Наполнение кривошипной камеры

Чтобы лучше понять, сколь важное значение для правильного наполнения кривошипной камеры горючей смесью имеет момент открытия и закрытия впускного окна, рассмотрим движение газов во впускном патрубке и в картере. В такте сжатия при движении поршня вверх в кривошипной камере создается разрежение. Пос­ле открытия впускного окна начинается поступление горючей смеси. Однако движение смеси в патрубке не равномерное и не всегда направлено в кривошипную камеру.

Хоть и упрощенно, процесс колебаний столба смеси во впуск­ном патрубке и в кривошипной камере можно представить в виде работы механизма, в котором смесь заменяется грузом, а упру­гое содержимое картера — пружиной (рис. 9.5). Обладающий энергией груз попадает в картер и сжимает пружину, которая тормозит его движение, останавливает, а потом выталкивает наружу. Теперь груз растягивает пружину, которая снова втя­гивает груз внутрь картера. Если бы не было трения, колебатель­ные движения груза, растягивающего и сжимающего пружину, продолжались бы бесконечно долго.

Рис. 9.5. Механическая аналогия движения столба смеси во впускном патрубке и кривошипной камере

Точно так же обстоит и с движением газа. Заряд смеси (по аналогии с грузом) втягивается в картер, в котором после дви­жения поршня вверх наступает разрежение. Давление в картере возрастает, достигает максимума, после чего начинается обрат­ный процесс: смесь, которая заполнила картер, начинает возвра­щаться во впускной патрубок. Если бы впускное окно было откры­то, то происходило бы поочередное заполнение и опорожнение кривошипной камеры. Необходимо подобрать такой момент зак­рытия впускного окна, чтобы в картере находилось как можно больше горючей смеси. Этого мы сможем добиться, если закроем окно в тот момент, когда поступающая в картер струя смеси остановится, но еще не будет идти обратно во впускной патрубок.

В картинговых двигателях применяются три метода ре­гулирования наполнения кривошипной камеры горючей смесью. Регулирующими элементами являются поршень, вращающийся золотник или мембранный клапан (рис. 9.6). Как уже говорилось в гл. 4, регулирование с помощью поршня в специальных картинговых двигателях не применяется, а в адаптированных двига­телях мембранные клапаны встречаются очень редко.

Рис. 9.6. Различные способы управления подачей заряда в кривошипную камеру:

а — управление поршнем; б — управление вращающимся золотником; в — управление мембранным клапаном

В двигателе с регулированием наполнения картера горючей смесью путем закрытия впускного окна нижней кромкой поршня возможность изменения фазы открытия впускного окна ограни­чена. Фазу можно увеличить путем соответствующего увеличения самого окна, особенно за счет изменения положения нижней кромки, либо путем изменения положения регулирующей кромки поршня. На рис. 9.7 даны схемы возможных изменений и диаг­раммы время-сечения. Заштрихованная поверхность отражает величину время-сечения. На рис. 9.7, б показано окно, которое полностью открыто при ходе поршня So, что обеспечивает наибо­лее стабильное течение смеси. Продолжительность открытия ок­на в этом случае больше, чем в случае, приведенном на рис. 9.7, а. Высота окна (сечение) в обоих случаях одинаковая. Увеличение высоты окна путем поднятия его верхней кромки (рис. 9.7, в) несколько увеличивает время-сечение, но приводит к тому, что полностью окно открыто только в верхнем положении поршня. Увеличение время-сечения не всегда компенсирует потери от воз­мущений, вызванных кромкой поршня.

В двигателях с вращающимся золотником изменения фазы открытия впускного окна можно добиться путем изменения выре­за во вращающемся золотнике или угловой ширины окна (рис. 9.8). В обоих случаях фаза открытия окна равна 210°, но фаза полного открытия окна, показанного на рис. 9.8, а, состав­ляет 110°, а на рис. 9.8, б—всего 50°. Хотя окно, показанное на рис. 9.8, а значительно больше окна, показанного на рис. 9.8, б, одна из кромок вращающегося золотника возмущает протекание смеси на 160° поворота коленчатого вала, а в примере рис. 9.8, а всего 100°. Этот пример показывает, что при подборе фазы впуска большую роль играют размеры впускного окна.