Однотактный двигатель принцип работы: Тульский пенсионер изобрел однотактный двигатель с внешней камерой сгорания

Содержание

Тульский пенсионер изобрел однотактный двигатель с внешней камерой сгорания

В частности, в однотактном двигателе процесс сгорания топлива происходит во внешней камере. А уже из нее продукты сгорания поступают в цилиндр. Таким образом, за один ход поршней реализуются все четыре такта четырехтактного ДВС: такт всасывания, сжатия, рабочий ход и выброс отработавших продуктов сгорания.
Как уверяет А. Рыбаков, однотактный двигатель будет обладать максимальным крутящим моментом на малых и сверхмалых оборотах при вращении коленвала в любом задаваемом направлении. Изобретатель напоминает также, что коэффициент трения зависит не только от материалов самих пар, но и от скорости скольжения: при нулевой – максимален, а с возрастанием – убывает. Такой же зависимости подчиняется и пробуксовка колеса автомобиля на скользком участке дороги. Следовательно, вероятность пробуксовки убывает при уменьшении оборотов колеса. Более того, проект предусматривает охлаждение двигателя с приводом насоса прокачки охлаждающей жидкости энергией выхлопных газов, энергией сжимаемого в полостях поршней воздуха и электроэнергией.
«Эту идею я вынашивал около 40 лет, – рассказал корреспонденту РЖД-Партнера Анатолий Рыбаков, чья работа долгие годы была связана с ракетными двигателями и вооружением. – У однотактного двигателя высокая удельная мощность. Он может работать на любом топливе. А процесс сгорания, или КПД, постоянен почти во всем диапазоне нагрузок на двигатель. В целом за последние 18 лет я получил уже 109 патентов и еще несколько заявок подал на их получение. Примерно на 60% они посвящены именно двигателям, включая не только их разработку, но и усовершенствование уже существующих».
Остается добавить лишь то, что А. Рыбаков уже обратился к гендиректору холдинга «Руспромавто» Александру Юшкевичу с предложением рассмотреть возможность реализации вышеупомянутого изобретения.

Принципиальная схема однотактного двигателя с внешней камерой сгорания (см. рисунок):

1 – внешняя камера сгорания; 2 – форсунка; 3 – свеча зажигания; 4, 5 – поршень; 6, 11, 19, 29, 30, 35, 37, 38, 43, 44, 47, 48, 50, 51 – канал; 7, 14, 17, 18 – клапан; 8, 9 – шток; 10, 13, 20, 21, 23, 24 – обратный клапан; 12 – клапан продувки; 15 – шатун; 16 – коленвал; 22 – пневмоаккумулятор; 25, 26, 27 – перепускной клапан; 28 – клапан подачи выхлопных газов; 31 – турбина; 32 – насос прокачки охлаждающей жидкости; 33 – вентилятор; 34 – канал трубы охлаждения поршней и штоков; 36 – вентилятор; 39 – полость между цилиндром двигателя и рубашкой цилиндра; 40 – цилиндр; 41 – рубашка цилиндра; 42 – датчик температуры охлаждающей жидкости; 45,46 – термостат; 49 – клапан подачи воздуха; 52 – обратимый электрогенератор-электродвигатель.


Автор: Степан Ратников

Если Вы заметили ошибку, выделите, пожалуйста, необходимый текст и нажмите Ctrl+Enter, чтобы сообщить об этом редактору.

Принцип работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания

Поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) широко используются в разных сферах человеческой жизни. Однако не все они работают одинаково. Между ними есть одно принципиальное отличие. В зависимости от конструкции рабочий цикл двигателя может состоять из двух или четырёх тактов. Поэтому и называется он соответственно двухтактным двигателем или четырехтактным. Это справедливо как для бензинового мотора, так и для дизеля.

Основные термины и определения

Принцип работы всех поршневых двигателей заключается в превращении энергии сгорания топлива в механическую энергию. Передаточным звеном является кривошипно-шатунный механизм. Для описания их работы используются следующие понятия:

  • Рабочий цикл — это определённая последовательность взаимосвязанных событий, вследствие которых происходит преобразование энергии теплового расширения сгорающего топлива в механическую энергию перемещения поршня и поворота коленчатого вала.
  • Такт — последовательность изменения состояния узлов и механизмов, происходящая в течение одного хода поршня.
  • Ход поршня — это расстояние, которое проходит поршень внутри цилиндра между его крайними точками.
  • Верхняя мёртвая точка (ВМТ) — это наивысшее положение поршня в цилиндре, при этом объем камера сгорания имеет минимальный объем.
  • Нижняя мёртвая точка (НМТ) — максимально удалённое от ВМТ положение поршня.
  • Впуск — заполнение цилиндра топливовоздушной смесью.
  • Сжатие — уменьшение объёма смеси и сжатие её под давлением поршня.
  • Рабочий ход — перемещение поршня под давлением газов сгорающего топлива.
  • Выпуск — выталкивание из цилиндра продуктов горения топлива.

Принцип работы четырехтактного двигателя

Четырехтактным называется такой поршневой двигатель, в котором один рабочий цикл состоит из четырёх тактов. Они имеют следующие названия:

За один цикл поршень два раза двигается от ВМТ к НМТ и обратно, а коленчатый вал проворачивается на два полных оборота. События, которые происходят за это время в двигателе, имеют чётко определённую последовательность.

Впуск. Поршень перемещается вниз, к НМТ. Под ним образуется разрежение, благодаря которому через открытую тарелку впускного клапана из впускного коллектора в цилиндр затягивается топливо, смешанное с воздухом. Поршень проходит нижнюю мёртвую точку, после чего впускной клапан закрывает впускной коллектор.

Такт сжатия. Продолжающий двигаться вверх поршень сжимает воздушную смесь.

В верхней мёртвой точке над поршнем происходит поджог горючей смеси. Сгорая, оно вызывает значительное увеличение давления на поршень. Начинается такт рабочего хода. Под действием давления сгорающих газов поршень снова движется к НМТ, выполняя при этом полезную работу.

После прохождения поршнем НМТ открывается тарелка выпускной клапан. Поршень, двигаясь к ВМТ, выталкивает выхлопные газы в выпускной коллектор. Это такт выпуска.

Затем снова начинается такт впуска и так бесконечно.

Рабочий цикл из двух тактов

Одноцилиндровый двухтактный двигатель работает по-другому. Здесь все четыре действия происходят за один полный оборот коленвала. При этом поршень делает только два такта (расширения и сжатия), двигаясь от ВМТ к НМТ и обратно. А впуск и выпуск являются частью этих двух тактов. Подробней принцип работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания можно описать следующим образом.

Газы от сгорания топливной смеси толкают поршень вниз от ВМТ. Примерно на середине хода поршня в гильзе цилиндра открывается выпускное отверстие, через которое часть газов выбрасывается в патрубок глушителя. Продолжая двигаться вниз, поршень создаёт давление, благодаря которому в цилиндр поступает новая порция топлива, одновременно продувая его от остатков сгоревших газов. Подходя к ВМТ, поршень сжимает смесь и система зажигания воспламеняет её. Снова начинается такт расширения.

В авиамоделестроении широко используется двухтактный дизельный двигатель, его принцип работы тот же, что и у бензинового. Разница в том, что смесь топлива с воздухом самостоятельно воспламеняется в конце цикла сжатия. Горючим для таких моторов служит смесь эфира с авиационным керосином. Воспламенение этого горючего происходит при гораздо меньшей степени сжатия, чем у двигателей на традиционном дизельном топливе.

Конструктивные особенности и различия

Двухтактный двигатель отличается от четырехтактного не только тем, за сколько тактов работы происходит газообмен.

Четырехтактный требует наличия системы газораспределения (впускные и выпускные клапаны, распределительный вал с кулачковым механизмом и т. д. ). В двухтактном такой системы нет, благодаря этому он гораздо проще.

Двигатель с четырьмя тактами работы требует полноценной системы смазки из-за большого количества движущихся и трущихся частей. Для смазки двигателя с двумя тактами работы можно использовать масло просто разводя его вместе с топливом.

Эксплуатационные показатели в сравнении

Сопоставляя двухтактный двигатель и четырехтактный двигатель, разницу между ними можно заметить не только в устройстве, но и в эксплуатационных характеристиках. Сравнивать их можно по следующим показателям:

  • литровая мощность;
  • удельная мощность;
  • экономичность;
  • экологичность;
  • шумность;
  • ресурс работы;
  • простота обслуживания;
  • вес;
  • цена.

Литровой называется мощность, снимаемая с литра объёма цилиндра. Теоретически она должна быть в два раза больше у двухтактного. Однако на деле этот показатель составляет 1,5−1,8. Сказывается неполное использование рабочего хода газов, затраты энергии на продувку, неполное сгорание и потери топлива.

Удельная мощность представляет собой величину отношения мощности мотора к его весу. Она также выше у двухтактных. Для них нужен менее тяжёлый маховик и не нужны дополнительные системы (газораспределения и смазки), утяжеляющие конструкцию. КПД у них также выше.

Экономичность (расход топлива на единицу мощности) выше у четырехтактных. Двигатели с двумя тактами часть топлива теряют впустую при продувке цилиндра.

Экологичность двухтактных ниже, опять-таки из-за потери несгоревшего топлива и масла. Убедиться в этом можно на примере двухтактного лодочного мотора. Он всегда оставляет на воде тонкую плёнку из несгоревшего топлива.

Шумность выше у двухтактных. Это связано с тем, что выхлопные газы из цилиндра вырываются с большой скоростью.

Ресурс работы выше у четырехтактных. Отдельная система смазки и меньшая оборотистость двигателя положительно сказываются на сроке его службы.

Проще обслуживать, безусловно, двухтактные моторы из-за меньшего количества вспомогательных систем. Масса больше у четырехтактных. Двухтактные дешевле.

В некоторых механизмах применение двухтактных двигателей является однозначным. Это, например, бензопилы. Высокая удельная мощность, маленький вес и простота делают его здесь безусловным фаворитом.

Двухтактные двигатели используются также в мототехнике, лодочных моторах, газонокосилках, скутерах, авиамоделировании. В большинстве самодельных машин и механизмов умельцы также используют двухтактный мотор.

Однотактные и трехтактные силовые агрегаты

Существуют также одно- и трехтактные двигатели. Однотактные двигатели делают с внешней камерой сгорания. Такая схема реализует все четыре такта за один ход поршня. Трехтактный двигатель Ванкеля является роторно-поршневым. Из-за сложности конструкции и чрезвычайной требовательности к качеству обработки поверхностей такие моторы не получили широкого распространения.

Cуществует два основных типа двигателей: двухтактные и четырехтактные. В двухтактных двигателях все рабочие циклы (процессы впуска топливной смеси, выпуска отработанных газов, продувки) происходят в течении одного оборота коленчатого вала за два основных такта. У двигателей такого типа отсутствуют клапаны, 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. 70 %.

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.
Смазка всех трущихся поверхностей и подшипников внутри двухтактных двигателей происходит с помощью топливной смеси, в которое подмешано необходимое количество масла. Из рисунка видно, что топливная смесь (голубой 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.

Смотрите также

Принцип работы. Весь рабочий цикл в двигателе осуществляется за два такта

1. Такт сжатия. Поршень перемещается от нижней мертвой точки поршня (в этом положении поршень находится в нижней мертвой точке, далее это положение называем сокращенно НМТ) к верхней мертвой точке поршня (далее ВМТ), перекрывая сначала продувочное, а затем выпускное окно. После закрытия поршнем выпускного окна в цилиндре начинается сжатие ранее поступившей в него горючей смеси. Одновременно в кривошипной камере вследствие ее герметичности и после того как поршень перекрывает продувочные окна, под поршнем создается разряжение, под действием которого из карбюратора через впускное окно и приоткрытый клапан поступает горючая смесь в кривошипную камеру.

2. Такт рабочего хода. При положении поршня около ВМТ сжатая рабочая смесь 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 топливовоздушную 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, оно открывается и начнется выпуск отработавших газов в атмосферу, давление в цилиндре понижается. При дальнейшем перемещении поршень открывает продувочное окно и сжатая в кривошипной камере горючая смесь поступает по каналу, заполняя цилиндр и осуществляя продувку его от остатков отработавших газов.

Принцип 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.в. таких систем не было и угол опережения зажигания был установлен в расчете на оптимальные обороты.

Преимущества двухтактных двигателей:

• Отсутствие громоздких систем смазки и газораспределения
• Большая мощность в пересчёте на 1 литр рабочего объёма
• Проще и дешевле в изготовлении
• Меньший вес

Недостатки двухтактных двигателей:

1. Больший расход топлива. Напомним, примерный расход можно высчитать по формуле: для двухтактного 300 грамм на одну лошадиную силу, для четырёхтактного 200 грамм.
2. Шумность. На максимальных оборотах двухтактные двигатели как правило работают немного громче четырёхтактных.
3. Комфорт. Четырёхтактные тактные двигатели не так вибрируют на малых оборотах (Касается только двухцилиндровых двигателей. Одноцилиндровые и двух и четырёхтактные вибрируют примерно одинаково) и не так дымят как двухтактные.
4. Долговечность. Довольно спорный пункт. Бытует мнение, что двухтактные двигатели 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 четырёхтактных двигателей где трущиеся элементы буквально плавают в масле. Но с другой стороны четырёхтактный двигатель по конструкции намного сложнее конкурента, состоит значительно большего числа деталей, а золотой принцип механики “Чем проще тем надежнее” еще никто не отменял.

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) в свое время сделал большой переворот в истории промышленных технологий. Двигатель, работающий на солярке или бензине впервые был изобретен в 19 веке французским изобретателем по имени Жан Этьен Ленуар. Прежде чем двигатель внутреннего сгорания начал работать, изобретателю потребовалось несколько попыток запуска и переустройства двигателя. Поняв, почему двигатель перестает работать, Жан добавил систему жидкостного охлаждения и смазки. Сегодня же двигатели заметно скакнули вперед по ступеням эволюции. Однако не каждый из мотоциклистов знает, устройство и принцип работы двухтактного двигателя. Прочитав статью, вы узнаете, как же работает двухтактный двигатель.

Устройство двухтактного двигателя

Прежде чем разбирать принцип работы двухтактного двигателя мотоцикла, необходимо разобраться в его устройстве: из чего он состоит, как сделан и какие детали наиболее важные. Вообще, устройство двухтактного двигателя не так сложно, как кажется на первый взгляд. Обратите внимание на картинку. Из рисунка мы можем видеть, что двигатель представляет собой картер, в котором установлены такие важные детали как коленчатый вал с подшипниками и цилиндр. Поршень вращается и доводит горючую жидкость до свечи зажигания, которая дает искру.

Во всем устройстве двигателя очень важны зазоры между трущимися деталями. Из первых опытов Жана, о котором мы говорили ранее, можно понять, что двигатель не будет работать без смазки. Именно для этого, в двухтактный двигатель требуется заливать бензин, разбавленный с маслом. Пропорции у всех мотоциклов и масел разные, но главное качество хорошего масла, — сгорание его в двигателе с минимальным остатком нагара или зольных отложений.

Цилиндр и сам корпус двигателя внутреннего сгорания сделаны так, чтобы получать наилучшее воздушное охлаждение. Несмотря на то, что большинство двигателей имеют водяное охлаждение, дополнительное охлаждение встречными потоками ветра никто не отменял. Такое устройство двухтактного двигателя обеспечивают наилучшую производительность на всех этапах работы.

Принцип работы двухтактного двигателя

Работа двухтактного двигателя достаточно проста, хоть на первый взгляд и кажется, что для того чтобы разбираться в ДВС, нужно освоить профессию автомеханика. На самом деле все гораздо проще, ведь его работа основана на основных физических законах. Итак, как работает двухтактный двигатель?

Как вам уже известно, работа двигателя внутреннего сгорания происходит за два этапа (такта). Во время первого такта происходит сжатие. В этот момент поршень находится в самой низкой или как ее еще называют мертвой точке, вверх. Пока поршень находится в нижнем положении, в камеру поступает бензин и воздух. В это же время через выпускное окно выходят все выхлопные газы, образовавшиеся за один полный ход поршня. Как только горючее поступило в камеру сгорания, поршень посредством инерции поднимается вверх и доставляет туда попавшую в камеру жидкость.

Дальше наступает второй этап, называемый расширением. Теперь мы имеем поршень, находящийся в верхней мертвой точке. Так как поршень доставляет вместе с собой горючее, доходя до верхней мертвой точки оно воспламеняется. Из-за чего и происходит работа двигателя. Так и происходит работа двухтактного двигателя.

Что лучше двухтактный или четырехтактный двигатель?

