Газообмен в двухтактных двигателях
Типы продувок.
Способ продувки, называемый поперечно-щелевой (рис. 91,а). Его особенность заключается в том, что выпускные 3 и продувочные 4 окна расположены с разных сторон втулки цилиндра. Они соединены соответственно с выпускным коллектором 2 и с ресивером продувочного воздуха 5. Продувочным окнам придан наклон вверх, в связи с чем воздух движется сначала к крышке цилиндра, затем, вытесняя отработавшие газы, меняет направление на обратное.
Чтобы к моменту открытия продувочных окон давление в цилиндре успело снизиться и стать ниже давления продувочного воздуха, выпускные окна 3 предусмотрены выше продувочных 4. Однако в этом случае поршень 1, двигаясь вверх, закроет сначала продувочные окна, выпускные будут еще частично открыты Процесс продувки после закрытия продувочных окон заканчивается, следовательно, через неполностью закрытые выпускные окна будет выходить (частичная утечка) свежий заряд воздуха. Чтобы избежать это явление, у крупных двигателей выпускные и продувочные окна выполняют одинаковой высоты, но в ресивере продувочного воздуха ставят невозвратные клапаны, которые предотвращают заброс отработавших газов из цилиндра в ресивер при открытии окон; продувка начнется лишь при падении давления в цилиндре после открытия выпускных окон. При движении же поршня вверх продувочный воздух будет поступать до момента закрытия и тех и других окон. С той же целью в некоторых крупных двигателях на выпускном патрубке ставят приводной золотник, привод которого регулируют так, чтобы в момент перекрытия поршнем продувочных окон золотник перекрыл выпускные.
Способ поперечно-щелевой продувки широко распространен вследствие его простоты. В двигателях морского флота встречается петлевая продувка (рис. 91,6). Выпускные 3 и продувочные 4 окна расположены с одной стороны цилиндра, причем выпускные — над продувочными. Выпускной коллектор 2 и ресивер продувочного воздуха 1 находятся с одной стороны двигателя. При таком расположении окон продувочный воздух омывает цилиндр по всему контуру, начиная с днища поршня 5. Это очень важно, так как продувочный воздух охлаждает днище поршня. В данном случае продувочным окнам придан небольшой наклон вниз, а днищу поршня — вогнутая форма.
Качество очистки цилиндра при петлевой продувке несколько выше, но утечка свежего заряда больше, чем при поперечно-щелевом способе продувки. Поэтому в двигателях большой мощности на выпускных патрубках ставят золотники, перекрывающие вы пускной патрубок по окончании продувки.
При рассмотренных схемах продувки в цилиндре движутся встречные потоки воздуха и выпускных газов, вследствие чего воздух и газы перемешиваются. В местах изменения направления движения воздуха появляются вихри, в связи с чем там остаются отработавшие газы. Поэтому качество очистки цилиндря в таких двигателях ниже, чем в четырехтактных.
Рис. 91 Способы контурных продувок
Качественная (не уступающая очистке в четырехтактных двигателях) очистка цилиндра обеспечивается при прямоточных способах продувки. Суть способа заключается в том, что выпуск газов происходит с одного конца цилиндра, а впуск продувочного воздуха — с другого. Это достигают установкой в крышке цилиндра выпускных клапанов 1 (рис. 92,а). Поршень 2 открывает лишь продувочные окна а, а клапаны 1 открываются с помощью привода, как и у четырехтактных двигателей. Продувочные окна а расположены по всей окружности цилиндра, причем им придан тангенциальный наклон для образования спирального вихря продувочного воздуха. Ресивер продувочного воздуха б опоясывает втулку цилиндров по всей окружности.
Рис. 92 Способы прямоточных продувок
Так, прямоточно-клапанный способ продувки применен в двигателях 10Д40, имеющих наибольшую на речном флоте агрегатную мощность.
В дизелях большой мощности широко применяют также прямоточно-щелевой способ продувки (рис. 92,6). В цилиндре предусмотрены два поршня: верхний 5 и нижний 7. Верхние поршни двигателя работают на верхний коленчатый вал 4, а нижние — на основной нижний вал 8. Валы сообщены вертикальным валом 3 и коническими шестернями. Верхний поршень 5 открывает и закрывает продувочные окна в, а нижний — выпускные г. Поршни движутся противоположно. Когда они сходятся к внутренней мертвой точке, в цилиндре происходит сжатие и форсунка 6 впрыскивает топливо. Затем под давлением газа поршни расходятся, открывая в конце хода расширения выпускные (поршень 7) и впускные (поршень 5) окна. Рассмотренный способ продувки предусмотрен в отечественных тепловозных двигателях Д100.
Двигатели с противоположно движущимися поршнями (ПДП) строят и многорядными.
