Vikupautomsk.ru

Выкуп Авто МСК
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое продувка двухтактного двигателя дизеля

ПРОДУВКА ЦИЛИНДРА ДВУХТАКТНОГО ДИЗЕЛЯ

Наиболее простой является поперечная (петлевая) продувка (рис. 21, а). Продувочный воздух поступает через продувочные окна, занимающие часть боковой поверхности цилиндра против выпускных окон. При движении вниз (в конце расширения) поршень открывает выпускные окна, через которые газы выпускаются из цилиндра, затем открывает продувочные окна. Давление в цилиндре снижается по сравнению с давлением продувочного воздуха. Поэтому продувочный воздух заполняет цилиндр, вытесняя оставшиеся отработавшие газы.

Рис. 21. Схема продувок: а — поперечная; б — клапанно-щелевая; в — прямоточно-щелевая

После того как поршень при движении вверх закроет окна, начнется процесс сжатия воздуха. При таком способе продувки верхнее пространство цилиндра плохо очищается от отработавших газов.
Для улучшения очистки приходится большое количество воздуха пропускать через цилиндр, на что затрачивается дополнительная мощность. В этом отношении лучше прямоточная продувка (рис. 21, б), при которой продувочный воздух, поступая через окна, имеющие тангенциальный и радиальный наклоны, направляется к верхней части цилиндра и вместе с газами выходит из цилиндра через выпускные каналы в цилиндровой крышке при открытом выпускном клапане: двигаясь по винтовой линии, воздух образует как бы «воздушный» поршень, который вытесняет отработавшие газы через выпускной клапан в крышке цилиндра. Поэтому такая продувка называется клапанно-щелевой. Но, удаляя отработавшие газы, часть воздуха также проходит «транзитом» через цилиндр в выпускной тракт. Хотя этот вид продувки и более совершенный, чем поперечная, но продукты сгорания не полностью удаляются из цилиндра, ибо зоны вблизи крышки остаются неочищенными.
Такая схема продувки применена в тепловозных дизелях 11Д45 и 14Д40.
На дизелях типа Д100 при встречно-движущихся поршнях применена так называемая прямоточно-щелевая продувка цилиндров (рис. 21, в). В этой схеме сначала нижним поршнем открываются выпускные окна. Осуществляется предварительный выпуск газов. Затем верхний поршень открывает продувочные окна, после чего начинается принудительная продувка цилиндра воздухом, поступающим через впускные окна и движущимся в цилиндре по винтовой линии, как показано стрелками.Образующийся «воздушный» поршень вытесняет отработавшие газы через выпускные окна, расположенные по периметру окружности в нижней части цилиндра. Этот вид продувки наиболее совершенный: вместо металлического поршня в четырехтактном двигателе образующийся в двухтактном дизеле «воздушный поршень» обеспечивает хорошую очистку цилиндра. После закрытия выпускных окон воздух под давлением еще некоторое время продолжает поступать в цилиндр через продувочные окна, благодаря чему осуществляется дозарядка цилиндра. С закрытием продувочных окон начинается сжатие поршнями воздуха. В двухтактном дизеле процессы сжатия воздуха, впрыска топлива, его воспламенения и расширения газов протекают примерно так же, как и в четырехтактном. Таким образом, в двухтактном дизеле рабочий цикл образуется следующими двумя тактами.

Первый такт — сжатие (см. рис. 20, б). Пройдя нижнюю мертвую точку, поршень начинает перемещаться вверх, закрывая сначала продувочные, затем выпускные окна. Так как окна закрыты, поршень сжимает воздух, заполнивший цилиндр. При этом температура воздуха повышается до температуры, достаточной для воспламенения топлива.
Второй такт — рабочий ход (см. рис. 20, а). При подходе поршня к верхней мертвой точке в горячий воздух из форсунки впрыскивается дизельное топливо. Происходит самовоспламенение топлива, процесс горения которого сопровождается ростом температуры и давления рабочей смеси. Под действием возрастающего давления газов поршень перемещается к нижней мертвой точке. Этот такт является рабочим.
Как уже знает читатель, конец второго и начало первого такта занимают процессы очистки и продувки цилиндра, соответствующие тактам выпуска и всасывания в четырехтактном дизеле. Благодаря этим особенностям рабочий цикл двухтактного дизеля осуществляется за два хода поршня или за один оборот (360°) коленчатого вала вместо четырех ходов поршня или двух оборотов (720°) коленчатого вала, как это делается в четырехтактных дизелях. При этом часть рабочего хода поршня недоиспользуется из-за более раннего, чем в четырехтактных двигателях, открытия выпускных органов (подробно об этом ниже). Кроме того, часть полезной работы дизеля затрачивается на сжатие дополнительного воздуха, необходимого для продувки цилиндров.

