Двухтактный ДВС

В двухтактных двигателях очистка рабочего цилиндра от продуктов сгорания и наполнение его свежим зарядом, т. е, процессы газообмена, происходят только в тот период, когда поршень находится в районе НМТ при открытых органах газообмена. Очистка цилиндра от отработавших газов при этом осуществляется не поршнем, а предварительно сжатым воздухом (в дизелях) или горючей смесью (в карбюраторных и газовых двигателях). Предварительное сжатие воздуха или смеси происходит в специальном продувочном или наддувочном компрессоре. В процессе газообмена в двухтактных двигателях некоторая часть свежего заряда неизбежно удаляется из цилиндра вместе с отработавшими газами через выпускные органы. В связи с этим подача продувочного или наддувочного компрессора должна быть достаточной, чтобы компенсировать эту утечку заряда.

Выпуск газов из цилиндра происходит через окна или через клапан (количество клапанов может быть от 1 до 4). Впуск (продувка) свежего заряда в цилиндр в современных двигателях осуществляется только через окна. Выпускные и продувочные окна размещены в нижней части втулки рабочего цилиндра, а выпускные клапаны – в крышке цилиндра.

Схема работы двухтактного дизеля с контурной продувкой, т. е. когда выпуск и продувка происходят через окна, показана на рис. 2.2. Рабочий цикл имеет два такта.

1-й такт – ход поршня от НМТ (точка m) до ВМТ. Вначале поршень 6 перекрывает продувочные окна 1 (точка d'), прекращая тем самым поступление свежего заряда в рабочий цилиндр, а затем поршень перекрывает и выпускные окна 5 (точка b'), после чего начинается процесс сжатия воздуха в цилиндре, который заканчивается, когда поршень придет в ВМТ (точка с). Точка n соответствует моменту начала впрыскивания топлива форсункой 3 в цилиндр. Следовательно, в течение 1-го такта в цилиндре заканчиваются выпуск, продувка и наполнение цилиндра, после чего происходит сжатие свежего заряда и начинается впрыскивание топлива.

Рис. 2.2. Принцип работы двухтактного ДВС

2-й такт – ход поршня от ВМТ до НМТ. В районе ВМТ форсункой впрыскивается топливо, которое воспламеняется и сгорает, при этом давление газов достигает максимального значения (точка z) и начинается их расширение. Процесс расширения газов заканчивается в момент начала открытия поршнем 6 выпускных окон 5 (точка b), после чего начинается выпуск отработавших газов из цилиндра за счет перепада давления газа в цилиндре и выпускном коллекторе 4. Затем поршень открывает продувочные окна 1 (точка d) и происходят продувка и наполнение цилиндра свежим зарядом. Продувка начнется только после того, как давление газов в цилиндре станет ниже давления воздуха р_s в продувочном ресивере 2.

Таким образом, в течение 2-го такта в цилиндре происходят впрыскивание топлива, его сгорание, расширение газов, выпуск отработавших газов, продувка и наполнение свежим зарядом. Во время этого такта осуществляется рабочий ход, обеспечивающий полезную работу.

Индикаторная диаграмма, представленная на рис. 2, одинакова как для дизеля без наддува, так и для дизеля с наддувом. Полезная работа цикла определяется площадью диаграммы md'b'сzbdm.

Работа газов в цилиндре положительна в период 2-го такта и отрицательна во время 1-го такта.

Тема 3. Основные конструктивные схемы разных типов ДВС. Конструктивные схемы остова двигателя. Элементы остова двигателя. Назначение. Общее строение и схема взаимодействия элементов КШМ ДВС.

Конструктивная схема судового дизеля прежде всего зависит от тактности. В четырехтактном двигателе наполнение цилиндра свежим зарядом и выпуск отработавших газов происходят через клапаны. Эти клапаны приводятся в движение механизмом газораспределения. На распределительном валу двигателя устанавливают комплекты кулачковых шайб (отдельно для впускных и для выпускных клапанов). При их вращении в определенные моменты в соответствии с фазами газораспределения поднимаются (опускаются) толкатели, которые с помощью коромысел открывают клапаны или дают возможность пружинам клапанов закрыть их. Распределительный вал приводится во вращение от коленчатого вала и имеет вдвое меньшую частоту вращения, чем коленчатый вал.

В двухтактном дизеле наполнение рабочего цилиндра происходит только через окна, которые открывает и закрывает поршень. Если отработавшие газы выпускаются через клапан, то он открывается также механизмом газораспределения, причем частота вращения распределительного вала в двухтактном двигателе равна частоте вращения коленчатого вала.

Конструктивные схемы любых ДВС различаются и по исполнению кривошипно-шатунного механизма (рис. 3.1).

В тронковом двигателе шатун с помощью пальца соединен непосредственно с поршнем (рис. 3.1, а). В этом случае существенно уменьшается общая высота двигателя, однако продукты окисления, которые удаляются поршневыми кольцами с поверхности втулки цилиндра, попадают в нижнюю часть двигателя (картер), т. е. в конечном счете, в смазочное циркуляционное масло двигателя. Кроме того, в тронковых дизелях втулка цилиндра дополнительно нагружена нормальным усилием, которое увеличивает ее износ. Тронковыми строят все высоко- и среднеоборотные ДВС и редко малооборотные дизели.

