Схема работы 2х тактного двигателя: Принцип работы 2-х и 4-х тактных двигателей

Содержание

Принцип работы 2-х и 4-х тактных двигателей

Чем четырехтактный мотор лучше двухтактного?

Для начала рассмотрим устройство двигателей внутреннего сгорания.

Тактом рабочего цикла ДВС является ход поршня от одной мёртвой точки до другой. Один такт соответствует 180-градусному повороту (полуобороту) коленчатого вала. При 4-тактном процессе рабочий цикл осуществляется за два оборота вала, при 2-тактном — за один.

Присутствуют те же 4 такта: впуск — сжатие — расширение — выпуск. Сначала открывается впускной клапан, поршень идёт вниз, под действием создающегося разрежения в цилиндр поступает свежая топливовоздушная смесь или воздух — это такт впуска. Затем клапан закрывается, поршень идёт вверх — происходит сжатие. Следующий такт: сжатая смесь воспламеняется искрой или в сжатый воздух форсунка впрыскивает топливо, которое самовоспламеняется, поршень под действием этого идёт вниз — это расширение, или рабочий ход поршня.

Двигатель совершает полезную работу именно в течение такта расширения. Потом поршень идёт вверх, открывается выпускной клапан, через который продукты сгорания топлива выходят в атмосферу — это такт выпуска.

В случае с двухтактным процессом всё уже не так просто. Такты условно называются сжатие и расширение. Как видно, места отдельным тактам впуска и выпуска здесь не нашлось. Это не случайно. Хотя в двухтактном двигателе процессы впуска и выпуска присутствуют, для их осуществления необходимо, чтобы давление на входе в цилиндр было выше атмосферного. То есть нужен принудительный наддув. Те, кто знаком с двухтактными мотоциклетными бензиновыми двигателями, могут возразить: на мотоциклах нет никаких турбо- или механических компрессоров. Отдельного компрессора в мотоциклетном двухтактнике действительно нет. Функция компрессора возложена на картер двигателя.

В простых мотоциклетных моторах нет клапанов в головке цилиндра, вместо них существуют впускные и выпускные окна в стенках цилиндра, перекрываемые телом поршня. Впускные окна связаны с карбюратором не напрямую, а через перепускные каналы, выходящие в картер. В течение хода поршня вверх нижний край открывает окно, на котором находится карбюратор, рабочая смесь под действием разрежения, создаваемого идущим вверх поршнем, устремляется в картер. Когда поршень идёт вниз, он перекрывает это окно, рабочая смесь начинает сжиматься. Поршень идёт далее вниз, открывая перепускные окна, рабочая смесь под давлением подаётся в цилиндр, где вытесняет отработанные газы в выпускное окно. Поршень идёт снова вверх, и процессы под его днищем повторяются, а в это время в цилиндре происходит сжатие рабочей смеси. Затем сжатая смесь воспламеняется свечой, и поршень идёт вниз, совершая такт расширения, или рабочий ход.

По материалам сайта airbase.ru

Преимущества и недостатки двух и четырех тактных ЛОДОЧНЫХ моторов.

Двухтактные преимущества

1. Меньший вес. Пример: 15 л.с. 2х тактный 36 кг 4-х тактный 45 кг. Казалось — бы 45 кг. — легко. Все не так просто. Вес мотора распределен крайне неравномерно. Примерно 90% весит голова (сам двигатель) 10% нога. Не нужно также забывать и о большем у 4-х тактников размере головы. Все это + одна маленькая не всегда удобная ручка для переноски делает этот процесс крайне затруднительным. 

2. Цена. 4-х тактные двигатели сложнее в производстве, состоят из большего количества деталей, поэтому всегда дороже 2-х тактников.

3. Удобство перевозки 2-х тактника. Можно возить в любом положении, перед началом эксплуатации не требует отвешивания. Т.е. достал из багажника, поставил, завел, поехал. 

4. 2-х такт мотор живее реагирует на ручку газ. В 4-х тактниках для совершения полного рабочего цикла поршню необходимо сделать 2 полных оборота в то время как в 2-х тактных только один. Частый вопрос: А правда ли что 4-х такная 15 л.с. бежит быстрее чем такая же 2-х тактная? Ответ: нет не правда.

У обеих этих двигателей мощность на валу 15 л.с. При прочих равных условиях почему один мотор должен ехать быстрее второго?

Двухтактные недостатки

1. Больший расход топлива. Напомним, примерный расход можно высчитать по формуле: для 2х такта 300 грамм на одну лошадинную силу для 4х такта 200 грамм.

2. Шумноcть. На максимальных оборотах 2-х тактные моторы как правило работают немного громче 4х тактников.

3. Комфорт. 4-х тактные моторы не так вибрируют на малых оборотах (Касается только двухцилинровых двигателей. Одноцилиндровые и 2-х и 4-х тактники вибрируют примерно одинаково) и не так дымят как 2-х тактники. Дымность важный момент, особенно если вы любите тролить.

4. Долговечность. Довольно спорный пункт. Бытует мнение, что 2-хтактные моторы менее долговечны. С одной стороны это понятно, потому как масло для смазки трущихся элементов двигателя подается вместе с бензином, а значит работает не так эффективно в отличие от  4-х тактных двигателей где трущиеся элементы буквально плавают в масле. Но с другой стороны 4-х тактный мотор по конструкции намного сложнее конкурента, состоит из значительно большего числа деталей, а золотой принцип механики «Чем проще тем надежнее» еще никто не отменял.

Какой же лодочный мотор выбрать? 

Взвесьте все за и против изложенные выше и сделайте выбор самостоятельно. Однозначного ответа на вопрос: какой из моторов лучше Вы не найдете ни в одной из книг ни на одном из форумов. И у тех и у других типов двигателей есть свои поклонники. Личное мнение автора: мотор до 40 л.с. должен быть 2-х тактным, а свыше 40 л.с. — четырехтактником.

Выберите свой лодочный мотор Тохатсу!

Устройство 2 х тактного двигателя

Эра двигателей внутреннего сгорания насчитывает уже более одного столетия. Если в наши дни понятие «мотор» более чем привычно уху, то еще в позапрошлом веке такая техника не была известна еще никому. И каким бы сложным изобретением ДВС не казался поначалу, на самом деле, двигатель устроен достаточно примитивно, и его устройство может понять даже человек, далекий от автомобильной техники.

Сегодня мы рассмотрим принцип работы двухтактного двигателя, изучим диаграммы его работы и разберемся, какова физика протекающих в нем процессов.

Принцип работы

Изобретение простейшего 2-х тактного ДВС датируется концом 19 столетия. За все время существования подобных агрегатов их конструкция подверглась значительным изменениям, стала совершеннее и надежнее. Тем не менее, сама схема работы не подверглась значительным изменениям, а диаграмма, описывающая оба такта, выглядит так же, как и раньше.

Такая диаграмма описывает такты, которые называются впускным и выпускным.

Впускной такт 2-х тактного мотора предполагает подачу в цилиндр свежей топливной смеси из карбюратора. Второй — выпуск отработанной смеси, которая тут же поступает в глушитель, уменьшающий шумовой эффект и нейтрализующий часть токсичных выделений.

Наименьшее давление газа в поршне, отображаемое в начале диаграммы, знаменует первый такт работы 2-х тактного ДВС.

В течение этого промежутка времени поршень стремится к своей верхней мертвой точке из крайней нижней. Во-первых, здесь стоит отметить состояние выпускного окна поршня, которое в этот момент находится в открытом состоянии. Отработавшая смесь выводится в сторону глушителя. На диаграмме в этот момент отмечается резкое повышение давления, которое вскоре доходит до своего пика.

Логично, что при понижении давления в верхней камере 2-х тактного ДВС происходит сильнейшее разрежение в камере сгорания, что на диаграмме работы отображается в виде резкого понижения исходного давления. Появление такого вакуума способствует тому, что смесь, приготовленная карбюратором, стремится из области высокого давления в область низкого, что является особенностью устройства ДВС подобного типа.

В итоге поршень достигает своей верхней точки, и начинает работать свеча зажигания. Здесь происходит розжиг поступившей свежей смеси, что заставляет выполнить ее работу на расширение и дать толчок поршню, немедленно перемещающемуся вниз.

Второй такт работы ДВС знаменуется тем, что при движении поршня вниз не только воспламеняется смесь, но и открывается так называемое продувочное окно. Через него в камеру сгорания поступает свежая смесь, которой только предстоит сгореть. В тот же момент отработанная и сгоревшая смесь выводится через выпускное окно наружу, принимается выпускным коллектором, а затем отправляется в глушитель и в атмосферу.

Механическая составляющая

Теперь, когда подробным образом изучена физическая составляющая работы ДВС, стоит узнать внутреннее расположение механических элементов двигателя, составляющих единый механизм, которым обладают двухтактные двигатели.

Основная составляющая такого двигателя — это цилиндр. Этот полый внутри металлический резервуар с толстыми стенками выполняет функции не только камеры, в которой сгорает топливная смесь, но и устройства обмена свежей и отработанной смеси в процессе работы.

Внутри цилиндра работает и сам поршень. Основная его часть имеет систему резиновых колец, которые обеспечивают равномерное распределите смазки внутри мотора и предотвращают смешение свежей и отработанной смеси между собой.

Поршень соединен с шатуном, который имеет форму металлического узкого цилиндра и соединяет поршень с коленчатым валом. Основная идея подобного изобретения — превращение толкательного движения во вращательное. К слову, именно благодаря этому механизму удалось превратить каждое движение поршня вверх или вниз в постоянное вращение ведущего колеса.

Последняя, но не менее важная составляющая, которая включена в двухтактный двигатель — это коленчатый вал. Такая деталь представляет собой не что иное, как механизм передачи энергии двигателя колесам. Благодаря своей форме и особенностям работы шатуна, частота вращения коленвала полностью совпадает с оборотами двигателя, а потому привычное добавление газа дает эффект резкого ускорения.

Смазка

Одной из особенностей, которыми обладает двухтактный двигатель, является уникальная система смазки, которая не является новой, но по-прежнему вызывает немало вопросов у неопытных механиков или тех, кто столкнулся с необходимостью разобраться в устройстве подобных ДВС впервые.

В первую очередь, стоит понять, где находится масляный картер.

Как известно, у большинства современных автомобилей двигатель имеет внутреннюю полость, в которую и заливается масло. Его объем составляет порядка нескольких литров, а тип, консистенция и марка производителя остаются на усмотрение владельца и зависят от многих факторов.

Принцип работы подобной системы смазки заключается в следующем. При перемещении поршня происходит активная циркуляция масла по специальным каналам высокого и низкого давления. Структура этой системы довольно сложна, а потому она постоянно модифицируется и изменяется, дабы достичь лучших технических показателей и надежности силового агрегата.

Циркулируя по этой системе каналов, масло распределяется не равномерно, а таким образом, чтобы в большем количестве находиться в местах сильнейшего трения. Это позволяет устранить многие типичные неполадки ДВС устаревшего типа: постоянный износ поршня и маслосъемных колпачков, перегрев и прочие мелкие и крупные неприятности, требующие вмешательства и ремонта.

В случае с двухтактными силовыми агрегатами, техническая схема практически аналогична приведенной выше. Главной особенностью и отличием является то, что здесь масло представляет собой единую смесь с топливом.

То есть здесь нет отдельного картера, предназначенного для заливки моторного масла в специальный резервуар.

На данном этапе возникает закономерный вопрос: как же тогда осуществляется смазка всех подвижных механизмов и каким образом маслу удается не сгорать?

На самом деле, все гораздо проще, чем может показаться на первый взгляд. Во-первых, стоит уточнить: масло сгорает точно так же, как и поступающее топливо, в цилиндре. Выходит так, что, поступая из карбюратора в камеру сгорания, смесь проделывает достаточно сложный путь, пролегающий через сложную систему каналов. В этот промежуток времени и осуществляется смазка подвижных деталей, предотвращающая их порчу и преждевременный износ, а также улучшающая характеристики силового агрегата.

