Паровые турбины. Газотурбинные установки. Двигатели внутреннего сгорания, страница 52

Рис. 3.20. Схема работы двухтактного дизеля:

1 – продувочные окна; 2 – продувочный ресивер;3 – форсунка;
4 – выпускной клапан; 5 – впускные окна; 6 – поршень

Второй такт – ход поршня от ВМТ до НМТ. В районе ВМТ форсункой впрыскивается топливо, которое воспламеняется и сгорает, при этом давление газов достигает максимального значения (точка z) и начинается их расширение. Процесс расширения газов заканчивается в момент начала открытия поршнем 6 выпускных окон 5 (точка b) после чего начинается выпуск отработавших газов из цилиндра за счет перепада давления газа р_r в цилиндре и выпускном коллекторе 4. Затем поршень открывает продувочные окна 1 (точка d) и происходят продувка и наполнение цилиндра свежим зарядом. Продувка начнется только после того, как давление газов в цилиндре станет ниже давления воздуха p_s в продувочном ресивере 2.

Таким образом, в течение второго такта в цилиндре происходят впрыскивание топлива, его сгорание, расширение газов, выпуск отработавших газов, продувка и наполнение свежим зарядом.

Во время этого такта осуществляется рабочий ход, обеспечивающий полезную работу.

Работа газов в цилиндре положительна в период второго такта и отрицательна во время первого такта. Круговая диаграмма фаз газораспределения показана на рис. 3.21. Фазы газораспределения в значительной степени зависят от схемы газообмена. Фазы газораспределения через окна всегда симметричны относительно НМТ (рис. 3.21, а), а через клапан этой симметрии, как правило, нет (рис.3.21, б). Открытие продувочных окон обычно происходит за 40 – 65° до НМТ, а выпускных окон – за 60 – 70° до НМТ. Выпускной клапан открывается при угле 70 – 95° до НМТ, а закрывается при угле 55 – 80° после НМТ.

В двухтактном карбюраторном двигателе топливовоздушная смесь приготовляется в карбюраторе и подается в цилиндр в период продувки. В этот момент открыты и выпускные окна (или клапаны), поэтому часть топлива уходит вместе с отработавшими газами в атмосферу.

Из рассмотрении рабочего цикла двухтактного двигателя видно, что на части хода поршня S_n, где происходит газообмен, полезная работа не совершается. Объем V_n, соответствующий этой части хода поршня, называется потерянным. Рабочий объем цилиндра, описываемый поршнем при движении от точки m, определяющей момент начала сжатия, до ВМТ:

                                                          .                 (3.11)

Развернутая индикаторная диаграмма двухтактного дизеля в координатах p – φ приведена на рис. 3.22.

Рис.3.22. Развернутая индикаторная диаграмма двухтактных дизелей:

В цилиндре двухтактного двигателя процесс сжатия начинается с момента закрытия выпускных окон (точка m), поэтому действительная  степень сжатия:

                                                          .                  (3.12)

Геометрическая степень сжатия выражается той же формулой, что и для четырехтактных двигателей:

                                                           .                  (3.13)

Отношение потерянного объема V_n к объему V_h представляет собой долю потерянного объема на процесс газообмена:

                                                               .                      (3.14)

Для двухтактных двигателей φ = 10 – 38 %.

В двухтактных двигателях обычно пользуются действительной степенью сжатия, причем долю хода поршня φ принимают для окон или клапанов, закрывающихся в процессе сжатия последними.

Сравнение рабочих циклов четырех- и двухтактных двигателей показывает, что при одинаковых размерах цилиндра и при том же числе оборотов мощность двухтактного двигателя значительно больше. Учитывая увеличение числа рабочих циклов, следовало бы ожидать увеличение мощности в 2 раза. В действительности мощность двухтактного двигателя увеличивается не 1 в 2 раза, а приблизительно в 1,5 – 1,7 раза вследствие потери части рабочего объема, ухудшения очистки и наполнения, а также некоторой затраты мощности на  приведение  в действие  продувочного насоса. К преимуществам двухтактных двигателей следует также отнести большую равномерность крутящегося момента, так как полный рабочий цикл осуществляется при каждом обороте коленчатого вала (вместо двух в четырехтактных двигателях). Существенным недостатком двухтактного процесса по сравнению с четырехтактным является малое время, отводимое на процесс газообмена. Очистка цилиндра от продуктов сгорания и наполнение его свежим зарядом более совершенно происходят в четырехтактных двигателях.