Двухтактный дизельный двигатель принцип работы

• Двухтактный дизельный двигатель — как он работает
• 1. Двухтактный дизельный двигатель – принцип работы и устройство
• 2. Достоинства и особенности двухтактных двигателей
• 3. Недостатки двухтактных двигателей

Сегодня рассмотрим двухтактный дизельный двигатель. К сожалению, большинство людей нашего времени связывают работу дизельных моторов с тракторами, поездами, КамАЗами, строительной и сельскохозяйственной техникой.

Все давно привыкли, что они сильно загрязняют окружающую среду характерными черными выбросами с выхлопной трубы (хотя в наше время, благодаря системе прохождения воздуха, все уже давно не так катастрофично), но даже факт превосходства современных дизельных моторов над бензиновыми двигателями мало кого способен переубедить.

• 1. Двухтактный дизельный двигатель – принцип работы и устройство
• 2. Достоинства и особенности двухтактных двигателей
• 3. Недостатки двухтактных двигателей

1. Двухтактный дизельный двигатель – принцип работы и устройство

Данный вид двигателей, в настоящее время меньше распространен чем аналогичный четырехтактный, но все же имеет право на существование. Составляющими частями двухтактного дизельного двигателя являются такие два механизма как газовая турбина (служит для преобразования энергии из тепловой в механическую) и специальный нагнетатель (за счет повышения давления в цилиндрах позволяет повысить мощность, снизив при этом количество потребляемого горючего).

Окна цилиндров двухтактных двигателей используются как для впуска свежего воздуха, так и для выпуска уже отработанных газов (оконная или щелочная продувка). Если же отработанные газы выпускаются через клапан в цилиндре, а окна предназначены только для впуска чистого воздуха, то такую продувку называют клапанно-щелевой.

При такой системе очистки, не весь поступивший воздух задерживается в цилиндре и поднимаясь верх какая-то его часть выходит за пределы двигателя. Данный процесс назвали прямоточной продувкой цилиндра, обеспечивающий оптимальную очистку от продуктов сгорания. Продувочный воздух попадает в цилиндры одним из трех способов: либо через специальные насосы, либо через кривошипные продувочные камеры, или же с помощью поршневых компресоров.

Когда поршень с нижней точки начинает движение в верх, первым закрывается впускной клапан, а следом и окна, через которые осуществлялась продувка, затем начинается сжатие воздуха. Топливо, подающееся форсункой, которая находится возле верхней мертвой точки, воспламеняется от горячего воздуха, начиная тем самым процесс горения и расширения продуктов сгорания при движении поршня вниз.

Пройдя описанный круг, все снова повторяется. В турбину газы попадают через коллектор, а камера сгорания формируется, тогда, когда поршни очень близко приближаются друг к другу. Коленвалы, в таких двигателях, связываются между собой с помощью шестерен основной передачи, а их движение имеет круговой характер и осуществляется по часовой стрелке.

2. Достоинства и особенности двухтактных двигателей

Встречается двухтактная дизельная система в стационарных и тепловозных двигателях, на танках, в недалеком прошлом устанавливалась на самолетах, а сегодня ее не редко используют на тяжелых и габаритных грузовиках, в основном американского производства.

Что касается достоинств двухтактных дизельных двигателей, то тут следует отметить следующие параметры:

— относительно малый вес двигателя (обычно такая установка весит на 50-60% меньше классического мотора с турбиной);

— оптимальные габариты, не требующие много места под капотом (отсутствует громоздкая система клапанов и распределительного вала).

3. Недостатки двухтактных двигателей

Как видим, двухтактные дизельные двигатели обладают приличным количеством положительных характеристик, так почему же тогда они не завоевали должную популярность и с каждым годом все больше и больше прекращают эксплуатироваться? Ответ простой. Несмотря на все положительные моменты, эти силовые агрегаты обладают также существенными недостатками, что делает их менее привлекательными по сравнению с четырехтактными собратьями.

По сравнению с четырехтактными двигателями, условия работы подшипников и коренных, шатунных вкладышей двухтактных моторов более тяжелые, виной чему недостаточный отвод теплоты от соприкасающихся поверхностей. Характерная для двухтактного дизельного двигателя односторонняя система нагрузок, также, уменьшает количество масла, прокачиваемого между рабочими поверхностями. Справится с этим можно применив более мощный масляный насос, но из-за его габаритов и веса это довольно непрактично.