Так, в отечественном дизеле марки 58 (16ДНП23/2Х30, 16ДРПН23/2Х30) мощностью 3312 кВт при частоте вращения 643 мин-1 два ряда цилиндров с ПДП при четырех коленчатых валах Встречаются двигатели ПДП с другими кинематическими схемами треуголь
ные («дельтик») с тремя рядами цилиндров и тремя коленчатыми валами, ромбовидные с четырьмя рядами, четырьмя валами и др.
При прямоточном способе продувки легко осуществить дозарядку цилиндра, если предусмотреть закрытие выпускных окон или клапанов раньше продувочных. У двигателей с ПДП для этого верхний и нижний кривошипы располагают под углом, отличным от 180°, ходы поршней делают разными.
Диаграммы газораспределения. Так как рабочий цикл двухтактного двигателя совершается за 360° п. к. в., диаграмма его газораспределения имеет вид кольца (рис, 93). При простейшем способе поперечно-щелевой или петлевой продувки (рис 93, а) угол характеризующий продолжительность выпуска, всегда больше угла а3 продувки выпускные окна открываются раньше, а закрываются позднее продувочных. При прямоточных и некоторых других способах продувка может быть закончена даже позднее выпуска. Поэтому продолжительность впуска (угол а3</sub>> рис. 93,6) может быть больше продолжительности выпуска (угол а2) В этом случае по окончании выпуска происходит так называемая дозарядка цилиндра.
В обеих диаграммах (см. рис. 93) угол а1 является углом опережения подачи топлива.
Рис. 93 Диаграммы газораспределения двухтактных дизелей
Рис. 94 Поршневой продувочный насос
Рис. 95 Схема работы роторного продувочного насоса
Поршневой продувочный насос
Продувочный воздух вырабатывают продувочные насосы. В простейшем варианте таким насосом может быть кривошипная камера (т. е. картерное пространство) при условии, что двигатель одноцилиндровый или кривошипные камеры цилиндров разобщены. При движении поршня вверх в кривошипной камере создается разрежение и в нее засасывается из атмосферы воздух. При движении поршня вниз сжимаемый поршнем в камере воздух поступает через канал и продувочные окна в цилиндр.
В судовых дизелях устанавливают специальные продувочные насосы — поршневые, роторные или центробежные— с приводом от коленчатого вала, создающие избыточное давление воздуха 10—50 кПа.
Поршневые насосы используют для тихоходных двигателей, причем иногда (рис. 94) их изготовляют с двумя поршнями на одном штоке (тип тандем). Цилиндр 10 насоса промежуточном днищем 14 разделен на две полости, каждая из которых является насосом двойного действия. Соответственно этому на штоке 4 насоса закреплены два поршня: верхний 11 и нижний 16. Шток соединен с крейцкопфом 3 и приводится в движение шатуном 2 от приставного кривошипа 18 коленчатого вала.
В цилиндре насоса установлены секции пластинчатых клапанов: всасывающих 5, 6, 9 и нагнетательных 12,
13, 15, 17. К всасывающим клапанам по патрубку 8 поступает воздух из атмосферы; от нагнетательных клапанов он направляется в полость а и из нее—в ресивер.
Если поршни будут двигаться вниз, в верхних полостях будет происходить всасывание. Атмосферный воздух через клапаны 6, 9 поступит в верхние полости, а из нижних нагнетаемый воздух пройдет через клапаны 13, 17 в полость а и далее в ресивер продувочного воздуха.
После того как поршни из н. м. т. начнут двигаться вверх, воздух будет засасываться через клапаны 5 и 7 в нижние полости, а из верхних полостей нагнетаемый воздух пойдет через клапаны 12 и 15 в ресивер.
Конструкция всасывающих и нагнетательных клапанов одинаковая. Они состоят из ряда пластин 1, закрепленных одним концом на корпусе 19. При движении воздуха из внутренней части корпуса 19 пластины отгибаются и пропускают его. Обратное движение воздуха невозможно, так как пластины ложатся на корпус, закрывая проходные щели. Над пластинами установлены отбойники 20.
Роторный продувочный насос. Некоторые двухтактные двигатели оборудованы роторными продувочными насосами.
На рис. 95 изображена схема роторного насоса, установленного в двигателях Д100 и 37Д. Внутри корпуса 1 расположены два трехлопастных ротора 2 и 3. Валы, на которые насажены роторы, сцеплены внешними шестернями и вращаются синхронно. Зазоры между роторами 2 и 3 и стенками корпуса и роторами небольшие.
При вращении роторы переносят воздух в направлении, показанном стрелками. Сравнивая приведенные на рис. 95 три последовательных положения роторов, можно установить, что затушеванная площадь справа от роторов уменьшается, т. е. они вытесняют воздух в ресивер. В то же время площадь слева увеличивается (из сравнения положения I с положениями II и III), т. е. происходит всасывание. Продувочный насос такого типа может быть только у нереверсивного двигателя.
Скачать реферат:
Пароль на архив: privetstudent.com