Двухтактный двигатель в автомобилях [перспективы развития и применения]
Когда двухтактный двигатель заменит четырехтактный
Двухтактные двигатели скоро заменят в автомобилях четырехтактные. Идея, которая пришла в голову инженеру Петеру Хофбауеру сделает маленькую революцию в мировом автомобилестроении. Он доказал, что двухтактный движок может применяться не только в газонокосилках и подвесных лодочных моторах, но и в автомобилях. По своим показателям двухтактный движок способен превзойти автомобильный четырехтактный.
Двухтактный двигатель в автомобилях – еще лучше, еще легче, еще эффективнее
Идея двухтактного двигателя для автомобилей не нова, но до сих пор никому не удавалось ее реализовать из-за инженерных препятствий. Однако Петер Хофбауер сделал прорыв в этой области, за что и получил награду в 2011 году за конструкцию двухтактного двигателя, который лучше и эффективнее традиционного четырехтактного.
Относительно простые и легкие, двухтактные движки, используемые в бензопилах и навесных лодочных моторах, прекрасно подошли бы легковым машинам. Подошли, если бы не их минусы – двухтактники сильнее загрязняют окружающую среду, в сравнении с четырехтактными. Плюс ко всему они требуют более качественного масла, у них больше расход топлива. Зато на высоких оборотах двухтактники более приемистые. При меньших чем у черехтактника размерах, в двухтактниках камера сгорания больше, а движение поршня медленнее, из-за чего ТВГ (температура выхлопных газов) выше. Атмосфера страдает, Greenpeace протестует. «Я потратил как минимум 50 миллионов долларов компании GM, чтобы доказать, что двухтактники никогда не будут использоваться в легковых машинах», говорит ветеран General Motors Дон Ранкл. Однако движок со встречным движением поршней, разработанный Петером Хофбауером, изменил точку зрения Ранкла.
Как и в других двигателях со встречным движением поршней или плоских движках, поршни в созданном Петером двухтактнике движутся горизонтально. «Момент истины» для Хофбауера настал, когда бывший инженер компании Volkswagen обдумывал, в чем же слабые места встречного движения поршней мотора VW. «И в тот момент я подумал, Боже, ведь все настолько просто! Нужно заменить головку блока цилиндров на головку с движущимся поршнем и впускным окном!».
И его идея выстрелила! Созданному Хофбауером двухтактному двигателю требуется вдвое меньше запчастей, чем аналогичному четырехтактному, поэтому весит он на 30% меньше. В зависимости от конфигурации, двухтактник вырабатывает энергию на 15-50-процентное эффективней, чем это делает четырехтактный. Благодаря уникальной архитектуре и нескольким ключевым нововведениям, двигатель со встречно движущимися поршнями выпускает значительно меньше выбросов, чем типичный двухтактный. Сейчас компания EcoMotors, один из спонсоров автомобильной выставки в Бьюли, на которую работает Петер Хофбауер, сосредоточена на создании двухтактных силовых установок для грузовиков и уже имеет прототип дизельного мотора мощностью в 240 лошадиных сил.
Теперь о конструкции прототипа двухтактного двигателя, которым Хофбауер пытается оснастить автомобили будущего.
Конструкция двухтактника Хофбауера
1.Турбонаддув
Электрический мотор установлен на вал вентилятора и быстро набирает обороты; в обратном направлении он вырабатывает электроэнергию от выхлопных газов. Кроме того, он управляет давлением выхлопных газов, чтобы минимизировать выбросы.
2.Стальные шатуны
Длинные стальные шатуны присоединяют внешние поршни к коленчатому валу. С двумя поршнями, за один рабочий ход, движок ведет себя так, как будто у него длинный ход поршня – получается большее число доступной энергии и повышается эффективность. В то же время, коленчатый вал остается таким же компактным, и соответственно легким.
3.Коленчатый вал
Двигатель является модульным, и коленчатый вал пары цилиндров может быть соединен муфтой. Во время поездки по скоростному шоссе, ненужные цилиндры просто остаются бездейственными, а затем, при необходимости, снова включаются в работу.
