форсункой 6 в камере зажигания образуется топливовоздушная смесь, способная к воспламенению свечой 7 зажигания.

Двухтактный двигатель с непосредственным впрыскиванием может быть выполнен так, что продувка камер сгорания осуществляется сжатым воздухом и устанавливается такой угол опережения впрыскивания, при котором впрыскивание топлива происходит сразу после закрытия выпускного окна, что исключает утечку несгоревщего топлива через выпускное окно. Топливная форсунка может быть размещена во впускном патрубке.

Наилучшие условия смесеобразования при использовании системы впрыскивания обеспечиваются, когда топливо впрыскивается во впускной тракт на участке между дроссельной заслонкой и впускным окном или непосредственно в цилиндр. Во втором случае форсунку устанавливают над верхней кромкой продувочного окна, а топливо впрыскивают в поток первичного воздуха. Однако в первом случае (впрыскивание во впускной канал) система впрыскивания топлива не имеет преимуществ перед карбюраторной ни по токсичности, ни по расходу топлива, так как существуют «прямой» и «обратный» выбросы топлива.

В двухтактных двигателях частота чередования циклов топ-ливоподачи в 2 раза выше, чем в четырехтактных. В связи с этим продолжительность впрыскивания существенно снижается. На пример, при частоте вращения 8000 мин" продолжительность впрыскивания 1,5 ... 2 мс. В этих условиях устройства для впрыскивания топлива должны обладать минимальной инерционностью.

Проводятся исследования по применению импульсных систем впрыскивания с электронным управлением электромагнитным клапаном в контуре циркуляции топлива. По данным зарубежных литературных источников, при использовании импульсных систем впрыскивания топлива благодаря улучшению газодинамической характеристики впускного тракта и увеличению вследствие этого коэффициента наполнения цилиндра мощность двигателей повышается в среднем на 8... 16%.

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. При создании двигателя с непосредственным впрыскиванием возникают две основные проблемы: организация рабочего процесса, обеспечивающего необходимые мощностные, экономические и токсические показатели двигателя; разработка и создание топливной аппаратуры невысокой стоимости.

2.4. ДВИГАТЕЛИ С ДВУХСТАДИЙНЫМ ПОСЛОЙНЫМ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕМ И СГОРАНИЕМ

Широкие исследования направлены на создание нового типа двухтактного карбюраторного ДВС, имеющего две раздельные фазы: одну - для выпуска отработавших газов, вторую - для подвода топливовоздушной смеси. Реализация такой организации рабочего процесса возможна путем применения послойного смесеобразования при подаче продувочного воздуха в цилиндр отдельно от топливовоздушной смеси. Существует довольно много вариантов осуществления такого рабочего процесса как для одноцилиндровых, так и для двухцилиндровых двигателей.

Двухтактный одноцилиндровый двигатель (рис. 2.19) с продувкой цилиндра воздухом имеет полость картера 8, которая соединена с камерой сгорания 2 каналом 7 и, по меньшей мере, еще двумя продувочными каналами 3 и . В канал 7 выведен впускной канал 5 с установленным в нем лепестковым клапаном 6, по которому поступает топливовоздушная смесь, а в полость 8 картера введен второй впускной канал 10 с клапаном 9, по которому проходит воздух. По выпускному каналу / отводятся ОГ. При работе двигателя топливо входит в камеру 2 в потоке воздуха (20%), который проходит по каналу 7, а основная часть воздуха (80%) поступает через каналы 3 и в камеру 2 при перемещении поршня вниз. При этом топливовоздушная смесь отделена от выпускного окна канала / слоем воздуха, препятствующего перемешиванию смеси с ОГ и ее утечке через выпускное окно.

Исследования двигателя с искровым зажиганием (D = 85 мм; 5 = 70 мм; е = 7,25; Nenia.x = 13 кВт при п == 5500 мин~\ свеча зажигания «Чемпион N 2G», топливо - бензин с октановым числом 95) показали, что минимальный удельный расход топлива при работе двигателя с частотой п = 4000 ...5000 мин~ соответствующей его максимальной мощности, ge = 260 ... 300 г/(кВт -ч), т. е. находится на уровне и даже превосходит аналогичный показатель четырехтактных карбюраторных двигателей.

