2.5.3Газообмен в двухтактных дизелях
Типы продувок. В § 4 уже рассматривался простейший тип продувки, называемой поперечно-щелевой (рис. 65, а). Ее особенность заключается в том, что выпускные 3 и продувочные 4 окна расположены с разных сторон втулки цилиндра. Они соединены соответственно с выпускным коллектором 2 и с ресивером продувочного воздуха 5. Продувочным окнам придается наклон вверх, в связи с чем воздух движется сначала к крышке цилиндра, затем, вытесняя отработавшие газы, меняет свое направление на обратное.
Рис. 2.35 Схемы продувки двухтактных дизелей.
Чтобы к моменту открытия продувочных окон давление в цилиндре успело снизиться и стать ниже давления продувочного воздуха, выпускные окна 3 делают выше продувочных 4. Однако в этом случае поршень 1, двигаясь вверх, закроет сначала продувочные окна, выпускные будут еще частично открыты. Процесс продувки после закрытия продувочных окон заканчивается, следовательно, через частично открытые выпускные окна будет происходить некоторая утечка свежего заряда. Чтобы избежать ее, у крупных двигателей выпускные и продувочные окна делают одинаковой высоты, но в ресивере продувочного воздуха ставят невозвратные клапаны. Они предотвращают заброс отработавших газов из цилиндра в ресивер при открытии окон, продувка начнется лишь при падении давления в цилиндре после открытия выпускных окон. При движении же поршня вверх поступление продувочного воздуха будет продолжаться до момента закрытия и тех и других окон. С той же целью в некоторых крупных двигателях на выпускном патрубке ставят приводной золотник, привод которого регулируется так, чтобы в момент перекрытия поршнем продувочных окон золотник перекрыл выпускные. Поперечно-щелевая продувка получила очень широкое распространение вследствие ее простоты. В двигателях морского флота встречается петлевая продувка (рис. 65, б). Выпускные 3 и продувочные 4 окна расположены с одной стороны цилиндра, причем выпускные – над продувочными.(Выпускной коллектор 2 и ресивер продувочного воздуха 1 находятся с одной стороны двигателя. При таком расположении окон продувочный воздух омывает цилиндр по всему контуру, начиная с днища поршня 5. Это очень важно, так как продувочный воздух охлаждает днище поршня. В данном случае продувочным окнам придается небольшой наклон вниз, а днищу поршня – вогнутая форма.
Качество очистки цилиндра при петлевой продувке несколько выше, но утечка свежего заряда больше, чем при поперечно-щелевой продувке. Поэтому в двигателях большой мощности на выпускных патрубках ставят золотники, перекрывающие выпускной патрубок по окончании продувки.
При рассмотренных схемах продувок в цилиндре движутся встречные потоки воздуха и отработавших газов, вследствие чего воздух и газы перемешиваются. В местах изменения направления движения воздуха появляются вихри, в связи с чем там остаются отработавшие газы. Поэтому качество очистки цилиндра в таких двигателях ниже, чем в четырехтактных.
Качественная, не уступающая четырехтактным двигателям, очистка цилиндра обеспечивается при прямоточных продувках. Суть их заключается в том, что выпуск отработавших газов производится с одного конца цилиндра, а впуск продувочного воздуха – с другого. Это может быть достигнуто, например, установкой в крышке цилиндра выпускных клапанов 3 (рис. 65, в). Поршень 4 открывает лишь продувочные окна 1, а клапаны 3 открываются таким же приводом, как и у четырехтактных двигателей. Продувочные окна 1 располагаются по всей окружности цилиндра, причем им придается тангенциальный наклон для образования спирального вихря продувочного воздуха. Ресивер продувочного воздуха 2 охватывает втулку цилиндров по всей окружности.
Такая прямоточно-клапанная продувка применяется как в автомобильных дизелях (ЯАЗ-204), так и в двигателях с цилиндровой мощностью свыше 750 кВт (1000 л. с.). В дизелях большой мощности получила широкое применение также прямоточно-щелевая продувка (рис. 65, г). В цилиндре находятся два поршня: верхний 4 и нижний 8. Верхние поршни работают на верхний коленчатый вал 3, а нижние — на основной нижний вал 1. Валы сообщены посредством вертикального вала 2 и конических шестерен.
Верхний поршень 4 открывает и закрывает продувочные окна 5, а нижний – выпускные окна 7. Поршни движутся противоположно. Когда они сходятся к внутренней м.т., в цилиндре происходит сжатие и через форсунку 6 впрыскивается топливо. Затем под давлением газа поршни расходятся, открывая в конце хода расширения выпускные (поршень 8) и впускные (поршень 4) окна.
Рассмотренную продувку имеют, например, отечественные тепловозные двигатели Д100. У двигателей с противоположно движущимися поршнями могут быть и другие кинематические схемы.
При прямоточной продувке легко осуществить дозарядку цилиндра, если предусмотреть закрытие выпускных окон или клапанов раньше, чем продувочных. У двигателей с противоположно движущимися поршнями для этого верхний и нижний кривошипы располагают под углом, отличающимся от 180°, ходы поршней делают разными.
Диаграммы газораспределения. Так как рабочий цикл двухтактного двигателя совершается за 360° п. к. в., диаграмма его газораспределения имеет вид кольцевой ленты (рис. 66). При простейшей поперечно-щелевой или петлевой продувке (рис. 66, а) угол 2, характеризующий продолжительность выпуска, всегда больше угла 3 продувки: выпускные окна открываются раньше, а закрываются позднее продувочных. При прямоточных и некоторых других схемах продувка может заканчиваться даже позднее, чем выпуск. Поэтому продолжительность впуска (угол 3, рис. 66, б) может быть больше, чем продолжительность выпуска (угол 2). В этом случае по окончании выпуска осуществляется так называемая д о з а р я д к а цилиндра.
В обеих диаграммах (см. рис. 66) угол 1 является утлом опережения подачи топлива.