Работа двухтактного двигателя

Конструкция дизеля

Все дизели устроены практически одинаково: их остов состоит из рамы и цилиндров, соединенных между собой картером. Цилиндры сверху закрываются крышками, в которых установлены топливные форсунки, выпускные и впускные клапаны (на некоторых конструкциях двухтактных дизелей впускные и выпускные клапаны не устанавливаются на них применяется щелевая продувка – 10Д100, например). Отвлекся немного, поршень соединяется с коленчатым валом посредством шатуна и кривошипа. Дизели бывают двухтактными и четырехтактными.

Рассмотрим работу двухтактного дизеля

При вращении коленчатого вала поршень (через шатун) совершает возвратно-поступательные движения между, так называемыми, нижней мертвой точкой (н.м.т.) и верхней мертвой точкой (в.м.т.). Воздух поступает в цилиндр через продувочные (впускные) окна, расположенные в средней части цилиндра, а отработанные газы удаляются через выпускные клапаны.

Такая система называется клапанно-щелевой продувкой. На дизелях типа 10Д100, как я уже писал выше, клапанов нет, выпуск газов и поступление воздуха в цилиндр осуществляется через продувочные окна, это обусловлено особой конструкцией дизеля с расходящимися поршнями. При перемещении от н.м.т. вверх поршень перекрывает впускные окна, выпускные клапаны при этом закрываются, в итоге происходит процесс сжатия воздуха с повышением его давления. В момент подхода поршня к в.м.т. (камере сгорания), в цилиндр через форсунку впрыскивается топливо, которое от давления воспламеняется. В результате этого давление газов в цилиндре увеличивается и под действием давления поршень перемещается вниз, совершая полезную работу. Давление газов в этот момент падает. При подходе поршня к н.м.т. открываются выпускные клапаны и отработанные газы выходят из цилиндра. В данный момент времени поршень верхней кромкой открывает продувочные окна и через них в цилиндр поступает свежий воздух. Все процессы непрерывно повторяются.

Эти процессы, происходящие в цилиндре дизеля при каждом обороте коленчатого вала называются циклами. Каждый такой цикл состоит из двух тактов:

• 1 – всасывание и сжатие воздуха;
• 2 – расширение (рабочий ход поршня) и выпуск отработанных газов.

Поэтому в двухтактных дизелях цикл протекает за два хода поршня, что соответствует одному обороту коленчатого вала.

Рассмотрим работу четырехтактного дизеля

Конструкция данного дизеля отличается от конструкции двухтактного отсутствием продувочных окон, и тем, что один из клапанов – впускной, а другой (как и в предыдущей схеме) – выпускной.

Работа четырехтактного дизеля происходит так: при перемещении поршня от н.м.т. вверх сжатие воздуха происходит при закрытых клапанах (1 такт). Подача топлива и его сгорание происходят в момент нахождения поршня вблизи в.м.т.. Далее следует рабочий ход – расширение газов (2 такт). При следующем ходе поршня вверх открывается выпускной клапан и происходит выпуск отработанных газов (3 такт). Далее выпускной клапан закрывается, одновременно с этим открывается клапан впускной, и при ходе поршня вниз в цилиндр всасывается свежий воздух (4 такт).

Циклы в данной конструкции повторяются через каждые два оборота коленчатого вала и состоят из четырех тактов. Исходя из этого в четырехтактных дизелях циклы протекает за четыре хода поршня – два оборота коленчатого вала. Главной особенностью поршневых двигателей внутреннего сгорания можно назвать циклический рабочий процесс, позволяющий при достаточно высоких температурах сгорания топлива (1800 – 2000 градусов Цельсия) получать высокий КПД (30 – 40%) и сравнительно умеренные средние температуры рабочих деталей.

