Двухтактные двигатели применяются в различных отраслях промышленности и транспорта и используются в широком диапазоне мощностей и скоростных режимов В маломощных мотоциклетных, лодочных и стационарных двигателях господствует двухтактный цикл; то же относится к крупным судовым и стационарным двигателям. При средних мощностях для судовых, стационарных, тепловозных и других установок применяются как четырехтактные двигатели, так и двухтактные.
Двигатели, применяющиеся в качестве силовых установок машин безрельсового транспорта, до настоящего времени строятся преимущественно четырехтактными. Отсутствие широкого опыта в области создания быстроходных двухтактных транспортных двигателей, отставание их в отношении простоты конструкции и стоимости по сравнению с четырехтактными, необходимость преодоления значительных трудностей при их постройке и доводке является причиной недостаточного еще развития этих двигателей.
Область применения двухтактных двигателей в ближайшем будущем, несомненно, расширится. Наибольшие перспективы имеют двухтактные двигатели с внутренним смесеобразованием.
Для быстроходных судов различного назначения, тягачей, грузовых автомобилей большого тоннажа и других машин наземного транспорта требуются двигатели значительных удельных и общих мощностей, экономичные, обеспечивающие большой радиус действия. В данном случае (при установке поршневых двигателей) рационально применять двигатели с воспламенением от сжатия, отличающиеся наилучшей экономичностью. Там, где радиус действия не оказывает большого влияния, целесообразно работать также и над созданием двухтактного двигателя с внутренним смесеобразованием и принудительным зажиганием.
В двигателях с внештшм смесеобразованием (карбюраторных) двухтактный процесс вызывает большие потери смеси через выпускные органы. Подобные двигатели имеет известный смысл строить с простым щелевым распределением для маломощных установок, когда простота конструкции и обслуживания являются более важными по сравнению с экономичностью (малолитражные автомобили, мотоциклы, лодки). В данном случае может быть создана удачная конструкция, если осуществить раздельный впуск воздуха и смеси. Однако это связано с необходимостью рационального решения вопроса о конструкции группы распределения.
Кривошипно-камерная продувка, применяемая в двухтактных двигателях с воспламенением от сжатия промышленного назначения или в карбюраторных двигателях мотоциклетного и лодочного типа, не является рациональной для транспортных двигателей с повышенной литровой мощностью.
Основные особенности двухтактных двигателей 173
Основные недостатки двигателей с кривошипно-камериой продувкой - низкий коэффициент подачи криво!иипной камеры, служащей продувочным насосом, изменение давления воздуха на впуске во время процессов очистки и наполнения, попадание в цилиндр смазочного масла через продувочные окна из кривошипной камеры.
Эти недостатки и обусловливают низкое качество процессов газообмена и сгорания, в результате чего получаются низкое значение среднего эффективного давления, повышенный расход топлива, смазочного масла и относительно быстрый износ двигателя
Сравнение четырехтактных и двухтактных быстроходных двигателей позволяет сделать следующие выводы.
Разница в литровых мощностях двигателей при одинаковых числах оборотов, условиях на впуске, индикаторных к. п. д. -fi,. и коэффициентах избытка воздуха а определяется числом тактов и средним индикаторным давлением р,.. Последнее в двухтактном двигателе обычно ниже, чем в четырехтактном вследствие наличия части хода поршня, занятой окнами На величину р, влияет также несколько худшая очистка цилиндра от продуктов сгорания, присущая большей части двухтактных двигателей. Можно считать, что при прочих равных условиях литровая мощность двухтактного двигателя на 50- 70% больше литровой мощности четырехтактного, что является основным преимуществом двухтактного двигателя, так как вследствие этого уменьшаются его габариты и вес.
Получение повышенной удельной мощности в двухтактном быстроходном двигателе связано с преодолением значительных трудностей, на которых следует остановиться.
Большую сложность представляет решение проблемы очистки и наполнения цилиндра на высоких числах оборотов при наличии переменного скоростного и нагрузочного режимов работы. Это касается, в первую очередь, двигателей наземного транспорта, характеризующихся широким диапазоном изменения чисел оборотов.
Данная задача может быть решена экспериментальным путем на опытных двигателях или на одноцилиндровых установках. При этом выбираются расположение и конструкция продувочных и выпускных органов и устанавливаются значения параметров процесса, соответствующие различным режимам работы двигателя.
В двигателе с V-образным расположением цилиндров, особенно с шатунным механизмом, имеющим прицепной шатун, законы движения которого не одинаковы с главным, рационально строить двухцилиндровый (V-образный) отсек.
Известную помощь могут оказать также опыты на специальных моделях, особенно, если размеры последних и параметры процессов, в пих протекающих, будут определяться с учетом законов газодинамического подобия.
Вторая трудность вопроса создания двухтактного двигателя повышенной мощности заключается в более высокой средней температуре процесса вследствие наличия рабочего хода при каждом обороте коленчатого вала. Это ведет к повышению тепловой напряженности поршня, стенок цилиндра и головки цилиндра, а также влияет на работу поршневых колец, в особенности первого (считая от камеры сгорания). Для двигателей повышенной литровой мощности необходимо применять специальные конструкции указанных узлов и особые меры для их интенсивного охлаждения. Особенно это касается поршневой группы двигателей с воспламенением от сжатия повыщенной мощности, где высокое давление сгорания способствует прорыву газов между поршнем и цилиндром, что ухудшает теплопередачу от поршня стенкам цилиндра. В результате указанных явлений температура корпуса поршня
И поршневых колец повышается, что приводит к прогару поршня, к потере упругости колец и их пригоранию.
На тепловую напряженность поршня известное влияние оказывает также неравномерное распространение пламени, вызывающее местные перегревы поршня, а в некоторых конструкциях и догорание в ходе расширения. Одностороннее воздействие давления газов способствует уменьшению подвижности колец в канавках поршней двухтактных двигателей, вследствие чего образуется нагар в канавке, и кольца «прихватываются».
По мнению Т. М. Мелькумова, одной из основных причин пригорания колец в быстроходных двигателях с воспламенением от сжатия, наряду с влиянием высокого давления газов, является наличие в цилиндре свободного кислорода в течение относительно большого промежутка времени, что способствует процессу окисления масла, который может начаться уже в конце сжатия при высоких давлениях в цилиндре.
Конструирование поршневой группы двухтактных двигателей повышенной мощности является особо сложной проблемой, требующей для своего-решения специальных экспериментальных работ, которые целесообразно проводить на одноцилиндровых установках. Одним из удачных решений вопроса следует признать применение чугунных или стальных поршней.
Длина поршня двухтактного двигателя определяется, в первую очередь,
величиной отношения ~ . При больших значениях этого отношения длина
поршня, а также и габариты цилиндра в направлении его оси могут получиться большими, чем у четырехтактного двигателя. Таким образом,, рационально применять конструкции с укороченным ходом поршня.
Заметим, что схемы с гильзовым распределением позволяют осуществить конструкцию с длиной порншя примерно на 20% меньшей хода поршня. Поршни с малой длиной могут быть осуществлены в двигателях с крейцкопфом и с ресивером продувочного воздуха в виде коробки, в которую опущен цилиндр.
К недостаткам двухтактных двигателей следует отнести более тяжелые по сравнению с четырехтактными двигателями условия работы шатунных и коренных вкладышей и подншпника поршневого пальца из-за плохого отвода тепла от трущихся поверхностей: при односторонней нагрузке уменьшается количество масла, прокачиваемого между поверхностями. Это заставляет увеличивать подачу и давление масла. Следует, однако, отметить более-благоприятный характер нагружения подшипников вследствие односторонней нагрузки, обусловливающей уменьншние опасности ударного воздействия.
Топливоподающая система двухтактных двигателей с воспламенением= от сжатия характеризуется тем,, что валик топливного насоса почти всегда вращается с числом оборотов, вдвое большим, че.м у четырехтактного двигателя. В результате этого получаются большие скорости и ускорения плунжера, что необходимо учитывать при ко[1струировании кулачка и передачи от кулачка к плунжеру насоса Увеличение давления впрыска заставляет обратить внимание на силовую схему насоса. Кроме этого, следует отметить большие, чем в случае четырехтактных двигателей (при той же мощности), возможности нарушения равномерности подачи на режимах малых чисел оборотов и нагрузок из-за малого количества подаваемого за цикл топлива.
В двухтактных двигателях с продувкой и наддувом габариты нагнетателей, как правило, больше, чем у нагнетателей четырехтактных двигателей вследствие иных условий протекания процессов очистки и наполнения, требующих большего избытка подаваемого воздуха.
Энергия выпускных газов недостаточна для привода турбонагнетателя при малых нагрузках двигателя: мощность турбины выпускных газов недо-