Двухтактный дизельный двигатель: принцип работы и особенности

Двухтактный дизельный двигатель представляет собой двигатель внутреннего сгорания. Топливо-воздушная смесь сгорает за 2 движения поршня. Цикл завершается всего за 1 оборот коленвала. Такие показатели кажутся впечатляющими, однако существует несколько особенностей работы агрегата, о которых стоит узнать подробнее.

Главным достоинством такого мотора можно считать меньший расход топлива в сравнении с бензиновыми агрегатами. Это происходит за счет одной из особенностей дизельного топлива. Оно плотнее бензина, поэтому при сгорании дает на 15% энергии больше. Это обеспечивается более длинной цепочкой углеродов. Кроме того, технические характеристики таких двигателей стоят наравне с показателями аналогичных двигателей.

Строение

В состав двухтактного дизеля входит картер, совмещенный с коленчатым валом поршень, форсунки, впускные и выпускные окна цилиндра, топливный и водяной насосы. Последний снабжается плунжерным переключателем и датчиком температуры, а также емкостями, которые наполняются водой. Агрегат обеспечивает повышение КПД и за счет улучшенного сгорания топливо-воздушной смеси. Токсичность отходов при этом снижается.

В двухтактном моторе расположена газовая турбина и нагнетатель. Последний отвечает за повышение давления в цилиндрах — это обеспечивает экономию топлива и повышение мощности. Газовая турбина запускает преобразователь энергии тепла в энергию движения.

Продувочный воздух поступает в двухтактный дизельный двигатель несколькими способами — с помощью:

  • насосов;
  • продувочных камер;
  • компрессоров.

Продувка может осуществляться по одной из схем — контурной или клапанно-щелевой.

Стоит отметить, что использование контурной схемы снижает как экономические, так и технические показатели агрегата. Это объясняется тем, что в цилиндрах имеются не продуваемые области.

Цилиндры монтированы вдоль. Каждый из них оснащается выпускными и вентиляционными отверстиями. Газ поступает к турбине через коллектор. Когда поршни двигаются, рабочая камера периодически открывается и закрывается. Коленчатые валы взаимодействуют друг с другом. Это обеспечивается механизмом основной передачи.Топливо при этом сгорает при достаточно высокой температуре.

Для смазки трущихся деталей и подшипников применяется смесь масла и топлива. Она подается в цилиндр и кривошипную камеру. Смазки эти узлы не имеют, поскольку она смылась бы топливом. Именно поэтому к горючему его доливают в определенном соотношении.

При этом для двухтактного дизельного двигателя используется определенное масло. Оно выдерживает продолжительное воздействие высоких температур, способно практически не оставлять после сгорания зольных отложений.

Как работает?

Принцип работы двухтактного дизеля основан на выполнении 2 тактов: сжатие и рабочий ход. Конструкция агрегата позволяет выполнять весь цикл вдвое быстрее, чем в четырехтактных моторах.

Для двухтактных дизельных двигателей принцип работы следующий:

  1. Поршень из НМТ начинает двигаться вверх. В цилиндре имеется воздух. Приходе поршня вверх он сжимается, а когда поршень подходит к ВМТ, впрыскивается порция свежего топлива. При этом горючее самовоспламеняется и осуществляется рабочий ход.
  2. Продукты сгорания толкают поршень, вследствие чего тот движется вниз. Когда поршень доходит до НМТ, осуществляется продувка —воздух замещает продукты сгорания. Это является завершением цикла.

Внизу цилиндра имеются продувочные окна. Они необходимы для процесса продувки. Когда поршень снизу, они открыты. Во время подъема поршня они закрываются. Значительное увеличение показателя мощности двухтактных моторов происходит за счет повышения числа рабочих ходов. Двухтактный дизельный двигатель, принцип работы которого достаточно прост, обладает массой преимуществ.

Мифы о двухтактных дизельных моторах

Существует несколько распространенных мифов касательно двухтактных двигателей:

  1. Слишком медленная работа. В действительности современные моторы с турбонаддувом гораздо эффективнее предыдущих моделей.
  2. Такие моторы слишком громкие. Чтобы этого избежать, необходима правильная настройка двигателя. При правильном выполнении всех настроек работа мотора происходит немногим громче бензинового аналога. Высокий уровень шума свидетельствует о неправильной настройке мотора или его неисправности. Для старых моделей высокий уровень шума — характерная черта, создание появление аккумуляторных систем с высоким давлением существенно снизило уровень шума.
  3. Покупать дизель выгоднее бензина. Это так, но лишь отчасти. Несколько лет назад дизельное топливо стоило намного дешевле бензина, однако сегодня разница составляет всего 10-20%. Основная экономичность заключается в способности теплотворной способности горючего.
  4. Такие моторы плохо заводятся зимой. Раньше проблемы с ними действительно возникали. Однако современные автомобили с дизельными двигателями оснащены быстрым запуском, что снижает время на ежедневные подготовки к поездкам.

Срок службы дизеля превышает бензиновые агрегаты. Он может достигать 400-600 тыс. км.

