Двотактний двигун внутрішнього згоряння Пристрій Робота

НЕКОМЕРЦІЙНА ОСВІТАЛЬНА УСТАНОВА "Українська ТЕХНІЧНА ШКОЛА"

"ДВИГУН ВНУТРІШНЬОГО ЗГОРАННЯ"

«ДВОХТАКТНИЙ ДВИГУН. ЗАГАЛЬНИЙ ПРИСТРІЙ І РОБОТА»

Двигуни внутрішнього згоряння (ДВЗ),

працюючі за двотактним робочим циклом широко застосовуються на мототехніці і, так званій, малій техніці (мотопили, снігоприбиральна техніка, газонокосарки та ін.). В автомобільній техніці даний тип двигунів зустрічається рідше, ніж чотиритактні мотори, проте бензиновими двотактниками серійно оснащували свої машини такі відомі автовиробники як, наприклад: DKB, Trabant, SAAB, Wartburg, Barkas - в Європі та Suzuki Jimny - в Японії. Також двотактні двигуни з поршнями, що протилежно рухаються, використовувалися в поршневій авіації, наприклад, двигуни Юнкерса ЮМО-205. Двигуни типу Фербенкс-Морзе серії Д100 широко застосовувалися на тепловозах ТЕ 3 і ТЕ 10. На танки Т-64, Т-80УД, Т-84 та деякі інші ставилися двотактні двигуни 5ТДФ. Ці ж мотори використовувалися і як суднові двигуни. У радянському автомобілебудуванні двотактні чотирициліндрові дизельні двигуни ЯАЗ-204 встановлювалися на автомобілі сімейства МАЗ-200, а двотактні шестициліндрові ЯАЗ-206 — на тривісні вантажівки сімейства КрАЗ-214 і військову техніку (плаваючий транспортер , самохідна артилерійська установка АСУ-85), а також автобусами. Призначення двигуна та необхідні робочі характеристики визначає його конструкцію.

Двигун складається з корпусних деталей, кривошипно-шатунного та газорозподільного механізмів, що забезпечують робочий цикл двигуна, а також системи змащення, охолодження, живлення, запалювання, пуску та ін.допоміжних систем, які забезпечують роботу його механічної частини.

Кривошипно-шатунний механізм

двотактного двигуна складається з деталей циліндропоршневої групи (циліндр, поршень, поршневий палець, поршневі кільця та ін. деталі) та шатунної групи (колінчастий вал, шатун, маховик та ін. деталі).

Газорозподільний механізм

двигуна може мати як клапанну або золотникову конструкцію, типову для чотиритактних автомобільних ДВС, так і щілинну конструкцію, поширену на значній частині двотактних двигунів і схематично показану на малюнку. Очищення циліндра в таких конструкціях здійснюється за рахунок, так званої,продувки, коли відпрацьовані гази видаляються з надпоршневої порожнини двигуна за рахунок витіснення їх свіжим паливоповітряним зарядом, що надходить в циліндр під тиском через спеціальну щілину, іменовану вікном. За способом організації руху потоків продувного повітря (суміші) розрізняють двотактні двигуни зконтурної іпрямотковою продуванням. При прямоточному продуванні гази продуваються вздовж осі циліндра в одному напрямку. При контурному продуванні потік газів спрямований по контуру циліндра спочатку від поршня до головки, потім у протилежному напрямку. Так як повітря (суміш) в циліндрі найчастіше описує петлю, такий тип продування називається щеповоротно-петльової або простопетльової продуванням. Двигуни з прямоточною продуванням за складністю можуть перевищувати чотиритактні, мають бо велику літрову потужність і застосовуються як «більшеі х» двигунів (суднових, тепловозних). Якщо порівнювати конструкцію КШМ двотактного та чотиритактного двигунів, то відмінності не будуть суттєвими. Конструкція самих деталей таматеріал їх виконання може мати більші відхилення.

Корпус двигуна

як правило, нероз'ємний і має моноблочну конструкцію (тобто головка блоку і блок циліндрів виконані як одне ціле у вигляді єдиного виливка). Як матеріали, що використовуються для виготовлення корпусів двигунів, застосовуються алюмінієві сплави, леговані кремнієм та ін металами і іноді (для «більші х» двигунів) спеціальний чавун. Зовнішня частина корпусу двигуна з повітряним охолодженням оребрена для збільшення площі охолодження та кращого відведення тепла від циліндрів. Корпус через ущільнювальну прокладку кріпиться до картера, в опорах якого встановлюється колінчастий вал. Як опорні підшипники однаково широко застосовуються як підшипники кочення, так і ковзання. Застосування того чи іншого типу опор КВ часто обумовлює спосіб їх змащення (під тиском або олією, доданою в паливо) та конструкцію системи змащення.

