4.2.4. Особливості газообміну в двотактних двигунах

У двотактних двигунах процеси впуску і випуску відбуваються майже одночасно. Тому і аналізувати їх особ­ливості доцільно разом. У цих двигунах застосовуються різні схеми газообміну (продувки), які можна звести до двох видів: контурні і прямоточні. При контур­них схемах відпрацьовані гази, які вихо­дять із циліндра, приблизно описують в ньому петлю, а управління процесами випуску і впуску (відкриттям і закриттям випускних і продувочних вікон) здійсню­ється поршнем. Ці схеми конструктивно прості, але за якістю продувки менш ефективні, ніж прямоточні, і через це вживаються на транспортних двигунах порівняно рідко. Прямоточні схеми бу­вають клапанно-щілинні і щілинні. Роз­глянемо особливості газообміну в дво­тактних двигунах на прикладі двигуна з прямоточною клапанно-щілинною продувкою. Ця схема (рис. 4.7) запропонована російськими інженерами у 1906-1907 рр. й реалізована пізніше на автомобільних дизелях ЯАЗ-204 і 206.

На рис. 4.7 наведена частина індикаторної діаграми, що зображує процес газообміну, а на рис. 4.8 - діаграми змінення тиску р(φ) газів у циліндрі, площ прохідних перерізів продувочних вікон S_n =f(φ) і пере­міщення випускних клапанів h_кл = f(φ) в функції кута φ повороту колін­частого валу. Газообмін при цій схемі відбувається так. У кінці процесу розширення при положенні поршня приблизно за 40...60° п.к.в. до н.м.т. при тисненні в циліндрі 0,3...0,5 МПа відкриваються випускні клапани, і з циліндра з критичною швидкістю починають виходити відпрацьовані га­зи (ділянка 3-к). Такий випуск називається вільним. Через деякий час після початку випуску поршень відкриває продувочні вікна (точка 1), і під тиском р_к циліндр заповнює свіжий заряд (точка Г). Це одночасно

сприяє швидшому і більш повному очищенню циліндра від продуктів згоряння. Витікання відпрацьованих газів після точки к відбувається в підкритичній зоні з понижуваною швидкістю. Період, під час якого повіт­ря поступає у циліндр, а продукти згоряння виводяться з нього, назива­ється примусовими випуском і впуском.

Процес випуску закінчується у точці 4, а продувочні вікна закриваються у точці 2. На ділянці 2-4 здійс­нюється дозарядка циліндра.. Під час продувки частина повітря, що по­ступає у циліндр, перемішується з відпрацьованими газами й виводить­ся разом з ними.

Якість процесу газообміну в двотактних двигунах оцінюють за тими ж параметрами і коефіцієнтами, які були одержані вище для чотиритак­тних двигунів. Крім того, введено і ряд специфічних коефіцієнтів.

Відношення кількості свіжого заряду, який потрапив у циліндр, до кількості заряду, який залишився в циліндрі перед початком стиску, на­зивається коефіцієнтом надміру продувочного повітря (свіжого заряду):

де М_S - загальна кількість молей заряду, який потрапив в циліндр; M_с.з - кількість молей заряду, який знаходиться в циліндрі перед поча­тком стиску (точка 2). Якість продувки оцінюється коефіцієнтом корисної дії продувки:

Істотне збільшення коефіцієнта корисної дії продувки (до значень η_s =0,94... 0,95 при збільшенні коефіцієнта надміру продувочного повіт­ря φ_к для двигунів з клапанно-щілинною продувкою спостерігається лише до значень φ_к =1,5...1,7 [5]. При цьому слід мати на увазі, що для підвищення φ_к необхідно збільшувати витрати потужності двигуна на привід продувочного компресора.

Звичайно якість очищення й наповнення циліндра в двотактних двигунах гірша, ніж у чотиритактних.

У зв'язку з недостатнім числом виявлених термодинамічних зв'язків між параметрами робочого тіла, яке знаходиться в циліндрі двотактного двигуна під час газообміну, не отримано надійних аналітичних залежно­стей для обчислювання коефіцієнтів φ_к, η_s, η_v, γ та інших, тому їх встановлюють експериментально.