Устройство и принцип работы двухтактного поршневого двигателя

                   Устройство и принцип работы двухтактного поршневого двигателя. 

Рассмотрим работу двухтактного карбюраторного двигателя  с кривошипно-камерной продувкой.

 В процессе  первого такта (рис. 4, а) при  движении поршня от н.м.т. к  в.м.т. закрываются продувочное 7 и выпускное 2 окна и в надпоршневом пространстве сжимается рабочая смесь, а в кривошипной камере создается разрежение. Как только нижняя кромка поршня откроет впускное окно 3, горючая смесь из карбюратора через него поступит в кривошипную камеру. При подходе поршня к в.м.т. (рис. 4, б) над ним находится сжатая рабочая смесь, а под ним, в кривошипной камере картера, свежий заряд горючей смеси при небольшом разрежении. В конце первого такта сжатая рабочая смесь в надпоршневом пространстве воспламеняется искрой запальной свечи 8.  

 Начинается  второй такт (рис. 4, в). Под действием  расширяющихся газов поршень  движется к н.м.т. и воздействует  на коленчатый вал через шатун  5, т. е. совершается механическая  работа. При движении к н.м.т.  поршень закрывает впускное окно своей нижней кромкой, а верхней открывает выпускное окно. При этом в кривошипной камере картера происходит сжатие горючей смеси, давление которой повышается до 0,15-0,17 МПа. Через выпускное окно под давлением 0,4-0,5 МПа и с большой скоростью отработавшие газы выходят наружу. Давление отработавших газов в цилиндре быстро падает до 0,10- 0,12 МПа и верхняя кромка поршня открывает продувочное окно (рис. 4, г). Горючая смесь под давлением поступает в цилиндр, вытесняя из него остатки отработавших газов. Процесс заполнения цилиндра горючей смесью с одновременным удалением из него отработавших газов называется продувкой цилиндра.  

 При движении  поршня к в.м.т. закрывается  продувочное окно я продувка  заканчивается. После этого в  цилиндре начинается сжатие и рабочий цикл повторяется снова.  

 Таким образом,  в двухтактном двигателе рабочий  цикл совершается за один оборот  коленчатого вала, которому соответствуют  два хода поршня. Основным процессом  в первом такте является сжатие  рабочей смеси, а во втором рабочий ход.

 Рис. 4. Схема  работы двухтактного карбюраторного  двигателя:  а - сжатие, б - расширение, в - выпуск, г - продувка; 1 - цилиндр, 2, 3 и 7 - выпускное, впускное и  продувочное окна, 4 - кривошипная  камере картера, 5 - шатун, 6 - поршень, 8 - свеча  

 На рис. 5 показана  схема работы двухтактного дизеля  со щелевым газораспределением  и контурной продувкой.  

 Рис. 5. Схема  работы двухтактного дизеля:  а - сжатие, б - расширение, в - выпуск, г - продувка  

 Первый такт  соответствует перемещению поршня от н.м.т. к в.м.т. При движении поршня вверх (рис. 5, а) воздух, заключенный в цилиндре, сжимается. В конце такта сжатия в цилиндр впрыскивается топливо, которое благодаря высокой температуре воздуха самовоспламеняется и сгорает.  

 Второй такт  соответствует перемещению поршня  от в.м.т. к н.м.т. Под давлением  газов поршень движется вниз, совершая рабочий ход (рис. 5, б). В конце рабочего хода (за 65-70°  угла поворота кривошипа до  н.м.т.) поршень своей верхней кромкой  открывает выпускные (выхлопные) окна и отработавшие газы выходят из цилиндра в выпускной коллектор (рис 5, в). Давление в цилиндре при этом быстро падает.  

 Продолжая  движение вниз, поршень за 45-50°  угла поворота кривошипа до  н.м.т. начинает открывать продувочные  окна (рис. 5, г). К этому моменту давление в цилиндре приблизительно равно давлению продувочного воздуха, который поступает в цилиндр и вытесняет отработавшие газы. Процесс продувки продолжается до тех пор, пока поршень, пройдя н.м.т., при обратном ходе не закроет продувочные окна.  

 При дальнейшем  движении поршня к в.м.т. часть  воздуха выталкивается из цилиндра  через открытые выпускные окна. После закрытия выпускных окон  начинается сжатие, в конце которого  в камеру сгорания впрыскивается  топливо, и затем рабочий цикл повторяется снова в той же последовательности.  

