Oczyszczanie (silnik) - Scavenging (engine)

Schemat oczyszczania jednokierunkowego

Oczyszczanie to proces wymiany spalin w cylindrze silnika spalinowego na mieszankę świeżego powietrza/paliwa (lub świeżego powietrza w przypadku silników z bezpośrednim wtryskiem) na kolejny cykl. Jeśli oczyszczanie jest niepełne, pozostałe gazy spalinowe mogą powodować niewłaściwe spalanie w następnym cyklu, prowadząc do zmniejszenia mocy wyjściowej.

Oczyszczanie jest równie ważne zarówno w przypadku silników dwusuwowych, jak i czterosuwowych . Większość nowoczesnych silników czterosuwowych wykorzystuje głowice cylindrów z przepływem krzyżowym i nakładanie się rozrządu w celu oczyszczenia cylindrów. Nowoczesne silniki dwusuwowe wykorzystują oczyszczanie Schnuerle (znane również jako „oczyszczanie pętli”) lub oczyszczanie jednokierunkowe.

Początki

Pierwszymi silnikami celowo zaprojektowanymi, aby zachęcić do oczyszczania, były silniki gazowe zbudowane przez Crossley Brothers Ltd w Wielkiej Brytanii na początku lat 90. XIX wieku. Te silniki Otto Crossley Scavenging było możliwe przez ostatnie przejście od zasuwy do grzybkowych zaworów , co pozwoliło bardziej elastyczną kontrolę nad faz rozrządu zdarzeń. Zamknięcie zaworu wydechowego nastąpiło ponad 30 stopni później niż we wcześniejszych silnikach, co dało długi okres „nakładania się” (gdy zarówno zawory dolotowy, jak i wydechowy są otwarte). Ponieważ były to silniki gazowe, nie wymagały długiego okresu zamykania zaworów podczas suwu sprężania. Gazy spalinowe były pobierane z silnika przez częściowe podciśnienie powstałe w wyniku „urobu” spalin z poprzedniego cyklu spalania.

Ta metoda wymaga, aby rura wydechowa była wystarczająco długa, aby pomieścić kulę gazu przez cały czas trwania suwu. Ponieważ silnik Crossleya był tak wolnoobrotowy, skutkowało to powstaniem rury wydechowej o długości 65 stóp (20 m) między silnikiem a jego żeliwnym tłumikiem.

Rodzaje oczyszczania

Oczyszczanie w przepływie krzyżowym

Oczyszczanie z przepływem krzyżowym za pomocą tłoka deflektora

Głowice cylindrów z przepływem krzyżowym są stosowane w większości nowoczesnych silników dwusuwowych, w których otwory dolotowe znajdują się po jednej stronie komory spalania, a wyloty po drugiej stronie. Pęd gazów pomaga w oczyszczaniu podczas fazy „nakładania się” (kiedy zawory wlotowy i wydechowy są jednocześnie otwarte).

Oczyszczanie pętli pionowej

W przypadku silników dwusuwowych oczyszczanie z przepływem krzyżowym stosowano we wczesnych silnikach sprężających skrzynię korbową , na przykład stosowanych w małych motocyklach. Otwór transferowy (gdzie mieszanka paliwowo-powietrzna wchodzi do komory spalania) oraz wylot spalin znajdowały się po przeciwnych stronach komory spalania. Ten układ miał zaletę prostoty, ale również kierował wchodzący ładunek bezpośrednio w otwór wylotowy. Aby usprawnić opróżnianie cylindra ze spalin i zatrzymać więcej ładunku wchodzącego do cylindra, często stosowano tłok deflektora . Ten kształt tłoka kierował gazy wlotowe w kierunku górnej części cylindra, aby wypchnąć spaliny w dół i na zewnątrz portu wydechowego. Jednak tłok deflektora nie był zbyt skuteczny w praktyce – znaczna część strumienia gazu obierała skróconą ścieżkę i nadal nie docierała do górnej części cylindra – a kształt tłoka pogarszał kształt komory spalania, powodując długie ścieżki płomieni i nadmierna powierzchnia. Dlatego też w nowoczesnych silnikach dwusuwowych rzadko stosuje się oczyszczanie w pętli pionowej.

Oczyszczanie Schnuerle

Oczyszczanie Schnuerle'a (czasami nazywane „oczyszczaniem pętli” lub „odwrotnym oczyszczaniem”) to konstrukcja stosowana w większości nowoczesnych bezzaworowych silników dwusuwowych. Kluczową różnicą w porównaniu do oczyszczania z przepływem krzyżowym jest to, że porty transferowe znajdują się po obu stronach portu wydechowego i są skierowane na przeciwległą ścianę cylindra. Gdy mieszanka paliwowo-powietrzna wchodzi do komory spalania, przemieszcza się w poprzek cylindra, a następnie w górę ściany cylindra naprzeciwko portu wydechowego, zanim zapętli się przy głowicy cylindra i z powrotem do portu wydechowego. Ta długa droga przepływu i przeciwne kierunki przepływu wlotowego i wylotowego minimalizują mieszanie się świeżego i zużytego gazu oraz ogranicza ilość świeżego ładunku, który wydostaje się z cylindra przed zamknięciem otworów. Ta metoda oczyszczania wymaga lepszego zrozumienia trójwymiarowego przepływu gazu w butli i większej staranności w rozmieszczeniu, rozmiarze i kącie różnych portów.

Oczyszczanie Uniflow

Oczyszczanie Uniflow to konstrukcja, w której świeży ładunek wlotowy i spaliny przepływają w tym samym kierunku. Wymaga to, aby otwory wlotowe i wylotowe znajdowały się na przeciwległych końcach cylindra. Stosowany w niektórych silnikach dwusuwowych, świeży ładunek wchodzi przez porty sterowane tłokiem w dolnej części cylindra i płynie w górę, wypychając spaliny przez zawory grzybkowe znajdujące się w głowicy cylindrów. Inne silniki jednokierunkowe - takie jak silnik okrętowy Ricardo Dolphin - wykorzystują kierunek przepływu w dół, przy czym mieszanka świeżego powietrza i paliwa wchodzi do górnej części cylindra, a spaliny wychodzą w kierunku dolnej części cylindra. Jeszcze inna konstrukcja wykorzystuje porty sterowane tłokiem na obu końcach cylindra i dwa przeciwległe tłoki w każdym cylindrze poruszające się w przeciwnych kierunkach, aby skompresować ładunek między nimi.

Metoda jednoprzepływowa była często stosowana w dwusuwowych silnikach wysokoprężnych w pojazdach samochodowych, jednostkach pływających, lokomotywach kolejowych oraz jako silniki stacjonarne. Jego wadą jest dodatkowa złożoność, masa, objętość i koszt wymagany do wdrożenia układu zaworów grzybkowych (lub dodatkowego wału korbowego lub wahaczy wymaganych do sterowania drugim tłokiem).

Zobacz też

Bibliografia