Двухтактный подвесной двигатель

Рабочий цикл двухтактного двигателя состоит из последовательно сменяющих друг друга химико-термодинамических процессов: всасывания, сжатия, рабочего хода и выпуска. Цикл полностью совершается за два хода поршня, т.е. за один оборот коленчатого вала, после чего все процессы повторяются в той же последовательности.

Первое отличие двухтактного подвесного двигателя от четырехтактного состоит в том, что он не имеет клапанов с механическим приводом. Впуск свежей смеси происходит через имеющееся в цилиндре окно, автоматические пластинчатые клапаны или золотник, а выпуск отработавших газов — через выпускное (выхлопное) окно. Поршень, движущийся внутри цилиндра, сам же открывает и закрывает продувочное и выпускное окна.

Каждое перемещение поршня по цилиндру из верхнего положения в нижнее и наоборот рассматривается как ход поршня. Поэтому один полный оборот коленчатого вала сопровождается двумя ходами поршня. Крайнее верхнее положение поршня называется верхней мертвой точкой (в.м.т.). Крайнее нижнее — нижней мертвой точкой (н.м.т.). Расстояние между в.м.т. и н.м.т., т.е. путь, проходимый поршнем за половину оборота коленчатого вала — за один ход, так и называется ходом поршня.

Второе отличие — камера кривошипного механизма (картер) связана с атмосферой и выполняет роль продувочного насоса. В двухтактном двигателе поршень выполняет три функции: служит рабочим поршнем двигателя, поршнем продувочного насоса и, наконец, клапаном газораспределения, управляющим открытием и закрытием окон.

При ходе поршня от н.м.т. к в.м.т. объем кривошипной камеры увеличивается. С момента закрытия стенками поршня продувочных и выхлопных окон, под действием разрежения пластинчатые клапаны на входе в картер открываются, и в полость картера начинает засасываться свежая горючая смесь из карбюратора. Когда поршень приходит в в.м.т., над ним, в камере сгорания находится уже сжатая рабочая смесь, а под ним, т.е. в кривошипной камере, — заряд свежей горючей смеси под давлением несколько ниже атмосферного. В этот момент рабочая смесь в камере сгорания воспламеняется. Начинается рабочий ход, при котором поршень под давлением газов перемещается от в.м.т. к н.м.т. При движении поршня “вниз” в какой-то момент его верхняя кромка открывает выпускное окно, и отработавшие газы, имеющие избыточное давление, устремляются из рабочего пространства цилиндра наружу . Давление в цилиндре резко падает и становится ниже, чем давление свежей смеси в полости картера. Вследствие этого при последующем открытии продувочных окон выпуск сопровождается продувкой цилиндра поступающей в него свежей смесью. Продувка цилиндра продолжается до полного закрытия продувочных окон движущимся к в.м.т., т.е. уже поднимающимся поршнем.При каждом обороте коленчатого вала эти процессы повторяются.

Процессы в надпоршневом и подпоршневом пространствах совершаются одновременно: если в рабочей камере — в цилиндре — происходит рабочий ход, то в картере — сжатие, если в картере — впуск, то в рабочей камере — продувка и сжатие. Впуск смеси в картер, продувка камеры сгорания и выпуск отработавших газов осуществляются не мгновенно: окна остаются открытыми на протяжении определенного времени, называемого фазой газораспределения.

Процессы, происходящие в цилиндрах двигателя, принято изображать графически в виде фазовых диаграмм газораспределения.Круговая диаграмма газораспределения двухтактного двигателя содержит 360°, т.е. охватывает весь рабочий цикл, происходящий за один оборот коленчатого вала. На большой окружности наносят продолжительность процессов, происходящих в цилиндре над поршнем, на малой — происходящих под поршнем в картере. У двигателей ПМ процессы продувки и выпуска симметричны один другому относительно вертикальной оси (положение поршня в в.м.т. и н.м.т.). Это вызвано тем, что поршень, управляющий началом и окончанием этих процессов, открывает и закрывает своей верхней кромкой соответствующие окна при одинаковых углах поворота коленчатого вала до и после н.м.т. или в.м.т. При подборе этих фаз их симметричность создает определенные трудности.

Продувочное окно всегда открывается позднее выпускного, разница во времени на диаграмме изображается как 1, называется углом предварения выпуска. За этот период происходит угол свободный выпуск газов из цилиндра, давление в нем резко падает. К моменту открытия продувочных окон давление в цилиндре должно оказаться ниже давления в картере — иначе произойдет заброс отработавших газов в картер, что нежелательно, так как приводит к загрязнению свежей смеси отработавшими газами и повышению температуры в картере.

Однако полностью устранить опасность заброса целесообразно увеличить угол оказывается трудно, так как соответствующее увеличение периода предварения выпуска приводит или к уменьшению периода продувки при неизменной фазе выпуска, или к увеличению фазы выпуска при неизменной фазе продувки, т.е. уже значительной потере полезного объема цилиндра.С момента закрытия поршнем продувочного окна начинается процесс сжатия смеси в цилиндре, но прежде чем будет перекрыто выпускное окно, некоторая часть свежей рабочей смеси через него теряется.

Процессы в картере, проходят несимметрично. Впускное окно открывается после прохождения поршнем н.м.т., когда разрежение в картере становится достаточным для преодоления упругости пластинчатых клапанов. После прохождения поршнем в.м.т. объем кривошипной камеры начинает уменьшаться и происходит сжатие горючей смеси, но автоматический клапан еще некоторое время остается открытым под напором установившегося движения потока смеси — впуск продолжается. Несимметричность фазы всасывания при использовании клапанного или золотникового распределения, в отличие от поршневого управления впуском, позволяет повысить мощность и экономичность двигателя.

Технико-экономические показатели двигателя в значительной мере зависят от качества продувки. Чем лучше цилиндр очистится от продуктов сгорания, и чем меньше будут потери заряда свежей горючей смеси через выпускное окно, тем выше будет удельная мощность двигателя и меньше удельный расход топлива.