Двутактов двигател в кола

Светът на автомобилите е забелязал много развитие на силовите агрегати. Някои от тях замръзнаха във времето поради факта, че дизайнерът не разполагаше със средства за по-нататъшно развитие на своето въображение. Други се оказаха неефективни, така че подобно развитие нямаше обещаващо бъдеще.

В допълнение към класическия редови или V-образен двигател, производителите произвеждат и автомобили с други конструкции на силови агрегати. Под капака на някои модели можете да видите Двигател на Ванкел, боксьор (или боксьор), водороден двигател. Някои автомобилни производители все още могат да използват такива екзотични задвижващи агрегати в своите модели. В допълнение към тези модификации историята познава още няколко успешни нестандартни мотора (някои от тях са отделна статия).

Сега нека поговорим за такъв двигател, с който почти никой от автомобилистите не се натъква, ако не говорим за необходимостта да косим тревата с косачка или да отсечем дърво с моторен трион. Това е двутактов силов агрегат. По принцип този тип двигатели с вътрешно горене се използват в моторни превозни средства, в цистерни, бутални самолети и др., Но изключително рядко в автомобили.

Също така, двутактовите двигатели са много популярни в автомобилния спорт, тъй като тези агрегати имат значителни предимства. Първо, те имат огромна мощност за малка денивелация. На второ място, поради опростения си дизайн, тези двигатели са леки. Тези фактори са много важни за спортните двуколки.

Помислете за характеристиките на устройството на такива модификации, както и дали е възможно да ги използвате в автомобилите.

Какво е двутактов двигател?

За първи път патент за създаването на двутактов двигател с вътрешно горене се появява в началото на 1880-те. Разработката беше представена от инженер Дъглад Клерк. Устройството на неговото въображение включва два цилиндъра. Единият беше работник, а другият изпомпваше нова партида военно-техническо сътрудничество.

След 10 години се появи модификация с продухване на камерата, в която вече нямаше изпускателно бутало. Този мотор е проектиран от Джоузеф Дей.

Успоредно с тези разработки Карл Бенц създава своя собствена газова единица, патентът за производството на която се появява през 1880 година.

Двутактовият двигател, както подсказва името му, в един оборот на коляновия вал изпълнява всички ходове, необходими за подаване и изгаряне на въздушно-горивната смес, както и за отстраняване на продуктите от горенето в изпускателната система на автомобила . Тази способност се осигурява от конструктивните характеристики на устройството.

При един ход на буталото се извършват два хода в цилиндъра:

1. Когато буталото е в долната мъртва точка, цилиндърът се продухва, т.е. продуктите от горенето се отстраняват. Този удар се осигурява от приема на прясна част от BTC, която измества отработените газове в изпускателния тракт. В същия момент има цикъл на пълнене на камерата с прясна порция VTS.
2. Издигайки се до горната мъртва точка, буталото затваря входа и изхода, което осигурява компресията на BTC в горното бутално пространство (без този процес е невъзможно ефективно изгаряне на сместа и необходимата мощност на силовия агрегат). В същото време допълнителна част от сместа от въздух и гориво се засмуква в кухината под буталото. При TDC на буталото се създава искра, която запалва въздушно-горивната смес. Работният ход започва.

Това повтаря моторния цикъл. Оказва се, че при двутактов ход всички удари се извършват в два хода на буталото: докато то се движи нагоре и надолу.

Устройството на двутактов двигател?

