Схемы газообмена двухтактных двигателей. Преимущества и недостатки двухтактных двигателей по сравнению с четырёхтактными.

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 рисунке

а — поперечно-щелевая (петлевая); б — щелевая с частичным наддувом; в — прямоточная клапанно-щелевая; г — прямоточная щелевая при встречно движущихся поршнях; (1 — поршень; 2 — клапан; 3 — форсунка).

НА ТЕПЛОВОЗАХ ПОЛУЧИЛИ РАСПРОСТРАНЕНИЕ СЛЕДУЮЩИЕ СХЕМЫ ГАЗООБМЕНА:

Прямоточная клапанно-щелевая схема газообмена. Основными особенностями устройства двигателя этого типа являются:

щелевая схема газообмена 1) 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; 2) выпускные клапаны (4), размещенные в крышке цилиндра, с приводом от распределительного вала, частота вращения которого обеспечивает открытие клапанов один раз за один оборот коленчатого вала; 3) продувочный насос нагнетает воздух под давлением через открытые окна (1) для очистки цилиндра от продуктов сгорания и наполнения свежим зарядом.

Прямоточная схема газообмена с противоположно движущимися поршнями в которой один поршень (3) управляет впускными окнами, а другой – выпускными, обеспечивает высокое качество газообмена. Схема двухтактного дизеля с прямоточно-щелевой продувкой цилиндров: 1 – блок цилиндров; 2 – верхний поршень; 3 – нижний поршень; 4 – нижний коленчатый вал; 5 – верхний коленчатый вал; 6 – вал вертикальной передачи; 7 – упругая муфта; 8 – генератор; 9 – продувочные окна; 10 – выпускные окна; 11 – выпускной коллектор; 12 – два турбокомпрессора; 13 – центробежный нагнетатель второй ступени сжатия воздуха; 14 – повышающий редуктор; 15 – водяной охладитель сжатого воздуха; 16 – форсунки; 17 – топливные насосы; 18 – валы привода топливных насосов.

В обеих диаграммах (см. рис. 93) угол а1 является углом опережения подачи топлива.

Рис. 93 Диаграммы газораспределения двухтактных дизелей

СРАВНЕНИЕ ДВУХТАКТНЫХ И ЧЕТЫРЕХТАКТНЫХ ДИЗЕЛЕЙ ПО МОЩНОСТИ И ЭКОНОМИЧНОСТИ

Двухтактные дизели почти в два раза мощнее четырехтактных при одинаковом литраже (объеме цилиндров) и одинаковой частоте вращения коленчатого вала. Объясняется это тем, что у двухтактного дизеля на каждый оборот вала приходится одна вспышка топлива в цилиндре, а у четырехтактного – одна вспышка на два оборота вала.

У четырехтактных дизелей после выхлопа остатки газов вытесняются из цилиндра поршнем полностью. Не остаются они и в объеме между поршнем и крышкой цилиндра. Поэтому воздух, вновь поступающий в цилиндры, свободен от остатка газов. В чистом воздухе топливо сгорает своевременно и полностью, оказывая высокое давление на поршни.

У двухтактных дизелей остатки газов после выхлопа вытесняются продувкой цилиндров воздухом. При этом часть газов смешивается с воздухом, часть не успевает уйти в атмосферу из-за малого времени продувки. В воздухе, разбавленном продуктами сгорания, топливо горит медленнее и не полно – температура и давление в цилиндрах из-за этого понижаются. По этой причине двухтактный дизель сжигает больше топлива при одинаковой мощности с четырехтактным. Четырехтактные дизели экономичнее.