цилиндров, вставок продувочных каналов применяются несколько комплектов кокилей или пресс-форм и возможны некоторые несовпадения по контурам деталей, отлитых на разной литейной оснастке. К этому же могут привести и технологические отклонения при механической обработке деталей. Обеспечение полного совпадения контуров деталей на заводе потребовало бы применения очень трудоемких или ручных операций, что существенно повлияло бы на увеличение стоимости деталей. Довести детали, образующие продувочный канал, до полного совпадения контуров можно собственными силами. Следует стремиться к тому, чтобы в продувочном канале не было уступов и неровностей более 0,5 мм, чтобы контур продувочного окна в гильзе совпадал с контуром окна в отливке блока цилиндров. Можно улучшить вход смеси в продувочный канал снятием фаски с гильзы цилиндра в этом районе. Очень тщательно следует подогнать вставку в продувочном канале моторов «Ветерок», «Москва», «Прибой» для обеспечения правильного направления продувочной струи при выходе из канала. Не следует, однако, увлекаться излишней полировкой продувочных каналов. Спортсменам-водномоторни-кам известны, например, случаи уменьшения мощности гоночных двигателей «Кениг» после полировки продувочных каналов, имевших довольно-таки грубую поверхность после литья (возможно, при этом была нарушена форма канала). Более подробно с рекомендациями по доводке продувочных каналов можно ознакомиться в статье А. С. Шикина «Повышение мощности двигателей «Ветерков» («Катера и яхты», № 6(40), 1972 г.). © ЗАО КПНП Журнал "Катера и Яхты" 1963-2003
|