Класическият двутактов двигател с вътрешно горене се състои от:

• Картър. Това е основната част от конструкцията, в която коляновият вал е фиксиран със сачмени лагери. В зависимост от размера на групата цилиндър-бутало, на коляновия вал ще има съответния брой манивели.
• Бутало. Това е парче под формата на стъкло, което е прикрепено към свързващия прът, подобно на това, използвано в четиритактовите двигатели. Той има канали за компресионните пръстени. Ефективността на агрегата по време на изгарянето на MTC зависи от плътността на буталото, както при другите видове двигатели.
• Вход и изход. Те са направени в самия корпус на двигателя с вътрешно горене, където са свързани всмукателните и изпускателните колектори. В такъв двигател няма механизъм за разпределение на газ, поради което двутактовите са леки.
• Клапан. Тази част предотвратява връщането на сместа въздух / гориво обратно във всмукателния канал на блока. Когато буталото се издигне, под него се създава вакуум, придвижвайки клапата, през която в кухината навлиза нова част от BTC. Веднага щом има ход на работния ход (задейства се искра и сместа се запали, придвижвайки буталото до долната мъртва точка), този клапан се затваря.
• Компресионни пръстени. Това са същите части като при всеки друг двигател с вътрешно горене. Размерите им се избират стриктно според размерите на конкретно бутало.

Двутактов дизайн на Hofbauer

Поради много инженерни пречки идеята за използване на двутактови модификации в леките автомобили не беше възможна доскоро. През 2010 г. беше направен пробив в това отношение. EcoMotors получи прилична инвестиция от Бил Гейтс и Khosla Ventures. Причината за такива отпадъци беше представянето на оригиналния боксерски двигател.

Въпреки че подобна модификация съществува отдавна, Петер Хофбауер създава концепцията за двутактов, работещ на принципа на класически боксьор. Компанията нарече работата си OROS (в превод като противоположни цилиндри и противоположни бутала). Такъв агрегат може да работи не само на бензин, но и на дизел, но разработчикът засега се е спрял на твърдо гориво.

Ако разгледаме класическия дизайн на двутактов в това си качество, то на теория той може да се използва в подобна модификация и да се инсталира на пътническо 4-колесно превозно средство. Би било възможно, ако не бяха екологичните стандарти и високата цена на горивото. По време на работа на конвенционален двутактов двигател с вътрешно горене, част от въздушно-горивната смес се отстранява през изпускателния отвор по време на процеса на продухване. Също така, в процеса на изгаряне на BTC, маслото се изгаря.

Въпреки големия скептицизъм на инженерите от водещи автомобилни производители, двигателят на Hofbauer отвори възможност за двутактови влизания под капака на луксозните автомобили. Ако сравним разработката му с класическия боксьор, тогава новият продукт е с 30 процента по-лек, тъй като дизайнът му има по-малко части. Уредът демонстрира и по-ефективно производство на енергия по време на работа в сравнение с четиритактов боксер (повишаване на ефективността в рамките на 15-50 процента).

Първият работещ модел получи маркировката EM100. Според разработчика теглото на мотора е 134 кг. Мощността му е 325 к.с., а въртящият момент е 900 Нм.

Дизайнерската особеност на новия боксьор е, че две бутала са разположени в един цилиндър. Те са монтирани на същия колянов вал. Изгарянето на VTS се случва между тях, поради което освободената енергия засяга едновременно и двете бутала. Това обяснява такъв огромен въртящ момент.

Обратният цилиндър е конфигуриран така, че да се задейства асинхронно със съседния. Това осигурява плавно въртене на коляновия вал, без да се дърпа със стабилен въртящ момент

В следващото видео самият Петер Хофбауер демонстрира как работи неговият мотор:

opoc двигател как работи.mp4

Нека разгледаме по-отблизо вътрешната му структура и общата схема на работа.

Турбокомпресор

Турбокомпресорът се осигурява от работно колело, на вала на което е монтиран електродвигател. Въпреки че ще работи частично от потока отработени газове, зареждането на работното колело по електронен път позволява на работното колело да се ускорява по-бързо и да генерира въздушно налягане. За да компенсира енергийната консумация на въртене на работното колело, устройството генерира електричество, когато лопатките са подложени на налягане на отработените газове. Електрониката също така контролира изпускателния поток, за да намали замърсяването на околната среда.

Този елемент в иновативния двутактов е доста противоречив. За да създаде бързо необходимото въздушно налягане, електродвигателят ще консумира прилично количество енергия. За целта бъдещата кола, която ще използва тази технология, ще трябва да бъде оборудвана с по-ефективен генератор и батерии с увеличен капацитет.