Требования, предъявляемые к моторным маслам для четырехтактного двигателя

В связи с конструкционными особенностями 4-тактных моторов смазочные материалы, используемые в смазочной системе, должны обладать определенными характеристиками и уровнями качества в соответствии с предъявляемыми требованиями:

1. Сохранение высоких смазочных свойств в течение длительного периода.
2. Способность обеспечить качественную защиту и охлаждение рабочих элементов силового агрегата.
3. Соответствие требованиям данных марок и моделей транспортных средств.

При соблюдении вышеперечисленных пунктов смазочная жидкость будет правильно подобрана. Выбранное моторное масло с успехом защитит детали от износа, будут созданы все необходимые условия для долгой и безотказной работы четырехтактного силового агрегата.

Список используемой литературы

Процитированные работы

Слоан, Альфред П. (1964), Макдональд, Джон (редактор), Мои годы в General Motors, Гарден-Сити, Нью-Йорк, США: Doubleday, LCCN  64011306, OCLC  802024..mw-parser-output cite.citation{font-style:inherit}.mw-parser-output .citation q{quotes:»»»»»»»‘»»‘»}.mw-parser-output .id-lock-free a,.mw-parser-output .citation .cs1-lock-free a{background:linear-gradient(transparent,transparent),url(«//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/65/Lock-green.svg»)right 0.1em center/9px no-repeat}.mw-parser-output .id-lock-limited a,.mw-parser-output .id-lock-registration a,.mw-parser-output .citation .cs1-lock-limited a,.mw-parser-output .citation .cs1-lock-registration a{background:linear-gradient(transparent,transparent),url(«//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d6/Lock-gray-alt-2.svg»)right 0.1em center/9px no-repeat}.mw-parser-output .id-lock-subscription a,.mw-parser-output .citation .cs1-lock-subscription a{background:linear-gradient(transparent,transparent),url(«//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/aa/Lock-red-alt-2.svg»)right 0.1em center/9px no-repeat}.mw-parser-output .cs1-subscription,.mw-parser-output .cs1-registration{color:#555}.mw-parser-output .cs1-subscription span,.mw-parser-output .cs1-registration span{border-bottom:1px dotted;cursor:help}.mw-parser-output .cs1-ws-icon a{background:linear-gradient(transparent,transparent),url(«//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4c/Wikisource-logo.svg»)right 0.1em center/12px no-repeat}.mw-parser-output code.cs1-code{color:inherit;background:inherit;border:none;padding:inherit}.mw-parser-output .cs1-hidden-error{display:none;font-size:100%}.mw-parser-output .cs1-visible-error{font-size:100%}.mw-parser-output .cs1-maint{display:none;color:#33aa33;margin-left:0.3em}.mw-parser-output .cs1-subscription,.mw-parser-output .cs1-registration,.mw-parser-output .cs1-format{font-size:95%}.mw-parser-output .cs1-kern-left,.mw-parser-output .cs1-kern-wl-left{padding-left:0.2em}.mw-parser-output .cs1-kern-right,.mw-parser-output .cs1-kern-wl-right{padding-right:0.2em}.mw-parser-output .citation .mw-selflink{font-weight:inherit}Переиздан в 1990 г. с новым введением Питер Друкер (ISBN  978-0385042352).

дальнейшее чтение

Уолшоу, Т. Д. (1953), Конструкция дизельного двигателя (2-е изд.), Лондон, Англия: George Newnes Ltd, LCCN  54029678.

Сравнение двухтактного и четырехтактного двигателя

Спрашивается, почему тогда машина не может иметь такой производительный агрегат? Во-первых, классический двухтактник самый неэкономный агрегат из всех, которые используются в автотранспорте. Причина тому в особенностях продувки и наполнении цилиндра. Во-вторых, что касается гоночных модификаций, подобных Honda NSR500, то из-за высоких оборотов рабочий ресурс агрегата очень маленький.

