Двухтактный дизель
Недостаток четырехтактного двигателя в том, что лишь один из четырех ходов поршня рабочий, а три подготовительные, совершающиеся с затратой энергии, выделяющейся за рабочий ход. Более удачно сочетание рабочей и подготовительной частей цикла у двухтактного двигателя.
В простейшем двухтактном дизеле нет впускных и выпускных клапанов. Вместо них цилиндр 5 снабжен впускными 9 и выпускными 3 окнами (рис. 3). Окна открывает и закрывает поршень 8, связанный шатуном 2 с кривошипом 1 коленчатого вала. Существенно, что высота выпускных окон 3 больше, чем впускных 9. Цилиндр закрыт крышкой 7, в которую вставлена форсунка 6.
Предположим, что поршень 8 движется вверх, как изображено на рис. 3, а. Поскольку окна 3 и 9 перекрыты поршнем, воздух в цилиндре сжат примерно до тех же параметров, что и у четырехтактного дизеля. При положении поршня вблизи в. м. т. в цилиндр форсунка 6 впрыскивает топливо, самовоспламеняющееся и сгорающее подобно тому, как это бывает в четырехтактном дизеле.
Рис 3 Схема работы двухтактного дизеля
Под давлением газа поршень 8 движется вниз, происходит процесс расширения, в течение которого совершается полезная работа. Расширение продолжается до открытия поршнем 8 выпускных окон 3 (рис. 3,б). С этого момента начинается выпуск отработавшего газа в выпускной (выхлопной) коллектор 4*.
Несколько позднее поршень откроет впускные окна 5, через которые из ресивера** 10) в цилиндр 5 поступит сжатый воздух. Так как давление в цилиндре двухтактного двигателя бывает всегда выше атмосферного, воздух должен находиться в ресивере 10 под давлением, равным обычно 120— 150 кПа. Этот воздух называют продувочным: поступая в цилиндр, он вытесняет из цилиндра отработавший газ, т. е. продувает цилиндр (рис. 3,в). Термин «продувочный» применяют и к окнам 9 (продувочные окна), ресиверу 10 (ресивер продувочного воздуха), к насосу, подающему воздух в ресивер 10 (продувочный насос).
Итак, после открытия продувочных окон 9 в цилиндре происходят выпуск и продувка. Эти процессы будут продолжаться в течение того времени, за которое поршень движется вниз до н. м. т. (см. рис. 3, в) и затем вверх до закрытия им продувочных окон 9 (см. рис. 3, б). Несколько позднее поршень закроет выпускные окна 3 и начнется процесс сжатия.
Как видно, рабочий цикл совершился за два хода поршня, он состоит из двух тактов, что и определяет название двигателя: двухтактный.
Теоретическая индикаторная диаграмма. В двухтактном цикле различают большее число характерных объемов, чем в четырехтактном (рис. 4). Общими для обоих циклов являются понятия:
Vc — объем пространства (камеры) сжатия;
Рис 4 Теоретическая (расчетная) индикаторная диаграмма двухтактного дизеля
Vв — рабочий объем цилиндра;
V'a = Vв+ Vc — полный объем цилиндра.
Характерными только для двухтактного цикла будут:
Vh — потерянный объем части хода поршня (он соответствует высоте выпускных окон);
Vs = Va— Va— полезная часть рабочего объема цилиндра;
V а = Va— Vh — полезный объем цилиндра
Степенью сжатия (действительной) в двухтактном двигателе называют отношение
После того как движущийся вверх поршень закроет выпускные окна, начинается сжатие воздуха (линия ас). Когда поршень приходит в в. м. т. в цилиндр впрыскивается топливо, часть которого сгорает при постоянном объеме (cz'), часть — при постоянном давлении (z'z). Значения величин: степень сжатия е, давление в конце сжатия рс и максимальное давление сгорания pz такие, как и у четырехтактного дизеля.
Расширение рабочего газа (линия zb) заканчивается в тот момент, когда поршень открывает выпускные окна, через которые отработавший газ выходит в атмосферу. Таким образом, газ расширяется в пределах объема Va, вследствие чего его называют полезным.
После открытия выпускных окон начинается свободный выпуск (линия Ьа), Теоретически давление в цилиндре снижается при свободном выпуске до давления рв продувочного воздуха мгновенно. Практически это давление понижается в течение времени 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 (еа'е). Выпуск продолжается от закрытия продувочных окон до закрытия выпускных (линия еа).
Таким образом, за время, соответствующее изменению объема цилиндра Vh, происходят процессы газообмена выпуск, продувка. Таким образом, для 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 р0 окружающей среды.4
Особенности двухтактных двигателей. Частота циклов в цилиндре двухтактного двигателя вдвое больше, чем у четырехтактного: у первого цикл совершается за одно вращение вала у второго — за два. Это значит, что при тех же размерах (диаметре цилиндра, ходе поршней) и при одинаковой частоте вращения двухтактный двигатель должен развивать мощность в 2 раза больше, чем четырехтактный Однако часть хода поршня двухтактного двигателя с точки зрения работы газа является потерянной. Поэтому практически у двухтактного двигателя развиваемая мощность в 1,8 раза больше, чем мощность четырехтактного. Если же сравнивать двигатели одинаковой мощности, то размеры и, следовательно, масса меньше будут у двухтактного. 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 в 2 раза чаще, чем у четырехтактных. Из этого следует, что вал двухтактного двигателя вращается равномернее, чем вал четырехтактного.
Устройство двухтактного двигателя с продувкой через окна проще четырехтактного: у первого отсутствуют клапаны и механизм их привода. По этой причине двухтактные двигателя легче обслуживать.
Недостатки двухтактных двигателей: прежде всего они менее экономичны, так как очистка цилиндров в них хуже, чем у четырехтактных, и теряется часть энергии на привод продувочного насоса. В двухтактном двигателе процесс сгорания повторяется в 2 раза чаще, чем в четырехтактном поэтому детали его испытывают более высокую тепловую нагрузку, а в сочетании с повышенными механическими напряжениями срок службы двухтактных двигателей по сравнению с четырехтактными уменьшается.
Перечисленные основные достоинства и недостатки двухтактных двигателей предопределили их применение. Много строят двухтактных двигателей малой мощности, в частности подвесных лодочных моторов. Это объясняется сравнительной простотой их устройства и обслуживания, которое могут осуществлять люди с минимальной технической подготовкой. Наиболее распространены в народном хозяйстве двигатели средней мощности, поэтому они должны быть наиболее экономичными и иметь наибольший срок службы. Такому требованию удовлетворяют четырехтактные двигатели, поэтому их чаще применяют. На судах речного флота двухтактных двигателей очень мало.
Чтобы уменьшить габаритные размеры и массу малооборотных двигателей большой мощности, их чаще всего строят двухтактными. Даже в двухтактном исполнении диаметр цилиндра дизеля достиг в настоящее время 1060 мм, ход поршня — 2000 мм, а при четырехтактном исполнении размеры этих деталей были бы больше.
Следует отметить, с повышением мощности экономичность двухтактных двигателей приближается к экономичности четырехтактных, а срок службы мощных двухтактных достаточно велик потому, что их строят малооборотными.
* Коллектором называют трубу или аналогичное устройство, служащее для сбора и отвода газа или жидкости
**Ресивером принято называть сосуд (трубу), имеющий такую вместимость, чтобы при периодических поступлениях в него и расходах из него воздуха (или другого газа) давление внутри ресивера колебалось незначительно
Скачать реферат:
Пароль на архив: privetstudent.com