Принцип работы 2-тактных ДВС

В двухтактных двигателях очистка рабочего цилиндра от продуктов сгорания и наполнение его свежим зарядом, т. е. процессы газообмена, происходят только в тот период, когда поршень находится в районе НМТ при открытых органах газообмена. Очистка цилиндра от отработавших газов при этом осуществляется не поршнем, а предварительно сжатым воздухом. Предварительное сжатие воздуха происходит в специальном продувочном или наддувочном компрессоре.

Выпуск газов из цилиндра происходит через окна или через клапан (количество клапанов может быть от 1 до 4). Впуск (продувка) свежего заряда в цилиндр в современных двигателях осуществляется только через окна. Выпускные и продувочные окна размещены в нижней части втулки рабочего цилиндра, а выпускные клапаны — в крышке цилиндра.

Схема работы двухтактного дизеля с контурной продувкой, т. е. когда выпуск и продувка происходят через окна, показана на рис. 1.4. Рабочий цикл имеет два такта.

1-й такт - ход поршня от НМТ (точка m) до ВМТ. Вначале поршень 6 перекрывает продувочные окна 1 (точка d'), прекращая тем самым поступление свежего заряда в рабочий цилиндр, а затем поршень перекрывает и выпускные окна 5 (точка b'), после чего начинается процесс сжатия воздуха в цилиндре, который заканчивается, когда поршень придет в ВМТ (точка с). Точка n соответствует моменту начала впрыскивания топлива форсункой 3 в цилиндр). Следовательно, в течение 1-го такта в цилиндре заканчиваются выпуск, продувка и наполнение цилиндра, после чего происходит сжатие свежего заряда и начинается впрыскивание топлива.

2-й 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_г 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 2-го 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.

Полезная работа цикла определяется площадью диаграммы md'b'czbdm. Развернутая индикаторная диаграмма двухтактного дизеля в системе координат р – φ приведена на рис. 1.5.

Рис. 1.5. Развернутая индикаторная диаграмма двухтактного дизеля

Рис. 1.6. Круговые диаграммы фаз газораспределения двухтактных дизелей

Работа газов в цилиндре положительна в период 2-го такта и отрицательна во время 1-го такта. Круговая диаграмма фаз газораспределения показана на рис. 1.6. Фазы газораспределения в значительной степени зависят от схемы газообмена. Фазы газораспределения через окна всегда симметричны относительно НМТ (рис. 1.6,а), а через клапан этой симметрии, как правило, нет (рис. 1.6,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.

[1] Например, среди самоходных судов имеющих класс Российского морского регистра судоходства приблизительно 96% имеют дизельную энергетическую установку, 4% дизель-электрическую. На все остальные типы энергетических установок, таких как атомная, газотурбинная, паротурбинная и паровая поршневая приходится около 0,2% [4].