Montagpena.ru

Строительство и Монтаж
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Тепловоз ТЭ3 | Принцип работы двухтактного двигателя

Тепловоз ТЭ3 | Принцип работы двухтактного двигателя

Дизель 2Д100М двухтактный, десятицилиндровый, вертикальный, двух-вальный с противоположно движущимися поршнями, с прямоточно-щеле-вой продувкой с приводной воздуходувкой, непосредственным впрыскиванием топлива, водяным охлаждением втулок цилиндров и охлаждением поршней маслом, поступающим по каналам в шатунах. В двухтактном двигателе полный рабочий цикл — зарядка, сжатие, сгорание и выпуск — совершается за один оборот коленчатого вала, причем продолжительность процесса газообмена составляет 25-30% продолжительности цикла, в то время как у четырехтактного двигателя эти процессы во время тактов впуска и выпуска составляют приблизительно 50% продолжительности всего цикла. Высокое качество процесса газообмена одно из основных условий для получения повышенной мощности и экономичности двигателя. Газообмен непосредственно влияет на количество рабочего заряда цилиндра и эффективность очистки цилиндра от продуктов сгорания.

Как известно, показатели процесса сгорания (индикаторные показатели) связаны непосредственно с коэффициентом избытка воздуха а и степенью очистки цилиндра. Достижение минимальных затрат мощности на газообмен обусловливает необходимость работы при коэффициентах избытка воздуха а и коэффициента избытка продувочного воздуха (ро близкими к единице. В то же время в таких условиях трудно обеспечить хорошее смесеобразование и надежную работу цилиндро-поршневой группы, в связи с чем эти коэффициенты (а и фо) приходится повышать до 1,5 и более. Следует помнить, что на смесеобразование (следовательно, на степень завихрения) оказывают влияние давление воздуха на впуске, отношение хода поршня к диаметру цилиндра, форма и размеры впускных окон, система распыливания топлива и др.

Процесс газообмена схематично можно представить следующим образом. Вначале процесс протекает с преобладанием вытеснения продуктов сгорания свежим воздухом, так что в трубопровод попадают главным образом продукты сгорания. По мере течения процесса входящий в цилиндр воздух попадает в зоны, освобожденные от продуктов сгорания, соприкасается с оставшимися в цилиндре газами и перемешивается с ними. Следовательно, в выпускную систему попадает уже смесь продуктов сгорания и свежего воздуха, содержание которого по мере течения процесса газообмена возрастает.

Для оценки качества процесса газообмена различают четыре граничных случая (фазы) процесса газообмена. Первая фаза представляет собой период предварения выпуска газов с вытеснением продувочным воздухом выпускных газов без смешивания с ними. Вторая фаза — удаление выпускных газов продувочным воздухом с перемешиванием их между собой. Третья фаза — удаление выпускных газов свободным выпуском ниже линии впуска из-за разрежения, образующегося под действием инерции столба газов в выпускном трубопроводе. Четвертая фаза — дозарядка, она происходит после закрытия выпускных окон при открытых еще впускных окнах.

В зависимости от пути (траектории) движения выпускных газов и продувочного воздуха существуют различные системы продувки двухтактных двигателей. Наиболее распространенной системой продувки является петлевая поперечная и петлевая или контурная. Петлевая поперечная продувка — когда воздух из продувочных окон совершает петлевой путь от продувочных к выпускным окнам поперек втулки. При петлевой или контурной (эксцентричной) продувке поток продувочного воздуха выходит из продувоч-ных окон, проходит вдоль оси цилиндра, а затем отклоняется книзу и движется к выпускным окнам. Путь продувочного воздуха как бы делает петлю в виде контура цилиндра, отсюда и название — петлевая или контурная.

Существует также прямоточная система продувки, т. е. такая, при которой поток продувочного воздуха выходит из продувочных окон втулки и проходит прямым потоком вдоль оси втулки цилиндра к выпускным окнам или выпускным клапанам. Прямоточная продувка у одновальных конструкций двухтактных двигателей (например, у двигателя 11Д45), так называемая клапанно-щелевая, осуществляется обычно выпуском отработавших газов через клапаны, расположенные в крышке цилиндров, и поступлением продувочного воздуха из ресивера через окна в нижней части втулки. Начало выпуска отработавших газов и продолжительность продувки определяются высотой продувочных окон и профилем распределительного вала с приводом от коленчатого вала с частотой вращения, равной частоте вращения коленчатого вала.

Наиболее совершенная система продувки у двухвальных двухтактных двигателей с противоположно движущимися поршнями прямоточно-щелевая с винтообразным движением продувочного воздуха. У двигателя 2Д100 применена эта система продувки. В верхней части цилиндра расположены равномерно по окружности 16 впускных окон, через которые воздух поступает в цилиндр из продувочного ресивера. В нижней части втулки, входящей в выпускную коробку, размещены выпускные окна на дуге 255,5 мм справа и слева относительно вертикальной плоскости, проходящей через ось коленчатого вала. Через эти окна отработавшие в цилиндре газы удаляются из него, поступая в выпускную коробку, охлаждаемую водой, и далее в выпускной коллектор, имеющий глушитель шума выпуска.

