Газообмен в двухтактных двигателях


Категория Судовые дизели

Типы продувок. Ее особенность заключается в том, что выпускные и продувочные окна расположены с разных сторон втулки цилиндра. Они соединены соответственно с выпускным коллектором и с ресивером продувочного воздуха. Продувочным окнам придается 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 делают выше продувочных. Однако в этом случае поршень, двигаясь вверх, закроет сначала продувочные окна, выпускные будут еще частично открыты. Процесс продувки после закрытия продувочных окон заканчивается, следовательно, через частично открытые выпускные окна будет происходить некоторая утечка свежего заряда. Чтобы избежать ее, у крупных двигателей выпускные и продувочные окна выполняются одинаковои высоты, но в ресивере продувочного воздуха ставят невозвратные клапаны. Они 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 поступление продувочного воздуха будет продолжаться до момента закрытия и тех и других окон. С той же целью в некоторых крупных двигателях на выпускном патрубке ставят приводной золотник, привод которого регулируется так, чтобы в момент перекрытия поршнем продувочных окон золотник перекрыл выпускные.

Рис. 1. Диаграмма газораспределения четырехтактного дизеля

Рис. 2. Схемы контурных продувок

Поперечно-щелевая продувка получила широкое распространение вследствие ее простоты. В двигателях морского флота встречается петлевая продувка. Выпускные и продувочные окна расположены с одной стороны цилиндра, причем выпускные—над продувочными. Выпускной коллектор и ресивер продувочного воздуха находятся с одной стороны двигателя. При таком расположении окон продувочный воздух омывает цилиндр по всему контуру, начиная с днища поршня. Это очень важно, так как продувочный воздух охлаждает днище поршня. В данном случае продувочным окнам придается небольшой наклон вниз, а днищу поршня — вогнутая форма.

Качество очистки цилиндра при петлевой продувке несколько выше, но утечка свежего заряда больше, чем при поперечно-щелевой продувке. Поэтому в двигателях большой мощности на выпускных патрубках ставят золотники, перекрывающие выпускной патрубок по окончании продувки.

При рассмотренных схемах продувок в цилиндре движутся встречные потоки воздуха и отработавших 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 цилиндра в таких двигателях ниже, чем в четырехтактных.

Качественная, не уступающая четырехтактным двигателям, очистка цилиндра обеспечивается при прямоточных продувках. Суть их заключается в том, что выпуск отработавших газов производится с одного конца цилиндра, а впуск продувочного воздуха — с другого. Это может быть достигнуто, например, установкой в крышке цилиндра выпускных клапанов. Поршень открывает лишь продувочные окна, а клапаны открываются таким же приводом, как и у четырехтактных двигателей. Продувочные окна располагаются по всей окружности цилиндра, причем, им придается тангенциальный наклон для образования спирального вихря продувочного воздуха. Ресивер продувочного воздуха охватывает втулку цилиндров по всей окружности.

Рис. 3. Схемы прямоточных продувок

Такая прямоточно-клапанная продувка применяется, например, в двигателях 10Д40, имеющих наибольшую на речном флоте агрегатную мощность.

В дизелях большой мощности получила широкое применение также прямоточн о-щ елевая продувка. В цилиндре находятся два поршня: верхний и нижний. Верхние поршни двигателя работают на верхний коленчатый вал, а нижние — на основной нижний вал. Валы сообщены вертикальным валом и коническими шестернями. Верхний поршень открывает и закрывает продувочные окна, а нижний — выпускные. Поршни движутся противоположно. Когда они сходятся к внутренней м. т., в цилиндре происходит сжатие и через форсунку 6 впрыскивается топливо. Затем под давлением газа поршни расходятся, открывая в конце хода расширения выпускные и впускные окна. Рассмотренную продувку имеют, например, отечественные тепловозные двигатели.