4.Цилиндр
Учитывая изначальный недостаток двухтактных дизельных двигателей, которые конструктивно выбрасывают более насыщенные газы в атмосферу, Петер Хофбауер, изменил конструкцию впускной, выпускной систем и камеры сгорания, что предотвратило выход излишков несгоревшего топлива с вредными газами в атмосферу. Газы входят и выходят из цилиндра через специальные окна в его стенках.
Двухтактники отлично подошли бы для гоночных автомобилей Формулы-1. Малый вес таких двигателей и эффективная работа на оборотах до 10 тысяч , при пускай даже большем расходе топлива, была бы плюсом для скоростных болидов. Приживется ли идея в автомобилестроении, покажет время.
Zap-Online.ru надеется, что идея двухтактного двигателя для легковых моделей машин, поданная Петером Хофбауером, найдет свое место в автомобилестроение и оставит отпечаток в истории развития двигателей внутреннего сгорания.
Двухтактные двигатели | это… Что такое Двухтактные двигатели?
Двухтактный двигатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания в котором рабочий процесс в каждом из цилиндров совершается за один оборот коленчатого вала, то есть за два хода поршня. Такты сжатия и рабочего хода в двухтактном двигателе происходят так же, как и в четырехтактном, но процессы очистки и наполнения цилиндра совмещены и осуществляются не в рамках отдельных тактов, а за короткое время, когда поршень находится вблизи нижней мертвой точки, с помощью вспомогательного агрегата — продувочного насоса.
В связи с тем, что в двухтактном двигателе при равном количестве цилиндров и числе оборотов коленчатого вала рабочие ходы происходят вдвое чаще, литровая мощность двухтактных двигателей выше чем четырехтактных — теоретически в два раза, на практике в 1,5-1,7 раза, так как часть полезного хода поршня занимают процессы газообмена, а сам газообмен менее совершенный чем у четырехтактных двигателей.
В отличии от четырехтактных двигателей, где вытеснение отработавших газов и всасывание свежей смеси осуществляется самим поршнем, в двухтактных двигателях газообмен выполняется за счет подачи в цилиндр рабочей смеси или воздуха (в дизелях) под давлением, создаваемым продувочным насосом, а сам процесс газообмена получил название — продувка. В процессе продувки свежий воздух (смесь) вытесняет продукты сгорания из цилиндра в выпускные органы, занимая их место.
По способу организации движения потоков продувочного воздуха (смеси) различают двухтактные двигатели с контурной и прямоточной продувкой.
Рабочий цикл двухтактного двигателя с контурной продувкой
Контурная продувка
При контурной продувке поток воздуха (смеси) движется вдоль внутренней поверхности цилиндра и его головки, повторяя их контур (отсюда название). Впускные и выпускные органы — окна в стенках цилиндра — расположены в его нижней части. Открытие и закрытие впускных и выпускных окон осуществляется самим поршнем, а специальный газораспределительный механизм отсутствует. Направление потока воздуха (смеси) по контуру цилиндра может осуществляться специальными дефлекторами на днище поршня и в головке цилиндра (в этом случае продувка называется дефлекторной) или специальной формой продувочных каналов, направляющих поток воздуха (смеси) к головке цилиндра, и сферической формой головки. Так как в последнем случае воздух (смесь) в цилиндре описывает петлю, такой тип продувки называется
К недостаткам контурной продувки вообще следует отнести симметричность открытия и закрытия продувочных и выпускных окон относительно нижней мертвой точки. Дело в том, что выпускное окно должно открываться раньше продувочного, чтобы часть отработавших газов вытекла в выпускной коллектор, и давление в цилиндре стало меньше давления воздуха (смеси) в продувочном насосе (иначе продувка будет невозможна).
Кроме того, при контурной продувке в цилиндре всегда имеются застойные (непродуваемые) зоны, что ухудшает его технико-экономические характеристики.
Однако простота реализации контурной продувки (особенно при использовании подпоршневого пространства в качестве продувочного насоса) обеспечили очень широкую популярность таких двигателей. Их устанавливают на мотоциклах, мотодельтапланах, мотопилах, газонокосилках, моторных лодках.
