Avtoargon.ru

АвтоАргон
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Двухтактный дизельный двигатель — Two-stroke diesel engine

Двухтактный дизельный двигатель — Two-stroke diesel engine

Дизельный двигатель двухтактного является двигателем внутреннего сгорания , который использует воспламенения от сжатия , с двухтактным циклом сгорания. Он был изобретен Хьюго Гюльднером в 1899 году.

При воспламенении от сжатия воздух сначала сжимается и нагревается; Затем в цилиндр впрыскивается топливо, в результате чего он самовоспламеняется . Двухтактный цикл воспламеняет топливо для обеспечения рабочего хода каждый раз, когда поршень поднимается и опускается в цилиндре, без необходимости в дополнительных тактах выпуска и впуска [четырехтактного] цикла.

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 История
  • 2 Характеристики
    • 2.1 Дизельные или масляные двигатели
    • 2.2 Двухтактный цикл
    • 2.3 Двухтактные дизели
    • 2.4 Топливо
  • 3 Известные производители
  • 4 Примечания
  • 5 ссылки
    • 5.1 Цитаты
    • 5.2 Библиография
  • 6 Дальнейшее чтение

История

По словам разработчика первого работающего дизельного двигателя Имануэля Лаустера , Дизель никогда не намеревался использовать двухтактный принцип для дизельного двигателя. Считается, что Хьюго Гюльднер изобрел двухтактный дизельный двигатель. Он спроектировал первый действующий двухтактный дизельный двигатель в 1899 году и убедил компании MAN , Krupp и Diesel профинансировать строительство этого двигателя по 10 000 фунтов стерлингов каждый. Двигатель Гюльднера имел рабочий цилиндр 175 мм и продувочный цилиндр 185 мм; у обоих был ход 210 мм. Указанная выходная мощность составляла 12 л.с. (9 кВт; 12 л.с.). В феврале 1900 года этот двигатель впервые заработал своим ходом. Однако с его фактической выходной мощностью всего 6,95 л.с. (5 кВт; 7 л.с.) и высоким расходом топлива 380 г · л.с. −1 · ч −1 (517 г · кВт −1 · ч −1 ), это не подтвердилось. чтобы быть успешным; От проекта двухтактного дизельного двигателя Гюльднера отказались в 1901 году.

В 1908 году компания MAN Nürnberg предложила поршневые двухтактные дизельные двигатели одностороннего действия для использования на море, первый поршневой двигатель двустороннего действия от MAN Nürnberg был изготовлен в 1912 году для электростанции. В 1913/1914 году в сотрудничестве с Blohm + Voss в Гамбурге компания MAN Nürnberg построила первый поршневой двухтактный двигатель двустороннего действия для морского применения. Пол Генри Швейцер утверждает, что двухтактные дизельные двигатели с оппозитными поршнями были изобретены Хьюго Юнкерсом . Во время Первой мировой войны компания MAN Nürnberg построила шестицилиндровый поршневой двухтактный дизельный двигатель двустороннего действия с номинальной мощностью 12400 л.с. (9 120 кВт; 12 230 л.с.). В 1919 году компания MAN перевела свой цех по производству двухтактных дизельных двигателей из Нюрнберга в Аугсбург.

К 1939 году несколько типов двухтактных дизельных двигателей получили широкое распространение, а другие разрабатывались для мощных двигателей.

Из нескольких концепций двухтактных авиационных дизельных двигателей Junkers Jumo 205 был единственным типом, который производился в значительных количествах, всего около 900 единиц. Представленная в 1939 году концепция дизайна была впервые предложена в 1914 году. Дизайн был произведен по лицензии в нескольких странах. Последующие достижения в технологии впрыска бензина сделали двухтактный авиационный двигатель устаревшим. Хотя Napier Culverin , лицензионная версия более крупного Jumo 204 , не был запущен в производство, более поздняя модель Napier Deltic включала переработанную треугольную конструкцию с тремя цилиндрами на ряд и успешно применялась в локомотивах и на морских судах в послевоенную эпоху. .

С 1923 по 1982 год компания MAN использовала продувку обратным потоком для своих морских двухтактных двигателей. С 1945 года был установлен золотниковый клапан для эффекта индукции поршня, а с 1954 года применялся наддув с постоянным потоком газа с промежуточным охлаждением. Нагнетание было достигнуто за счет комбинации четырех методов наддува: нагнетателя типа Рутса с приводом от коленчатого вала, турбонагнетателя, нижней стороны поршней двигателя и нагнетателя, приводимого в действие электродвигателем. Золотниковый клапан для эффекта индукции плунжера в конечном итоге оказался склонным к отказам и был признан устаревшим из-за увеличения скорости наддува в начале 1960-х годов. В начале 1980-х годов все основные производители двухтактных дизельных двигателей перешли с продувки с обратным потоком на продувку без обратного потока, поскольку последняя, ​​несмотря на свою сложность, позволяет повысить эффективность двигателя и, следовательно, снизить расход топлива.

