2.2.2.4. Устройство двухтактного двигателя внутреннего сгорания
Схематический чертеж 2х/т ДВС изображен на Рис. 30. Во время рабочего хода на поршень действует сила давления газов и вместе с силой инерции деталей КШМ составляет движущее усилие Рш , которое передается на шатун и дальше на коленчатый вал. Боковая составляющая Р прижимает поршень к цилиндровой втулке.
У тронкового дизеля КШМ проще, чем у крейцкопфного, а также меньше высота и масса. Однако, при диаметре цилиндра D > 500мм боковая сила достигает больших значений, вызывая повышенный износ цилиндровой втулки и поршневых колец а также сильные стуки (при переходе поршня мертвых точек). Возникает и значительный опрокидывающий момент, который может привести к опрокидыванию двигателя.
-
Рис.30 Схема двухтактного крейцкопфного двигателя:
1-шток; 2-поршень; 3-крейцкопф; 4-направляющие;
5-шатун; 6- поперечина; 7-диафрагма.
Рис. Судовой дизель Wartsila-Sulzer RTA96-C имеет вес 2 300 тонн и мощность 108 920 лошадиных сил, частота вращения вала при максимальной мощности составляет 102 оборота в минуту
2.2.2. 5. Работа двухтактного двигателя внутреннего сгорания.
Рабочий цикл в двухтактных двигателях совершается за два такта, т. е. за один оборот коленчатого вала. В отличие от четырехтактных двигателей, в двухтактных очистка рабочего цилиндра от продуктов сгорания и наполнение его свежим зарядом, или, другими словами, процесс газообмена, происходят только при движении поршня вблизи НМТ. При этом очистка цилиндра от выпускных газов осуществляется путем вытеснения их не поршнем, а предварительно сжатым до определенного давления воздухом или горючей смесью. Предварительное сжатие воздуха или смеси производится в специальном продувочном насосе или компрессоре, исполняемом в виде отдельного агрегата. В небольших двигателях в качестве продувочного насоса иногда используются внутренняя полость картера (кривошипная камера) и поршень двигателя.
В процессе газообмена в двухтактных двигателях некоторая часть воздуха или горючей смеси неизбежно удаляется из цилиндра вместе с выпускными газами через выпускные органы. Эта утечка воздуха или горючей смеси учитывается при выборе производительности продувочного насоса или компрессора.
В
двухтактных двигателях применяются
различные схемы газообмена:
Прямоточно-клапанная схема газообмена (рис. 31). Основными особенностями устройства двигателя этого типа являются:
- впускные окна (1), расположенные в нижней части цилиндра, высота которых составляет около 10–20 % хода поршня. Открытие и закрытие впускных окон производится поршнем (3) при его движении в цилиндре;
- выпускные клапаны (4), размещенные в крышке цилиндра.
Рис. 31Прямоточно-клапанная схема газообмена
П
етлевая
схема газообмена
(рис. 32) значительно упрощает конструкцию
двигателя по сравнению с клапанно-щелевой,
но при этом ухудшается качество газообмена
и возникают потери воздуха или смеси
при наполнении.
Рис. 32 Петлевая схема
газообмена
Прямоточная схема газообмена с противоположно движущимися поршнями (рис. 33), в которой один поршень (3) управляет впускными окнами, а другой – выпускными, обеспечивает высокое качество газообмена.
Рис. 33 Прямоточная
схема газообмена
Вследствие этого наружный воздух устремляется в картер через автоматически действующий впускной клапан. При обратном движении поршня до момента открытия впускных окон происходит сжатие свежего заряда в кривошипной камере. После открытия впускных окон сжатый свежий заряд вытесняется из камеры в цилиндр.
Рассмотрим рабочий цикл двухтактного двигателя:
Первый такт. Первый такт соответствует ходу поршня от ВМТ к НМТ (рис. 34). В цилиндре только что прошло сгорание (линия cz на индикаторной диаграмме) и начался процесс расширения газов, т. е. осуществляется рабочий ход. Несколько раньше момента прихода поршня к впускным окнам открываются выпускной клапан в крышке цилиндра, и продукты сгорания начинают вытекать из цилиндра в выпускной патрубок; при этом давление в цилиндре резко падает (участок тk на индикаторной диаграмме).
Рис. 34 Первый такт двухтактного ДВС
Впускные окна открываются поршнем, когда давление в цилиндре становится примерно равным давлению предварительно сжатого воздуха в ресивере или немного выше его. Воздух, поступая в цилиндр через впускные окна, вытесняет через выпускные клапаны оставшиеся в цилиндре продукты сгорания и заполняет цилиндр (продувка), т. е. осуществляется газообмен. Таким образом, в течение первого такта в цилиндре происходит сгорание топлива, расширение газов, выпуск выпускных газов, продувка и наполнение цилиндра.
Второй такт. Второй такт соответствует ходу поршня от НМТ к ВМТ (рис. 35). В начале хода поршня продолжаются процессы удаления выпускных газов, продувки и наполнения цилиндра свежим зарядом. Конец продувки цилиндра определяется моментом закрытия впускных окон и выпускных клапанов. Последние закрываются или одновременно с впускными окнами, или несколько ранее.
Рис. 35. Второй такт двухтактного ДВС
Давление в цилиндре к концу газообмена в двухтактных двигателях несколько выше атмосферного и зависит от давления воздуха в ресивере. С момента окончания газообмена и полного перекрытия поршнем впускных окон начинается процесс сжатия воздуха. Когда поршень не доходит на 10–30° по углу поворота коленчатого вала до ВМТ (точка с'), в цилиндр через форсунку начинает подаваться топливо. Следовательно, в течение второго такта в цилиндре происходит окончание выпуска, продувка и наполнение цилиндра в начале хода поршня и сжатие при его дальнейшем ходе.
В отличие от четырехтактного двигателя в двухтактном двигателе отсутствуют такты впуска и выпуска как самостоятельные такты, для которых требуется один оборот коленчатого вала. В двухтактных двигателях процессы выпуска и впуска осуществляются на небольших участках хода поршня, соответствующего основным тактам расширения и сжатия.