Каждый двухтактный дизельный двигатель имеет одну отличительную особенность — через окна цилиндров впускается воздух и устраняются отработавшие газы. Когда они выходят через клапан в цилиндре, а воздух поступает через окна, система такой очистки называется клапанно-щелевой.

Подобные системы очистки имеют одну особенность — в цилиндре остается только часть воздуха. Поднимаясь вверх, он частично выходит за пределы мотора. Такую очистку еще называют прямоточной. Она обеспечивает максимальную эффективность очистки двигателя от продуктов сгорания.

Читать еще:  Горит лампа неисправность двигателя по какой причине

Помимо прямоточной продувки существует и петлевая, однако она отличается меньшим качеством очистки. Именно поэтому для современных автомобилей она используется нечасто. Рабочие ходы такого агрегата выполняются в два раза чаще, однако на мощности это сказывается незначительно (она увеличивается в 1,5-1,7 раза). Это объясняется наличием продувки, а также тем, что внутри цилиндра происходит более короткий ход.

Преимущества

Двухтактные дизельные двигатели стали производиться относительно недавно. Такие моторы на сегодняшний день имеют множество модификаций. К примеру, зажигание бывает 2 типов: контактным и бесконтактным.Также отличаются и схемы таких моторов. Применяется двухтактная система на танках, в самолетах, в тяжелой промышленной технике.

  1. Небольшой размер. Для установки агрегата требуется совсем немного места. Такие моторы легко умещаются под капотом транспортных средств.
  2. Небольшая масса. Стандартный турбодизель весит почти в 2 раза больше, чем двухтактный дизельный двигатель.
  3. Значительная экономия топлива. Расход горючего снижен практически в 2 раза по сравнению с обычным дизельным агрегатом.
  4. Простая конструкция. При обслуживании таких двигателей нет необходимости применять специальные технологии.

Такие преимущества выгодно выделяют двухтактные дизельные двигатели на фоне бензиновых собратьев. Имеются у таких моторов и серьезные недостатки.

Недостатки

Небольшое распространение агрегатов объясняется рядом причин. К примеру, детали на такие моторы найти получится с трудом. Именно поэтому выполнить ремонт двухтактного дизельного двигателя становится проблематично. Кроме того, специалистов по обслуживанию таких агрегатов достаточно мало.

  • высокая цена дизельных двигателей и малый выбор моделей;
  • увеличенный расход масла;
  • необходимость установки воздушных фильтров.

Явным недостатком дизелей является использование мощного стартера. На морозе дизельное топливо мутнеет и застывает. Ремонт топливной аппаратуры затрудняется тем, что насосы высокого давления изготавливаются с высокой точностью.

Существенным минусом двухтактных дизелей является невозможность их применения в высокотемпературных режимах. Масло при таких условиях закоксовывается, возникает залегание поршневых колец. Кроме того, из-за недостаточной продувки топливо сгорает не полностью, что сказывается на значении КПД и уровне токсичности.

Итоги

Дизельные двигатели, имеющие два такта, изобретались с одной целью — снизить токсичность отработавших газов, а также увеличить экономичность двигателя, повысить КПД.

Стоит упомянуть о зажигании. Чтобы топливо воспламенилось, необходимо время, поэтому разряд на свече возникает заранее, перед тем, как поршень достигнет ВМТ. Чем быстрее происходит движение поршня, тем раньше должна зажигаться свеча. Существуют специальные устройства, позволяющие менять угол зажигания в зависимости от частоты вращения коленвала.

Двухтактный двигатель

В отличие от четырехтактного в двухтактном двигателе очистка рабочего цилиндра от продуктов сгорания и наполнение его свежим зарядом происходят только при движении поршня вблизи НМТ. При этом перезаряд цилиндра осуществляется воздухом, предварительно сжатым специальным компрессором, на привод которого тратится значительная часть энергии дизеля. В процессе газообмена в двухтактных двигателях некоторая часть воздуха неизбежно удаляется из цилиндра вместе с выпускными газами. Качество процесса газообмена (продувки) цилиндра в двухтактном двигателе значительно влияет на мощность и экономичность дизеля. Схемы газообмена (продувки) двухтактных дизелей представлены на рис. 6.7.

На рис. 6.8 показана работа двухтактного двигателя с прямоточной клапанно-щелевой схемой газообмена, конструкция которого имеет следующие особенности:

Рис. 6.7. Схемы газообмена (продувки) двухтактных дизелей: а — поперечно-щелевая; 6 — щелевая с частичным наддувом; в — прямоточная клапанно-щелевая; г — прямоточная щелевая при встречно движущихся поршнях; 1 — поршень; 2 — клапан; 3 — форсунка

* впускные окна расположены в нижней части цилиндра, и их высота составляет около 20 % хода поршня;

* выпускные клапаны размещаются в крышке цилиндра и открываются приводом от распределительного вала один раз за один оборот коленчатого вала;

* продувочный компрессор нагнетает воздух в ресивер. Воздух из ресивера очищает цилиндр от продуктов сгорания и наполняет его свежим зарядом.

