Heatgunner
Вчера 22:44
Насадка с обратным потоком против насадки с поперечным потоком
В Википедии говорится, что поперечно-проточные головки блока цилиндров лучше подают заряд, поскольку газам не нужно менять направление с впускного на выпускное. Таким образом, более высокая инерция потока газа в одном направлении позволяет подавать в цилиндр больше заряда во время перекрытия клапанов.
В Википедии также говорится, что головка блока цилиндров с обратным потоком лучше очищает камеру сгорания. Это связано с тем, что газы должны менять направление с впускного на выпускное. Постоянное завихрение во время перекрытия клапанов также способствует процессу очистки камеры сгорания.
Но я думаю, что конструкция головки с поперечным потоком должна обеспечивать лучшую подачу свежего заряда, а также лучшую продувку. Это связано с тем, что во время перекрытия клапанов завихрение приводит к более интенсивному смешиванию свежего заряда и отработанных газов, поэтому в цилиндре остаётся больше отработанных газов. Кроме того, в головке с поперечным потоком жидкость не меняет направление, что должно повышать инерцию потока, а значит, улучшать подачу свежего заряда и продувку.
В конечном счёте мой вопрос заключается в том, какая конструкция лучше с точки зрения как подачи свежего заряда, так и удаления продуктов сгорания?
Перевод вопроса с Mechanics Stack Exchange
Лицензия: CC BY-SA (2.5–4.0)
Оригинальный вопрос: https://mechanics.stackexchange.com/questions/90082/reverse-flow-head-vs-cross-flow-head
Мне кажется, вы, возможно, немного неправильно поняли принцип продувки цилиндров, когда спросили, смешиваются ли сгоревшие газы со свежим зарядом, особенно в многоцилиндровом двигателе.
Имейте в виду, что конструкция вращающегося узла такова, что поршень будет быстрее всего перемещаться по вертикали, когда находится в середине отверстия. Как только он приблизится к ВМТ, его высота относительно деки будет довольно постоянной в пределах небольшого процента при хорошем проценте вращения рукоятки.
Именно в этот момент вступает в игру перекрытие клапанов, но поршень уже практически полностью вытолкнул выхлопные газы из коллектора. По сути, произошло следующее: «импульс» сжатого газа прошёл по коллектору, но в точке соединения первичных коллекторов это вызвало перепад давления между выпускными коллекторами.
В момент открытия впускного клапана головка поршня уже находится очень близко к ВМТ, где она будет находиться достаточно долго, пока кривошип поворачивается в положение, готовое к такту впуска. Эффективное отрицательное давление на выпускном клапане, вызванное волнами давления, выходящими сейчас из выхлопной трубы, и действием других фазированных импульсов в других основных каналах, означает, что выпускной клапан действует как вакуум, действуя в чашке поршня и в прижимной ленте внутри головки (в зависимости от конструкции).
Когда впускной клапан открывается, этот вакуум втягивает свежую смесь из впускного коллектора. Если перекрытие слишком велико, то несгоревшее топливо с большей вероятностью попадёт в выхлопную систему, чем сгоревший газ вернётся во впускную камеру.
Я уверен, что вы можете себе представить, как впускные и выпускные клапаны в двигателе с обратным расположением портов создают завихрения на головке поршня. Хотя в большинстве случаев это ограничено, поскольку в двигателях с обратным расположением портов обычно по одному впускному и выпускному клапану на цилиндр, которые обычно расположены на одной линии над центром камеры сгорания.
При использовании двигателей с обратным расположением портов необходимо учитывать ещё одно ограничение — физическое пространство со стороны коллектора в головке блока цилиндров. Компания Austin-Morris в двигателе Mini серии A в некоторой степени обошла это ограничение, использовав «сиамские» порты, но это не идеальный вариант, поскольку у него есть свои недостатки. Компания Volkswagen в оригинальном двигателе Golf GTI DX установила впускной коллектор немного выше выпускного, но это привело к тому, что выпускной коллектор стал нагреваться.
Конструкция с поперечным потоком позволяет использовать отверстия большего размера, так как у вас есть большая поверхность для литья впускных и выпускных отверстий. Это также позволяет установить несколько клапанов, а конструкция с двумя кулачками и поперечным потоком позволяет размещать впускные и выпускные клапаны по обе стороны от центральной линии, что опять же способствует завихрению. Кроме того, это позволяет разместить свечу зажигания по центру. С точки зрения реального потока, головка блока цилиндров с поперечным потоком имеет много преимуществ перед головкой с обратным потоком.
Конечно, есть и третий способ...
Самая большая проблема, связанная с конструкцией головки блока цилиндров, заключается в том, что температура на входе обычно намного ниже температуры на выходе. Это приводит к тому, что головка блока цилиндров нагревается, что в конечном счёте является инженерным ограничением с точки зрения пиковой мощности.
В 1980-х годах компания Lancia впервые применила конструкцию, которую они назвали triflux. Впускной коллектор был установлен по центру между двумя распределительными валами. С каждой стороны головки блока цилиндров располагался выпускной коллектор. В каждом цилиндре было по два впускных и два выпускных клапана, но они чередовались, как перекрещивающиеся шнурки на кроссовках. Это обеспечивало превосходную завихряемость и продувку, но не позволяло создать «горячую сторону» двигателя. Благодаря равномерному нагреву двигателя удалось добиться гораздо большей выходной мощности. Действительно, они получили более 900 лошадиных сил от 1,7-литрового рядного 4-цилиндрового двигателя с двойным турбонаддувом.
В конечном счёте для дорожных автомобилей всегда существует компромисс между мощностью, эффективностью, возможностями настройки и стоимостью производства. Если говорить о двигателях, с которыми вы, скорее всего, столкнётесь, а не о тех, которые вы проектируете с нуля, то поперечно-проточный двигатель обеспечивает лучшую циркуляцию просто потому, что у него в два раза больше площади поверхности головки блока цилиндров, на которую можно установить коллекторы.