Принцип работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания

Принцип двигателяХотя из-за жёстких стандартов Евро двухтактные двигатели почти полностью исчезли из автомобильного и мотоциклетного производства, однако и сейчас используются большие дизельные двигатели для тепловозов, грузовиков, самолётов и морских судов. Из-за их высокой эффективности двухтактные большие дизельные двигатели относятся к числу наиболее экономичных тепловых двигателей.

В значительной степени двухтактный двигатель по-прежнему используется в подвесных двигателях, цепных пилах и других переносных или даже самодельных устройствах, которые должны быть лёгкими, а с другой стороны, имеют независимую от положения смазку двигателя.

Что такое двухтактный двигатель

Двухтактный двигатель представляет собой возвратно-поступательный двигатель внутреннего сгорания, который обеспечивает механические характеристики при сжигании топлива. Два цикла приводят к циклической циркуляции процесса (360° оборотов коленчатого вала). Двухтактный двигатель завершает цикл работы двумя ходами поршня во время одного оборота коленчатого вала. Это его главное отличие от четырехтактного двигателя, который требует четырёх ходов для завершения цикла при двух оборотах вала.

Виды двухтактных двигателейВ 2х-тактном двигателе одновременно происходит торможение хода и начало действия сжатия, при этом одновременно возникают функции впуска и выпуска. Как и четырехтактный двигатель, он может работать на бензиновом или дизельном топливе.

Термин «двухтактный» относится к бесступенчатому агрегату со смешанной смазкой и свечой зажигания, который является простым, недорогим и лёгким. Примерами применения такого двигателя являются:

  • мотоциклы;
  • мопеды;
  • бензопилы;
  • скутеры.

В легковых автомобилях он устанавливался:

  • на DKW;
  • Aero;
  • Saab;
  • IFA (Trabant, Wartburg);
  • Lloyd;
  • Suzuki;
  • Mitsubishi.

История появления

Дугалд Клерк считается изобретателем двухтактного двигателя. Он разработал в 1878 году двигатель с отдельным промывным насосом, который требовал только одного оборота коленчатого вала за ход. Этот принцип двигателя был впервые использован в 1887 году в бензиновом цикле Эдварда Батлера для автомобиля.

В 1891 году Юлий Сонлейн получил патент на промывку картера, в котором нижняя часть рабочего поршня выступала в качестве поршня промывающего насоса. Как и современных двухтактных агрегатов, у него были входные и выходные пазы и канал перелива. В то же время Джозеф Дейв разработал аналогичный принцип с перегородкой на поршне.

В 1904 году Альфред Ангас Скотт успешно разработал двухцилиндровый 2х тактный агрегат и установил усовершенствованную версию на мотоцикл. В 1909 году он основал компанию Scott Motor Cycle, которая производила до 1966 года двухтактные мотоциклы.

 

Где используется моторХьюго Руппе разработал свой двигатель до Первой мировой войны; его патенты отправились в DKW. Важнейшим шагом в развитии стала запатентованная обратная очистка Адольфа Шнюрля, которая заменила двухточечную очистку с поперечным потоком с 1932 года. В 1952 году Даниэль Циммерманн разработал пластинчатый поворотный клапан, а Yamaha в 1978 — выходное управление.

До 1950 годов двухтактный агрегат обещал большой потенциал развития. Однако оказалось, что присущие ему недостатки не могут быть устранены. В автомобильной промышленности двухтактный процесс не смог успешно утвердиться, в течение 1950-х / 60-х годов производители автомобилей, такие как Saab, Borgward и DKW, отказались от двухтактного процесса. Потери при промывке вызвали довольно высокий расход топлива, а также проблему высокого потребления масла и вытекающего загрязнения выхлопными газами.

В течение очень долгого времени двухтактный мотор использовался в автомобильной промышленности ГДР. Более продолжительное существование двухтактного мотора сохранилось при производстве мотоциклов. Недостатки, такие как высокий уровень шума и выбросы выхлопных газов считались не столь значительными для спортивных мотоциклов.

В мотоциклетных гонках 2х тактный агрегат имел свои принципиальные преимущества перед четырёхтактными двигателями и был смещён только с помощью запретов, которые постепенно осуществлялись с 1994 года. В области мопедов двухтактные моторы были недавно выведены из рынка с помощью правовых мер, основанных на выбросах выхлопных газов.

