Процессы, протекающие в двухтактном карбюраторном двигателе за один оборот коленчатого вала

1. Опишите процессы, протекающие в двухтактном карбюраторном двигателе за один оборот коленчатого вала

Двигатели, в которых рабочий цикл совершается за два хода поршня (один оборот коленчатого вала) или за два такта -- рабочий и вспомогательный, называют двухтактными. К ним откосятся карбюраторные двигатели и дизели. Общим процессом для двухтактных двигателей всех типов является удаление отработавших газов из цилиндра потоком сжатой вне цилиндра свежей горючей смеси или воздуха, т. е. продувка, осуществляемой различными способами. Поэтому двухтактные двигатели в отличие от четырехтактных имеют не три, а всего лишь один подготовительный такт.

Двухтактные двигатели бывают с клапанно-щелевой или с кривошипно-камерной продувкой. В конструкции двигателя с клапанно-щелевой продувкой предусмотрены специальный продувочный насос, ресивер для сжатия воздуха и механизм выпускных клапанов. Карбюраторные двигатели с кривошипно-камерной продувкой, имеющие более простую конструкцию, широко применяют на отечественных тракторах в качестве пусковых двигателей (для пуска дизелей). Газообмен, т. е. ввод в цилиндр свежего заряда и удаление отработавших газов (перезарядка цилиндра), протекает через впускные 1 (рис. 1), продувочные 5 и выпускные 2 окна, расположенные в средней (по высоте) части цилиндра 4, а также в полости картера 7 кривошипного механизма (кривошипная камера). Эти окна в определенной последовательности перекрываются поршнем 3 при его возвратно-поступательном движении. Для обеспечения лучшей очистки цилиндра от отработавших газов при его продувке подводящие каналы продувочных окон выполнены с наклоном к оси цилиндра, а на поршне предусмотрен специальный выступ -- дефлектор D.

Рассмотрим работу двухтактного двигателя с кривошипно-камерной продувкой.

Рис. 1. Схема рабочего цикла двухтактного карбюраторного двигателя с кривошипно-камерной продувкой:

а -- сжатие над поршнем и впуск в кривошипную камеру; б -- расширение и сжатие в кривошипной камере; 1, 2 и 5 -- соответственно впускное, выпускное и продувочное окна; 3 -- поршень; 4 -- цилиндр; 6 -- продувочный канал; 7 -- кривошипная камера; 8 -- маховик.

Рис. 2. Индикаторная диаграмма двухтактного двигателя с кривошипно-камерной продувкой:

I -- зажигание; II -- открытие выпускного окна; III -- открытие продувочного окна; IV -- закрытие продувочного окна; V -- закрытие выпускного окна; I -- ход продувки; А--А -- линия атмосферного давления.

Первый такт. Поршень, перемещаясь от н.м.т. до в.м.т. и перекрывая последовательно вначале продувочные 5 (рис. 1,а), а затем выпускные 2 окна, начинает сжимать рабочую смесь. Последняя в начале сжатия находится под давлением 0,15 ... 0,17 МПа и при температуре 350 ... 380 К. При дальнейшем перемещении к в.м.т. поршень открывает впускные окна 1 и горючая смесь, приготовленная в карбюраторе, начинает заполнять картер 7. По мере приближения поршня к в.м.т. давление рабочей смеси увеличивается до 0,6 МПа, а температура -- до 670 К. В этих условиях рабочая смесь, воспламеняемая электрической искрой, начинает гореть. При приближении поршня к в.м.т. большая часть рабочей смеси сгорает и давление газов в цилиндре повышается до 2,5 ... 3 МПа, а температура--до 2500 ... 2700 К.

Второй такт. Поршень, перемещаясь под давлением расширяющихся газов от в.м.т. к н.м.т., совершает рабочий ход. В момент перекрытия нижней кромкой поршня впускных окон 1 (рис. 1, б) горючая смесь в кривошипной камере начинает сжиматься. По мере приближения поршня к н.м.т. давление газов в цилиндре понижается до 0,5 МПа, выпускные окна 2 открываются и отработавшие газы при температуре около 900 К начинают истекать в окружающую среду. В результате давление в цилиндре резко уменьшается. При открытии продувочных окон 5 из кривошипной камеры в цилиндр под давлением 0,15 ... 0,17 МПа начинает поступать горючая смесь, вытесняя отработавшие газы (продувка) и заполняя цилиндр. Процесс продувки продолжается до прихода поршня в н.м.т. Следует отметить, что отработавшие газы не полностью вытесняются из цилиндра. Некоторое их количество (остаточные газы) остается и при смешивании с горючей смесью образует рабочую смесь. Затем поршень перемещается от н.м.т. до в.м.т. и рабочий цикл повторяется в той же последовательности. Индикаторная диаграмма двухтактного двигателя с кривошипно-камерной продувкой приведена на рисунке 2.

Рабочий цикл двухтактного дизеля совершается аналогично рабочему циклу двухтактного карбюраторного двигателя. Разница заключается в том, что в цилиндр дизеля поступает не горючая смесь, а чистый воздух и в конце такта сжатия впрыскивается топливо, которое воспламеняется от высокой температуры сжатого воздуха.

По сравнению с четырехтактными двухтактные двигатели с кривошипно-камерной продувкой проще в конструкции вследствие отсутствия дополнительных подвижных деталей (распределительных валов, клапанов, толкателей и др.), а вращение их коленчатого вала равномернее в результате более частого чередования рабочих ходов. Однако ввиду сравнительно больших потерь горючей смеси с отработавшими газами в процессе продувки цилиндра снижается экономичность работы таких двигателей. Из-за наличия процесса расширения (рабочего хода) при каждом обороте коленчатого вала более высокая средняя температура ведет к повышению тепловой напряженности поршня, стенок и головки цилиндра, поршневых колец, что создает тяжелые условия для работы основных сборочных единиц и отдельных деталей двигателя. Вследствие перечисленных и других недостатков двухтактные двигатели с кривошипно-камерной продувкой изготовляют малой мощности и применяют для пуска тракторных дизелей.