Чарльз Ф. Кеттеринг и его коллеги, работавшие в General Motors Research Corporation и дочерней компании GM Winton Engine Corporation в 1930-х годах, разработали двухтактные дизельные двигатели для дорожного использования с гораздо более высокими отношениями мощности к массе и диапазоном мощности, чем у современных четырех двигателей. -тактные дизели. Первым мобильным применением двухтактного дизельного двигателя стали дизельные обтекаемые модели середины 1930-х годов. Постоянные разработки привели к созданию улучшенных двухтактных дизелей для локомотивов и судов в конце 1930-х годов. Эта работа заложила основу для дизелизации железных дорог в 1940-х и 1950-х годах в Соединенных Штатах.

К концу двадцатого века интерес к авиационным дизельным двигателям возродился, и в 2015 году в разработке находились двухтактные модели, такие как Superior Air Parts Gemini Diesel 100 .

Характеристики

Дизельные или масляные двигатели

Отличительной чертой дизельного двигателя является воспламенение от сжатия . Когда воздух сжимается, он нагревается. Затем топливо впрыскивается в горячий сжатый воздух и самовоспламеняется. Это позволяет ему работать с обедненной смесью, состоящей в основном из воздуха. Вместе с высокой степенью сжатия это делает его более экономичным, чем бензиновый или бензиновый двигатель Отто . Также не требуется карбюратор для смешивания воздуха и топлива перед доставкой, свеча зажигания или другая система зажигания. Другое следствие заключается в том, что для управления скоростью и выходной мощностью воздушный поток не дросселируется, а изменяется только количество топлива, впрыскиваемого в каждом цикле.

Двухтактный цикл

В двухтактном цикле четыре стадии работы двигателя внутреннего сгорания (впуск, сжатие, зажигание, выпуск) происходят за один оборот коленчатого вала на 360 °, тогда как в четырехтактном двигателе они занимают два полных оборота. Следовательно, в двухтактном цикле стадии перекрываются на протяжении большей части работы двигателя. Это усложняет его термодинамические и аэродинамические процессы. Поскольку четырехтактный цилиндр срабатывает только каждый второй оборот, выходная мощность двухтактного цикла теоретически вдвое больше. Однако потери при продувке затрудняют реализацию этого преимущества на практике.

  • Впуск начинается, когда поршень находится около нижней мертвой точки (НМТ). Воздух поступает в цилиндр через отверстия в стенке цилиндра ( впускных клапанов нет ). Все двухтактные дизельные двигатели требуют для работы искусственного всасывания и будут использовать вентилятор с механическим приводом или турбокомпрессор для наполнения цилиндра воздухом. На ранней стадии всасывания заряд воздуха также используется для вытеснения любых оставшихся продуктов сгорания от предыдущего рабочего такта, процесс, называемый продувкой .
  • Когда поршень поднимается, всасываемый воздух сжимается. Вблизи верхней мертвой точки впрыскивается топливо, что приводит к сгоранию из-за чрезвычайно высокого давления заряда и тепла, создаваемого сжатием, которое перемещает поршень вниз. По мере того, как поршень движется вниз в цилиндре, он достигает точки, в которой выпускное отверстие открывается для удаления газов сгорания под высоким давлением. Однако в большинстве современных двухтактных дизельных двигателей используются расположенные сверху тарельчатые клапаны и однопоточная продувка . Продолжительное движение поршня вниз откроет отверстия для впуска воздуха в стенке цилиндра, и цикл начнется снова.

Двухтактные дизели

В большинстве двухтактных двигателей EMD и GM (например, Detroit Diesel ) очень немногие параметры регулируются, а все остальные фиксируются механической конструкцией двигателей. Отверстия для продувки открыты от 45 градусов перед BDC до 45 градусов после BDC (этот параметр обязательно симметричен относительно BDC в поршневых двигателях). Остальные регулируемые параметры связаны с выпускным клапаном и синхронизацией впрыска (эти два параметра не обязательно симметричны относительно ВМТ или, если на то пошло, НМТ), они установлены для максимального выхлопа газов сгорания и максимального впуска наддувочного воздуха. Один распределительный вал управляет выпускными клапанами тарельчатого типа и насос-форсункой , используя три лепестка: два лепестка для выпускных клапанов (либо два клапана на самых маленьких двигателях, либо четыре клапана на самом большом, и третий лепесток для насос-форсунки).