Как будет показано ниже, рабочий процесс двигателя 2Д100 протекает при интенсивном вихревом движении воздуха в цилиндре со снижением скорости вихря к внутренней мертвой точке (в. м. т.) кривошипа. Коэффициент остаточных газов двигателя типа Д100 на номинальном режиме, характеризующий качество продувки, у = 0,04-^-4-0,06 с некоторым ухудшением (возрастанием) его на холостом ходу, однако не достигающим значения выше 7 = 0,1. Все это обеспечивает весьма совершенный процесс продувки и хорошее наполнение цилиндра у этого двигателя.

Исследования, проведенные проф. Д. Н. Вырубовым (МВТУ имени Баумана), показали, что в дизеле 2Д100 при тангенциальной скорости вихря в конце сжатия 40 м/с топливо, впрыснутое (поданное) в цилиндр, распространяется вихрем по всей массе воздушного заряда до начала воспламенения и горения. Таким образом, вихревое движение воздушного заряда обеспечивает хорошее смесеобразование в камере сгорания.

В каждом цилиндре двигателя имеется по два поршня, двигающихся вертикально в противоположных направлениях и образующих между собой в средней части втулки общую камеру сгорания. Поршни приводят в движение верхний и нижний коленчатые валы.

Последовательность движения нижнего и верхнего поршней, определяющая моменты открытия и закрытия выпускных и продувочных окон, обеспечивается соединением нижнего и верхнего коленчатых валов механизмом вертикальной передачи таким образом, что кривошипы нижнего коленчатого вала опережают кривошипы верхнего вала на 12°. При регулировке угла опережения нижнего вала в момент соединения коленчатых валов замеряют угол опережения по первому кривошипу нижнего вала. При заданной высоте выпускных и продувочных окон нижний поршень открывает окна раньше верхнего и раньше их закрывает. Это способствует улучшению очистки цилиндра и наполнению его свежим зарядом, а также получения фазы дозарядки цилиндра воздухом на угле поворота кривошипа

6°. Наименьший объем камеры сжатия получается в момент, когда нижний поршень перей-

Круговая диаграмма полного рабочего цикла дизеля 2Д100М

дет внутреннюю мертвую точку (в. м. т.) на

6°, а верхний поршень не дойдет до в. м. т. на такой же угол поворота кривошипа.

Читайте так же:
Подключение домашнего кинотеатра к компьютеру через hdmi

В конце такта сжатия, когда поршни приближаются к в. м. т., а температура сжатого до 3,0-3,5 МПа (30-35 кгс/см2) воздуха достигает примерно 600° С, в камеру сгорания за (18±1°) по углу поворота кривошипа до в. м. т. впрыскивается двумя форсунками (противоположно расположенными) топливо в мелкораспыленном состоянии. Топливо самовоспламеняется, давление газов при сгорании топлива достигает 8,0-8,8 МПа (80-88 кгс/см2) и при движении поршня от в. м. т. начинается такт расширения (производится полезная работа). Полный цикл работы дизеля 2Д100М приведен на круговой диаграмме рабочего двухтактного цикла (рис. 6).

От верхнего коленчатого вала осуществляется привод воздуходувки и привод топливных насосов, а остаток мощности передается на нижний коленчатый вал через механизм вертикальной передачи.

Мощность, передаваемая от верхнего коленчатого вала на нижний через вертикальную передачу вследствие опережения нижним коленчатым валом верхнего на 12° угла поворота, составляет

30% мощности дизеля.

От нижнего коленчатого вала со стороны вертикальной передачи через эластичную муфту приводится во вращение вал якоря тягового генератора (отбор мощности), а со стороны отсека управления валы масляных и водяных насосов, а также регулятор частоты вращения коленчатого вала дизеля.

Принцип действия двухтактного дизеля

Принцип работы. Недостатком четырехтактного двигателя является то, что лишь один из четырех ходов поршня — рабочий, а три — подготовительные, совершающиеся с затратой энергии, выделяющейся за рабочий ход. Более удачное сочетание рабочей и подготовительной частей цикла у двухтактного двигателя.

Как видно, степень сжатия показывает, во сколько раз уменьшился объем в цилиндре за ход сжатия. У дизелей речного флота она встречается в пределах 12—18.

При ходе всасывания, когда поршень движется вниз, объем увеличивается и в цилиндр всасывается воздух из атмосферы. Вследствие сопротивления каналов внутри крышки цилиндра и сопротивления впускного клапана давление в цилиндре бывает меньше давления окружающей среды, из которой засасывается воздух. Давление всасывания можно считать постоянным, поэтому график процесса всасывания (или линия всасывания) будет параллелен оси абсцисс и расположен ниже линии давления окружающей среды. Когда поршень во втором такте также движется вверх при закрытом впускном клапане, объем в цилиндре уменьшится, а давление повысится до рс — давления конца сжатия. Изменение давления по мере уменьшения объема характеризуется линией.

Рис. 1. Теоретическая индикаторная диаграмма четырехтактного дизеля

Рис. 2. Схема работы двухтактного дизеля

В простейшем варианте двухтактный дизель не имеет впускных и выпускных клапанов. Вместо них цилиндр снабжен впускными и выпускными окнами. Окна открываются и закрываются поршнем, связанным шатуном с кривошипом коленчатого вала. Существенно, что высота выпускных окон больше, чем впускных. Цилиндр закрыт крышкой, в которую вставлена форсунка.

Предположим, что поршень движется вверх, как показано на рис. 2 а. Поскольку окна перекрыты поршнем, в цилиндре происходит сжатие воздуха примерно до тех же параметров, что и у четырехтактного дизеля При положении поршня вблизи в. м. т. в цилиндр через форсунку впрыскивается топливо, самовоспламеняющееся и сгорающее подобно тому, как это бывает в четырехтактном дизеле.

