Устройство и принцип действия двухтактного двигателя внутреннего сгорания
Всі
Авторське
Досвід
Заходи
Подорожі
Про все
Ремзона
Вихлопна система
Двигун
Довідник
Електрообладнання
Підвіска
Система живлення
Трансмісія
Автор: GiS
Многие из нас ездят на мотороллерах, но вот как устроен и работает двигатель внутреннего сгорания (далее ДВС), который приводит в движение Вашу двухколесную технику, знает не каждый. А вот хорошо зная все принципы работы ДВС, Вы сможете быстро и правильно диагностировать его неполадки.
Вообще-то существует два основных типа двигателей: двухтактные и четырехтактные. Практически на каждом мотороллере, особенно до 2000 года выпуска, установлен двухтактный двигатель. В двухтактных двигателях все рабочие циклы (процессы впуска топливной смеси, выпуска отработанных газов, продувки) происходят в течении одного оборота коленвала за два основных такта. У двигателей такого типа отсутствуют клапаны (как в четырехтактных ДВС), их роль выполняет поршень, который при своем перемещении закрывает впускные, выпускные и продувочные окна. Поэтому они более просты в конструкции.
Мощность двухтактного двигателя при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения вала теоретически в два раза больше четырехтактного за счет большего числа рабочих циклов. Однако неполное использование хода поршня для расширения, худшее освобождение цилиндра от остаточных газов и затраты части вырабатываемой мощности на продувку приводят практически к увеличению мощности только на 60.
Итак, рассмотрим конструкцию двухтактного ДВС, показанную на рисунке 1:
Двигатель состоит из картера, в который на подшипниках с двух сторон установлен коленчатый вал и цилиндра. Внутри цилиндра движется поршень — металлический стакан, опоясанный пружинящими кольцами (поршневые кольца), вложенными в канавки на поршне. Поршневые кольца не пропускают газов, образующихся при сгорании топлива, в промежутке между поршнем и стенками цилиндра. Поршень снабжен металлическим стержнем — пальцем, он соединяет поршень с шатуном. Шатун передаёт прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Далее уже, в частности на мотороллере, вращательное движение передается на вариатор, принцип работы которого описан в статье: Устройство и принцип работы вариатора.
Из рисунка 1 видно, что топливная смесь (желтый цвет) попадает и в кривошипную камеру двигателя (это та полость, где закреплен и вращается коленчатый вал), и в цилиндр. Смазки там нигде нет, а если бы и была, то смылась топливной смесью. Вот по этой причине масло и добавляют в определенной пропорции к бензину. Тип масла используется специальный, именно для двухтактных двигателей. Оно должно выдерживать высокие температуры и сгорая вместе с топливом оставлять минимум зольных отложений.
Такт сжатия.
1. Такт сжатия. Поршень перемещается от нижней мертвой точки поршня (в этом положении поршень находится на рис. 2, далее это положение называем сокращенно НМТ) к верхней мертвой точке поршня (положение поршня на рис.3, далее ВМТ), перекрывая сначала продувочное 2, а затем выпускное 3 окна.
2. Такт рабочего хода. При положении поршня около ВМТ сжатая рабочая смесь (1 на рис. 3) воспламеняется электрической искрой от свечи, в результате чего температура и давление газов резко возрастают. Под действием теплового расширения газов поршень перемещается к НМТ, при этом расширяющиеся газы совершают полезную работу. Одновременно, опускаясь вниз, поршень создает высокое давление в кривошипной камере (сжимая топливо-воздушную смесь в ней). Под действием давления клапан закрывается, не давая таким образом горючей смеси снова попасть во впускной коллектор и затем в карбюратор.
Когда поршень дойдет до выпускного окна (1 на рис. 4), оно открывается и начнется выпуск отработавших газов в атмосферу, давление в цилиндре понижается. При дальнейшем перемещении поршень открывает продувочное окно (1 на рис. 5) и сжатая в кривошипной камере горючая смесь поступает по каналу (2 на рис. 5), заполняя цилиндр и осуществляя продувку его от остатков отработавших газов.
Далее цикл повторяется.
