Система выпуска отработавших газов в двухтактных двигателях

Известно, что выпускная система отработавших газов в двухтактном двигателе является не вспомогательной принадлежностью, а одной из важнейших его частей, так как оказывает значительное влияние на процессы продувки, наполнения и тепловой режим. Правильно выполненная выпускная система позволяет увеличить мощность, уменьшить удельный расход топлива и снизить тепловую напряженность деталей цилиндро-поршневой группы в определенном интервале скоростных режимов двигателя. Один раз оценив преимущества работы мотора с «настроенной» выпускной системой, вы уже не сможете отказаться от нее, это будет равносильно эксплуатации неисправного двигателя.

Мощность двигателя зависит от коэффициента наполнения, показывающего в долях единицы, какая часть рабочего объема цилиндра заполнена топливной смесью. Коэффициент наполнения зависит как от подачи топливной смеси из картера в цилиндр, так и от потерь смеси в выхлопную трубу при открытии продувочных и выпускных окон. Выпускная система влияет и на подачу смеси за счет изменения давления в картере.

Для увеличения коэффициента наполнения необходим определенный характер изменения давления у выпускного окна (рис. 1). Перед началом выпуска в точке А давление должно быть небольшим. При открытии выпускных окон отработавший газ устремляется в выпускную трубу, образуя волну давления. В период продувки (на унастке ВС) необходимо разрежение, способствующее поступлению свежего заряда топливной смеси через продувочные каналы и снижению давления в картере. После окончания продувки (в точке С) давление у выпускного окна вновь должно стать высоким.

Требуемый характер изменения давления может быть получен применением выпускной трубы определенной конфигурации и длины. От конфигурации зависит величина давления а период продувки. Лучшие результаты дает труба с плавным увеличением диаметра — конусным раструбом с углом при вершине 5÷6°. От длины трубы — расстояния от выпускного окна цилиндра до первой перегородки — зависит своевременное повышение давления после окончания продувки, которое создается за счет возвращения отраженной от перегородки волны давления, возникающей в первоначальный период выпуска газов. Если труба окажется короче, чем необходимо, отраженная волна подойдет раньше срока, и характер изменения давления у выпускного окна (на рис. 1 изображен пунктиром) не будет способствовать улучшению работы двигателя.


Необходимая длина трубы до первой перегородки может быть определена по формуле:


где α_пр — период открытия продувочных окон в градусах угла поворота коленчатого вала; n — число оборотов в мин; с — скорость распространения волны давления, равная скорости звука в среде отработанных газов.

Для различных двигателей и условий работы указанная скорость будет различна, так как она зависит от средней температуры газов в трубе. Чем выше температура, тем больше скорость распространения волны. Для предварительного расчета величина скорости может быть выбрана по графику (рис. 2). Для двигателей с водяным охлаждением, снабженных охлаждаемым выхлопным коллектором, величина скорости должна выбираться на 15÷20% ниже. Чтобы полностью исключить последствия возможной ошибки при определении длины трубы, автор разработал выпускную систему с регулируемой длиной для форсированного мотора «СМ-557Л», установленного на «Казанке» с водометным движителем (рис. 3) (см. №16).

Внутри трубы помещен изготовленный из 6-миллиметрового прутка шток 1 с приваренной но конце шайбой 2, имеющей отверстия для выхода газа. Перемещая шток за рукоятку 3, можно найти и зафиксировать при помощи накидной гайки (4) его наивыгоднейшее положение. Регулировку лучше производить при работе мотора на максимальной мощности, момент «настройки» чувствуется по увеличению скорости лодки. Труба выполнена разъемной для монтажа на лодке.

Так как двигатель и корпус лодки вибрируют, то крепление заднего конца выпускной трубы, во избежание поломки дюралевого транца, следует производить через эластичное звено.

Я проверил три способа отвода отработавших газов наружу: в воду и в атмосферу — через ряд мелких отверстий общей площадью 2 см² и через глушитель мотороллера «Тула-200», который крепился к транцу лодки. Последний способ предпочтительнее. Подобная система выпуска может быть применена для любого одно- или двухцилиндрового двухтактного двигателя с кривошипно-камерной продувкой. Для четырехцилиндрового двигателя с раздельными кривошипными камерами необходимы две трубы. Эффект от применения «настроенной» системы выпуска на четырехтактных двигателях меньше, да и длина трубы для них должна быть вдвое больше. Прирост мощности двухтактных двигателей в среднем составляет 15÷20%, снижение удельного расхода топлива — 7÷10%. Еще раз хочется подчеркнуть, что «настроенная» система не только улучшает параметры двигателя, но и снижает тепловую напряженность деталей цилиндро-поршневой группы.