Наибольшее применение из контурных систем продувок имеет система П-образная, бесклапанная, с эксцентричным расположением осей продувочных окон (дизели завода «Русский Дизель» и фирмы «Зульцер» имеют эту систему продувки).

На рис. 82 показаны поперечный и продольный разрезы цилиндра с продувкой данной системы. Выпуск и продувка в этой системе осущест­вляются по следующей схеме.

При движении поршня от ВМТ к НМТ сначала открываются выпуск­ные окна (расположенные слева), и после того как в цилиндре давление снизится до давления продувочного воздуха, поршнем открываются продувоч­ные окна, так как высота их меньше, чем у выпускных окон. Продувочный воздух под давлением порядка р_к = 1,1?1,35 ата (если двигатель работает без наддува), создаваемым в продувочном насосе, поступает через продувоч­ные окна. Расположение продувочных окон под углом (примерно 30°) к вертикали и эксцентричное в плане направляет внача­ле поток воздуха вверх вдоль цилиндра, а затем после поворота — к выпускным ок­нам. Такое движение воздуха в цилиндре обеспечивает удовлетворение основных тре­бований, предъявляемых к системам про­дувок.

При обратном движении поршня сна­чала он закрывает продувочные окна, а потом выпускные. После закрытия выпу­скных окон начинается процесс сжатия.

Закрытие выпускных окон позже про­дувочных при восходящем движении порш­ня способствует уменьшению свежего за­ряда воздуха, что является недостатком данной системы продувки. Однако такое расположение окон вдоль оси цилиндра диктуется необходимостью снижения дав­ления газов в цилиндре к моменту откры­тия продувочных окон, до давления проду­вочного воздуха.

Для определения «время-сечение» продувочных и выпускных органов строят­ся так называемые диаграммы открытия окон. Построение диаграмм открытия окон сводится к нахождению величины откры­тия окон в зависимости от угла поворота мотыля.

Для построения диаграммы открытия окон рассматриваемой П-образной систе­мы продувки введем обозначения: r — радиус мотыля, L_ш—длина ша­туна, S — ход поршня.

Из центра О (рис. 83) опишем окружность радиусом мотыля в принятом масштабе. От точки 0 вниз отложим поправку Брикса OO', учитывающую косвенное влияние конечной длины шатуна OO' =r²/ 2L_ш в масштабе чертежа.

На вертикальном диаметре окружности мотыля от НМТ отложим высоту выпускных окон h₁ (расстояние от верхней кромки окна до кромки поршня при положении его в НМТ) в масштабе чертежа 1 см — тcм в натуре. Через точку 1 проведем горизонталь А₁А' до пересечения с окружностью, затем точки А₁ и А₁' соединим с точкой О'. Проведя линию ОА₀, параллельную О'А₁ , получим положение мотыля в точке А₀ при положении поршня в мо­мент начала выпуска. Точка А₀’ будет соответствовать концу открытия выпускных окон.

Угол А₀ОА₀’ = ?₁ является полным углом открытия выпускных окон. Откладывая высоту продувочных окон аналогично находим полный угол открытия продувочных окон ?₁. Если разделить угол А₁0' А₅ на равные части, то соответствующие положения поршня будут в точках 2; 3; 4 и т. д.

Следовательно, при повороте мотыля на угол А₁О' А₂ поршень откроет выпускные окна на величину 1—2, а при повороте на угол А₁О' А₃ выпуск­ные окна откроются на величину 1—3.

Для дальнейшего построения диаграммы открытия окон установим масштабы: по оси абсцисс 1 см — ? угла поворота мотыля, по оси ординат 1 см — т см величины линейного открытия окон. Откладывая в принятых масштабах по оси ординат линейные величины открытия окон, взятые из бицентровой диаграммы, а по оси абсцисс — соответствующие углы поворота мотыля, получим кривую А₁A₅А₁' (рис. 84).

Участок кривой А₁ А₅ соответ­ствует открытию выпускных окон, а участок А₅ А₁ соответствует закрытию выпускных окон. Откладывая, как это показано, величину h₂, получим кри­вую SA₅S' открытия продувочных окон. Ранее установленные масштабы диаграммы открытия окон выразим в зависимости от времени поворота мотыля и сечения открытия окон.

где ?₂ угол наклона продувочных окон.

Величина площади диаграммы открытия окон выражает «время-се­чение», т. е. произведение времени открытия окон в секунду на суммарное проходное их сечение в квадратных сантиметрах.

Площадь F₁ выражает «время-сечение» выпуска до продувки, или «время-сечение» свободного выпуска:

Пределы интегрирования для определения F₁ : t = 0 (начало выпуска) t = t_s (начало продувки).

Площадь F₂ выражает «время-сечение» продувки в пределах инте­грирования

t₁ = t_s и t₂ = t_s'— начало и конец продувки.