Рабочий цикл совершается согласно диаграмме фаз газораспределения (рис. 6.9): фаза к-с — сжатие свежего заряда; с — впрыск топлива в цилиндр; с-т — воспламенение топлива в цилиндре, сгорание и расширение газов (рабочий ход); т

п — выпуск газов через открытые клапаны крышки цилиндра, п

Ъ — продувка; п — к — зарядка воздухом цилиндра; к — клапаны выпуска закрываются, начинается сжатие свежего заряда, и цикл повторяется. Рабочий цикл совершился за два такта или за один оборот коленчатого вала. Поэтому такой двигатель и называется двухтактным.

Из рассмотренного рабочего цикла двухтактного двигателя на индикаторной диаграмме видно, что на части хода поршня, когда происходит газообмен в цилиндре, полезная работа не совершается. Объем Кп, соответствующий этой части хода поршня, называется потерянным. Тогда действительный рабочий объем действительная степень сжатия

Рис. 6.8. Схема работы двухтактного двигателя с внутренним смесеобразованием и прямоточной клапанно-щелевой схемой газообмена и индикаторной диаграммой: а — подготовка рабочего хода; 6 — рабочий ход; первый такт: п-к — зарядка; к-с — сжатие; с — подача топлива и его воспламенение; второй такт: с-г — полное сгорание топлива; г-т — расширение; т-п — выпуск газов; п-Ь — продувка цилиндра; 1 — впускной патрубок; 2 — продувочный насос; 3 — поршень; 4 — выпускные клапаны; 5 — форсунка; 6 — выпускной патрубок; 7 — воздушный ресивер; 8 — впускное окно; Ун — рабочий объем; VI — действительный рабочий объем; Уп — потерянный объем; Р0 — атмосферное давление; г — точка максимального давления газов в цилиндре

Отношение потерянного объема Уа к геометрическому рабочему объему V/, представляет собой долю потерянного объема на процесс газообмена:

Рис. 6.9. Диаграмма фаз газораспределения двухтактного двигателя с клапанно-щелевой продувкой цилиндра (дизель 14Д40): п — начало открытия окон продувки; к — закрытие клапанов выпуска; с — начало подачи топлива насосом в цилиндр; т — начало открытия клапанов выпуска газов; Ъ — закрытие поршнем окон продувки; НМТ — положение поршня в нижней мертвой точке; ВМТ — положение поршня в верхней мертвой точке

В двухтактных двигателях у = 10. 38 %. Сравнение рабочих циклов четырех- и двухтактных двигателей показывает, что при одинаковых размерах цилиндров и частотах вращения коленчатого вала мощность двухтактного двигателя значительно больше. Учитывая увеличение числа рабочих циклов в два раза, следовало бы ожидать и двукратного увеличения мощности. В действительности мощность двухтактного двигателя увеличивается приблизительно в 1,5. 1,7 раза вследствие потери части рабочего объема, ухудшения очистки и наполнения, а также необходимости затраты мощности на приведение в действие продувочного насоса.

К преимуществам двухтактных двигателей следует отнести большую равномерность крутящего момента, так как полный рабочий цикл осуществляется при каждом обороте коленчатого вала (а не за два, как в четырехтактных). Этим объясняется более равномерный износ шеек коленчатого вала двухтактного дизеля в эксплуатации.

Существенным недостатком двухтактного процесса по сравнению с четырехтактным является малое время, отводимое на процесс газообмена. Следует учитывать, что очистка цилиндра от продуктов сгорания и наполнение его свежим зарядом более совершенно происходит в четырехтактных двигателях. Кроме того, в двухтактном двигателе температурный уровень поршня, крышки, цилиндра и клапанов выше, чем в четырехтактном.