Чаще всего, пропорции топлива и масла примерно равны, а вот вязкость и прочие характеристики последнего несколько отличаются от жидкостей для четырехтактных моторов: свойства будут направлены на то, чтобы обеспечить наименьший эффект от горения и засорение сажей выпускной системы транспортного средства.

Охлаждение

Еще один немаловажный момент, определяющий характеристики двигателя и его свойства, — это система охлаждения.

Такие системы бывают всего двух типов — жидкостного и воздушного. В чем состоит их принцип работы? В жидкостной системе основной компонент охлаждения — это вода, тосол или антифриз. По системе трубок жидкость прогоняется через корпус двигателя, забирая у него часть тепловой энергии и перенося ее на себя.

Далее разогретая жидкость через систему индикаторных устройств поступает в радиатор, где вся ее тепловая энергия выделяется в окружающую среду и разрежается.

Перегон жидкости осуществляет помпа, которая имеет ременной привод с маховиком, подсоединенным к коленчатому валу двигателя.

Тем не менее, на двухтактных моторах такая система применяется не столь часто из-за своей громоздкости и дороговизны. Чаще всего на двухтактный двигатель устанавливается воздушная система охлаждения. Так, радиатор обдувает вентилятор, подсоединенный к коленвалу посредством ременной передачи. Также при движении происходит обдув раскаленного корпуса при помощи потоков воздуха, поступающих через систему дефлекторов.

К сожалению, нельзя не сказать о недостатках подобной системы: часто мотор перегревается, и в жару приходится прибегать к определенным ухищрениям, которые, тем не менее, не полностью решают проблему. Отсутствие индикаторного оборудования не всегда позволяет определить неполадку на глаз.

Подводя итоги

Двухтактный двигатель — это примитивная система, которая обладает неплохими свойствами, а потому широко применяется на технике. Благодаря небольшому количеству составляющих и относительно простому принципу работы, самостоятельный ремонт подобных агрегатов не представляет большого труда и под силу даже человеку, далекому от техники и не знающему всех тонкостей работы силовых агрегатов.

На сегодняшний день существуют два типа двигателей:


Рассмотрим принцип работы двухтактного двигателя. Все рабочие циклы в двухтактном (процесс впуска топлива и выпуск выхлопных газов, продувка) осуществляются за два основных такта за один оборот коленвала. У данного типа двигателей отсутствуют впускной и выпускной клапаны. Эту роль выполняет поршень, который при своих движениях поочередно закрывает продувочные, выпускные и впускные окна. Это делает данный тип двигателей конструктивно более простыми.

Возможности и преимущества двухтактных

Теоретически мощность двигателя данного типа, при одинаковых размерах цилиндра и скорости вращения вала, в два раза выше, чем у 4х-тактного благодаря увеличению числа рабочих циклов. Но в связи с неполным использованием хода поршня при расширении, худшее освобождение цилиндра от выхлопных газов и частичной затраты мощности на продувку приводят к увеличению мощности двигателя лишь на 60-70 процентов.

Как он устроен

Устройство двигателя состоит из картера, в котором с двух сторон на подшипниках установлен коленвал и цилиндр. В цилиндре перемещается поршень, который представляет из себя металлический стакан, на котором в канавки вложены пружинные поршневые кольца. Эти кольца не пропускают газы между стенкой цилиндра и поршнем. В поршне имеется металлический стержень — палец, который соединяет его с шатуном. Шатун передает возвратно-поступательные движения поршня во вращательные движения коленвала.

Для смазки подшипников и трущихся поверхностей двухтактного двигателя используется топливная смесь, в которую подмешивают немного масла. Смесь топлива с маслом попадает как в кривошипную камеру, так и в цилиндр. В этих узлах смазки нигде нет, так как она бы все равно смылась топливной смесью. Именно поэтому масло добавляют к бензину в определенной пропорции. Для этого используется специальный тип масла, предназначенный специально для двухтактных двигателей. Такое масло способно выдерживать высокую температуру, а при сгорании с топливом оставлять после себя наименьшее количество зольных отложений.

Как он работает

Рассмотрим принцип работы. Полный рабочий цикл в двухтактном двигателе внутреннего сгорания происходит за два такта:

Такт первый

Сжатие. Поршень двигается из положения нижней мертвой точки в положение к верхней, при этом закрывает сначала продувочное, а потом выпускное окно. После этого в цилиндре происходит сжатие поступившей в него раннее топливной смеси. Вместе с этим в кривошипной камере под поршнем, после перекрывания продувочного окна, создается разряженное пространство. Под действием этого разряжения через впускное окно в кривошипную камеру из карбюратора попадает горючая смесь.

Такт второй

Рабочий ход. Когда поршень установлен в положении верхней точки, сжатая топливная смесь поджигается от свечи электрическим разрядом, в результате чего давление и температура газов резко увеличивается. Под действием этого расширения поршень двигается в положение нижней мертвой точки — расширившийся газ осуществляет полезную работу. При этом, опускаясь вниз, он образует большое давление в кривошипной камере, закрывающее клапан. После закрытия клапана газы не могут повторно попасть во впускной коллектор и карбюратор.

При достижении поршнем выпускного окна, оно откроется и начинается выпуск выхлопных газов, давление их в цилиндре снижается. Двигаясь дальше, поршень открывает продувочное окно, и сжатые горючие газы в кривошипной камере проходит по каналу в цилиндр, продувая его от остатка газов. После этого цикл повторяется заново.
» alt=»»>

Заключение

Стоит сказать пару слов о зажигании. В связи с тем, что топливу для воспламенения необходимо время, разряд на свече зажигания должен появиться раньше, чем поршень дойдет до верхней точки, поэтому, чем быстрее двигается поршень, тем раньше должна быть искра. Бывают электронные и механические устройства, способные изменять угол зажигания, изменяющейся при разных частотах вращения.

Сегодня невозможно представить современную жизнь без двигателя внутреннего сгорания. Передвижение на собственном авто, поездки на общественном транспорте, покупка товаров, полет на самолете и другие действия. Эти процессы, так или иначе, связаны с двигателем.

Несмотря на количество всевозможных конструкций, и разновидностей силовых установок, поршневые моторы, на сегодня, распространены больше остальных. Количество тактов для выполнения рабочего цикла, делит агрегат на двухтактный и четырёхтактный двигатель. Эти типы моторов составляют большинство, среди разнообразия выпускаемой техники.

Разница между моторами возникает с точки зрения применения. Для установки на автомобильную технику, чаще используют четырехтактный агрегат, двухтактный двигатель применяют в том случае, если габариты и вес играют решающую роль.

Мотоцикл Suzuki RM125 с одноцилиндровым двухтактным двигателем

Создание двухтактного двигателя

Много предположений о том, кто первым создал двигатель внутреннего сгорания. Доподлинно известно, что первый двухтактный двигатель, работающий на газу, изобретен и сконструирован бельгийцем Жаном Жозефом Этьеном Ленуаром, произошло это событие в 1858 году.

Двигатель Ленуара (выставлен в музее)

На тот момент уже создана паровая машина, и изобретение бельгийца превосходило её по характеристикам. Мотор намного легче, проще, потреблял меньше топлива. Несмотря на преимущества, силовая установка имела много недоработок и уступала в надёжности. После того как Николас Отто, презентовал четырёхтактный двигатель, который на тот момент продуман детальней, о моторе работающем по принципу двух тактов, забыли, и длительный период времени нигде не использовали.

Во время Великой Отечественной войны силовая установка устанавливалась на самолёты. В нашем регионе моторы известны благодаря использованию на мотто технике. Трёхцилиндровые агрегаты, выполняющие два такта, используются на мотоциклах компаний Suzuki и Kawasaki. Сегодня двигатели эксплуатируются в авиации, здесь лидер австрийская фирма Rotax, выпускающая моторы для использования на небольших самолетах.

Двухтактный двухцилиндровый двигатель Rotax 582 UL

После ужесточения требований к экологическим нормам и выбросам двухтактный двигатель перестал применяться для установки на классический автомобильный транспорт. Однако, на лёгкой технике, как: скутера, снегоходы, катера заменить маленький и лёгкий агрегат не просто. Здесь конкурентов у двухтактной установки попросту нет.

Особенности двухтактного двигателя

Силовой агрегат, использующий два такта, хорош, поскольку прост и надёжен. Отличие двухтактного и четырехтактного двигателя заключается в выполнении рабочего цикла. Этот цикл заключается в двух тактах: сжатие и расширение, тогда как в четырёхтактном моторе присутствует такт впуска нового топлива и такт выпуска отработанного топлива. Интересен тот факт, что два эти такты присутствуют и у двухтактной силовой установки, иначе агрегат не смог бы работать, однако они объединены с процессами сжатия и расширения.

Выполняемый цикл наглядно демонстрирует, чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного мотора. Процесс двухтактного мотора проходит за оборот вала. Такая особенность добивается увеличения мощности установки в сравнении с оппонентом, в полтора раза. Несмотря на увеличение мощности, показатель отдачи занижен, а это отрицательный момент.

Кроме того, особенность приводит к выделению объёма тепла в процессе работы, что сильно перегревает мотор. Двухтактные силовые агрегаты нуждаются в интенсивном охлаждении. Положительный момент, работая, поршень совершает в два раза меньше движений, чем поршень четырехтактного механизма, это сокращает износ деталей и элементов.

Особенность агрегата, не присутствует механизм смазки. Масло подаётся непосредственно с горючим. С этой целью в бензобак добавляют смесь бензина и масла, соотношение один к пятидесяти, либо смешивают смазку с горючим в трубопроводе при впуске. Масло сгорает с бензином и выводится с продуктами отработки.

Отличительный момент и само горение. У четырёхтактного агрегата на это отводится один такт. В двухтактных установках сгорание происходит за доли секунды, поэтому для достижения эффекта механизм нуждается в настройках.

Двухтактные моторы нашли себя еще в одной отрасли, судостроение. Так же цилиндровые силовые установки применяют на скутерах, выпускаемых в больших количествах.

Принцип работы двухтактного двигателя

Что бы понять, почему четырёхтактные моторы вытеснили младших братьев на автомобильной технике, разберемся, как работает двухтактный двигатель.

Последовательность действий рабочего цикла силовой установки:

Такт сжатия.

Процесс сопровождается перемещением поршня снизу вверх. Движение провоцирует поступление горючего через отверстия продувки в агрегат, впоследствии, юбка поршня перегораживает эти отверстия. Дальнейшее движение сопровождается закрытием каналов выпуска, в которые выталкивались отходы горения. Между поршнем и верхней частью цилиндра, образуется пространство сгорания, в котором создаётся избыточное давление. Одновременно, в пространстве под поршнем, возникает разряжение, и пространство используется для перетекания обновлённой дозы горючего. Достигнув верхней точки, заряд загорается.

Схема двухтактного двигателя

Такт расширения.

Воспламенившись, порция создаёт избыточное давление, которое жмёт на дно поршня и заставляет перемещаться. Процесс сопровождается поочерёдным открытием окон, сначала на выпуск, потом на продувку. Спуск создаёт избыточное давление под поршневой камеры, под его воздействием горючее снова поступает в цилиндр, выдавливая оставшуюся отработку и наполняя пространство для повторения предыдущего такта.

Принцип работы двухтактного двигателя позволяет обходиться без системы газораспределения, делая легче и надёжней конструкцию агрегата. Обратная сторона, качество процесса газообмена. Двухтактный режим невозможен без продувки, процесс которой сопровождается выходом не сгоревшего топлива вместе с отработанными газами наружу. Это ведет к перерасходу горючего и повышенной токсичности выхлопа агрегата.

Стоит заметить, что выше описанная схема характерна для карбюраторных моторов. В случае с дизелем или инжектором, в цилиндр через отверстия продувки подаётся чистый воздух. Горючая смесь поступает посредством впрыска, эту работу выполняют форсунки.