Специально для двухтактных двигателей EMD ( 567 , 645 и 710 ):

  • Рабочий такт начинается в ВМТ ([0 °]; впрыск топлива опережает ВМТ на 4 ° [356 °], так что впрыск топлива будет завершен в ВМТ или очень скоро после этого; топливо воспламеняется так же быстро, как и впрыск) , после рабочего хода выпускные клапаны открываются, что значительно снижает давление и температуру газа сгорания и подготавливает цилиндр к продувке для продолжительности рабочего хода 103 °.
  • Продувка начинается 32 ° позже, в НМТ-45 ° [135 °], и заканчивается в НМТ + 45 ° [225 °], для продувки продолжительностью 90 градусов; задержка на 32 ° при открытии продувочных отверстий (ограничение длины рабочего хода) и задержка на 16 ° после закрытия продувочных отверстий (тем самым инициируя такт сжатия) максимизируют эффективность продувки, тем самым максимизируя выходную мощность двигателя, сводя к минимуму расход топлива двигателя.
  • К концу продувки все продукты сгорания вытесняются из цилиндра, и остается только «наддувочный воздух» (продувка может выполняться с помощью нагнетателей Рутса для впуска наддувочного воздуха при температуре немного выше температуры окружающей среды или фирменного турбокомпрессора EMD, который действует как нагнетатель во время запуска и как турбонагнетатель при нормальных условиях эксплуатации, а также для впуска наддувочного воздуха при значительно превышении температуры окружающей среды, и этот турбонаддув обеспечивает 50-процентное увеличение максимальной номинальной мощности по сравнению с двигателями с наддувом Рутса того же рабочего объема) .
  • Ход сжатия начинается на 16 ° позже, при НМТ + 61 ° [241 °], для продолжительности хода сжатия 119 °.
  • В двигателях с EFI насос-форсунка с электронным управлением по-прежнему приводится в действие механически; количество топлива, подаваемого в насос-форсунку плунжерного типа, контролируется блоком управления двигателем (в локомотивах, блоком управления локомотивом), а не традиционным регулятором Woodward PGE или эквивалентным регулятором двигателя, как с обычными насос-форсунками.
Читать еще:  Что показывает угловая характеристика синхронного двигателя

Специально для двухтактных двигателей GM ( 6-71 ) и связанных с ними дорожных / внедорожных / морских двухтактных двигателей:

  • При этом используются те же основные соображения (двигатели GM / EMD 567 и GM / Detroit Diesel 6-71 были спроектированы и разработаны в одно и то же время и одной и той же командой инженеров и технических менеджеров).
  • В то время как все двигатели EMD и Detroit Diesel используют турбонаддув, только некоторые двигатели EMD используют систему турбокомпрессора; В некоторых двигателях Detroit Diesel используется обычный турбокомпрессор, в некоторых случаях с промежуточным охлаждением, за которым следует обычный вентилятор Рутса, поскольку система турбокомпрессора была бы слишком дорогостоящей для некоторых очень дорогостоящих и высококонкурентных приложений.

Топлива

Топливо, используемое в дизельных двигателях, состоит из более тяжелых углеводородных масел, чем бензин или бензин, используемые в двигателях с искровым зажиганием, что делает их менее летучими с более высокой температурой вспышки и придает им более высокую плотность энергии . Поэтому с ними проще и безопаснее обращаться, и они занимают меньший объем при заданном количестве энергии. Двухтактные дизели обычно сжигают даже более тяжелые сорта мазута, чем стандартные дизельные топлива .

В двухтактных судовых дизельных двигателях для морских судов наиболее распространенным топливом является остаточное масло . Гюнтер Мау утверждает , что нет единых стандартов для таких видов топлива не существует, поэтому они имеют severeal различные разговорные названия, в том числе морской Intermediate топлива , тяжелого нефтяного топлива , Марин Бункер топлива , и Бункер C топливо . Мазут также использовался в двухтактном дизельном авиационном двигателе Jumo 205. В 60-е годы нефтяные остатки «придумывали на основе отходов нефтепереработки». Остаточные масла очень низкого качества с высокой вязкостью и низким цетановым числом , но дешевы и, следовательно, экономичны в использовании.

Четырехтактный двигатель

Бензиновые двигатели — это класс двигателей внутреннего сгорания, в цилиндрах которых предварительно сжатая топливовоздушная смесь поджигается электрической искрой. Управление мощностью в данном типе двигателей производится, как правило, регулированием потока воздуха, входящего в двигатель, посредством дроссельной заслонки.

Дроссельная заслонка, дроссель, дроссельный клапан (нем. Drossel), — устройство, проходное сечение которого значительно меньше сечения подводящего трубопровода. Дроссель регулирует расход и изменяет другие параметры рабочего тела, протекающего в замкнутом канале.