Към днешна дата ефективността на електрическото зареждане все още е на хартия. Производителят твърди, че тази система подобрява продухването на цилиндрите, като същевременно максимизира предимствата на двутактов цикъл. На теория тази инсталация ви позволява да удвоите литровия капацитет на агрегата в сравнение с четиритактовите аналози.

Въвеждането на такова оборудване определено ще оскъпи електроцентралата, поради което все още е по-евтино да се използва мощен и лакомен класически двигател с вътрешно горене, отколкото нов лек боксьор.

Стоманени свързващи пръти

По своя дизайн агрегатът наподобява TDF двигатели. Само при тази модификация контрабуталата задействат не два колянови вала, а един поради дългите свързващи пръти на външните бутала.

Външните бутала в двигателя са монтирани на дълги стоманени свързващи щанги, които са свързани към коляновия вал. Той е разположен не по краищата, както при класическата модификация на боксьора, която се използва във военното оборудване, а между цилиндрите.

Вътрешните елементи също са свързани към коляновия механизъм. Такова устройство ви позволява да извлечете повече енергия от процеса на горене на въздушно-горивната смес. Двигателят се държи така, сякаш има манивели, които осигуряват увеличен ход на буталото, но валът е компактен и лек.

Колянов вал

Моторът Hofbauer има модулен дизайн. Електрониката е в състояние да изключи някои от цилиндрите, така че колата да бъде по-икономична, когато ICE е с минимално натоварване (например, когато пътувате по равен път).

При 4-тактови двигатели с директно впръскване (за подробности относно видовете инжекционни системи прочетете в друго ревю) изключването на цилиндрите се осигурява чрез спиране на подаването на гориво В този случай буталата все още се движат в цилиндрите поради въртенето на коляновия вал. Те просто не горят гориво.

Що се отнася до иновативното развитие на Hofbauer, изключването на двойка цилиндри се осигурява от специален съединител, монтиран на коляновия вал между съответните двойки цилиндър-бутало. Когато модулът е изключен, съединителят просто изключва частта на коляновия вал, която отговаря за този раздел.

Тъй като движещите се бутала в класически двутактов двигател с вътрешно горене на празен ход все още ще засмукват нова част от VTS, в тази модификация този модул спира да работи напълно (буталата остават обездвижени). Веднага щом натоварването на силовия агрегат се увеличи, в определен момент съединителят свързва неработещата секция на коляновия вал и двигателят увеличава мощността.

цилиндър

В процеса на цилиндрично проветряване класическите 2-тактови клапани отделят част от неизгорялата смес в атмосферата. Поради това превозните средства, оборудвани с такъв силов агрегат, не могат да отговарят на екологичните стандарти.

За да отстрани този недостатък, разработчикът на двутактовия противоположен двигател е проектирал специален дизайн на цилиндрите. Те също имат входове и изходи, но позиционирането им намалява вредните емисии.

Как работи двутактов двигател с вътрешно горене

Особеността на класическата двутактова модификация е, че коляновият вал и буталото са в кухина, пълна със смес въздух-гориво. На входа е монтиран входящ клапан. Неговото присъствие ви позволява да създавате налягане в кухината под буталото, когато започне да се движи надолу. Тази глава ускорява продухването на цилиндъра и отвеждането на отработените газове.

Докато буталото се движи вътре в цилиндъра, то редува отваря / затваря входа и изхода. Поради тази причина конструктивните характеристики на блока позволяват да не се използва механизмът за разпределение на газ.

За да не се износват прекомерно триещите се елементи, те се нуждаят от висококачествено смазване. Тъй като тези двигатели имат проста структура, те са лишени от сложна система за смазване, която би доставяла масло във всяка част на двигателя с вътрешно горене. Поради тази причина към горивото се добавя малко моторно масло. За това се използва специална марка за двутактови агрегати. Този материал трябва да запази смазката при високи температури и когато се изгаря заедно с гориво, не трябва да оставя въглеродни отлагания.