Стоит упомянуть о принципе зажигания. Так как топливной смеси нужно время для воспламенения, искра на свече появляется чуть раньше, чем поршень достигает ВМТ. В идеале, чем быстрей движения поршня, тем раньше должно быть зажигание, потому-что поршень от момента искры быстрее доходит до ВМТ. Существуют механические и электронные устройства, меняющие угол зажигания в зависимости от оборотов двигателя. Практически у мотороллеров до 2000 г.
Наглядно просмотреть работу двухтактного ДВС можно на этом ролике:
Фото 1/5
02.02.2004 р., переглядів: 10197
Подібні статті
Коментарі1
Двухтактный двигатель, устройство, принцип работы, секреты мощности
Спектр применения распространяется на моторизованные агрегаты, бензопилы, небольшие моторные лодки, мотоциклы. Двухтактный двигатель обладает небольшими габаритами, большой мощностью и малым коэффициентом полезного действия. Для данного типа агрегатов топливная экономичность принципиально не имеет значения. Ныне таковые используются как пусковые моторы для приведения во вращение крупных дизельных ДВС, например, тракторов.
Устройство
Двухтактный двигатель отличается простотой конструкции, отсутствием газораспределительного механизма, малыми габаритами. Конструктивно схема представляет собой блок цилиндра, внутри которого на подшипниках размещен коленчатый вал. На шейку вала ложится головка шатуна с вкладышами и фиксируется корончатыми гайками. Верхняя же головка шатуна соединяется с поршнем посредством металлической полой втулки (пальца). Поршень с расположенными на нем компрессионными кольцами исключает проникновение сгоревших газов в камеру сгорания.
За счет перемещения поршня вверх-вниз происходит вращение вала. Далее вращение передается к главной передаче того или иного агрегата.
Двухтактный двигатель охлаждается через наружные ребра блока.
Охлаждение происходит и за счет топлива, содержащего определенное количество масла. То есть смазка сочленений поршень–цилиндр и коленвал – шатун осуществляется смесью, которая заранее разбавлена специальным маслом. Оно, сгорая с топливом не должно оставлять выхлопных отложений под поршнем.
Принцип работы
Процесс зиждется на рабочем цикле, который происходит за оборот коленчатого вала. Принцип работы двухтактного двигателя заключается в том, что при перемещении вверх, поршень сжимает имеющуюся под поршнем смесь, попавшую туда через впускное окно. Искра от свечи зажигания как бы взрывает горючее, резко повышая температуру и давление газов. В результате такого теплового давления поршень принудительно перемещается вниз. При этом открываются выпускное и чуть позже переходное окно, впрыскивая свежую порцию топлива. Кстати, горючее в двухтактный двигатель обязательно дополняют маслом, составляя смесь бензина и масла определенной пропорции. Делается это для смазки поршня, стенки цилиндра и кривошипно–шатуного узла. Топливная смесь попадает в картер через окно, которое открывается за счет вакуума, создаваемого движением поршня от НМТ к ВМТ. Одновременно поршень открывает отверстие, выбрасывая отработанные выхлопные газы. В определенный период посредством поршня открывается продувочное окно для заполнения цилиндра свежей порцией топливной смеси.
Повышение мощности
Чтобы повысить мощность двигателя нужно:
- Повысить площадь выпускного отверстия с условием продолжительного пребывания его в открытом положении, чтобы выпустить максимальное количество газов.
- Повысить эффективность продувки. Это нужно для того, чтобы через впускные отверстия горючее успевало впрыскиваться в камеру сгорания. Иначе в картере будет наблюдаться скопление топливной смеси. Во избежание оного, рекомендуется выпускные окна увеличить, что приведет к качественной наполняемости цилиндра.
- Использовать на карбюраторе вихревой (нулевой) диффузор, который за меньший период времени подаст больше смеси.
- Установить на глушителе, так называемый резонатор, соответствующий оборотам мотора. Этот узел способствует возврату доли смеси назад в цилиндр. Подобные нюансы возникают, когда двухтактный двигатель выбрасывает часть горючего из камеры через выпускное отверстие (окно).
Для полного заполнения подпоршневого объема следует просмотреть и состояние каналов впускных, выпускных на предмет уменьшения всевозможных заусенец, рисок, шероховатостей.
Эти изъяны литья способствуют торможению потока, уменьшению наполнения камеры, снижению мощности.
Эффективным увеличением мощности двигателя считается фрезерование с последующим тонким шлифованием головки блока. Трудоемкость процедуры сводится к измерению объема литража, подбору октанового числа топлива.