Под давлением газа поршень движется вниз, происходит процесс расширения, в течение которого совершается полезная работа. Расширение продолжается до открытия поршнем выпускных окон. С этого момента начинается выпуск отработавшего газа в выпускной (выхлопной) коллектор.

Несколько позднее поршень откроет впускные окна, через которые из ресивера в цилиндр поступит сжатый воздух. Так как давление в цилиндре двухтактного двигателя бывает всегда выше атмосферного, воздух должен находиться в ресивере под давлением, составляющим обычно 120— 150 кПа (1,2—1,5 кгс/см2). Этот воздух называется продувочным: поступая в цилиндр, он вытесняет из цилиндра отработавший газ, т. е. продувает цилиндр. Термин «продувочный» применяют и к окнам (продувочные окна), ресиверу (ресивер продувочного воздуха), к насосу, подающему воздух в ресивер (продувочный насос).

Итак, после открытия продувочных окон в цилиндре происходят выпуск и продувка. Эти процессы будут продолжаться в течение того времени, за которое поршень движется вниз до н. м. т. и затем вверх до закрытия им продувочных окон. Несколько позднее поршень закроет выпускные окна и начнется процесс сжатия.

Как видно, рабочий цикл совершился за два хода поршня, он включает в себя два такта, что и определяет название двигателя: двухтактный.

После того как движущийся вверх поршень закроет выпускные окна, начинается сжатие воздуха. По приходе поршня в в. м. т. в цилиндр впрыскивается топливо, часть которого сгорает при постоянном объеме, часть — при постоянном давлении. Степень сжатия е, давления конца сжатия и сгорания имеют те же величины, что и у четырехтактного дизеля.

Расширение рабочего газа заканчивается в тот момент, когда поршень открывает выпускные окна, через которые отработавший газ выходит в атмосферу. Таким образом, газ расширяется в пределах объема вследствие чего он и называется полезным.

После открытия выпускных окон начинается свободный выпуск. Теоретически считается, что давление в цилиндре снижается при свободном выпуске до давления ps продувочного воздуха мгновенно. Практически это давление понижается в течение того времени, которое проходит от открытия поршнем выпускных окон до открытия продувочных (точка е). При дальнейшем движении поршня до н. м. т. и от нее до закрытия продувочных окон происходит продувка. Линия еа показывает, что от закрытия продувочных окон до закрытия выпускных продолжается выпуск.

Таким образом, за время изменения объема на величину происходят процессы газообмена: выпуск, продувка. С точки зрения работы газа часть хода, соответствующая высоте окон, потеряна. Этим и объясняется термин: «потерянная часть хода поршня».

Из диаграммы видно, что в любой момент рабочего цикла давление в цилиндре двухтактного двигателя выше давления окружающей среды.

Качественные особенности двухтактных двигателей. Частота циклов в цилиндре двухтактного двигателя вдвое больше, чем у четырехтактного: у первого цикл совершается за один оборот вала, у второго— за два. Это значит, что при тех же размерах (диаметре цилиндра, ходе поршня) и при равной частоте вращения (числе оборотов вала в минуту) двухтактный двигатель должен развивать мощность вдвое большую, чем четырехтактный. Однако часть хода поршня двухтактного двигателя с точки зрения работы газа является потерянной. Поэтому практически двухтактный двигатель развивает мощность в 1,7—1,8 раза больше четырехтактного. Если же сравнивать двигатели одинаковой мощности, то двухтактный будет иметь меньшие размеры и, следовательно, меньшую массу. Работа газа в цилиндре совершается лишь в течение части цикла, т. е. импульсами, в связи с чем вал двигателя вращается неравномерно. У двухтактных двигателей импульсы слабее, но чередуются вдвое чаще, чем у четырехтактных. Из этого следует, что вал двухтактного двигателя вращается равномернее, чем у четырехтактного.

Читайте так же:
Ручной экструдер для пластика своими руками

Рис. 3. Теоретическая индикаторная диаграмма двухтактного дизеля

Устройство двухтактного двигателя с продувкой через окна проще четырехтактного: у первого отсутствуют клапаны и механизм их привода. По этой причине двухтактные двигатели легче обслуживать.

К недостаткам двухтактных двигателей следует отнести прежде всего их меньшую экономичность, что объясняется худшей очисткой цилиндра, чем у четырехтактных, и потерей части энергии на привод продувочного насоса. В двухтактном двигателе процесс сгорания повторяется вдвое чаще, чем в четырехтактном, поэтому детали его испытывают более высокую тепловую нагрузку. В сочетании с повышенными механическими напряжениями это приводит к меньшему сроку службы двухтактных двигателей по сравнению с четырехтактными.

Перечисленные основные достоинства и недостатки двухтактных двигателей предопределили их распространенность. Много строится двухтактных двигателей малой мощности, в частности — подвесные лодочные моторы. Это объясняется сравнительной простотой их устройства и обслуживания, которое может осуществляться людьми с минимальной технической подготовкой. Наибольшее распространение в народном хозяйстве имеют двигатели средней мощности, поэтому они должны обладать максимальной экономичностью и максимальным сроком службы. Такому требованию удовлетворяют четырехтакные двигатели, и именно они получили в области средних мощностей преимущественное распространение. На судах речного флота двухтактных двигателей очень мало.