Площадь F₃ (рис. 86, площадь F₂ перенесена вниз) выражает «время-сечение» выпуска в период продувки, или «время-сечение» принужденного выпуска, т. е.

Площадь F₄ выражает «время-сечение» выпуска после продувки. Таким образом, для определения «время-сечения» окон надо замерять площадь соответствующего участка диаграммы открытия окон и умножить на масш­таб площади. Зная «время-сечение», можно определить условные средние скорости истечения.

Условная средняя скорость свободного выпуска

Обычно ?₁ составляет 250 — 800 м/сек.

Условная средняя скорость продувки

Обычно ?₂ составляет 65—100 м/сек.

Условная средняя скорость принужденного выпуска

Обычно ?₃ составляет 50 — 200 м/сек,

где V₃' — рабочий объем цилиндра в см³;

?₁— коэффициент избытка воздуха при продувке;

? — отношение высоты выпускных окон к ходу поршня. Использование энергии импульса газов, возникающих в выпускном коллекторе с подобранным числом цилиндров, двухтактного дизеля позво­ляет увеличить наполнение цилиндра как за счет непосредственного напол­нения, так и за счет гидравлического запирания цилиндра.

Изменение фаз распределения у судового дизеля 6ДНР 30/50 (увеличе­ние угла закрытия выпускных окон (угол поворота коленчатого вала дизеля после НМТ) с 65 до 73° и соответственно увеличение угла начала вы­пуска позволили повысить его мощность на 20 % и снизить удельный расход топлива на 6—8 г/э. л. с.ч.

Таким образом, для рассматриваемой поперечной контурной системы продувки оказалось целесообразнее использовать энергию выпуска непо­средственно для наполнения цилиндра и в газовой турбине, чем трансфор­мирование этой энергии только в турбокомпрессоре.

Применение управляемого золотника на выпускном тракте значительно усложняет конструкцию дизеля, а потому является менее эффективным, чем этот способ. Указанный дизель имеет два выпускных коллектора, которые объединяют цилиндры 1_У 2, 3 и 4, 5 и 6 соответственно; вы­пуски в каждом коллекторе сле­дуют через 120° п. к. в.

Односторонняя петлевая систе­ма продувки (рис. 87) применяется в судовых дизелях фирмы МАН.

В этой системе продувки окна продувочные и выпускные имеют одностороннее расположение; верх­ние окна выпускные, нижние про­дувочные. Продувочные окна име­ют небольшой наклон книзу (око­ло 15°) и лучевое расположение в плане, которое имеют и выпускные (разрезы АА и ББ).

При движении поршня от ВМТ к НМТ сначала открываются выпуск­ные окна и потому начинается свободный выпуск, в результате чего давле­ние в цилиндре падает. В период времени перемещения поршня с момента начала открытия выпускных окон до момента начала открытия продувоч­ных окон давление в цилиндре падает до давления, равного давлению проду­вочного воздуха. Продувочный воздух, вследствие наклона продувочных окон, сначала омывает днище поршня, а затем, описав петлю по контуру цилиндра, направляется в выпускные окна. Вихревой мешок, который обра­зуется вдоль оси цилиндра (рис. 88), зависит от ширины окон; с увеличением ширины окон он уменьшается.

Наличие указанного вихревого мешка снижает качество очистки ци­линдра, так как место расположения вихря заполнено продуктами' сгора­ния. Большой путь продувочного воздуха (примерно два диаметра плюс два хода поршня) и изменение скорости по пути способствуют перемешива­нию воздуха с продуктами сгорания. Опытные данные показывают, что ко­эффициент остаточных газов у двигателей с данной системой продувки дости­гает значения 0,10—0,12.

При движении поршня в обратном направлении, от НМТ к ВМТ сначала закрываются поршнем продувочные окна, а потом выпускные, вследствие чего снижается вес свежего заряда воздуха.

Для устранения этого недостатка фирма МАН в своих двигателях стала применять за выпускными окнами вращающиеся золотники (рис. 89). Зо­лотники всех цилиндров связаны между собой и имеют один общий привод в действие от коленчатого вала двигателя. С помощью этих золотников выпускной тракт цилиндра перекрывается еще раньше закрытия поршнем продувочных окон при его движении вверх. Следовательно, вследствие этого устраняется имеющее место в этой системе продувки уменьшение заряда свежего воздуха, а наоборот, осуществляется некоторая дозарядка. Однако эксплуатации установка золотников себя не оправдала, и они не приме­няются.