К преимуществам 2-тактного агрегата перед 4-тактным аналогом относятся:

• Возможность с одного оборота коленвала снять мощность, в полтора-1.7 раза превышающую той, которая вырабатывается классическим мотором с газораспределительным механизмом. Этот параметр имеет большее значение для тихоходной морской техники и моделей поршневой авиации.
• За счет особенностей конструкции ДВС имеет меньшие габариты и вес. Этот параметр очень важен для легкой техники, например, скутеров. Раньше такие силовые агрегаты (обычно их объем не превышал 1.7 литра) устанавливались в малолитражных автомобилях. В таких модификациях обеспечивалась кривошипно-камерная продувка. Некоторые модели грузовиков тоже оснащались двухтактными моторами. Обычно объем таких двс составлял минимум 4.0 литра. Продувка в таких модификациях осуществлялась прямоточным типом.
• Их детали меньше изнашиваются, так как подвижные элементы для достижения того же эффекта, что и в 4-тактных аналогах, выполняют в два раза меньше движений (два такта совмещены в один ход поршня).

4-тактный мотор

Несмотря на эти плюсы, у двухтактной модификации двигателей есть существенные недостатки, из-за которых пока не практично использовать ее в автомобилях. Вот некоторые из этих минусов:

• Карбюраторные модели работают с потерей свежего заряда ВТС в процессе продувки камеры цилиндра.
• В 4-тактном варианте отработанные газы удаляются в большей степени, чем у рассматриваемого аналога. Причина тому, что в 2-тактнике при продувке поршень не достигает верхней мертвой точки, а этот процесс обеспечивается только во время его небольшого хода. Из-за этого некоторая часть воздушно-топливной смеси попадает в выпускной тракт, а в самом цилиндре остается больше отработанных газов. Чтобы снизить количество несгоревшего топлива в выхлопе, современные производители разработали модификации с инжекторной системой, но и в этом случае невозможно полностью удалить остатки горения из цилиндра.
• Эти моторы более прожорливые по сравнению с 4-тактными модификациями с идентичным объемом.
• Для продувки цилиндров в инжекторных моторах используются турбонагнетатели с большой производительностью. В таких моторах воздуха расходуется в полтора-два раза больше. По этой причине требуется установка особенных воздушных фильтров.
• При достижении максимальных оборотов 2-тактный агрегат создает больше шума.
• Они сильнее дымят.
• На низких оборотах они создают сильные вибрации. Разницы у одноцилиндровых моторов с четырьмя и двумя тактами в этом отношении нет.

Что касается долговечности двухтактных двигателей, то бытует мнение, что из-за плохой смазки они быстрее выходят из строя

Но, если не брать во внимание агрегаты для спортивных мотоциклов (большие обороты быстрее выводят из строя детали), то в механике работает ключевое правило: чем проще конструкция механизма, тем дольше он прослужит

У 4-тактников большее количество мелких деталей, особенно в газораспределительном механизме (о том, как работают фазы газораспределения, читайте здесь), которые в любой момент могут сломаться.

Как видно, развитие двигателей внутреннего сгорания до сих пор не остановилось, поэтому кто знает, какой прорыв в этой области совершат инженеры. Появление новой разработки двухтактного двигателя подает надежды, что в ближайшем будущем автомобили будут оснащаться легкими и более производительными силовыми агрегатами.

В завершение предлагаем посмотреть на еще одну модификацию двухтактного мотора с поршнями, двигающимися навстречу друг другу. Правда, эту технологию нельзя назвать инновационной, как у варианта Хофбауэра, потому что такие двс начали использоваться еще в 1930-х годах в военной технике. Однако для легкового транспорта подобные 2-тактники еще не применялись:

Ошеломляющий Двигатель Со Встречным Движением Поршней 2018

Мифы о двухтактных дизельных моторах

Существует несколько распространенных мифов касательно двухтактных двигателей:

1. Слишком медленная работа. В действительности современные моторы с турбонаддувом гораздо эффективнее предыдущих моделей.
2. 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.
3. 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.
4. 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.