Как показывает принцип работы двухтактного двигателя, такой ДВС довольно эффективен. Но многие мотоциклисты при выборе новой модели задаются вопросом, что же эффективнее – двухтактный или четырехтактный мотор? Попробуем ответить на этот вопрос.

Итак, как показывают многочисленные эксперименты и практика мотопроизводителей в целом, четырехтактные двигатели все-таки менее эффективны. На первый взгляд это непонятно, но двигатели одного и того же объема, но при разных тактах работы выдают разные мощности. Посредством нехитрых расчетов удалось понять, что работа двухтактных двигателей внутреннего сгорания эффективнее четырехтактных двигателей в среднем в 1,5 раза.

Если вновь рассматривать принцип их работы, то можно понять почему так происходит. Все дело в том, что четырехтактные двигатели имеют немного другое устройство, в связи с чем процессы подачи топлива и выброса газов происходят дольше, нежели у двухтактников. Главная особенность двухтактных моторов и заключается в том, что у них эти процессы происходят во время сжатия, то есть они совмещены с основными этапами работы двигателя. Так и получается, что КПД четырехтактного двигателя меньше, чем у двигателя, работающего на двух тактах.

Заключение

Разобрав и поняв, как работает двухтактный двигатель, можно сделать определенные выводы. Теперь, вы знаете устройство двухтактного двигателя и можете решить, какой ДВС подходит вам больше.

Двухтактный двигатель внутреннего сгорания принцип работы

Поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) широко используются в разных сферах человеческой жизни. Однако не все они работают одинаково. Между ними есть одно принципиальное отличие. В зависимости от конструкции рабочий цикл двигателя может состоять из двух или четырёх тактов. Поэтому и называется он соответственно двухтактным двигателем или четырехтактным. Это справедливо как для бензинового мотора, так и для дизеля.

Основные термины и определения

Принцип работы всех поршневых двигателей заключается в превращении энергии сгорания топлива в механическую энергию. Передаточным звеном является кривошипно-шатунный механизм. Для описания их работы используются следующие понятия:

  • Рабочий цикл — это определённая последовательность взаимосвязанных событий, вследствие которых происходит преобразование энергии теплового расширения сгорающего топлива в механическую энергию перемещения поршня и поворота коленчатого вала.
  • Такт — последовательность изменения состояния узлов и механизмов, происходящая в течение одного хода поршня.
  • Ход поршня — это расстояние, которое проходит поршень внутри цилиндра между его крайними точками.
  • Верхняя мёртвая точка (ВМТ) — это наивысшее положение поршня в цилиндре, при этом объем камера сгорания имеет минимальный объем.
  • Нижняя мёртвая точка (НМТ) — максимально удалённое от ВМТ положение поршня.
  • Впуск — заполнение цилиндра топливовоздушной смесью.
  • Сжатие — уменьшение объёма смеси и сжатие её под давлением поршня.
  • Рабочий ход — перемещение поршня под давлением газов сгорающего топлива.
  • Выпуск — выталкивание из цилиндра продуктов горения топлива.

Принцип работы четырехтактного двигателя

Четырехтактным называется такой поршневой двигатель, в котором один рабочий цикл состоит из четырёх тактов. Они имеют следующие названия:

За один цикл поршень два раза двигается от ВМТ к НМТ и обратно, а коленчатый вал проворачивается на два полных оборота. События, которые происходят за это время в двигателе, имеют чётко определённую последовательность.

Впуск. Поршень перемещается вниз, к НМТ. Под ним образуется разрежение, благодаря которому через открытую тарелку впускного клапана из впускного коллектора в цилиндр затягивается топливо, смешанное с воздухом. Поршень проходит нижнюю мёртвую точку, после чего впускной клапан закрывает впускной коллектор.

Такт сжатия. Продолжающий двигаться вверх поршень сжимает воздушную смесь.

В верхней мёртвой точке над поршнем происходит поджог горючей смеси. Сгорая, оно вызывает значительное увеличение давления на поршень. Начинается такт рабочего хода. Под действием давления сгорающих газов поршень снова движется к НМТ, выполняя при этом полезную работу.

После прохождения поршнем НМТ открывается тарелка выпускной клапан. Поршень, двигаясь к ВМТ, выталкивает выхлопные газы в выпускной коллектор. Это такт выпуска.

Затем снова начинается такт впуска и так бесконечно.

Рабочий цикл из двух тактов

Одноцилиндровый двухтактный двигатель работает по-другому. Здесь все четыре действия происходят за один полный оборот коленвала. При этом поршень делает только два такта (расширения и сжатия), двигаясь от ВМТ к НМТ и обратно. А впуск и выпуск являются частью этих двух тактов. Подробней принцип работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания можно описать следующим образом.

Газы от сгорания топливной смеси толкают поршень вниз от ВМТ. Примерно на середине хода поршня в гильзе цилиндра открывается выпускное отверстие, через которое часть газов выбрасывается в патрубок глушителя. Продолжая двигаться вниз, поршень создаёт давление, благодаря которому в цилиндр поступает новая порция топлива, одновременно продувая его от остатков сгоревших газов. Подходя к ВМТ, поршень сжимает смесь и система зажигания воспламеняет её. Снова начинается такт расширения.

В авиамоделестроении широко используется двухтактный дизельный двигатель, его принцип работы тот же, что и у бензинового. Разница в том, что смесь топлива с воздухом самостоятельно воспламеняется в конце цикла сжатия. Горючим для таких моторов служит смесь эфира с авиационным керосином. Воспламенение этого горючего происходит при гораздо меньшей степени сжатия, чем у двигателей на традиционном дизельном топливе.

Конструктивные особенности и различия

Двухтактный двигатель отличается от четырехтактного не только тем, за сколько тактов работы происходит газообмен.

Четырехтактный требует наличия системы газораспределения (впускные и выпускные клапаны, распределительный вал с кулачковым механизмом и т. д. ). В двухтактном такой системы нет, благодаря этому он гораздо проще.

Двигатель с четырьмя тактами работы требует полноценной системы смазки из-за большого количества движущихся и трущихся частей. Для смазки двигателя с двумя тактами работы можно использовать масло просто разводя его вместе с топливом.

Эксплуатационные показатели в сравнении

Сопоставляя двухтактный двигатель и четырехтактный двигатель, разницу между ними можно заметить не только в устройстве, но и в эксплуатационных характеристиках. Сравнивать их можно по следующим показателям:

  • литровая мощность;
  • удельная мощность;
  • экономичность;
  • экологичность;
  • шумность;
  • ресурс работы;
  • простота обслуживания;
  • вес;
  • цена.

Литровой называется мощность, снимаемая с литра объёма цилиндра. Теоретически она должна быть в два раза больше у двухтактного. Однако на деле этот показатель составляет 1,5−1,8. Сказывается неполное использование рабочего хода газов, затраты энергии на продувку, неполное сгорание и потери топлива.

Удельная мощность представляет собой величину отношения мощности мотора к его весу. Она также выше у двухтактных. Для них нужен менее тяжёлый маховик и не нужны дополнительные системы (газораспределения и смазки), утяжеляющие конструкцию. КПД у них также выше.

Экономичность (расход топлива на единицу мощности) выше у четырехтактных. Двигатели с двумя тактами часть топлива теряют впустую при продувке цилиндра.

Экологичность двухтактных ниже, опять-таки из-за потери несгоревшего топлива и масла. Убедиться в этом можно на примере двухтактного лодочного мотора. Он всегда оставляет на воде тонкую плёнку из несгоревшего топлива.

Шумность выше у двухтактных. Это связано с тем, что выхлопные газы из цилиндра вырываются с большой скоростью.

Ресурс работы выше у четырехтактных. Отдельная система смазки и меньшая оборотистость двигателя положительно сказываются на сроке его службы.

Проще обслуживать, безусловно, двухтактные моторы из-за меньшего количества вспомогательных систем. Масса больше у четырехтактных. Двухтактные дешевле.

В некоторых механизмах применение двухтактных двигателей является однозначным. Это, например, бензопилы. Высокая удельная мощность, маленький вес и простота делают его здесь безусловным фаворитом.

Двухтактные двигатели используются также в мототехнике, лодочных моторах, газонокосилках, скутерах, авиамоделировании. В большинстве самодельных машин и механизмов умельцы также используют двухтактный мотор.

Однотактные и трехтактные силовые агрегаты

Существуют также одно- и трехтактные двигатели. Однотактные двигатели делают с внешней камерой сгорания. Такая схема реализует все четыре такта за один ход поршня. Трехтактный двигатель Ванкеля является роторно-поршневым. Из-за сложности конструкции и чрезвычайной требовательности к качеству обработки поверхностей такие моторы не получили широкого распространения.

Помимо всем известных четырехтактных двигателей, которые используются в автомобилях, есть еще двигатели двухтактного действия, которые устанавливают на технические агрегаты: бензопилы, мотоциклы, газонокосилки, квадроциклы, скутеры, моторные лодки и т.д. Основное отличие двухтактного от четырехтактного двигателя — это принцип работы ДВС. Кроме этого, 2-х тактные моторы меньше по габаритам, способны развивать меньшую мощность и, следовательно, имеют меньший КПД.

  1. Устройство двухтактного двигателя.
  2. Принцип работы 2-х тактного ДВС.
  3. Как увеличить мощность двигателя своими руками?
  4. Как увеличить тягу?
  5. Проблема с продувкой после увеличения мощности.
  6. Видео.

Устройство двухтактного двигателя

Конструкция такого мотора проще, чем у четырехтактного. В двухтактного ДВС нет газораспределительного механизма. Двигатель состоит из блока цилиндра, в котором располагается коленвал на подшипниках.

Головка шатуна ложится в специальное для нее место — шейка вала. Между головкой шатуна и шейкой вала — вкладыши, которые фиксируются корончатыми гайками.

Верхняя часть шатуна крепится с поршнем посредством пальца. Палец — это пустотелый цилиндр, который служит соединительными элементом конструкции шатун-поршень.

На поршне в специальные канавки по периметру в верхней части устанавливаются компрессионные кольца, от которых зависит компрессия двигателя.

Движущим элементом в двигателе внутреннего сгорания является топливно-воздушная смесь, которая сгорая создает энергию, толкающая поршень вниз. От движения поршня вверх-вниз происходит вращения коленчатого вала. На коленвале закрепляется маховик, который передает вращение дальше, то есть валу коробки и так далее.

Охлаждение двухтактного двигателя осуществляется через ребра наружного блока. Кроме внешнего охлаждения, некоторая часть охлаждения идет от масла, которое содержится в бензине.

В двухтактные двигатели заливается бензин, в которое добавлено специальное моторное масло. Например, для газонокосилки Штиль, на 5 литров бензина, надо добавить 100 грамм, то есть, соотношение бензина к маслу 50:1. Именно столько количества масла отлично смазывает трущиеся поверхности цилиндр с кольцами поршня.

Принцип работы

Один оборот коленчатого вала является одним циклом рабочего процесса двигателя внутреннего сгорания.

Топливо (бензин+масло) с воздухом подается в рабочую камеру сгорания цилиндра, после чего за счет образования искры свечи зажигания, происходит взрыв горючей смеси, энергия которой резко отталкивает поршень вниз.Когда поршень движется вниз, открывается выпускное окно и немного позже открывается переходное окно, через которое впрыскивается новая порция горючего.

В картер двигателя топливная смесь попадает через окно, открывающееся за счет вакуума при движении поршня вверх от нижней мертвой точки (НМТ) к верхней (ВМТ). При этом движении также открывается окно для выброса газов сгоревшей смеси. Через милисекунды открывается продувочное окно. Через продувочное окно подается новая порция топлива.

Как повысить мощность

Как и 4-х тактные двигатели, 2-х тактные можно усовершенствовать, сделать, так называемый, чип-тюнинг.

Для повышения мощности ДВС можно сделать следующее:
  • Расточить выпускное отверстие, чтобы отработавшие газы выходили полностью.
  • Улучшить эффект продувки. Продувка — это удаление отработавших газов и наполнение рабочего объема цилиндра новой порцией топливной смеси. Сделать нужно так, чтобы через впускное окно успевало впрыскиваться топливо в камеру сгорания. Если топливо не будет в нужном объеме поступать в камеру сгорания, то в картере мотора будет скапливаться топливо. Поэтому, для качественного заполнения топливом рабочей части цилиндра, требуется увеличить диаметр отверстия выпускного окна (выброса отработавших газов).
  • Можно применять на карбюраторе вихревой диффузор. Вихревой диффузор называют также нулевой. За счет этого диффузора за меньший период времени будет поступать в цилиндр больше топлива.
  • На глушитель вмонтировать специальный резонатор, подходящий по оборотам к конкретному двигателю. Резонатор делает так, чтобы не сгоревшая топливная смесь, возвращалась обратно в цилиндры. Это эффективно, когда в цилиндре происходит не полное сгорание смеси.

Чтобы часть цилиндра под поршнем заполнялась полностью, надо осмотреть впускные и выпускные каналы, возможно, на отверстиях есть царапины, задиры, сколы. Такие мелкие дефекты влияют на скорость движения топлива и газов.

Для лучшего эффекта повышения мощности можно отфрезеровать и затем отшлифовать головка блока цилиндров (ГБЦ).

Не рекомендуется уменьшать вес деталей двигателя, так как из-за увеличения разности противовеса, нарушения центра тяжести, может увеличиться торцевое биение маховика и коленвала.

Как увеличить тягу

Тяга двухтактных моторов зависит от открытия дроссельной заслонки. С резким возрастание оборотов двигателя, возрастает тяга. Отсюда следует, что, для того, чтобы уменьшить время разгона ДВС, надо увеличить рабочий объем цилиндра.

Когда двигатель работает на низких оборотах, качественная тяга повышает приемистость, увеличивает скорость разгона — ускорение.

Тягу также можно увеличить путем замены клапанов на специальные и настроить их так, чтобы они держались в открытом положении дольше, чем обычные.

Проблема с продувкой

Чем выше обороты коленвала, тем больше мощность. Но, конструкция двухтактных двигателей имеет такую особенность — чем быстрее начинает двигаться поршень, тем хуже продувается камера сгорания цилиндра, так как окна подачи и выпуска отработавших газов остаются открытыми очень мало времени.

Камерная продувка — это удаление газов и впрыск топлива в цилиндр из картера. Топливо начинает всасываться и находиться в картере при движении поршня вверх. Затем, когда поршень идет вниз, впускной канал закрывается и открывается продувочное окно, через которое подается новая порция топлива и выгоняются газы отработавшей предыдущей смеси топлива (смотрите рисунок выше, посередине).

Такая простая конструкция двухтактного двигателя исключает необходимость устанавливать газораспределительный механизм (ГРМ), насоса продувки, клапанов и узла смазки.

Продувка во время работы двухтактного двигателя на холостом ходу (ХХ) осуществляется по-другому. Во время работы на ХХ, продувка осуществляется открыванием на маленький угол заслонки. Такая продувка не качественная, поэтому на холостом ходу, многие наверное замечали, двигатель бензопилы или газонокосилки работает не стабильно. Что касается бензопилы, например, Echo (Эхо), то там надо наполовину вытягивать подсос.

Одноцилиндровый двухтактный двигатель имеет контурную продувку, то есть щелевую. В нижней части цилиндра в стенке есть специальная щель, через которую происходит газораспределение. В такте сжатия и рабочего хода, то есть когда поршень вверх, отверстия впуска и продувки должны быть закрытыми.

Контурная продувка — это предпоршневой объем (цилиндр под поршнем) представляет собой продувочный насос. Такая конструкция позволяет делать двигатели самых малых габаритов.

Видео

На скутеры устанавливаются двухтактные двигатели 2Т или 4 Т. Какой лучше?

Анимация работы двухтактного двигателя.

Двухтактный двигатель Stihl (Штиль) в разрезе.

В этом видео — работа двухтакного двигателя.

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 установкаДвухтактная 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.

Двухтактный двигатель- Принцип работы и отличия от четырехтактного двигателя

устройство и принцип работы двухтактного двигателя

Принцип работы ДВС

Рабочий цикл двухтактного двигателя состоит из впуска и выпуска происходящего за один оборот коленчатого вала, тогда как 4-х тактный имеет следующие циклы — впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. И протекают они за два оборота маховика. В двигателе с 4 тактами впуск и выпуск осуществляются в виде разных процессов, в двухтактнике они совмещены со сжатием топливной смеси и расширением рабочих газов. Принцип действия двухтактного двигателя:

  1. Первый такт – сжатие. Происходит движение поршня от нижней мертвой точки, при этом вначале закрывается продувочное окно. Отработанные выхлопные газы выводятся через выпускное отверстие. В этот момент в кривошипной камере под днищем поршня образуется область разрежения, куда поступает обогащенная топливная смесь из карбюратора (инжектора). Эта порция свежего воздуха выталкивает остатки выхлопных газов в выпускной коллектор. В момент наивысшего положения поршня происходит воспламенение смеси от свечи зажигания.
  2. Второй такт – рабочий ход или расширение.
    Температура и давление газов в камере сгорания резко увеличивается, под его действием поршень начинает движение к нижней мертвой точке, совершая полезную работу. Повышенное давление в кривошипной камере перекрывает впускной клапан, препятствуя попаданию отработанных газов в карбюратор. Через систему выпускных окон отработавшие газы уходят в глушитель, а через продувочное окно начинает поступать свежая горючая смесь в камеру сгорания. В самой нижней точке действие второго такта заканчивается и процесс повторяется.

