3.5. Принцип действия двухтактных дизелей

В двухтактных двигателях цикл осуществляется за один оборот коленвала, что соответствует двум тактам. Следует подчеркнуть, что двухтактные двигатели, как правило, являются не тронковыми (описано выше), а крейцкопфными (за исключением бензиновых двухтактных мотоциклетных двигателей). Принципиальная схема устройства и работы двухтактного двигателя показана на рис. 26, а его цикл – на рис. 27.

Из рис. 26 видно, что шток поршня 3 движется строго вертикально и головку поршня делают гораздо меньшей высоты.

На рисунке также показан турбокомпрессор ТК, который приводится в действие газовой турбиной ГТ, работающей на продуктах сгорания, выходящих из двигателя через выхлопные окна. По ходу сжатого в ТК воздуха расположен охладитель воздуха ОВ, который осуществляет промежуточное охлаждение воздуха перед поступлением его в цилиндры. Это позволяет увеличить весовой заряд воздуха в цилиндре, что оказывает благоприятное влияние на все тепловые и газодинамические процессы, из которых складывается рабочий цикл судового дизельного двигателя.

Рассмотрим индикаторную диаграмму двухтактного двигателя (рис. 27). Пусть поршень находится в НМТ – т. 1. В данном случае втулка двигателя имеет окна (прорези) разной высоты – окна меньшей высоты выходят в продувочный ресивер (коллектор), а окна большей высоты сообщены с выхлопным ресивером.

Таким образом, пока верхняя кромка поршня (на рисунке двигатель для удобства построения индикаторной диаграммы показан лежащим) при его движении к ВМТ не закроет все окна, процесс сжатия не начнется. В конце сжатия 3–4 в цилиндр впрыскивается топливо и происходит горение 4–5–6. В конце рабочего хода 6–7 (расширения продуктов сгорания) в т. 7 поршень откроет выхлопные окна и произойдет выхлоп, который начнется процессом 7–8 – свободным выпуском отработавших газов. После открытия продувочных окон (т. 8) будет происходить принудительная продувка цилиндра (8–1–2), которая заканчивается закрытием продувочных окон. В процессе 2–3 в данном случае будет происходить потеря части воздушного заряда цилиндра (1–2 показывает наполнение цилиндра воздухом).

Следует отметить, что параметры состояния рабочего тела в характерных точках индикаторной диаграммы мало отличаются от таковых в четырехтактных двигателях, поэтому нет смысла останавливаться на них подробно.

3.6. Индикаторные показатели работы двс

Показатели работы двигателя подразделяются на индикатор­ные (внутренние), характеризующие совершенство рабочего цикла в цилиндре и учитывающие только тепловые потери в самом цилиндре, и эффективные (внешние), учитывающие по­мимо тепловых и механические потери, которые имеются при передаче энергии расшире­ния газов через поршень и кривошипно-шатунный ме­ханизм на коленчатый вал двигателя

К индикаторным показа­телям двигателя относятся среднее индикаторное дав­ление р_i, индикаторная мощ­ность N_i, индикаторный удельный расход топлива b_i и индикаторный КПД η_i.

В результате осуществле­ния цикла тепловая энергия, выделяющаяся при сгора­нии топлива, с известной степенью совершенства (определяемой индикаторным КПД) превращается в полезную работу, развиваемую газами в цилиндре двигателя и называемую индикаторной работой цикла ℓ_i. При этом давление в цилиндре непрерывно меняется.

Для удобства ведения расчетов и сравнения разных двига­телей переменные по ходу поршня давления можно заменить постоянным (фиктивным) давлением, которое обеспечивает по­лучение той же работы, что и цикл с переменным давлением. Это среднее постоянное давление называется средним индика­торным давлением p_i. Следовательно, под средним индикатор­ным давлением подразумевается условное постоянное давление, действующее на поршень на рабочем ходе и совершающее за один цикл работу, равную индикаторной работе замкнутого цикла.

Графически среднее индии-каторное давление представ­ляет собой высоту прямоугольника, площадь которого равна пло-щади индикаторной диаграммы, а основание – длине диа­граммы (рис. 28). Среднее индикаторное давление позволяет сравнивать любые циклы и двигатели, независимо от способа осуществления рабочих процессов. Чем больше р_i, тем больше мощность двигателя при прочих равных условиях (размерах, частоте вращения и т.д.).

Рис. 28. К определению среднего индикаторного даления

Индикаторной мощностью N_i называется мощность, разви-ваемая продуктами сгорания над поршнем, т.е. такой мощностью обладал бы двигатель, не имеющий поршня, коленвала и остальных деталей группы движения.

Вспомнив, что мощность – это работа в единицу времени, а работа – это сила, умноженная на перемещение, запишем выражение для определения индикаторной мощности ДВС:

, кВт, (6)

где – диаметр цилиндра;

–ход поршня;

–частота вращения в 1/мин.;

i – количество цилиндров;

–сила продуктов сгорания;

–работа продуктов сгорания;

–мощность одного цилиндра;

–коэффициент тактности, равен 1 для двухтактных и ½ для четырехтактных ДВС;

–перевод оборотов в минуту в обороты в секунду;

1000 – перевод Вт в кВт.

Индикаторный коэффициент полезного действия η учитывает все потери теплоты, связанные с работой реального двигателя. При этом следует помнить, что потерю теплоты g₂, связанную с необходимостью выполнения 2-го закона термодинамики, учитывает термический КПД η_і. Таким образом, η_i называется отношение количества теплоты, преобразованной в работу без учета механических потерь (т.е. как будто бы у двигателя, не имеющего деталей группы движения – поршней, штоков, шатунов, коленвала), ко всему количеству подведенной теплоты:

, (7)

где – индикаторный расход топлива на двигатель;

–низшая теплота сгорания топлива;

–удельный (на 1 кВт) индикаторный расход топлива ().

Очевидно, что , и являются расчетными величинами.