Ради повышения мощности мотора можно было бы уменьшить вес вращающихся деталей, например, маховика, коленвала, срезав элементы противовеса. Но горький опыт подсказывает не идти на авось, поскольку самодеятельность приведет к биению маховика, его вибрации, особенно во время низких оборотов мотора. Но если очень хочется, можно снять тонкую стружку с последующей обязательной балансировкой махового колеса. Что касается коленчатого вала, то есть риск потерять центр тяжести вала со всеми вытекающими последствиями.
Тяговые возможности
Итак, двухтактные двигатели и их тяговые возможности соотносятся с открытием заслонки дросселя. То есть с ускорением оборотов возрастает его тяговая способность, что существенно действует на разгон.
Значит, чтобы нарастить разгон нужно увеличить рабочий объем цилиндра. Конечно, тяга может привести к максимальной скорости. Работая на низких скоростях, хорошая тяга обеспечивает приемистость, быстрый разгон с легким преодолением дорожных препятствий, поворотов. Все это относится к повышению тяги на низких оборотах. Одним из предпосылок увеличения тяги следует отнести установку специальных клапанов и увеличение продолжительности пребывания их в открытом состоянии.
Проблема с продувкой камеры сгорания
Однако известно, что повышенные обороты свидетельствуют о большей мощности. В двухтактных моторах из-за больших скоростей вращения, камера сгорания не может качественно и быстро продуваться, поскольку окна остаются открытыми непродолжительное время.
Использование камерной продувки предусматривает впрыскивание топлива в цилиндр из картера. Топливо всасывается и находится в картере при перемещении поршня вверх. При движении же вниз вырабатываемое избыточное давление производит продувку камеры сгорания.
Такая схема целесообразна с точки зрения малого количества используемых деталей, например, отсутствие: газораспределительного вала, клапанов, продувочного насоса, узлов смазки.
Другая особенность продувки камеры связана с режимом холостого хода мотора, при котором имеет место небольшой угол открытой заслонки. Эта ситуация не обеспечивает полную очистку от выхлопных газов за оборот вала. Поэтому на холостом ходу двигатель демонстрирует неустойчивую работу. Дело в том, что вспышка смеси приводит к дополнительным холостым оборотам. Но смесь под цилиндром от искры не воспламеняется из-за бедности топлива.
ЧТО ТАКОЕ ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ? | ДОБРО ПОЖАЛОВАТЬ
В чем разница между двухтактным и четырехтактным двигателем?
Основное механическое отличие двухтактного двигателя от четырехтактного состоит в том, что
- Двухтактные двигатели не имеют клапанов.
Многие другие компоненты четырехтактного двигателя (поршень, цилиндр, свеча зажигания) также являются частью двухтактного двигателя. Однако тот факт, что клапан не требуется, позволяет двухтактным двигателям быть легче и часто лучше подходит для двигателей меньшего размера, таких как скутеры и оборудование для газонов. - Двухтактные двигатели срабатывают при каждом обороте поршня (четырехтактные двигатели срабатывают через каждые два оборота), что может привести к увеличению мощности двигателя меньшего размера.
- Двухтактные двигатели часто меньше, легче и проще, чем четырехтактные двигатели, и имеют более высокое отношение мощности к весу.
Многие другие компоненты четырехтактного двигателя (поршень, цилиндр, свеча зажигания) также являются частью двухтактного двигателя. Однако тот факт, что клапан не требуется, позволяет двухтактным двигателям быть легче и часто лучше подходит для двигателей меньшего размера, таких как скутеры и оборудование для газонов.
Как работают двухтактные двигатели
В двухтактном двигателе свеча зажигания срабатывает при каждом обороте, что отличается от четырехтактных двигателей. Как и в четырехтактном двигателе, в цилиндре смешиваются топливо и воздух. Топливно-воздушная смесь сжимается и выталкивается поршнем к свече зажигания — это называется тактом сжатия.
Когда топливно-воздушная смесь сжимается в поршне, создается вакуум, открывающий язычковый клапан, который всасывает воздух, топливо и масло из карбюратора. Свеча зажигания воспламеняет смесь, и поршень движется вниз под действием взрыва свечи зажигания.
Когда поршень возвращается в нижнее положение, выхлопные газы выпускаются из цилиндра, и цикл начинается заново со свежим топливом, поступающим в камеру. Это известно как инсульт сгорания.