Одним из видов дросселя является карбюраторная дроссельная заслонка, регулирующая поступление горючей смеси в цилиндры двигателя внутреннего сгорания. Рабочий орган представляет собой пластину, закрепленную на вращающейся оси, помещенную в трубу, в которой протекает регулируемая среда. В просторечии всегда именовалась «газ». В автомобилях управление дросселем производится с места водителя, причём обычно предусматривается двойная система привода: от руки рычажком или кнопкой и от ноги педалью. Их обычно связывают между собой так, что при нажатии водителем на педаль кнопка ручного управления остаётся неподвижной, а при вытягивании кнопки ручного управления педаль опускается. Дальнейшее открывание дросселя можно производить педалью. При отпускании педали дроссель остаётся в положении, установленном ручным управлением. Синоним: «бензомотор».

Содержание

Классификация бензиновых двигателей

  • По способу смесеобразования — двигатели с внешним смесеобразованием, у которых горючая смесь приготовляется вне цилиндров (карбюраторные и газовые), и двигатели с внутренним смесеобразованием (рабочая смесь образуется внутри цилиндров) — двигатели с непосредственным впрыском;
  • По способу осуществления рабочего цикла — четырехтактные и двухтактные. Двухтактные двигатели обладают большей мощностью на единицу объёма, однако меньшим КПД. Поэтому двухтактные двигатели применяются там, где очень важны небольшие размеры, но относительно неважна топливная экономичность, например, на мотоциклах, небольших моторных лодках, бензопилах и моторизованых инструментах. Четырёхтактные же двигатели устанавливаются на абсолютное большинство остальных транспортных средств. Следует заметить, что дизели также могут быть четырёхтактными или двухтактными; двухтактные дизели лишены многих недостатков бензиновых двухтактных двигателей, однако применяются в основном на больших судах (реже на тепловозах и грузовиках).;
  • По числу цилиндров — одноцилиндровые, двухцилиндровые и многоцилиндровые;
  • По расположению цилиндров — двигатели с вертикальным или наклонным расположением цилиндров в один ряд (т.н. «рядный» двигатель), V-образные с расположением цилиндров под углом (при расположении цилиндров под углом 180 двигатель называется двигателем с противолежащими цилиндрами, или оппозитным);
  • По способу охлаждения — на двигатели с жидкостным или воздушным охлаждением;
  • По типу смазки смешаный тип(масло смешивается с топливной смесью) и раздельный тип(масло находится в картере)
  • По виду применяемого топлива — бензиновые и многотопливные [1];
  • По степени сжатия. В зависимости от степени сжатия различают двигатели высокого (E=12…18) и низкого (E=4…9) сжатия;
  • По способу наполнения цилиндра свежим зарядом: двигатели без наддува, у которых впуск воздуха или горючей смеси осуществляется за счет разряжения в цилиндре при всасывающем ходе поршня; двигатели с наддувом, у которых впуск воздуха или горючей смеси в рабочий цилиндр происходит под давлением, создаваемым турбокомпрессором, с целью увеличения заряда воздуха и получения повышенной мощности и КПД двигателя;
  • По частоте вращения: тихоходные, повышенной частоты вращения, быстроходные;
  • По назначению различают двигатели стационарные, автотракторные, судовые, тепловозные, авиационные и др.
  • Практически не употребляемые виды моторов — роторно-поршневые Ванкеля, с внешним сгоранием Стирлинга и т. д..

Бензиновые двигатели различаются также по способу приготовления рабочей смеси. В настоящее время существуют карбюраторные и инжекторные бензиновые двигатели, причём карбюраторные уже практически вытеснены инжекторными.

Рабочий цикл бензинового двигателя

Рабочий цикл четырёхтактного двигателя

Как следует из названия, рабочий цикл четырёхтактного двигателя состоит из четырёх основных этапов — тактов.

1. Впуск. В течение этого такта поршень опускается из верхней мёртвой точки (ВМТ) в нижнюю мёртвую точку (НМТ). При этом кулачки распредвала открывают впускной клапан, и через этот клапан в цилиндр засасывается свежая топливно-воздушная смесь. 2. Сжатие. Поршень идёт из НМТ в ВМТ, сжимая рабочую смесь. При этом значительно возрастает температура смеси. Отношение рабочего объёма цилиндра в НМТ и объёма камеры сгорания в ВМТ называется степенью сжатия. Степень сжатия — очень важный параметр, обычно, чем она больше, тем больше топливная экономичность двигателя. Однако, для двигателя с большей степенью сжатия требуется топливо с бо́льшим октановым числом, которое дороже. 3. Сгорание и расширение (рабочий ход поршня). Незадолго до конца цикла сжатия топливовоздушная смесь поджигается искрой от свечи зажигания. Во время пути поршня из ВМТ в НМТ топливо сгорает, и под действием тепла сгоревшего топлива рабочая смесь расширяется, толкая поршень. Степень «недоворота» коленчатого вала двигателя до ВМТ при поджигании смеси называется углом опережения зажигания. Опережение зажигания необходимо для того, чтобы давление газов достигло максимальной величины когда поршень будет находиться в ВМТ. При этом использование энергии сгоревшего топлива будет максимальным. Сгорание топлива занимает практически фиксированное время, поэтому для повышения эффективности двигателя нужно увеличивать угол опережения зажигания при повышении оборотов. В старых двигателях эта регулировка производилась механическим устройством (центробежным и вакуумным регулятором воздействующим на прерыватель). В более современных двигателях для регулировки угла опережения зажигания используют электронику. 4. Выпуск. После НМТ рабочего цикла открывается выпускной клапан, и движущийся вверх поршень вытесняет отработанные газы из цилиндра двигателя. При достижении поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается и цикл начинается сначала.