Чтобы уменьшить габариты и массу малооборотных двигателей большой мощности, их чаще всего строят двухтактными. Даже при двухтактном исполнении диаметр цилиндра достиг в настоящее время 1060 мм, ход поршня 2000 мм, а при четырехтактном эти размеры были бы больше. ГОСТ 4393—74 предусматривает, что дизели с рабочим объемом цилиндра свыше 215 л (такой объем будет, например, при диаметре цилиндра 550 мм и ходе поршня 900 мм) должны строитьсй двухтактными.

Очень важно, конечно, чтобы двигатели большой мощности были экономичными и имели длительный срок службы. Благоприятным для двухтактных двигателей в этом отношении является то обстоятельство, что по мере повышения мощности их экономичность приближается к экономичности четырехтактных, а срок службы мощных двухтактных достаточно велик потому, что они строятся малооборотными.

Принцип работы двухтактного дизеля

Главное меню

Судовые двигатели

Главная Судовые двигатели внутреннего сгорания Общие сведения о двигателях внутреннеого сгорания Схемы устройства и принцип действия

Двигателем внутреннего сгорания называется тепловой двига­тель поршневого типа, в котором химическая энергия топлива пре­образуется в тепловую непосредственно внутри рабочего ци­линдра. В результате химической реакции топлива с кислородом воздуха образуются газообразные продукты сгорания с высокими давлением и температурой, которые являются рабочим телом дви­гателя. Продукты сгорания оказывают давление на поршень и вы­зывают его перемещение. Возвратно-поступательное движение поршня с помощью кривошипно-шатунного механизма превра­щается во вращательное движение коленчатого вала.

Двигатели внутреннего сгорания работают по одному из трех циклов: изохорному (цикл Отто), изобарному (цикл Дизеля) и смешанному (цикл Тринклера), различающихся характером про­текания процесса сообщения тепла рабочему телу. В смешанном цикле часть тепла сообщается при постоянном объеме, а осталь­ная часть при постоянном давлении. Отвод тепла во всех циклах совершается по изохоре.

Совокупность последовательных и периодически повторяю­щихся процессов, необходимых для движения поршня — наполне­ние цилиндра, сжатие, сгорание с последующим расширением газов и очистка цилиндра от продуктов сгорания — называется рабочим циклом двигателя. Часть цикла, проходящая за один ход поршня, называется тактом.

Двигатели внутреннего сгорания делятся на четырехтактные и двухтактные; в четырехтактных двигателях рабочий цикл совер­шается за четыре хода поршня, а в двухтактных — за два.

Судовые двигатели внутреннего сгорания в основном работают по смешанному циклу. Крайние предельные положения поршня в цилиндре называются соответственно верхней и нижней мерт­выми точками (в. м. т., н. м. т.). Расстояние по оси цилиндра, проходимое поршнем от одного до другого крайнего положения, называется ходом поршня S (рис. 125). Объем, описываемый поршнем при его движении между в. м. т. и н. м. т., называется рабочим объемом цилиндра V s . Объем цилиндра над поршнем, когда последний находится в н. м. т., называется объемом камеры сжатия V с . Объем цилиндра при положении поршня в н. м. т. на­зывается полным объемом цилиндра V а : V a = V с + V s .

Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия называется степенью сжатия ? = V a / V c .

Величина степени сжатия зависит от типа двигателя. Для су­довых дизелей степень сжатия равна 12—18. Главными конструк­тивными характеристиками двига­теля являются диаметр цилиндра, ход поршня, число цилиндров и га­баритные размеры.

Четырехтактный двигатель.

На рис. 125 показана схема устройства четырехтактного дизеля. Фунда­ментная рама 15 дизеля покоится на судовом фундаменте 1 . Блок ци­линдров 11 закрепляется на станине двигателя 14. Поршень 9 под дей­ствием газов совершает возвратно-поступательное движение по зерка­лу цилиндровой втулки 10 и с по­мощью шатуна 13 вращает коленча­тый вал 2. Верхняя головка шатуна с помощью поршневого пальца 3 соединена с поршнем, а нижняя ох­ватывает мотылевую шейку колен­чатого вала. В крышке 7 цилиндра размещены впускной клапан 4, вы­пускной клапан 8 и топливная фор­сунка 6. Впускной и выпускной клапаны приводятся в действие через систему штанг и рычагов 5 от кулачных шайб распредели­тельных валов 12. Последние получают вращение от коленчатого вала.

Рабочий цикл в четырехтактном двигателе происходит за два оборота коленчатого вала — за четыре хода (такта) поршня. Из четырех ходов (тактов) три хода (такта) являются подготови­тельными, а один рабочим. Каждый такт носит название основ­ного процесса, происходящего во время данного такта.

Первый такт — впуск. При движении поршня вниз (рис. 126) над поршнем в цилиндре создается разрежение, и через принуди­тельно открытый впускной клапан а атмосферный воздух запол­няет цилиндр. Для лучшего заполнения цилиндра свежим заря­дом воздуха впускной клапан а открывается несколько раньше, чем поршень достигнет в. м. т.—точка 1 ; имеет место предваре­ние впуска (15—30° по углу поворота коленчатого вала). Закан­чивается впуск воздуха в цилиндр в точке 2. Впускной клапан а закрывается с углом запаздывания 10—30° после н. м. т. возможность использовать инерцию входящего с большой ско­ростью воздуха, что приводит к более полной зарядке цилиндра. Продолжительность впуска соответствует углу поворота коленча­того вала на 220—250° и на рисунке показана заштрихованным углом 1—2, а па диаграмме р—? — линией впуска 1—2.