Способы продувки цилиндров

Очевидно, что процесс продувки, механизм, квалифицирующийся, как сложный. Правильно выполненная продувка напрямую влияет на показатели мощности и коэффициента полезного действия. Для улучшения характеристик, конструкторы постоянно стараются усовершенствовать и довести процесс до идеала.

Как можно продуть цилиндр:

  • «Контурная» продувка.Вид продувки прост и поэтому распространён. Недостаток то, что применение связано с перерасходом топлива. Разновидности контурной продувки: возвратно-петлевая, дефлекторная, высотная.

  • «П-образная» продувка.Принцип «П-образной» заключается в применении только на моторах с двумя цилиндрами. При проведении, один цилиндр участвует в процессе впуска газов, второй выпускает отработку. Эффект продувки ощущается в топливной экономичности, процесс сопровождается неравномерным нагревом пары, отвечающей за выпуск.

  • «Клапанно-щелевая» продувка.Отличается тем, что требует наличия газораспределительного механизма для управления клапанами. Клапан используется, как для предоставления горючего, так и для вывода отработанных паров. Продувка предусматривает отвод отработки посредством клапана в головке цилиндров и поступление горючего через отверстия. Преимущество, что продувка повышает топливную экономичность и минимизирует показатель токсичности выпускаемых паров. Недостаток, сложность конструкции и нарушения режимов, связанных с повышением температуры работы агрегата.

  • «Прямоточная» продувка.Используется в силовых установках с количеством поршней равным двум. При этом расположение цилиндра находится в горизонтальном положении. Поршни двигаются, друг навстречу другу. В движении каждый поршень освобождает и перекрывает клапан: один поршень впускает порцию горючего, второй удаляет порцию отработки из цилиндра. Камера сгорания образуется в момент сближения поршней друг с другом. Эффект этого варианта продувки максимален: удаляет сгоревшие газы и экономит горючее. Минус, требуется сложный механизм кривошипов и шатунов, показатели температуры двигателя требуют применения охладителей и устойчивых материалов для изготовления деталей.

Двухтактный двигатель 5 ТДФ с прямоточной продувкой

Отличие двухтактного двигателя от четырёхтактного

Авто владельцы задаются вопросом: что лучше двухтактный или четырехтактный двигатель. Однозначного ответа нет, у каждого механизма положительные и отрицательные стороны, зависящие от предъявляемых к мотору требований.

Казалось бы, мощность мотора выполняющего два такта, в сравнении с равнозначным мотором, выполняющим четыре такта, больше, а значит он лучше. Однако, реальность сложней. На практике, возникают дополнительные утраты: частичное попадание и смешивание газовой отработки со свежим горючим, выброс части топлива при продувке. Результат, при выполнении одинакового цикла, агрегат, выполняющий два такта, по показателю экономичности уступает агрегату с четырьмя тактами.

Различен способ смазки силовых установок на четыре и два такта. Установка на два такта смазывается посредством смешивания масла для мотора и бензина. В четырёхтактном агрегате предусмотрен механизм смазки с использованием насоса, который расходует масла столько, сколько требует эксплуатация установки.

Двухтактные моторы не имеют клапанов, роль детали играет поршень, он открывает и закрывает отверстия впуска и выпуска. Отсутствие механизмов газораспределения упрощает силовой агрегат, делая обслуживание простым. Мощность установки, выполняющей два такта, считается выше, так как её цикличность выше. Однако, не полностью используя поршневой ход, потери мощности при продувке и остатках отработанных газов снижают показатель мощности.

Что бы было легче определить, какой двигатель лучше, двухтактный или четырёхтактный, представим краткое описание обоих силовых установок в виде таблицы:

Четырёхтактная силовая установка Двухтактная силовая установка
Рабочий процесс – оборотов коленчатого вала два. Рабочий процесс – оборотов коленчатого вала один.
Воспламенение рабочей жидкости происходит каждый раз при совершении второго оборота, как следствие, неравномерное распределение импульса и использование противовеса для устранения биений. Воспламенение рабочей жидкости происходит каждый раз при совершении оборота, как следствие, равномерное распределение импульса, работа мотора сбалансирована лучше.
Агрегат тяжёлый. Агрегат лёгкий.
Сложная конструкция силовой установки, присутствует газораспределительный механизм. Простота конструкции, отсутствие клапанов.
Агрегат дорогой. Стоимость ниже четырёхтактного.
Сложные устройства и механизмы приводят к заниженному показателю механического коэффициента полезного действия. Механический коэффициент полезного действия выше, чем у агрегата с четырьмя тактами.
Полное удаление паров отработки, следствие, повышенный показатель производительности. Остатки отработки смешиваются с новым горючим, из-за чего производительность мотора ниже.
Рабочая температура ниже. Рабочая температура мотора выше из-за нарушения смесеобразования.
Охлаждение жидкостное. Охлаждение воздушное.
Расход топлива ниже. Показатель расхода топлива увеличен, обусловлено смесеобразованием и продувкой.
Габариты силовой установки увеличены. Габариты силовой установки ниже.
Требует применения сложных механизмов смазки. Механизм смазки прост.
Работа агрегата менее шумная. Агрегат работает с большим шумом.
Клапанный механизм газораспределения. Функцию механизма газораспределения выполняет поршень и каналы.
Показатель использования тепла эффективен. Показатель использования тепла не эффективен.
Расход масла занижен. Показатель расхода масла завышен, поскольку часть смазки выбрасывается с отработанными газами.

Применять двигатель, выполняющий два такта при работе, целесообразно в моменты, когда речь не идёт об экономии топлива и смазки, а на первом месте стоят габариты и вес установки.

В то же время, в конструкции двухтактного двигателя кроется потенциал, который никак не удается реализовать на практике. Расчетный показатель мощности и экономичности в этом агрегате высок, сложность реализовать возникает из-за тонкости настроек. Возможно, в скором будущем благодаря применению электронных датчиков и механизмов контроля и настроек, двухтактным агрегатам удастся занять лидирующие позиции на автомобильном рынке.

Принцип работы 2х тактного мотора

В двухтактном лодочном моторе рабочий цикл происходит за два такта (один оборот коленчатого вала). На рис. 54 показан ра­бочий цикл двухтактного бензинового двигателя с так называе­мой дефлекторной продувкой.

Вместо выпускного и впускного клапанов в этом двигателе имеются выпускные и продувочные окна, расположенные в стен­ках цилиндра. Продувочные окна сообщаются с картером дви­гателя, а выпускные с атмосферой.

В таких двигателях применяется понятие полезного объема, который определяется объемом между положением поршня в ВМТ и нижним положением, когда поршень краем своего донышка открывает выпускные окна. Полезный объем цилиндра в этом случае будет меньше рабочего объема. Дей­ствительная степень сжатия определяется у двухтактных двигателей как отношение полезного объема к объему камеры сго­рания.

 

Принцип работы 2х тактного мотора- схема:

Первый такт — расширение (рабочий ход). В камере сгорания происходит воспламенение горючей смеси от электри­ческой искры (рис.54 а). Под действием, образовавшихся газов   поршень   движется   вниз, и открывает выпускные окна — 1 (рис 54 б). Этим заканчивается собственно рабочий ход порш­ня, так как газы выходят из цилиндра через выпускные окна в атмосферу. При дальнейшем движении поршня вниз откры­ваются продувочные окна 2 (см. рис. 54, б) и  в цилиндр входит свежая   горючая   смесь,   предварительно   сжатая в картере поршнем при его движении вниз. Свежая горючая смесь, на­правляясь дефлектором, вытесняет отработавшие газы, и, та­ким образом, происходит продувка цилиндра, и заряд его новой порцией горючей смеси.

Второй такт — сжатие. Как только поршень при движе­нии вверх от НМТ закроет продувочные и выпускные окна, начнется процесс сжатия горючей смеси (рис. 54, в). На этом же ходе за счет разрежения, создаваемого нижней частью поршня, в картер засасывается из карбюратора новая порция горючей смеси.

При подходе поршня к ВМТ, горючая смесь над поршнем воспламеняется от электрической искры, поршень идет вниз, и цикл повторяется.

Описанная продувка двигателя является разновидностью, так называемой кривошипно-камерной продувки.


1 – картер

2 – противовес

3 — продувочный канал

4 – поршень

5 – дефлектор

6 – цилиндр с воздушным охлаждением

7 — свеча зажигания

8 – выпускной канал

9 – карбюратор

10 – шатун

11 – коленчатый вал

Основные отличия – Мотомир Хабаровск

Рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания (ДВС) — представляет собой ряд процессов, в результате которых производится порция усилия (мощности), воздействующего на коленчатый вал двигателя. Рабочий цикл состоит из:

  • заполнения цилиндра топливной смесью;
  • ее сжатия;
  • воспламенения смеси;
  • расширения газов и очистки от них цилиндра.

Такт в ДВС — это движение поршня в одном направлении (вверх или вниз). За один оборот коленчатого вала совершается два такта. Тот из них, при котором происходит расширение сгоревших газов и совершается полезная работа, называется рабочим ходом поршня.


Двухтактный бензиновый двигатель для авиамоделей. Слева прикреплен карбюратор, справа — глушитель.

Двигатели, в которых рабочий цикл совершается за 2 такта (один оборот коленчатого вала), называются двухтактными. Двигатели, в которых рабочий цикл совершается за 4 такта (два оборота коленвала), называются четырехтактным. Двух- и четырехтактные двигатели могут быть как бензиновыми (карбюраторными), так и дизельными. Каковы основные эксплуатационные и конструктивные особенности бензиновых двухтактных и четырехтактных двигателей? Чем отличается двухтактный от четырехтактного? Чтобы лучше понять это, необходимо ознакомиться с принципом их работы.

Принцип работы четырехтактного бензинового двигателя

Рабочий цикл 4-х тактного двигателя состоит из четырех тактов: впуска, сжатия, расширения (рабочего хода) и выпуска.


Принцип работы четырехтактного двигателя

При впуске поршень опускается из верхней мертвой точки (ВМТ) в нижнюю (НМТ). При этом с помощью кулачков распределительного вала открывается впускной клапан, через который в цилиндр засасывается топливная смесь.

При обратном ходе поршня (из НМТ в ВМТ) происходит сжатие топливной смеси, сопровождающееся ростом ее температуры.

Перед самым концом сжатия между электродами свечи загорается искра, поджигающая топливную смесь, которая, сгорая, образует горючие газы, толкающие поршень вниз. Происходит рабочий ход, при котором совершается полезная работа.

После перехода поршня НМТ открывается выпускной клапан, позволяя двигающемуся вверх поршню вытолкнуть отработавшие газы из цилиндра. Происходит выпуск. В верхней мертвой точке выпускной клапан закрывается, и цикл повторяется снова.


Работа четырехтактного двигателя
Устройство четырехтактного бензинового двигателя (Honda): 1 — топливные фильтры, 2 — коленчатый вал, 3 — воздушный фильтр, 4 — часть системы зажигания, 5 — цилиндр, 6 — клапан, 7 — подшипник коленчатого вала.

Принцип работы двухтактного бензинового двигателя

Рабочий цикл 2-х тактного двигателя состоит из двух тактов: сжатия и расширения (рабочего хода). Впуск топливной смеси и выпуск отработанных газов, которые в 4-х тактных двигателях совершаются в отдельных тактах, в 2-х тактных происходят во время сжатия и расширения.


Принцип работы двухтактного двигателя
Принцип работы двухтактного двигателя

При сжатии поршень двигается из нижней мертвой точки в верхнюю. После того как перекроется сначала продувочное окно (2), через которое в цилиндр поступает топливная смесь, а затем выпускное (3), через которое выходят отработавшие газы, начинается сжатие воздушно-бензиновой смеси. Одновременно с этим в кривошипной камере (1) создается разрежение, засасывающее из карбюратора следующую порцию топлива. При подходе поршня к верхней мертвой точке смесь воспламеняется от искры свечи, и образовавшиеся газы толкают поршень вниз, вращая коленвал и производя полезную работу.

