Продувка

Эта фаза составляет ключевую проблему теории двухтактного двигателя с высокой удельной мощностью. Она чрезвычайно сложна, так как необходимо одновременно:

· освободить цилиндр от сгоревших газов,

· наполнить его свежими газами,

· не потерять слишком много свежих газов на выпуске

Если бы продувка осуществлялась только путем сжатия свежей газовой смеси в картере, она была бы практически невозможна. На самом деле, продувка намного сложнее той, которая описывалась в теоретической схеме действия двухтактного цикла.

Первым открывается выпускное окно. Выхлопные газы, которые все еще имеют достаточно высокое давление, начинают выходить сами собой. При этом давление в цилиндре постепенно падает. Когда открываются перепускные каналы, оно уже достаточно низкое для того, чтобы свежие газы могли войти, в свою очередь, в цилиндр. При согласованной выпускной системе сами сгоревшие газы, выходя, всасывают свежие газы в цилиндр, а затем останавливают их в цилиндре благодаря набеганию обратной волны давления, отраженной от сужения резонатора.

Исходя из этого, остается рассмотреть устройства, применяемы для:

· предотвращения «короткого замыкания» свежей газовой смеси на выпускное окно

· предотвращения существования непродуваемой зоны в цилидндре, в которой скапливались бы сгоревшие газы,

· предотвращения смешивания свежей газовой смеси со сгоревшими газами во время продувки.

Отсутствие смешивания свежей газовой смеси со сгоревшими газами связано с различием их плотности и давления. Свежие газы намного плотнее сгоревших газов. Их давление также выше благодаря смещению моментов открытия выпускного и перепускных окон.

Процесс продувки обеспечивает хорошую направленность различных газовых столбов. Первой изобретенной системой была продувка с помощью поршня с дефлектором и перепускного окна напротив выпускного, как было представлено в первой главе. Роль дефлектора заключалась в отклонении свежих газов к головке цилиндра и предотвращении их «короткого замыкания» на выпускное окно.

Эта система имела много недостатков – слишком большой вес поршня, значительный нагрев днища поршня, неблагоприятная форма камеры сгорания и т.д. Пришлось конструкторам взяться за разработку системы продувки с плоским поршнем. Было запатентовано много систем.

На самом деле, на всех современных двухтактных гоночных двигателях применяется система, разработанная на основе продувки, изобретенной доктором Шнюрле и использующей два перепускных окна, расположенных по одну и по другую сторону выпускного окна. Они направляют свежие газы в направлении, противоположном выпуску. Направляясь сначала параллельно днищу поршня, свежие газы собираются на стороне, противоположной выпускному окну, затем поднимаются к головке цилиндра, толкая перед собой сгоревшие газы.

Впоследствии этот метод продувки все более совершенствовался на различных гоночных двигателях. Эти усовершенствования производились в зависимости от различных школ, картов, мотоциклов, мотовелосипедов.

Первое усовершенствование состояло в создании третьего, значительно наклоненного к верху перепускного окна напротив выпускного окна. Это окно питалось через окно, расположенное прямо под днищем поршня. Кстати, сначала Вальтер Кааден, поместив третье перепускное окно на двигателях MZ, стремился, в основном, добиться охлаждения днища поршня и предотвратить нагрев свежих газов в картере. Только случайно он установил, что благодаря улучшению продувки мощность возрастает.

Постепенно появились:

На картовых двигателях с ротационным клапаном или с пластинчатыми клапанами:

· Продувка с 5 перепускными окнами (Parilla). Два окна были лишь простыми выемками в цилиндре, также питаемыми через отверстия, просверленные под днищем поршня.

· Возврат к продувке через 3 перепускных канала, причем третий канал расположен внизу цилиндра, как и главные перепускные каналы. На картах такой двигатель называют двигателем типа «ТТ» (буквально “Trough the trim”) – по названию двигателя Parilla TT 22, распространившего этот метод. Таким образом, была установлена повышенная эффективность продувки. В таком случае, конкретная роль третьего перепускного канала с точки зрения охлаждения уже не гарантирована. Она должна учитываться в зазоре между поршнем и цилиндром.

· Продувка типа «ТТ» с 5 перепускными каналами (Sirio), при которой третий канал разделен на три окна.

· Скошенные главные перепускные каналы, предназначенные для того, чтобы не стеснять поступление свежих газов черех третий перепускной канал (Rotax).

· Применение усилителей выпуска, позволяющих более быстрое опорожнение цилиндра и, в то же время, облегчающих поступление свежих газов.