Следующий недостаток двухтактных дизелей — это повышенный расход воздуха, проявивший себя при использовании танков советского времени Т-64 и Т-80УД (Т-84), которые были оснащены подобными моторами 5ТДФ (имеющие 700 л.с.) и 6ТДФ-2 (обладающий 1200 л.с.). Если место эксплуатации сильно запыленное, это приведет к довольно быстрому засорению фильтров.

Кроме того, двухтактные дизельные двигатели, несмотря на свою относительную простоту, требуют более сложных расчетов проектирования, а учитывая, что работы с ними, во многих странах прекращены еще со средины 60-х годов, некоторые части происходящих в них процессов остаются малоизученными. Вышеописанные недостатки дизельных двухтактных двигателей кратко можно выразить в следующих пунктах:

— высокая стоимость, как двигателя в целом, так и отдельных его деталей, за счет ограниченного количества компаний, занимающихся их производством;

— отсутствие запасных частей и сменных деталей в свободной продаже.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Цилиндры в двухтактном двигателе размещаются горизонтально. Они располагают специальными продувочными и выпускными окнами. Первые нужны для осуществления забора массы воздуха. А вот выпускные окна удаляют из механизма продукты сгорания топлива.

Достоинства и особенности двухтактных двигателей

Рабочий цикл таких моторов выполняется, как было сказано, за один оборот коленвала. За счет этого при идентичных оборотах двигателя и одинаковом рабочем объеме двухтактные агрегаты дают возможность снимать с них большую мощность (до 1,7 раз). Именно эта особенность признается самой важной.

К другим достоинствам двухтактных моторов относят:

• Небольшие размеры (геометрические) агрегата. Требуется совсем мало места для того, чтобы установить двигатель под капот транспортного средства.
• Малая масса. Стандартный турбодизель имеет вес вполовину больший, чем двухтактная установка.
• Экономия горючего до 50 процентов от расхода при использовании обычного дизельного агрегата.
• Простота конструкции. Обслуживание двигателей за счет этого факта упрощается.

Добавим, что такты рабочего хода и сжатия в описываемых агрегатах идентичны тем, которые фиксируются при функционировании четырехтактного мотора. Но при этом операция наполнения цилиндра топливом и его очистки выполняются одновременно.

4-й Такт. Выпуск и продувка. Поршень идёт вверх, клапан выпуска открывается, происходит выпуск и продувка, дойдя до вмт, клапаны закрываются.

Дизельный двигатель

Четырёхтактный цикл

1-й Такт. Впуск. Капан впуска открывается, воздух поступает в цилиндр и клапан сразу закрывается.

2-й Такт. Сжатие. Поршень, дойдя до Вмт(верхняя мертвая точка далее), сжимает воздух в 20 раз, после чего в горячей среде распыляется топливо через форсунку.

3-й Такт. Расширение. После распыления топлива в горячем воздухе, оно сгорает, двигая поршень вниз.

4-й Такт. Выпуск и продувка. Поршень идёт вверх, клапан выпуска открывается, происходит выпуск и продувка, дойдя до вмт, клапаны закрываются.

Далее повторяются все 4 такта.

В зависимости от конструкции камеры сгорания, существует несколько типов дизельных двигателей:

Дизель с неразделённой камерой («дизель с непосредственным впрыском»): камера сгорания выполнена в поршне, а топливо впрыскивается в надпоршневое пространство. Главное достоинство — минимальный расход топлива. Недостаток — повышенный шум. В настоящее время ведутся интенсивные работы по устранению указанного недостатка.

Двухтактный цикл

Кроме вышеописанного четырёхтактного цикла, возможно использование двухтактного цикла. Поршень идёт вниз, открывая впускное и выпускное окно. Воздух поступает в цилиндр и в это же время выходят отработавшие газы. Когда поршень идёт вверх — все окна закрываются. Происходит сжатие — это первый такт. Через форсунки распыляется топливо и оно загорается. Происходит такт расширения — поршень идёт вниз и снова открывает все окна и т.д. и т.п.

Для осуществления продувки в нижней части цилиндра устраиваются продувочные окна. Когда поршень находится внизу, окна открыты. Когда поршень поднимается, он перекрывает окна.

Поскольку в двухтактном цикле рабочие ходы происходят вдвое чаще, то можно ожидать двукратного повышения мощности по сравнению с четырёхтактным циклом. На практике же это не удаётся реализовать, и двухтактный дизель мощнее такого же по объёму четырёхтактного максимум в 1,6 — 1,7 раз.