Двухтактный дизельный двигатель работает по такому же принципу, только у него отсутствует свеча зажигания, а воспламенение топлива происходит от сжатия. Поэтому степень сжатия в дизельных двс намного выше бензиновых.

Источник: http://swapmotor.ru/ustrojstvo-dvigatelya/dvuhtaktnyj.html

Устройство двухтактного двигателя и принцип его работы

  • Устройство двухтактного двигателя и принцип его работы
  • Рабочий цикл из двух тактов
  • Двухтактный двигатель: принцип работы
  • Работа двухтактного двигателя внутреннего сагорания
  • Принцип работы двухтактного двигателя наглядно продемонстрирован в этом видео
  • Источники:

Поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) широко используются в разных сферах человеческой жизни. Однако не все они работают одинаково. Между ними есть одно принципиальное отличие. В зависимости от конструкции рабочий цикл двигателя может состоять из двух или четырёх тактов. Поэтому и называется он соответственно двухтактным двигателем или четырехтактным. Это справедливо как для бензинового мотора, так и для дизеля.

Источник: http://principraboty.ru/princip-raboty-2-h-taktnogo-dvigatelya/

Особенности мотора с двумя тактами

Двухтактный двигатель совершает полный цикл за один оборот коленвала, это позволяет получить большую удельную литровую мощность чем у 4-х тактного движка при тех же оборотах двигателя. Однако, кпд двухтактника будет ниже из-за несовершенства механизма фаз газораспределения, неизбежных потерь топливной смеси в процессе продувки и неполного рабочего хода поршня.

Двухтактный двигатель сильно греется, потому что во время работы высвобождается большая тепловая энергия. Иногда может потребоваться дополнительное охлаждение. В мотоциклах редко используются двухтактные моторы с большим количеством цилиндров, чаще всего применяется одноцилиндровый мотор с воздушным охлаждением.

При работе по двухтактному циклу поршень совершает меньше движений за один такт, а нагрузка вспомогательных газораспределительных, смазочных и охлаждающих систем на коленвал ниже или отсутствует совсем. Поэтому износ поршневой группы у них будет ниже. Если для легкой техники это не является решающим фактором, то тихоходный двухтактный дизельный двигатель может иметь в несколько раз больший ресурс, чем все остальные двс. Поэтому они нашли широкое распространение в тепловозах, генераторах, судовых двигателях.

Двухтактный бензиновый двигатель быстрее набирает обороты максимальной мощности. Этим активно пользуются мотоспортсмены, особенно в кроссовых дисциплинах, когда необходим мгновенный отклик на рукоятку газа. Кроме того, он проще в обслуживании, дешевле и легче четырехтактного.

Расход топлива у двухтактника будет выше на 25-30 %, шумность и вибрации тоже. Двигатель невозможно вписать в жесткие экологические нормы, даже если использовать инжекторные системы впуска и наддув. Большой расход воздуха требует применения специальных воздушных фильтров.

Источник: http://swapmotor.ru/ustrojstvo-dvigatelya/dvuhtaktnyj.html

Ремонт двухтактных двигателей внутреннего сгорания

Ремонт двухтактных ДВС осуществляется только квалифицированными рабочими по технологическим и маршрутным картам, которые разрабатывают инженеры и проектировщики. Эти инструкции дают рабочему понять, где и когда использовать ту или иную операцию, как и каким порядком устанавливать детали, а также в какой последовательности их затягивать.

Сами “двухтактники” устанавливаются в специальные стенды-кантователи, которые позволяют с большим удобством и правильно, доступно визуально осуществить правильную сборку и протяжку.

Разработка процесса ремонта ДВС включает в себя не только визуальный осмотр и мойку всего узла в моечной машине, но и разработку карт дефектов деталей, маршрутные карты восстановления и т.д.

Именно таким образом осуществляет ремонт двухтактных ДВС в производственных условиях АТП.

Источник: http://studiplom.ru/blog/auto/2-x_DVS

Недостатки 2 тактных моторов

  • С уменьшением расхода топлива существенно увеличивается расход масла, так как заливается он наравне с топливом в бензобак двигателя. Дело в том, что конструкция подобной силовой установки не позволяет иметь специальный резервуар для хранения смазывающего вещества. В связи с чем, возникает необходимость добавления масло в  топливовоздушную смесь.
  • Так как потребление воздуха в таких двигателях серьезно возрастает, то возникает необходимость применение воздушных фильтров особой конструкции.
  • Из-за особенностей впускной и выпускной системы есть огромная вероятность непреднамеренной смеси отработанных газов со свежей смесью.
  • Выбор двухтактных двигателей на рынке серьезно ограничен. Это делает их стоимость достаточно высокую.
  • Неэффективная работа двигателя. Данная конструкция не позволяет создавать высокий коэффициент полезного действия.

Источник: http://vipwash.ru/dvigatel/dvuhtaktnyy-dvigatel-vnutrennego-sgoraniya

Цилиндры и рабочий процесс в них

Рабочий процесс одного и другого двигателя происходит в цилиндре.

Поршень здесь перемещается по цилиндрическому зеркалу или вставной гильзе. Если работает воздушное охлаждение, то цилиндрические рубашки имеют ребра, а при водном охлаждении — внутренние полости.

Коленвал через шатун воспринимает движение поршня, трансформируя его во вращательное, а затем передавая крутящий момент трансмиссии. Также от него начинают работать газораспределительный механизм, насос, генератор и уравновешивающие валы. Коленчатый вал имеет одно или несколько колен в зависимости от количества цилиндров.

В четырехтактном моторе, чтобы цилиндр лучше наполнялся смесью, впуск начинается еще до достижения поршнем верхней мертвой точки, а заканчивается после прохождения им нижней мертвой точки.

Очистка его начинается еще до достижения нижней мертвой точки, а выталкиваются отработавшие газы при движении поршня к верхней мертвой точке. После этого выпускной клапан закрывается, чтобы газы покидали цилиндр.

На моторе этого вида используются следующие типы газораспределительного механизма:

В последнем типе имеется минимальное количество элементов, благодаря чему коленчатый вал может вращаться быстрее. Поэтому DOHC получает все большее распространение.

Четырехтактные моторы имеют более сложную конструкцию по сравнению с двухтактными, так как имеют систему смазки и газораспределительный механизм, отсутствующий у двухтактников. Тем не менее они стали широко распространяться из-за экономичности и менее вредного воздействия на окружающую среду.

Двигатели мотоциклов чаще всего бывают одно-, двух- и четырехцилиндровыми. Но встречаются агрегаты и с тремя, шестью и десятью цилиндрами. Цилиндры при этом бывают рядными — продольными или поперечными, горизонтальными оппозитными, V-образными и L-образными. Рабочий объем моторов обычно имеют не выше полутора тысяч кубов эти мотоциклы. Мощность двигателя — от ста пятидесяти до ста восьмидесяти лошадиных сил.

Источник: http://motorchina-online.ru/raznovidnosti/rabochij-cikl-dvuhtaktnogo-dvigatelya.html

Герметизация картера двухтактного бензинового двигателя

Картер двухтактного бензинового двигателя должен быть герметичен; на концах коленвала находятся мажетные уплотнения, также манжеты или уплотнения должны быть между отдельными кривошипно-шатунными полостями (если двигатель многоцилиндровый). Если двигатель не развивает полную мощность, не набирает полные обороты или вообще не заводится (система зажигания и система подачи топлива исправна) — тогда можно предположить о разгерметизации картера, происходит подсос воздуха и обеднение топливо-воздушной смеси. В этом случае следует заменить манжеты. Двухтактные дизельные двигатели тоже имеют уплотнения на концах коленвала, но они предназначены только для того, чтобы не вытекало моторное масло.

Источник: http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/144946

Свободнопоршневые двигатели

В свободнопоршневом двигателе отсутствует коленчатый вал, а возвратно-поступательное движение поршня обеспечивается за счёт упругости пружины, сжатого воздуха либо силы тяжести. Такие двигатели применяются там, где нет необходимости во вращательном движении, например в дизель-молотах, компрессорах и генераторах горячего газа.

Источник: http://wiki2.org/ru/Двухтактный_двигатель

Тюнинг двухтактного двигателя

Любой двухтактный мотор имеет возможности для форсировки. Увеличение мощности при таком же объеме оправдано в спорте, а в повседневной эксплуатации двигатель становится эластичнее и экономичнее. Основные способы доработки:

  1. Увеличить диаметр выпускного отверстия и обеспечить его максимально продолжительное время открытия. Это позволяет выпустить максимальное количество газов. Таким образом повышаются тяговые возможности двигателя и его крутящий момент.
  2. Обеспечить эффективную продувку. Для этого можно увеличить диаметр впускного окна, тогда горючая смесь не будет задерживаться в картере и обеспечится своевременный впрыск в камеру сгорания.
  3. Применение на карбюраторе вихревого диффузора, который за то же время подает большее количество топливной смеси. Вместе с ним целесообразно применение воздушного фильтра нулевого сопротивления.
  4. Установка резонатора выпуска, расчет которого произведен под конкретный объем двигателя. Такое устройство возвращает часть топливной смеси назад в цилиндр через выпускное отверстие.
  5. Доработка шатунно-поршневой группы, ее облегчение и тщательная балансировка. Клапана и каналы должны быть притерты и не иметь заусенец (задиров), тормозящие и завихряющие потоки. Это уменьшает наполняемость цилиндра и снижает мощность.
  6. Применение инжекторных систем впрыска и регулирование фазами газораспределения. Это позволяет точнее дозировать количество подаваемого топлива и уменьшить потери горючей смеси во время продувки цилиндра.
  7. Установка систем наддува. Обычно это компрессорные нагнетатели, а на двухтактный дизельный двигатель может быть установлен традиционный турбокомпрессор. С его помощью увеличивается количество поступаемого в цилиндры воздуха, соответственно и количество горючего может быть увеличено.

Источник: http://swapmotor.ru/ustrojstvo-dvigatelya/dvuhtaktnyj.html

Принцип работы двухтактного двигателя наглядно продемонстрирован в этом видео

//www.youtube.com/embed/p6TEP4vnnjA?rel=0

Источник: http://principraboty.ru/princip-raboty-2-h-taktnogo-dvigatelya/

Недостатки двухтактных двигателей:

1. Больший расход топлива. Напомним, примерный расход можно высчитать по формуле: для двухтактного 300 грамм на одну лошадиную силу, для четырёхтактного 200 грамм.
2. Шумность. На максимальных оборотах двухтактные двигатели как правило работают немного громче четырёхтактных.
3. Комфорт. Четырёхтактные двигатели внутреннего сгорания не так вибрируют на малых оборотах (касается только двухцилиндровых двигателей – одноцилиндровые двух и четырёхтактные вибрируют примерно одинаково) и не так дымят как двухтактные.
4. Долговечность. Довольно спорный пункт. Бытует мнение, что двухтактные двигатели 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 четырёхтактных двигателей где трущиеся элементы буквально плавают в масле. Но с другой стороны четырёхтактный двигатель по конструкции намного сложнее конкурента, состоит значительно большего числа деталей, а золотой принцип механики “Чем проще тем надежнее” еще никто не отменял.

Статьи по теме:
1. Четырех тактный двигатель, устройство и принцип работы;
2. Роторные двигатели с послойным распределением заряда;
3. Недымящий двигатель Кушуля;
4. Роторный двигатель внутреннего сгорания Лаптевых;
5. Дизельный двигатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания, работающий от воспламенения распыленного топлива.

Источник: http://studiplom.ru/blog/auto/2-x_DVS

Примечания

  1. ↑ Двухтактный двигатель // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
  2. ↑ См.
    • Clerk, Dugald ; English patent no. 1,089 (issued: March 14, 1881).
    • Clerk, Dugald “Motor worked by combustible gas or vapor,” U.S. patent no. 249,307 (filed: September 2, 1881 ; issued: November 8, 1881).
    • Day, Joseph ; British patent no. 6,410 (issued: April 14, 1891).
    • Day, Joseph ; British patent no. 9,247 (issued: July 1, 1891).
    • Day, Joseph “Gas-engine” US patent no. 543,614 (filed: May 21, 1892 ; issued: July 30, 1895).
    • Torrens, Hugh S. (May 1992). “A study of ‘failure’ with a ‘successful innovation’: Joseph Day and the two-stroke internal combustion engine”. Social Studies of Science. 22 (2): 245–262.
  3. ↑ См.
    • Cock, Frederic William Caswell ; British patent no. 18,513 (issued: October 15, 1892).
    • Cock, Frederic William Caswell “Gas-engine” US patent no. 544,210 (filed: March 10, 1894 ; issued: August 6, 1895).
    • The Day-Cock engine is illustrated in: Dowson, Joseph Emerson (1893). “Gas-power for electric lighting:  Discussion”. Minutes of Proceedings of the Institution of Civil Engineers. 112: 2–110. ; see p. 48.
  4. Clew, Jeff. The Scott Motorcycle: The Yowling Two-Stroke. — Haynes Publishing, 2004. — P. 240. — ISBN 0854291644.
  5. ↑ Возрождение двухтактного двигателя в мотоцикле: вымысел или реальность? (неопр.). Дата обращения: 1 сентября 2013.
  6. А. А. Сабинин. Скоростные автомобили. — М.: Физкультура и спорт, 1953. — С. 70—76. — 249 с. — 15 000 экз.

Источник: http://wiki2.org/ru/Двухтактный_двигатель

Видео

На скутеры устанавливаются двухтактные двигатели 2Т или 4 Т. Какой лучше?

Анимация работы двухтактного двигателя.

Двухтактный двигатель Stihl (Штиль) в разрезе.

В этом видео — работа двухтакного двигателя.

Источник: http://vse-rukodelie.ru/elektrika/printsip-raboty-dvuhtaktnogo-dvigatelya.html

Однотактные и трехтактные силовые агрегаты

Существуют также одно- и трехтактные двигатели. Однотактные двигатели делают с внешней камерой сгорания. Такая схема реализует все четыре такта за один ход поршня. Трехтактный двигатель Ванкеля является роторно-поршневым. Из-за сложности конструкции и чрезвычайной требовательности к качеству обработки поверхностей такие моторы не получили широкого распространения.

Источник: http://vse-rukodelie.ru/elektrika/printsip-raboty-dvuhtaktnogo-dvigatelya.html

2 Х тактный двигатель принцип работы

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.

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

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.

Принцип работы двухтактного бензинового 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.

Эксплуатационные и конструктивные отличия двухтактных и четырехтактных бензиновых двигателей

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.

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).

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.

Поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) широко используются в разных сферах человеческой жизни. Однако не все они работают одинаково. Между ними есть одно принципиальное отличие. В зависимости от конструкции рабочий цикл двигателя может состоять из двух или четырёх тактов. Поэтому и называется он соответственно двухтактным двигателем или четырехтактным. Это справедливо как для бензинового мотора, так и для дизеля.

Основные термины и определения

Принцип работы всех поршневых двигателей заключается в превращении энергии сгорания топлива в механическую энергию. Передаточным звеном является кривошипно-шатунный механизм. Для описания их работы используются следующие понятия:

  • Рабочий цикл — это определённая последовательность взаимосвязанных событий, вследствие которых происходит преобразование энергии теплового расширения сгорающего топлива в механическую энергию перемещения поршня и поворота коленчатого вала.
  • Такт — последовательность изменения состояния узлов и механизмов, происходящая в течение одного хода поршня.
  • Ход поршня — это расстояние, которое проходит поршень внутри цилиндра между его крайними точками.
  • Верхняя мёртвая точка (ВМТ) — это наивысшее положение поршня в цилиндре, при этом объем камера сгорания имеет минимальный объем.
  • Нижняя мёртвая точка (НМТ) — максимально удалённое от ВМТ положение поршня.
  • Впуск — заполнение цилиндра топливовоздушной смесью.
  • Сжатие — уменьшение объёма смеси и сжатие её под давлением поршня.
  • Рабочий ход — перемещение поршня под давлением газов сгорающего топлива.
  • Выпуск — выталкивание из цилиндра продуктов горения топлива.