Прямоточная продувка
При прямоточной продувке поток воздуха (смеси) движется, не меняя направления, вдоль оси цилиндра. Управлять открытием и закрытием продувочных и выпускных окон одним поршнем невозможно, что требует применения специальных устройств. Может использоваться клапанный механизм, установленный в головке цилиндра, через который происходит выпуск отработавших газов (продувочные окна открываются и закрываются поршнем), или два поршня, встречно движущихся в одном цилиндре (один поршень управляет впускными окнами, другой выпускными).
При прямоточной продувке качество очистки цилиндра от остаточных газов существенно лучше, чем при контурной. Кроме того, поскольку открытие (и закрытие) выпускных и продувочных органов осуществляется различными элементами двигателя, подбор оптимальных фаз газораспределения не представляет затруднейний. Как правило, в двигателях с прямоточной продувкой выпускной клапан (выпускное окно) закрывается раньше продувочного, что исключает потерю свежего заряда и позволяет осуществлять дозарядку с повышение давления (то есть наддув).
Несмотря на указанные достоинства, двигатели с прямоточной продувкой получили меньшее распространение. Дело в том, что по сложности они не уступают, а порой и превосходят четырёхтактные. Двухтактные двигатели с прямоточной продувкой выгодно применять в тех случаях, когда четырехтактный двигатель близких размеров не может быть форсирован за счет повышения числа оборотов до необходимой мощности. Такая ситуация возникает на судах дальнего плавания, где двигатель вращает гребной винт без редуктора. Как известно, скрость вращения гребного винта выгодно выбирать в пределах 200—300 об/мин и даже ниже — на крупногабаритных судах.
Двухтактный двигатель Юнкерс Jumo 205a
Ранее двухтактные оппозитные двигатели (два поршня встречного движения в одном цилиндре) использовались в поршневой авиации (например, двигатели «Юнкерс»), используются в устаревших типах тепловозах, а так же в бронетанковой технике (двигатели 5ТДФ танка Т-64 и 6ТД танков Т-80УД и Т-84).
Продувочные насосы
Для того, чтобы осуществить продувку, необходимо сжать воздух (смесь) до подачи её в цилиндр двухтактного двигателя. Эта операция осуществляется продувочным насосом.
На малогабаритных бензиновых двухтактных двигателях роль продувочного насоса выполняет подпоршневое пространство (кривошипная камера). Такая конструкция предельно проста, так как не требует отдельного продувочного агрегата, что обусловило ее преимущественное распространение. Но здесь есть ряд недостатков. Во-первых, использование картера двигателя в качестве продувочного насоса не позволяет разместить в картере маслянную ванну. Приходится для смазки двигателя подавать масло вместе с топливом, что обуславливает значительный расход масла, дымный выхлоп и образование нагара в цилиндре. Во-вторых, во многоцилиндровых двигателях приходится отделять кривошипные камеры друг от друга, что требует применения разборного коленчатого вала (как следствие, существенная потеря жесткости вала по сравнению с цельным) и сложных уплотнительных устройств.
На крупных многоцилиндровых двухтактных двигателях продувочный воздух (смесь) сжимается в отдельном компрессоре (чаще всего «восьмерочном» типа Рутс), что практически полностью устраняет указанные выше недостатки. Для тех же целей можно использовать и турбокомпрессор, но в этом случае в момент пуска в двигатель необходимо подавать сжатый воздух от внешнего источника.
? — Блог AMSOIL
- Как
Поделиться:
У двухтактных и четырехтактных двигателей есть свои плюсы и минусы.
Купить артикул
AMSOIL DOMINATOR® Synthetic 2-Stroke Racing Oil
SABRE® Professional 2-Stroke Oil
AMSOIL INTERCEPTOR® Synthetic 2-Stroke Oil
Отличие двухтактных двигателей от двухтактных.
Двигатели внутреннего сгорания преобразуют химическую энергию в механическую энергию, используемую для приведения в действие транспортного средства или другого оборудования, посредством процесса сгорания, требующего воздуха, топлива и источника воспламенения.