Эксплуатация и причины поломки двигателей

Чаще всего двухтактные моторы встречаются в мототехнике, лодочных двигателях, газонокосилках, цепных пилах и прочих устройствах, где требуется применение легкого и надежного двигателя. Тем не менее, даже такой простой по конструкции движок может выйти из строя из-за нарушения правил эксплуатации.

Низкое качество бензина. Плохое топливо часто приводит к появлению детонации. Чаще всего это заметно на невысоких оборотах при подгазовках. Возникающие ударные нагрузки приводят к поломке перегородок поршней, чрезмерным нагрузкам на подшипники коленвала. Детонация может возникать из-за перегрева двигателя, нагара на поршне и бедной смеси.
Низкое качество деталей, из которых собран мотор. Особенно это актуально для китайских производителей, часто допускающих брак в производстве комплектующих. Это приводит к раннему выходу из строя поршня, коленчатого вала, цилиндра и прочих деталей, а затем и капитальному ремонту. Обычно помогает оценить состояние поршневой простой замер компрессии.
Низкокачественное моторное масло

Топливомасляная смесь для двухтактных двигателей имеет очень важное значение. Именно от его качества будет зависеть как мягко работает мотор, чистота выхлопа, отсутствие перегрева и лишних шумов. Плохое масло приводит к образованию слоя нагара на поршне, в коренных и шатунных подшипниках, к задирам на стенках цилиндра и юбке поршня, проходное сечение глушителя уменьшается из-за нагара

Масла для двухтактных двигателей следует применять синтетические или полусинтетические, использование минералки нежелательно.
Перегрев на двухтактном двигателе воздушного охлаждения не редкость. К этому приводит длительная работа с полностью открытым дросселем, или неисправность системы охлаждения. Перегрев может быть кратковременным, когда наблюдается потеря мощности и максимальных оборотов, после снижения нагрузки и охлаждения двигателя все приходит в норму. Клин возникает вследствие очень сильного перегрева, когда тепловой зазор между поршнем и цилиндром уменьшается настолько, что силы трения намертво прихватывают их между собой. После него требуется ремонт ЦПГ.
Карбюратор не настроен. Топливная смесь получается слишком бедной или очень богатой. Езда на переобогащенной смеси чревата высоким расходом топлива, потерей мощности и образованию нагара. Бедная смесь может вызывать детонацию и снижение максимальной мощности двигателя.

Плохое масло приводит к образованию слоя нагара на поршне, в коренных и шатунных подшипниках, к задирам на стенках цилиндра и юбке поршня, проходное сечение глушителя уменьшается из-за нагара. Масла для двухтактных двигателей следует применять синтетические или полусинтетические, использование минералки нежелательно.
Перегрев на двухтактном двигателе воздушного охлаждения не редкость. К этому приводит длительная работа с полностью открытым дросселем, или неисправность системы охлаждения. Перегрев может быть кратковременным, когда наблюдается потеря мощности и максимальных оборотов, после снижения нагрузки и охлаждения двигателя все приходит в норму. Клин возникает вследствие очень сильного перегрева, когда тепловой зазор между поршнем и цилиндром уменьшается настолько, что силы трения намертво прихватывают их между собой. После него требуется ремонт ЦПГ.
Карбюратор не настроен. Топливная смесь получается слишком бедной или очень богатой. Езда на переобогащенной смеси чревата высоким расходом топлива, потерей мощности и образованию нагара. Бедная смесь может вызывать детонацию и снижение максимальной мощности двигателя.

Чтобы продлить срок службы и отсрочить капремонт, следует провести правильную обкатку двухтактного лодочного или мотоциклетного мотора. Для этого пропорция масла смешиваемого с бензином должна быть немного выше установленной для нормальной эксплуатации. На такой смеси дать двигателю поработать в режиме неполной мощности несколько часов, что эквивалентно 500-1000 км пробега для скутера и мотоцикла.