В кривошипной камере при рабочем ходе повышается давление, сжимающее топливную смесь, попавшую туда в предыдущем такте. При достижении верхней поверхности поршня (его уплотнительного кольца) выпускного окна, последнее открывается, выпуская отработавшие газы в глушитель. При дальнейшем движении поршень открывает продувочное окно, и находящаяся под давлением в кривошипной камере топливная смесь поступает в цилиндр, вытесняя остатки отработавших газов (осуществляя продувку) и заполняя надпоршневое пространство. При переходе поршня нижней мертвой точки рабочий цикл повторяется.


Работа двухтактного двигателя

Эксплуатационные и конструктивные отличия двухтактных и четырехтактных бензиновых двигателей

Основное отличие двухтактного двигателя от четырехтактного обусловлено различием механизмов их газообмена — т. е. подачи воздушно-топливной смеси в цилиндр и удалении отработавших газов. В четырехтактном двигателе процессы очистки и заполнения цилиндра производятся с помощью специального газораспределительного механизма, который открывает и закрывает в определенное время рабочего цикла впускной и выпускной клапана.

В двухтактном двигателе заполнение и очистка цилиндра выполняются одновременно с тактами сжатия и расширения — в то время, когда поршень находится вблизи нижней мертвой точки. Для этого в стенках цилиндра имеются два отверстия — впускное или продувочное и выпускное, через которые производится впуск топливной смеси и выпуск отработанных газа. Газораспределительный механизм с клапанами у двухтактного двигателя отсутствует, что делает его значительно проще и легче.

Литровая мощность. В отличие от четырехтактного двигателя, в котором один рабочий ход приходится на два оборота коленчатого вала, в двухтактном рабочий ход совершается при каждом обороте коленвала. Это означает, что 2-х тактный двигатель должен иметь (теоретически) вдвое большую литровую мощность (отношение мощности к литражу двигателя), чем 4-х тактный. На практике, однако, превышение составляет всего 1,5-1,8 раза. Это происходит из-за неполного использования хода поршня при расширении, худшего механизма освобождения цилиндра от отработавших газов, траты части мощности на продувку и прочих явлений, связанных с особенностями газообмена 2-х тактных двигателей.

Потребление топлива. Превосходя четырехтактный двигатель в литровой и удельной мощности, двухтактный двигатель уступает ему в экономичности. Вытеснение отработавших газов осуществляется в нем воздушно-топливной смесью, поступающей в цилиндр из кривошипно-шатунной камеры. При этом часть топливной смеси попадает в выхлопные каналы, удаляясь вместе с отработавшими газами и не производя полезной работы.

Смазка. Двухтактные и четырехтактные двигатели имеют различный принцип смазки двигателя. В 2-х тактных моделях она осуществляется смешиванием в определенных пропорциях (обычно 1:25-1:50) моторного масла с бензином. Воздушно-топливно-масляная смесь, циркулируя в кривошипной и поршневой камерах, смазывает подшипники шатуна и коленчатого вала, а также зеркало цилиндра. При возгорании топливной смеси масло, существующее в виде мельчайших капель, сгорает вместе с бензином. Продукты его сгорания удаляются вместе с отработанными газами.

Применяются два способа смешивания масла с бензином. Простое перемешивание перед заливкой топлива в бак и раздельная подача, при которой топливно-масляная смесь образуется во впускном патрубке, находящемся между карбюратором и цилиндром.


Раздельная система смазки двухтактного двигателя: 1 — масляный бак; 2 — карбюратор; 3 -разделитель троса газа; 4 — ручка газа; 5 — трос управления подачей масла; 6 — плунжерный насос-дозатор; 7 — шланг, подводящий масло во впускной патрубок.

В последнем случае двигатель имеет масляный бачок, трубопровод которого соединен с плунжерным насосом, подающим масло во впускной патрубок ровно в том количестве, которое требуется в зависимости от количества воздушно-бензиновой смеси. Производительность насоса зависит от положения ручки подачи «газа». Чем больше подается топлива, тем больше поступает масла, и наоборот. Раздельная система смазки двухтактных двигателей является более совершенной. При ней отношение масла к бензину при малых нагрузках может достигать 1:200, что приводит к уменьшению дымности, снижению образования нагара и расхода масла. Эта система используется, например, на современных скутерах с двухтактными двигателями.

В четырехтактном двигателе масло не смешивается с бензином, а подается отдельно. Для этого двигатели оснащены классической системой смазки, состоящей из масляного насоса, фильтра, клапанов, трубопроводной магистрали. Роль масляного бачка может выполнять картер двигателя (система смазки с «мокрым» картером) или отдельный бачок (система с «сухим» картером).


Система смазки четырехтактного двигателя с мокрым и сухим картером: 1 — поддон картера; 2 — маслозаборник; 3 — масляный насос; 4 — масляный фильтр; 5 — предохранительный клапан.

При смазке с «мокрым» картером насос 3 всасывает масло из поддона, нагнетает его в выходную полость и далее по каналам подает к подшипникам коленвала, деталям кривошипно-шатунной группы и газораспределительного механизма.

При смазке с «сухим» картером масло заливается в бачок, откуда с помощью насоса подается к трущимся поверхностям. Та часть масла, которая стекает в картер, откачивается дополнительным насосом, возвращающем ее в бачок.

Для очистки масла от продуктов износа деталей двигателя имеется фильтр. При необходимости устанавливается и охлаждающий радиатор, так как в процессе работы температура масла может подниматься до высоких температур.

Поскольку в двухтактных двигателях масло сгорает, а в четырехтактных нет, требования к его свойствам сильно разнятся. Масло, используемое в двухтактных двигателях, должно оставлять минимум нагара в виде золы и сажи, в то время как масло для четырехтактных двигателей должно обеспечивать стабильность характеристик в течение как можно более длительного времени.

Сравнение основных параметров двухтактных и четырехтактных двигателей:

  • Литровая мощность. У 2-х тактных двигателей выше в 1,5-1,8 раза, чем у 4-х тактных.
  • Удельная мощность (отношение мощности к массе двигателя). Также выше у 2-х тактных.
  • Обеспечение подачи топлива и очистки цилиндра. 4-х тактные двигатели оснащены газораспределительным механизмом, который отсутствует у 2-х тактных двигателей.
  • Экономичность. Выше у 4-х тактных, расход топлива у которых примерно на 20-30 % ниже, чем у 2-х тактных.

 

Двигатель Количество тактов Мощность, л.с. Расход топлива (бензина), кг/час
Briggs&Stratton 4 3,5 0,9
Minarelli 2 3,5 1,5
Tecumzeh 4 3,7 0,9
Briggs&Stratton 4 5,0 1,0
Tecumzeh 4 5,0 1,0
Briggs&Stratton 4 6,0 1,1
Lombardini 4 7,0 1,6
Minsel 2 7,0 2,1

 

  • Система смазки. Масло для 2-х тактных двигателей разводится в бензине или (значительно реже) подается из масляного бака во впускной коллектор и сгорает вместе с топливом в поршневой камере. У 4-х тактных двигателей реализована полноценная система, обеспечивающая качественную смазку двигателя и длительное использование масла.
  • Экологичность. У 4-х тактных выше. Выхлоп 2-х тактных двигателей обладает большей токсичностью.
  • Шумность работы. 4-х тактные двигатели менее шумные.
  • Сложность конструкции. 2-х тактные двигатели значительно проще 4-х тактных.
  • Ресурс работы. Выше у 4-х тактных из-за более совершенной системы смазки и меньшей частоты вращения коленвала.
  • Скорость набора оборотов. 2-х тактные двигатели набирают обороты быстрее.
  • Обслуживание. Сложнее у 4-х тактных из-за наличия газораспределительного механизма и более сложной системы смазки.
  • Вес. 2-х тактные значительно легче.
  • Цена. 2-х тактные дешевле.

Благодаря своей высокой удельной мощности, небольшому весу, простоте обслуживания двухтактные двигатели имеют достаточно широкую область применения. В отношении некоторой бензотехники вопрос, какой двигатель использовать — двухтактный или четырехтактный — даже не возникает. В бензопилах, например, двухтактный двигатель благодаря своему небольшому весу и высокой удельной мощности находится вне конкуренции по сравнению с четырехтактным. Широко используются 2-х тактные двигатели также в скутерах, мототехнике, авиамоделестроении.

И все же из-за токсичности выхлопа и шумности 2-х тактные двигатели сдают свои позиции перед 4-х тактными. Большая их конкурентоспособность возможна при использовании новых технологических решений. Таких, например, как идея компаний Aprilia и Orbital использовать для продувки двухтактного двигателя чистый воздух. Топливо в их модели подается через форсунку, расположенную в головке двигателя, а масло добавляется в продувочный воздух. Такой двигатель по экономичности даже превосходит четырехтактный, его экологичность также соответствует современным требованиям. Вот только главное достоинство 2-х тактных двигателей — простота их конструкции — несколько страдает от нововведения.

Двухтактный дизельный двигатель: устройство и принцип работы

Двухтактный дизельный двигатель представляет собой двигатель внутреннего сгорания. Топливо-воздушная смесь сгорает за 2 движения поршня. Цикл завершается всего за 1 оборот коленвала. Такие показатели кажутся впечатляющими, однако существует несколько особенностей работы агрегата, о которых стоит узнать подробнее.

Главным достоинством такого мотора можно считать меньший расход топлива в сравнении с бензиновыми агрегатами. Это происходит за счет одной из особенностей дизельного топлива. Оно плотнее бензина, поэтому при сгорании дает на 15% энергии больше. Это обеспечивается более длинной цепочкой углеродов. Кроме того, технические характеристики таких двигателей стоят наравне с показателями аналогичных двигателей.

Строение

В состав двухтактного дизеля входит картер, совмещенный с коленчатым валом поршень, форсунки, впускные и выпускные окна цилиндра, топливный и водяной насосы. Последний снабжается плунжерным переключателем и датчиком температуры, а также емкостями, которые наполняются водой. Агрегат обеспечивает повышение КПД и за счет улучшенного сгорания топливо-воздушной смеси. Токсичность отходов при этом снижается.

В двухтактном моторе расположена газовая турбина и нагнетатель. Последний отвечает за повышение давления в цилиндрах — это обеспечивает экономию топлива и повышение мощности. Газовая турбина запускает преобразователь энергии тепла в энергию движения.

Продувочный воздух поступает в двухтактный дизельный двигатель несколькими способами — с помощью:

  • насосов;
  • продувочных камер;
  • компрессоров.

Продувка может осуществляться по одной из схем — контурной или клапанно-щелевой.

Стоит отметить, что использование контурной схемы снижает как экономические, так и технические показатели агрегата. Это объясняется тем, что в цилиндрах имеются не продуваемые области.

Цилиндры монтированы вдоль. Каждый из них оснащается выпускными и вентиляционными отверстиями. Газ поступает к турбине через коллектор. Когда поршни двигаются, рабочая камера периодически открывается и закрывается. Коленчатые валы взаимодействуют друг с другом. Это обеспечивается механизмом основной передачи.Топливо при этом сгорает при достаточно высокой температуре.

Для смазки трущихся деталей и подшипников применяется смесь масла и топлива. Она подается в цилиндр и кривошипную камеру. Смазки эти узлы не имеют, поскольку она смылась бы топливом. Именно поэтому к горючему его доливают в определенном соотношении.

При этом для двухтактного дизельного двигателя используется определенное масло. Оно выдерживает продолжительное воздействие высоких температур, способно практически не оставлять после сгорания зольных отложений.

Как работает?

Принцип работы двухтактного дизеля основан на выполнении 2 тактов: сжатие и рабочий ход. Конструкция агрегата позволяет выполнять весь цикл вдвое быстрее, чем в четырехтактных моторах.