Второй такт — сжатие. С момента закрытия впускного кла­пана а (точка 2) при движении поршня вверх начинается сжатие. Объем уменьшается, температура и давление воздуха увеличи­ваются. Продолжительность сжатия составляет угол 140—160° по­ворота коленчатого вала и заканчивается в точке 3 . Давление в конце сжатия достигает 3—4,5 Мн/м 2 , а температура 800—1100° К. Высокая температура заряда воздуха обеспечивает самовоспламенение топлива. В конце хода сжатия, когда поршень .немного не дошел до в. м. т. (точка 3 ), производится впрыск топ­лива через форсунку б . Опережение подачи топлива (угол пред­варения 10—30°) дает возможность к приходу поршня в в. м. т. подготовить рабочую смесь к самовоспламенению.

Читайте так же:
Сделай сам своими руками инструмент

Третий такт — рабочий ход. Происходит горение топлива и рас­ширение продуктов сгорания. Продолжительность сгорания топ­лива составляет 40—60° поворота коленчатого вала (процесс 3—4 на рисунке). В конце горения внутренняя энергия газов увеличи­вается, давление газов достигает значительной величины 58 Мн/м 2 , а температура 1500—2000° К. Точка 4 — начало рас­ширения газов. Под давлением газов поршень движется вниз, со­вершая полезную механическую работу. В конце расширения (угол опережения 20—40° до н. м. т.) — точка 5 — открывается выпускной клапан в, давление в цилиндре резко падает и по дости­жении поршнем н. м. т. оказывается равным 0,1—0,11 Мн/м 2 , а температура 600—800° К. Предварение выпуска обеспечивает минимальное сопротивление движению поршня вверх в последую­щем такте. Рабочий ход совершается за 160—180° угла поворота коленчатого вала.

Четвертый такт — выпуск. Продолжается от точки 5 до точки 6. При выпуске поршень, двигаясь вверх от н. м. т., выталкивает от­работавшие продукты сгорания. Выпускной клапан закрывается с некоторым запозданием (на 10—30° угла поворота коленчатого вала после в. м. т.). Это улучшает удаление отработавших про­дуктов горения за счет отсасывающего действия газов, тем более что в это время впускной клапан уже открыт. Такое положение клапанов называется «перекрытием клапанов». Перекрытие кла­панов обеспечивает более совершенное удаление продуктов сгора­ния. Выпуск осуществляется в течение 225—250° угла поворота коленчатого вала.

Двухтактный двигатель.

На рис. 127 показана схема работы двухтактного дизеля. Газораспределение в двухтактных двигате­лях осуществляется через продувочные окна П и выпускные окна В . Продувочные окна соединены с продувочным ресиве­ром Р , в который продувочным насосом Н нагнетается чистый воз­дух под давлением 0,12—0,16 Мн/м 2 . Выпускные окна, несколько выше расположенные, чем продувочные, соединяются с выпускным коллектором. Топливо подается в цилиндр форсункой Ф. Рабочий цикл двухтактного двигателя осуществляется за два хода поршня, за один оборот коленчатого вала. Открытие и закрытие выпускных и продувочных окон производится поршнем.

Рассмотрим последовательность процессов в цилиндре.

Первый такт — горение, расширение, выпуск и продувка. Пор­шень движется вниз от в. м. т. к н. м. т. В начале такта происхо­дит бурное горение с повышением давления газов до 5—10 Мн/м 2 и температуры до 1700—1900° К для тихоходных двигателей и 1800—2000° К для быстроходных. Горение заканчивается в точке 4 и затем происходит расширение продуктов сгорания (участок 4—5) до давления 0,25—0,6 Мн / м 2 и температуры 900—1200° К. При положении мотыля в точке 5 (за 50—70° до н. м. т.) откры­ваются выпускные окна, давление в цилиндре резко падает и на­чинается выпуск отработавших газов выпускного коллектора в ат­мосферу. Высота продувочных окон подбирается таким образом, чтобы к моменту их открытия давление газов в цилиндре было бы близко к давлению продувочного воздуха в продувочном ресивере. После открытия продувочных окон (точка 6) продувочный воздух, поступая в цилиндр, вытесняет продукты сгорания через выпускные окна, при этом часть воздуха уходит с отработавшими газами. При открытых продувочных окнах происходит принудительная очистка цилиндра и заполнение его свежим зарядом; этот процесс называется продувкой.

Второй такт. Процесс продувки продолжается также при дви­жении поршня вверх от н. м. т. до закрытия продувочных окон (точка 1). После закрытия поршнем выпускных окон (точка 2) процесс выпуска заканчивается и начинается процесс сжатия све­жего заряда воздуха. В конце сжатия (в. м. т.) давление воздуха равно 3,5—5 Мн/м 2 , а температура составляет 750—800° К. Высо­кая температура воздуха в конце сжатия обеспечивает самовос­пламенение топлива. Затем цикл повторяется.

По тем же соображениям, что и для четырехтактных дизелей, топливо в цилиндр подается с опережением в 10—20° поворота ко­ленчатого вала до в. м. т. (точка 3 ).