 Рассмотрим  схемы различных типов продувки  в двухтактных дизелях (рис. 6). Все существующие типы продувок  в зависимости от характера  движения продувочного воздуха  подразделяют на две основные  системы - контурную и прямоточную.  

 Контурные  системы продувки. Эти системы  характеризуются тем, что поступающий  через впускные окна воздух  движется по определенному контуру,  вытесняя отработавшие газы через  выпускные окна. Воздух поднимается  сначала снизу вверх по контуру рабочего цилиндра, затем поворачивает на 180° и движется в обратном направлении. Контурные системы продувки могут быть разбиты в зависимости от расположения окон в цилиндре на группы. Рассмотрим их.  

 Рис. 6. Схема  различных типов продувки:  а-поперечная щелевая. 6 - петлевая, в - клапанная поперечная, г - прямсаочная. бесклапанная; 1 - поршень, 2 и 3- выпускные и продувочные окна, 4- автоматичесий клапан, 5 - ресивер

 При поперечной  щелевой продувке (рис. 6, а) выпускные  окна 2 расположены против продувочных 3, но немного выше их для более полной очистки цилиндра от отработавших газов. Недостатком этой продувки является потеря части воздушного заряда, который вытесняется поршнем через выпускные окна после закрытия продувочных окон, что снижает мощность дизеля. Поперечная щелевая продувка надежна в работе, проста по конструктивному выполнению и поэтому широко применяется в современных дизелях.  

 При петлевой  продувке (рис. 6, б) выпускные 2 и  продувочные 3 окна Расположены  в два ряда, одни над другими. При движении поршня к н.м.т. сначала открываются выпускные окна и отработавшие газы начинают выходить наружу, затем - продувочные окна и воздух, поступающий в цилиндр, направляется вниз благодаря особой конструкции сечений продувочных окон. Воздух обтекает вогнутую поверхность поршня и двигается вверх, описывая таким образом петлю. При своем движении воздух вытесняет продукты сгорания через выпускные окна.  

 Во время  движения к в.м.т. поршень сначала  закрывает продувочные окна, а  затем выпускные. Преимущества и недостатки петлевой продувки те же, что и поперечной щелевой. Петлевая продувка применяется у дизелей большой мощности.  

 При клапанной  поперечной продувке (рис. 6, в) продувочные  и выпускные окна расположены  друг против друга на одной высоте. Продувочные окна 3 выполнены наклонными вверх и соединены с автоматическим клапаном 4, который регулирует впуск воздуха в цилиндр. При движении поршня к н.м.т. одновременно открываются оба типа окон и через выпускные начинается выпуск отработавших газов.  

 Однако воздух  в цилиндр пойдет только тогда,  когда давление в нем снизится, станет ниже давления в ресивере 5 и автоматический клапан откроет  окна 3. При движении поршня к  в. м. т. продувка прекратится  одновременно с выпуском, так  как поршень перекрывает все окна. После этого начинается процесс сжатия воздуха.  

 Основным  преимуществом этого способа  является малый общий расход  воздуха при продувке и большое  количество свежего заряда воздуха,  поступающего за цикл в цилиндр,  в связи с чем несколько возрастает мощность дизеля.  

 Прямоточная  система продувки. Особенность этой  системы состоит втом, что в  процессе продувки поток воздуха  движется только в одном направлении.  Рассмотрим прямоточную бесклапанную  продувку (рис. 6, г). Этот способ продувки  применяют в дизелях с противоположно движущимися поршнями. Выпускные и продувочные окна располагают по всей окружности цилиндра. Нижний поршень открывает выпускные окна, а верхний - продувочные. Выпускные окна располагают выше, чем продувочные, поэтому выпуск отработавших газов начинается несколько раньше начала продувки.  

 Двухтактные  двигатели внутреннего сгорания  по сравнению с четырехтактными  имеют ряд преимуществ: упрощенную  конструкцию (отсутствие клапанного  механизма газораспределения), большую  мощность (при одинаковых диаметре цилиндра, ходе поршня и частоте вращения коленчатого вала) из-за вдвое большего количества рабочих ходов. Кроме того, в двухтактном двигателе коленчатый вал вращается более равномерно, поскольку на каждый его оборот приходится один рабочий ход. Это позволяет обходиться без утяжеленных маховиков.  