Въпреки че двутактовите двигатели не са били широко използвани в автомобилите, историята познава периоди, когато такива двигатели са били разположени под капака на някои камиони (!). Пример за това е дизеловият агрегат YaAZ.

През 1947 г. на 7-тонните камиони ЯАЗ-200 и ЯАЗ-205 е монтиран редови 4-цилиндров дизелов двигател с този дизайн. Въпреки голямото тегло (около 800 кг.), Агрегатът имаше по-ниски вибрации от много двигатели с вътрешно горене на местни леки автомобили. Причината е, че устройството с тази модификация включва два вала, които се въртят синхронно. Този балансиращ механизъм смекчи повечето вибрации в двигателя, което бързо ще раздроби дървения корпус на камиона.

Повече подробности за работата на 2-тактови двигатели са описани в следващото видео:

2 ТАКТ. Нека се опитаме да разберем ...

Къде е необходим двутактов двигател?

Устройството на 2-тактов двигател е по-просто от 4-тактовия аналог, поради което те се използват в онези отрасли, където теглото и обемът са по-важни от разхода на гориво и други параметри.

Например тези двигатели са инсталирани на леки колесни косачки за трева и ръчни тримери за градинари. Задържането на тежък мотор в ръцете много затруднява работата в градината. Същата концепция може да се проследи и при производството на верижни триони.

Ефективността му също зависи от теглото на водния и въздушния транспорт, така че производителите правят компромиси с високия разход на гориво, за да създадат по-леки конструкции.

Въпреки това, 2-татниците се използват не само в селскостопански и някои видове самолети. В авто / мото спортовете теглото е също толкова важно, колкото и при планери или косачки. За да може една кола или мотоциклет да развие висока скорост, дизайнерите, създавайки такива превозни средства, използват леки материали. Описани са подробности за материалите, от които са произведени каросериите тук... Поради тази причина тези двигатели имат предимство пред тежките и технически сложни 4-тактови аналози.

Ето малък пример за ефективността на двутактова модификация на двигател с вътрешно горене в спорта. От 1992 г. насам някои мотоциклети използват японски Honda NSR4 500-цилиндров V-тактов двутактов двигател в състезания с мотоциклети MottoGP. С обем от 0.5 литра, този агрегат развива 200 конски сили, а коляновият вал се върти до 14 хиляди оборота в минута.

Въртящият момент е 106 Нм. достигна вече на 11.5 хиляди. Пиковата скорост, която такова дете успя да развие, беше повече от 320 километра в час (в зависимост от теглото на ездача). Теглото на самия двигател беше само 45 кг. Един килограм тегло на превозното средство представлява почти една и половина конски сили. Повечето спортни автомобили ще завиждат на това съотношение мощност / тегло.

Сравнение на двутактов и четиритактов двигател

Въпросът е защо тогава машината не може да има толкова производителна единица? Първо, класическият двутактов е най-разточителната единица от всички, които се използват в превозните средства. Причината за това са особеностите на продухването и пълненето на цилиндъра. Второ, що се отнася до състезателните модификации като Honda NSR500, поради високите обороти, работният живот на агрегата е много малък.

Предимствата на 2-тактов агрегат пред 4-тактов аналог включват:

• Способността за премахване на мощността от един оборот на коляновия вал е 1.7-XNUMX пъти по-висока от тази, генерирана от класически двигател с механизъм за разпределение на газа. Този параметър е от по-голямо значение за нискоскоростните морски технологии и буталните модели самолети.
• Поради конструктивните характеристики на двигателя с вътрешно горене той има по-малки размери и тегло. Този параметър е много важен за леки превозни средства като скутери. Преди това такива силови агрегати (обикновено техният обем не надвишава 1.7 литра) бяха инсталирани в малки автомобили. При такива модификации е осигурено издухване на манивела. Някои модели камиони също бяха оборудвани с двутактови двигатели. Обикновено обемът на такива двигатели с вътрешно горене е бил най-малко 4.0 литра. Издухването при такива модификации се извършва от типа с директен поток.
• Техните части се износват по-малко, тъй като движещите се елементи, за да постигнат същия ефект като при 4-тактовите аналози, изпълняват два пъти по-малко движения (два хода се комбинират в един ход на буталото).