Все же из-за токсичности выхлопа двухтактные двигатели постепенно вытесняются современными четырехтактными. Они продолжают использоваться только там, где требуется высокая удельная мощность при минимальной массе и простоте конструкции – мототехника, бензопилы и триммеры, модели самолетов и многое другое.

Резюме:

Сложившаяся ситуация, то есть систематически затягивающийся болт с точки зрения количества выхлопных газов и их состава, предполагает, что лучшие годы дизельного топлива в легковых автомобилях позади. Дальнейшее развитие надёжных дизельных двигателей должно обеспечивать баланс между технической осуществимостью и рентабельностью. Автомобильные концерны все чаще концентрируются на гибридных решениях или чисто электрическом приводе, что дает ощутимое снижение среднего выброса углерода для ряда транспортных средств.

Надёжные дизельные двигатели, уже изготовленные с соответствующим техническим обслуживанием, будут использоваться годами. Являются ли они бременем для окружающей среды? Конечно. Однако нельзя забывать, что потребность в топливе приводит к тому, что дизельное топливо выделяет двуокись углерода — газ, который не является ядовитым, но отвечает за парниковый эффект.

Начало статьи можно прочитать здесь…

266

Autokontact.ru

Газотурбинные установки со свободнопоршневыми генераторами газа (СПГГ)

Существуют и комбинированные силовые установки – это газотурбинные установки со свободнопоршневыми генераторами газа (СПГГ). Такая силовая установка состоит из генератора газа, ресивера и турбины.

Принцип ее работы прост – отработанные в генераторе газы поступают через ресивер в газовую турбину. В турбине газы расширяются и вращают ротор турбины. СПГГ вырабатывают газ для газовой турбины и являются камерой сгорания и компрессором. В средней части СПГГ расположены цилиндры двигателя внутреннего сгорания с выпускными и продувочными окнами, форсунками и коллектором продувочного воздуха. Цилиндры поршневого компрессора имеют больший диаметр, чем цилиндры двигателя внутреннего сгорания, в них установлены всасывающие и нагнетательные клапаны. С обоих концов корпуса СПГГ располагаются буферные полости. Поршни СПГГ одновременно являются как поршнями двигателя (малого диаметра), так и поршнями компрессора (большого диаметра).

СПГГ запускается сжатым воздухом, подаваемым в буферные полости. В этот момент оба поршня перемещаются к центру цилиндра и воздух, находящийся между ними, сжимается. В момент сближения поршней в камеру сгорания подается топливо, которое воспламеняется и поршни расходятся. В данный момент в цилиндре дизеля происходит расширение газов. Одновременно, когда поршни открывают выпускные и продувочные окна, происходит выпуск продуктов сгорания и продувка цилиндров воздухом из коллектора. Далее смесь отработанных газов с воздухом через ресивер поступает в газовую турбину.

Заполнение коллектора воздухом осуществляется через клапаны в момент сближения поршней. Когда поршни расходятся в цилиндре компрессора создается разрежение, в результате чего, цилиндр вновь наполняется свежим воздухом через всасывающий клапан, одновременно в буферных полостях происходит сжатие воздуха. В тот момент, когда давление на поршни со стороны буферных полостей станет больше, чем давление, действующее на поршни меньшего диаметра, они начнут снова сходиться. При этом в цилиндре дизеля снова будет происходить сжатие воздуха и цикл повторится.

Такой силовой установкой был оснащен единственный экземпляр газотурбовоза с электрической передачей ГТ101-001, который был построен в 1960 году на Луганском (Ворошиловградском) тепловозостроительном заводе, мощность его составляла 3000 л.с.

Основные отличия между двухтактным и четырехтактным ДВС

Одно из основных отличий рассматриваемых агрегатов в наличии газораспределительного механизма на 4-тактном моторе. На 2-тактных устройствах газораспределительного механизма нет. Вместо него имеются отверстия в стенках цилиндра, через которые и происходит подача готовой топливно-воздушной смеси, а также отвод выхлопных газов.

ГРМ не только увеличивает вес и размер двигателя, но еще и существенно влияет на его стоимость. Отсутствие ГРМ приводит к тому, что двигатель имеет только два цикла работы. Наличие каналов в стенках цилиндра приводит к увеличенному износу колец и поршня двигателя. Именно поэтому двухтактные двигатели имеют небольшой ресурс работы. Далее рассмотрим конструктивные отличия между 2-тактным и 4-тактным моторами.

1. Потребление топлива — несмотря на то, что двухтактный агрегат имеет простое строение, в плане потребления бензина он проигрывает четырехтактному. Связано это с количеством тактов. В то время, как 4-цикловый агрегат совершает 2 оборота коленчатого вала, потребляя при этом одну порцию топлива, двухтактный двигатель при этом делает только один оборот. Увеличение расхода топлива составляет примерно 1,5 раза. Кроме того, не стоит забывать, что 2-тактный агрегат имеет несовершенную систему, и в процессе работы наблюдается потеря топливной смеси, выбрасываемой в глушитель. Это часть смеси, которая «вылетает в трубу» при движении поршня вверх в момент сжатия
2. Тип топлива — моторы 4-тактного типа работают на чистом бензине, который в карбюраторе смешивается с воздухом. Агрегаты 2-тактного типа работают на смеси масла с бензином. Использование чистого бензина недопустимо, что повлечет за собой быстрый выход из строя цилиндропоршневой группы
3. Система смазки — многие знают, что именно по этому принципу рассматриваемые агрегаты отличаются. В 4-тактном моторе имеется отдельная система смазки, состоящая не только из емкости, но еще и масляного насоса, фильтров и трубопроводной магистрали. Система смазки не взаимосвязана с механизмом подачи топлива, что говорит не только об эффективности, но и продолжительном сроке службы. Двухтактные моторы работают на бензине с маслом. Пропорции смешивания бензина с маслом для бензопилы и бензокосы описаны на сайте. Бензин вместе с малом подается в двигатель, где осуществляется смазка механизма. Стоит отметить, что далеко не все двухтактные моторы имеют общую систему смазки, но встречаются еще и агрегаты с раздельным механизмом, где смешивание происходит автоматически в зависимости от количества оборотов
4. Тип смазывающих веществ или отличие масла для двухтактного мотора от 4-тактного. Для двухтактных двигателей используются специальные масла «сгорающего» типа. Это масло смешивается с бензином, и попадают в систему КШМ, обеспечивая смазку движущихся деталей. После этого масло в составе с бензином поступает в цилиндр, где воспламеняется и сгорает. Это масло называется двухтактным, и выпускается оно красного или зеленого цвета. Цвет не играет большой роли, и говорит о применении присадок в составе. Четырехтактные моторы работают на чистом бензине, так как они имеют отдельный механизм, отвечающий за смазку КШМ. В таких моторах используется обычное моторное масло, которое нельзя смешивать с бензином, и заливать в двухтактные агрегаты. Это приведет к быстрому засорению электродов свечи и выходу из строя ДВС. Получается, что отличие масла для двухтактных двигателей от четырехтактных заключается в консистенции и составе. На 2-цикловых ДВС используются сгораемые типы масел, которые перед тем, как сгореть, смазывают всю систему

По системе смазки четырехтактных двигателей нужно отметить, что они бывают двух типов — с сухим и мокрым картером. Различаются они по способу смазки. В мокром типе происходит подача масла из картера на КШМ. Насос перекачивает масло из картера, являющегося частью двигателя.

На ДВС с сухим картером используется отдельный бак с маслом. Из него масло насосом перекачивается в систему КШМ, обеспечивая смазку деталей. Скапливающееся масло обратно транспортируется в бак при помощи дополнительного насоса.

Зная основные конструктивные и принципиальные отличия рассматриваемых механизмов, следует разобраться с их достоинствами и недостатками, которые имеются у обоих вариантов.