В настоящее время двухтактные дизели широко применяются только на больших морских судах с непосредственным (безредукторным) приводом гребного винта. При невозможности повышения частоты вращения двухтактный цикл оказывается выгодным; такие тихоходные дизели имеют мощность до 100.000 л.с.

В связи с тем, что организовать продувку вихревой камеры (или предкамеры) при двухтактном цикле сложно, двухтактные дизели строят только с неразделёнными камерами сгорания.

Из-за постоянной конкуренции с бензиновыми двигателями, большинство дизелей имели предкамерный тип впрыска, в котором сгорание смеси начинается предкамере).

Многие люди смогут отличить работу дизельного двигателя по его характерному шуму при работе и характерному черному дыму из выхлопной трубы. Но стоит спросить о возможной причине стука или дыма, и единицы смогут дать точный и верный ответ. Первым шагом при диагностировании неисправностей является знание и понимание основных принципов работы дизеля.

Дизельные двигатели схожи по конструкции с бензиновыми двигателями и тоже работают по двух- или четырехтактным циклам. Только есть существенное отличие: двухтактные бензиновые двигатели применяются на маленьких и легких агрегатах, например как мопед, бензопила, маленькая моторная лодка, а 2-тактные дизеля используются в основном для очень крупных и низкооборотных агрегатов, например судовых двигателей.

Всасывание и воспламенение.

Главные отличия дизеля от бензинового ДВС — это подача топливовоздушной смеси в рабочий цилиндр и способ воспламенения. В бензиновом двигателе бензин смешивается с воздухом до того, как смесь попадает в цилиндр, далее образованная смесь поджигается в нужный момент свечой зажигания. Практически во всех режимах дроссельная заслонка дозирует воздушный поток и, соответственно, поступающую в двигатель смесь.

История дизельного двигателя.

В последующие годы растет популярность дизеля на легковых и грузовых машинах, не только из-за долговечности и экономичности дизеля, а также из-за малой токсичности отработанных газов. Все основные европейские авто-производители в настоящее время предлагают модели с дизельным силовым агрегатом.

Как работает дизель.

В первом такте (впуск), поршень опускается вниз, порция воздуха затягивается в цилиндр через впускной клапан.

Во втором такте (сжатие), поршень поднимается вверх, впускной и выпускной клапана закрыты, воздух сжимается в среднем в 17 раз (от 14 до 24), т.е. начальный объем уменьшатся в 17 раз, и воздух сильно нагревается.

В начале третьего такта (рабочий ход) поршень опять опускается вниз, топливо поступает в камеру сгорания через форсунки. Топливо распыляется на мельчайшие частицы, смешивающиеся со сжатым воздухом для образования самовоспламеняющейся смеси. При движении поршня энергия сгорания высвобождается.

Выпускной клапан открывается, в начале четвертого такта (выпуск) поршень поднимается вверх, и отработанные газы выходят через выпускной клапан.

Плюсы и минусы дизельных двигателей.

Бензиновый двигатель очень неэффективен и преобразует в полезную работу не более 26% энергии топлива. Дизельный же двигатель имеет КПД равный 36%. Дизельное топливо обычно дешевле.

Отсутствие электрического зажигания является преимуществом для всех видов двигателей, увеличивается надежность, уменьшается токсичность выхлопных газов, что особенно важно. Дизельный силовой агрегат выдает большой крутящий момент в наиболее широком диапазоне оборотов, что наделяет дизельный автомобиль большей «гибкостью» при движении. Это является неоспоримым преимуществом и в корабельных двигателях , т.к. большой крутящий момент при малых оборотах облегчает эффективное применение мощности двигателя.

Есть и иные преимущества. Выхлопные газы дизеля являются более «чистыми» по сравнению с газами, выделяемыми бензиновым двигателем. Окиси углерода практически нет в отработанных газах дизеля, поэтому ядовитыми газами, являются углеводороды, окислы азота и сажа (тот самый четный дым). Они приводят к астме и заболеваниям легких. Больше всего “чадят” атмосферу дизели автобусов и грузовиков, которые являются старыми и часто не отрегулированными.

Прочим важным вопросом, касающимся безопасности, является то, что дизтопливо нелетучее, и, таким образом, возможность возгорания дизельных двигателей очень мала.

Безусловно, есть и недостатки, среди них характерный стук при работе и «жирное» топливо и некоторые проблемы с заведением зимой. Но они замечаются только владельцами “дизелей”, а для постороннего человека практически не видны.