Принцип работы четырехтактного двигателя

Четырехтактным называется такой поршневой двигатель, в котором один рабочий цикл состоит из четырёх тактов. Они имеют следующие названия:

За один цикл поршень два раза двигается от ВМТ к НМТ и обратно, а коленчатый вал проворачивается на два полных оборота. События, которые происходят за это время в двигателе, имеют чётко определённую последовательность.

Впуск. Поршень перемещается вниз, к НМТ. Под ним образуется разрежение, благодаря которому через открытую тарелку впускного клапана из впускного коллектора в цилиндр затягивается топливо, смешанное с воздухом. Поршень проходит нижнюю мёртвую точку, после чего впускной клапан закрывает впускной коллектор.

Такт сжатия. Продолжающий двигаться вверх поршень сжимает воздушную смесь.

В верхней мёртвой точке над поршнем происходит поджог горючей смеси. Сгорая, оно вызывает значительное увеличение давления на поршень. Начинается такт рабочего хода. Под действием давления сгорающих газов поршень снова движется к НМТ, выполняя при этом полезную работу.

После прохождения поршнем НМТ открывается тарелка выпускной клапан. Поршень, двигаясь к ВМТ, выталкивает выхлопные газы в выпускной коллектор. Это такт выпуска.

Затем снова начинается такт впуска и так бесконечно.

Рабочий цикл из двух тактов

Одноцилиндровый двухтактный двигатель работает по-другому. Здесь все четыре действия происходят за один полный оборот коленвала. При этом поршень делает только два такта (расширения и сжатия), двигаясь от ВМТ к НМТ и обратно. А впуск и выпуск являются частью этих двух тактов. Подробней принцип работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания можно описать следующим образом.

Газы от сгорания топливной смеси толкают поршень вниз от ВМТ. Примерно на середине хода поршня в гильзе цилиндра открывается выпускное отверстие, через которое часть газов выбрасывается в патрубок глушителя. Продолжая двигаться вниз, поршень создаёт давление, благодаря которому в цилиндр поступает новая порция топлива, одновременно продувая его от остатков сгоревших газов. Подходя к ВМТ, поршень сжимает смесь и система зажигания воспламеняет её. Снова начинается такт расширения.

В авиамоделестроении широко используется двухтактный дизельный двигатель, его принцип работы тот же, что и у бензинового. Разница в том, что смесь топлива с воздухом самостоятельно воспламеняется в конце цикла сжатия. Горючим для таких моторов служит смесь эфира с авиационным керосином. Воспламенение этого горючего происходит при гораздо меньшей степени сжатия, чем у двигателей на традиционном дизельном топливе.

Конструктивные особенности и различия

Двухтактный двигатель отличается от четырехтактного не только тем, за сколько тактов работы происходит газообмен.

Четырехтактный требует наличия системы газораспределения (впускные и выпускные клапаны, распределительный вал с кулачковым механизмом и т. д. ). В двухтактном такой системы нет, благодаря этому он гораздо проще.

Двигатель с четырьмя тактами работы требует полноценной системы смазки из-за большого количества движущихся и трущихся частей. Для смазки двигателя с двумя тактами работы можно использовать масло просто разводя его вместе с топливом.

Эксплуатационные показатели в сравнении

Сопоставляя двухтактный двигатель и четырехтактный двигатель, разницу между ними можно заметить не только в устройстве, но и в эксплуатационных характеристиках. Сравнивать их можно по следующим показателям:

  • литровая мощность;
  • удельная мощность;
  • экономичность;
  • экологичность;
  • шумность;
  • ресурс работы;
  • простота обслуживания;
  • вес;
  • цена.

Литровой называется мощность, снимаемая с литра объёма цилиндра. Теоретически она должна быть в два раза больше у двухтактного. Однако на деле этот показатель составляет 1,5−1,8. Сказывается неполное использование рабочего хода газов, затраты энергии на продувку, неполное сгорание и потери топлива.

Удельная мощность представляет собой величину отношения мощности мотора к его весу. Она также выше у двухтактных. Для них нужен менее тяжёлый маховик и не нужны дополнительные системы (газораспределения и смазки), утяжеляющие конструкцию. КПД у них также выше.

Экономичность (расход топлива на единицу мощности) выше у четырехтактных. Двигатели с двумя тактами часть топлива теряют впустую при продувке цилиндра.

Экологичность двухтактных ниже, опять-таки из-за потери несгоревшего топлива и масла. Убедиться в этом можно на примере двухтактного лодочного мотора. Он всегда оставляет на воде тонкую плёнку из несгоревшего топлива.

Шумность выше у двухтактных. Это связано с тем, что выхлопные газы из цилиндра вырываются с большой скоростью.

Ресурс работы выше у четырехтактных. Отдельная система смазки и меньшая оборотистость двигателя положительно сказываются на сроке его службы.

Проще обслуживать, безусловно, двухтактные моторы из-за меньшего количества вспомогательных систем. Масса больше у четырехтактных. Двухтактные дешевле.

В некоторых механизмах применение двухтактных двигателей является однозначным. Это, например, бензопилы. Высокая удельная мощность, маленький вес и простота делают его здесь безусловным фаворитом.

Двухтактные двигатели используются также в мототехнике, лодочных моторах, газонокосилках, скутерах, авиамоделировании. В большинстве самодельных машин и механизмов умельцы также используют двухтактный мотор.

Однотактные и трехтактные силовые агрегаты

Существуют также одно- и трехтактные двигатели. Однотактные двигатели делают с внешней камерой сгорания. Такая схема реализует все четыре такта за один ход поршня. Трехтактный двигатель Ванкеля является роторно-поршневым. Из-за сложности конструкции и чрезвычайной требовательности к качеству обработки поверхностей такие моторы не получили широкого распространения.

Двухта́ктный дви́гатель — двигатель внутреннего сгорания, в котором рабочий процесс в каждом из цилиндров совершается за один оборот коленчатого вала, то есть за два хода поршня [1] . Такты сжатия и рабочего хода в двухтактном двигателе (за исключением двигателя Ленуара) происходят так же, как и в четырёхтактном (а значит, возможна реализация тех же термодинамических циклов, кроме цикла Аткинсона), но процессы очистки и наполнения цилиндра совмещены и осуществляются не в рамках отдельных тактов, а за короткое время, когда поршень находится вблизи нижней мёртвой точки. Процесс удаления из цилиндра отработавших газов и наполнения его свежим зарядом в двухтактном двигателе называется продувкой.

Содержание

Сравнение двухтактного и четырёхтактного двигателя [ править | править код ]

Рабочий цикл двухтактного двигателя происходит за один оборот коленчатого вала, что позволяет снимать в 1,5-1,7 раза бо́льшую мощность с того же рабочего объёма при тех же оборотах двигателя. Это особенно актуально при создании тяжёлых тихоходных двигателей средних и тяжёлых судов, соединяемых непосредственно с валом гребного винта регулируемого шага, а также в поршневой авиации, где для эффективной работы воздушного винта также требуются сравнительно низкие рабочие обороты, что позволяет устранить из конструкции редуктор привода на винт.

В качестве автомобильного или, тем более, мотоциклетного такой двигатель менее выгоден, тем не менее также позволяет создать сравнительно компактные, но мощные силовые агрегаты, нашедшие применение в мототехнике и, ранее, микролитражных и малолитражных легковых автомобилях (с кривошипно-камерной продувкой, рабочим объёмом обычно до 1,5 — 1,7 литра), а также на грузовых автомобилях и автобусах (с прямоточной продувкой, рабочим объёмом обычно от 4 литров и более).

Из-за вдвое большей частоты рабочих тактов и за счет омывания деталей, обеспечивающих выхлоп, удвоенным количеством выхлопных газов, эти детали двигателя находятся в более напряжённом тепловом режиме. В двигателях большой мощности обязательно используется принудительное охлаждение поршней.

За счёт вдвое меньшего количества нерабочих ходов поршня в каждом рабочем цикле вдвое уменьшаются потери на трение.

В двухтактных двигателях необходимо искать компромисс между качеством продувки и потерями свежего заряда. В отличие от четырёхтактного двигателя, где между тактами выпуска и впуска поршень находится в верхней мёртвой точке, почти полностью вытесняя выхлопные газы, в двухтактном продувка происходит во всём объёме цилиндра сразу, причём за достаточно короткое время. При этом невозможно полностью исключить смешивание свежего заряда с выхлопными газами. Особенно проблема потерь заряда актуальна для карбюраторных двигателей, так как в них в цилиндр во время продувки поступает готовая рабочая смесь, что приводит к увеличенному расходу топлива и большому количеству несгоревших углеводородов в выхлопе. В целом двухтактные двигатели имеют в 1,5-2 раза больший расход воздуха, из-за чего могут требовать более сложных воздушных фильтров. В отличие от четырёхтактного двигателя, при использовании турбонаддува энергия поступающего из турбокомпрессора воздуха не передаётся через поршень на коленчатый вал двигателя, в то же время выхлопные газы при выпуске не оказывают противодавления на поршень.

По конструкции двухтактный двигатель может быть как более простым (при контурной кривошипно-камерной и, отчасти, клапанно-щелевой продувке), так и более сложным, чем четырёхтактный (при прямоточной продувке).

Источники продувочного воздуха [ править | править код ]

В то время как в четырёхтактном двигателе всасывание свежего заряда происходит за счёт движения поршня из верхней мёртвой точки вниз при открытом впускном клапане, а опорожнение — вверх при открытом выпускном, в двухтактном свежий заряд должен поступать в цилиндр под давлением, вытесняя отработавшие газы. Для создания давления требуется нагнетатель. В упрощённых двигателях для этой цели используется нижняя часть поршня и полость картера — такая схема называется кривошипно-камерной продувкой.

В двигателях более сложных в качестве источника продувочного воздуха используются воздуходувки системы Рутс, дополнительные цилиндры (двигатель Корейво), специальные поршневые компрессоры (ЮМО-203) или турбинные нагнетатели, которые могут вращаться валом двигателя или турбиной, приводимой выхлопными газами. В некоторых случаях для обеспечения более стабильного поступления наддувочного воздуха используется сочетание механических нагнетателей с турбонаддувом.

Кривошипно-камерная продувка [ править | править код ]

При использовании кривошипно-камерной продувки воздух или горючая смесь поступает в цилиндр из полости картера двигателя, куда всасывается при движении поршня вверх, при движении поршня вниз избыточное давление обеспечивает продувку. При такой схеме возможно создание двигателя, состоящего из минимального количества деталей, так как ему не требуется продувочный насос. Чтобы не допустить потерь заряда через впускной трубопровод в атмосферу, перед входом в картер может устанавливаться лепестковый клапан либо насаженный на коленчатый вал дисковый золотник.

При использовании кривошипно-камерной продувки существуют определённые особенности, ограничивающие применение таких двигателей:

  • Необходимо, чтобы полость кривошипной камеры конкретного цилиндра была герметична и, по возможности, чтобы коленвал занимал возможно больший объём и был обтекаем, чтобы как можно меньше влиять на газодинамику, а большой объём металла существенно утяжеляет вал. Каждую кривошипную камеру многоцилиндрового двигателя приходится уплотнять сальниками с каждой стороны каждой коренной шейки, что требует применения разборного коленчатого вала (как следствие, существенная потеря жёсткости вала по сравнению с цельным).
  • Давление сжатия воздуха (смеси) в кривошипной камере невелико, что не позволяет получить и существенного давления продувочного воздуха (приходится увеличивать длительность фазы продувки, это вынуждает снижать эффективный рабочий объём — с потерей КПД).
  • Двигатели такой конструкции не позволяют разместить в картере масляную ванну. Для смазки карбюраторного двигателя приходится подмешивать моторное масло в топливо. В случаях с упрощёнными конструкциями это может считаться достоинством, так как редуцирует систему смазки двигателя как таковую. В ряде двигателей применяется раздельная подача масла и бензина в карбюратор («Ява-ОйлМастер»), но все равно подача масла к парам трения происходит за счёт осаждения из горючей смеси, из-за чего у таких двигателей высокий расход масла, которое, вдобавок, сгорает в цилиндре вместе с топливом. По этой же причине в двухтактных двигателях без системы смазки приходится использовать специальные масла, не содержащие присадок, способствующих закоксовыванию каналов и поверхностей деталей цилиндро-поршневой группы.

Дизельные и калоризаторные двигатели подобной конструкции также не имели масляной ванны в картере, так как пары масла, попадающие в цилиндр, могли бы привести к разносу. В них использовались схемы смазки с «сухим» картером. В двигателях простой конструкции, не рассчитанных на длительную непрерывную работу, применялась незамкнутая система смазки, где вместо масляного насоса часто применялась пневматические маслёнки — в этом случае требовалось регулярно сливать накапливающееся в картере отработавшее масло.

  • На холостом ходу и при малых углах открытия дроссельной заслонки свежего заряда недостаточно для того, чтобы цилиндр мог полностью очиститься от выхлопных газов за один оборот коленчатого вала. Поэтому работа таких двигателей на холостом ходу часто неустойчива, после вспышки в цилиндре следует несколько холостых оборотов, при которых смесь в цилиндре слишком бедная, чтобы воспламениться от искры. Для дизельных и калоризаторных двигателей такая особенность не характерна за счет иного способа организации процесса горения и наполнения цилиндра при впуске только свежим воздухом.

С использованием продувочных насосов [ править | править код ]

На крупных многоцилиндровых двухтактных двигателях продувочный воздух сжимается в отдельном компрессоре (типа Рутс, либо пластинчатый), что практически полностью устраняет указанные выше недостатки. При этом, однако, воздух может подаваться в цилиндры через полость картера, которая в этом случае выполняет функции ресивера. Для создания давления продувки может использоваться и турбокомпрессор, но в этом случае в момент пуска в двигатель необходимо подавать сжатый воздух от внешнего источника либо использовать двухступенчатый наддув с механической ступенью (10Д100).

В ранних двухтактных двигателях также применяли поршневые компрессоры, работающие от одного коленчатого вала с двигателем. Например, на ПДП-дизеле ЮМО-203 Юнкерса в качестве продувочных использовались особые квадратные поршни, установленные на траверсах поршней верхнего ряда. В двигателе английского микролитражного автомобиля Lloyd 650 (конец 1940-х годов) использовался запатентованный Роландом Ллойдом поршневой насос двойного действия («третий цилиндр»), имевший цепной привод от коленвала и продувавший два рабочих цилиндра бензовоздушной смесью.

Схемы продувки [ править | править код ]

В поршневых двигателях внутреннего сгорания большое значение имеет качественная очистка объёма цилиндра от отработавших газов. В бензиновых двигателях остатки отработавших газов приводят к преждевременному воспламенению из-за высокой температуры. В любых двигателях плохая очистка ведёт к снижению максимальной мощности и ухудшению качества сгорания топлива. Так как продувка происходит через весь объём цилиндра при нахождении поршня (или поршней) вблизи нижней мёртвой точки, качественно очистить цилиндр от отработавших газов гораздо сложнее. Улучшения качества продувки можно достичь двумя путями: оптимизацией траектории движения свежего заряда при продувке либо путём подачи избыточного количества продувочного воздуха, который будет выброшен в выхлопную трубу вместе с отработавшими газами. Второй способ применим только при наличии нагнетателя и прямого впрыска топлива в цилиндр.

Так как в двухтактном двигателе все процессы происходят за один оборот коленчатого вала, есть возможность упростить конструкцию двигателя, заменив впускные и/или выпускные клапаны окнами в стенке цилиндра, которые будут перекрываться рабочим поршнем. Отсутствие клапанов и клапанных пружин позволяет двигателю работать при более высокой частоте вращения. Однако при этом возникает проблема асимметричного открытия и закрытия окон относительно мертвых точек: продувочные окна должны открываться позже выпускных, чтобы к моменту их открытия давление в цилиндре понизилось и выхлопные газы не проходили через впускные окна, но и закрываться тоже позже, иначе вытеснив отработавшие газы, свежий заряд будет выходить через выпускные окна, пока те не будут перекрыты. При этом, кроме возникновения потерь свежего заряда становится невозможным наддув.

Однопоршневые двигатели с щелевой (контурной) продувкой [ править | править код ]

Наиболее простая схема, при которой имеется один поршень, а газораспределение осуществляется за счёт перекрытия окон в стенке цилиндра. Впускные и продувочные окна в таком двигателе располагаются в нижней части цилиндра, так как должны быть перекрыты во время сжатия и рабочего хода двигателя. При этом осуществить асимметричность фаз газораспределения без введения дополнительных элементов (золотников, гильз, клапанов и т. д.) невозможно.