РЕМОНТ АВТОМОБИЛЕЙ

Выпуск и продувка в двухтактных двигателях

Типы продувки
Мощность двухтактных двигателей и удельный расход топлива в большой мере зависят от качества продувки. Все существующие типы продувок могут быть подразделены на две основные системы — контурную и прямоточную.
Контурная продувка характеризуется тем, что поток продувочного воздуха, поднимаясь сначала снизу вверх по контуру рабочего цилиндра, делает затем поворот на 180° и далее движется в обратном направлении.
При прямоточной продувке поток продувочного воздуха движется только в одном направлении.
Контурная продувка, в свою очередь, может быть подразделена, в зависимости от расположения окон в цилиндре, на следующие наиболее распространенные группы:
Поперечная щелевая продувка. Здесь выпускные окна расположены против продувочных, причем по высоте (в направлении хода поршня) выпускные окна превышают продувочные. Это сделано для лучшей очистки цилиндра от отработавших газов. Частичное вытеснение поршнем через выпускные окна воздуха после закрытия продувочных окон служит, однако, причиной утечки свежего заряда, что ведет к уменьшению мощности двигателя. Преимуществом этого типа продувки является простота конструкции, эксплуатации (нет клапанов) и надежность работы. Поэтому рассмотренный тип продувки широко применяется в современных двигателях.
Петлевая продувка (фиг. 74, б). Выпускные — верхние и продувочные — нижние окна расположены в два ряда один над другим. В конце рабочего хода кромкой днища поршня сначала открываются выпускные окна, а при дальнейшем ходе и продувочные. Продувочные окна наклонены вниз, почему воздух, поступающий в цилиндр, направляется вниз, обтекает вогнугую поверхность поршня и далее, двигаясь в верхнюю часть цилиндра и описывая петлю, вытесняет продукты сгорания через выпускные окна. При движении поршня вверх сначала закрываются продувочные окна, а затем выпускные, т. е. так же как и при поперечной щелевой продувке. Преимущества и недостатки этих двух типов продувок одинаковы. Рассматриваемый тип продувки распространен в двигателях большой мощности.
Клапанная поперечная продувка. Здесь продувочные и выпускные окна располагаются против друг друга, а высота этих окон одинакова. Окна для продувки наклонены вверх и соединены с автоматическим клапаном 4, регулирующим впуск воздуха в цилиндр. Кромкой днища поршня открываются одновременно выпускные 2 и продувочные 3 окна, начинается выпуск отработавших газов; воздух же пойдет лишь тогда, когда давление в цилиндре сделается несколько ниже давления в ресивере 5 и когда клапан откроет окна 3 вследствие разности давлений. При движении поршня вверх продувка прекратится одновременно с прекращением выпуска, т. е. с момента, когда поршень перекроет эти окна; после этого начинается сжатие. х
В связи с более поздним закрытием продувочных окон по сравнению с вышеописанными продувками, расход воздуха при данной продувке меньше, а количество свежего заряда, поступающего за цикл, а следовательно, и мощность, будут больше.
Клапанная поперечная продувка с высотой продувочных окон большей, чем у выпускных. Здесь выпускные и продувочные окна расположены против друг друга, причем продувочный воздух поступает через двойной ряд окон, наклоненных кверху. Верхний ряд продувочных окон 3 закрывается автоматическим клапаном 4. Когда при движении поршня вниз откроется верхний ряд продувочных окон, а затем выпускные окна 2, то отработавшие газы начнут вытекать в атмосферу, а воздух подаваться не будет, так как клапан при этом будет закрыт. При дальнейшем движении поршень открывает нижние продувочные окна 3 и одновременно открывается автоматический клапан 4, так как к этому времени давление в ресивере 5 окажется больше понизившегося давления в цилиндре. Поэтому воздух начнет поступать в цилиндр одновременно через оба ряда продувочных окон, вытесняя отработавшие газы. При движении поршня вверх сначала закроются нижние продувочные окна, а затем выпускные. Верхние же продувочные окна останутся открытыми, и через них воздух продолжает поступать до тех пор, пока поршень их не закроет; затем начинается процесс сжатия.
При этом способе продувки в цилиндр поступает добавочная порция свежего заряда воздуха при давлении, соответствующем давлению в ресивере, что при прочих равных условиях повышает мощность двигателя по сравнению со всеми рассмотренными выше типами продувки.

Читать еще:  В чем заключается принцип действия асинхронного двигателя

Прямоточные системы продувки также могут быть подразделены на отдельные группы. Рассмотрим некоторые из них.
Клапанно-щелевая продувка. Здесь продувочные окна размещены в нижней части цилиндра по всей ее окружности. Выпускные клапаны 6 (один или несколько), действующие от привода, открываются для выпуска отработавших газов раньше продувочных окон, а закрываются приблизительно в одно с ними время. Этим обеспечивается хорошая очистка цилиндра от отработавших газов при малом расходе продувочного воздуха. Так как продувочные окна располагаются по всей окружности, то при данном сечении продувочных окон высота их может быть небольшой; это увеличивает полезный ход поршня и повышает мощность двигателя.
Этот тип прямоточной продувки является одним из наиболее распространенных у быстроходных двухтактных двигателей.
В тихоходных двигателях большой мощности вместо выпускных клапанов иногда применяется цилиндрический золотник, располагаемый в цилиндровой крышке.
Прямоточная бесклапанная продувка. Этот тип продувки применяется в двигателях с цилиндром, имеющим два поршня, движущиеся в противоположном направлении. Продувочные и выпускные окна располагаются по всей окружности цилиндра. Нижний поршень открывает выпускные окна, а верхний — продувочные.
Когда поршни двигаются навстречу друг другу, происходит сжатие. Камера сгорания образуется в середине цилиндра в конце периода сжатия при сближении поршней; здесь и помещается форсунка. При расширении газов поршни расходятся. Так как высота выпускных окон делается больше продувочных, то выпуск отработавших газов начинается раньше начала продувки.
Какой бы ни был тип продувки, качество продувки в большой мере зависит от давления продувочного воздуха. Подбор наивыгоднейшего давления зависит от совокупности многих факторов. Чем больше давление, тем выше скорость продувочного воздуха, что может привести к перемешиванию его с отработавшими газами. При малом давлении, а следовательно, и малой скорости воздуха есть большая вероятность плавного вытеснения воздухом газа и меньшей затраты энергии на получение продувочного воздуха; но вместе с тем при малых скоростях движения воздуха через продувочные окна возникает необходимость в увеличении их размеров, что приводит к возрастанию потерянной части хода поршня, а следовательно, к уменьшению мощности. Практически в ресивере среднее давление воздуха берут порядка 1,1—1,3 am, и только в очень быстроходных двигателях это давление превышает 1,5am.
Продувочный воздух нужного давления в необходимых количествах получается в продувочных насосах.