Механизм привода впускных и выпускных клапанов обычный, так же как и привод распределительного вала с тем отличием, что распредвал вращает и ТНВД на некоторых двигателях. Обычно привод с зубчатым ремнем, цепной или на шестернях.

Из-за постоянной конкуренции с бензиновыми двигателями, большинство дизелей имели предкамерный тип впрыска, в котором сгорание смеси начинается предкамере).

Опять следует отметить вихрь воздуха, поступаемого в предкамеру. Предкамера находится внутри ГБЦ, и форсунка входит в нее. Данные двигатели не дают экономии топлива, как у силовых агрегатов с непосредственным впрыском, и они тяжелее заводятся в холоде. Но они тише и мягче работают, что является одним из главных условий для автомобильного дизельного двигателя.

Форсунки, оснащенные специальными соленоидными клапанами, могут управляться другим образом. Вместе с большим давлением впрыска, которое существует и на малых оборотах, изменяемый впрыск обеспечивает улучшенное образование горючей смеси топлива в цилиндрах. Результатом является лучшая топливная эффективность и сниженная токсичности выхлопных газов.

Версия для печати

Как с нами связаться

ООО «Чистодел-Дизель»

г. Арамиль, ул. Гарнизон, д. 17В

Географические координаты:

8 800 200 0921

(звонок по РФ бесплатный)

+7 (343) 302-00-43

+7 (343) 345-60-14

ekatdiezelyandex.ru

Такой двигатель стал одним из самых используемых в мире потому что имеет самый высокий уровень КПД среди иных двигателей и сниженный уровень выброса в окружающую среду отработанного топлива. Двигатель показывает положительный уровень использования топлива, его конструкция дает возможность полностью использовать и сжигать топливо при гораздо меньшим отбором мощностей на систему охлаждения с коленвала.

Двухтактный дизельный двигатель был создан в эпоху активного развития двигателестроение, а это период 30-х годов 20 века. Именно это изобретение стало прорывным и революционным, которое используется в автомобилестроении до сих пор. По сравнению со своим старшим двигательным собратом четырехтактником он имеет ряд преимуществ, как в бензиновом так и в дизельном вариантах.

Хотя в массовом понимании двухтактный двигатель очень шумный, дымящий и загрязняющий окружающую среду, с бешенным расходом топлива, и обязательным смешиванием бензина и масла. Соответственно, только те водители, что еще могут терпеть двухтактники смогут его поставить на мотороллер или же подвесной мотор со спокойной душой, а как же быть с автомобилем? Место ли ему там? Справедливо ли? Скорее да, а именно для карбюраторных двигателей старых образцов. С дизелями дела обстоят немного иначе.

Двухтактный дизельный двигатель с внутренним типом сгорание включает в себя такие детали, как: коленчатый вал и картер, поршень, цилиндр с крышкой, поршень, впускные окна в цилиндре что соединены с компрессором, так же два форсунки, один из которых соединяется с топливным насосом высокого давления, а другой с водяным насосом так же высокого давления.

Да, двухтактная система до наших дней осталась хорошей альтернативой четырехтактной, особенно в тех случаях когда мы обсуждаем значимую мощность при этом с небольшими габаритами силовых установок. Так, двухтактный дизельный двигатель удачно используется в судах, стационарные, тепловозные двигатели неплохо работают на танках, встречаются на маленьких самолетах, преимущественно в американских грузовиках старых образцов.

Достоинства и недостатки двухтактного дизельного двигателя

Такой двигатель стал одним из самых используемых в мире потому что имеет самый высокий уровень КПД среди иных двигателей и сниженный уровень выброса в окружающую среду отработанного топлива. Двигатель показывает положительный уровень использования топлива, его конструкция дает возможность полностью использовать и сжигать топливо при гораздо меньшим отбором мощностей на систему охлаждения с коленвала.

Разумеется существуют достаточно весомые недостатки двухтактного дизельного двигателя, а именно сложность и громоздкость конструкции систем охлаждения, также использование рабочего пара для дополнительного двигателя. Еще один весомый недостаток является невозможность использовать высокотемпературный режим, ведь высокая температура обязательно закоксует масло – соответственно в поршневых кольцах будет происходить залегание.

Другой недостаток – это весьма большой расход топлива, более токсичные выхлопы. Да, это свойственно старым карбюраторным движкам, где продувка проходила топливно-воздушной смесью, да еще и с добавлением масла. Соответственно масла используется больше. Для тех двухтактных двигателей где продувка происходит с помощью воздуха, все не так плачевно и критично.