 Недостатками  двухтактных двигателей являются  повышенный удельный расход топлива  (часть топлива уходит с отработавшими  газами во время продувки) и  плохая очистка цилиндра от  продуктов сгорания, что ведет к уменьшению наполнения его горючей смесью и снижению мощности двигателя. Кроме того, высокая частота рабочих ходов двигателей приводит к повышенному нагреву деталей кривошипно-шатунного механизма и их ускоренному износу. 
 

                             Конструкция и работа газораспределительного механизма с верхним    расположением распределительного вала. 

Газораспределительные механизмы независимо от расположения распределительных валов в двигателе  включают в себя клапанную группу, передаточные детали и распределительные валы с приводом. 

В клапанную  группу входят впускные и выпускные  клапаны, направляющие втулки клапанов и пружины клапанов с деталями крепления. 

Передаточными деталями являются толкатели, направляющие втулки толкателей, штанги толкателей, коромысла, ось коромысел, рычаги привода клапанов, регулировочные шайбы и регулировочные болты. Однако при верхнем расположении распределительного вала толкатели, направляющие втулки и штанги толкателей, коромысла и ось коромысел обычно отсутствуют. 

На рисунке1 представлен  газораспределительный механизм двигателя  с верхним расположением клапанов, с верхним расположением распределительного вала с цепным приводом и с двумя  клапанами на цилиндр. Он состоит  из распределительного вала 14 с корпусом 13 подшипников, привода распределительного вала, рычагов 11 привода клапанов, опорных регулировочных болтов 18 клапанов 1 и 22, направляющих втулок 4, пружин 7 и 8 клапанов с деталями крепления.

Рисунок 1 – Газораспределительный  механизм легкового автомобиля с цепным приводом 

1, 22 – клапаны; 2 – головка; 3 – стержень; 4, 20 –  втулки; 5 – колпачок; 6 – шайбы; 7, 8, 17 – пружины; 9 – тарелка; 10 –  сухарь; 11 – рычаг; 12 – фланец; 13 –  корпус; 14 – распределительный вал; 15 – шейка; 16 – кулачок; 18 – болт; 19 – гайка; 21 – пластина; 23 – кольцо; 24, 27, 28 – звездочки; 25 – цепь; 26 – успокоитель; 29 – палец; 30 – башмак; 31 – натяжное устройство 

Распределительный вал обеспечивает своевременное  открытие и закрытие клапанов. Распределительный  вал – пятиопорный, отлит из чугуна. Он имеет опорные шейки 15 и кулачки 16 (впускные и выпускные). Внутри вала проходит канал, через который подводится масло от средней опорной шейки к другим шейкам и кулачкам. К переднему торцу вала крепится ведомая звездочка 24 цепного привода. Вал устанавливается в специальном корпусе 13 подшипников, отлитом из алюминиевого сплава, который закреплен на верхней плоскости головки блока цилиндров. От осевых перемещений распределительный вал фиксируется упорным фланцем 12, который входит в канавку передней опорной шейки вала и прикрепляется к торцу корпуса подшипников. 

Привод распределительного вала осуществляется через установленную  на нем ведомую звездочку 24 двухрядной роликовой цепью 25 от ведущей звездочки 28 коленчатого вала. Этой цепью также вращается звездочка 27 вала привода масляного насоса. Привод распределительного вала имеет полуавтоматический натяжной механизм, состоящий из башмака и натяжного устройства. Цепь натягивается башмаком 30, на который воздействуют пружины натяжного устройства 31. Для гашения колебаний ведущей ветви цепи служит успокоитель 26. Башмак и успокоитель имеют стальной каркас с привулканизированным слоем резины. Ограничительный палец 29 предотвращает спадание цепи при снятии на автомобиле ведомой звездочки распределительного вала. 

Клапаны открывают  и закрывают впускные и выпускные  каналы. Клапаны установлены в  головке блока цилиндров в  один ряд под углом к вертикальной оси цилиндров двигателя. Впускной клапан 1 для лучшего наполнения цилиндров горючей смесью имеет головку большего диаметра, чем выпускной клапан. Он изготовлен из специальной хромистой стали, обладающей высокой износостойкостью и теплопроводностью. Выпускной клапан 22 работает в более тяжелых температурных условиях, чем впускной. Он выполнен составным. Его головку делают из жаропрочной хромистой стали, а стержень – из специальной хромистой стали.