Термины «двухтактный» и «двухтактный» часто взаимозаменяемы, как и «четырехтактный» и «четырехтактный». Каждое движение поршня вверх или вниз в двигателе называется тактом. Принципиальное различие между двухтактными и четырехтактными двигателями заключается в том, как они подают воздух и топливо для сгорания для создания мощности, а затем удаляют выхлопные газы после каждого цикла сгорания.
Конструкция камеры четырехтактного двигателя
В четырехтактном двигателе впускные и выпускные отверстия расположены в верхней части камеры сгорания. Впускные и выпускные клапаны контролируют открытие и закрытие портов для управления входящими и выходящими газами. Впускное отверстие регулирует поступающий воздух, обеспечивая воздух, который вступает в реакцию с топливом при воспламенении. Выпускное отверстие выбрасывает образующиеся газы, включая водяной пар (h3O), двуокись углерода (CO2) и азот (N2), из камеры сгорания.
Цикл сгорания четырехтактного двигателя
В четырехтактном двигателе требуется два полных оборота коленчатого вала, то есть четыре поршневых цикла, для выполнения тактов впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска. Во время первого оборота топливовоздушная смесь всасывается в камеру сгорания через впускное отверстие и сжимается. Во время второго оборота топливно-воздушная смесь воспламеняется для создания мощности, и все образовавшиеся газы выпускаются.
Четырехтактные двигатели более долговечны, экономичны и имеют более низкий уровень выбросов.
Процесс сгорания в четырехтактном двигателе.
1. Такт впускаКогда поршень движется вниз по цилиндру, он создает вакуум в пространстве над ним и всасывает воздух в цилиндр через открытый впускной клапан.
2. Такт сжатияВпускной и выпускной клапаны закрываются, когда поршень движется вверх и сжимает топливовоздушную смесь для подготовки к сгоранию.
3. Рабочий ходВо время рабочего такта впускной и выпускной клапаны закрыты, так как свеча зажигания воспламеняет смесь воздуха и топлива. Взрыв толкает поршень вниз, вращая коленчатый вал.
4. Такт выпускаПо мере того, как поршень движется вверх, он вытесняет все газы, оставшиеся после цикла сгорания, через открытый выпускной клапан, подготавливая цилиндр к новой заправке воздухом и топливом.
Двухтактный камерный дизайн
В двухтактном двигателе отверстия по обеим сторонам поршня используются для регулирования газов, поступающих в цилиндр и выходящих из него. Движущийся поршень закрывает и открывает порты вместо того, чтобы использовать клапаны для открытия и закрытия портов, как в четырехтактном двигателе.
Цикл сгорания в двухтактном двигателе
В двухтактном двигателе требуется только один оборот коленчатого вала, то есть два цикла поршня, для завершения полного цикла сгорания. Двигатель срабатывает каждый раз, когда вращается коленчатый вал, что удваивает количество взрывов по сравнению с четырехтактным двигателем, который вырабатывает большую мощность при сравнении цилиндров одинакового размера.
Двухтактные двигатели
дешевле и легче, обеспечивая более высокое отношение мощности к весу.
Двухтактный двигатель создает мощность с каждым оборотом коленчатого вала.
1. Такт впуска-воспламененияВпускное отверстие открывается при движении поршня вверх, что создает вакуум в пространстве под поршнем, который заставляет воздух устремляться в картер. Когда воздух проходит через карбюратор, он забирает порцию топлива и масла.
По мере движения поршня топливовоздушная смесь, уже находящаяся в цилиндре, сжимается. Когда поршень достигает верхней мертвой точки (ВМТ), свеча зажигания воспламеняется, вызывая взрыв воздушно-топливной смеси.
2. Такт сжатия-выпускаПоршень прижимается взрывом воздушно-топливной смеси. Топливно-масляная смесь в картере находится под давлением, когда поршень движется вниз, и проталкивается через перепускное отверстие в цилиндр. Поступающий заряд выталкивает оставшиеся газы в цилиндре через выпускное отверстие.