Для двухтактных дизельных двигателей принцип работы следующий:

  1. Поршень из НМТ начинает двигаться вверх. В цилиндре имеется воздух. Приходе поршня вверх он сжимается, а когда поршень подходит к ВМТ, впрыскивается порция свежего топлива. При этом горючее самовоспламеняется и осуществляется рабочий ход.
  2. Продукты сгорания толкают поршень, вследствие чего тот движется вниз. Когда поршень доходит до НМТ, осуществляется продувка —воздух замещает продукты сгорания. Это является завершением цикла.

Внизу цилиндра имеются продувочные окна. Они необходимы для процесса продувки. Когда поршень снизу, они открыты. Во время подъема поршня они закрываются. Значительное увеличение показателя мощности двухтактных моторов происходит за счет повышения числа рабочих ходов. Двухтактный дизельный двигатель, принцип работы которого достаточно прост, обладает массой преимуществ.

Мифы о двухтактных дизельных моторах

Существует несколько распространенных мифов касательно двухтактных двигателей:

  1. Слишком медленная работа. В действительности современные моторы с турбонаддувом гораздо эффективнее предыдущих моделей.
  2. Такие моторы слишком громкие. Чтобы этого избежать, необходима правильная настройка двигателя. При правильном выполнении всех настроек работа мотора происходит немногим громче бензинового аналога. Высокий уровень шума свидетельствует о неправильной настройке мотора или его неисправности. Для старых моделей высокий уровень шума — характерная черта, создание появление аккумуляторных систем с высоким давлением существенно снизило уровень шума.
  3. Покупать дизель выгоднее бензина. Это так, но лишь отчасти. Несколько лет назад дизельное топливо стоило намного дешевле бензина, однако сегодня разница составляет всего 10-20%. Основная экономичность заключается в способности теплотворной способности горючего.
  4. Такие моторы плохо заводятся зимой. Раньше проблемы с ними действительно возникали. Однако современные автомобили с дизельными двигателями оснащены быстрым запуском, что снижает время на ежедневные подготовки к поездкам.

Срок службы дизеля превышает бензиновые агрегаты. Он может достигать 400-600 тыс. км.

Каждый двухтактный дизельный двигатель имеет одну отличительную особенность — через окна цилиндров впускается воздух и устраняются отработавшие газы. Когда они выходят через клапан в цилиндре, а воздух поступает через окна, система такой очистки называется клапанно-щелевой.

Подобные системы очистки имеют одну особенность — в цилиндре остается только часть воздуха. Поднимаясь вверх, он частично выходит за пределы мотора. Такую очистку еще называют прямоточной. Она обеспечивает максимальную эффективность очистки двигателя от продуктов сгорания.

Помимо прямоточной продувки существует и петлевая, однако она отличается меньшим качеством очистки. Именно поэтому для современных автомобилей она используется нечасто. Рабочие ходы такого агрегата выполняются в два раза чаще, однако на мощности это сказывается незначительно (она увеличивается в 1,5-1,7 раза). Это объясняется наличием продувки, а также тем, что внутри цилиндра происходит более короткий ход.

Преимущества

Двухтактные дизельные двигатели стали производиться относительно недавно. Такие моторы на сегодняшний день имеют множество модификаций. К примеру, зажигание бывает 2 типов: контактным и бесконтактным.Также отличаются и схемы таких моторов. Применяется двухтактная система на танках, в самолетах, в тяжелой промышленной технике.

Другие достоинства:

  1. Небольшой размер. Для установки агрегата требуется совсем немного места. Такие моторы легко умещаются под капотом транспортных средств.
  2. Небольшая масса. Стандартный турбодизель весит почти в 2 раза больше, чем двухтактный дизельный двигатель.
  3. Значительная экономия топлива. Расход горючего снижен практически в 2 раза по сравнению с обычным дизельным агрегатом.
  4. Простая конструкция. При обслуживании таких двигателей нет необходимости применять специальные технологии.

Такие преимущества выгодно выделяют двухтактные дизельные двигатели на фоне бензиновых собратьев. Имеются у таких моторов и серьезные недостатки.

Недостатки

Небольшое распространение агрегатов объясняется рядом причин. К примеру, детали на такие моторы найти получится с трудом. Именно поэтому выполнить ремонт двухтактного дизельного двигателя становится проблематично. Кроме того, специалистов по обслуживанию таких агрегатов достаточно мало.

Другие недостатки:

  • высокая цена дизельных двигателей и малый выбор моделей;
  • увеличенный расход масла;
  • необходимость установки воздушных фильтров.

Явным недостатком дизелей является использование мощного стартера. На морозе дизельное топливо мутнеет и застывает. Ремонт топливной аппаратуры затрудняется тем, что насосы высокого давления изготавливаются с высокой точностью.

Существенным минусом двухтактных дизелей является невозможность их применения в высокотемпературных режимах. Масло при таких условиях закоксовывается, возникает залегание поршневых колец. Кроме того, из-за недостаточной продувки топливо сгорает не полностью, что сказывается на значении КПД и уровне токсичности.

Итоги

Дизельные двигатели, имеющие два такта, изобретались с одной целью — снизить токсичность отработавших газов, а также увеличить экономичность двигателя, повысить КПД.

Стоит упомянуть о зажигании. Чтобы топливо воспламенилось, необходимо время, поэтому разряд на свече возникает заранее, перед тем, как поршень достигнет ВМТ. Чем быстрее происходит движение поршня, тем раньше должна зажигаться свеча. Существуют специальные устройства, позволяющие менять угол зажигания в зависимости от частоты вращения коленвала.

Принцип работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания

На данный момент существует два основных вида двигателей внутреннего сгорания – двухтактные и четырехтактные. По своему внешнему виду они практически не отличаются, однако двухтактные двигатели работают по совсем другому принципу. Попробуем разобраться в чем основные различия этих двух типов ДВС, и как работает двухтактный двигатель.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Для того, чтобы ваша машина могла выполнять свою прямую функцию – возить вас, ее нужно заправлять топливом: бензином, дизелем, пропан-бутаном. По топливопроводу бензин поступает в двигатель, основную работу в нем выполняют поршни и кривошипно-шатунный механизм. Бензин смешивается с воздухом, образуется смесь, которая взрывается и приводит поршни в движение, этот момент движения передается на коленчатый вал, а от него на трансмиссию.

Разница между 2-х и 4-х тактными двигателями, как видно из названия, состоит в количестве тактов, то есть в рабочем цикле двигателя. Рабочий цикл любого ДВС – это последовательность таких процессов:

  • заполнение цилиндра горючей смесью;
  • ее воспламенение;
  • расширение газов;
  • вытеснение продуктов сгорания.

В 4-тактном двигателе вся эта последовательность осуществляется за 4 такта, то есть за два оборота коленвала, в двухтактном – за один оборот. Из этого можно сделать вывод, что 2-тактные двигатели обладают большей мощностью, и это действительно так, не зря ведь их используют не только для мотоциклов, мопедов, различных квадроциклов, снегоходов и гидроциклов, но и для приведения в движение огромных морских кораблей.

Теоретически мощность должна быть выше в два раза. Например, небольшой по размерам двигатель мотоцикла может легко выдавать мощность в сто и больше лошадей, тогда как гораздо более массивный и объемный мотор какого-нибудь автомобиля класса “В” или “С” выдает 70-100 л.с.

Устройство двухтактного двигателя

Основное преимущество двухтактных двигателей состоит в простоте их конструкции. Поскольку все процессы рабочего цикла завершаются за один оборот кривошипа, отпадает необходимость в наличии сложного газораспределительного механизма, который контролирует движение впускных и выпускных клапанов. Впускной клапан закрывается и открывается из-за разницы давления, а отработанные газы выходят через выпускное окно к глушителю.

Также 2-тактный двигатель охлаждается с помощью топлива, в которое подмешан определенный процент масла. Масло нужно подбирать именно двухтактное, поскольку оно приспособлено к высоким температурам и при сгорании оставляет меньшее количество шлака и золы.

Поршень движется от нижней мертвой точки к верхней – НМТ и ВМТ. Во время движения вверх поршень сжимает поступившую воздушно-топливную смесь. В ВМТ происходит взрыв смеси и поршень начинает движение вниз, в этот момент поступает новая порция смеси. Получается, что поршень сам же и выталкивает отработанные газы, а это и является основным недостатком двухтактных двигателей, влияющим на их КПД.

Недостатки двухтактных двигателей

Несмотря на то, что инженеры пытаются их решить, недостатки все же есть и они существенные.

Самый главный из них – неэффективное использование топлива и повышенные выбросы СО2.

Если в четырехтактных двигателях на отвод отработанных газов и продуктов сгорания отводится отдельный такт, то здесь этот такт совмещается с заполнением цилиндра новой порцией горючей смеси, и как бы не старались инженеры, избежать смешивания ее с отработанными газами не удается.

Кроме того необходимо постоянно добавлять в бензин масло, причем оно довольно дорогостоящее и расходуется быстрее.

Из-за этих проблем снижается и мощность двигателя. Теоретически она должна быть в два раза выше, чем у 4-тактных ДВС, но на деле этот показатель не превышает 50-70 процентов. После 2000 года многие производители отказались от двухтактных ДВС. Однако работы по их совершенствованию постоянно ведутся.

Видео принципа работы данного типа двигателей.

Загрузка…

Поделиться в социальных сетях

Виды двигателей внутреннего сгорания

При выборе садовой техники и оборудования нужно обращать внимание на тип двигателя. Существует два типа двигателей внутреннего сгорания: 2-х тактный и 4-х тактный. Для садовой техники более крупного размера, таких как газонокосилки, мотоблоки, мотокультиваторы, мини тракторы, рейдеры и т. д. в основном используют 4-х тактные двигатели, а для садовой техники малого размера — такой как бензокосы, бензопилы, и др. в основном 2-х тактные.

Рассмотрим принцип работы этих двух видов двигателей внутреннего сгорания.

Оба двигателя приводятся в действие за счет использования расширения газов при нагревании, которое происходит за счет принудительного воспламенения горючей смеси, поступаемой в воздушное пространство цилиндра. Все двигатели внутреннего сгорания, независимо от его типа, имеют основные механизмы, такие как кривошипно-шатунный механизм, газораспределительный механизм, система смазки, система охлаждения, система питания и система зажигания. Передача полезной энергии расширяющегося газа происходит через кривошипно-шатунный механизм, а за впрыск топливной смеси в цилиндр отвечает механизм газораспределения.

Принцип работы двухтактного двигателя

Рабочий цикл 2-х тактного двигателя состоит из двух этапов: ими являются сжатие и рабочий ход.

Сжатие.
Основными положениями поршня являются верхняя мертвая точка (ВМТ) и нижняя мертвая точка (НМТ). Двигаясь от НМТ к ВМТ, поршень поочередно перекрывает сначала продувочное окно, а затем выпускное окно, после чего смесь попадает в цилиндр и начинает сжиматься. При этом через впускное окно в кривошипную камеру поступает свежая горючая смесь, которая будет использована в последующем такте.

Рабочий ход.
После того, как горючая смесь максимально сжата, она воспламеняется при помощи электрической искры, образуемой свечой. При этом температура газовой смеси резко возрастает и объем газа стремительно растет, осуществляя давление, при котором поршень начинает движение к НМТ. Опускаясь, поршень открывает выпускное окно, при этом продукты горения горючей смеси выбрасываются в атмосферу. Следующее движение поршня приводит к повторному сжатию свежей горючей смеси и открытию продувочного отверстия, через которое горючая смесь поступает в камеру сгорания и так такт за тактом химическая энергия топлива превращается в механическую работу двигателя и его агрегатов.

Недостатком двухтактного двигателя является большой расход топлива, причем часть топлива не успевает сгорать и выбрасывается в атмосферу. Это связано с наличием момента, при котором продувочное и выпускное отверстие одновременно открыты. Требуется смесь на основе бензина и масла для смазки механизмов двигателя, что требует дополнительных расходов на покупку масла и необходимости постоянно готовить топливную смесь. Основными преимуществами двухтактного двигателя является его маленькие по сравнению с 4-х тактным двигателем размер и вес.

