Наполнение кривошипной камеры свежим зарядом

Наполнение кривошипной камеры свежей порцией горючей смеси — это сложный процесс, зависящий от разрежения в кривошипной камере, размеров впускной системы и фазы впуска. Если в двигателе наполнением кривошипной камеры управляет поршень, то периоды открытия и закрытия окна симметричны относительно нижней мертвой точки. Любое изменение высоты окна отразится на моменте открытия и закрытия окна.

Подбор соответствующей, подходящей к данному двигателю фазы впуска возможен только опытным путем. Диапазон фаз впуска широк. Период открытия впускного окна колеблется от 120° в серийных двигателях до 190° в гоночных.

Площадь сечения впускного канала оказывает большое влияние на форму характеристик двигателя. С одной стороны, площадь должна быть как можно большей, чтобы снизить ско­рость перетекания смеси и, тем самым, уменьшить сопротивление потоку и несколько смягчить требования к точности открытия и закрытия впускного окна. С другой стороны, для такого впускного канала нужен карбюратор с большим диамет­ром диффузора; в этом случае распыление, испарение и смешива­ние топлива с воздухом значительно ухудшается. Ухудшается приемистость двигателя, он способен развить большую мощность, но только при очень высоких оборотах.

Необходимо учитывать оба эти требования. На практике целесообразно отказаться от применения слишком большого диаметра диффузора карбюратора; в этом случае лучше распы­ление и смешивание топлива с воздухом. Однако уменьшить скорость смеси при входе в кривошипную камеру можно путем значительного расширения впускного канала в направлении впускного окна. В некоторых двигателях площадь впускного окна больше чем в 2 раза превышает площадь диффузора кар­бюратора. В двигателях с поршневым управлением кривошип­ной камеры диаметр диффузора карбюратора, равный 26—28 мм, достаточен. Однако встречаются двигатели (хоть и нечасто) с карбюратором, диаметр диффузора которого 34 мм.

Получение значительной площади впускного окна при сох­ранении разумной фазы впуска требует иногда значительного расширения окна. Вместе с движением поршня, открывающим или закрывающим впускное окно, изменяется площадь впуска и, следовательно, изменяется скорость потока. Возникают допол­нительные пульсации струи смеси, которые в сочетании с коле­баниями смеси, вызванными цикличностью работы двигателя, могут нарушить наполнение кривошипной камеры. Чтобы избе­жать этого явления, целесообразно уменьшить массу смеси во впускном канале. Для этого рекомендуется применение корот­кого впускного канала, т. е. установка карбюратора вблизи цилиндра.

Нарушения нормального тока горючей смеси через впускное окно нежелательны. Они особенно значительны в двигателях, впускной канал которых образует с осью цилиндра угол, близкий к прямому. Эти нарушения можно значительно уменьшить, направив впускной канал вниз под углом к оси цилиндра (рис. 9.26). Угол наклона впускного канала может быть равным 45°. В этом случае при сохранении фазы впуска (высоты окна h) эффективная высота канала уменьшится до h₁. Для сохранения площади канала необходимо увеличить ширину окна от l до l₁. Существенное влияние на движение заряда смеси в двигателе оказывает объем кривошипной камеры. Отмечается тенденция к уменьшению ее объема по мере увеличения степени форсиро­вания двигателя. Однако надо учитывать, что уменьшение объема кривошипной камеры приводит к смещению максимумов мощности и крутящего момента в сторону более высоких ЧВ, снижению диапазона рабочих ЧВ и ухудшению приемистости двигателя. К значительному ограничению объема кривошипной камеры следует стремиться только в том случае, если двигатель имеет многоступенчатую коробку передач.

На практике уменьшение подпоршневого объема (при поло­жении поршня в НМТ) возможно путем заполнения простран­ства, в котором вращается коленчатый вал. Широкое применение находит заполняющая вставка, так называемая «подкова», устанавливаемая в кривошипной камере между щеками коленчатого вала. Такая «подкова» представляет собой алюминиевое кольцо с вырезом для кривошипа. Проще всего крепить вставку с помощью трех штифтов диаметром около 3 мм, расположенных по внешнему контуру кольца. Штифты эти будут зажаты в соответствующих гнездах, сделанных на плоскостях стыка половинок картера. Чтобы вставку распо­ложить ровно посредине, рекомендуется риской обозначить середину ее толщины во время механической обработки.

Применение «подковы» наиболее рационально в двигателях с большим диаметром щек коленчатого вала (например, в двига­теле 501-Z3/4). У большинства современных двигателей щеки имеют минимально возможный диаметр, поэтому объем кри­вошипной камеры значительно уменьшен. Применение «подковы» в такой конструкции столь незначительно уменьшит объем кривошипной камеры, что во многих случаях это просто не окупается.