Применение двухтактных и четырехтактных двигателей
Преимущества двухтактных двигателей заключаются в том, что они дешевле в изготовлении, имеют меньший вес и более высокое отношение мощности к весу, чем четырехтактные двигатели.
По этим причинам двухтактные двигатели идеально подходят для ручных устройств, таких как бензопилы, триммеры для струн и ранцевые воздуходувки. Двухтактные мотоциклы для бездорожья также возвращаются благодаря более удобному диапазону мощности и новым конструкциям двигателей, снижающим выбросы. Двухтактные двигатели также легче запускаются при низких температурах, что делает их идеальными для использования на снегоходах.
Однако четырехтактные двигатели создают больший крутящий момент при более низких оборотах, как правило, имеют большую долговечность, чем высокооборотные двухтактные двигатели, а также обеспечивают повышенную топливную экономичность и более низкий уровень выбросов. По этим причинам четырехтактные двигатели идеально подходят для таких применений, как мотоциклы, квадроциклы, морские моторы и гидроциклы.
AMSOIL
РУКОВОДСТВО ПО ПОИСКУ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
- Найдите товары для своего автомобиля: автомобили и легкие грузовики, мотоциклы, квадроциклы, снегоходы, морские суда, гидроциклы, большегрузные автомобили и многое другое.
- Руководство по поиску старинных автомобилей.
- Фильтр поиска и руководств по перекрестным ссылкам.
Ознакомьтесь с руководствами
Смазка для четырехтактных двигателей
Четырехтактные двигатели смазываются маслом, находящимся в масляном поддоне. Масло распределяется по двигателю за счет смазки разбрызгиванием или насосной системы смазки под давлением; эти системы могут использоваться по отдельности или вместе.
Смазка разбрызгиванием достигается путем частичного погружения коленчатого вала в масляный картер. Импульс вращающегося коленчатого вала разбрызгивает масло на другие компоненты двигателя, такие как кулачки распределительного вала, поршневые штифты и стенки цилиндров.
Смазка под давлением использует масляный насос для создания смазочной пленки под давлением между движущимися частями, такими как коренные подшипники, шатунные подшипники и кулачковые подшипники. Он также перекачивает масло в направляющие клапанов двигателя и коромысла.
Смазка для двухтактных двигателей
В двухтактных двигателях масло собирается под коленчатым валом; однако в двухтактных двигателях используется система смазки с полными потерями, в которой масло и топливо сочетаются для обеспечения как энергии, так и смазки двигателя. Масло и топливо смешиваются во впускном тракте цилиндра и смазывают важные компоненты, такие как коленчатый вал, шатуны и стенки цилиндров.
Двухтактные двигатели с впрыском масла впрыскивают масло непосредственно в двигатель, где оно смешивается с топливом, в то время как для двухтактных двигателей с предварительным смешиванием требуется топливно-масляная смесь, которая смешивается перед установкой в топливный бак. Как правило, двухтактные двигатели изнашиваются быстрее, чем четырехтактные, потому что у них нет специального источника смазки; однако качественное двухтактное масло значительно снижает износ двигателя.
Это ключевые отличия при рассмотрении конструкции четырехтактного и двухтактного двигателя и потребности в смазке. Независимо от конструкции используемого двигателя выбирайте высококачественное масло, которое поможет предотвратить износ и максимизирует производительность.
Купить артикул
AMSOIL DOMINATOR® Synthetic 2-Stroke Racing Oil
SABRE® Professional 2-Stroke Oil
AMSOIL INTERCEPTOR® Synthetic 2-Stroke Oil
Больше похоже на это
- Как
Что делать, если снегоуборочная машина не заводится?
Снегоуборочная машина, которая не запускается, обычно связана с топливной проблемой.
- Как
Как часто следует менять дифференциальную жидкость?
Интервалы замены жидкости зависят от вашего автомобиля, условий вождения и качества трансмиссионного масла.
- Как
Что такое дифференциальная жидкость, трансмиссионное масло или трансмиссионная смазка?
Экстремальное давление на шестерни дифференциала требует превосходной смазки.
Что такое двухтактный двигатель и почему его нужно было убить?