Принцип работы четырехтактного двигателя

Принцип работы четырехтактного двигателя значительно отличается от работы двухтактного. Рабочий цикл четырехтактного двигателя состоит из четырех этапов: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск, что стало возможным за счет применения системы клапанов. Когда происходит впускной этап поршень двигается вниз, открывается впускной клапан, в цилиндр поступает горючая смесь, которая при смешении с остатками отработанной смеси образует рабочую смесь. При сжатии поршень движется из НМТ к ВМТ, все два клапана закрыты. Чем выше поднимается поршень, тем выше давление и температура рабочей смеси.

Рабочий ход четырехтактного двигателя представляет собой принудительное движение поршня из ВМТ к НМТ за счет воздействия резко расширяющейся рабочей смеси, воспламененной искрой от свечи. Как только поршень достигает НМТ, открывается выпускной клапан. Во время выпускного этапа продукты сгорания, вытесняемые давлением поршня, движущимся из НМТ к ВМТ, выбрасываются в атмосферу через выпускной клапан.

За счет применения системы клапанов и фаз газораспределения четырехтактные двигатели внутреннего сгорания намного экономичнее и экологичнее — потому что исключает выброс неиспользованной топливной смеси. При работе 4-х тактные двигатели значительно тише, чем 2-х тактные и в эксплуатации намного проще. Масло в данных двигателях заливается в масляный картер, что значительно уменьшает его потребление и избавляет от заботы по приготовлению бензино-маслянной смеси. На сегодняшний день 4-х тактные двигатели становятся все компактнее, и ими оснащают такую садовую технику как бензокосы, мотобуры и т.д.

Для справки: Сравнение преимуществ и недостатков

Двигатели Преимущества
Двигатель внутреннего сгорания
  1. Высокая дальность передвижения на одной заправке;
  2. Малый вес и объем источника энергии (топливного бака).
Электродвигатель
  1. Малый вес;
  2. Максимальный момент доступный при 0 об/мин;
  3. Нет необходимости в КПП;
  4. Высокий КПД.
Паровой двигатель
  1. Работа на любом топливе.
  2. Самая высокая единичная мощность.
  3. Различные варианты теплоносителя.
  4. Широкая линейка мощностей.
  5. Значительный ресурс.
Реактивный двигатель
  1. Сверхбольшие скорости.
  2. Преодоление больших расстояний.
  3. Большая мощность.
Двигатели Недостатки
Двигатель внутреннего сгорания
  1. Низкий средний КПД во время эксплуатации;
  2. Высокое загрязнение окружающей среды;
  3. Обязательное наличие КПП;
  4. Отсутствие режима рекуперации энергии;
  5. Работа ДВС подавляющую часть времени с недогрузом.
Электродвигатель
  1. Малое плечо на одной зарядке;
  2. Долгая зарядка;
  3. Малый срок службы батареи;
  4. Большой объем и вес батареи.
Паровой двигатель
  1. Высокая инертность.
  2. Высокая стоимость.
  3. Производство тепла преобладает над электроэнергией.
  4. Сложный и дорогой капитальный ремонт.
  5. Высок нижний порог эффективного применения.
Реактивный двигатель
  1. Большой расход топлива.
  2. Дорогое обслуживание.
  3. Узкий спектр применения

Бензиновый двигатель | Британника

Бензиновый двигатель , любой из класса двигателей внутреннего сгорания, которые вырабатывают энергию за счет сжигания летучего жидкого топлива (бензина или бензиновой смеси, такой как этанол) с воспламенением, инициируемым электрической искрой. Бензиновые двигатели могут быть построены для удовлетворения требований практически любого возможного применения в силовых установках, наиболее важными из которых являются легковые автомобили, малые грузовики и автобусы, самолеты авиации общего назначения, подвесные и малые внутренние морские агрегаты, стационарные насосные установки среднего размера, осветительные установки и т. станки и электроинструменты.Четырехтактные бензиновые двигатели используются в подавляющем большинстве автомобилей, легких грузовиков, средних и больших мотоциклов и газонокосилок. Двухтактные бензиновые двигатели встречаются реже, но они используются для небольших подвесных судовых двигателей и во многих портативных инструментах для озеленения, таких как цепные пилы, кусторезы и воздуходувки.

V-образный двигатель

Поперечный разрез V-образного двигателя.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Типы двигателей

Бензиновые двигатели можно сгруппировать в несколько типов в зависимости от нескольких критериев, включая их применение, метод управления подачей топлива, зажигание, расположение поршня и цилиндра или ротора, количество ходов за цикл, систему охлаждения, а также тип и расположение клапана.В этом разделе они описаны в контексте двух основных типов двигателей: поршневых и цилиндровых двигателей и роторных двигателей. В поршневом двигателе давление, создаваемое при сгорании бензина, создает силу на головке поршня, которая перемещает цилиндр по длине возвратно-поступательным или возвратно-поступательным движением. Эта сила отталкивает поршень от головки цилиндра и выполняет работу. Роторный двигатель, также называемый двигателем Ванкеля, не имеет обычных цилиндров, оснащенных возвратно-поступательными поршнями.Вместо этого давление газа действует на поверхности ротора, заставляя ротор вращаться и таким образом выполнять работу.

бензиновые двигатели

Типы бензиновых двигателей включают (A) двигатели с оппозитными поршнями, (B) роторные двигатели Ванкеля, (C) рядные двигатели и (D) двигатели V-8.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Большинство бензиновых двигателей относятся к поршнево-поршневому типу. Основные компоненты поршнево-цилиндрового двигателя показаны на рисунке. Почти все двигатели этого типа используют четырехтактный или двухтактный цикл.

Типовая схема поршневой цилиндр бензинового двигателя.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Четырехтактный цикл

Из различных методов рекуперации энергии процесса сгорания наиболее важным до сих пор был четырехтактный цикл, концепция, впервые разработанная в конце 19 века. Четырехтактный цикл показан на рисунке. При открытом впускном клапане поршень сначала опускается на такте впуска. Воспламеняющаяся смесь паров бензина и воздуха втягивается в цилиндр за счет создаваемого таким образом частичного вакуума.Смесь сжимается, когда поршень поднимается на такте сжатия при закрытых обоих клапанах. По мере приближения к концу хода заряд воспламеняется электрической искрой. Затем следует рабочий ход, когда оба клапана все еще закрыты, а давление газа обусловлено расширением сгоревшего газа, давящим на головку или головку поршня. Во время такта выпуска восходящий поршень выталкивает отработавшие продукты сгорания через открытый выпускной клапан. Затем цикл повторяется. Таким образом, каждый цикл требует четырех тактов поршня — впуска, сжатия, мощности и выпуска — и двух оборотов коленчатого вала.

Двигатель внутреннего сгорания: четырехтактный цикл

Двигатель внутреннего сгорания имеет четыре такта: впуск, сжатие, сгорание (мощность) и выпуск. Когда поршень перемещается во время каждого хода, он поворачивает коленчатый вал.

Encyclopædia Britannica, Inc. Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Недостатком четырехтактного цикла является то, что завершается только половина тактов мощности, чем в двухтактном цикле ( см. Ниже ), и только половину такой мощности можно ожидать от двигателя данного размера при заданная рабочая скорость.Однако четырехтактный цикл обеспечивает более эффективную очистку выхлопных газов (продувку) и перезагрузку цилиндров, уменьшая потерю свежего заряда в выхлопе.

Анимированные двигатели — двухтактный

Двухтактный двигатель

В двухтактном двигателе используются как картер, так и цилиндр для реализации всех элементов цикла Отто всего за два хода поршня.

Впуск

Топливо-воздушная смесь сначала всасывается в картер под действием вакуума. который создается во время движения поршня вверх. Иллюстрированный двигатель оснащен тарельчатым впускным клапаном; однако многие двигатели используют поворотная величина, встроенная в коленчатый вал.

Компрессия картера

Во время хода вниз тарельчатый клапан принудительно закрывается повышенное давление в картере. Затем топливная смесь сжимается в картер во время оставшейся части хода.

Передача / Выхлоп

Ближе к концу хода поршень открывает впускное отверстие, позволяя сжатой топливно-воздушной смеси в картере выйти вокруг поршня в главный цилиндр.Это удаляет выхлопные газы выхлопное отверстие, обычно расположенное на противоположной стороне цилиндр. К сожалению, часть свежей топливной смеси обычно тоже исключен.

Сжатие

Затем поршень поднимается под действием импульса маховика и сжимает топливная смесь. (В то же время происходит еще один такт впуска под поршнем).

Мощность

В верхней части такта свеча зажигания воспламеняет топливную смесь. В горящее топливо расширяется, перемещая поршень вниз, чтобы завершить цикл. (При этом еще один ход сжатия картера происходит под поршнем.)


Поскольку двухтактный двигатель срабатывает при каждом обороте коленчатого вала, двухтактный двигатель обычно более мощный, чем четырехтактный. эквивалентного размера. Это вкупе с их более легкими, простыми конструкция, делает двухтактный двигатель популярным в бензопилах, линейных триммеры, лодочные моторы, снегоходы, водные мотоциклы, легкие мотоциклы и модели самолетов.

К сожалению, большинство двухтактных двигателей неэффективны и ужасны. загрязнителей из-за количества неизрасходованного топлива, которое выходит через выхлопное отверстие.

Двухтактный двигатель — обзор

Первое летящее в океане дизельное судно, 370-футовое Selandia, было доставлено Восточно-Азиатской компании в 1912 году верфью Burmeister & Wain (B&W), Копенгаген, Дания. За 20 лет, прошедших с момента испытания первого серийного дизельного двигателя в результате сотрудничества Рудольфа Дизеля и Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg (MAN), двигатель нового типа стал предметом интенсивных разработок и спекуляций. Он обещал промышленности революционно новый источник энергии и тем самым угрожал мировым производителям угля.Так что плавание Селандии было одной из главных новостей того времени. Уинстон Черчилль, первый лорд британского Адмиралтейства, посетил судно и назвал его достижением мирового масштаба.

Selandia оснащалась двухцилиндровыми восьмицилиндровыми четырехтактными дизельными двигателями B&W, каждый мощностью 1250 л.с. В течение года такие конкуренты, как MAN, Sulzer, Vickers и Krupp, работали над разработкой двухтактных двигателей мощностью около 2 000 л.с. на цилиндр, начав соревнование по мощности, которое с тех пор не прекращалось.Наблюдая за этими ранними попытками, Рудольф Дизель прокомментировал: «Если, что кажется вероятным, эти испытания дадут удовлетворительные результаты, наступила эра очень больших дизельных двигателей».

Главный двигатель для крупнейших торговых судов — танкеров, балкеров и контейнеровозов — это большой тихоходный двухтактный дизельный двигатель. Он стал рыночной силой в конце 1920-х годов, когда растущие требования к размерам судов и мощности стали выходить за рамки возможностей четырехтактных двигателей. Благодаря тому, что фазы впуска и выпуска занимают долю хода вместо полного хода каждая, двухтактный двигатель дает несколько преимуществ.Он удвоил выходную мощность на единицу размера по сравнению с четырехтактным двигателем и сделал более высокую выходную мощность доступной за счет большего размера поршня и более длинного хода. Кроме того, двухтактный двигатель с низкой скоростью позволял прямое соединение с гребным винтом. Со временем производители двухтактных двигателей также будут заявлять — как и сегодня — о более высокой эффективности и большей общей надежности этих двигателей.

50-летняя битва двухтактных дизельных двигателей с паром за господство на море была завершена на фоне стремительного роста цен на топливо 1970-х годов.Например, в 1975 году из 614 двигателей, поставленных для крупнейших торговых судов, 78 процентов (482) составляли тихоходные дизели, а оставшиеся 123 — паровые турбины. В 2000 году из 1059 главных двигателей, поставленных судам дедвейтом более 2000 тонн, 60 процентов были тихоходными двухтактными. Большая часть оставшейся части была четырехтактной средней скоростью.