В крейцкопфном двигателе шатун соединен с крейцкопфным устройством, которое с помощью штока соединено с поршнем (рис. 3.1, б). Крейцкопфное устройство применяют в двухтактных МОД для разгрузки цилиндра от нормального давления. При этом шток поршня в данном случае позволяет изолировать картер двигателя от подпоршневой полости цилиндра. С этой целью устанавливают разделительную диафрагму с сальнико­вым уплотнением для штока.

а б в г

Рис. 3.1. Схемы кривошипно-шатунных механизмов двигателей

1 – поршень; 2 – шатун; 3 – шток; 4 – крейцкопф; 5 – кривошип коленчатого вала

Особенностью кривошипно-шатунного механизма двигателя с V-образным расположением цилиндров является то, что с одним коленом вала сочленяются два рабочих поршня (рис. 3.1, в). Данная схема широко применяется в средне- и высокооборотных ДВС.

В схеме кривошипно-шатунного механизма с противополож­но движущимися поршнями (ПДП) и двумя коленчатыми ва­лами (рис. 3.1, г) суммарная мощность от обоих коленчатых ва­лов потребителю передается с помощью шестеренной передачи. Несмотря на то что двигатели с ПДП и имеют ряд положитель­ных качеств (двигатель лучше уравновешен, хорошая продувка цилиндра, меньшая удельная масса), из-за существенного ус­ложнения конструкции они не получили широкого распростра­нения.

Конструктивная схема двигателя зависит и от принципа дей­ствия – простого или двойного. В двигателях двойного действия и нижней рабочей полости цилиндра имеется крышка с газоуплотнительным сальником для штока поршня, т. е. такие дви­гатели бывают только крейцкопфного типа. Мощность дизелей двойного действия почти в 2 раза больше мощности дизеля про­стого действия, однако выпуск дизелей двойного действия давно прекратили, так как форсировка дизеля не позволяет обеспечить его надежную и экономичную работу.

Комбинированные судовые двигатели (дизели с наддувом) по виду связи между поршневым двигателем и наддувочным агрегатом можно разделить на три группы: с механической, га­зовой и комбинированной связями. Основные схемы судовых ди­зелей с наддувом представлены на рис. 3.2.

Рис. 3.2 Схемы комбинированных судовых двигателей:

––––––– – воздух; ------------ – отработавшие газы

При механической связи (рис. 3.2 а), компрессор 4 воздуха приводится в действие непосредственно от коленчатого вала двигателя 1 через механическую передачу – мультипликатор, повышающий частоту вращения вала компрессора. Такая схе­ма применяется в дизелях с низкой степенью наддува, а также в двухтактных дизелях без наддува. Основным недостатком рас­смотренной схемы является то обстоятельство, что на привод компрессора затрачивается значительная работа (мощность) двигателя, полученная в рабочем цилиндре. Это, в свою очередь, приводит не только к снижению мощности двигателя, но и к падению его экономичности.

Газовая связь турбокомпрессора с поршневым двигателем показана на рис. 3.2, б – д. В схеме двигателя с импульсным наддувом (рис. 3.2, б, в) отработавшие газы из рабочих цилиндров поступают непосредственно в турбину 5, которая называется импульсной, так как в ней срабатывает импульс давления га­зов, поступающих из цилиндра. В схеме с изобарным газотур­бинным наддувом (рис. 3.2, г) отработавшие газы из цилиндров выходят в выпускной коллектор 6, а затем практически при по­стоянном давлении идут в изобарную турбину 7. В схеме дви­гателя с двухступенчатым газотурбинным наддувом (рис. 3.2, д) газы сначала срабатывают в импульсной турбине 5, а затем в изобарной 7. Во всех схемах воздух после сжатия в компрессоре перед подачей его в наддувочный (продувочный) ресивер 2 охлаждается в специальном охладителе 3.

В двухтактных судовых дизелях широкое распространение получила и комбинированная связь. При такой связи воздух сжимается как в турбокомпрессоре, так и в приводном компрес­соре. В малооборотных крейцкопфных дизелях в качестве при­водного компрессора нередко используют подпоршневые по­лости (рис. 3.2, е). В этом случае воздух после компрессора по­ступает в подпоршневые полости (ПП) 8, где он дополнительно сжимается, затем поступает в наддувочный ресивер. В за­ключительной стадии продувки давление воздуха в ПП падает и воздух от компрессора идет непосредственно в ре­сивер.

При изобарном наддуве в некоторых схемах на режимах малых нагрузок турбокомпрессор не обеспечивает потребное двигателю количество воздуха. Тогда на этих режимах включа­ются электроприводные компрессоры 9, специально установлен­ные на двигателе (рис. 3.2, г).

Дата добавления: 2014-11-08