2. Рабочие процессы двухтактного двигателя с искровым зажиганием

Из рас­смотрения четырехтактного цикла следует, что четырехтактный двигатель только по­ловину времени, затраченного на цикл, работает как тепловой двигатель (такты сжатия и расширения). Вторую половину времени (такты впуска и выпуска) двига­тель работает как насос.

Более полно время, отводимое на рабо­чий цикл, используется в двухтактных двигателях, в которых рабочий цикл со­вершается за два такта (за один оборот коленчатого вала). В отличие от четы­рехтактных двигателей в двухтактных очистка рабочего цилиндра от продуктов сгорания и наполнение его свежим заря­дом, т. е. процессы газообмена, происхо­дят только при движении поршня вблизи НМТ. При этом очистка цилиндра от вы­пускных газов осуществляется путем вы­теснения их не поршнем, а предварительно сжатым до определенного давления воз­духом или горючей смесью. Предваритель­ное сжатие воздуха или смеси производит­ся в специальном продувочном насосе или компрессоре, выполненном, в виде отдель­ного агрегата. В небольших двигателях в качестве продувочного насоса иногда используют внутреннюю полость картера (кривошипная камера) и поршень двига­теля.

В процессе газообмена в двухтактных двигателях некоторая часть воздуха или горючей смеси неизбежно удаляется из цилиндра вместе с выпускными газами через выпускные органы. Эта утечка воздуха или горючей смеси учитывается при выборе подачи продувочного насоса или компрессора.

На рис. 5 показана схема работы двух­тактного двигателя с внутренним смесе­образованием и прямоточной клапанно-щелевой схемой газообмена.

Рисунок 5 Схема работы двух­тактного двигателя

Основными особенностями устройства двигателя этого типа являются:

впускные окна 8, расположенные в ни­жней части цилиндра, высота которых со­ставляет около 10...20 % хода поршня; открытие и закрытие впускных окон про­изводится поршнем при его движении в цилиндре;

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;

продувочный насос 2, нагнетающий воз­дух под давлением в ресивер 7 для очистки цилиндра от продуктов сгорания и напол­нения свежим зарядом.

Рабочий цикл в двигателе осуществля­ется следующим образом.

Первый такт соответствует ходу поршня от ВМТ к НМТ (рис. 5, а). В цилиндре только что произошло сгорание (линия cz) и начался процесс расширения газов, т. е. осуществляется рабочий ход. Не­сколько раньше момента подхода поршня к впускным окнам открываются выпускные клапаны 4 в крышке цилиндра, и продукты сгорания начинают вытекать из цилиндра в выпускной патрубок; при этом давление в цилиндре резко падает (линия zn). Впускные окна 8 открываются поршнем, когда давление в цилиндре становится примерно равным давлению предварительно сжатого воздуха в ресивере или не­много выше его. Воздух, поступая в ци­линдр через впускные окна, вытесняет че­рез выпускные клапаны оставшиеся в ци­линдре продукты сгорания и заполняет цилиндр (продувка), т.е. осуществляется газообмен (участок па на индикаторной диаграмме).

Таким образом, в течение первого такта в цилиндре происходит сгорание топлива, расширение газов, выпуск газов, продувка и наполнение цилиндра.

Второй такт соответствует ходу поршня от НМТ к ВМТ (рис. 5, б). В начале хода поршня продолжаются процессы удаления выпускных газов, продувки и наполнения цилиндра свежим зарядом. Конец продув­ки цилиндра (линия ak) определяется мо­ментом закрытия впускных окон и вы­пускных клапанов. Последние закрывают­ся или одновременно с впускными окнами или несколько ранее. Давление в цилиндре к концу газообмена в двухтактных двига­телях несколько выше атмосферного и за­висит от давления воздуха в ресивере. С момента окончания газообмена и пол­ного перекрытия поршнем впускных окон начинается процесс сжатия воздуха. Ког­да поршень не доходит на 10...30° по углу поворота коленчатого вала до ВМТ (точка с ), в цилиндр через форсунку начинает подаваться топливо.

Следовательно, в течение второго такта в цилиндре происходит окончание вы­пуска, продувка и наполнение цилиндра в начале хода поршня и сжатие при его дальнейшем ходе.

Кроме рассмотренной выше прямоточ­ной клапанно-щелевой схемы га­зообмена в двухтактных двигателях при­меняют и другие схемы.

Из индикаторной диаграммы рабочего цикла двухтактного двигателя

(рис. 5,а) видно, что на части хода поршня, когда происходит газообмен, по­лезная работа очень мала, т. е. практиче­ски не совершается. Объем V_n, соответ­ствующий этой части хода поршня, на­зывается потерянным. Тогда объем, опи­сываемый поршнем при движении от точки b, определяющей момент начала сжатия, до ВМТ и называемый действительным рабочим объемом, V'_h=V_h −V_n.

Таким образом, действительная степень сжатия:

Из сравнения рабочих циклов четырех- и двухтактных двигателей следует, что при одинаковых размерах цилиндра и часто­тах вращения мощность двухтактного дви­гателя значительно больше. Поскольку число рабочих циклов больше в 2 раза, ожидаемый рост мощности двухтактного двигателя выше в 2 раза. В действитель­ности мощность двухтактного двигате­ля увеличивается приблизительно в 1,5...1,7 раза вследствие потери части рабочего объема, ухудшения очистки и на­полнения, а также затрат мощности на приведение в действие продувочного насо­са. К преимуществам двухтактных двигателей следует отнести большую рав­номерность крутящего момента, так как полный рабочий цикл осуществляется при каждом обороте коленчатого вала (а не за два, как в четырехтактных). Существен­ным недостатком двухтактного процесса по сравнению с четырехтактным является малое время, отводимое на процесс газо­обмена. Очистка цилиндра от продуктов сгорания и наполнение его свежим заря­дом более совершенно происходят в четы­рехтактных двигателях. Кроме того, в двухтактном двигателе температура по­ршня, крышки цилиндра и клапанов выше, чем в четырехтактном.