Простота реализации контурной продувки (особенно при использовании подпоршневого пространства в качестве продувочного насоса, то есть кривошипно-камерной) и дешевизна обеспечили очень широкое распространение таких двигателей на недорогих и легких устройствах. Их устанавливают на мопедах, мотоциклах, мотодельтапланах, мотопилах, газонокосилках, моторных лодках, используют в качестве пусковых двигателей, то есть там, где небольшая мощность делает относительно малозаметными дополнительные потери и играют существенную роль дешевизна и доступность конструкции. Такие двигатели применялись также на ряде автомобилей, например на DKW, СААБ, Trabant, Wartburg, Barkas в Европе, Suzuki Jimny в Японии.

Симметрия открытия впускных и выпускных окон позволяет достаточно просто организовать реверсирование двигателя — двигатель просто продолжает вращаться в том же направлении, в котором он вращался при запуске. Низкооборотные дизельные и калоризаторные двигатели с маховиками большой массы реверсируются при снижении оборотов: если при подходе к верхней мёртвой точке инерции маховика становится недостаточно для продолжения движения в том же направлении, при вспышке в цилиндре он начинает вращаться в обратном.

Существенно улучшить экономичность двухтактных двигателей с контурной продувкой позволяет применение системы впрыска топлива вместо карбюратора. Последние образцы мотоциклетных двухтактных двигателей с впрыском на 50 % экономичней карбюраторных, значительно превосходя при этом четырёхтактные моторы в литровой мощности [2] .

Для снижения потерь заряда применяется принцип Каденасси — аэродинамическая и акустическая настройка трактов с использованием отражённой волны выхлопных газов. Для этого в выхлопной системе двигателя устанавливаются акустический резонатор, который настраивается так, чтобы часть попавших в неё газов возвращалась обратно перед закрытием выпускных окон. Кроме того, она может эффективно работать в узкой части диапазона оборотов двигателя — а именно в той, на которой происходит резонанс газовой струи.

Так как газораспределительные окна находятся в нижней части цилиндра, возникают сложности с продувкой его верхней части. Для этого струю воздуха или горючей смеси направляют так, чтобы она двигалась вдоль контура цилиндра — поэтому такие схемы продувки называют контурными. Существует несколько разновидностей контурной продувки.

Поперечная схема продувки наиболее проста: в ней выпускные окна располагаются напротив впускных. Такая схема продувки на современных двигателях не применяется, так как влечёт за собой большие потери заряда из-за того, что он движется по траекториям разной длины и достигает выпускного окна через разное время.

Дефлекторная продувка схожа с поперечной, однако на поршне имеется выступ — дефлектор, имеющий форму козырька. Дефлектор направляет поток продувочного воздуха, не позволяя ему смешиваться с отработавшими газами. Кроме того, при малом открытии дросселя благодаря дефлектору рабочая смесь распределяется неравномерно: если со стороны выпускных окон свежий заряд сильно перемешан с отработавшими газами, то со стороны впускных окон горючая смесь более богатая и легко поджигается свечой. Таким образом, дефлекторная продувка лучше работает на холостом ходу и частичных нагрузках. Кроме того, цилиндры двигателей с дефлекторной продувкой проще в изготовлении, так как не критичны к форме впускного канала. Однако для высокофорсированных двигателей дефлекторная продувка не подходит. Сложная форма камеры сгорания при дефлекторной продувке ухудшает параметры рабочего процесса и повышает склонность бензиновых двигателей к детонации, а дизельных — к дымлению, что препятствует форсированию и повышению экономичности двигателей. К тому же поршень с толстым донышком склонен к перегреву. В связи с этим большинство производителей двухтактных двигателей отказались от дефлекторной продувки.

При фонтанной продувке продувочные и выпускные окна располагаются по всей окружности цилиндра в два ряда: сверху — выпускные, а под ними — продувочные окна. Такая схема позволяет несколько лучше продуть центральную область, однако из-за вихревого движения смеси увеличивается потеря свежего заряда.

Наиболее распространена петлевая схема продувки, при которой впускные окна расположены достаточно близко к выпускным, однако за счёт формы впускного трубопровода свежий заряд направляется вверх и в меньшей степени увлекается отработавшими газами.

его принцип работы и отличия от четырехтактного

Поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) широко используются в разных сферах человеческой жизни. Однако не все они работают одинаково. Между ними есть одно принципиальное отличие. В зависимости от конструкции рабочий цикл двигателя может состоять из двух или четырёх тактов. Поэтому и называется он соответственно двухтактным двигателем или четырехтактным. Это справедливо как для бензинового мотора, так и для дизеля.

Основные термины и определения

Принцип работы всех поршневых двигателей заключается в превращении энергии сгорания топлива в механическую энергию. Передаточным звеном является кривошипно-шатунный механизм. Для описания их работы используются следующие понятия:

  • Рабочий цикл — это определённая последовательность взаимосвязанных событий, вследствие которых происходит преобразование энергии теплового расширения сгорающего топлива в механическую энергию перемещения поршня и поворота коленчатого вала.
  • Такт — последовательность изменения состояния узлов и механизмов, происходящая в течение одного хода поршня.
  • Ход поршня — это расстояние, которое проходит поршень внутри цилиндра между его крайними точками.
  • Верхняя мёртвая точка (ВМТ) — это наивысшее положение поршня в цилиндре, при этом объем камера сгорания имеет минимальный объем.
  • Нижняя мёртвая точка (НМТ) — максимально удалённое от ВМТ положение поршня.
  • Впуск — заполнение цилиндра топливовоздушной смесью.
  • Сжатие — уменьшение объёма смеси и сжатие её под давлением поршня.
  • Рабочий ход — перемещение поршня под давлением газов сгорающего топлива.
  • Выпуск — выталкивание из цилиндра продуктов горения топлива.

Принцип работы четырехтактного двигателя

Четырехтактным называется такой поршневой двигатель, в котором один рабочий цикл состоит из четырёх тактов. Они имеют следующие названия:

  • впуск;
  • сжатие;
  • рабочий ход;
  • выпуск.

За один цикл поршень два раза двигается от ВМТ к НМТ и обратно, а коленчатый вал проворачивается на два полных оборота. События, которые происходят за это время в двигателе, имеют чётко определённую последовательность.

Впуск. Поршень перемещается вниз, к НМТ. Под ним образуется разрежение, благодаря которому через открытую тарелку впускного клапана из впускного коллектора в цилиндр затягивается топливо, смешанное с воздухом. Поршень проходит нижнюю мёртвую точку, после чего впускной клапан закрывает впускной коллектор.

Такт сжатия. Продолжающий двигаться вверх поршень сжимает воздушную смесь.

В верхней мёртвой точке над поршнем происходит поджог горючей смеси. Сгорая, оно вызывает значительное увеличение давления на поршень. Начинается такт рабочего хода. Под действием давления сгорающих газов поршень снова движется к НМТ, выполняя при этом полезную работу.

После прохождения поршнем НМТ открывается тарелка выпускной клапан. Поршень, двигаясь к ВМТ, выталкивает выхлопные газы в выпускной коллектор. Это такт выпуска.

Затем снова начинается такт впуска и так бесконечно.

Рабочий цикл из двух тактов

Одноцилиндровый двухтактный двигатель работает по-другому. Здесь все четыре действия происходят за один полный оборот коленвала. При этом поршень делает только два такта (расширения и сжатия), двигаясь от ВМТ к НМТ и обратно. А впуск и выпуск являются частью этих двух тактов. Подробней принцип работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания можно описать следующим образом.

Газы от сгорания топливной смеси толкают поршень вниз от ВМТ. Примерно на середине хода поршня в гильзе цилиндра открывается выпускное отверстие, через которое часть газов выбрасывается в патрубок глушителя. Продолжая двигаться вниз, поршень создаёт давление, благодаря которому в цилиндр поступает новая порция топлива, одновременно продувая его от остатков сгоревших газов. Подходя к ВМТ, поршень сжимает смесь и система зажигания воспламеняет её. Снова начинается такт расширения.

В авиамоделестроении широко используется двухтактный дизельный двигатель, его принцип работы тот же, что и у бензинового. Разница в том, что смесь топлива с воздухом самостоятельно воспламеняется в конце цикла сжатия. Горючим для таких моторов служит смесь эфира с авиационным керосином. Воспламенение этого горючего происходит при гораздо меньшей степени сжатия, чем у двигателей на традиционном дизельном топливе.

Конструктивные особенности и различия

Двухтактный двигатель отличается от четырехтактного не только тем, за сколько тактов работы происходит газообмен.

Четырехтактный требует наличия системы газораспределения (впускные и выпускные клапаны, распределительный вал с кулачковым механизмом и т. д. ). В двухтактном такой системы нет, благодаря этому он гораздо проще.

Двигатель с четырьмя тактами работы требует полноценной системы смазки из-за большого количества движущихся и трущихся частей. Для смазки двигателя с двумя тактами работы можно использовать масло просто разводя его вместе с топливом.

Эксплуатационные показатели в сравнении

Сопоставляя двухтактный двигатель и четырехтактный двигатель, разницу между ними можно заметить не только в устройстве, но и в эксплуатационных характеристиках. Сравнивать их можно по следующим показателям:

  • литровая мощность;
  • удельная мощность;
  • экономичность;
  • экологичность;
  • шумность;
  • ресурс работы;
  • простота обслуживания;
  • вес;
  • цена.

Литровой называется мощность, снимаемая с литра объёма цилиндра. Теоретически она должна быть в два раза больше у двухтактного. Однако на деле этот показатель составляет 1,5−1,8. Сказывается неполное использование рабочего хода газов, затраты энергии на продувку, неполное сгорание и потери топлива.

Удельная мощность представляет собой величину отношения мощности мотора к его весу. Она также выше у двухтактных. Для них нужен менее тяжёлый маховик и не нужны дополнительные системы (газораспределения и смазки), утяжеляющие конструкцию. КПД у них также выше.

Экономичность (расход топлива на единицу мощности) выше у четырехтактных. Двигатели с двумя тактами часть топлива теряют впустую при продувке цилиндра.

Экологичность двухтактных ниже, опять-таки из-за потери несгоревшего топлива и масла. Убедиться в этом можно на примере двухтактного лодочного мотора. Он всегда оставляет на воде тонкую плёнку из несгоревшего топлива.

Шумность выше у двухтактных. Это связано с тем, что выхлопные газы из цилиндра вырываются с большой скоростью.

Ресурс работы выше у четырехтактных. Отдельная система смазки и меньшая оборотистость двигателя положительно сказываются на сроке его службы.

Проще обслуживать, безусловно, двухтактные моторы из-за меньшего количества вспомогательных систем. Масса больше у четырехтактных. Двухтактные дешевле.

В некоторых механизмах применение двухтактных двигателей является однозначным. Это, например, бензопилы. Высокая удельная мощность, маленький вес и простота делают его здесь безусловным фаворитом.

Двухтактные двигатели используются также в мототехнике, лодочных моторах, газонокосилках, скутерах, авиамоделировании. В большинстве самодельных машин и механизмов умельцы также используют двухтактный мотор.

Однотактные и трехтактные силовые агрегаты

Существуют также одно- и трехтактные двигатели. Однотактные двигатели делают с внешней камерой сгорания. Такая схема реализует все четыре такта за один ход поршня. Трехтактный двигатель Ванкеля является роторно-поршневым. Из-за сложности конструкции и чрезвычайной требовательности к качеству обработки поверхностей такие моторы не получили широкого распространения.

Originally posted 2018-07-04 07:14:01.

Что называется тактом в работе двигателя?

Устройство двухтактного двигателя и принцип его работы

Поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) широко используются в разных сферах человеческой жизни. Однако не все они работают одинаково. Между ними есть одно принципиальное отличие. В зависимости от конструкции рабочий цикл двигателя может состоять из двух или четырёх тактов. Поэтому и называется он соответственно двухтактным двигателем или четырехтактным. Это справедливо как для бензинового мотора, так и для дизеля.

Основные термины и определения

Принцип работы всех поршневых двигателей заключается в превращении энергии сгорания топлива в механическую энергию. Передаточным звеном является кривошипно-шатунный механизм. Для описания их работы используются следующие понятия:

  • Рабочий цикл — это определённая последовательность взаимосвязанных событий, вследствие которых происходит преобразование энергии теплового расширения сгорающего топлива в механическую энергию перемещения поршня и поворота коленчатого вала.
  • Такт — последовательность изменения состояния узлов и механизмов, происходящая в течение одного хода поршня.
  • Ход поршня — это расстояние, которое проходит поршень внутри цилиндра между его крайними точками.
  • Верхняя мёртвая точка (ВМТ) — это наивысшее положение поршня в цилиндре, при этом объем камера сгорания имеет минимальный объем.
  • Нижняя мёртвая точка (НМТ) — максимально удалённое от ВМТ положение поршня.
  • Впуск — заполнение цилиндра топливовоздушной смесью.
  • Сжатие — уменьшение объёма смеси и сжатие её под давлением поршня.
  • Рабочий ход — перемещение поршня под давлением газов сгорающего топлива.
  • Выпуск — выталкивание из цилиндра продуктов горения топлива.

Принцип работы четырехтактного двигателя

Четырехтактным называется такой поршневой двигатель, в котором один рабочий цикл состоит из четырёх тактов. Они имеют следующие названия:

За один цикл поршень два раза двигается от ВМТ к НМТ и обратно, а коленчатый вал проворачивается на два полных оборота. События, которые происходят за это время в двигателе, имеют чётко определённую последовательность.

Впуск. Поршень перемещается вниз, к НМТ. Под ним образуется разрежение, благодаря которому через открытую тарелку впускного клапана из впускного коллектора в цилиндр затягивается топливо, смешанное с воздухом. Поршень проходит нижнюю мёртвую точку, после чего впускной клапан закрывает впускной коллектор.

Такт сжатия. Продолжающий двигаться вверх поршень сжимает воздушную смесь.

В верхней мёртвой точке над поршнем происходит поджог горючей смеси. Сгорая, оно вызывает значительное увеличение давления на поршень. Начинается такт рабочего хода. Под действием давления сгорающих газов поршень снова движется к НМТ, выполняя при этом полезную работу.

После прохождения поршнем НМТ открывается тарелка выпускной клапан. Поршень, двигаясь к ВМТ, выталкивает выхлопные газы в выпускной коллектор. Это такт выпуска.

Затем снова начинается такт впуска и так бесконечно.

Рабочий цикл из двух тактов

Одноцилиндровый двухтактный двигатель работает по-другому. Здесь все четыре действия происходят за один полный оборот коленвала. При этом поршень делает только два такта (расширения и сжатия), двигаясь от ВМТ к НМТ и обратно. А впуск и выпуск являются частью этих двух тактов. Подробней принцип работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания можно описать следующим образом.

Газы от сгорания топливной смеси толкают поршень вниз от ВМТ. Примерно на середине хода поршня в гильзе цилиндра открывается выпускное отверстие, через которое часть газов выбрасывается в патрубок глушителя. Продолжая двигаться вниз, поршень создаёт давление, благодаря которому в цилиндр поступает новая порция топлива, одновременно продувая его от остатков сгоревших газов. Подходя к ВМТ, поршень сжимает смесь и система зажигания воспламеняет её. Снова начинается такт расширения.

В авиамоделестроении широко используется двухтактный дизельный двигатель, его принцип работы тот же, что и у бензинового. Разница в том, что смесь топлива с воздухом самостоятельно воспламеняется в конце цикла сжатия. Горючим для таких моторов служит смесь эфира с авиационным керосином. Воспламенение этого горючего происходит при гораздо меньшей степени сжатия, чем у двигателей на традиционном дизельном топливе.

Конструктивные особенности и различия

Двухтактный двигатель отличается от четырехтактного не только тем, за сколько тактов работы происходит газообмен.

Четырехтактный требует наличия системы газораспределения (впускные и выпускные клапаны, распределительный вал с кулачковым механизмом и т. д. ). В двухтактном такой системы нет, благодаря этому он гораздо проще.

Двигатель с четырьмя тактами работы требует полноценной системы смазки из-за большого количества движущихся и трущихся частей. Для смазки двигателя с двумя тактами работы можно использовать масло просто разводя его вместе с топливом.

Эксплуатационные показатели в сравнении

Сопоставляя двухтактный двигатель и четырехтактный двигатель, разницу между ними можно заметить не только в устройстве, но и в эксплуатационных характеристиках. Сравнивать их можно по следующим показателям:

  • литровая мощность;
  • удельная мощность;
  • экономичность;
  • экологичность;
  • шумность;
  • ресурс работы;
  • простота обслуживания;
  • вес;
  • цена.

Литровой называется мощность, снимаемая с литра объёма цилиндра. Теоретически она должна быть в два раза больше у двухтактного. Однако на деле этот показатель составляет 1,5−1,8. Сказывается неполное использование рабочего хода газов, затраты энергии на продувку, неполное сгорание и потери топлива.