Четырехтактные судовые дизели применяются повсюду, от гоночных катеров и моторных яхт до круизных судов, {грузовых и пассажирских} судов и танкеров-челноков (а также на большом количестве стационарных электростанций).Их более высокая скорость требует некоторого промежуточного звена между двигателем и гребным винтом (редуктор или дизель-электрический привод), установка, обеспечивающая преимущества более тихой работы, более низкой вибрации и очень гибкой компоновки и расположения машинного отделения. Конкуренция за этот вид бизнеса разделена между большим количеством производителей, во главе с Wärtsilä (51% рынка в 2000 году) и MAN B&W Diesel.

В своем соревновании за более высокую производительность [и экономию топлива] разработчики дизелей сосредоточили большую часть своих усилий на увеличении мощности при одновременном контроле веса двигателя. Чтобы оценить их успех, рассмотрите только увеличение мощности между двумя 12-цилиндровыми двухтактными двигателями диаметром 420 мм, разделенными промежутком в 30 лет. В 1968 году B&W 1242-VTBF-90 выдавал общую мощность 6600 л.с. при ходу 900 мм и скорости 220 об / мин. В 2001 году двигатель MAN B&W 12S42-MC выдал 17 640 л.с. при ходу 1764 мм и частоте вращения 136 об / мин — увеличение мощности примерно в 2,5 раза при почти том же двигателе. Такое увеличение мощности было реализовано по всему спектру дизельных двигателей. Мощность двигателя Top подскочила за это время с 40 000 до 100 000 л.с.Средняя скорость поршня увеличилась с примерно 6,6 м / с до примерно 8,5 м / с.

Огромное увеличение внутренних сил и давлений, сопровождавшее это увеличение мощности, было устранено не за счет увеличения физических размеров двигателя вдвое, а за счет использования современных материалов, ковки и конструкционных технологий. Также был достигнут значительный выигрыш в тепловом КПД, показателе способности двигателя выполнять механическую работу за счет энергетического потенциала топлива. Эффективность выросла примерно с 40 процентов в 1975 году до 50 процентов сегодня, а гибридные системы — до 55 процентов.В упорядоченных высокотехнологичных мастерских современных дизельных конструкторов массивные компоненты даже самых больших двигателей — например, головки поршней диаметром почти метр и топливные форсунки длиной 600 мм — обрабатываются вручную с точностью часового механизма, чтобы уговорить каждую деталь мощности от процесса сгорания. Новые методы обработки топлива, компьютеризированные системы впрыска и управления цилиндрами, а также новые технологии обработки выхлопных газов оптимизируют мощность, снижая при этом содержание вредных веществ в выбросах двигателя. И теперь последний бастион паровых двигателей, танкер для перевозки СПГ, подвергается атаке компактных дизелей по привлекательной цене, которые сжигают смесь нефти и природного газа.

— Джо Евангелиста, в обзоре Surveyor Американского бюро судоходства (весна 2002 г.), стр. 14–20

Очистка в двухтактных двигателях

Очистка в двухтактных двигателях

Ханну Яэскеляйнен, Магди К. Хаир

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Abstract : Процесс одновременной продувки выхлопных газов и заполнения цилиндра свежим зарядом для нового цикла называется продувкой.Основными методами очистки являются перекрестная очистка, очистка петлей и очистка непотоком. Процесс газообмена в двухтактных двигателях можно охарактеризовать с помощью ряда параметров, включая степень подачи, степень продувки, эффективность продувки, чистоту заряда и эффективность улавливания.

Методы очистки

Поскольку один цикл двигателя в двухтактном двигателе завершается за один оборот коленчатого вала, газообмен должен происходить, когда поршень находится около НМТ. Это имеет два важных последствия:

  1. Поскольку газообмен начинается до и заканчивается после НМТ, часть такта расширения и сжатия непригодна.
  2. Скорость поршня мала в течение всей фазы газообмена и не может оказать значительного перекачивающего воздействия на заряд цилиндра. Следовательно, газообмен может происходить только тогда, когда давление на впуске достаточно выше, чем давление на выпуске, чтобы позволить поступающей свежей зарядке вытеснить сгоревший газ за отведенное время. Этот процесс одновременной продувки выхлопных газов из предыдущего цикла и заполнения цилиндра свежим зарядом для нового цикла называется продувкой.Для обеспечения надлежащей продувки двухтактные двигатели должны быть оборудованы системой сжатия всасываемого воздуха, а впускные и выпускные отверстия и / или клапаны должны быть открыты одновременно в течение достаточного периода времени.

Оба клапана в головке блока цилиндров и отверстия в гильзе цилиндра используются как элементы управления газообменом. В случае портов поршень также выполняет функцию управляющего салазок.

В двухтактных двигателях продувка производится в основном одним из трех способов:

  • Перекрестная продувка
  • Удаление петель
  • Непоточная продувка

Другие подходы, такие как продувка клапана с использованием компоновок впускных и выпускных клапанов, аналогичных тем, которые используются в 4-тактных двигателях, также были рассмотрены [3991] [3992] [3993] .

###

2-тактный цикл — журнал газовых двигателей

Пол Харви | 14 нояб.2018 г.

1/15

Общий обзор 2-тактного цикла: Топливо / воздух всасывается в картер, когда поршень поднимается на такте сжатия / зажигания.Следующий заряд топлива / воздуха сжимается при ходе вниз и направляется в камеру сгорания, поскольку выхлопные газы из предыдущего цикла сгорания выводятся из цилиндра.

Фото любезно предоставлено Полом Харви.

2/15

2-тактный двигатель развивает мощность на каждом обороте, но 4-тактный требует двух полных оборотов коленчатого вала для достижения одного цикла мощности: такта впуска, такта сжатия, рабочего такта и такта выпуска.

Фото любезно предоставлено Полом Харви.

3/15

Старинная фотография Николауса Августа Отто.

Фото любезно предоставлено Полом Харви.

4/15

Первый коммерческий четырехтактный двигатель Отто был изготовлен в 1876 году.

Фото любезно предоставлено Полом Харви.

5/15

Старинная фотография сэра Дугальда Клерка.

Фото любезно предоставлено Полом Харви.

6/15

Патент 1880 года на ранний двухтактный двигатель Клерка.

Фото любезно предоставлено Полом Харви.

7/15

Вид в разрезе более позднего двигателя Клерка, в котором использовался цилиндр насоса.

Фото любезно предоставлено Полом Харви.

8/15

Патент 1895 года на двухтактный двухтактный двигатель Джозефа Дэя.

Фото любезно предоставлено Полом Харви.

9/15

Чертеж двухтактного двигателя Palmer Bros.

Фото любезно предоставлено Полом Харви.

10/15

Патент Фредерика Кока на двухтактный двигатель в 1895 году был передан Джозефу Дею, его работодателю.

Фото любезно предоставлено Полом Харви.

11/15

Двигатель Day-Cock 1892 года, выставленный в Немецком музее в Мюнхене, Германия.

Фото любезно предоставлено Полом Харви.

12/15

Двухпортовый с двухтактным Бессемеровским двигателем с клапанами, хранящийся в музее Coolspring.

Фото любезно предоставлено Полом Харви.

13/15

Вертикальный двухтактный с клапаном National Transit в музее Coolspring Power.

Фото любезно предоставлено Полом Харви.

14/15

Трехходовой двухтактный масляный двигатель Mietz & Weiss в музее Coolspring Power.

Фото любезно предоставлено Полом Харви.

15/15

Трехходовой двухтактный двухтактный двигатель Фэрбенкса-Морса, предназначенный для перекачивания.

Фото любезно предоставлено Полом Харви.

❮ ❯

Мы все знаем, что такое двухтактный двигатель, верно? Это тот маленький гудящий двигатель, который питает ваш поедатель сорняков или цепную пилу! Они существуют столько, сколько мы себя помним, и мы не особо о них думаем. Просто смешайте немного масла с газом, и они сделают свою работу. Мы считаем само собой разумеющимся, что они называются 2-тактными, потому что на самом деле термин должен быть «2-тактный цикл», означающий, что поршень совершает два хода, один вверх и один вниз, чтобы завершить цикл мощности с созданной мощностью. на каждом обороте коленчатого вала.Диаграмма на Фото 1 хорошо это показывает.

Тогда можно спросить, что такое 4-тактный двигатель? Опять же, правильным термином должен быть «4-тактный цикл», поскольку для завершения одного цикла мощности требуется четыре хода поршня. Сначала поршень опускается на такте впуска, затем он снова толкает вверх на такте сжатия, затем снова опускается на рабочий такт и, наконец, снова поднимается вверх на такте выпуска. Диаграмма на Фото 2 прекрасно это показывает. Обратите внимание, что четырехтактный двигатель имеет только один рабочий ход на каждые два оборота коленчатого вала по сравнению с рабочим ходом двухтактного двигателя на каждый оборот коленчатого вала.

Начало

Я хочу исследовать разнообразную историю двухтактного цикла, в том числе о том, кто его изобрел и как он появился, но сначала давайте взглянем на четырехтактный цикл, поскольку он был изобретен до двухтактного цикла. двигатель тактового цикла.

Возможно, первая мысль о создании двигателя, использующего энергию взрыва (внутреннего сгорания), возникла у кого-то, кто наблюдал за стрельбой из пушки. Представьте себе ствол как цилиндр, а ядро ​​как поршень. Изящная концепция, и многие пытались, но мало кому удалось.Атмосферные двигатели были неэффективными, шумными и опасными, а удельная мощность была ужасной. Так что делать?

В Германии Николаус Август Отто (фото 3) глубоко задумался. Он разбирался в термодинамике и знал о цикле Карно, теории идеального цикла эффективности, который никогда не может быть достигнут. Он проявил терпение и рассудил, что если сжать заряд, то получит больше энергии. В 1876 году он был готов выпустить на рынок первый в мире четырехтактный двигатель (фото 4). Это был успех, и вскоре сотни были построены в Германии, Великобритании и США.

Но, как говорится, кто-нибудь всегда будет пытаться построить лучшую мышеловку, и отсюда начинается наша история о двухтактном цикле. Перейдя Ла-Манш в Шотландию, мы встречаем Дугальда Клерка (фото 5). Всего через два года после изобретения Отто Клерк модифицировал двигатель Брайтона, чтобы вырабатывать мощность на каждом обороте коленчатого вала. Здравствуйте, 2-х тактный! Это была новая идея, которая раньше никому не удавалась.

Клерк родился в Глазго, Шотландия, 31 марта 1854 года, в семье Дональда Клерка, машиниста. Он изучал инженерное дело в колледже Андерсона в Глазго и Йоркширском колледже науки в Лидсе. Блестящий инженер, он также разбирался в термодинамике и мог рассчитывать давление, температуру и мощность двигателя. Во время Первой мировой войны он был директором по инженерным изысканиям Адмиралтейства. За это он был посвящен в рыцари сэра Дугальда. Он построил газовые двигатели, написал технические книги и внес большой вклад в развитие двухтактного цикла. Многие считают его отцом этого двигателя. Он скончался 12 ноября 1932 года в Эвёрсте, графство Суррей, Англия.

Целью

Клерка было создание двигателя, который вырабатывал мощность при каждом ходе вниз поршня и использовал сжатие для повышения эффективности. Он был успешным, но его конструкция требовала использования отдельного поршня для зарядки силового цилиндра, и он использовал клапаны. В 1880 году, через четыре года после открытия Отто, Клерк получил патент США на свою машину (фото 6). Он был громоздким, так как в нем использовались два золотниковых клапана и тарельчатый клапан, а также второй цилиндр, но сэр Дугальд доказал свою точку зрения, представив двигатель, вырабатывающий мощность на каждом обороте коленчатого вала.