В двигателе SQI-Z3A щеки коленча­того вала имеют большой диаметр, при доработках рекомендуется уменьшить расстояние между щеками. Краткое опи­сание операций, которые необходимо при этом выполнить, приведено в п. 9.4.7. Можно также попытаться уменьшить диаметр штатных щек, но это связано с большими сложностями, потому что щеки сделаны профили­рованными внутрь. Правилами не разрешается изготовление новых щек меньшего диаметра.

Важную роль играет форма входного отверстия воздушного канала карбюратора. Если при идеальной форме (рис. 9.28) количество проходящего воздуха принять за 100 %, то при менее удачной форме это значение будет уменьшаться и может состав­лять всего 67 % при острых кромках. Точно параболическую форму получить трудно, поэтому можно делать закругленные кромки, это весьма незначительно уменьшает расход воздуха (только на 2 %).

Поршень и поршневые кольца

Рис. 9.28. Зависимость пропускной способности входного канала карбю­ратора от форумы его сечения

 

В современных двигателях применяются поршни, сделанные из материала с маленьким коэффициентом линейного расшире­ния, поэтому зазор между поршнем и гильзой цилиндра может быть небольшим. Если предположить, что зазор по окружности и длине юбки поршня в нагретом двигателе будет везде одина­ковым, то после охлаждения поршень деформируется. Поэтому поршень должен получать соответствующую форму еще во время механической обработки, что и делается на практике. К сожале­нию, форма эта слишком сложная, и ее можно получить только на специальных станках. Из этого следует, что форму поршня нельзя изменять слесарными операциями, а всевозможные об­тачивания юбки поршня напильником или точилом, приме­няемые повсеместно после заклинивания поршня, приведут к тому, что поршень потеряет правильную форму. В случае острой необходимости такой поршень может быть использован, однако можно не сомневаться, что его взаимодействие с зеркалом ци­линдра будет значительно хуже.

Надо предостеречь от использования наждачной бумаги для аварийной зачистки юбки поршня. Крупинки абразивного ма­териала впиваются в мягкий материал поршня, после чего исполосуют все зеркало цилиндра. Это приведет к необходимости растачивания цилиндра до следующего ремонтного размера.

Примерное распределение температур на поршне приведено на рис. 9.29. Наибольшая тепловая нагрузка приходится на днище и верхнюю часть, особенно со стороны выпускного окна. Температура нижней части юбки меньше и зависит, прежде всего, от формы поршня. Форма внутренней поверхности поршня должна быть такой, чтобы в сечении поршня не было сужений, затрудняющих теплообмен (рис. 9.30). Теплота от поршня цилиндру передается через поршневые кольца и места контакта юбки поршня с цилиндром.

Для уменьшения массы поршня и, тем самым, уменьшения сил, заметно возрастающих при высокой частоте вращения дви­гателя, можно удалить часть материала внутри поршня, но толь­ко в его нижней части. Обычно нижняя кромка поршня внутри заканчивается буртиком, являющимся технологической базой для обработки поршня. Этот буртик можно удалить, оставив толщину юбки в этом месте около 1 мм. Толщина стенки поршня должна плавно возрастать по направлению к днищу. Можно немного увеличить вырезы в юбке поршня под бобышками. Форма и размеры этих вырезов должны соответствовать вырезам в нижней части гильзы цилиндра (рис. 9.31). Для изменения время-сечения легче всего подрезать нижнюю кромку поршня со стороны впускного окна, хотя большую труд­ность представляет подбор величины подреза.

Для снижения тепловой нагрузки на верхнее поршневое кольцо рекомендуется сделать над ним обводную канавку ши­риной 0,8—1 мм и глубиной 1—2 мм. Иногда подобная канавка (или даже две) делаются между кольцами. Такие надрезы направляют тепловой поток в нижнюю часть поршня, уменьшая температуру поршневых колец.

Вообще мы не имеем возможности изменить вид и располо­жение колец. Можем только контролировать зазор в замке (раз­резе) кольца, который не должен превышать 0,5 % диаметра цилиндра. Надо также тщательно определить угловое положение замков так, чтобы они никогда не попадали на окна при движении поршня (рис. 9.32). Проводя работы над цилиндром, также надо учитывать положение замков поршневых колец.

Иногда применяется несложный способ уменьшения упру­гости поршневого кольца путем снятия фасок с его внутренних кромок. Это обеспечивает лучшее прилегание колец к зеркалу цилиндра. Такой способ особенно целесообразен при смене колец без шлифования цилиндра.