Двигатели с противоположно движущимися поршнями (ПДП) строят и многорядными. Так, отечественный дизель марки 58 (16ДНП 23/2 × 30, 16ДРПН 23/2×30) мощностью 4500 л. с. при 643 об/мин имеет два ряда цилиндров с ПДП при четырех коленчатых валах. Встречаются двигатели ПДП с другими кинематическими схемами: треугольные («дельтик») с тремя рядами цилиндров и тремя коленчатыми валами, ромбовидные (с четырьмя рядами, четырьмя валами) и др.

При прямоточной продувке 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, отличающимся 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 кольцевой ленты. При простейшей поперечно-щелевой или петлевой продувке угол а2, характеризующий продолжительность выпуска, всегда больше угла а3 продувки: выпускные окна открываются раньше, а закрываются позднее продувочных. При прямоточных и некоторых других схемах продувка может заканчиваться даже позднее выпуска. Поэтому продолжительность впуска может быть больше продолжительности выпуска (угол я2). В этом случае по окончании выпуска осуществляется так называемая дозарядка цилиндра.

В обеих диаграммах угол аг является углом опережения подачи топлива.

Рис. 4. Диаграммы газораспределения двухтактных дизелей

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 что 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 подается через канал и продувочные окна в цилиндр.

У судовых дизелей применяют специальные продувочные насосы, поршневые, ротационные или центробежные, с приводом от коленчатого вала, создающие избыточное давление воздуха 10—50 кПа (0,1—0,5 кгс/см2).

Поршневые насосы используют для тихоходных двигателей, причем иногда их делают с двумя поршнями на одном штоке (тип тандем). Цилиндр насоса промежуточным днищем разделен на две части, каждая из которых представляет собой насос двойного действия. Соответственно этому на штоке насоса закреплены два поршня: верхний и нижний. Шток соединен с крейцкопфом и приводится в движение шатуном от приставного кривошипа коленчатого вала.

Рис. 5. Поршневой продувочный насос

Рис. 6. Схема работы ротационного продувочного насоса

Цилиндр насоса имеет секции пластинчатых клапанов: всасывающих и нагнетательных. К всасывающим клапанам по патрубку поступает воздух из атмосферы; от нагнетательных клапанов он направляется в полость и из нее —- в ресивер.

Если поршни будут двигаться вниз, в верхних полостях будет происходить всасывание. Атмосферный воздух через клапаны поступит в верхние полости, а из нижних полостей нагнетаемый воздух пройдет, через клапаны в полость и далее — в ресивер продувочного воздуха.

Когда поршни придут в н. м. т. и начнут двигаться вверх, воздух будет засасываться через клапаны в нижние полости, а из верхних полостей нагнетаемый воздух пойдет через клапаны в ресивер.

Всасывающие и нагнетательные клапаны одинаковы. Они состоят из ряда пластин, закрепленных одним концом на корпусе. При движении воздуха из внутренней части корпуса пластины отгибаются, пропуская его. Обратное движение воздуха невозможно, так как пластины ложатся на корпус, закрывая проходные щели. Над пластинамй установлены отбойники.

Ротационный продувочный насос. Быстроходные двухтактные двигатели снабжают ротационными продувочными насосами, не имеющими неуравновешенных сил инерций.

На рис. 6 дана схема ротационного насоса типа Рута, применяющегося в двигателях ЯАЗ-204 и Д100. Внутри корпуса находятся два трехлопастных ротора (число лопастей может быть иным). Валы, на которые насажены роторы, сцеплены внешними шестернями и вращаются синхронно. Роторы имеют очень небольшие зазоры между собой и между стенками корпуса.

При вращении роторов со скоростью порядка 1500—4000 об/мин воздух переносится ими в направлении, показанном стрелками. Сравнивая приведенные на рис. 6 три последовательных положения роторов, можно установить, что затушеванный объем справа от роторов уменьшается, значит, воздух вытесняется ими в ресивер. В то же время объем слева увеличивается, т. е. происходит всасывание. Такой продувочный насос может быть у нереверсивного двигателя.


Читать далее:

Категория Судовые дизели