4-тактов двигател

Въпреки тези предимства, модификацията на двутактовия двигател има значителни недостатъци, поради което все още не е практично да се използва в автомобилите. Ето някои от тези минуси:

• Моделите на карбураторите работят със загуба на нов заряд на VTS по време на продухването на цилиндровата камера.
• При 4-тактовата версия отработените газове се отстраняват в по-голяма степен, отколкото в разглеждания аналог. Причината е, че при 2-тактов буталото не достига горната мъртва точка по време на продухването и този процес се осигурява само по време на неговия малък ход. Поради това част от въздушно-горивната смес навлиза в изпускателния тракт и повече отработени газове остават в самия цилиндър. За да се намали количеството неизгоряло гориво в отработените газове, съвременните производители са разработили модификации с инжекционна система, но дори и в този случай е невъзможно напълно да се отстранят остатъците от горенето от цилиндъра.
• Тези двигатели са по-жадни за мощност в сравнение с 4-тактовите версии с идентичен работен обем.
• Високоефективни турбокомпресори се използват за продухване на цилиндрите в инжекционните двигатели. В такива двигатели въздухът се консумира един и половина до два пъти повече. Поради тази причина е необходимо инсталирането на специални въздушни филтри.
• При достигане на максимални обороти в минута двутактовият агрегат генерира повече шум.
• Те пушат по-силно.
• Те генерират силни вибрации при ниски обороти. В това отношение няма разлика при едноцилиндровите двигатели с четири и два хода.

Що се отнася до издръжливостта на двутактовите двигатели, се смята, че поради лошо смазване те се провалят по-бързо. Но ако не вземете предвид единиците за спортни мотоциклети (високите обороти бързо деактивират частите), тогава в механиката работи ключово правило: колкото по-опростен е дизайнът на механизма, толкова по-дълго ще продължи.

4-тактовите двигатели имат по-голям брой малки части, особено в механизма за разпределение на газа (за това как работи времето на клапаните, прочетете тук), които могат да се счупят по всяко време.

Както можете да видите, развитието на двигателите с вътрешно горене не е спряло досега, така че кой знае какъв пробив в тази област ще бъде направен от инженерите. Появата на нова разработка на двутактовия двигател дава надежда, че в близко бъдеще автомобилите ще бъдат оборудвани с по-леки и ефективни задвижвания.

В заключение предлагаме да разгледаме друга модификация на двутактов двигател с бутала, движещи се един към друг. Вярно е, че тази технология не може да се нарече иновативна, както във версията на Хофбауер, тъй като такива двигатели с вътрешно горене започнаха да се използват още през 1930-те години във военното оборудване. За леките превозни средства обаче все още не са използвани такива 2-тактови двигатели:

Зашеметяващ Counter Traffic Engine 2018

Въпроси и отговори:

Какво означава 2-тактов двигател? За разлика от 4-тактовия двигател, всички ходове се извършват при един оборот на коляновия вал (два хода се извършват в един такт на буталото). В него процесът на пълнене на цилиндъра и проветряването му се комбинират.

Как се смазва двутактов двигател? Всички триещи се вътрешни повърхности на двигателя се смазват от маслото в горивото. Следователно маслото в такъв двигател трябва постоянно да се долива.

Как работи 2-тактов двигател? В този двигател с вътрешно горене са ясно изразени два хода: компресия (буталото се придвижва към TDC и постепенно затваря първо продухването и след това изпускателния отвор) и работния ход (след запалването на BTC буталото се придвижва към BDC, отваряне на същите портове за прочистване).