Клерк был неутомимым инженером и изобретателем и продолжал совершенствовать свой двигатель. Обратите внимание на вид в разрезе более позднего двигателя на фото 7. Это гораздо более сложная машина, в которой силовой цикл управляет коленчатым валом, а цилиндр насоса прикреплен к штифту в маховике. Он по-прежнему использовал золотниковый клапан для зажигания, но теперь имел автоматический тарельчатый клапан между цилиндрами. Знакомо, любители двигателей? Да, он очень похож на двигатель Рида, производимый в Ойл-Сити, штат Пенсильвания.

Оставив сэра Дугальда работать над своим двигателем в Шотландии, мы пересекаем стену Адриана в Англию, останавливаясь в красивом городе Бат, где мы встречаем очень уникального человека, Джозефа Генри Дэя. Дэй родился в Лондоне в 1855 году. Он получил образование инженера в престижной инженерной школе в Хрустальном дворце. Он переехал в город Бат и основал металлургический завод Виктории, который прославился производимыми кранами. Он заинтересовался газовыми двигателями и решил, что может сделать двигатель получше.Я ненадолго воздержусь от обсуждения его разработки двигателя, чтобы продолжить его несколько эксцентричную жизнь и кончину.

Дэй оставался холостяком и большую часть жизни прожил в отцовском доме. В каком-то смысле он был гениален, но, как правило, вовлекался в слишком много проектов. Скопив состояние на своем Victoria Iron Works, он занялся механизированным производством хлеба. Из-за огромных колебаний на рынке он все потерял. Погруженный в депрессию из-за этой трагедии, он постепенно осознал, что зарабатывает еще одно состояние на лицензионных доходах от своих двигателей, особенно тех, которые были лицензированы в Америке и производили модные лодочные двигатели.И снова на вершине мира он занялся нефтяной спекуляцией в Англии. Это было безумием, и, несмотря на свои энергичные усилия, он снова остался без гроша. Он канул в небытие в 1925 году, и считается, что он умер в 1946 году. Никто не знает, где и когда. Какая ужасная судьба для джентльмена, создавшего двигатель, которым сегодня пользуются почти все.

Итак, давайте вернемся в Бат и навестим Дэя, пока он трудится на своем заводе Victoria Iron Works. «Мне казалось, что все газовые двигатели, которые производились тогда, были излишне сложными и, следовательно, дорогими в производстве, и что единственный шанс попасть на рынок двигателей — это разработать что-то намного более простое», — писал Дэй.

So Day разработал двухходовой двухтактный двигатель с одним автоматическим клапаном. Для двигателя требовался закрытый картер с тарельчатым клапаном на той стороне, которая открывалась, когда поршень поднимался. Когда поршень опускался, он открывал отверстия или «порты» в стенке цилиндра, которые позволяли переносить заряд от картера к силовой части цилиндра. Замечательно просто. Он получил британский патент на свой дизайн 14 апреля 1891 года и американский патент на август.6, 1895 г. (фото 8).

Эта конструкция была легкой и универсальной; и он производил мощность при каждом обороте коленчатого вала. Одной из первых американских фирм, получивших лицензию на двигатель, была компания Palmer Brothers Engine Co. из Кос-Коб, Коннектикут (фото 9), которая быстро поняла, что с его превосходным соотношением мощности к весу он станет идеальным двигателем для небольших судов. Действительно, так было и остается сегодня, поскольку многие «двухтактные автомобили» придерживаются этого идентичного дизайна. Если бы только Дэй знал.

Двухпортовый двигатель Day, безусловно, произвел революцию в практике газовых двигателей; но это было еще не все.Представьте себе полноценный и функциональный двигатель всего с тремя движущимися частями. Невозможно? Менее чем через два года после получения патента Day two-port один из его сотрудников, Фредерик Уильям Касвелл Кок (1863-1944), сконструировал такой двигатель. Кок получил английский патент на свой дизайн 15 октября 1892 года и немедленно передал его Дэю. Американский патент был получен в 1895 году (фото 10). Олицетворенная простота.

Немного изучив патентный рисунок, можно увидеть двигатель с закрытым картером и всеми функциями впуска и выпуска, управляемыми поршнем, проходящим через три порта.Это заставляет задуматься, почему его не изобрели раньше. Слишком просто? На фото 11 показан двигатель Day-Cock 1892 года, выставленный в Немецком музее в Мюнхене, Германия. Потомки этих гениальных машин все еще производятся во всех размерах и описаниях. И, конечно же, у них всего три движущихся части: поршень, шатун и коленчатый вал.

Мы закончим наше путешествие в музее Coolspring Power Museum, чтобы увидеть, что там может скрываться. Сначала посмотрим на того маленького Бессемера в Доме Основателя (фото 12).Это двухпортовый с клапаном. Обратите внимание, что выхлоп выходит через нижнюю часть цилиндра через порт, а клапан находится справа от него. Он был очень успешным, и преемники Бессемера все еще создают двухтактный цикл в некоторых очень больших машинах. Затем мы находим аккуратную небольшую вертикаль National Transit, показанную на фото 13. Клапан — это устройство на левой стороне двигателя. В музее их гораздо больше, но эти два служат прекрасными примерами.

В здании учредителя рядом с Бессемером находится двухтактный масляный двигатель Mietz & Weiss с трехходовым двигателем без клапанов (фото 14).Другой прекрасный пример — аккуратный маленький пожарный насос Фэрбенкса-Морса, который использует двухцилиндровый трехходовой двигатель Waterman. Он был спроектирован так, чтобы быть максимально легким, чтобы пара лесников могли отнести его к костру, разжечь и перекачать воду. См. Фото 15.

На этом моя краткая история двухтактного двигателя завершается. Чтобы быть кратким, я намеренно опустил детали, но читатель, который копнет глубже, будет щедро вознагражден. И в следующий раз, когда вы просмотрите Lowe’s или Home Depot, посмотрите на все эти двухтактные двигатели на различных верфях и в садовых инструментах и ​​попытайтесь решить, двух или трехходовые они.Они вспоминают Джозефа Дэй. Интересно, догадался ли он когда-нибудь, сколько их будет и как долго они будут использоваться?


Пол Харви — основатель музея «Холодная энергия». Свяжитесь с музеем по адресу P.O. Box 19, Coolspring, PA 15730 • (814) 849-6883

СТАТЬИ ПО ТЕМЕ

Узнайте больше о свече зажигания, изобретенной Эдмоном Бергером в 1839 году, согласно различным источникам.

Посмотрите, как Эмма Ризе отреставрировала 2-сильный двигатель с водяным охлаждением Waterloo Boy K 1921 года, произведенный ее покойным отцом.

Примерно в 1910 году Hoosier / Flint и Walling применяют к своей линейке горизонтальный газовый двигатель меньшего размера, аналогичный двигателям Alamo.

Характеристики продувки двухтактного двигателя, определенные в режиме пропуска цикла

% PDF-1.4 % 107 0 объект > endobj 102 0 объект > поток application / pdf

  • «Журнал исследований Национального бюро стандартов» — это издание правительства США. Документы находятся в общественном достоянии и не защищены авторским правом в США.Однако, пожалуйста, обратите особое внимание на отдельные работы, чтобы убедиться, что не указаны ограничения авторского права. Отдельные работы могут потребовать получения других разрешений от первоначального правообладателя.
  • Характеристики продувки двухтактного двигателя, определяемые при работе с пропуском цикла
  • Ku, P.M .; Тримбл, Т.Ф.
  • Подключаемый модуль Adobe Acrobat 9.13 Paper Capture 2011-01-11T11: 12: 26-05: 00 Adobe Acrobat 9.02012-02-06T11: 29: 48-05: 002012-02-06T11: 29: 48-05: 00uuid: de344dde-33e6 -4a8b-9c79-d9804398117cuuid: 766c306b-d6ec-4133-bbe7-f45ff20281beuuid: de344dde-33e6-4a8b-9c79-d9804398117cdefault1
  • преобразовано в PDF-2012PDF-8acfa1b03 / 8cfa8b02-902-902-
  • -80pdf-8cfcfa-8cfa-8a1b0d1-8cfa8a02-64-65-98pdf1 : 45-05: 00
  • False1B
  • http: // ns. adobe.com/pdf/1.3/pdfAdobe PDF Schema
  • internal Объект имени, указывающий, был ли документ изменен для включения информации о треппинге TrappedText
  • http://ns.adobe.com/xap/1.0/mm/xmpMMXMP Media Management
  • Внутренний идентификатор на основе UUID для конкретного воплощения документа InstanceIDURI
  • внутренний Общий идентификатор для всех версий и представлений документа. Оригинал Документ IDURI
  • http: // www.aiim.org/pdfa/ns/id/pdfaidPDF/A ID Schema
  • internalPart of PDF / A standardpartInteger
  • внутренняя Поправка к стандарту PDF / A amdText
  • внутренний Уровень соответствия стандарту PDF / A Текст
  • конечный поток endobj 82 0 объект > endobj 103 0 объект [>] endobj 101 0 объект > endobj 98 0 объект > endobj 99 0 объект > endobj 100 0 объект > endobj 108 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject >>> / Rotate 0 / Type / Page >> endobj 1 0 obj > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject >>> / Rotate 0 / Type / Page >> endobj 8 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject >>> / Rotate 0 / Type / Page >> endobj 15 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject >>> / Rotate 0 / Type / Page >> endobj 22 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject >>> / Rotate 0 / Type / Page >> endobj 29 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject >>> / Rotate 0 / Type / Page >> endobj 36 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject >>> / Rotate 0 / Type / Page >> endobj 37 0 объект [38 0 R 39 0 R 40 0 ​​R] endobj 41 0 объект > поток

    Вычислительный подход в JSTOR

    Двигатель внутреннего сгорания (IC) со свободным поршнем, работающий на сгорании с гомогенным воспламенением от сжатия (HCCI) с высокой степенью сжатия (CR), разрабатывается Sandia National Laboratories для значительного улучшения теплового КПД и выбросов выхлопных газов по сравнению с обычными двигателями SI и Дизельные двигатели. Двухтактный процесс продувки перезаряжает двигатель и является ключом к пониманию эффективности и потенциала выбросов от устройства. Чтобы гарантировать достижение целевых характеристик двигателя, система продувки была сконфигурирована с использованием вычислительной гидродинамики (CFD), нулевого и одномерного моделирования и одношаговых параметрических вариаций. Был исследован широкий спектр вариантов конструкции, включая использование петлевых, гибридных петлевых и однопоточных методов очистки, различные варианты доставки заряда и различные рабочие схемы.Были изменены такие параметры, как расположение впускных / выпускных каналов, подъем / синхронизация клапана, давление наддува и частота поршней. Были изучены рабочие схемы, включая стандартную прямоточную конфигурацию, вариант с низким давлением нагнетания, стратифицированную геометрию продувки и сверхрасширенный цикл (Аткинсон). Результаты расчетов показали, что схема стратифицированной продувки, использующая однопоточную геометрию и обеспечиваемая стабильным зарядом при низкой температуре / давлении, наилучшим образом оптимизирует характеристики КПД и выбросов двигателя. Рабочий CR можно максимизировать за счет существенной замены сгоревшего заряда, в то время как выбросы при коротком замыкании можно контролировать поздней подачей топлива. Потоки в цилиндрах важны как для NOx, так и для короткозамкнутых выбросов с неадекватным смешиванием (и, как следствие, температурным расслоением), преобладающим фактором образования NO, и проникновением топлива в область выпускного клапана, что является основной причиной несгоревших выбросов углеводородов.

    SAE International — это глобальная ассоциация, объединяющая более 128 000 инженеров и технических экспертов в аэрокосмической, автомобильной и коммерческой промышленности.Основные направления деятельности SAE International — обучение на протяжении всей жизни и разработка добровольных согласованных стандартов. Благотворительным подразделением SAE International является SAE Foundation, который поддерживает множество программ, в том числе A World In Motion® и Collegiate Design Series.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.