Топливный насос высокого давления (ТНВД), принимая горючее из бака от подкачивающего насоса (низкого давления), в требуемой последовательности поочередно нагнетает нужные порции солярки в индивидуальную магистраль гидромеханической форсунки каждого цилиндра. Такие форсунки открываются исключительно под воздействием высокого давления в топливной магистрали и закрываются при его снижении.

Технические и экологические показатели автомобильного дизельного двигателя в первую очередь зависят от типа камеры сгорания и системы впрыскивания топлива.

Типы камер сгорания

Система питания дизеля

Важнейшим звеном дизельного двигателя является система топливоподачи, обеспечивающая поступление необходимого количества топлива в нужный момент времени и с заданным давлением в камеру сгорания.

Топливный насос высокого давления (ТНВД), принимая горючее из бака от подкачивающего насоса (низкого давления), в требуемой последовательности поочередно нагнетает нужные порции солярки в индивидуальную магистраль гидромеханической форсунки каждого цилиндра. Такие форсунки открываются исключительно под воздействием высокого давления в топливной магистрали и закрываются при его снижении.

В результате были разработаны два новых типа систем питания – в первом форсунку и плунжерный насос объединили в один узел (насос-форсунка), а в другом ТНВД начал работать на общую топливную магистраль (Common Rail), из которой топливо поступает на электромагнитные (или пьезоэлектрические) форсунки и впрыскивается по команде электронного блока управления. Но с принятием Евро 3 и 4 и этого оказалось мало, и в выхлопные системы дизелей внедрили сажевые фильтры и катализаторы.

А теперь посмотрите обучающие и очень интересное видео о дизельном двигателе.

Турбодизель. Система турбонаддува.

Поршневые двигатели — камерой сгорания является цилиндр, где тепловая энергия топлива превращается в механическую энергию, которая из возвратно-поступательного движения поршня превращается во вращательную с помощью кривошипно-шатунного механизма.

Двигатели ММЗ>>>

Поршневые двигатели — камерой сгорания является цилиндр, где тепловая энергия топлива превращается в механическую энергию, которая из возвратно-поступательного движения поршня превращается во вращательную с помощью кривошипно-шатунного механизма.

По типу используемого топлива делятся на:

В качестве твердого топлива используются:

По способу осуществления рабочего цикла — четырехтактные и двухтактные.

Двухтактные двигатели обладают большей мощностью на единицу объёма, однако меньшим КПД. Поэтому двухтактные двигатели применяются там, где очень важны небольшие размеры, но относительно неважна топливная экономичность, например, на мотоциклах, небольших моторных лодках, бензопилах и моторизованых инструментах.

Четырёхтактные же двигатели устанавливаются на абсолютное большинство остальных транспортных средств. Следует заметить, что дизели также могут быть четырёхтактными или двухтактными; двухтактные дизели лишены многих недостатков бензиновых двухтактных двигателей, однако применяются в основном на больших судах (реже на тепловозах и грузовиках);

Мощность двухтактного двигателя того же литража, что и четырёхтактный больше в 1,5 — 1,8 раза.

Окна могут использоваться и для выпуска отработавших газов, и для впуска свежего воздуха; такая продувка называется щелевой. Существует также клапанно-щелевая продувка, когда отработавшие газы выпускаются через клапан в головке цилиндра, а окна используются только для впуска свежего воздуха.

Есть ещё двигатели, где в каждом цилиндре находятся два встречно двигающихся поршня (оппозитная схема); каждый поршень управляет своими окнами — один впускными, другой выпускными (такая система использовалась на тепловозах ТЭ3 и ТЭ10, танковых двигателях 4ТПД, 5ТД(Ф) (Т-64), 6ТД (Т-80), 6ТД-2 (Т-84), в авиации — на бомбардировщиках Юнкерс).

Основная конструкция дизельного двигателя подобна конструкции бензинового двигателя.

Однако одинаковые детали у дизеля обычно тяжелее и более устойчивы к более высоким давлениям сжатия, имеющим место у дизеля. Головки поршней, специально разработаны под особенности сгорания в дизельных двигателях и часто (но не всегда) под повышенную степень сжатия и головки поршней находятся выше верхней плоскости блока цилиндров, когда поршень находится в верхней точке своего хода. Во многих случаях головки поршней содержат в себе камеру сгорания.