Циліндри

виконуються заодно з легкосплавним алюмінієвим блоком, але можуть виготовлятися і у вигляді окремих чавунних вставних або вплавлених в матеріал блоку сталевих тонкостінних гільз. Робоча поверхня (дзеркало) алюмінієвих циліндрів покривається шаром хрому, нікасилу або на поверхню наноситься інше покриття, що має високу зносостійкість. У стінках циліндра виконуються впускні та випускні отвори (щілини) системи газорозподілу. Щілини можуть бути забезпечені клапанами мембранного типу, що є тонкими, пружними металевими пластинами, які під впливом на них розрядження або тиску, створюваного поршнем, відкривають або закривають щілинні отвори. Також, відкриття та перекриття щілин може здійснюватися безпосередньо тілом поршня. У головці поршня виконані кільцеві канавки дляустановки поршневих кілець. У канавці може бути вертикальна перемичка, що є настановним елементом для поршневого кільця (кільце в канавці орієнтується таким чином, щоб перемичка знаходилася в розрізі кільця). На поршень встановлюється три кільця - два компресійних і одне маслознімне - якщо деталі двигуна змащуються примусово, і два компресійних кільця - якщо масло для змащення додається в паливо.

Двотактні двигуни можуть мати, «звичну» для автомобільних моторів, комбіновану систему мастила або не мати її зовсім. В останньому випадку змащення деталей здійснюється олією, що додається у певній пропорції до палива при заправці двигуна. Олії для двотактних двигунів мають ряд специфічних властивостей, що визначають їхнє призначення. Ці властивості відрізняються від властивостей моторних масел для чотирьохтактних двигунів насамперед стійкістю до високих температур та зниженою зольністю. Значна частина двотактних ДВЗ має повітряну систему охолодження.

Робочий цикл двигуна

здійснюється за два ходи поршня (один оборот колінчастого валу), що теоретично, повинно обумовлювати більшу літрову потужність двотактних двигунів, ніж чотиритактних (за умови рівності порівнюваних конструкцій, зокрема - діаметра циліндра, ходу поршня, робочий обсягу, частоти обертання КВ, пристрої ГРМ та ін.). Однак, внаслідок таких причин як неповне використання ходу поршня при такті розширення, відносно низький ступінь очищення циліндрів від відпрацьованих газів, малий коефіцієнт їх наповнення, витрачання частини енергії на продування циліндрів і, як наслідок перерахованого, зменшений кпд , наводить до переваги в потужності лише на 70%. Особливістюдвотактних двигунів і те, що з один хід поршня (такт) у його циліндрах одночасно відбувається кілька процесів. Наприклад, при русі поршня вгору відбувається процес видалення з циліндра газів, що відпрацювали, стиснення суміші і впуск нової порції паливоповітряної суміші. Під час руху поршня вниз відбувається процес розширення горючих газів і наповнення циліндра паливоповітряною сумішшю з одночасною продуванням (очищенням) циліндра від згорілих газів. Таке можливо через те, що при організації робочого циклу двотактного двигуна використовується як обсяг надпоршневого простору циліндра (I ), так і обсяг картерної (кривошипної) порожнини двигуна (II ). Робочий цикл розглянемо з прикладу двигуна фірми " Хонда " . Цей двигун встановлювався на скутер Honda Dio ZX AF35. Конструкція двигуна показана схематично на малюнку 1 (для збільшення, клацніть на малюнок) .

двигун

При русі поршня вгору віднмт довмт (Позиція 1), за рахунок розрідження, створюваного нижньою частиною поршня в картерній порожнині двигуна (II ), порожнина заповнюється новою порцією паливоповітряної суміші, що надходить через відкритий впускний отвір (3) циліндра. Одночасно поршень сприяє витіснення залишків відпрацьованих газів з надпоршневої частини циліндра (I ) через відкритий випускний отвір (1) і стискає паливоповітряну суміш, що раніше надійшла в надпоршневий простір через продувне вікно (2). При цьому частина паливоповітряної суміші видавлюється у випускну систему разом з газами, що відпрацювали. У міру руху довмт поршень перекриває спочатку продувний (2), а потім випускний (1) отвір. Після закриття поршнем випускного вікна в циліндрі починається безпосередньо процес стиснення (зростання тиску вциліндрі). Крим раніше приходу поршня ввмт (за кілька градусів, виражених у кутах повороту кривошипа КВ) суміш займається від електричної іскри і згоряє (Позиція 2). За рахунок великої кількості тепла, що виділяється при горінні палива, гази розширюються, тиск у циліндрі зростає і поршень під впливом тиску починає рухатися вниз, здійснюючи корисну роботу (обертає колінчастий вал).

При русі донмт під тиском газів (Позиція 3), поршень нижньою частиною, впливаючи на кривошипну порожнину двигуна паливоповітряну суміш, підвищує в порожнині тиск. При цьому пластинчастий клапан впускного отвору (3) закривається, перешкоджаючи видавлюванню паливоповітряної суміші у впускний колектор двигуна. Коли поршень відкриє випускний отвір (1), тиск робочих газів у циліндрі різко знижується. При наступному відкритті отвору продувки (2) в циліндр під тиском спрямовується паливоповітряна суміш з кривошипної порожнини (II) і заповнює його, здійснюючи продування циліндра від відпрацьованих газів, які видавлюються в атмосферу через відкритий випускний отвір (Позиція 4).

При подальшому обертанні колінчастого валу процес повторюється.