Двухтактный двигатель

Двухта́ктный дви́гатель — двигатель внутреннего сгорания, в котором рабочий процесс в каждом из цилиндров совершается за один оборот коленчатого вала, то есть за два хода поршня [1] . Такты сжатия и рабочего хода в двухтактном двигателе (за исключением двигателя Ленуара) происходят так же, как и в четырёхтактном (а значит, возможна реализация тех же термодинамических циклов, кроме цикла Аткинсона), но процессы очистки и наполнения цилиндра совмещены и осуществляются не в рамках отдельных тактов, а за короткое время, когда поршень находится вблизи нижней мёртвой точки. Процесс удаления из цилиндра отработавших газов и наполнения его свежей горючей смесью в двухтактном двигателе называется продувкой.

Содержание

  • 1 Особенности
  • 2 Источники продувочного воздуха
    • 2.1 Кривошипно-камерная продувка
    • 2.2 С использованием продувочных насосов
  • 3 Схемы продувки
    • 3.1 Однопоршневые двигатели с щелевой (контурной) продувкой
    • 3.2 П-образные и Л-образные двигатели Цоллера
    • 3.3 Клапанно-щелевая продувка
    • 3.4 Двигатель со встречным движением поршней
  • 4 Свободнопоршневые двигатели
  • 5 См. также
  • 6 Примечания
  • 7 Ссылки

Особенности [ править ]

Рабочий цикл двухтактного двигателя происходит за один оборот коленчатого вала, что позволяет снимать в 1,5-1,7 раз бо́льшую мощность с того же рабочего объёма при тех же оборотах двигателя. Это особенно актуально при создании низкооборотных двигателей средних и тяжёлых судов, позволяя напрямую соединять двигатель с гребным валом, вращающим винт регулируемого шага. Удельную мощность можно повысить ещё больше, если двигатель будет работать при высоких скоростях вращения: если продувка и выпуск осуществляется через окна в стенке цилиндра, в двигателе могут отсутствовать клапаны и клапанные пружины, из-за которых обычно ограничивается максимальная частота вращения четырёхтактных двигателей.

Из-за большой удельной мощности детали двигателя находятся в более напряжённом тепловом режиме. В двигателях большой мощности может потребоваться дополнительное охлаждение поршней. С другой стороны за счёт меньшего количества движений поршня в рабочем цикле уменьшаются потери на трение.

В двухтактных двигателях необходимо искать компромисс между качеством продувки и потерями свежего заряда. В отличие от четырёхтактного двигателя, где между тактами выпуска и впуска поршень находится в верхней мёртвой точке, почти полностью вытесняя выхлопные газы, в двухтактном продувка происходит во всём объёме цилиндра сразу, причём за достаточно короткое время. При этом невозможно полностью исключить смешивание свежего заряда с выхлопными газами. Особенно проблема потерь заряда актуальна для карбюраторных двигателей, так как в них в цилиндр во время продувки поступает готовая рабочая смесь. В целом двухтактные двигатели имеют в 1,5-2 раза больший расход воздуха, из-за чего могут требовать более сложных воздушных фильтров. Также в отличие от четырёхтактного двигателя при использовании турбонаддува энергия поступающего из турбокомпрессора воздуха не передаётся через поршень на коленчатый вал двигателя, в то же время выхлопные газы при выпуске не оказывают противодавления на поршень.

По конструкции двухтактный двигатель может быть как более простым (при контурной кривошипно-камерной продувке), так и более сложным, чем четырёхтактный.

Источники продувочного воздуха [ править ]

В то время как в четырёхтактном двигателе всасывание свежего заряда происходит за счёт движения поршня из верхней мёртвой точки вниз при открытом впускном клапане, а опорожнение — вверх при открытом выпускном, в двухтактном свежий заряд должен поступать в цилиндр под давлением, вытесняя отработавшие газы. Для создания давления требуется нагнетатель. В маломощных двигателях для этой цели используется нижняя часть поршня и полость картера — такая схема называется кривошипно-камерной продувкой.