Читать еще:  Газ 31105 не заводится 402 двигатель

Необходимо также помнить, что следующий процесс (например, впуск), необязательно должен начинаться в тот момент, когда закончится предыдущий (например, выпуск). Такое положение, когда открыты сразу оба клапана (впускной и выпускной), называется перекрытием клапанов. Перекрытие клапанов необходимо для лучшего наполнения цилиндров горючей смесью, а также для лучшей очистки цилиндров от отработанных газов.

Рабочий цикл двухтактного двигателя

В двухтактном двигателе рабочий цикл полностью происходит в течение одного оборота коленчатого вала. При этом от цикла четырёхтактного двигателя остаётся только сжатие и расширение. Впуск и выпуск заменяются продувкой цилиндра вблизи НМТ поршня, при которой свежая рабочая смесь вытесняет отработанные газы из цилиндра.

Более подробно цикл двигателя устроен следующим образом: когда поршень идёт вверх, происходит сжатие рабочей смеси в цилиндре. Одновременно, движущийся вверх поршень создаёт разрежение в кривошипной камере. Под действием этого разрежения открывается клапан впускного коллектора и свежая порция топливовоздушной смеси (как правило, с добавкой масла) засасывается в кривошипную камеру. При движении поршня вниз давление в кривошипной камере повышается и клапан закрывается. Поджиг, сгорание и расширение рабочей смеси происходят так же, как и в четырёхтактном двигателе. Однако, при движении поршня вниз, примерно за 60° до НМТ открывается выпускное окно (в смысле, поршень перестаёт перекрывать выпускное окно). Выхлопные газы (имеющие ещё большое давление) устремляются через это окно в выпускной коллектор. Через некоторое время поршень открывает также впускное окно, расположенное со стороны впускного коллектора. Свежая смесь, выталкиваемая из кривошипной камеры идущим вниз поршнем, попадает в рабочий объём цилиндра и окончательно вытесняет из него отработанные газы. При этом часть рабочей смеси может выбрасываться в выпускной коллектор. При движении поршня вверх часть свежей смеси вытолкнутой из выпускного коллектора засасывается назад в кривошипную камеру.

Можно заметить, что двухтактный двигатель при том же объёме цилиндра, должен иметь почти в два раза большую мощность. Однако, полностью это преимущество не реализуется, из-за недостаточной эффективности продувки по сравнению с нормальным впуском и выпуском. Мощность двухтактного двигателя того же литража, что и четырёхтактный больше в 1,5 — 1,8 раза.

Важное преимущество двухтактных двигателей — отсутствие громоздкой системы клапанов и распределительного вала.

Преимущества и недостатки 4-тактных и 2-тактных двигателей

Преимущества четырёхтактных двигателей

  • Больший ресурс.
  • Бо́льшая экономичность.
  • Более чистый выхлоп.
  • Не требуется сложная выхлопная система.
  • Меньший шум.

Преимущества двухтактных двигателей

  • Отсутствие громоздких систем смазки и газораспределения у двухтактных вариантов.
  • Бо́льшая мощность в пересчёте на 1 литр рабочего объёма.
  • Проще и дешевле в изготовлении.
  • Отсутствие блока клапанов и распределительного вала.

Карбюраторные и инжекторные двигатели

В карбюраторных двигателях процесс приготовления горючей смеси происходит в карбюраторе — специальном устройстве, в котором топливо смешивается с потоком воздуха за счёт аэродинамических сил, вызываемых энергией потока воздуха, засасываемого двигателем.

В инжекторных двигателях впрыск топлива в воздушный поток осуществляют специальные форсунки, к которым топливо подаётся под давлением, а дозирование осуществляется электронным блоком управления — подачей импульса тока, открывающим форсунку или же, в более старых двигателях, специальной механической системой.