В настоящее время на судах применяют как двухтактные, так и четырехтактные дизели. Для крупнотоннажных грузовых и пас­сажирских судов основным является двухтактный двигатель. Ти­хоходные двухтактные крейцкопфного типа дизеля долговечны, отличаются высокой экономичностью, но имеют большой вес и га­бариты. При одной и той же частоте вращения и одинаковых раз­мерах цилиндров мощность двухтактного двигателя теоретически вдвое больше мощности четырехтактного. Увеличение мощности двухтактного двигателя обусловлено сгоранием вдвое большего количества топлива, чем в четырехтактном, но так как объем ра­бочего цилиндра (из-за наличия выпускных и продувочных окон) используется неполностью, а часть мощности (4—10%) затрачи­вается на приведение в действие продувочного насоса, то факти­ческое превышение мощности в двухтактном двигателе над мощ­ностью четырехтактного составляет 70—80%.

Четырехтактный двигатель при одинаковых мощности и ча­стоте вращения с двухтактным имеет большие размеры и вес. Двухтактный двигатель при одинаковых частоте вращения и числе цилиндров с четырехтактным вследствие удвоенного числа рабо­чих циклов работает более равномерно. Минимальное число ци­линдров, обеспечивающее надежный пуск для двухтактного дви­гателя — четыре, а для четырехтактного — шесть.

Отсутствие клапанов и приводов к ним у двухтактного двига­теля со щелевой продувкой упрощает его конструкцию. Однако на изготовление деталей требуются более прочные материалы, так как двухтактные двигатели работают при более высоких темпера­турных условиях.

В двухтактных двигателях очистка, продувка и зарядка све­жим воздухом цилиндра осуществляется на протяжении части одного хода, поэтому качество этих процессов ниже, чем у четы­рехтактного двигателя.

Четырехтактные двигатели удобнее в отношении повышения их мощности путем наддува. Для них используют более простую схему наддува, теплонапряженность цилиндров меньше, чем у двухтактных дизелей. Для современных четырехтактных дизелей с газотурбинным наддувом удельный эффективный расход топ­лива составляет 0,188—0,190 кг/(квт ? ч), а для двухтактных тихо­ходных дизелей с наддувом 0,204—0,210 кг/(квт?ч).

Принцип работы двухтактного двигателя. Разбираем устройство и раскладываем все по полочкам.

Принцип работы двухтактного двигателя фото

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) в свое время сделал большой переворот в истории промышленных технологий. Двигатель, работающий на солярке или бензине впервые был изобретен в 19 веке французским изобретателем по имени Жан Этьен Ленуар. Прежде чем двигатель внутреннего сгорания начал работать, изобретателю потребовалось несколько попыток запуска и переустройства двигателя. Поняв, почему двигатель перестает работать, Жан добавил систему жидкостного охлаждения и смазки. Сегодня же двигатели заметно скакнули вперед по ступеням эволюции. Однако не каждый из мотоциклистов знает, устройство и принцип работы двухтактного двигателя. Прочитав статью, вы узнаете, как же работает двухтактный двигатель.

Читайте так же:
Формула веса в воде

Устройство двухтактного двигателя

Прежде чем разбирать принцип работы двухтактного двигателя мотоцикла, необходимо разобраться в его устройстве: из чего он состоит, как сделан и какие детали наиболее важные. Вообще, устройство двухтактного двигателя не так сложно, как кажется на первый взгляд. Обратите внимание на картинку. Из рисунка мы можем видеть, что двигатель представляет собой картер, в котором установлены такие важные детали как коленчатый вал с подшипниками и цилиндр. Поршень вращается и доводит горючую жидкость до свечи зажигания, которая дает искру.

Во всем устройстве двигателя очень важны зазоры между трущимися деталями. Из первых опытов Жана, о котором мы говорили ранее, можно понять, что двигатель не будет работать без смазки. Именно для этого, в двухтактный двигатель требуется заливать бензин, разбавленный с маслом. Пропорции у всех мотоциклов и масел разные, но главное качество хорошего масла, — сгорание его в двигателе с минимальным остатком нагара или зольных отложений.

Цилиндр и сам корпус двигателя внутреннего сгорания сделаны так, чтобы получать наилучшее воздушное охлаждение. Несмотря на то, что большинство двигателей имеют водяное охлаждение, дополнительное охлаждение встречными потоками ветра никто не отменял. Такое устройство двухтактного двигателя обеспечивают наилучшую производительность на всех этапах работы.

Принцип работы двухтактного двигателя

Работа двухтактного двигателя достаточно проста, хоть на первый взгляд и кажется, что для того чтобы разбираться в ДВС, нужно освоить профессию автомеханика. На самом деле все гораздо проще, ведь его работа основана на основных физических законах. Итак, как работает двухтактный двигатель?

Как вам уже известно, работа двигателя внутреннего сгорания происходит за два этапа (такта). Во время первого такта происходит сжатие. В этот момент поршень находится в самой низкой или как ее еще называют мертвой точке, вверх. Пока поршень находится в нижнем положении, в камеру поступает бензин и воздух. В это же время через выпускное окно выходят все выхлопные газы, образовавшиеся за один полный ход поршня. Как только горючее поступило в камеру сгорания, поршень посредством инерции поднимается вверх и доставляет туда попавшую в камеру жидкость.

Дальше наступает второй этап, называемый расширением. Теперь мы имеем поршень, находящийся в верхней мертвой точке. Так как поршень доставляет вместе с собой горючее, доходя до верхней мертвой точки оно воспламеняется. Из-за чего и происходит работа двигателя. Так и происходит работа двухтактного двигателя.