Разделение заряда на две зоны- обогащенную и обедненную или зону чистого воздуха - на всех рабочих режимах удается решить даже более благоприятно для двухцилиндровых ДВС. Рассмотрим два конструктивных варианта двухцилиндровых двигателей с разделенным зарядом.

Рис, 2.19. Одноцилиндровый двигатель с послойным смесеобразованием (с продувкой воздухом)

Рис. 2.20. Двухцилиндровый двигатель с послойным смесеобразованием

Первый вариант двигателя имеет противоположно лежащие цилиндры (рис. 2.20) различного рабочего объема. В цилиндрах два входных отверстия, одно из которых расположено в основном цилиндре, а другое - во вспомогательном.

В основной цилиндр / большего рабочего объема (200 см) подается воздух, в то время как во вспомогательный цилиндр 3 (50 см) из карбюратора 4 поступает обогащенная топливовоздушная смесь, состав которой зависит от соотношения рабочих объемов цилиндров. В процессе продувки воздух, поступающий из картера в основной цилиндр двигателя, вытесняет ОГ, которые частично выходят через выпускное окно 2, в то время как свежая смесь подается из НМТ цилиндра 3, имеющего меньший рабочий объем. Затем следует такт сжатия и в результате турбулентного перемешивания струй топливовоздушной смеси и чистого воздуха происходит разбавление рабочей смеси до стехиометрической или бедной.

Полученная удельная литровая мощность двигателя Ne„ » « 37 кВт является достаточно низкой по сравнению с этим же показателем высокофорсированных двухтактных карбюраторных ДВС. Это, однако, вполне объяснимо, поскольку для снижения расхода топлива необходимо до некоторой степени ухудшить эффективность продувки и увеличить содержание остаточных ОГ после продувки.

Второй вариант двигателя с кривошипно-камерной продувкой рабочим объемом 125 см с двумя сообщающимися цилиндрами разработан и исследован во Всесоюзном научно-исследовательском институте мотоциклетной промышленности (ВНИИМотопром). Двигатель имеет рабочие цилиндры 1 и 2, кривошипные камеры 3 и 4, разделенные манжетой 5 (рис. 2.21). Самостоятельные впускные и 12, продувочные 10 и выпускные 9 окна позволяют осуществлять независимый газообмен в каждом цилиндре. На впуск-50

7 8

4~

Рис. 2.21. Двухцилиндровый двигатель с послойным распределением топлива в заряде

НЫХ каналах установлены карбюраторы 13 и 14 для индивидуального питания каждого цилиндра. Кривошипы 6 обеспечивают синхронное без сдвига по фазе движение поршней. В одном из цилиндров установлена свеча зажигания 5. Головки цилиндров сообщаются с камерами сгорания осевым (рис. 2.21, а) или тангенциальным (рис. 2.21, б) каналом 7.

Рабочий процесс осуществляется следующим образом. В цилиндр / со свечой зажигания на всех режимах работы подается смесь от мощностного до экономичного составов, а в цилиндр 2 - смесь переменного состава, в зависимости от нагрузки на двигатель. На режимах, близких к режиму холостого хода, в цилиндр 2 поступает чистый воздух, по мере увеличения нагрузки на двигатель смесь Б цилиндре 2 обогащается до мощностного состава. В результате в совмещенной камере создается разделение заряда по составу на зону богатой смеси в области свечи зажигания и бедной в камере цилиндра 2. Причем с уменьшением нагрузки на ДВС глубина расслоения заряда возрастает.

Испытания двигателя показали: уровень форсировки до 80 кВт/л; высокую межцикловую стабильность; нечувствительность к октановому числу бензина; снижение токсичности ОГ на 30 ... 50 %. Двигатель с послойным смесеобразованием и сгоранием обеспечивает достаточно высокие экономические показатели. Дальнейшее его совершенствование может довести показатели работы (с точки зрения эффективного КПД и расхода топлива) до уровня четырехтактного ДВС.

Основные трудности заключены в стабилизации процесса горения п{)и работе на переобедненных смесях, а следовательно,

снижении мощности двигателя. Следует отметить, что в настоящее время эти двигатели еще не получили широкого распространения.

