2.4. Особливості робочого циклу і теплового розрахунку двотактних двигунів

Двотактні двигуни володіють в порівнянні з чотиритактними наступними перевагами:

• Потужність двотактних двигунів за інших рівних умов значно вище за потужність чотиритактних двигунів. Теоретична потужність двотактного двигуна повинна в два рази перевищувати потужність чотиритактного двигуна, оскільки робочий цикл двотактного двигуна здійснюється не за два, а за один оберт колінчастого валу. Проте із-за віднесення частини горючої суміші разом з продуктами згорання і недосконалого очищення циліндрів фактичне збільшення потужності складає тільки 50 – 70% .

• Двотактні двигуни забезпечують велику рівномірність ходу, оскільки кожен робочий хід у них здійснюється за один оберт валу.

• Двотактні двигуни мають менші габарити і вага.

Основні недоліки двотактних двигунів в порівнянні з чотиритактними полягають в наступному:

• Неминучі втрати палива в період продування (очищення) циліндрів різко погіршують економічність і ККД двигуна. Ці втрати палива найбільш значительны у карбюраторних двигунів з кривошипно-камерним продуванням, що значною мірою і обмежує сферу їх застосування.

• Двотактні двигуни в процесі роботи відрізняються більшою тепловою напруженістю деталей кривошипно-шатунового механізму, що є наслідком подвоєної частоти робочих ходів; у більш напружених умовах працює і топливоподающая апаратура (дизельні двигуни).

Вказані недоліки значною мірою зменшуються у двотактних дизельних двигунів з прямоточно-клапанним продуванням за допомогою нагнітача. Це пояснюється тим, що в порівнянні з кривошипно-камерним продуванням при прямоточно-клапанному продуванні відбувається в основному заміщення відпрацьованих газів свіжим зарядом (продувальне повітря), при цьому перемішування відпрацьованих газів і повітря трохи і досягається хороше очищення циліндрів від продуктів згорання. Втрати палива в процесі прямоточно-клапанного продування практично виключаються, економічність двигуна значно зростає, днище поршня і випускні клапани в кінці продування охолоджуються повітрям, що знижує їх температуру. Проте двотактні дизельні двигуни з прямоточно-клапанним продуванням за допомогою нагнітача досить складні по конструкції і недостатньо довговічні.

Двигун з безклапанним продуванням (зокрема з петлевою) простий по конструкції, оскільки не має клапанного механізму. Нагнітач двигуна працює при невисокому тиску продувального повітря і тому не вимагає значних витрат потужності на привід. Його економічність знаходиться в близькій відповідності з економічністю сучасних чотиритактних дизелів, але середній ефективний тиск менший (до 0.5 Мпа), а габарити і вага значно більше.

Основні особливості робочого циклу двотактних двигунів в порівнянні з чотиритактними полягають в наступному:

1. Робочий цикл у них здійснюється за один оберт колінчастого валу, тобто за два ходи поршня.

2. Частина ходу поршня використовується для перезарядки циліндра. Цей процес здійснюється в кінці такту розширення (випуск продуктів згорання) і початку такту стиску (впуску свіжого повітря).

3. Час, що відводиться на впуску свіжого заряду і випуск продуктів згорання, украй обмежений.

4. Процес видалення продуктів згорання з циліндра двигуна (продування) проводиться шляхом заміщення їх свіжим зарядом – горючою сумішшю у карбюраторних двигунів і повітрям у дизельних двигунів.

5. Індикаторна діаграма відрізняється іншою конфігурацією частини лінії розширення і частини лінії стиску, що характеризують процес перезарядки (див. мал. 1.12, 1.13).

Всі величини теплового розрахунку двотактних двигунів, за винятком параметрів процесів випуску і продування, визначаються так само, як і у чотиритактних дизельних двигунів.

Порядок розрахунку наступний.

Для розрахунку приймаються:

• коефіцієнти: надлишку повітря, використання тепла, залишкових газів, неповноти діаграми;

• температура навколишнього середовища;

• температура залишкових газів;

• приріст температури унаслідок підігріву повітря об стінки циліндра;

• тиск: навколишнього середовища, продування;

• показники: політропний стиску, політропний розширення, політропний стиску повітря в нагнітачі;

• ступінь підвищення тиску.

Коефіцієнт залишкових газів у карбюраторних двигунів з кривошипним камерним продуванням складає від 0.25 до 0.35. У дизельних двигунів з прямоточним продуванням за допомогою нагнітача – від 0.02 до 0.10.

Коефіцієнт наповнення у карбюраторних двигунів з кривошипно-камерним продуванням дорівнює 0.5–0.7, а у дизельних двигунів з прямоточним продуванням за допомогою нагнітача – 0.8–0.85.

Коефіцієнт надлишку повітря приймається: для двигуна без наддуву 1.2–1.7, з наддувом 1.7–2.2.

Коефіцієнт неповноти діаграми складає 0.98–1. Середній індикаторний тиск у карбюраторних двигунів з кривошипно-камерним продуванням не перевищує 0.45–0.5 Мпа. У дизельних двигунів з прямоточним продуванням за допомогою нагнітача – 0.65–0.8 Мпа.

Механічний ККД двигуна без наддуву 0.7–0.8; з наддувом (без урахування витрати потужності на привід нагнітача) 0.75–0.85; з наддувом з урахуванням потужності, що витрачається на привід нагнітача, 0.65–0.75.

Всі інші величини визначаються, по формулах, вживаних для чотиритактних двигунів.

Питома ефективна витрата палива складає: для карбюраторних двигунів з кривошипно-камерним продуванням 260–370 г/кВт · ч; для дизельних двигунів з прямоточним продуванням за допомогою нагнітача 130–170 г/кВт · ч.