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.
⇐ | Четырехтактный двигатель | | Устройство и ремонт тепловозов | | Термодинамические циклы ДВС | ⇒