2.5. 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 тонливовоздушной смеси и неравномерность распределения топлива по отдельным цилиндрам).

«Вялое» сгорание, а также пропуски зажигания могут иметь место, кохда тонливовоздушная смесь, получаемая в карбюраторе, сильно разбавлена ОГ, как это имеет место при низком качестве продувки или на режиме холостого хода. Для снижения расхода топлива и выделения токсичных продуктов неполного сгорания в ОГ необходимо:

обеспечить работу двигателя на различных режимах на обедненной смеси;

улучшить качество смесеобразования;

уменьшить объем топливовоздушной смеси или топлива в зоне гашения;

не допустить сильного разбавления тонливовоздушной смеси

Авторами совместно с Горьковским филиалом Всесоюзного центра натентных услуг проведены патентные исследования технического уровня создаваемых карбюраторов маломощных двухтактных ДВС с вертикальным или горизонтальным расположением коленчатого вала. На таких двигателях применяют простые и невысокой стоимости карбюраторы. Карбюраторы действуют но принципу распыления топлива в нотоке воздуха, который засасывается через него в цилиндр двигателя.

Простейший мотоциклетный карбюратор имеет поплавковую и смесительную камеры. Поплавковая камера служит для поддержания постоянного уровня топлива в карбюраторе, смесительная - для приготовления горючей смеси. Схемы работы всех применяемых на мотоциклах карбюраторов идентичны, однако конструкции их значительно отличаются между собой. Карбюраторы изготовляют с нлоскими дроссельными заслонками, которые Б настоящее время нрименяют на всех отечественных мотоциклах, снегоходах и других устройствах, и с цилиндрическими дроссельными заслонками, используемыми на зарубежных мотоциклах (рис. 2.22). Отличаются карбюраторы также расположением но-плайковой камеры (центральное или боковое).

Конструкция карбюратора должна обеснечивать стабильную работу двигателя на всех режимах (без нагрузки, с нагрузкой 52

Рис. 2.22. Карбюратор ЙИКОВг 1 - главный жиклер; 2 а 3 - регулировочные ввиты соответствеиио количества и качества; 4 жиклер холостого хода

или с перегрузкой) и бесперебойный переход с одного режима на другой, а также легкий пуск двигателя.

На дорожных мотоциклах ЯВА, 43 и спортивных мотоциклах производства ЧСФР и ГДР устанавливают карбюраторы с цилиндрической дроссельной заслонкой с центральным или боковым расположением поплавковой камеры. Карбюраторы ЙИКОВ с поплавковой камерой обеспечивают достаточно точное регулирование уровня топлива, но требуют тщательной настройки (рис. 2.22). Для новышения топливной экономичности двухтактных карбюраторных ДВС возможны следующие пути совершенствования карбюраторов: разработка специальных систем смесеобразования и дозирования тонлива; разработка и нрименение устройств, отключающих нодачу топлива в цилиндр (или часть цилиндров) на частичных нагрузках; использование устройств с электронным унравлением для корректирования состава смеси на отдельных режимах.

Наибольшее количество токсичных веществ, как показали исследования и испытания транспортных средств, выделяется нри ускорении и замедлении движения, а также на режиме холостого хода, так как скорости в диффузоре на этих режимах небольшие.

Совершенствование смесеобразования в карбюраторах на режимах торможения, ускорения и холостого хода возможно нрове-дением следующих мероприятий:

применением щитков или удлиненных трубок для отвода топлива из тонливного отверстия холостого хода к середине смесительной камеры;

размещение нромежуточных камер в системе холостого хода карбюратора;

использование дроссельных заслонок с отверстиями или прорезями, через которые воздух с большой скоростью ноступает в зону топливного отверстия холостого хода и улучшает смесеобразование;

установкой за дроссельной заслонкой специальной насадки Вентури, через которую при закрытой дроссельной заслонке проходит весь воздух и из системы холостого хода подается топливо.

Проведенный анализ позволяет сделать вывод, что основными направлениями совершенствования конструкций карбюраторов две являются снижение токсичности ОГ, обеспечение необходимого состава тонливовоздушной смеси, улучшающего смесеобра-