Что лучше двухтактный или четырехтактный двигатель?

Как показывает принцип работы двухтактного двигателя, такой ДВС довольно эффективен. Но многие мотоциклисты при выборе новой модели задаются вопросом, что же эффективнее – двухтактный или четырехтактный мотор? Попробуем ответить на этот вопрос.

Итак, как показывают многочисленные эксперименты и практика мотопроизводителей в целом, четырехтактные двигатели все-таки менее эффективны. На первый взгляд это непонятно, но двигатели одного и того же объема, но при разных тактах работы выдают разные мощности. Посредством нехитрых расчетов удалось понять, что работа двухтактных двигателей внутреннего сгорания эффективнее четырехтактных двигателей в среднем в 1,5 раза.

Если вновь рассматривать принцип их работы, то можно понять почему так происходит. Все дело в том, что четырехтактные двигатели имеют немного другое устройство, в связи с чем процессы подачи топлива и выброса газов происходят дольше, нежели у двухтактников. Главная особенность двухтактных моторов и заключается в том, что у них эти процессы происходят во время сжатия, то есть они совмещены с основными этапами работы двигателя. Так и получается, что КПД четырехтактного двигателя меньше, чем у двигателя, работающего на двух тактах.

Заключение

Разобрав и поняв, как работает двухтактный двигатель, можно сделать определенные выводы. Теперь, вы знаете устройство двухтактного двигателя и можете решить, какой ДВС подходит вам больше.

Двухтактный дизельный двигатель — как он работает

like5 20 Августа 2015

  • Двухтактный дизельный двигатель — как он работает
  • 1. Двухтактный дизельный двигатель – принцип работы и устройство
  • 2. Достоинства и особенности двухтактных двигателей
  • 3. Недостатки двухтактных двигателей

star star star star star star star star star

Двухконтактный дизельный двигательСегодня рассмотрим двухтактный дизельный двигатель. К сожалению, большинство людей нашего времени связывают работу дизельных моторов с тракторами, поездами, КамАЗами, строительной и сельскохозяйственной техникой.

Все давно привыкли, что они сильно загрязняют окружающую среду характерными черными выбросами с выхлопной трубы (хотя в наше время, благодаря системе прохождения воздуха, все уже давно не так катастрофично), но даже факт превосходства современных дизельных моторов над бензиновыми двигателями мало кого способен переубедить.

Главным же их преимуществом, многие автолюбители называют меньший расход топлива по сравнению с бензиновыми собратьями. Секрет этого кроется в плотности состава дизельного топлива, которое вырабатывает на 15% больше энергии чем бензин. Если копнуть еще глубже и взглянуть на молекулярный уровень, то увидим, что происходит это благодаря более длинной цепочке углеродов. Кроме того, по эксплуатационным характеристикам и принципу работы они также ничуть не уступают двигателям с другими топливными системами. Давайте попробуем в этом убедиться на примере уже упомянутого двухтактного дизельного мотора.

1. Двухтактный дизельный двигатель – принцип работы и устройство

Данный вид двигателей, в настоящее время меньше распространен чем аналогичный четырехтактный, но все же имеет право на существование. Составляющими частями двухтактного дизельного двигателя являются такие два механизма как газовая турбина (служит для преобразования энергии из тепловой в механическую) и специальный нагнетатель (за счет повышения давления в цилиндрах позволяет повысить мощность, снизив при этом количество потребляемого горючего).

Схема работы

Окна цилиндров двухтактных двигателей используются как для впуска свежего воздуха, так и для выпуска уже отработанных газов (оконная или щелочная продувка). Если же отработанные газы выпускаются через клапан в цилиндре, а окна предназначены только для впуска чистого воздуха, то такую продувку называют клапанно-щелевой.

При такой системе очистки, не весь поступивший воздух задерживается в цилиндре и поднимаясь верх какая-то его часть выходит за пределы двигателя. Данный процесс назвали прямоточной продувкой цилиндра, обеспечивающий оптимальную очистку от продуктов сгорания. Продувочный воздух попадает в цилиндры одним из трех способов: либо через специальные насосы, либо через кривошипные продувочные камеры, или же с помощью поршневых компресоров.

Читайте так же:
Плетение из резинок на рогатке брелки

Когда поршень с нижней точки начинает движение в верх, первым закрывается впускной клапан, а следом и окна, через которые осуществлялась продувка, затем начинается сжатие воздуха. Топливо, подающееся форсункой, которая находится возле верхней мертвой точки, воспламеняется от горячего воздуха, начиная тем самым процесс горения и расширения продуктов сгорания при движении поршня вниз.

Пройдя описанный круг, все снова повторяется. В турбину газы попадают через коллектор, а камера сгорания формируется, тогда, когда поршни очень близко приближаются друг к другу. Коленвалы, в таких двигателях, связываются между собой с помощью шестерен основной передачи, а их движение имеет круговой характер и осуществляется по часовой стрелке.

Дизельный двигательКроме прямоточной продувки, выделяют еще и петлевую, но ее качество очистки цилиндра значительно ниже, поэтому в наше время она применяется намного реже. Рабочие ходы в двухтактном двигателе случаются в два раза чаще, чем в аналогичном за объемом четырехтактном, но с точки зрения мощности этого особо не заметно (она увеличивается максимум в 1,6 — 1,7 раза), это происходит из-за существования продувки и более короткого рабочего хода внутри цилиндра.