Кривошипно-камерная продувка [ править ]

При использовании кривошипно-камерной продувки воздух или горючая смесь поступает в цилиндр через полость картера двигателя, куда всасывается при движении поршня вверх, при движении поршня вниз избыточное давление обеспечивает продувку. При такой схеме возможно создание двигателя, состоящего из минимального количества деталей, так как ему не требуется продувочный насос. Чтобы не допустить потерь заряда через впускной трубопровод в атмосферу, перед входом в картер может устанавливаться лепестковый клапан либо насаженный на коленчатый вал дисковый золотник.

При использовании исключительно кривошипно-камерной продувки существуют определённые особенности, ограничивающие применение таких двигателей:

  • Необходимо, чтобы полость кривошипа конкретного цилиндра была герметична и, по возможности, чтобы коленвал занимал возможно больший объём и был обтекаем, чтобы как можно меньше влиять на газодинамику, а большой объём металла существенно утяжеляет вал. Каждую кривошипную камеру многоцилиндрового двигателя приходится уплотнять сальниками с каждой стороны каждой коренной шейки, что требует применения разборного коленчатого вала (как следствие, существенная потеря жёсткости вала по сравнению с цельным).
  • Давление сжатия воздуха (смеси) в кривошипной камере невелико, что не позволяет получить и существенного давления продувочного воздуха (приходится увеличивать длительность фазы продувки, это вынуждает снижать эффективный рабочий объём — с потерей КПД).
  • Двигатели такой конструкции не позволяют разместить в картере масляную ванну. Для смазки карбюраторного двигателя приходится подмешивать моторное масло в топливо. В случаях с упрощёнными конструкциями это может быть и достоинством, так как редуцирует систему смазки двигателя как таковую. В ряде двигателей применяется раздельная подача масла и бензина в двигатель, но все равно подача масла к парам трения происходит за счёт осаждения из горючей смеси, из-за чего у таких двигателей высокий расход масла, которое, вдобавок сгорает в цилиндре вместе с топливом. По этой же причине в двухтактных двигателях без системы смазки приходится использовать специальные масла, не содержащие присадок, способствующих закоксовыванию каналов и поверхностей деталей цилиндро-поршневой группы.
  • Ещё одна особенность кривошипно-камерной продувки в том, что на холостом ходу и при малых углах открытия дроссельной заслонки свежего заряда недостаточно для того, чтобы цилиндр мог полностью очиститься от выхлопных газов за один оборот коленчатого вала. Поэтому работа таких двигателей на холостом ходу часто неустойчива, после вспышки в цилиндре следует несколько холостых оборотов, при которых смесь в цилиндре слишком бедная, чтобы воспламениться от искры. Для дизельных и калоризаторных двигателей такая особенность не характерна, так как управление этими двигателями происходит без использования дроссельной заслонки.
Читать еще:  Что такое проверить двигатель датчик ваз 2114

С использованием продувочных насосов [ править ]

На крупных многоцилиндровых двухтактных двигателях продувочный воздух сжимается в отдельном компрессоре (типа Рутс, либо пластинчатый), что практически полностью устраняет указанные выше недостатки. При этом, однако, воздух может подаваться в цилиндры через полость картера, которая в этом случае выполняет функции ресивера. Для создания давления продувки может использоваться и турбокомпрессор, но в этом случае в момент пуска в двигатель необходимо подавать сжатый воздух от внешнего источника либо использовать двухступенчатый наддув с механической ступенью (10Д100).

В ранних двухтактных двигателях также применяли поршневые компрессоры, работающие от одного коленчатого вала с двигателем. Например, на ПДП-дизеле ЮМО-203 Юнкерса в качестве продувочных использовались особые квадратные поршни, установленные на траверсах поршней верхнего ряда.

Схемы продувки [ править ]

В поршневых двигателях внутреннего сгорания большое значение имеет качественная очистка объёма цилиндра от отработавших газов. В бензиновых двигателях остатки отработавших газов приводят к преждевременному воспламенению из-за высокой температуры. В любых двигателях плохая очистка ведёт к снижению максимальной мощности и ухудшению качества сгорания топлива. Так как продувка происходит через весь объём цилиндра при нахождении поршня (или поршней) вблизи нижней мёртвой точки, качественно очистить цилиндр от отработавших газов гораздо сложнее. Улучшения качества продувки можно достичь двумя путями: оптимизацией траектории движения свежего заряда при продувке либо путём подачи избыточного количества продувочного воздуха, который будет выброшен в выхлопную трубу вместе с отработавшими газами. Второй способ применим только при наличии нагнетателя и прямого впрыска топлива в цилиндр.

Так как в двухтактном двигателе все процессы происходят за один оборот коленчатого вала, есть возможность упростить конструкцию двигателя, заменив впускные и/или выпускные клапаны окнами в стенке цилиндра, которые будут перекрываться рабочим поршнем. Отсутствие клапанов и клапанных пружин позволяет двигателю работать при более высокой частоте вращения. Однако при этом возникает проблема асимметричного открытия и закрытия окон относительно мертвых точек: продувочные окна должны открываться позже выпускных, чтобы к моменту их открытия давление в цилиндре понизилось и выхлопные газы не проходили через впускные окна, но и закрываться тоже позже, иначе вытеснив отработавшие газы, свежий заряд будет выходить через выпускные окна, пока те не будут перекрыты. При этом, кроме возникновения потерь свежего заряда становится невозможным наддув.