Переход от классических карбюраторных двигателей к инжекторам произошёл в основном из-за возрастания требований к чистоте выхлопа (выпускных газов), и установке современных нейтрализаторов выхлопных газов (каталитических конвертеров или просто катализаторов). Именно система впрыска топлива, контролируемая программой блока управления, способна обеспечить постоянство состава выхлопных газов, идущих в катализатор. Постоянство же состава необходимо для нормальной работы катализатора, так как современный катализатор способен работать лишь в узком диапазоне данного состава, и требует строго определённого содержания кислорода. Именно поэтому в тех системах управления, где установлен катализатор, обязательным элементом является лямбда-зонд, он же кислородный датчик. Благодаря лямбда-зонду система управления, постоянно анализируя содержание кислорода в выхлопных газах, поддерживает точное соотношение кислорода, недоокисленных продуктов сгорания топлива, и оксидов азота, которое способен обезвредить катализатор. Дело в том, что современный катализатор вынужден не только окислять не полностью сгоревшие в двигателе остатки углеводородов и угарный газ, но и восстанавливать оксиды азота, а это — процесс, идущий совершенно в другом (с точки зрения химии) направлении. Желательно также ещё раз окислять окончательно весь поток газов. Это возможно лишь в пределах так называемого «каталитического окна», то есть узкого диапазона соотношения топлива и воздуха, когда катализатор способен выполнить свои функции. Соотношение топлива и воздуха в данном случае составляет примерно 1:14,7 по весу (зависит также от соотношения С к Н в безине), и удерживается в коридоре приблизительно плюс-минус 5 %. Так как одной из труднейших задач является удержание нормативов по оксидам азота, дополнительно необходимо снижать интенсивность их синтеза в камере сгорания. Делается это в основном снижением температуры процесса горения с помощью добавления определённого количества выхлопных газов в камеру сгорания на некоторых критичных режимах (Система рециркуляции выхлопных газов).

3.8. Сравнение двух– и четырехтактных дизелей

Главное различие между двух– и четырехтактными ДВС заключается в количестве произведенной работы за один оборот двигателя – двухтактном дизеле рабочий ход совершается на каждом обороте, а в четырехтактном – на двух оборотах. Т.е. при всех равных условиях мощность двухтактного двигателя теоретически вдвое больше по сравнению с четырехтактным. Однако, если на продувку двухтактных дизелей отводится по углу поворота коленвала менее 180°, у четырехтактных на выхлоп и продувку приходится 400–450°. Поэтому, из-за несовершенства продувки цилиндров и других недостатков выигрыш в мощности двухтактных дизелей уменьшается на 20–30% и в действительности оказывается в 1,7–1,8 раз больше.

Большое значение для судовых условий имеют массогабаритные характеристики. У двухтактных дизелей масса на единицу мощности существенно меньше по сравнению с четырехтактными, но высота существенно больше. Двухтактные дизеля не имеют клапанов (за исключением двигателей с прямоточно-клапанной продувкой, об этом ниже) и соответственно нет сложного механизма привода клапанов. Однако последние эффективно работают на более высоких частотах вращения, что в ряде случаев компенсирует их недостатки по сравнению с двухтактными двигателями.

Анализ опыта эксплуатации дизелей показывает, что каждый тип дизеля имеет свое применение на судне. В качестве главных двигателей с прямой передачей на винт, как правило, применяются двухтактные малооборотные дизели с частотой вращения 90–120 об/мин, т.к. частота вращения гребного винта обеспечивает максимальное значение пропульсивного КПД (этот КПД характеризует работу всего пропульсивного комплекса: корпус судна – гребной винт – главный двигатель) именно при этих значениях.

Четырехтактные дизели имеют n = 250–750 об/мин и используются главным образом в качестве вспомогательных двигателей (дизельгенераторов), а в случае их применения в качестве главных устанавливаются редукторы, понижающие частоту вращения до значений, показанных выше.

3.9. Пути повышения мощности двс

Анализ формулы для определения мощности показывает, что последняя зависит от тактности, количества цилиндров, частоты вращения, хода поршня, диаметра и среднего давления в цилиндре.

Тактность разобрана в предыдущем параграфе достаточно подробно. Количество цилиндров судовых малооборотных двигателей достигает 12, больше цилиндров в одном двигателе не делают.

Диаметр цилиндров превышает 1 м, а ход поршня длинноходовых двигателей превышает 2,5 м. Иными словами, увеличение мощности дизелей увеличением их геометрических характеристик достигло своего предела. Поэтому единственным способом повышения мощности является увеличение среднего давления в цилиндре.

Конечно увеличение частоты вращения повышает мощность двигателя, но обязательно пропорционально уменьшает его моторесурс. Так двигатели гоночных автомобилей, имеющие частоту вращения до 20 тыс. об/мин, обычно выдерживают до капитального ремонта одну-две гонки. Поэтому, а также по причинам, изложенным в предыдущем параграфе, главные двигатели морских судов делают малооборотными.

