Газообмен в двухтактном двигателе внутреннего сгорания

Основной особенностью двухтактного поршневого двигателя является то, что газообмен в цилиндре проходит вблизи НМТ без совершения дополнительных ходов поршня. Для осуществления такого процесса, необходимо создать избыточное давление воздуха (или топливовоздушной смеси), с помощью которого можно освободить цилиндр от продуктов сгорания. Избыточное давление может быть создано поршнем или каким-либо нагнетателем.

На рис. 15 представлены схема и индикаторная диаграмма двухтактного двигателя с так называемой кривошипно-камерной продувкой. Такой способ газообмена широко применяется для простых по конструкции и дешевых мотоциклетных двигателей. В нем совершаются те же процессы, что и в четырехтактном, только они происходят в полостях по обе стороны днища поршня: при движении от НМТ к ВМТ в цилиндре происходит сжатие топливовоздушной смеси (в карбюраторном) или воздуха (в дизеле), а в картерную полость в это время происходит впуск. При обратном ходе поршня в цилиндре расширяются продукты сгорания, а в картерной полости происходит предварительное сжатие свежего заряда. При движении поршня к НМТ сначала открывается выпускное окно, давление газов резко уменьшается и к моменту открытия продувочного окна оказывается даже несколько ниже, чем давление предварительно сжатого в картерной полости свежего заряда. После открытия продувочного окна происходит одновременное заполнение цилиндра свежим зарядом и выталкивание продуктов сгорания. Процесс продолжается при ходе поршня вверх вплоть до перекрытия продувочного окна. Но при этом неизбежно теряется часть заряда через еще открытое выпускное окно, что является одним из основных недостатков подобного двухтактного двигателя, особенно карбюраторного. В данном двигателе теряется не просто воздух, а топливовоздушная смесь. Другими, не менее существенными, недостатками, осложняющими наполнение, являются неудовлетворительная очистка цилиндра от продуктов сгорания, потеря части заряда уже в период продувки и большие пульсации во впускном трубопроводе. Конструкция двухтактных двигателей такого типа предельно проста, тем не менее они имеют высокие удельные показатели по мощности. В настоящее время ведется их совершенствование.
Более сложные — двигатели с клапанно-щелевой продувкой и продувочными нагнетателями. В таких двигателях в результате применения клапанного механизма можно обеспечить лучшую очистку цилиндра от продуктов сгорания и меньшие потери свежего заряда. Дизели с рассматриваемыми механизмами газораспределения широко использовались на многих транспортных средствах. Нагнетатель дает возможность не только продуть цилиндры, но и существенно повысить плотность заряда в цилиндре и тем самым добиться большей мощности (чем больше воздуха, тем больше топлива можно сжечь и выше поднять давление).
Наполнение цилиндров при давлении заряда большем, чем атмосферное, называется наддувом . В настоящее время он широко распространен на дизелях и завоевывает все более прочные позиции в двух- и четырехтактных бензиновых двигателях. Благодаря наддуву удается повысить массу воздуха, подаваемого в цилиндр, вдвое и даже втрое по сравнению с наполнением при атмосферном давлении.
Для дизелей целесообразно использовать газотурбинный наддув. В конце такта расширения давление газов в цилиндре достигает 0,4…0,5 МПа, а температура 1000…1300° С. Газы, обладающие большим запасом энергии, из цилиндра попадают на лопатки турбины, которая вращает колесо компрессора.
Для того чтобы снизить тепловую напряженность деталей двигателя и увеличить массовое наполнение цилиндров свежим зарядом (а следовательно, и для уменьшения работы сжатия при том же массовом наполнении), воздух после компрессора охлаждают в холодильнике воздухом окружающей среды или жидкостью из системы охлаждения. Наддув с относительно небольшой степенью повышения давления (ПИ_к = 1,3… 1,5) можно осуществить с помощью нагнетателя, проводимого от коленчатого вала двигателя.