Из четырех тактов современного двигателя только
один фактически полезный рабочий ход. Не слишком ли
это расточительно? Добавим к этому усложнение конструкции за счет наличия четырех, а иногда и пяти клапанов
на цилиндр, их привода, проблемы с обслуживанием этой
системы газообмена. С этой точки зрения идеальным является двухтактный двигатель: у него нет "паразитных"
ходов — впуска и выпуска, нет механизма газораспределения (кроме двигателя с клапанно-щелевой продувкой).
Газообмен происходит, когда поршень приближается
к НМТ. По принципу подачи продувочного воздуха или
топливовоздушной смеси двигатели делятся на три типа:
с кривошипно-камерной продувкой (иногда с дополнительным поршнем), с автономным нагнетателем, с аэродинамической, настроенной системой продувки (принцип Каденаси).
Кривошипно-камерная продувка применяется для двигателей с малым рабочим объемом цилиндров. Основное преимущество — простота конструкции.
Недостаток — низкая на некоторых режимах эффективность продувки, повышенный расход масла, подаваемого в кривошипную камеру для смазки цилиндро-поршневой группы и кривошипно-шатунного механизма.
Применяются следующие схемы систем впуска в кривошипную камеру: через окна в нижней части цилиндра,
перекрываемые юбкой поршня, через пластинчатые
клапаны, через золотниковый механизм. Часто используются наиболее эффективные комбинированные системы управления впуском.
Продувки от автономного нагнетателя целесообразно применять в двигателях в системах продувки с несимметричными фазами газораспределения.
Среди многочисленных схем продувки следует выделить следующие:
1. Контурная продувка имеет ряд разновидностей. Наиболее распространенная возвратно-петлевая продувка.
Реже применяется высотная и дефлекторная (с выступом на днище поршня). Недостаток — не высокое качество продувки, потеря части заряда из-за симметричных
фаз газообмена (выпускные окна закрываются после
продувочных).
2.П-образная иди Л-образная продувка. На рис.
приведена схема двигателя рекордно-гоночного автомобиля, на котором было установлено 17 рекордов скорости СССР, 3 рекорда превышали международные рекорды. Недостатком является повышенная температура
поршня в зоне выпускного окна.
3.Клапанно-щелевая или клапанная продувка. Недостатки — сложность конструкции, высокая температура
выпускных клапанов и, соответственно, повышенная
склонность к аномальным процессам сгорания.
4. Прямоточная продувка с противоположно расположенными поршнями. Недостатком является сложность кривошипно-шатунного механизма, повышенная
температура поршня и выпускных окон.
Преимуществом последних трех схем является высокое качество очистки цилиндра от отработавших газов и
возможность сделать фазы несимметричными (закрытие выпускных окон после продувочных), что обеспечивает дозарядку цилиндра на (фазе продувки.)
К числу преимуществ всех двухтактных двигателей
по сравнению с четырехтактными относятся: простота
конструкции, при равной литровой мощности максимальные значения давления и температуры в заряда в
цилиндре значительно меньше. Поэтому «пиковые» нагрузки на детали трансмиссии почти в два раза меньше.
Кроме того, за счет снижения температуры заряда
уменьшается выброс в атмосферу оксидов азота, которые в несколько десятков раз более токсичны, чем
окись углерода. Казалось бы масса преимуществ. Но в реальном двигателе их полностью реализовать не удается.
Время карбюраторных двухтактных двигателей, с их
простотой конструкции, низкой стоимостью, хорошей
уравновешенностью, меньшими динамическими нагрузками на трансмиссию и применявшихся на автомобилях Saab и Wartburg, закончилось в конце 60-х годов.
Это произошло в основном из-за повышенного выброса
СО и СН с отработавшими газами, меньшего ресурса, повышенного расхода масла.
Однако последнее время многие ведущие фирмы создали опытные образцы двигателей, имеющих хорошие
мощностные, экономические и экологические показатели в основном за счет особенностей двухтактного цикла,
применения непосредственного впрыска бензина в цилиндр и послойного распределения смеси в цилиндре.
При этом исключаются потери части топливовоздушного заряда при продувке.
Работы по двухтактным двигателям с непосредственным впрыском топлива велись десятки лет. Одной из первых работ в этом направлении
были исследования, проведенные на одноцилиндровой
установке 2Н82 с рабочим объемом цилиндра 396 см3.
Применение клапанно-щелевой продувки и объемного
нагнетателя типа Рутс с приводом от электромотора
позволяло осуществлять не только эффективную продувку, но и наддув. Для создания около свечи обогащенной смеси на днище поршня была выполнена полусферическая выемка. Читать далее >>>