Карл Бенц был первым, кто зарегистрировал двухтактный двигатель в книгах (патент) еще в 1879 году.. Чтобы вы знали, Карл Бенц — тот же человек, который основал бренд «Мерседес-Бенц». Почти десять лет назад двухтактные мотоциклы были основным выбором любителей мотоциклов. Yamaha RX-100, Yezdi и другие были по-старому крутыми.
Но что изменилось? Что было такого особенного в этих двухтактных двигателях? характерные характеристики этих двигателей, в том числе мощность, сделали их популярными. Двухтактный двигатель более мощный, чем его четырехтактный аналог того же рабочего объема. Мощные двухтактные двигатели также издают характерный звук, который можно ассоциировать только с этим типом двигателя.
Ямаха RX 100 | Забытые велосипеды в Индии | 2-тактный мотоциклИтак, теперь возникает вопрос, зачем нужно было убивать 2-тактный мотор?
Ответ на этот вопрос заключается в работе двухтактного двигателя. Итак, не теряя времени, давайте посмотрим, как работает этот движок.
Двухтактный двигатель | Рабочий Двухтактный двигатель | Источник изображения: (1)В отличие от 4-тактного двигателя, который имеет 4 такта, в которых только один такт производит мощность, двухтактный двигатель работает наоборот. Этот тип двигателя вырабатывает мощность при каждом втором такте, что значительно увеличивает выходную мощность двигателя. Но каковы ходы двухтактного двигателя?
- Ход вверх
- Ход вниз
Основные детали такие же, как и в 4-тактном двигателе, такие как поршень, камера сгорания и свеча зажигания, но разница заключается в подаче заряда в двигатель. (воздушно-топливная смесь).
- Начнем с того, что в двухтактном двигателе нет клапанов, вместо этого работу выполняют порты. Движение поршня открывает или закрывает порты.
- В отличие от любого двигателя, у этого есть перепускное отверстие, которое передает свежий заряд из картера в камеру сгорания.
- Хоть мотор и поршневой, но немного отличается от обычных. Головка поршня имеет выступ.
Подробнее об этом далее в статье. Итак, не теряя времени, вот как работает двухтактный двигатель.
Загрузите приложение GoMechanic прямо сейчас!Ход вверх Ход вверх | Источник изображения: (1)
Секрет кроется в деталях. При ходе вверх поршень движется от НМТ (нижней мертвой точки) к ВМТ (верхней мертвой точке).
- При этом движении поршень сжимает заряд в камере сгорания. Наряду с этим выхлопные газы также выбрасываются из выпускного отверстия.
- Здесь пригодится горб на головке поршня, так как он еще больше толкает газы к выпускному отверстию.
- Кроме того, за счет движения поршня вверх впускное отверстие открывается, пропуская свежий заряд в картер.
Следовательно, такты сжатия и всасывания происходят одновременно.
Ход вниз Ход вниз | Источник изображения: (1)Это ход, при котором поршень перемещается от ВМТ к НМТ.
- Во-первых, именно процесс сгорания заставляет поршень двигаться сверху вниз.
- Кроме того, когда поршень движется вниз, открывается выпускное отверстие, что позволяет выхлопным газам выходить.
- Одновременно впускное отверстие закрывается, и благодаря вакууму свежий заряд в картере поступает в камеру сгорания для сжигания через передаточный порт.
Теперь цикл повторяется, и мощность генерируется всего за два удара. Другими словами, каждое движение вниз происходит из-за рабочего хода. Двухтактный двигатель мощнее, им приятно управлять, и он звучит лучше. Так почему же мы не видим его сейчас?
Почему двухтактных двигателей больше нет? Delhi ЗагрязнениеЕдинственная причина, по которой этот двигатель больше не существует, это «ЗАГРЯЗНЕНИЕ».
- В двухтактном двигателе для смазки используется смесь топлива и масла (2T-масло), а топливовоздушная смесь сгорает в камере сгорания.
- Смазочное масло также сгорает вместе с зарядом, образуя густой белый дым. Этот дым очень заметен и неблагоприятно влияет на окружающую среду.