· Прогрессивное увеличение поперечного сечения третьего перепускного канала, который сначала был разделен на два окна, но затем снова вернулся к первоначальной форме, став больших размеров.

На картовых двигателях с впуском с помощью юбки поршня:

· Продувка через 4 перепускных канала, два из которых, дополнительные, выходят перед главными перепускными каналами и отклоняются к низу, проходя по обе стороны впускного окна.

Продувка через 4 перепускных канала является классической для двигателей с впуском с помощью юбки поршня, как показывает данная схема продувки двигателя мотоцикла YAMAHA 70-х годов.

Еще до применения перепускных каналов типа «ТТ» делались попытки улучшить продувку за счет увеличения количества дополнительных перепускных каналов, как на этой модели Komet 70-х годов.

СОВРЕМЕННАЯ ПРОДУВКА:

1 – Газы толкают поршень вниз.

2 – Как только открывается выпускное отверстие, усилители облегчают эвакуацию сгоревших газов, все еще имеющих высокое давление.

3 – Свежие газы поступают, в то время, как волна разрежения, создаваемая резонатором, облегчает выход сгоревших газов, имеющих невысокое давление.

4 – Свежие газы толкают остатки сгоревших газов к выпускному окну.

5 – Волна противодавления, создаваемая резонатором, предотвращает излишнюю потерю свежих газов через еще открытое выпускное окно.

ЭВОЛЮЦИЯ ФОРМЫ ОКОН:

1 – Первоначальная система продувки Шнюрле.

2 – Продувка через три перепускных канала, обычных, а затем типа «ТТ».

3 – Дополнительные вырезы в гильзе.

4 – Настоящие дополнительные перепускные каналы с усилителями выпуска.

5 – Широкий третий перепускной канал + скошенные главные перепускные каналы.

6 – Третий разветвленный перепускной канал.

7 – Широкий третий перепускной канал, скошенные главные перепускные каналы + усилители выпуска.

8 – Барический выпуск, без перегородок и больших усилителей.

9 – Современная тенденция: значительный третий перепускной канал, скошенные главные перепускные каналы слегка отодвинуты, чтобы не мешать третьему перепускному каналу. Барическое выпускное окно уменьшенного размера и большие усилители, которые простираются все дальше и дальше над главными перепускными каналами.

Когда выпускное окно открывается менее чем на 70^о, уже нет необходимости разделять его с помощью перегородки.

1 – Впуск с помощью юбки поршня, центральный перепускной канал заменен двумя перепускными каналами по обе стороны впускного окна.

2 – На этом двигателе KometK 55 главные перепускные каналы не скошены, а центральный перепускной канал небольших размеров.

3 – На этом устаревшем двигателе DINOChallenge, третий перепускной канал сильно заужен в своей верхней части.

4 – На этом двигателе ТТ 75 уже имелся третий перепускной канал.

5/6 – На этом двигателе ROTAX имеются очень крупный третий перепускной канал и сильно скошенные главные перепускные каналы.

7 – SIRIO 50: В течение некоторого времени решение искали в цилиндрах. Теперь этот вариант вышел из употребления.

8 – Цилиндр двигателя ТМ К 8 с многоканальным перепуском.

1/2/3 – В последовательном порядке: три довольно старых концептуальных принципа – YAMAHART100, NAP и KOMETK 55.

4/5/6/7 – Для сравнения с новейшими концептуальными принципами в последовательном порядке –ROTAX, PARILLAReed-jet, ITAL-SISTEM и CRG.

8 – Совершенно отличающаяся конструкция цилиндра с многоканальным перепуском на двигателе ТМ КV.

· Применение разветвленного впуска с настоящим третьим перепускным каналом (RKD).

· Впуск под выпускным окном (PCR), по тем же причинам.

На двигателях мотоциклов с ротационным клапаном или с пластинчатыми клапанами:

· Разветвление, то есть разделение на три части двух главных перепускных каналов, каналы выходят в цилиндр под все более и более наклонным углом по мере их удаления от выпускного окна.

· Сочетание третьего перепускного канала ограниченного размера и разветвления главных перепускных каналов.

· «Барический» выпуск с усилителями для лучшего опорожнения цилиндра.

Следующие схемы ясно показывают выгоду этих последовательных компоновок, целью которых является улучшение продувки центральной части цилиндра, которая плохо опоражняется в двигателе с двумя перепускными каналами.

Постепенно эти системы более или менее сошлись на одном решении, по-прежнему основанном на продувке Шнюлера, но с постоянно возрастающей ролью дополнительного перепускного канала и многооконного выпуска и с расположением усилителей все ближе к «главным» перепускным каналам.