Читать еще:  Что такое оппозитный двигатель внутреннего сгорания

Очевидно, что давление в цилиндре определяется количеством сжигаемого топлива, т.е. чем больше сжечь топлива, тем выше будет давление. Но для сжигания большего количества топлива необходимо больше кислорода, который в цилиндр двигателя можно подавать либо в чистом виде (что очень дорого), либо дополнительным количеством воздуха. Для этого применяют наддув двигателей – принудительную подачу воздуха в цилиндр под избыточным давлением. Подобный результат достигается также при охлаждении воздуха перед его поступлением в цилиндр – при этом его плотность еще больше увеличивается, а следовательно увеличивается содержание кислорода.

Двухтактный дизельный двигатель: принцип работы и особенности

  • Строение
  • Как работает?
  • Мифы о двухтактных дизельных моторах
  • Преимущества
  • Недостатки
  • Итоги

Двухтактный дизельный двигатель представляет собой двигатель внутреннего сгорания. Топливо-воздушная смесь сгорает за 2 движения поршня. Цикл завершается всего за 1 оборот коленвала. Такие показатели кажутся впечатляющими, однако существует несколько особенностей работы агрегата, о которых стоит узнать подробнее.

Главным достоинством такого мотора можно считать меньший расход топлива в сравнении с бензиновыми агрегатами. Это происходит за счет одной из особенностей дизельного топлива. Оно плотнее бензина, поэтому при сгорании дает на 15% энергии больше. Это обеспечивается более длинной цепочкой углеродов. Кроме того, технические характеристики таких двигателей стоят наравне с показателями аналогичных двигателей.

Строение

В состав двухтактного дизеля входит картер, совмещенный с коленчатым валом поршень, форсунки, впускные и выпускные окна цилиндра, топливный и водяной насосы. Последний снабжается плунжерным переключателем и датчиком температуры, а также емкостями, которые наполняются водой. Агрегат обеспечивает повышение КПД и за счет улучшенного сгорания топливо-воздушной смеси. Токсичность отходов при этом снижается.

В двухтактном моторе расположена газовая турбина и нагнетатель. Последний отвечает за повышение давления в цилиндрах — это обеспечивает экономию топлива и повышение мощности. Газовая турбина запускает преобразователь энергии тепла в энергию движения.

Продувочный воздух поступает в двухтактный дизельный двигатель несколькими способами — с помощью:

  • насосов;
  • продувочных камер;
  • компрессоров.

Продувка может осуществляться по одной из схем — контурной или клапанно-щелевой.

Стоит отметить, что использование контурной схемы снижает как экономические, так и технические показатели агрегата. Это объясняется тем, что в цилиндрах имеются не продуваемые области.

Цилиндры монтированы вдоль. Каждый из них оснащается выпускными и вентиляционными отверстиями. Газ поступает к турбине через коллектор. Когда поршни двигаются, рабочая камера периодически открывается и закрывается. Коленчатые валы взаимодействуют друг с другом. Это обеспечивается механизмом основной передачи.Топливо при этом сгорает при достаточно высокой температуре.

Для смазки трущихся деталей и подшипников применяется смесь масла и топлива. Она подается в цилиндр и кривошипную камеру. Смазки эти узлы не имеют, поскольку она смылась бы топливом. Именно поэтому к горючему его доливают в определенном соотношении.

При этом для двухтактного дизельного двигателя используется определенное масло. Оно выдерживает продолжительное воздействие высоких температур, способно практически не оставлять после сгорания зольных отложений.

Как работает?

Принцип работы двухтактного дизеля основан на выполнении 2 тактов: сжатие и рабочий ход. Конструкция агрегата позволяет выполнять весь цикл вдвое быстрее, чем в четырехтактных моторах.

Для двухтактных дизельных двигателей принцип работы следующий:

  • Поршень из НМТ начинает двигаться вверх. В цилиндре имеется воздух. Приходе поршня вверх он сжимается, а когда поршень подходит к ВМТ, впрыскивается порция свежего топлива. При этом горючее самовоспламеняется и осуществляется рабочий ход.
  • Продукты сгорания толкают поршень, вследствие чего тот движется вниз. Когда поршень доходит до НМТ, осуществляется продувка —воздух замещает продукты сгорания. Это является завершением цикла.

    Внизу цилиндра имеются продувочные окна. Они необходимы для процесса продувки. Когда поршень снизу, они открыты. Во время подъема поршня они закрываются. Значительное увеличение показателя мощности двухтактных моторов происходит за счет повышения числа рабочих ходов. Двухтактный дизельный двигатель, принцип работы которого достаточно прост, обладает массой преимуществ.