Однопоршневые двигатели с щелевой (контурной) продувкой [ править ]

Наиболее проста схема, при которой имеется один поршень, а газораспределение осуществляется за счёт перекрытия окон в стенке цилиндра. При этом и впускные, и продувочные окна располагаются в нижней части цилиндра, так как должны быть перекрыты во время сжатия и рабочего хода двигателя. При этом осуществить асимметричность фаз газораспределения без введения дополнительных элементов (золотников, гильз, клапанов и т.д.) невозможно.

Простота реализации контурной продувки (особенно при использовании подпоршневого пространства в качестве продувочного насоса) и дешевизна обеспечили очень широкую распространенность таких двигателей на недорогих и легких устройствах. Их устанавливают на мопедах, мотоциклах, мотодельтапланах, мотопилах, газонокосилках, моторных лодках, используют в качестве пусковых двигателей, то есть там, где небольшая мощность делает относительно малозаметными дополнительные потери и играют существенную роль дешевизна и доступность конструкции. Такие двигатели применялись также на ряде автомобилей, например на ДКВ, СААБ, Trabant, Wartburg, Barkas в Европе, Suzuki Jimny в Японии.

Симметрия открытия впускных и выпускных окон позволяет достаточно просто организовать реверсирование двигателя — двигатель просто продолжает вращаться в том же направлении, в котором он вращался при запуске. Низкооборотные дизельные и калоризаторные двигатели с маховиками большой массы реверсируются при снижении оборотов: если при подходе к верхней мёртвой точке инерции маховика становится недостаточно для продолжения движения в том же направлении, при вспышке в цилиндре он начинает вращаться в обратном.

Существенно улучшить экономичность двухтактных двигателей с контурной продувкой позволяет применение системы впрыска топлива вместо карбюратора. Последние образцы мотоциклетных двухтактных двигателей с впрыском на 50 % экономичней карбюраторных, значительно превосходя при этом четырёхтактные моторы в литровой мощности [2] .

Для снижения потерь заряда применяется принцип Каденасси — аэродинамическая и акустическая настройка трактов с использованием отражённой волны выхлопных газов. Для этого в выхлопной системе двигателя устанавливаются акустический резонатор, который настраивается так, чтобы часть попавших в неё газов возвращалась обратно перед закрытием выпускных окон. Кроме того, она может эффективно работать в узкой части диапазона оборотов двигателя — а именно в той, на которой происходит резонанс газовой струи.

Так как газораспределительные окна находятся в нижней части цилиндра, возникают сложности с продувкой его верхней части. Для этого струю воздуха или горючей смеси направляют так, чтобы она двигалась вдоль контура цилиндра — поэтому такие схемы продувки называют контурными. Существует несколько разновидностей контурной продувки.

Поперечная схема продувки наиболее проста: в ней выпускные окна располагаются напротив впускных. Такая схема продувки на современных двигателях не применяется, так как влечёт за собой большие потери заряда из-за того, что он движется по траекториям разной длины и достигает выпускного окна через разное время.

Дефлекторная продувка схожа с поперечной, однако на поршне имеется выступ — дефлектор, имеющий форму козырька. Дефлектор направляет поток продувочного воздуха, не позволяя ему смешиваться с отработавшими газами. Кроме того, при малом открытии дросселя благодаря дефлектору рабочая смесь распределяется неравномерно: если со стороны выпускных окон свежий заряд сильно перемешан с отработавшими газами, то со стороны впускных окон горючая смесь более богатая и легко поджигается свечой. Таким образом, дефлекторная продувка лучше работает на холостом ходу и частичных нагрузках. Кроме того, цилиндры двигателей с дефлекторной продувкой проще в изготовлении, так как не критичны к форме впускного канала. Однако для высокофорсированных двигателей дефлекторная продувка не подходит. Сложная форма камеры сгорания при дефлекторной продувке ухудшает параметры рабочего процесса и повышает склонность бензиновых двигателей к детонации, а дизельных — к дымлению, что препятствует форсированию и повышению экономичности двигателей. К тому же поршень с толстым донышком склонен к перегреву. В связи с этим большинство производителей двухтактных двигателей отказались от дефлекторной продувки.

При фонтанной продувке продувочные и выпускные окна располагаются по всей окружности цилиндра в два ряда: сверху — выпускные, а под ними — продувочные окна. Такая схема позволяет несколько лучше продуть центральную область, однако из-за вихревого движения смеси увеличивается потеря свежего заряда.

Наиболее распространена петлевая схема продувки, при которой впускные окна расположены достаточно близко к выпускным, однако за счёт формы впускного трубопровода свежий заряд в меньшей степени увлекается отработавшими газами.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector