Литература по Механике и для Механиков / ДВС / Ответы / 29

11111111111111111111111111111111

3 Принцип действия двухтактного двигателя Двухтактные двигатели отличаются от четырехтактных тем, что у них наполнение цилиндров горючей смесью или воздухом осуществляется в начале хода сжатия, а очистка цилиндров от отработавших газов в конце хода расширения, т.е. процессы выпуска и впуска происходят без самостоятельных ходов поршня. Общий процесс для всех типов двухтактных двигателей – продувка, т.е. процесс удаления отработавших газов из цилиндра с помощью потока горючей смеси или воздуха. Поэтому двигатель данного вида имеет компрессор (продувочный насос). Рассмотрим работу двухтактного карбюраторного двигателя с кривошипно-камерной продувкой. У этого типа двигателей отсутствуют клапаны, их роль выполняет поршень, который при своем перемещении закрывает впускные, выпускные и продувочные окна. Через эти окна цилиндр в определенные моменты сообщается с впускным и выпускным трубопроводами и кривошипной камерой (картер), которая не имеет непосредственного сообщения с атмосферой. Цилиндр в средней части имеет три окна: впускное, выпускное и продувочное, которое сообщается клапаном с кривошипной камерой двигателя. Рабочий цикл в двигателе осуществляется за два такта: Сжатие. Поршень перемещается от НМТ к ВМТ (рисунок 2, а), перекрывая сначала продувочное 2, а затем выпускное окно 3. После закрытия поршнем выпускного окна 3 в цилиндре начинается сжатие ранее поступившей в него горючей смеси. Одновременно в кривошипной камере вследствие ее герметичности создается разряжение, под действием которого из карбюратора через открытое впускное 1 окно поступает горючая смесь в кривошипную камеру. а б в г Рисунок 2 – Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя: а – такт сжатия; б, в, г – рабочий ход Рабочий ход. При положении поршня около ВМТ сжатая рабочая смесь воспламеняется электрической искрой от свечи (рисунок 2, б), в результате чего температура и давление газов резко возрастают. Под действием теплового расширения газов поршень перемещается к НМТ, при этом расширяющиеся газы совершают полезную работу. Одновременно опускающийся поршень закрывает впускное окно и сжимает находящуюся в кривошипной камере горючую смесь. Когда поршень дойдет до выпускного окна 1 (рисунок 2, в), оно открывается и начинается выпуск отработавших газов в атмосферу, давление в цилиндре понижается. При дальнейшем перемещении поршень открывает продувочное окно 1 (рисунок 2, г) и сжатая в кривошипной камере горючая смесь перетекает по каналу 2, заполняя цилиндр и осуществляя продувку его от остатков отработавших газов. Рабочий цикл двухтактного дизельного двигателя отличается от рабочего цикла двухтактного карбюраторного двигателя тем, что у дизеля в цилиндр поступает воздух, а не горючая смесь, и в конце процесса сжатия впрыскивается мелкораспыленное топливо. Мощность двухтактного двигателя при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения вала теоретически в два раза больше четырехтактного за счет большего числа рабочих циклов. Однако неполное использование хода поршня для расширения, худшее освобождение цилиндра от остаточных газов и затраты части вырабатываемой мощности на привод продувочного компрессора приводят практически к увеличению мощности только на 50...70%. Двухтактные двигатели обеспечивают большую равномерность хода, так как каждый рабочий ход у них совершается за один оборот вала, они имеют меньшие габариты и вес. Основные недостатки двухтактных двигателей по сравнению с четырехтактными заключаются в следующем: Неизбежные потери топлива в период продувки (очистки) цилиндров резко ухудшают экономичность и КПД двигателя. Эти потери топлива наиболее значительны у карбюраторных двигателей с кривошипно-камерной продувкой, что в значительной мере и ограничивает сферу их применения. Двухтактные двигатели в процессе работы отличаются большей тепловой напряженностью деталей кривошипно-шатунного механизма, что является следствием удвоенной частоты рабочих ходов; в более напряженных условиях работает и топливоподающая аппаратура (дизельные двигатели). Указанные недостатки в значительной мере уменьшаются у двухтактных дизельных двигателей с прямоточно-клапанной отработавших газов и воздуха незначительно и достигается хорошая очистка цилиндров от продуктов сгорания. Потери топлива в процессе прямоточно-клапанной продувки практически исключаются, экономичность двигателя значительно возрастает, днище поршня и выпускные клапаны в конце продувки охлаждаются воздухом, что снижает их температуру. Однако двухтактные дизельные двигатели с прямоточноклапанной продувкой при помощи нагнетателя довольно сложны по конструкции и недостаточно долговечны. Двигатель с бесклапанной продувкой (в том числе с петлевой) прост по конструкции, так как не имеет клапанного механизма. Нагнетатель двигателя работает при невысоком давлении продувочного воздуха и поэтому не требует значительных затрат мощности на привод. Его экономичность находится в близком соответствии с экономичностью современных четырехтактных дизелей, но среднее эффективное давление меньше

Среднее индикаторное давление. Некоторое условное постоянное давление pi , действующее на поршень и совершающее в течение одного хода работу, равную работе газов за цикл, называется средним индикаторным давлением. Тогда индикаторная работа для заданного рабочего объема цилиндра V's Liц=pi V's (1) Из определения также следует, что графически давление pi может быть представлено как высота прямоугольника, основание которого равно рабочему объему Vs ', а площадь равна площади индикаторной диаграммы (рис. 2). Таким образом, если имеется индикаторная диаграмма и нужно определить среднее индикаторное давление, то необходимо: найти площадь F, мм 2 , диаграммы; измерить ее длину l мм; определить масштаб m, мм/МПа, пружины индикатора; вычислить 𝑝𝑖 = 𝐹 𝑙𝑚 (2) Из выражения (1) определим 𝑝𝑖 = 𝐿𝑖ц 𝑉′𝑠 (3) Отсюда следует, что среднее индикаторное давление характеризует работу газов, условно снимаемую в течение цикла с каждого кубического метра рабочего объема цилиндра, и является мерой нагрузки цилиндра, показателем, характеризующим использование его рабочего объема.

22222222222222222222222222222222

В двигателях внутреннего сгорания от 30 до 40% энергии сгоревшего топлива уносится с выбросами.

Утилизация тепла выхлопных газов ДВС, являясь энергосберегающей технологией, значительно увеличивает общий КПД использования топлива до 85-90% и обеспечивает эффективное использование тепловой энергии. Утилизация тепла выхлопных газов ДВС в автономных системах энергоснабжения позволяет не только снизить потери тепла, но и за счет отказа от котлоагрегата минимизировать суммарный расход топлива и затраты на отопление, а также сократить выбросы CO2. Как следствие, рациональное использование энергоносителей позволяет снизить общие расходы на производство и внести вклад в решение экологическмх проблем.

Преимущества технологии утилизации тепла выхлопных газов двигателей

Утилизация тепла – это полезное использование тепловой энергии, которая в противном случае передавалась бы окружающей среде. Примерами извлечения дополнительной энергии от работающих двигателей внутреннего сгорания являются:

• использование тепла масла, охлаждающей жидкости и отработавших газов двигателя для обогрева помещений;

• турбонаддув для увеличения мощности;

• облегчение прогрева двигателя в случае неравномерной работы силового агрегата и др.

Основные источники тепла в двигателе внутреннего сгорания – горячие выхлопные газы, радиатор охлаждающей жидкости в силовом агрегате, охладители рециркуляции отработавших потоков и наддувочного воздуха.

Теплообменники позволяют утилизировать большую часть тепла выделяющегося при работе ДВС. Коэффициент отдачи и эффективность технологии утилизации зависит от ряда факторов. Основной аспект, оказывающий влияние на выбор наиболее действенного способа ее реализации – температура рабочей среды. Чем выше ее энтропия, тем большую часть тепла можно преобразовать в полезную работу.

Системы утилизации тепла двигателей внутреннего сгорания позволяют использовать выбросы отработавших газов для:

• производства технологического пара и горячей воды;

• выработки дополнительной электроэнергии;

• подогрева дизельного топлива;

• создания автономных или комбинированных систем центрального отопления.

В теплообменнике газ или жидкость, нагретые в двигателе, без смешивания передает температуру теплоносителю (воде, антифризу и т.д.). Между потоками происходит обмен энергией, благодаря которому тепловая энергия передается к заданному конструкцией теплового модуля потребителю (радиаторы, технологическое оборудование и т.д.).

3333333333333333333333333333333