2. Достоинства и особенности двухтактных двигателей

Двухтактный дизельный двигатель впервые увидел свет практически одновременно с четырехтактным, созданным в том же году Н.Отто, а вот двухтактный бензиновый мотор начали применять сравнительно недавно. На сегодняшний день, существует большое количество различных модификаций всех типов двигателей. Так, например, система зажигания двухтактного мотора может быть как бесконтактной (используется чаще всего), так и контактной, которая еще не успела полностью уйти в историю. Также, в зависимости от бренда, с его историческими традициями и оценкой нынешних рыночных тенденций, могут отличатся и схемы двухтактных двигателей.

Встречается двухтактная дизельная система в стационарных и тепловозных двигателях, на танках, в недалеком прошлом устанавливалась на самолетах, а сегодня ее не редко используют на тяжелых и габаритных грузовиках, в основном американского производства.

ДвигательК основным особенностям, отличающим этот вид моторов, от четырехтактных относят: длину одного рабочего цикла (совершается за два хода поршня, один оборот вала). Благодаря этому, более плавно меняется угол поворота коленчатого вала, что в свою очередь обеспечивает меньшие нагрузки на шатуны, и некоторые детали поршневой группы, повышая запас их прочности; процесс перезарядки цилиндра (в начале сжатия, после такта расширения) с помощью части хода поршня; ограниченное время впуска свежего воздуха и выпуска продуктов горения; другую конфигурацию индикаторной диаграммы; способ продувки (удаление продуктов горения), который проходит путем замены этих продуктов на свежий заряд воздуха. К слову сказать, у аналогичных бензиновых двигателях, в этом случае, вместо воздуха поступает новый заряд горючей смеси.

Тепловой расчет двухтактных моторов проводится точно так же, как и у четырехтактных, исключение становят лишь параметры процессов продувки и впуска. Для осуществления процедуры расчета во внимание принимаются: температуры окружающей среды и остаточных газов; различные коэффициенты — использования тепла, избытка воздуха, неполноты диаграммы, остаточных газов; давление продувки и окружающей среды; показатели политропного сжатия и расширения, уровень повышения давления; политропное сжатие воздуха в системе нагнетателя.

Что касается достоинств двухтактных дизельных двигателей, то тут следует отметить следующие параметры:

— относительно малый вес двигателя (обычно такая установка весит на 50-60% меньше классического мотора с турбиной);

— довольна простая конструкция, имеющая меньшее количество дополнительных деталей и запасных частей. Этот фактор значительно упрощает принцип работы подобных двигателе, а значит обслуживание и ремонт, также, не составят никакого труда;

— оптимальные габариты, не требующие много места под капотом (отсутствует громоздкая система клапанов и распределительного вала).

3. Недостатки двухтактных двигателей

Дизельный двигательКак видим, двухтактные дизельные двигатели обладают приличным количеством положительных характеристик, так почему же тогда они не завоевали должную популярность и с каждым годом все больше и больше прекращают эксплуатироваться? Ответ простой. Несмотря на все положительные моменты, эти силовые агрегаты обладают также существенными недостатками, что делает их менее привлекательными по сравнению с четырехтактными собратьями.

В первую очередь, к минусам (по мнению большинства посетителей различных автомобильных форумов) следует отнести большую прожорливость относительно масла, значительная часть которого либо остается в уголках продувочных окон, а затем попадает в выпускную систему, либо сгорает вместе с топливом. Еще одним отрицательным фактором является слишком высокая температура процесса, происходящего в таком двигателе. А по другому и быть не может, ведь вспышка в цилиндрах моторов этого вида случается в 2 раза чаще, что соответственно влечет за собой тепловое перенапряжение поршней, головки блока цилиндра и гильз, требующее более серьезного охлаждения, с применением поршней особой конструкции: с жаростойкими вставками и возможностью разбора.

По сравнению с четырехтактными двигателями, условия работы подшипников и коренных, шатунных вкладышей двухтактных моторов более тяжелые, виной чему недостаточный отвод теплоты от соприкасающихся поверхностей. Характерная для двухтактного дизельного двигателя односторонняя система нагрузок, также, уменьшает количество масла, прокачиваемого между рабочими поверхностями. Справится с этим можно применив более мощный масляный насос, но из-за его габаритов и веса это довольно непрактично.

Работа двигателяСледующий недостаток двухтактных дизелей — это повышенный расход воздуха, проявивший себя при использовании танков советского времени Т-64 и Т-80УД (Т-84), которые были оснащены подобными моторами 5ТДФ (имеющие 700 л.с.) и 6ТДФ-2 (обладающий 1200 л.с.). Если место эксплуатации сильно запыленное, это приведет к довольно быстрому засорению фильтров.

Кроме того, двухтактные дизельные двигатели, несмотря на свою относительную простоту, требуют более сложных расчетов проектирования, а учитывая, что работы с ними, во многих странах прекращены еще со средины 60-х годов, некоторые части происходящих в них процессов остаются малоизученными. Вышеописанные недостатки дизельных двухтактных двигателей кратко можно выразить в следующих пунктах:

— высокая стоимость, как двигателя в целом, так и отдельных его деталей, за счет ограниченного количества компаний, занимающихся их производством;

— полное отсутствие соответствующих станций технического обслуживания, специалисты которого могли бы осуществить полноценный ремонт таких моторов;

— высокое потребление масла, особенно при интенсивном использовании;

— отсутствие запасных частей и сменных деталей в свободной продаже.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector