Робочий цикл двотактного карбюраторного двигуна

У двотактних двигунах для витиснення відпрацьованих газів з циліндра використовують примусове вдмухування повітря чи пальної суміші в циліндр. Такий процес називається продувкою. Продувка може здійснюватися різними способами. Розглянемо роботу двотактного карбюраторного двигуна з кривошипно-камерною продувкою. Коли поршень знаходиться в положенні, близькому до ВМТ, камера згоряння заповнена стиснутою робочою сумішшю, кривошипна камера заповнена свіжою порцією пальної суміші. У цей момент робоча суміш у циліндрі запалюється електричною іскрою від свічі. Тиск газів різко зростає, і поршень починає переміщатися до НМТ – відбувається робочий хід. Коли поршень закриє впускне вікно, у кривошипній камері почнеться стиск пальної суміші. Отже, при русі поршня до НМТ одночасно відбуваються такти розширення і стиску пальної суміші в кривошипній камері. Наприкінці робочого ходу поршень відкриває випускне вікно, через яке відпрацьовані гази з великою швидкістю виходять в атмосферу. Тиск у циліндрі швидко знижується. До моменту відкриття продувного вікна тиск стиснутої пальної суміші в кривошипній камері стає вище, ніж тиск відпрацьованих газів, у циліндрі. Тому пальна суміш із кривошипної камери по каналу попадає в циліндр і, наповнюючи його, виштовхує залишки відпрацьованих газів через випускне вікно в атмосферу.

Другий такт відбувається при русі поршня від НМТ до ВМТ. На початку ходу з циліндра продовжують витіснятися залишкові продукти згоряння разом з частиною робочої суміші. Потім поршень послідовно перекриває продувне вікно і випускне вікно. Після цього в циліндрі починається стиск робочої суміші. У цей же час за рахунок звільнення поршнем деякого об'єму в герметично закритій кривошипній камері створюється розрідження. Тому, як тільки нижня крайка юбки поршня відкриє впускне вікно, через нього з карбюратора в кривошипну камеру надходить пальна суміш. Таким чином, під час другого такту відбувається стиск робочої суміші в циліндрі і заповнення камери новою порцією пальної суміші з карбюратора. Після приходу поршня до ВМТ усі процеси повторюються в такій же послідовності.

Кривошипно-камерна продувка найбільш проста, але найменш досконала, тому що при цьому недостатньо повно здійснюється очищення циліндра від продуктів згоряння. Тому вона застосовується тільки в двигунах малої потужності з невеликою абсолютною витратою палива (двигуни мотоциклів, човнові, модельні і т.п.). У будівельних машинах і на транспорті подібні схеми використовуються в пускових карбюраторних двигунах.

Цикл двотактного дизеля

Протікає аналогічно робочому циклу двотактного карбюраторного двигуна і відрізняється тільки тим, що в дизелі в циліндри надходить не пальна суміш, а чисте повітря і наприкінці процесу стиску впорскується паливо, що запалюється від зіткнення з нагрітим повітрям. Тому, що в дизелях продувка здійснюється чистим повітрям, а не пальною сумішшю, вони виявляються більш економічними в порівнянні з карбюраторними двигунами.

Тема 3 робочі тіла, паливо і його горіння

3.1 Хімічні реакції при згорянні палива

Для повного згоряння палива необхідна визначена кількість повітря, що називається теоретично необхідною і визначається по елементарному складу палива.

Для рідких палив

- теоретично необхідна кількість повітря в кілограмах для згоряння 1 кг палива.

[ l₀ ] = кг/кг.

- теоретично необхідна кількість повітря в кіломолях для згоряння 1кг палива.

[ L₀ ] = кмоль/кг.

Ці дві величини зв'язані між собою співвідношенням

,

де _в = 28.96 кг/кмоль - удавана молярна маса повітря.

Для газоподібних палив

,

де [L^’₀ ] = кг/кг = кмоль/кмоль.

Відношення дійсної кількості повітря до теоретично необхідної для спалювання 1 кг палива називається коефіцієнтом надлишку повітря.

 = l/l₀ = L/L₀.

Для карбюраторних двигунів  лежить у межах 0.8...0.96, для дизелів коливається від 1.3 до 2.2.

Навіть при  = 1 неможливо домогтися повного згоряння палива, тому звичайно  > 1. Зниження коефіцієнта надлишку повітря  веде до підвищення потужності двигуна, однак при цьому підвищується його теплова напруженість і знижується економічність.

Маса пальної суміші в карбюраторних двигунах визначається з вираження

M₁ = L₀ + 1/m_т,

де m_т - молекулярна маса парів палива, кг/кмоль.

Для бензинів m_т = 110...120 кг/кмоль, для дизельних палив m_т = 180...200 кг/кмоль.

Для дизельних двигунів масу пальної суміші приймають без врахування маси палива, тому що паливо в камеру згоряння надходить тільки після процесу стиску. Для них

M₁ = L₀.

При повному згорянні палива (  1) кількість основних компонентів продуктів згоряння в молях визначається зі співвідношень

Тоді загальна кількість продуктів згоряння складе

При неповному згорянні палива ( < 1) кількість продуктів згоряння визначається наступними залежностями

У приведених вираженнях K - постійна, що обумовлена відношенням кількості водню до окису вуглецю в продуктах неповного згоряння. Для бензину K = 0.45...0.50.

Тоді загальна кількість продуктів згоряння складе

При  = 1 обидва вираження для M₂ дають однаковий результат.

Зміна кількості молей при згорянні визначається вираженням

Відносна зміна об'єму характеризується коефіцієнтом молекулярної зміни суміші

Ця величина завжди більше одиниці і її залежність від коефіцієнта надлишку повітря  має вид, представлений на малюнку 3.1.

Дійсний коефіцієнт молекулярної зміни робочої суміші враховує наявність залишкових газів і обчислюється з вираження

Для карбюраторних двигунів =1.02...1.1; для дизелів =1.02...1.06.