Масла для двухтактных двигателей. Можно ли использовать обычное масло в двухтактном двигателе?
Поскольку масло является частью смеси, которая сгорает при работе двухтактного двигателя, для двухтактных двигателей требуются специальные масла. Картер создает давление в камере топливно-воздушной смесью, а топливо смешивается с маслом. Из-за этой смеси топлива и масла для двухтактных двигателей часто требуются масла с меньшей вязкостью.
Недостатки двухтактных двигателей
Двухтактные двигатели часто имеют преимущества при использовании в небольших двигателях; но у них есть проблемы, которые делают их не такими эффективными в других операциях двигателя.
Вот некоторые из недостатков двухтактных двигателей:
- Использование топлива в двухтактных двигателях не так эффективно — экономия топлива значительно ниже, чем в четырехтактных двигателях.
- Двухтактные двигатели производят значительно больше выбросов и загрязнений в результате сгорания масла и выделения углеводородов при сгорании топлива с маслом. Сгорание масла также может привести к образованию маслянистого дыма из двухтактного двигателя.
- Стоимость эксплуатации двухтактного двигателя выше, чем стоимость эксплуатации четырехтактного двигателя. Это результат снижения расхода топлива и того факта, что масло в двухтактном двигателе сжигается вместе с бензином. Обычно на галлон бензина в двухтактном двигателе сжигается около 4 унций масла.
- Тот факт, что смазка двигателя настолько отличается от двухтактной, часто приводит к сокращению срока службы двигателя.
Двухтактные двигатели широко используются в небольших двигателях, например, в небольших транспортных средствах, таких как квадроциклы, водные мотоциклы и садовая техника.
Они могут обеспечить более высокое отношение мощности к весу, что очень эффективно для определенного оборудования. Если у вас двухтактный двигатель, обязательно ознакомьтесь с разделом Castrol Oil Selector, чтобы найти подходящее двухтактное масло для вашего оборудования.
Устройства для улучшения характеристик обычного двухтактного двигателя с искровым зажиганием
NASA/ADS
Устройства для улучшения характеристик обычного двухтактного двигателя с искровым зажиганием
- Пула, Р. Б. ;
- Нагалингам, Б. ;
- Гопалакришнан, К.В.
Аннотация
В этой статье представлены исследования, проведенные в три этапа с целью улучшения топливной экономичности и снижения выбросов выхлопных газов обычных карбюраторных двухтактных двигателей с искровым зажиганием (SI), которые широко используются в двухколесном транспорте в Индии.
Включен обзор существующей технологии двухтактных двигателей для этого применения. На первом этапе была разработана и испытана новая система продувки для уменьшения потерь свежего заряда через выпускное отверстие. На втором этапе были предприняты следующие меры для улучшения процесса сгорания: (1) использование катализатора в цилиндре, такого как медь, хром и никель, в виде покрытия; (2) обеспечение умеренной теплоизоляции в камере сгорания путем нанесения тонкого керамического материала или металлических вставок; (3) разработка высокоэнергетической системы зажигания; и (4) использование высокооктанового топлива, такого как метанол, этанол, эвкалиптовое масло и апельсиновое масло, в качестве смешивающего агента с бензином. Основываясь на эффективности вышеперечисленных мер, на заключительном этапе была разработана оптимизированная конструкция для повышения производительности. Результаты испытаний показывают, что с оптимизированным двухтактным двигателем SI максимальное процентное улучшение термической эффективности тормозов составляет около 31%, а также снижение выбросов углеводородов (HC) на 3400 частей на миллион и выбросов окиси углерода (CO) на 3% по объему.
над обычным двигателем (при 3 кВт, 3000 об/мин). Достигаются более высокие пиковые давления в цилиндре (3-5 бар), меньшая задержка воспламенения (2-4 градуса СА) и более короткая продолжительность сгорания (4-10 градусов СА). Выходная мощность с ограничением детонации также увеличивается на 12,7% при высокой степени сжатия (CR) 9.:1. Предлагаемые модификации оптимизированной конструкции просты, малозатратны и легко адаптируются как к серийным, так и к существующим двигателям.
- Публикация:
Технический отчет NASA STI/Recon N
- Дата публикации:
- август 1995 г.
- Биб-код:
- 1995STIN…9610422P
