СХЕМЫ ГАЗООБМЕНА ДВУХТАКТНЫХ ДИЗЕЛЕЙ

В отличие от четырехтактного в двухтактном двигателе очистка рабочего цилиндра от продуктов сгорания и наполнение его свежим зарядом происходят только при движении поршня вблизи НМТ. При этом перезаряд цилиндра осуществляется воздухом, предварительно сжатым специальным компрессором, на привод которого тратится значительная часть энергии дизеля. В процессе газообмена в двухтактных двигателях некоторая часть воздуха неизбежно удаляется из цилиндра вместе с выпускными газами.

Качество процесса газообмена (продувки) цилиндра в двухтактном двигателе значительно влияет на мощность и экономичность дизеля. Схемы газообмена (продувки) двухтактных дизелей представлены на рисунке

а — поперечно-щелевая (петлевая); б — щелевая с частичным наддувом; в — прямоточная клапанно-щелевая; г — прямоточная щелевая при встречно движущихся поршнях; (1 — поршень; 2 — клапан; 3 — форсунка).

НА ТЕПЛОВОЗАХ ПОЛУЧИЛИ РАСПРОСТРАНЕНИЕ СЛЕДУЮЩИЕ СХЕМЫ ГАЗООБМЕНА:

Прямоточная клапанно-щелевая схема газообмена. Основными особенностями устройства двигателя этого типа являются:

	Прямоточная клапанно-щелевая схема газообмена 1) впускные окна (1), расположенные в нижней части цилиндра, высота которых составляет около 10–20 % хода поршня. Открытие и закрытие впускных окон производится поршнем (3) при его движении в цилиндре; 2) выпускные клапаны (4), размещенные в крышке цилиндра, с приводом от распределительного вала, частота вращения которого обеспечивает открытие клапанов один раз за один оборот коленчатого вала; 3) продувочный насос нагнетает воздух под давлением через открытые окна (1) для очистки цилиндра от продуктов сгорания и наполнения свежим зарядом.
Прямоточная схема газообмена с противоположно движущимися поршнями в которой один поршень (3) управляет впускными окнами, а другой – выпускными, обеспечивает высокое качество газообмена. Схема двухтактного дизеля с прямоточно-щелевой продувкой цилиндров: 1 – блок цилиндров; 2 – верхний поршень; 3 – нижний поршень; 4 – нижний коленчатый вал; 5 – верхний коленчатый вал; 6 – вал вертикальной передачи; 7 – упругая муфта; 8 – генератор; 9 – продувочные окна; 10 – выпускные окна; 11 – выпускной коллектор; 12 – два турбокомпрессора; 13 – центробежный нагнетатель второй ступени сжатия воздуха; 14 – повышающий редуктор; 15 – водяной охладитель сжатого воздуха; 16 – форсунки; 17 – топливные насосы; 18 – валы привода топливных насосов.

СРАВНЕНИЕ ДВУХТАКТНЫХ И ЧЕТЫРЕХТАКТНЫХ ДИЗЕЛЕЙ ПО МОЩНОСТИ И ЭКОНОМИЧНОСТИ

Двухтактные дизели почти в два раза мощнее четырехтактных при одинаковом литраже (объеме цилиндров) и одинаковой частоте вращения коленчатого вала. Объясняется это тем, что у двухтактного дизеля на каждый оборот вала приходится одна вспышка топлива в цилиндре, а у четырехтактного – одна вспышка на два оборота вала.

У четырехтактных дизелей после выхлопа остатки газов вытесняются из цилиндра поршнем полностью. Не остаются они и в объеме между поршнем и крышкой цилиндра. Поэтому воздух, вновь поступающий в цилиндры, свободен от остатка газов. В чистом воздухе топливо сгорает своевременно и полностью, оказывая высокое давление на поршни.

У двухтактных дизелей остатки газов после выхлопа вытесняются продувкой цилиндров воздухом. При этом часть газов смешивается с воздухом, часть не успевает уйти в атмосферу из-за малого времени продувки. В воздухе, разбавленном продуктами сгорания, топливо горит медленнее и не полно – температура и давление в цилиндрах из-за этого понижаются. По этой причине двухтактный дизель сжигает больше топлива при одинаковой мощности с четырехтактным. Четырехтактные дизели экономичнее.

Кпд локомотива показывает, сколько процентов теплоты сгоревшего топлива локомотив превращает в работу по перемещению поезда.

Мощность – это показатель интенсивности работы дизеля. Если в 1 с совершается дизелем работа, равная 1 кДж, то его мощность равна 1 кВт. Следовательно, при мощности дизеля 2200 кВт он в секунду совершает 2200 кДж работы. Часть этой работы расходуется на привод вспомогательных агрегатов тепловоза, а основная доля – на вращение якоря генератора.

Степень сжатия показывает во сколько раз уменьшается объем воздуха в цилиндре при такте сжатия.

Угол опережения подачи топлива показывает, на сколько градусов кривошип (колено) коленчатого вала не доходит до вертикального положения на такте сжатия, когда форсунка начинает подачу топлива.

Удельный эффективный расход топлива – это часовой расход топлива на 1 кВт мощности дизеля. Общий расход топлива, например, у дизеля 10Д100 при полной нагрузке составит 0,218 × 2200 = 479,6 кг/ч.

ДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО

Дизельное топливо (соляровое масло, солярка) - это прозрачная и более вязкая, чем бензин, жидкость желтого или светло-коричневого цвета (в зависимости от содержания в ней смол), использующаяся как топливо в дизельном двигателе и представляющее собой смесь углеводородов, получаемых путем перегонки нефти и отбора из нее определенных фракций. Основу, которых составляют углеводороды с температурой кипения 200-350С.

У дизельного двигателя топливо самовоспламеняется за счет большой степени сжатия, и его основной качественной характеристикой является цетановое число, которое характеризует воспламеняемость горючего или время, требуемое на воспламенение топлива в цилиндре. Чем оно выше, тем меньше требуется времени. У дизельного топлива цетановое число составляет 40 - 50 (чаще всего 45).

В дизелях тепловозов сжигают три марки дизельного топлива: Л – летнее, З – зимнее и А – арктическое. От автотракторного дизельного топлива, которое также маркируется ЛЗА, тепловозное топливо отличается более тяжелым углеводородным составом.

Дизельное топливо вырабатывается двух видов: легкое (маловязкое) — для быстроходных дизелей с частотой вращения вала более 800 об/мин; тяжелое (более вязкое) — для средне- и малооборотных дизелей.

Марки топлива для быстроходных дизелей таковы: ДА — дизельное (для быстроходных дизелей) арктическое; ДЗ — зимнее; ДЛ — летнее; ДС — специальное. Для топлива, полученного из сернистых нефтей, маркировка следующая: А, З, Л, ЗС — соответственно арктическое, зимнее, летнее, зимнее специальное (северное). Иногда в маркировке присутствует цифра, указывающая на процентное содержание серы.

Дизельное топливо используют при такой температуре: летнее — выше 0 °С, зимнее — выше -20 °С, северное — до -30 °С, арктическое — до -50 °С. Цетановое число данных топлив — не менее 45.

Кроме того, выпускают дизельное топливо марок ТЗ и ТЛ для тепловозов (соответственно зимнее и летнее). Для средне- и малооборотных двигателей используют топливо следующих марок: ДТ — для средне- и малооборотных дизелей; ДМ — для судовых малооборотных дизелей.