СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ ТОПЛИВНОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ И СНИЖЕНИЯ ТОКСИЧНОСТИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ БЕНЗИНОВОГО ДВУХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Проблема снижения расхода топлива карбюраторными бензиновыми двигателями, получившими широкое применение на автомобилях, мотоциклах, снегоходах, пусковых установках для тракторов, мотоблоках и других машинах, является одной из актуальнейших. Следует выделить наиболее эффективные направления работ по совершенствованию конструкций узлов и систем двухтактных карбюраторных двигателей внутреннего сгорания (ДВС), оказывающих значительное влияние на экономические и токсические показатели[1].

Далее будут рассмотрены последовательно конструктивные совершенствования, предлагаемые для двухтактных карбюраторных двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Следует отметить, что отдельные мероприятия, способствующие снижению расхода топлива (например, замена карбюраторных ДВС двигателями с впрыскиванием бензина, применение обратного пластинчатого клапана (ОПК) на впуске, повышение степени сжатия, улучшение процессов наполнения и т. д.), используют с целью повышения мощности двигателя и снижения токсичности выбросов. Распространенные в настоящее время основные способы улучшения экономических и токсических показателей карбюраторных двухтактных ДВС можно условно разделить на следующие группы:

– совершенствование систем: питания; впуска; наполнения кривошипной камеры; продувки и наполнения цилиндра;

– снижение токсичности отработавших газов (OГ).

Совершенствование системы впуска.Основной причиной увеличенного расхода топлива, а, следовательно, повышенной токсичности ОГ являются потери значительной части свежего заряда при впуске, продувке и выпуске. Устранение этого явления частично возможно путем установки ОПК во впускной и продувочный канал (см. рисунок 1). Идея устранения обратного выброса топливовоздушной смеси из кривошипной камеры 4 через впускной канал 1 путем установки ОПК 2 между карбюратором 3 и кривошипной камерой 4 известна давно.

В 1972 году фирма Ямаха представила первые кроссовые мотоциклы, двигатели которых оснащались ОПК и перепускнымканалом 5. Вследствие улучшения мощностных и экономических показателей двигателей с ОПК на впуске на малых и средних частотах вращения коленчатого вала, идея применения ОПК нашла отражение во многих конструкциях двухтактных ДВС[1].

Рисунок 1 – Двигатель с ОПК на впуске фирмы Ямаха:

1 - впускной канал; 2 - ОПК; 3 - карбюратор; 4 - кривошипная камера;

5 - перепускной канал

Усовершенствование картера и кривошипа. Двухтактный ДВС с компрессорными лопатками (см. рисунок 2) на кривошипе характеризуется повышенным наполнением цилиндра и уменьшенным перепуском свежей смеси в выпускной патрубок 4.

Это достигается посредством дополнительной продувки, обеспечиваемой компрессорными лопатками 2, установленными на щеках кривошипа 1, винтовым и вспомогательным (3 и 5) перепускными каналами и смещенной вниз нижней отсечной кромкой впускного канала 6. Ширина лопаток 2 равна примерно толщине щеки,их число и угол наклона определяются в зависимости от режима ДВС[1].

Рисунок 2 – Двухтактный ДВС с компрессорными лопатками: 1 - кривошип; 2 - компрессорные лопатки; 3 – винтовой перепускной канал; 4 - впускной патрубок; 5 -вспомогательный перепускной канал; 6 – впускной канал

Непосредственный впрыск топлива.Улучшение равномерности распределения смеси по цилиндрам, снижение сопротивления впускной

системы при отсутствии карбюратора, возможность организации продувки цилиндра и камеры сгорания воздухом без потери топлива - вот что обусловливает повышение коэффициента полезного действия (КПД), а, следовательно, удельной мощности двигателя с непосредственным впрыскиванием по сравнению с карбюраторным. Особенно это заметно для двигателей, работающих на богатых смесях (α = 0,7 – 0,8). B двигателе с непосредственным впрыскиванием топлива (см. рисунок 3), топливная форсунка 1 установлена в стенке цилиндра 3 в дополнительном продувочном канале 2, по которому воздух поступает из картера в цилиндр.

Двигатели с непосредственным впрыскиванием могут иметь различное конструктивное исполнение, а впрыскивание топлива при этом может осуществляться во впускной и продувочные каналы, в полость цилиндра, в камеру, расположенную в головке. Возможна также установка двух форсунок в цилиндре, при этом создаются условия для послойного смесеобразования и сжигания бедных смесей.

Рисунок 3 – Двигатель с непосредственным впрыском топлива:

1 - форсунка; 2 - продувочный канал; 3 - стенка цилиндра

Совершенствование топливных систем.Низкая топливная экономичность и высокая токсичность ОГ двухтактных карбюраторных ДВС являются в основном следствием недостатка кислорода в процессе сгорания, что обусловлено как регулировкой карбюратора (или топливной системы) на обогащенную смесь, так и низким качеством смесеобразования (неоднородность топливовоздушной смеси и неравномерность распределения топлива по отдельным цилиндрам) [1].

Для повышения топливной экономичности двухтактных карбюраторных ДВС возможны следующие пути совершенствования карбюраторов: разработка специальных систем смесеобразования и дозирования топлива; разработка и применение устройств, отключающих подачу топлива в цилиндр (или часть цилиндров) на частичных нагрузках; использование устройств с электронным управлением для корректирования состава` смеси на отдельных режимах.

Исходя из вышесказанного, можно сделать следующие выводы:

 – двухтактный двигатель, в сравнении с четырехтактным, обладает следующими преимуществами: меньшим весом, упрощенной конструкцией, повышенной мощностью на единицу объема, простотой обслуживания и ремонта. Недостатками же являются: повышенный расход топлива, высокая токсичность отработавших газов и меньший ресурс. Также карбюраторный двухтактный двигатель может работать неустойчиво по причине плохого смесеобразования;

­– перспективным путем улучшения смесеобразования, а в следствии уменьшения токсичности ОГ является установка системы непосредственного или распределительного впрыска топлива и установка ОПК;

– для улучшения наполняемости цилиндра перспективным путем совершенствования двигателя может являться установка компрессорных лопаток на кривошип и установка ОПК;

– уменьшение расхода топлива и уменьшение токсичности ОГ частично решается путем установки ОПК во впускной канал.

Библиографический список

1. Двухтактные карбюраторные двигатели внутреннего сгорания / В. М. Кондрашов, Ю. С. Григорьев, В. В. Тупов и др. -М.: Машиностроение, 1990. -272 с.: ил.