Удельная мощность представляет собой величину отношения мощности мотора к его весу. Она также выше у двухтактных. Для них нужен менее тяжёлый маховик и не нужны дополнительные системы (газораспределения и смазки), утяжеляющие конструкцию. КПД у них также выше.

Экономичность (расход топлива на единицу мощности) выше у четырехтактных. Двигатели с двумя тактами часть топлива теряют впустую при продувке цилиндра.

Экологичность двухтактных ниже, опять-таки из-за потери несгоревшего топлива и масла. Убедиться в этом можно на примере двухтактного лодочного мотора. Он всегда оставляет на воде тонкую плёнку из несгоревшего топлива.

Шумность выше у двухтактных. Это связано с тем, что выхлопные газы из цилиндра вырываются с большой скоростью.

Ресурс работы выше у четырехтактных. Отдельная система смазки и меньшая оборотистость двигателя положительно сказываются на сроке его службы.

Проще обслуживать, безусловно, двухтактные моторы из-за меньшего количества вспомогательных систем. Масса больше у четырехтактных. Двухтактные дешевле.

В некоторых механизмах применение двухтактных двигателей является однозначным. Это, например, бензопилы. Высокая удельная мощность, маленький вес и простота делают его здесь безусловным фаворитом.

Двухтактные двигатели используются также в мототехнике, лодочных моторах, газонокосилках, скутерах, авиамоделировании. В большинстве самодельных машин и механизмов умельцы также используют двухтактный мотор.

Однотактные и трехтактные силовые агрегаты

Существуют также одно- и трехтактные двигатели. Однотактные двигатели делают с внешней камерой сгорания. Такая схема реализует все четыре такта за один ход поршня. Трехтактный двигатель Ванкеля является роторно-поршневым. Из-за сложности конструкции и чрезвычайной требовательности к качеству обработки поверхностей такие моторы не получили широкого распространения.

Четырехтактный двигатель

Четырехтактный двигатель состоит из цилиндров, установленных на картере и закрытых сверху головкой. Снизу к картеру крепится поддон. В головке цилиндров установлены клапаны — впускные и выпускные — и свечи зажигания (в бензиновых) или форсунки для впрыска топлива (в дизелях). Внутри цилиндра возвратно-поступательно перемещается поршень, который через поршневой палец соединен с верхней головкой шатуна. Нижняя головка шатуна охватывает шатунную шейку коленчатого вала, коренные шейки которого установлены на подшипниках в картере двигателя. Поршень уплотняется в цилиндре посредством поршневых колец. На конце коленчатого вала закреплен маховик. Положение, которое занимает поршень в конце его хода вверх, называется верхней мертвой точкой (ВМТ), а положение в конце хода вниз — нижней мертвой точкой (НМТ). Перемещение поршня от одной мертвой точки до другой при работе двигателя называется тактом. Объем, который образуется над поршнем при нахождении его в ВМТ, называется объемом камеры сгорания. Объем, который освобождает поршень при его движении от ВМТ к НМТ, называется рабочим объемом или литражом двигателя. Сумма объема камеры сгорания и рабочего объема называется полным объемом цилиндра.
Очень важным параметром поршневого двигателя является степень сжатия, которая определяется как отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Степень сжатия современных автомобильных двигателей с искровым зажиганием равна примерно 10. Автомобильные четырехтактные дизели имеют более высокую степень сжатия, не менее 20.

1 — подводящая труба насоса охлаждающей жидкости;
2 — блок цилиндров;
3 — термостат;
4 — датчик температуры охлаждающей жидкости системы управления двигателем;
5 — выпускной патрубок охлаждающей жидкости;
6 — заглушка головки блока цилиндров;
7 — крышка головки блока цилиндров;
8 — регулятор давления топлива;
9 — крышка маслозаливной горловины;
10 — трос привода дроссельной заслонки;
11 — дроссельный узел;
12 — регулятор холостого хода;
13 — датчик положения дроссельной заслонки;
14 — ресивер;
15 — задняя крышка привода распределительного вала;
16 — передняя крышка привода распределительного вала;
17 — форсунка;
18 — пробка штуцера топливной рампы;
19 — топливная рампа;
20 — впускной коллектор;
21 — правый опорный кронштейн впускного коллектора;
22 — шкив привода генератора;
23 — масляный фильтр;
24 — датчик положения коленчатого вала;
25 — поддон картера;
26 — выпускной коллектор;
27 — шатун;
28 — коленчатый вал;
29 — левый опорный крон штейн выпускного коллектора;
30 — маховик

Поперечный разрез двигателя ВАЗ-2111:

1 — пробка сливного отверстия поддона картера;
2 — поддон картера;
3 — масляный фильтр;
4 — насос охлаждающей жидкости;
5 — выпускной коллектор;
6 — впускной коллектор;
7 — форсунка;
8 — топливная рампа;
9 — ресивер;
10 — крышка головки блока цилиндров;
11 — крышка подшипников распределительного вала;
12 — распределительный вал;
13 — шланг вентиляции картера;
14 — регулировочная шайба клапана;
15 — сухари клапана;
16 — толкатель;
17 — пружины клапана;
18 — маслосъемный колпачок;
19 — направляющая втулка клапана;
20 — клапан;
21 — свеча зажигания;
22 — головка блока цилин дров;
23 — поршень;
24 — компрессионные кольца;
25 — маслосъемное кольцо;
26 — поршневой палец;
27 — блок цилиндров;
28 — шатун;
29 — коленчатый вал;
30 — крышка шатуна;
31 — указатель уровня масла;
32 — приемник масляного насоса

Четырехтактный цикл последовательно включает в себя следующие такты: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск:

Четырехтактный цикл:
а — впуск;
б — сжатие;
в — рабочий ход;
г — выпуск

При работе бензинового двигателя в начале такта впуска открывается впускной клапан, а поршень перемещается от ВМТ. По мере перемещения поршня по направлению к НМТ в цилиндре образуется разрежение и в него поступает смесь паров бензина и воздуха, которую принято называть топливно-воздушной смесью или горючей смесью. После прохода поршнем НМТ он за счет вращения коленчатого вала начнет подниматься к ВМТ, что является началом такта сжатия. В начале такта сжатия закрывается впускной клапан и оба клапана остаются закрытыми в течение всего такта. При перемещении поршня к ВМТ горючая смесь, находящаяся в цилиндре, сжимается, ее давление и температура возрастают. Максимальное значение давления сжатия возникает, когда поршень достигает ВМТ. Но поскольку процесс сгорания топлива занимает определенное время, горючую смесь необходимо поджечь заранее, до того, как поршень дойдет до ВМТ в такте сжатия. Смесь воспламеняется с помощью электрической искры, проскакивающей между электродами свечи зажигания. Угол поворота коленчатого вала от момента появления искры до ВМТ называется углом опережения зажигания. При сгорании топлива выделяется большое количество энергоемких газов, которые давят на поршень, заставляя его в следующем такте совершать рабочий ход, который происходит при закрытых клапанах, когда поршень движется по направлению от ВМТ к НМТ. После рабочего хода начинается такт выпуска. При этом открывается выпускной клапан, а поршень движется по направлению к ВМТ, вытесняя отработавшие газы в атмосферу. Затем цикл повторяется в той же последовательности.

Устройство автомобилей

Рабочие циклы двигателей

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя

Работа двигателя внутреннего сгорания может быть представлена в виде систематически повторяющихся процессов, которые принято называть рабочими циклами. Рабочим циклом двигателя называется ряд последовательных, периодических повторяющихся процессов в цилиндрах, в результате которых тепловая энергия топлива преобразуется в механическую работу. При этом каждый полный рабочий цикл может быть разделен на одинаковые (повторяющиеся) части – такты.

Часть рабочего цикла, совершаемого за время движения поршня от одной мертвой точки до другой, т. е. за один ход поршня, называется тактом . Двигатели, рабочий цикл которых совершается за четыре хода поршня (два оборота коленчатого вала), называются четырехтактными.
В головке блока цилиндров, над камерой сгорания (рис. 1) карбюраторного двигателя устанавливаются впускной 4 и выпускной 6 клапаны, управляемые газораспределительным механизмом, а также свеча зажигания 5.

Рабочий цикл карбюраторного четырехтактного двигателя состоит из последовательных тактов впуска, сжатия, расширения и выпуска.

Такт впуска

В результате вращения коленчатого вала при пуске двигателя (вручную или с помощью специального устройства — например, заводной рукоятки или электродвигателя — стартера) поршень совершает движение от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ). При этом впускной клапан 4 открыт, а выпускной клапан 6 закрыт.
Так как объем цилиндра при движении поршня вниз (к НМТ) быстро увеличивается, давление над поршнем уменьшается до 0,07. 0,09 МПа, т. е. внутри цилиндра создается вакуум – избыточное разрежение.
Впускной клапан 3 сообщается со специальным устройством – карбюратором, который приготавливает горючую смесь из топлива и воздуха. Вследствие разности давлений в карбюраторе и цилиндре горючая смесь всасывается через открытый впускной клапан в цилиндр двигателя.

Если двигатель уже работает, то горючая смесь, попадая в цилиндр из карбюратора, смешивается с остаточными продуктами сгорания от предыдущего цикла, и образует рабочую смесь. Смешиваясь с остаточными продуктами сгорания и соприкасаясь с нагретыми деталями цилиндра, рабочая смесь нагревается до температуры 75. 125 ˚С.

Такт сжатия

При подходе поршня к НМТ впускной клапан закрывается. Далее поршень начинает перемещаться вверх (к ВМТ), сжимая смесь воздуха, топлива и остаточных продуктов сгорания, которые не были удалены из цилиндра при выпуске. При движении поршня от НМТ к ВМТ вследствие сокращения объема цилиндра при закрытых клапанах повышаются давление, при этом возрастает температура рабочей смеси (в соответствии с законом Гей-Люссака).
В конце такта сжатия давление внутри цилиндра повышается до 0,9…1,5 МПа, а температура смеси достигает 270-480 ˚С.
В этот момент к электродам свечи зажигания 5 подводится высокое напряжение, которые вызывает между ними искровой разряд, результате чего рабочая смесь воспламеняется и сгорает.
В процессе сгорания топлива выделяется большое количество теплоты, из-за чего температура газов (продуктов сгорания) повышается до 2200-2500 ˚С, и давление внутри цилиндра достигает 3,0…4,5 МПа. Газы начинают расширяться, перемещая поршень вниз, к НМТ.

Такт расширения (рабочий ход)

Под давлением расширяющихся газов поршень движется от ВМТ к НМТ (при этом оба клапана закрыты). В этот промежуток времени (такт) происходит преобразование тепловой энергии в полезную работу, поэтому ход поршня в такте расширения называют рабочим ходом.
При движении поршня к НМТ объем цилиндра увеличивается, вследствие чего давление уменьшается до 0,3…0,4 МПа, а температура газов снижается до 900…1200 ˚С.

Такт выпуска

При подходе поршня к НМТ открывается выпускной клапан 6, в результате чего продукты сгорания рабочей смеси вырываются наружу из цилиндра.
При дальнейшем вращении коленчатого вала поршень начинает перемещаться от НМТ к ВМТ. Выталкивая отработавшие газы через открытый выпускной клапан, выпускной канал 7 и выпускную трубу в окружающую среду. К концу такта выпуска давление в цилиндре составляет 0,11…0,12 МПа, а температура – 600…900 ˚С.

При подходе поршня к ВМТ выпускной клапан закрывается, впускной открывается и начинается такт впуска, дающий начало новому рабочему циклу.

Рабочий цикл четырехтактного дизеля

Рабочий цикл дизельного двигателя принципиально отличается от цикла карбюраторного двигателя тем, что рабочая смесь (смесь топлива, воздуха и остаточных продуктов сгорания) приготовляется внутри цилиндра, поскольку воздух подается в цилиндр отдельно, а топливо отдельно – через форсунку. В дизельном двигателе нет специального устройства для поджигания рабочей смеси – она самовозгорается в результате высокой степени сжатия.
Т. е. в дизеле, в отличие от карбюраторного двигателя, через впускной клапан подается не горючая смесь, а атмосферный воздух, а топливо впрыскивается через форсунку в конце такта сжатия. В цилиндре, как и в случае с карбюраторным двигателем, остаются продукты сгорания рабочей смеси, которые не удалось удалить продувкой.
Смесеобразование (перемешивание воздуха, топлива и остаточных продуктов сгорания) в дизеле протекает внутри цилиндра, что и обуславливает основные отличия череды тактов, составляющих рабочий цикл.

Высокая степень сжатия приводит к тому, что поступивший в цилиндр через впускной клапан воздух, смешивается с остаточными газами и раскаляется (в буквальном смысле этого слова) до высоких температур. И в это время в цилиндр впрыскивается топливо, которое вспыхивает и начинает гореть.

Рабочие процессы в дизельном двигателе протекают в следующей последовательности (рис. 2) :

Такт впуска

В период такта впуска поршень 2 движется от НМТ к ВМТ. При этом впускной клапан 5 открыт, выпускной клапан 6 закрыт. В цилиндре 7 из-за разности давлений в окружающей среде и в цилиндре в конце такта впуска возникает разрежение 0,08. 0,09 МПа, при этом температура внутри цилиндра не превышает 40…70 ˚С.

Такт сжатия

В процессе такта сжатия оба клапана закрыты. Поршень 2 движется от НМТ к ВМТ, сжимая смесь воздуха и отработавших газов. Давление в конце такта сжатия достигает 3…6 МПа, а температура – 450…650 ˚С (превышает температуру самовоспламенения топлива).

При подходе поршня к ВМТ, в цилиндр через форсунку 3 впрыскивается распыленное жидкое топливо. Топливо подается к форсунке (через трубку высокого давления) топливным насосом 1 высокого давления (ТНВД). Форсунка обеспечивает тонкое распыление топлива в сжатом воздухе. Распыленное топливо самовоспламеняется и сгорает. В результате сгорания температура в цилиндре достигает 1600…1900 ˚С, давление – 6…9 МПа.

Такт расширения (рабочий ход)
Такт выпуска

При подходе к нижней мертвой точке (НМТ) выпускной клапан 6 открывается и большая часть отработавших газов под воздействием высокого давления вырывается из цилиндра в атмосферу. Поршень начинает перемещение от НМТ к ВМТ и через открытый выпускной клапан выталкивает оставшиеся в цилиндре отработавшие газы в окружающую среду. К концу такта давление газов в цилиндре составляет 0,11…0,12 МПа, а температура – 600. 700 ˚С.
Далее рабочий цикл повторяется.

Таким образом, в четырехтактном двигателе только один такт – рабочий ход является полезным с точки зрения совершения полезной работы, остальные три вспомогательные, они осуществляются за счет кинетической энергии маховика, закрепленного на конце коленчатого вала.

Рабочий цикл двухтактного двигателя

В двухтактных ДВС рабочий цикл осуществляется за один оборот коленчатого вала.
Схема двухтактного дизеля представлена на рис. 3 .
Воздух насосом 3 нагнетается через впускное (продувочное) окно 4 в цилиндр. В нижней части цилиндра напротив впускного окна имеется выпускное окно 7. В головке 5 блока цилиндра установлены форсунки 6.

Первый такт (рис. 3, а) совершается при движении поршня от НМТ к ВМТ за счет кинетической энергии маховика двигателя. Оба окна открыты. Нагнетаемый через впускное окно 4 воздух вытесняет из цилиндра оставшиеся в нем отработавшие газы, которые выходят через выпускное окно 7. Таким образом происходит очистка цилиндра от отработавших газов (продувка) и заполнение его свежим зарядом.

Движущийся вверх поршень 8 сначала закрывает впускное окно, а затем выпускное окно. С этого момента начинается процесс сжатия, в конце которого через форсунку 6 впрыскивается топливо.
Таким образом, за первую половину оборота коленчатого вала совершаются процессы наполнения и сжатия, и начинается сгорание топлива.

Второй такт (рис. 3. б) происходит при движении поршня ВМТ к НМТ. В результате выделения теплоты при сгорании топлива повышается температура и давление внутри цилиндра. Поршень перемещается вниз, совершая полезную работу.
Как только поршень открывает выпускное окно, отработавшие газы под давлением начинают выходить в окружающую среду. К моменту открытия впускного окна давление внутри цилиндра снижается на столько, что возможна очистка цилиндра путем вытеснения отработавших газов свежим зарядом воздуха, подаваемым в цилиндр насосом 3.
Этот процесс называется продувкой цилиндра. При этом одновременно с вытеснением отработавших газов происходит наполнение цилиндра свежим зарядом. Далее все процессы повторяются в той же последовательности.