    Мифы о двухтактных дизельных моторах

    Существует несколько распространенных мифов касательно двухтактных двигателей:

  • Слишком медленная работа. В действительности современные моторы с турбонаддувом гораздо эффективнее предыдущих моделей.
  • Такие моторы слишком громкие. Чтобы этого избежать, необходима правильная настройка двигателя. При правильном выполнении всех настроек работа мотора происходит немногим громче бензинового аналога. Высокий уровень шума свидетельствует о неправильной настройке мотора или его неисправности. Для старых моделей высокий уровень шума — характерная черта, создание появление аккумуляторных систем с высоким давлением существенно снизило уровень шума.
  • Покупать дизель выгоднее бензина. Это так, но лишь отчасти. Несколько лет назад дизельное топливо стоило намного дешевле бензина, однако сегодня разница составляет всего 10-20%. Основная экономичность заключается в способности теплотворной способности горючего.
  • Такие моторы плохо заводятся зимой. Раньше проблемы с ними действительно возникали. Однако современные автомобили с дизельными двигателями оснащены быстрым запуском, что снижает время на ежедневные подготовки к поездкам.

    Срок службы дизеля превышает бензиновые агрегаты. Он может достигать 400-600 тыс. км.

    Каждый двухтактный дизельный двигатель имеет одну отличительную особенность — через окна цилиндров впускается воздух и устраняются отработавшие газы. Когда они выходят через клапан в цилиндре, а воздух поступает через окна, система такой очистки называется клапанно-щелевой.

    Подобные системы очистки имеют одну особенность — в цилиндре остается только часть воздуха. Поднимаясь вверх, он частично выходит за пределы мотора. Такую очистку еще называют прямоточной. Она обеспечивает максимальную эффективность очистки двигателя от продуктов сгорания.

    Помимо прямоточной продувки существует и петлевая, однако она отличается меньшим качеством очистки. Именно поэтому для современных автомобилей она используется нечасто. Рабочие ходы такого агрегата выполняются в два раза чаще, однако на мощности это сказывается незначительно (она увеличивается в 1,5-1,7 раза). Это объясняется наличием продувки, а также тем, что внутри цилиндра происходит более короткий ход.

    Преимущества

    Двухтактные дизельные двигатели стали производиться относительно недавно. Такие моторы на сегодняшний день имеют множество модификаций. К примеру, зажигание бывает 2 типов: контактным и бесконтактным.Также отличаются и схемы таких моторов. Применяется двухтактная система на танках, в самолетах, в тяжелой промышленной технике.

  • Небольшой размер. Для установки агрегата требуется совсем немного места. Такие моторы легко умещаются под капотом транспортных средств.
  • Небольшая масса. Стандартный турбодизель весит почти в 2 раза больше, чем двухтактный дизельный двигатель.
  • Значительная экономия топлива. Расход горючего снижен практически в 2 раза по сравнению с обычным дизельным агрегатом.
  • Простая конструкция. При обслуживании таких двигателей нет необходимости применять специальные технологии.

    Такие преимущества выгодно выделяют двухтактные дизельные двигатели на фоне бензиновых собратьев. Имеются у таких моторов и серьезные недостатки.

    Недостатки

    Небольшое распространение агрегатов объясняется рядом причин. К примеру, детали на такие моторы найти получится с трудом. Именно поэтому выполнить ремонт двухтактного дизельного двигателя становится проблематично. Кроме того, специалистов по обслуживанию таких агрегатов достаточно мало.

    • высокая цена дизельных двигателей и малый выбор моделей;
    • увеличенный расход масла;
    • необходимость установки воздушных фильтров.

    Явным недостатком дизелей является использование мощного стартера. На морозе дизельное топливо мутнеет и застывает. Ремонт топливной аппаратуры затрудняется тем, что насосы высокого давления изготавливаются с высокой точностью.

    Существенным минусом двухтактных дизелей является невозможность их применения в высокотемпературных режимах. Масло при таких условиях закоксовывается, возникает залегание поршневых колец. Кроме того, из-за недостаточной продувки топливо сгорает не полностью, что сказывается на значении КПД и уровне токсичности.

    Итоги

    Дизельные двигатели, имеющие два такта, изобретались с одной целью — снизить токсичность отработавших газов, а также увеличить экономичность двигателя, повысить КПД.

    Стоит упомянуть о зажигании. Чтобы топливо воспламенилось, необходимо время, поэтому разряд на свече возникает заранее, перед тем, как поршень достигнет ВМТ. Чем быстрее происходит движение поршня, тем раньше должна зажигаться свеча. Существуют специальные устройства, позволяющие менять угол зажигания в зависимости от частоты вращения коленвала.

    голоса
    Рейтинг статьи
  • Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector