Двухтактный дизельный двигатель: принцип работы и особенности

Двухтактный дизельный двигатель представляет собой двигатель внутреннего сгорания. Топливо-воздушная смесь сгорает за 2 движения поршня. Цикл завершается всего за 1 оборот коленвала. Такие показатели кажутся впечатляющими, однако существует несколько особенностей работы агрегата, о которых стоит узнать подробнее.

Главным достоинством такого мотора можно считать меньший расход топлива в сравнении с бензиновыми агрегатами. Это происходит за счет одной из особенностей дизельного топлива. Оно плотнее бензина, поэтому при сгорании дает на 15% энергии больше. Это обеспечивается более длинной цепочкой углеродов. Кроме того, технические характеристики таких двигателей стоят наравне с показателями аналогичных двигателей.

Строение

В состав двухтактного дизеля входит картер, совмещенный с коленчатым валом поршень, форсунки, впускные и выпускные окна цилиндра, топливный и водяной насосы. Последний снабжается плунжерным переключателем и датчиком температуры, а также емкостями, которые наполняются водой. Агрегат обеспечивает повышение КПД и за счет улучшенного сгорания топливо-воздушной смеси. Токсичность отходов при этом снижается.

В двухтактном моторе расположена газовая турбина и нагнетатель. Последний отвечает за повышение давления в цилиндрах — это обеспечивает экономию топлива и повышение мощности. Газовая турбина запускает преобразователь энергии тепла в энергию движения.

Продувочный воздух поступает в двухтактный дизельный двигатель несколькими способами — с помощью:

• насосов;
• продувочных камер;
• компрессоров.

Продувка может осуществляться по одной из схем — контурной или клапанно-щелевой.

Стоит отметить, что использование контурной схемы снижает как экономические, так и технические показатели агрегата. Это объясняется тем, что в цилиндрах имеются не продуваемые области.

Цилиндры монтированы вдоль. Каждый из них оснащается выпускными и вентиляционными отверстиями. Газ поступает к турбине через коллектор. Когда поршни двигаются, рабочая камера периодически открывается и закрывается. Коленчатые валы взаимодействуют друг с другом. Это обеспечивается механизмом основной передачи.Топливо при этом сгорает при достаточно высокой температуре.

Для смазки трущихся деталей и подшипников применяется смесь масла и топлива. Она подается в цилиндр и кривошипную камеру. Смазки эти узлы не имеют, поскольку она смылась бы топливом. Именно поэтому к горючему его доливают в определенном соотношении.

При этом для двухтактного дизельного двигателя используется определенное масло. Оно выдерживает продолжительное воздействие высоких температур, способно практически не оставлять после сгорания зольных отложений.

Как работает?

Принцип работы двухтактного дизеля основан на выполнении 2 тактов: сжатие и рабочий ход. Конструкция агрегата позволяет выполнять весь цикл вдвое быстрее, чем в четырехтактных моторах.

Для двухтактных дизельных двигателей принцип работы следующий:

1. Поршень из НМТ начинает двигаться вверх. В цилиндре имеется воздух. Приходе поршня вверх он сжимается, а когда поршень подходит к ВМТ, впрыскивается порция свежего топлива. При этом горючее самовоспламеняется и осуществляется рабочий ход.
2. Продукты сгорания толкают поршень, вследствие чего тот движется вниз. Когда поршень доходит до НМТ, осуществляется продувка —воздух замещает продукты сгорания. Это является завершением цикла.

Внизу цилиндра имеются продувочные окна. Они необходимы для процесса продувки. Когда поршень снизу, они открыты. Во время подъема поршня они закрываются. Значительное увеличение показателя мощности двухтактных моторов происходит за счет повышения числа рабочих ходов. Двухтактный дизельный двигатель, принцип работы которого достаточно прост, обладает массой преимуществ.

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.

Преимущества

Двухтактные дизельные двигатели стали производиться относительно недавно. Такие моторы на сегодняшний день имеют множество модификаций. К примеру, зажигание бывает 2 типов: контактным и бесконтактным.Также отличаются и схемы таких моторов. Применяется двухтактная система на танках, в самолетах, в тяжелой промышленной технике.

1. Небольшой размер. Для установки агрегата требуется совсем немного места. Такие моторы легко умещаются под капотом транспортных средств.
2. Небольшая масса. Стандартный турбодизель весит почти в 2 раза больше, чем двухтактный дизельный двигатель.
3. Значительная экономия топлива. Расход горючего снижен практически в 2 раза по сравнению с обычным дизельным агрегатом.
4. Простая конструкция. При обслуживании таких двигателей нет необходимости применять специальные технологии.

Такие преимущества выгодно выделяют двухтактные дизельные двигатели на фоне бензиновых собратьев. Имеются у таких моторов и серьезные недостатки.

Недостатки

Небольшое распространение агрегатов объясняется рядом причин. К примеру, детали на такие моторы найти получится с трудом. Именно поэтому выполнить ремонт двухтактного дизельного двигателя становится проблематично. Кроме того, специалистов по обслуживанию таких агрегатов достаточно мало.

• высокая цена дизельных двигателей и малый выбор моделей;
• увеличенный расход масла;
• необходимость установки воздушных фильтров.

Явным недостатком дизелей является использование мощного стартера. На морозе дизельное топливо мутнеет и застывает. Ремонт топливной аппаратуры затрудняется тем, что насосы высокого давления изготавливаются с высокой точностью.

Существенным минусом двухтактных дизелей является невозможность их применения в высокотемпературных режимах. Масло при таких условиях закоксовывается, возникает залегание поршневых колец. Кроме того, из-за недостаточной продувки топливо сгорает не полностью, что сказывается на значении КПД и уровне токсичности.

Итоги

Дизельные двигатели, имеющие два такта, изобретались с одной целью — снизить токсичность отработавших газов, а также увеличить экономичность двигателя, повысить КПД.

Стоит упомянуть о зажигании. Чтобы топливо воспламенилось, необходимо время, поэтому разряд на свече возникает заранее, перед тем, как поршень достигнет ВМТ. Чем быстрее происходит движение поршня, тем раньше должна зажигаться свеча. Существуют специальные устройства, позволяющие менять угол зажигания в зависимости от частоты вращения коленвала.

Двухтактный двигатель внутреннего сгорания

Сегодня двухтактные двигатели перестают устанавливать на мопеды и скутеры, они почти не используются на мотоциклах кроме некоторых моделей мопедов. По какой же причине еще пару лет назад двухтактные двигатели были основным типом моторов скутеров?

Основой причиной этого можно назвать стремление развитых стран к сокращению выброса выхлопных газов в атмосферу. В тех же странах, в основном, это европейские государства, стремятся и к экономии топлива, а более экономичные это четырех тактные двигатели. Ну, и стремление к новаторству тоже способствует внедрению новых двигателей.

Мощность пятидесятикубового четрырехтактного двигателя ничтожна, в сравнении с двухтактным. Разгоняется очень вяло, скутер плохо реагирует на сигнал газа, с некоторым опозданием. Этим объясняется привычка китайцев скрывать увеличенную кубатуру четырехтактых скутеров и выдавать их за двухтактные двигатели. Все просто — таким образом, они компенсируют нехватку мощности без лишних затрат. Японцы пошли по другому пути, объем цилиндра они указывают правильно, а ситуацию с мощностью они решают, применяя дорогостоящие технологии, то есть, японские четирехтактные скутеры, объемом 50 кубов, имеют нормальную скорость и динамику.

Ясно, что для данного случая, двухтактный двигатель более рационален и экономичен. Большинство скутеров, используемых у нас, это японские модели прошлых лет, в основном, они двухтактные. Как пример, можно назвать такие скутеры, как Suzuki Sepia, Honda Dio, Yamaha Jog, Suzuki Address, Honda Lead.

Каждый владелец подобных скутеров должен знать, что из себя представляет их двигатель. Рассмотрим принцип работы стандартного двухтактного двигателя и его строение. Для разных моделей, принцип работы не сильно отличается, поэтому рассматривать каждую модель нет смысла.

Описание и конструкция двухтактного двигателя

1 — бак для масла; 2 — карбюратор; 3 — разделитель тросика «газа»; 4 — ручка «газ»; 5 — тросик регулятора подачи масла; 6 — насос-дозатор; 7 — впускной масляный патрубок.

Схема, приведенная выше, используется в хондах. Ручка газа одновременно управляет и маслонасосом. Бензин подается при помощи бензонасоса, так как, в отличие от ямах и сузуки, бензобак расположен под ногами водителя. Поршень размещен внутри цилиндра, а свеча находится в головке цилиндра. Сгорая, смесь толкает поршень вниз, а он шатуном вращает коленвал. Эти аппараты просты в обслуживании и ремонте.

Принцип работы двухтактного двигателя

Последовательность работы:
, а — сжатие в цилиндре, впуск в кривошипную камеру;
б — воспламенение и сгорание в цилиндре;
в — выброс выхлопных газов и продувание горючей смесью;
1 — канал продувки;
2 — выпускной канал;
3 — свечка;
4 — клапан впускного канала;
5 — канал впуска;
6 — кривошипная камера Принцип работы состоит из такта сжатия и такта рабочего хода. При такте сжатия, смесь сжимается, создается давление в камере сгорания, потом происходит сгорание, и начинается такт рабочего хода, являющийся основой движущей силой.

Теперь взглянем на эти процессы детальнее. На рис. 1 показана работа двухтактного двигателя. Желтым цветом показано топливо — бензин с маслом.

• цилиндр, поршень (работает в цилиндре)
• свеча (поджигает топливо)
• выпускной коллектор (соединяет цилиндр с выхлопной трубой для отвода отработанных газов)
• впускной коллектор (соединяет цилиндр и карбюратор)
• клапана в головке цилиндра не дают газам и рабочей смеси попадать в карбюратор

В двигателях этого типа, смазка рабочих частей — поршня и целиндра, осуществляется топливной смесью, т. е. бензином смешанным с маслом.

В скутерах установлен отдельный бачок для масла, а его количество регулируется маслонасосом. Топливная смесь, перед сгоранием смазывает камеру сгорания, а отдельного масла, как в четырех тактном двигателе, не предусмотрено. Масло сжигается вместе с бензином, поэтому должно иметь следующие параметры: хорошо смазывать все детали, хорошо гореть, не оставлять нагара после сгорания. Последнее требование наиболее важно, плохое масло приводит к образованию нагара в цилиндре и снижает его мощность.

На рис. 2 поршень расположен в «нижней мертвой точке сокращенно НМТ».

В этом положении нет давления в камере сгорания, а клапан открытый. Затем, поршень двигается вверх и закрывает впускной клапан, а потом и выпускной.

При достижении поршнем «верхней мертвой точки ВМТ» (см. рис. 2), в цилиндре сжимается горючая смесь.

В этот момент свеча поджигает сжатое топливо, взрыв которого толкает поршень вниз. При закрытии поршнем впускного коллектора, в кривошипной камере образуется разряжение, под его воздействием открывается клапан, и в камеру сгорания поступает новая порция топлива.

После этого, поршень, при движении вниз, освобождает выпускное окно, в которое выходят выхлопные газы. В этот момент клапан под действием давления, которое образует поршень, закрывается, и когда цилиндр достигает впускного окна, в камеру сгорания поступает горючая смесь. При этом двигатель постоянно смазывается маслобензиновой смесью.

Плюсы и минусы двухтактного двигателя

Теперь перейдем к плюсам и минусам двухтактных двигателей в сравнении с четырехтактными.

Плюсы двухтактного двигателя:

• двухтактник прост в ремонте
• простота в изготовлении
• невысокая стоимость
• небольшие габариты и масса
• мало рабочих деталей
• высокая мощность

Минусы двухтактного двигателя:

• большой расход;
• любит высокие обороты;
• больше выброс вредных газов;
• менее долговечный

Есть как преимущества, так и недостатки, но факт есть факт, и, внедряя четырехтактные двигатели в 50-ти кубовые скутеры, производители делают свою продукцию дороже, и лишают покупателей динамических возможностей, которые предоставляют мощные двухтактные двигатели.

Все сказанное актуально только для двигателей с маленькой камерой сгорания, до пятидесяти кубических сантиметров, для моделей свыше ста кубических сантиметров, установка четырехтактного двигателя более рациональна. Это стало ясно в 80-х годах, и почти всю кубатуру начали комплектовать четырехтактниками. Но для полтинников это увеличивает только долговечность, а насладиться динамикой и скоростью можно будет только в моделях класса спорт, в которых установлены двухтактные двигатели.

Видео: Схема работы двухтактного двигателя

Устройство двухтактного двигателя и принцип его работы

Поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) широко используются в разных сферах человеческой жизни. Однако не все они работают одинаково. Между ними есть одно принципиальное отличие. В зависимости от конструкции рабочий цикл двигателя может состоять из двух или четырёх тактов. Поэтому и называется он соответственно двухтактным двигателем или четырехтактным. Это справедливо как для бензинового мотора, так и для дизеля.

Основные термины и определения

Принцип работы всех поршневых двигателей заключается в превращении энергии сгорания топлива в механическую энергию. Передаточным звеном является кривошипно-шатунный механизм. Для описания их работы используются следующие понятия:

• Рабочий цикл — это определённая последовательность взаимосвязанных событий, вследствие которых происходит преобразование энергии теплового расширения сгорающего топлива в механическую энергию перемещения поршня и поворота коленчатого вала.
• Такт — последовательность изменения состояния узлов и механизмов, происходящая в течение одного хода поршня.
• Ход поршня — это расстояние, которое проходит поршень внутри цилиндра между его крайними точками.
• Верхняя мёртвая точка (ВМТ) — это наивысшее положение поршня в цилиндре, при этом объем камера сгорания имеет минимальный объем.
• Нижняя мёртвая точка (НМТ) — максимально удалённое от ВМТ положение поршня.
• Впуск — заполнение цилиндра топливовоздушной смесью.
• Сжатие — уменьшение объёма смеси и сжатие её под давлением поршня.
• Рабочий ход — перемещение поршня под давлением газов сгорающего топлива.
• Выпуск — выталкивание из цилиндра продуктов горения топлива.

Принцип работы четырехтактного двигателя

Четырехтактным называется такой поршневой двигатель, в котором один рабочий цикл состоит из четырёх тактов. Они имеют следующие названия:

• впуск;
• сжатие;
• рабочий ход;
• выпуск.

За один цикл поршень два раза двигается от ВМТ к НМТ и обратно, а коленчатый вал проворачивается на два полных оборота. События, которые происходят за это время в двигателе, имеют чётко определённую последовательность.

Впуск. Поршень перемещается вниз, к НМТ. Под ним образуется разрежение, благодаря которому через открытую тарелку впускного клапана из впускного коллектора в цилиндр затягивается топливо, смешанное с воздухом. Поршень проходит нижнюю мёртвую точку, после чего впускной клапан закрывает впускной коллектор.

Такт сжатия. Продолжающий двигаться вверх поршень сжимает воздушную смесь.

В верхней мёртвой точке над поршнем происходит поджог горючей смеси. Сгорая, оно вызывает значительное увеличение давления на поршень. Начинается такт рабочего хода. Под действием давления сгорающих газов поршень снова движется к НМТ, выполняя при этом полезную работу.

После прохождения поршнем НМТ открывается тарелка выпускной клапан. Поршень, двигаясь к ВМТ, выталкивает выхлопные газы в выпускной коллектор. Это такт выпуска.

Затем снова начинается такт впуска и так бесконечно.

Рабочий цикл из двух тактов

Одноцилиндровый двухтактный двигатель работает по-другому. Здесь все четыре действия происходят за один полный оборот коленвала. При этом поршень делает только два такта (расширения и сжатия), двигаясь от ВМТ к НМТ и обратно. А впуск и выпуск являются частью этих двух тактов. Подробней принцип работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания можно описать следующим образом.

Газы от сгорания топливной смеси толкают поршень вниз от ВМТ. Примерно на середине хода поршня в гильзе цилиндра открывается выпускное отверстие, через которое часть газов выбрасывается в патрубок глушителя. Продолжая двигаться вниз, поршень создаёт давление, благодаря которому в цилиндр поступает новая порция топлива, одновременно продувая его от остатков сгоревших газов. Подходя к ВМТ, поршень сжимает смесь и система зажигания воспламеняет её. Снова начинается такт расширения.

В авиамоделестроении широко используется двухтактный дизельный двигатель, его принцип работы тот же, что и у бензинового. Разница в том, что смесь топлива с воздухом самостоятельно воспламеняется в конце цикла сжатия. Горючим для таких моторов служит смесь эфира с авиационным керосином. Воспламенение этого горючего происходит при гораздо меньшей степени сжатия, чем у двигателей на традиционном дизельном топливе.

Конструктивные особенности и различия

Двухтактный двигатель отличается от четырехтактного не только тем, за сколько тактов работы происходит газообмен.

Четырехтактный требует наличия системы газораспределения (впускные и выпускные клапаны, распределительный вал с кулачковым механизмом и т. д. ). В двухтактном такой системы нет, благодаря этому он гораздо проще.

Двигатель с четырьмя тактами работы требует полноценной системы смазки из-за большого количества движущихся и трущихся частей. Для смазки двигателя с двумя тактами работы можно использовать масло просто разводя его вместе с топливом.

Эксплуатационные показатели в сравнении

Сопоставляя двухтактный двигатель и четырехтактный двигатель, разницу между ними можно заметить не только в устройстве, но и в эксплуатационных характеристиках. Сравнивать их можно по следующим показателям:

• литровая мощность;
• удельная мощность;
• экономичность;
• экологичность;
• шумность;
• ресурс работы;
• простота обслуживания;
• вес;
• цена.

Литровой называется мощность, снимаемая с литра объёма цилиндра. Теоретически она должна быть в два раза больше у двухтактного. Однако на деле этот показатель составляет 1,5−1,8. Сказывается неполное использование рабочего хода газов, затраты энергии на продувку, неполное сгорание и потери топлива.

Удельная мощность представляет собой величину отношения мощности мотора к его весу. Она также выше у двухтактных. Для них нужен менее тяжёлый маховик и не нужны дополнительные системы (газораспределения и смазки), утяжеляющие конструкцию. КПД у них также выше.

Экономичность (расход топлива на единицу мощности) выше у четырехтактных. Двигатели с двумя тактами часть топлива теряют впустую при продувке цилиндра.

Экологичность двухтактных ниже, опять-таки из-за потери несгоревшего топлива и масла. Убедиться в этом можно на примере двухтактного лодочного мотора. Он всегда оставляет на воде тонкую плёнку из несгоревшего топлива.

Шумность выше у двухтактных. Это связано с тем, что выхлопные газы из цилиндра вырываются с большой скоростью.

Ресурс работы выше у четырехтактных. Отдельная система смазки и меньшая оборотистость двигателя положительно сказываются на сроке его службы.

Проще обслуживать, безусловно, двухтактные моторы из-за меньшего количества вспомогательных систем. Масса больше у четырехтактных. Двухтактные дешевле.

В некоторых механизмах применение двухтактных двигателей является однозначным. Это, например, бензопилы. Высокая удельная мощность, маленький вес и простота делают его здесь безусловным фаворитом.

Двухтактные двигатели используются также в мототехнике, лодочных моторах, газонокосилках, скутерах, авиамоделировании. В большинстве самодельных машин и механизмов умельцы также используют двухтактный мотор.

Однотактные и трехтактные силовые агрегаты

Существуют также одно- и трехтактные двигатели. Однотактные двигатели делают с внешней камерой сгорания. Такая схема реализует все четыре такта за один ход поршня. Трехтактный двигатель Ванкеля является роторно-поршневым. Из-за сложности конструкции и чрезвычайной требовательности к качеству обработки поверхностей такие моторы не получили широкого распространения.

Originally posted 2018-07-04 07:14:01.

Источник Источник http://koleso.temaretik.com/1498292754849728883/dvuhtaktnyj-dizelnyj-dvigatel-printsip-raboty-i-osobennosti/
Источник Источник Источник http://impofe.ru/dvuxtaktnyj-dvigatel-vnutrennego-sgoraniya/
Источник Источник Источник http://pochini.guru/tehnika/ustroystvo-dvuhtaktnogo-dvigatelya