Рабочий цикл двухтактного карбюраторного двигателя аналогичен рабочему циклу двухтактного дизеля. Отличие состоит в том, что в цилиндр поступает не чистый воздух, а горючая смесь, и в конце процесса сжатия в цилиндре посредством свечи зажигания подается искра, в результате чего происходит воспламенение горючей смеси.

Одним из преимуществ двухтактного двигателя по сравнению с четырехтактным является то, что каждый рабочий ход здесь протекает в период одного оборота коленчатого вала, а не двух. Очевидно, что снижение количества тактов должно привести к повышению КПД из-за уменьшения паразитических процессов . А поскольку в четырехтактном двигателе за два оборота коленчатого вала протекают четыре такта, из которых полезным является лишь такт рабочего хода (т. е. остальные три такта являются паразитическими), то естественно предположить, что КПД четырехтактного двигателя должен быть ниже, чем КПД четырехтактного двигателя.

Существенными недостатками двухтактных двигателей является их низкая топливная экономичность и меньший срок службы по сравнению с четырёхтактными двигателями. Объясняется этот недостаток тем, что при продувке цилиндра (или цилиндров) свежая горючая смесь частично удаляется вместе с отработавшими газами, поскольку, в отличие от четырехтактного двигателя, выпуск и впуск газов протекает одновременно.
Этими недостатками, а также большей токсичностью отработавших газов объясняется ограниченное применение двухтактных двигателей на автомобилях.

Что такое рабочий цикл двигателя автомобиля

Существует несколько различных типов двигателей, при этом на колесном, гусеничном, водном и даже иногда воздушном транспорте (грузовые и легковые авто, спецтехника, моторные лодки, самолеты и т.п.), нередко можно встретить двигатель внутреннего сгорания (ДВС).

Так или иначе, широкое распространение силовой агрегат данного типа получил благодаря своей автономности, универсальности, а также целому ряду других преимуществ. При этом агрегаты имеют много различных параметров и характеристик, среди которых стоит отдельно выделить рабочий цикл. Далее мы поговорим о том, что означает рабочий цикл автомобильного двигателя внутреннего сгорания.

Читайте в этой статье

Рабочий цикл ДВС: что нужно знать

Если рассматривать принцип работы двигателя внутреннего сгорания, топливо в таких агрегатах сгорает в закрытой камере (камера сгорания), куда подается готовая топливно-воздушная смесь или воздух и топливо по отдельности (дизельные агрегаты и моторы с прямым впрыском).

Работа такого мотора основана на том, что во время сгорания топлива происходит расширение газов. Указанные газы становятся причиной роста давления в цилиндре, благодаря чему поршень получает «толчок». Затем энергия, переданная на поршень, преобразуется в механическую работу. Давайте рассмотрим принцип работы двигателя, а также рабочие циклы более подробно.

Двигатели, которые устанавливаются на автомобили, обычно работают по четырехтактному циклу (четырехтактный двигатель). Это значит, рабочий цикл совершается за два оборота коленвала и четыре хода поршня. Работу такого ДВС можно разделить на такты: такт впуска, такт сжатия, такт рабочего хода, такт выпуска.

Как работает четырехтактный бензиновый двигатель

Чтобы было понятнее, начнем с того, что когда поршень в цилиндре во время работы ДВС начинает занимать крайние положения (максимально приближен или удален по отношению к оси коленчатого вала), эти положения принято называть ВМТ и НМТ. ВМТ означает верхняя мертвая точка, тогда как НМТ значит нижняя мертвая точка. Теперь вернемся к тактам.

  • На такте впуска коленчатый вал двигателя делает первую половину оборота, при этом поршень из ВМТ движется в НМТ. В этот момент открыт впускной клапан, а выпускной клапан закрыт. При движении поршня вниз в цилиндре образуется разрежение, в результате чего в цилиндр «засасывается» топливно-воздушная смесь через открытый впускной клапан. Рабочая смесь состоит из воздуха и распыленного топлива (в некоторых двигателях на такте впуска поступает только воздух).
  • Следующим тактом является сжатие. После того, как произойдет наполнение цилиндра топливно-воздушной смесью, коленвал начинает совершать вторую половину оборота. В этот момент поршень начинает подниматься из НМТ в ВМТ. При этом впускной клапан уже закрыт. Далее поршень сжимает смесь в герметично закрытом цилиндре. Чем больше уменьшается объем цилиндра, тем сильнее сжимается смесь. Результатом такого сжатия является повышение температуры смеси.
  • К тому времени, когда поршень подойдет к концу такта сжатия (практически дойдет до ВМТ), смесь в бензиновых двигателях воспламеняется от внешнего источника (электрическая искра на свече зажигания). Затем топливный заряд сгорает, в результате в цилиндре резко повышается температура и давление. В этот момент поршень уже перемещается обратно из ВМТ в нижнюю мертвую точку, принимая на себя энергию расширяющихся газов.
  • После того, как поршень почти дойдет до НМТ в конце рабочего хода, происходит открытие выпускного клапана. После этого давление в цилиндре снижается, несколько падает и температура. Затем начинается такт выпуска. В это время коленчатый вал совершает последний полуоборот, при этом поршень снова поднимается из НМТ в ВМТ, буквально «выталкивая» отработавшие газы из цилиндра через открытый выпускной клапан в выпускной коллектор.

Работа четырехтактного дизельного ДВС

Хотя дизель конструктивно похож на бензиновый мотор, в дизельных двигателях изначально сжимается только воздух, после чего прямо в камеру сгорания впрыскивается дизтопливо. При этом воспламенение такой смеси происходит самостоятельно (под большим давлением, а также в результате контакта с нагретым от сильного сжатия воздухом).

Простыми словами, воздух сначала сжимается и нагревается, в среднем, до 650 градусов по Цельсию. В самом конце такта сжатия в камеру сгорания топливная форсунка впрыскивает солярку, затем смесь дизтоплива и воздуха самовоспламеняется.

С учетом данной особенности на такте впуска (поршень движется из ВМТ в НМТ), за счет разряжения в цилиндр подается воздух через открытый впускной клапан. Давление и температура воздуха в этот момент имеют низкие показатели.

Затем начинается сжатие, поршень поднимается из НМТ в верхнюю мертвую точку. Как и в случае с бензиновым мотором, впускной и выпускной клапаны полностью закрыты, что позволяет поршню сильно сжать воздух.

Если учесть, что давление воздуха в цилиндре высокое (необходимо для его нагрева), дизельное топливо в момент впрыска должно также подаваться под очень высоким давлением. Фактически, форсунке нужно «продавить» солярку в камеру сгорания, в которой уже находится сильно сжатый поршнем и горячий воздух.

Для решения этой задачи многие системы питания дизельного двигателя имеют ТНВД (топливный насос высокого давления). Также в схеме могут быть использованы насос-форсунки (форсунка и насос объединены в одно устройство). Еще существуют варианты, когда питание двигателя реализовано при помощи так называемого «аккумулятора» высокого давления. Речь идет о системах Common Rail.

После воспламенения заряда происходит расширение газов и начинается рабочий ход поршня. Температура в результате горения смеси повышается, происходит увеличение давления. Указанное давление газов «толкает» поршень, происходит рабочий ход. Завершающим этапом становится выпуск, когда поршень после совершения рабочего хода снова поднимается из НМТ в ВМТ. Затем весь описанный выше процесс (рабочий цикл двигателя) повторяется.

Синхронная работа нескольких цилиндров

Выше были описан принцип работы ДВС, при этом рассматривались процессы в одном цилиндре. Однако, как известно, большинство двигателей являются многоцилиндровыми. Для того чтобы добиться ровной и синхронной работы всех цилиндров, рабочий ход поршня в каждом отдельном цилиндре должен происходить через равный промежуток времени (одинаковые углы поворота коленвала).

В зависимости от компоновки двигателя и его конструктивных особенностей последовательность (порядок работы) может быть разной. Дело в том, что двигатели бывают не только рядными, но и V-образными.

Во втором случае такая компоновка позволяет разместить цилиндры под углом, при этом становится возможным увеличить общее количество цилиндров без увеличения самой длины блока цилиндра двигателя. Такое решение позволяет разместить мощный многоцилиндровый ДВС под капотом не только большого внедорожника или грузовика, но и легкового авто.

Обороты и мотресурс двигателя. Недостатки езды на низких и высоких оборотах. На каком количестве оборотов мотора ездить лучше всего. Советы и рекомендации.

Зависимость мощности и крутящего момента двигателя от числа оборотов коленвала. Крутящий момент бензинового и дизельного ДВС, полка момента, эластичность.

Что означает понятие объем двигателя. Определение рабочего объема мотора. Классы авто в зависимости от объема ДВС, плюсы и минусы большого объема двигателя.

Почему дизельный мотор имеет больший коэффициент полезного действия по сравнению с двигателями на бензине. Крутящий момент и обороты, энергия дизтоплива.

Виды двигателей внутреннего сгорания, отличия различных типов ДВС. Особенности компоновки, объем двигателя, мощность, крутящий момент и другие параметры.

Что нужно знать об электромобилях. Устройство машин с электродвигателем, основные характеристики. Эксплуатация и обслуживание в теории и на практике.

Принципы работы 2-тактных и 4-тактных двигателей и их отличия

Работа четырехтактных двигателей

Почти каждый проданный сегодня автомобиль имеет 4 тактный двигатель. Так же много мотоциклов, газонокосилок, снегоуборочных машин и прочего. механическое оборудование. Но в мире по-прежнему много двухтактных двигателей. небольшие мотоциклы, небольшие газонокосилки, снегоочистители, снегоочистители и т. д.


Разница между типами двухтактных и четырехтактных двигателей заключается в том, сколько раз поршень перемещается вверх и вниз в цилиндре за один цикл сгорания.Возгорание Цикл — это весь процесс всасывания, сжатия, удара и удара (всасывание топлива и воздуха в поршень, нагнетание его, воспламенение это и выгоняя выхлоп)




Принцип работы четырехтактного двигателя

4-тактные двигатели обычно имеют гораздо большую мощность, чем 2-тактные, и имеют гораздо более сложную структуру. Вместо того, чтобы полагаться на простую механическую концепцию язычковых клапанов, 4-тактные двигатели обычно имеют клапаны в верхней части камеры сгорания.Самый простой тип имеет один впускной и один выпускной клапан. У более сложных двигателей есть два из одного и один из другого, или по два каждого из них. Таким образом, когда вы видите «16v» на значке на задней части автомобиля, это означает, что это 4-цилиндровый двигатель с 4 клапанами на цилиндр — два впускных и два выпускных — то есть 16 клапанов, или «16v». Клапаны открываются и закрываются вращающимся распределительным валом в верхней части двигателя. Распределительный вал приводится в движение либо шестернями непосредственно от кривошипа, либо, чаще, ремнем ГРМ.

На следующей анимации показан 4-тактный цикл сгорания.Когда поршень (красный) отступает на первом такте, впускной клапан (левый зеленый клапан) открывается, и топливно-воздушная смесь всасывается в камеру сгорания. Клапан закрывается, когда поршень опускается до дна. Когда поршень начинает продвигаться, он сжимает топливно-воздушную смесь. Когда свеча зажигания достигает верхней точки своего хода, воспламеняет топливно-воздушную смесь, и она горит. Расширяющиеся газы заставляют поршень опускаться во время второго хода. В конце этого хода выпускной клапан (правый зеленый клапан) открывается, и когда поршень продвигается во второй раз, он вытесняет отработанные газы из выпускного отверстия.Когда поршень снова начинает отступать, цикл начинается заново, всасывая свежий заряд топливовоздушной смеси в камеру сгорания.

Из-за природы 4-тактных двигателей вы не часто встретите одноцилиндровый 4-тактный двигатель. Они действительно существуют в некоторых мотоциклах для бездорожья, но они обладают такой динамикой, что им требуются большие балансировочные валы или противовесы на кривошипе, чтобы попытаться сделать поездку более плавной. Им также требуется немного больше времени для запуска из холодного состояния, потому что вам нужно провернуть один поршень как минимум дважды, прежде чем можно будет запустить цикл сгорания.Если поршня больше, чем один, двигатель становится намного плавнее, лучше запускается и даже близко не такой грохочущий. Это одно из преимуществ двигателей V-6 и V-8. Помимо увеличенного объема, большее количество цилиндров обычно означает более плавный двигатель, потому что он будет более сбалансированным.

Работа двухтактных двигателей
Принцип работы двухтактного двигателя


Двухтактный двигатель отличается от 4-тактный двигатель двумя основными способами.Сначала цикл сгорания завершается. в пределах одного хода поршня, в отличие от двух ходов поршня, и, во-вторых, смазочное масло для двигателя смешивается с бензином или топливом. В некоторых В таких случаях, как газонокосилки, вы должны предварительно смешать масло и бензин. вылейте себя в емкость, а затем залейте ее в топливный бак. В остальных случаях такие как и маленькие мотоциклы, у велосипеда есть дополнительный масляный бак, который вы заполняете двумя масло для хода, а затем в двигателе есть небольшой насос, который смешивает масло и бензин вместе для вас.


Простота двухтактного двигателя заключается в пластинчатом клапане и конструкции сам поршень. На картинке справа показан 4-тактный поршень (слева) и 2-тактный поршень (справа). Двухтактный поршень обычно выше, чем четырехтактный. такта, и в нем есть два паза, вырезанных с одной стороны. Эти слоты, в сочетании с пластинчатым клапаном, это то, что заставляет двухтактный двигатель работать так, как он делает. На следующей анимации показан двухтактный цикл сгорания. Как поршень (красный) достигает верхней точки своего хода, свеча зажигания воспламеняет топливо-воздух-масло. смесь.Поршень начинает отступать. При этом прорези врезаются в поршень справа начинает совмещаться с перепускным отверстием в стенке цилиндра (зеленый продолговатый справа). Отступающий поршень нагнетает давление в картере двигателя. который заставляет язычковый или откидной клапан (фиолетовый на этой анимации) закрываться, и при этом вытесняет топливно-масляную смесь, уже находящуюся в картере через прорези поршня в байпасный порт. Это эффективно направляет перемешивает сторону цилиндра и впрыскивает его в камеру сгорания над поршнем, заставляя выхлопные газы выходить через зеленый выхлоп порт слева.Как только поршень снова начинает двигаться, он генерирует вакуум в картере. Тростниковый или откидной клапан всасывается и свежий Заряд топливовоздушной смеси засасывается в картер двигателя. Когда поршень достигает максимума своего хода, свеча зажигания воспламеняет смесь, и цикл начинается снова.

Для того же объема цилиндра 2 Тактные двигатели обычно более мощные, чем 4-тактные версии. Обратная сторона загрязняющие вещества в выхлопных газах; поскольку масло смешивается с бензином, каждые 2 Тактный двигатель вытесняет сгоревшее масло вместе с выхлопом.2-тактные масла обычно предназначены для сжигания чище, чем их 4-тактные аналоги, но, тем не менее, двухтактный двигатель может быть дымным зверьком. Если, как и я, вы выросли где-нибудь в Европа, где скутеры были в моде для подростков, тогда просто запах 2 такт выхлопа может вызвать теплые воспоминания. Другой недостаток 2-х тактного двигателей в том, что они более шумные по сравнению с 4-х тактными двигателями. Обычно шум описывается как «гудящий».



Четырехтактные (4) двигатели — детали, работа, применение

Четыре (4) тактных двигателя описаны вместе с их различными частями, принципами работы, преимуществами, недостатками и т. Д.для базового понимания. Для визуализации этого движка сделано множество изображений, диаграмм.

Давайте познакомимся с четырехтактными двигателями!

Что такое четырехтактные (4) двигатели?

Основы четырехтактного двигателя

Четырехтактные двигатели являются частью двигателя внутреннего сгорания. Четырехтактный двигатель — один из наиболее часто используемых типов двигателей внутреннего сгорания. Название четырехтактный произошло от его рабочего механизма.

  • Поршень совершает четыре полных отдельных хода в этом цикле.Если вы не знаете о ходах, ход означает, что поршень движется вместе с цилиндром.
  • Эти 4-тактные двигатели используются почти во всех коммерческих автомобилях. Как правило, четырехтактные двигатели с бензиновым двигателем более популярны во многих легковых, грузовых автомобилях и т. Д.
  • Рабочий процесс требует двух оборотов (720 °) коленчатого вала. Таким образом, 4-тактный цикл завершается на 180 ° за один ход, завершая 4 хода за 720 °.
Четыре 4-тактных двигателя

Философия четырехтактных двигателей

Четырехтактные двигатели имеют четыре такта, а именно: такт впуска, сжатия, мощности и такта выпуска.

  • У всех этих 4 движений разные функции и обязанности.
  • Чтобы внести свой вклад в эту операцию, задействовано множество деталей двигателя.
  • Будет легко понять работу 4-тактных двигателей, зная части, участвующие в работе.

