Продолжительность открытия впускных или выпускных отвер­стий цилиндра, выраженную в градусах угла поворота коленчатого вала, принято называть фазами газораспределения.

В зависимости от назначения отверстий, соединяющих цилин­дровую полость двигателя с впускным или выпускным трубопрово­дами, различают фазы впуска (продувки) и выпуска. Величину фаз выбирают сообразно с тактностью двигателя, особенностями его конструкции и быстроходностью. Правильный выбор фаз газорас­пределения для каждой конкретной модели двигателей в значи­тельной степени определяет их параметры. На окончательном выборе фаз газораспределения останавливаются после эксперименталь­ного уточнения путем испытаний данной модели двигателя на стенде.

Для большей наглядности фазы газораспределения обычно изображают в виде круговых диаграмм. На рис. 1 показаны такие диаграммы для четырехтактного автомобильного двигателя МЗМА-408 и двухтактного мотоциклетного двигателя К-175, имею­щего кривошипно-камерную продувку.

В четырехтактных двигателях рабочий цикл осуществляется за два оборота вала, причем ход впуска или выпуска совершается поршнем за 180° угла поворота коленчатого вала. Однако опыт создания четырехтактных двигателей и экспериментальные иссле­дования их показали, что продолжительность процессов впуска и выпуска должна быть больше соответствующих ходов поршня. Иначе нельзя ожидать хороших мощностных и экономических показателей. Поэтому в быстроходных автомобильных двигателях процесс впуска начинается за 10—20° до прихода поршня в в.м.т., а заканчивается примерно через 40—70° и даже 100° угла поворота вала после того, как поршень пройдет н.м.т. Следовательно, общая продолжительность фазы впуска составляет 240÷300° угла поворота коленчатого вала (см. рис. 1, а).

Рис. 1 - Диаграммы фаз распределения:

а)  четырехтактного двигателя МЗМА-408;  б)  двухтактного двигателя   К 175

Угол поворота коленчатого вала от н.м.т. до момента закрытия впускного клапана называется углом запаздывания закрытия. Увеличение угла запаздывания закрытия клапана заметно улучшает наполнение цилиндров. Объясняется это явление возникающим инерционным напором потока во впускном трубопроводе, который усиливается к концу процесса впуска. Благодаря этому свежий заряд может поступать в цилиндр и в то время, когда поршень движется от н.м.т. к в.м.т. Обычно за время запаздывания закрытия впускного клапана при полной нагрузке и номинальных оборотах вала в цилиндр поступает 10—15% свежей горючей смеси или воздуха, потребляемых двигателем.

Такую же примерно продолжительность в автомобильных дви­гателях имеет и фаза выпуска (см. рис. 1, а). Выпускной клапан открывается до прихода поршня в н.м.т. при такте расширения за 40—60° угла поворота коленчатого вала, а закрывается с запаз­дыванием на 15—20° после завершения хода выпуска (после в.м.т.).

Открытие выпускного клапана с большим углом опережения необходимо для того, чтобы лучше очистить цилиндр. К этому момен­ту газы в цилиндре имеют давление около 4—5 кГ/см² (≈0,4—0,5 Мн/м²) и выбрасываются в атмосферу с большой скоростью равной скорости при критическом перепаде давлений Считают что за первую фазу выпуска из цилиндра выбрасывается примерно 60—70% всех отработавших газов и только 20—30% их удаляется при последующем ходе поршня от н.м.т. до в.м.т., когда осу­ществляется вторая фаза выпуска. Если бы выпускной клапан откры­вался в момент нахождения поршня в н.м.т., то все отработав­шие газы пришлось бы удалять из цилиндра при движении поршня к в.м.т. и затрачивать на это большую работу.

Увеличение работы на впуск свежего заряда в цилиндры или выпуск в атмосферу отработавших газов ведет к ухудшению эконо­мических и мощностных показателей двигателя.

Расширение фаз впуска и выпуска путем введения некоторого опережения открытия впускного и запаздывания закрытия выпуск­ного клапанов позволяет лучше использовать проходные сечения клапанных отверстий, так как к началу хода впуска и после завершения поршнем хода выпуска клапаны находятся в приоткрытом состоянии. Положение, когда поршень находится вблизи в.м.т. и оба клапана одновременно приоткрыты, называется перекрытием клапанов.

В двигателе, диаграмма фаз газораспределения которого пока­зана на рис. 1, а, перекрытие клапанов составляет 40° угла пово­рота коленчатого вала.

Рабочий процесс в двухтактных двигателях осуществляется за один оборот коленчатого вала, поэтому в сравнении с четырех­тактными двигателями продолжительность фаз газораспределения у них примерно в два раза меньше. Круговая диаграмма фаз двух­тактного двигателя (см. рис. 1, б), имеющего кривошипно-камерную продувку, существенно отличается от диаграмм четырехтакт­ных двигателей еще и тем, что характеризует газообмен одновре­менно в надпоршневой и кривошипной полостях двигателя.

Для двигателей типа К-175, показанная на рис. 1, б круговая диаграмма является типичной. Впуск горючей смеси в кривошипную камеру продолжается всего 121° угла пово­рота вала, пока открыто окно 10°. К моменту открытия окна 6 давление в цилиндре снижается почти до атмосферного и как только окно 6 приоткроется, начинается продувка цилиндра, т. е. процесс одновременного наполнения цилиндра и принудительного вытеснения из него отработавших газов.

В рассматриваемом примере выпуск продолжается 147°, а про­дувка всего 122° угла поворота коленчатого вала. Поэтому очистка и наполнение цилиндров в двигателях с двухтактным рабочим процессом всегда бывает хуже, чем в четырехтактных.

Источник: Райков И.Я., Рытвинский Г.Н. Двигатели внутреннего сгорания, 1971 г