На рис. 90 показана диаграмма открытия окон рассматриваемой петлевой системы продувки. Обозначения здесь все прежние. В точке К вы­пускные окна открыты полностью, а промежуток времени между точками K и S соответствует прохождению поршнем в цилиндре перемычки между ядами выпускных и продувочных окон вдоль оси цилиндра. В точке S' продувка заканчивается, и на участке S'А' будет происходить выпуск после продувки. При наличии золотника в выпускном тракте выпуск заканчивается раньше точки S', а потому «время-сечение» продувки F₂ становится равно или больше «время-сечения» принужденного выпуска F₃ + F_l' (F_l' в этом случае равно нулю) и поэтому будет происходить дозарядка, цилиндра свежим воздухом.

К поперечной контурной си­стеме продувки относится и система продувки, усложненная двумя рядами продувочных хон, которая применяется в судовых дизелях фирмы «Зульцер». Верхний ряд продувочных окон, которые расположены вы­ше выпускных, либо оба ряда перекрыты автоматическими клапа­нами (рис. 91, а). При движении поршня от ВМТ к НМТ верхние продувочные окна открываются поршнем раньше выпускных, но ввиду того что давление газов в цилиндре до открытия выпускных окон остается большое давления продувочного воздуха, верхние продувочные окна остаются перекрытыми клапанами. После открытия выпускных окон, когда давле­ние в цилиндре станет равным давлению продувочного воздуха, продувоч­ный воздух будет поступать через оба ряда продувочных окон, так как лапаны будут открыты. Продувочные окна имеют наклон вверх около 30° вертикали. При обратном движении поршня (от НМТ к ВМТ) верхние продувочные окна закрываются поршнем позже выпускных, а потому происходит дозарядка цилиндра продувочным воздухом.

На рис. 92 приведена диаграмма открытия окон данной системы продувки с двумя рядами продувочных окон. На этой диаграмме «время-се­чение» продувки выражается площадью F₂= F₂' + F₂'' (здесь площадь F₂' накладывается на площадь F₂'', что показано штриховкой). Площадь F₃ вы­ражает «время-сечение» принужденного выпуска, а F₁ — «время-сечение» свободного выпуска, при этом начало выпуска в точке А, а конец — в точке А'.

В точке S начало продувки через оба ряда окон, в точке S' конец про­дувки через нижние окна, а конец продувки через верхние окна в точке С'. Линия СD соответствует открытию верхних продувочных окон, а линия К'О' соответствует закрытию автоматических клапанов. Площадь А'С"O"С'А" условно выражает «вре­мя-сечение» дозарядки свежим воздухом, так как она соответствует превышению «время-сечения» продувки над «время-сечением» выпу­ска. В действительности «время-сечение» дозаряд­ки равно разности «время-сечения» продувоч­ных и выпускных окон для каждого положения коленчатого вала. Дан­ная система продувки имеет коэффициент ос­таточных газов 0,07— 0,10, но усложнение кон­струкции двигателя яв­ляется недостатком ее. Фирма «Зульцер» в по­следнее время стала применять систему про­дувки с одним рядом продувочных окон, но с установкой поворотных заслонок в выхлопных патрубках. Наличие за­слонок в выпускном тракте, приводимых в действие от распределительного вала двигателя, также позволяет осуще­ствлять дозарядку свежего воздуха.

В дизелях с наддувом типа RD фирма «Зульцер» применяет измененную систему продувки (см. рис. 91, б). Продувочный воздух по выходе из турбо­нагнетателя 3 поступает в холодильник 5 и дальше в подпоршневое прост­ранство 8 цилиндра 1. Полость 7 ресивера продувочного воздуха является отдельной для каждого цилиндра дизеля. При ходе поршня 10 к НМТ воздух в подпоршневом пространстве сжимается до 2—2,2 ата и вследствие этого невозвратные клапаны 6 закрываются. Кроме основного ряда продувоч­ных окон 11 имеется еще один ряд дополнительных продувочных окон 9, которые расположены под выпускными окнами 12. После открытия поршнем продувочных окон 11 начинается продувка цилиндра и вслед за падением давления воздуха в подпоршневом пространстве ниже давления продувоч­ного воздуха, поступающего от турбонагнетателя, открываются клапаны 6; продолжается зарядка цилиндра воздухом от турбонагнетателя. Воздух, поступающий в цилиндр через окна 9, создает подпирающий поток продувочного воздуха, идущий через основные окна 11. Такая система продувки является поперечно-петлевой. Наличие дополнительных продувочных окон увеличивает «время-сечение» продувки и улучшает очистку цилиндра. На­личие заслонки 2 в патрубке 4, которая закрывается при ходе поршня вверх после закрытия продувочных окон), устраняет потерю свежего заряда воздуха.

Видоизменением системы продувки с двумя рядами продувочных окон является система продувки, применяемая заводом «Поляр» (рис. 93), кото­рая имеет продувочные и выпускные окна одинаковой высоты. Продувочные окна перекрыты автоматически­ми клапанами.

Диаграмма открытия окон этой системы продувки показана на рис. 94, где кривая SK является линией открытия автоматических клапанов. Площадь так­же выражает «время-сечение» продувки.