Сегодня двигатель этого типа работает только там, где преимущества процесса, такие как независимость места, простота или малый вес, очень важны. К ним относятся небольшие мобильные устройства, лодки и моделирование. Двухтактный дизельный мотор по-прежнему используется для морских судов, поскольку выбросы выхлопных газов в судоходстве не регулируются законом до сегодняшнего дня.

KTM Freeride 250 R в настоящее время является единственным двухтактным мотоциклом, разрешённым в Германии.

Текущие события

Обзор двухтактного двигателяВ настоящее время двухтактный мотор испытывает определённый ренессанс в области морских перевозок, водных мотоциклов или сверхлёгких полётах. Примерами являются агрегаты BRP Rotax, которые стали более экологически чистыми, используя систему прямого впрыска (Ficht FFI), такую ​​как серия Rotax, используемая в снегоходах. Yamaha имеет так называемую систему HPDI (прямое впрыскивание под высоким давлением).

Кроме того, с 2007 года был разработан проект Envirofit International для преобразования обычных двухтактных двигателей в агрегаты с прямым впрыском с использованием орбитального впрыска топлива с более экологически чистыми выбросами. Это достигается заменой головки цилиндров. Цель этого проекта — произвести миллионы лёгких мотоциклов в Азии.

Технические принципы

В двухтактном моторе масло добавляется к топливу. В результате масляный компонент сгорает во время процесса горения. Недостатком является то, что в процессе сгорания образуется уголь, который осаждается в рабочем пространстве и в выхлопной системе и влияет на работу агрегата. Удаление отложений в выхлопной системе может быть осуществлено путём «выгорания» или химического растворения.

Технические возможностиВ начале 1930 годов соотношение смешивания составляло 1 (масло): 10 (бензин), позже оно уменьшилось до 1:15 и 1:18. Для обычных мотоциклов или скутеров соотношение 1:25 было обычным в течение многих лет. Благодаря использованию высокоэффективных масел соотношение масла было сокращено в течение 3 лет от 1:33 (Trabant P50) до 1:50 (Trabant 601) и 1:100. Современные бензопилы и другие переносные электроинструменты работают со смешением 1:50 (2% масла).

 

В случае отдельной смазки требуемое смазочное масло поставляется отдельно от топлива. Первый мотоцикл Скотта (базовая модель 3 ¾, построенная в 1908 году) уже имел отдельную смазку.

Suzuki предложила «настоящую» отдельную смазку для производства мотоциклов в 1971 году с GT 750, в которой дозирующий насос транспортирует масло непосредственно в точки смазки (подшипники, стенки цилиндров). Насос несёт масло в зависимости от нагрузки положением рукоятки дроссельной заслонки, системы, которая позднее была также применена Kawasaki.

Большие двухтактные моторы могут быть построены с замкнутым контуром смазочного масла, сравнимым с четырехтактным двигателем.

Большие двухтактные агрегаты, такие как судовые дизельные двигатели, могут быть спроектированы с поперечной головкой, особенно с более старыми типами с потерей смазки. Для этой цели точки смазки, такие как основные и шатунные подшипники или крейцкопфа, поставляются непосредственно с помощью смазки через масляную линию рядом с подшипником.

Применение в качестве бензинового двигателя

Один цилиндр: в портативных устройствах двухтактный агрегат обычно сконструирован как одноцилиндровый с вентилятором.

Как запустить двухтактный двигательДвухцилиндровый: двухцилиндровый ряд, коленчатый вал в поперечном направлении был первоначально воздушно-водяным DKW; с управлением поворотным клапаном. Первичный привод находится между цилиндрами. Автомобили с двухцилиндровым двухтактным мотором: DKW F1 до DKW F8 и их преемник; в ФРГ DKW F89 и в GDR IFA F8, P70 и автомобили марки Trabant.

Три цилиндра: мотоцикл Scott 3S 1934 года имел трёхцилиндровый двухтактный мотор, установленный продольно.

DKW представил в 1939 году трёхцилиндровый DKW F9,

В 1969 году Kawasaki 500 H1 (с воздушным охлаждением) и 1971 Suzuki G. T. 750 (с водяным охлаждением) представили трёхцилиндровые линейные моторы для мотоциклов в стандартной комплектации;

Четырехцилиндровый: четырехцилиндровый четырехтактный агрегат с четырьмя цилиндрами использовался в модели мотоцикла Suzuki R. G. 500 Gamma и с двумя коленчатыми валами 50° V в Yamaha R. D. 500 LC.

Шестицилиндровый: разработан и используется как V6 в секторе гоночных лодок.

