Принцип действия двухтактного двигателя

Двухтактные двигатели отличаются от четырехтактных тем, что у них наполнение

цилиндров горючей смесью или воздухом осуществляется в начале хода сжатия, а

очистка цилиндров от отработавших газов в конце хода расширения, т.е.

процессы выпуска и впуска происходят без самостоятельных ходов поршня. Общий

процесс для всех типов двухтактных

двигателей - продувка, т.е. процесс удаления отработавших газов из цилиндра с

помощью потока горючей смеси или воздуха. Поэтому двигатель данного вида

имеет компрессор (продувочный насос). Рассмотрим работу двухтактного

карбюраторного двигателя с кривошипно-камерной продувкой. У этого типа

двигателей отсутствуют клапаны, их роль выполняет поршень, который при своем

перемещении закрывает впускные, выпускные и продувочные окна. Через эти окна

цилиндр в определенны моменты сообщается с впускным и выпускным

трубопроводами и кривошипной камерой (картер), которая не имеет

непосредственного сообщения с атмосферой. Цилиндр в средней части имеет три

окна: впускное, выпускное 6 и продувочное, которое сообщается клапаном

скривошипной камерой двигателя.

Рабочий цикл в двигателе осуществляется за два такта:

1. Такт сжатия. Поршень перемещается от НМТ к ВМТ, перекрывая сначала

продувочное, а затем выпускное 6 окно. После закрытия поршнем выпускного окна

в цилиндре начинается сжатие ранее поступившей в него горючей смеси.

Одновременно в кривошипной камере вследствие ее герметичности создается

разряжение, под действием которого из карбюратора через открытое впускное

окно поступает горючая смесь в кривошипную камеру.

2. Такт рабочего хода. При положении поршня около ВМТ сжатая рабочая смесь

воспламеняется электрической искрой от свечи, в результате чего температура и давление газов резко возрастают. Под действием теплового расширения газов поршень перемещается к НМТ, при этом расширяющиеся газы совершают полезную работу. Одновременно опускающийся поршень закрывает впускное окно и сжимает находящуюся в кривошипной камере горючую смесь.

Когда поршень дойдет до выпускного окна, оно открывается и начинается выпуск отработавших газов в атмосферу,давление в цилиндре понижается. При

дальнейшем перемещении поршень открывает продувочное окно и сжатая в

кривошипной камере горючая смесь перетекает по каналу, заполняя цилиндр и

осуществляя продувку его от остатков отработавших газов.

Рабочий цикл двухтактного дизельного двигателя отличается от рабочего цикла

двухтактного карбюраторного двигателя тем, что у дизеля в цилиндр поступает

воздух, а не горючая смесь, и в конце процесса сжатия впрыскивается

мелкораспыленное топливо.Мощность двухтактного двигателя при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения вала теоретически в два раза больше четырехтактного за счет большего числа рабочих циклов. Однако неполное использование хода поршня для расширения, худшее освобождение цилиндра от остаточных газов и затраты части вырабатываемой мощности на привод продувочного компрессора приводятпрактически к увеличению мощности только на 60...70%.Рабочий цикл четырехтактных карбюраторных и дизельных двигателей. Рабочий цикл четырехтактного двигателя состоит из пяти процессов: впуск, сжатие, сгорание, расширение и выпуск, которые совершаются за четыре такта или за два оборота коленчатого вала.

Графическое представление о давлении газов при изменении объема в цилиндре двигателя в процессе осуществления каждого из четырех циклов дает

индикаторная диаграмма. Она может быть построена по данным теплового расчета или снята при работе двигателя с помощью специального прибора - индикатора.Процесс впуска. Впуск горючей смеси осуществляется после выпуска из цилиндровотработавших газов от предыдущего цикла. Впускной клапан открывается с некоторым опережением до ВМТ, чтобы получить к моменту прихода поршня к ВМТ большее проходное сечение у клапана. Впуск горючей смеси осуществляется за два периода. В первый период смесь поступает при перемещении поршня от ВМТ к НМТ вследствие разряжения, создающегося в цилиндре. Во второй период впуск смеси происходит при перемещении поршня от НМТ к ВМТ в течение некоторого времени, соответствующего 40 - 70 поворота коленчатого вала за счет разности

давлений, и скоростного напора смеси. Впуск горючей смеси заканчивается

закрытием впускного клапана.Горючая смесь, поступившая в цилиндр, смешиваетсяс остаточными газами от предыдущего цикла и образует горючую смесь. Давление смеси в цилиндре в течение процесса впуска составляет 70 - 90 кПа и зависит от гидравлических потерь во впускной системе двигателя. Температура смеси в конце процесса впуска повышается до 340 - 350 К вследствие соприкосновения ее с нагретыми деталями двигателя и смешивания с остаточными газами, имеющими температуру 900 - 1000 Процесс сжатия. Сжатие рабочей смеси, находящейся в цилиндре двигателя,происходит при закрытых клапанах и перемещении поршня. Процесс сжатия протекает при наличии теплообмена между рабочей смесью и стенками (цилиндра,

головки и днища поршня). В начале сжатия температура рабочей смеси ниже

температуры стенок, поэтому теплота передается смеси от стенок. По мере

дальнейшего сжатия температура смеси повышается и становится выше температуры

стенок, поэтому теплота от смеси передается стенкам. Таким образом процесс

сжатия осуществляется по политропе, средний показатель которой n=1.33...1.38.

Процесс сжатия заканчивается в момент воспламенения рабочей смеси. Давление

рабочей смеси в цилиндре в конце сжатия 0.8 - 1.5МПа, а температура 600 - 750

К.

Процесс сгорания. Сгорание рабочей смеси начинается раньше прихода поршня к

ВМТ, т.е. когда сжатая смесь воспламеняется от электрической искры. После

воспламенения фронт пламени горящей свечи от свечи распространяется по всему

объему камеры сгорания со скоростью 40 - 50 м/с. Несмотря на такую высокую

скорость сгорания, смесь успевает сгореть за время, пока коленчатый вал

повернется на 30 - 35.При сгорании рабочей смеси выделяется большое

количество теплоты на участке, соответствующим 10 - 15 до ВМТ и 15 - 20 после

НМТ, вследствие чего давление и температура образующихся в цилиндре газов

быстро возрастают. В конце сгорания давление газов достигает 3 - 5 МПа, а температура 2500 - 2800 К.

Процесс расширения. Тепловое расширение газов, находящихся в цилиндре

двигателя, происходит после окончания процесса сгорания при перемещении

поршня к НМТ. Газы, расширяясь, совершают полезную работу. Процесс теплового

расширения протекает при интенсивном теплообмене между газами и стенками

(цилиндра, головки и днища поршня). В начале расширения происходит догорание

рабочей смеси, вследствие чего образующиеся газы получают теплоту. Газы в

течение всего процесса теплового расширения отдают теплоту стенкам.

Температура газов в процессе расширения уменьшается, следовательно,

изменяется перепад температуры между газами и стенками. Процесс теплового

расширения, заканчивающийся в момент открытия выпускного клапана,. Процесс

теплового расширения происходит по политре, средний показатель которой

n2=1.23...1.31. Давление газов в цилиндре в конце расширения 0.35 -0.5 МПа, а

температура 1200 - 1500 К.

Процесс выпуска. Выпуск отработавших газов начинается при открытии выпускного

клапана, т.е. за 40 - 60 до прихода поршня в НМТ. Выпуск газов из цилиндра

осуществляется за два периода. В первый период выпуск газов происходит при

перемещении поршня до НМТ за счет того, что давление газов в цилиндре значительно выше атмосферного.В этот период из цилиндра удаляется около 60% отработавших газов со скоростью 500 - 600 м/с. Во второй период выпуск газов происходит при перемещении поршня от НМТ до закрытие выпускного клапана за счет выталкивающего действия поршня и инерции движущихся газов. Выпуск отработавших газов заканчивается в момент закрытия выпускного клапана, т. е.

через 10 – 20 после прихода поршня в ВМТ. Давление газов в цилиндре в

процессе выталкивания 0.11 - 0.12 МПа, температура газов в конце процесса

выпуска 90 - 1100 К.