Восемь цилиндров: разработан компанией Galbusera.

Теоретически разница в мощности двухтактного агрегата в два раза превосходит четырехтактный мотор при тех же условиях (кубическая мощность) поэтому правилами Формулы 1 запрещается использование 2х тактных двигателей с 1984 года.

Эпоха 2хтактных двигателей в гоночных мотоциклах длилась с 1911 по 2011 год.

Принцип работы

Двухтактными дизельными двигателями с выпускными клапанами в головке цилиндров были серии 53, 71, 92, 149 (кубический дюйм) от Detroit Diesel Corporation (DDC). Они использовали вентилятор Roots — в некоторых случаях с турбонагнетателями и промежуточными охладителями с водяным охлаждением.

Двухтактные дизельные агрегаты для грузовых автомобилей с регулируемыми выпускными клапанами выпускали Kruppwerke до 1950 годов.

Сколько цилинров в мотореМногие из современных моторов имеют регулируемые выпускные клапаны и впускные пазы. Они промываются отдельными нагнетательными насосами. В результате достигается чистый обмен газом. Больше нет необходимости в смешанной смазке, коленчатый вал работает как в четырехтактных двигателях в подшипниках скольжения с масляной смазкой.

Эта конструкция особенно подходит для двигателей с медленным ходом с большим объёмом (морской дизель), так как низкая скорость всегда оставляет достаточно времени для газообмена, а вес не имеет значения.

Большой двухтактный морской дизельный двигатель с турбонаддувом превосходит тепловую эффективность только среди стационарных комбинированных газовых и паровых турбин, с точки зрения теплового КПД. Морское дизельное топливо с потреблением менее 160 г/кВт может превращать до 55% химически связанной энергии топлива в полезные механические работы. Четырехтактные дизельные двигатели достигают только 40−42% эффективности, четырехтактный четырехцилиндровый турбодизель 4%, четырехтактные турбобензиновые двигатели 35−37%.

Преимущества и недостатки

Некоторые особенности двухтактного агрегата могут быть преимуществом или недостатком, например, более низким тормозным эффектом. 2х тактный двигатель имеет в два раза больше ходов за единицу времени в виде четырехтактных хомутов, хотя из-за использования части хода для фазы продувки (впускной и выпускной) используется только от 70 до 80% от энергии на ход. Это само по себе создаёт ряд преимуществ:

  • Применение двухтактного двигателяболее равномерный крутящий момент и выходная мощность;
  • более низкая статическая и динамическая масса с меньшими угловыми моментами и более низкими колебаниями;
  • высокая плотность мощности легче из-за более высоких поперечных сечений открытия и скоростей;
  • простота и, следовательно, низкие затраты на производство и обслуживание, поскольку клапаны и их привод не требуются;
  • независимость от положения (со смешанной смазкой), важная для ручных устройств, таких как цепные пилы.

Недостатки:

  • В зависимости от конструкции большой уровень выхлопного газа.
  • В случае смешанной смазки может произойти переполнение захват поршня или повреждение подшипника во время переполнения из-за недостаточной масляной смеси.
  • Высокая тепловая нагрузка на поршень из-за низкого внутреннего охлаждения.
  • В зависимости от конструкции более или менее высокий расход масла.
  • Проблемы с выбросами.
  • Высокий механический износ поршневых колец.

В принципе, хорошие значения выбросов могут быть достигнуты при использовании больших двигателей. Простые и маленькие двигатели обычно имеют больше выбросов, чем более крупные четырехтактные агрегаты.

Юридические ограничения

Для двухколёсных транспортных средств с января 2016 года применяются нормы выбросов Euro 4, независимо от того, используется ли двухтактный двигатель или четырехтактный двигатель. Это привело к общему запрету на установку 2х тактных двигателей в области мопедов, для которых с 2016 года также применяется стандарт Euro 4 (ранее Euro 2).

Особое применение

Японский танк типа 90 оснащён двухтактным агрегатом Mitsubishi 10ZG с непосредственным впрыском дизельного топлива и воздуходувкой Roots для зарядки.

Бронетранспортёр США M113 оснащён 2х тактным дизельным двигателем V6 с водяным охлаждением General Motors. Он обеспечивает 156 квт (M113A1 и M113A2) или 202 квт (M113A3).

Однотактный и трехтактный двигатели не получили распространения из-за различных недостатков конструкций и в это время находятся в стадии разработок, хотя несколько патентов было выдано ещё в начале прошлого века.

Adblock detector