Итак, давайте узнаем больше о деталях 4-х тактного двигателя и их работе. Эти детали такие же, как и у любых двигателей с небольшими изменениями.

Компоненты четырехтактных двигателей

Четырехтактный двигатель состоит из следующих частей:

  • Блок двигателя
  • Поршень
  • Шатуны
  • Коленчатый вал
  • Головка блока цилиндров
  • Клапаны
  • Распределительный вал
  • Подъемники
  • ГРМ цепь / ремень / шестерни
  • Клапанный механизм
Детали четырехтактных двигателей

Блок двигателя

Это центр, или вы можете назвать его основой двигателя.Блок двигателя удерживает другие части двигателя. Вы можете понять это как большой блок, внутри которого находятся различные маленькие блоки.

  • Этот блок удерживает детали двигателя, такие как цилиндры, коленчатые валы, поршни, шатуны.
  • Блок имеет большие круглые отверстия, известные как цилиндры.
  • В этих отверстиях поршни скользят вверх и вниз для 4-тактных операций.
  • В конструкции блока цилиндров имеются каналы для охлаждающей жидкости, масляные каналы и трещина в картере.

Блоки двигателя изготовлены из чугуна или алюминиевого сплава. Алюминиевые блоки легче, имеют лучшую теплопередачу, а железные блоки имеют такие преимущества, как долговечность и зазоры.

Поршень

Поршень, который мы уже обсуждали, отвечает за ходы и работу 4-тактных двигателей.

  • Поршень скользит вверх и вниз от нижней мертвой точки до верхней мертвой точки, совершая 720 градусов хода за один полный ход.
  • Поршень имеет соединение с трещинами валов через шатуны.
  • Поршень используется практически во всех типах двигателей, и это очень важная часть всех двигателей.
  • Поршень имеет поршневые кольца, которые герметизируют камеру сгорания, так что потери газов в картер минимальны.
Поршень четырехтактных двигателей

Кроме того, он улучшает теплопередачу и поддерживает количество масла между поршнем и стенкой цилиндра.

Шатуны

Они соединяются как с поршнем, так и с коленчатым валом.Для прочности они имеют двутавровую конструкцию.

  • Его основная и важная функция — преобразовывать возвратно-поступательное движение поршня во вращение коленчатого вала.
  • Большой конец шатуна соединяется с кривошипом с помощью шатунного штифта.

Кроме того, имеется отверстие в подшипнике на большом конце шатуна, в которое помещается смазочное масло для смазки поршня и поршневых колец.

Головка блока цилиндров

Головка блока цилиндров, как и ее название, является верхней частью блока цилиндров.Он действует как крышка для цилиндров и поршней.

  • Дыхание двигателя осуществляется от головки блока цилиндров.
  • Впускает топливовоздушную смесь в двигатель и выходит из двигателя.
  • Оборудован клапанами, регулирующими впуск и выпуск двигателя.
  • Это похоже на нормальную операцию по дыханию.

Мы увидим это более подробно при работе 4-х тактных двигателей.

Клапаны

Выше мы уже немного говорили о клапанах.Предусмотрены два типа клапанов;

  • один — впускной, а
  • другой — выпускной.

Впускной клапан обеспечивает поступление топливовоздушной смеси внутрь. В то время как выпускные клапаны выводят выхлоп из цилиндра. Во время других операций один из клапанов закрыт.

Коленчатый вал

Сначала поршень, затем идет шатун, соединенный с поршнем, а с другой стороны, он соединен с коленчатым валом. Его также называют кривошипом.

  • Вертикальное движение поршней с помощью шатунов преобразует вал трещины во вращательное движение.
  • Коленчатый вал соединен с маховиком с помощью подшипников и шейки.

Маховик — это маховик, который передает мощность двигателя на колеса через трансмиссию. Маховик помогает уменьшить пульсацию, которая возникает при работе с 4-тактным циклом.

Распределительный вал

Мы видели функции клапанов, но открытие и закрытие клапанов контролируется распределительным валом.

Это в основном вал, как показано на рисунке ниже.

Распределительный вал коленчатого вала четырехтактного двигателя

Для каждого клапана имеется выступ, подобный структуре распредвала.

Он расположен либо в блоке двигателя, над головой, либо над головой.

Подъемники

Подъемники действуют как связующее звено между кулачком и клапанами. Как видно из названия, они поднимаются при вращении кулачка распределительного вала. Существует два типа подъемников:

  • Гидравлический подъемник и
  • Сплошной подъемник,

Цепь / ремень / шестерни привода ГРМ

Они используются в различных комбинациях, чтобы помочь соединить коленчатый вал с распределительным валом.

Они регулируют время открытия и закрытия клапана в зависимости от движения поршня.

Valvetrain

Так же, как и блок цилиндров, содержит в своем блоке все детали, необходимые для работы.

  • То же, клапанный механизм имеет детали, необходимые для открытия и закрытия клапанов.
  • Включает в себя рассмотренные выше подъемники. Кроме того, пружины, держатели и т. Д.

Чтобы понять принцип работы четырехтактных двигателей, вам следует знать несколько терминов.Вот несколько терминов, которые мы собираемся использовать для понимания рабочего процесса четырехтактного двигателя.

Основная терминология

Основные термины:

  • Диаметр цилиндра
  • TDC
  • BDC
  • Сжатие
  • Кубическое смещение

Давайте попробуем понять вкратце,

  1. Диаметр цилиндра — расстояние по цилиндру, или вы можете назвать это диаметром.
  2. Верхняя мертвая точка (ВМТ) — когда поршень достигает своей наивысшей точки в цилиндре, положение или точка называется верхней мертвой точкой.
  3. Нижняя мертвая точка (НМТ) — когда поршень достигает своей самой нижней точки в цилиндре, это положение или точка называется нижней мертвой точкой.
  4. Сжатие — имеет то же значение, что и предполагает само слово — сжатие топливовоздушной смеси, когда поршень движется из НМТ в ВМТ, известное как сжатие.
  5. Объем кубический — обозначает объем двигателя. Вы, должно быть, слышали в технических характеристиках автомобиля, что двигатель объемом 350 куб. См или 1800 куб. См и т. Д. Он показывает размер двигателя в кубических сантиметрах.Проще говоря, он показывает, сколько объема или воздуха цилиндр может переместить из НМТ в ВМТ.

Итак, теперь вы знаете основные термины, используемые в двигателях. Теперь о работе четырехтактных двигателей было бы довольно легко понять, давайте теперь узнаем, как они работают.

Работа четырехтактных двигателей

Итак, перед тем, как перейти в рабочий процесс, четырехтактный двигатель имеет разные циклы. Названный циклом Отто (довольно популярным в бензиновых двигателях), дизельным циклом и циклом Аткинсона.Один из самых популярных — цикл Отто.

Назван в честь ученого Николая Августа Отто.

Принцип работы четырехтактного двигателя объясняется в нескольких шагах,

  • Ход всасывания
  • Ход сжатия
  • Рабочий ход
  • Ход выхлопа
Четыре работающих четырехтактных двигателя

Ход всасывания

Первый ход в четырех -тактный цикл двигателя — такт впуска. Поршень находится в верхней мертвой точке (ВМТ), а затем опускается в нижнюю мертвую точку (НМТ).

  • Впускной клапан открывается, что позволяет воздуху и топливной смеси всасываться в цилиндр.
  • Поскольку впускной клапан открыт, выпускной клапан остается закрытым.
  • Поворот на 180 градусов поршня завершен.

Ход сжатия

Второй ход — это ход сжатия. Поршень находится в нижней мертвой точке (НМТ) после такта впуска.

  • Теперь поршень движется вверх в верхнюю мертвую точку (ВМТ), вызывая сжатие и сжатие топливовоздушной смеси.
  • В этом такте и впускной, и выпускной клапаны закрыты.
  • Итак, топливовоздушная смесь не забирается и не выводится.
  • Еще 180 градусов, то есть 360 градусов поршня, пройденного до сих пор.
  • Непосредственно перед входом в рабочий такт запускается событие зажигания.
  • Топливо воспламеняется от искры.
  • Непосредственно перед завершением поворота поршня на 360 градусов поверните обычно на 20 градусов, прежде чем топливо воспламенится свечой зажигания.

Рабочий ход

Это такты, генерирующие энергию.Этим ходом генерируется мощность, и воспламеняемое топливо расширяется.

  • Поршень быстро перемещается из верхней мертвой точки (ВМТ) в нижнюю мертвую точку (НМТ).
  • Создаваемая сила и движение передаются на коленчатый вал через шатун.
  • Обе заслонки закрываются во время этого хода, и теперь поршень поворачивается на 540 градусов.

Такт выпуска

Это последний такт, при котором расширенные газы должны вытесняться из цилиндра.Поршень находится в нижней мертвой точке (НМТ) в конце рабочего хода.

  • В такте выпуска поршень движется вверх, перемещая вместе с собой газы.
  • Выпускной клапан открывается, а впускной клапан закрывается.
  • Газы выбрасываются из выпускных клапанов.
  • Поршень совершает 720-градусный ход.

Снова открываются впускные клапаны, и новое топливо поступает в цилиндр. Цикл повторяется снова и снова через секунды.Цикл повторяется.

Порядок не меняется. Несколько замечаний по работе четырехтактных двигателей.

  • Направление поршня имеет четкую структуру, впускной клапан открывается только на такте впуска, и, наконец, выпускные клапаны открываются только на такте выпуска.
  • Есть больше достижений в четырехтактных двигателях. Работа, которую мы видели выше, является идеальной работой четырехтактных двигателей.

Посмотрите красивое АНИМИРОВАННОЕ ВИДЕО от 3D_Guy_2008!

Изменения в четырехтактном двигателе

В соответствии с требованиями эффективности и стабильности были внесены различные изменения.Например,

  • Зажигание топлива до 20 градусов завершения такта сжатия и открытие впускного клапана незадолго до 10-15 градусов завершения такта выпуска, и удерживание выпускного клапана открытым до 10-15 градусов после начала такта впуска .
  • Это регулировки, сделанные для обеспечения стабильной, безопасной и эффективной работы четырехтактных двигателей.

Теперь рассмотрим некоторые достоинства и недостатки четырехтактных двигателей.

Преимущества 4-тактных двигателей

Больше крутящего момента

Это основная причина, по которой люди выбирают 4-тактные двигатели. На низких оборотах крутящий момент четырехтактных двигателей лучше, чем у двухтактных. Он надежнее и тише в работе, чем двухтактный двигатель.

Лучшая топливная экономичность

В четырехтактных двигателях топливо расходуется только один раз, что дает лучшую топливную экономичность, чем двухтактные двигатели.

Более чистая работа

Четырехтактные двигатели создают меньше загрязнений благодаря отсутствию горения масла.По сравнению с двухтактным двигателем, который выделяет много дыма из-за сжигаемого масла и топлива.

В четырехтактных двигателях масло удерживается отдельно от камеры сгорания, что обеспечивает сгорание только бензина.

Более длительный срок службы

Двухтактные двигатели рассчитаны на высокие скорости вращения, которые быстро изнашиваются. Чем больше работает двигатель, тем быстрее он изнашивается.

Четырехтактные двигатели должны совершать 4 такта при меньших оборотах.

Дополнительное масло не требуется.

Только движущиеся части четырехтактных двигателей нуждаются в смазке.

Недостатки 4-тактных двигателей

Сложная конструкция

Больше деталей, совершающих возвратно-поступательное движение, больше деталей, о которых нужно беспокоиться, следовательно, сложно устранять проблемы из-за сложной конструкции.

Не такой мощный, как двухтактный

В четырехтактных двигателях мощность вырабатывается за два оборота.

Но в случае с двухтактными двигателями рабочий такт приходится на каждый оборот.

Дорого

Очевидно, что более значительное количество деталей и сложных конструкций стоит дороже, чем двухтактные двигатели.

Частая замена масла

В четырехтактных двигателях сделано больше. Например, регулировка таймингов клапанов, наддува и т. Д. Они улучшаются с каждым усовершенствованием, сделанным в их работе, а также в конструкции.

Заключение

Таким образом, мы узнали все о четырехтактном двигателе, а также о его частях, принципах работы. Надеюсь, вам понравился наш контент.

Оптимизация двухтактного термодинамического цикла генератора с одноцилиндровым свободнопоршневым двигателем

Генератор со свободнопоршневым двигателем (FPEG) — это новый тип преобразователя энергии, в котором отсутствует коленчатый вал и шатунный механизм.Для достижения эффективного преобразования энергии в данной статье исследуется термодинамическая оптимизация двухтактных двигателей-генераторов с одноцилиндровым двигателем со свободным поршнем. Во-первых, подробно представлены компоненты, четырехтактный термодинамический цикл, двухтактный термодинамический цикл и прототип системы FPEG. Одномерная имитационная модель потока FPEG создается на основе уравнения газовой динамики, функции горения Вебера и функции теплопередачи, а затем модель подтверждается данными, протестированными на прототипе системы.Согласно результатам экспериментов с четырехтактным двигателем FPEG, была получена эффективная мощность 4,75 кВт и пиковое давление 21,02 бар. Затем двухтактный термодинамический цикл моделируется и сравнивается при различных управляющих параметрах давления всасываемого воздуха, времени впрыска, момента зажигания и фаз газораспределения с помощью имитационной модели. Оптимизированные результаты показывают, что указанный тепловой КПД 27,6%, указанная мощность 6,7 кВт и максимальная рабочая частота 25 Гц могут быть достигнуты системой-прототипом при использовании двухтактного термодинамического цикла.

1. Введение

Заботы об энергосбережении и сокращении выбросов привели к изменениям в конструкции двигателя внутреннего сгорания (ДВС), одним из способов решения этой проблемы является использование двигателя со свободным поршнем [1–3]. Генератор со свободнопоршневым двигателем (FPEG) — это новый тип силовой установки, который привлек внимание исследователей во всем мире благодаря своим особым преимуществам с точки зрения высокой эффективности и низкого уровня выбросов.

По сравнению с традиционной системой генератора, это новое устройство преобразования энергии демонстрирует такие преимущества, как простота конструкции, низкая стоимость производства и высокая мощность.Самая большая разница в конструкции — отсутствие коленчатого вала и маховика двигателя, а поршень и движитель линейного генератора соединены напрямую. Таким образом, свободный поршень может колебаться между двумя своими конечными точками и подвергаться влиянию всех сил, действующих на него. Без ограничения механизма шатуна трение движения поршня значительно снизилось, и конструкция FPEG стала более компактной [4, 5]. Генератор со свободнопоршневым двигателем может работать с несколькими видами топлива за счет простого регулирования степени сжатия, а указанная мощность и эффективность системы могут быть улучшены за счет оптимизации термодинамического цикла.

Исследования показали, что большинство двухтактных свободнопоршневых двигателей имеют схожий принцип работы. На основе теоретического анализа двухтактный двигатель достиг высокой удельной мощности и теплового КПД. В последние десятилетия Кларк и другие исследователи из Университета Западной Вирджинии провели большую исследовательскую работу по генератору двигателя со свободным поршнем. В 1998 году они разработали первый прототип системы генератора со свободнопоршневым двигателем, который представляет собой двухпоршневую конструкцию с искровым зажиганием и диаметром цилиндра 36.5 мм и максимальный ход поршня 50 мм [6, 7]. Сообщается, что прототип работал на частоте 23,1 Гц, максимальная выходная электрическая мощность составляет 316 Вт, а эффективность преобразования энергии составляет 11%. Однако выходная мощность и эффективность преобразования энергии значительно ниже результатов моделирования 50%.

Суат Саридемир и Фуат Кара из Университета Дюздже разработали модель искусственной нейронной сети (ИНС) для прогнозирования крутящего момента и мощности бета типа двигатель Стирлинга.После сравнения предсказанных клапанов модели с экспериментальными результатами, валидность созданной модели ИНС подтверждается. Они также использовали метод множественной регрессии для оценки предсказательной способности модели, и результаты показали, что ИНС является надежной моделью для предсказания крутящего момента и мощности двигателя Стирлинга бета-типа [8, 9].

Исследователи из Toyota Central R&D Labs Inc также разработали линейный генератор с однопоршневым двигателем со свободным поршнем (FPEG), который состоял из интегрированной камеры сгорания, камеры с газовой пружиной и линейного генератора.FPEG принял двухтактный рабочий режим, и он мог работать непрерывно в течение многих часов. После проведения эксперимента по выработке электроэнергии на прототипе системы FPEG результаты показали, что она может обеспечивать надежную и стабильную работу во всех режимах пуска, движения и стрельбы [10].

В [11, 12], Xu et al. в Нанкинском университете науки и технологий в 2010 году разработали новый одноцилиндровый четырехтактный прототип FPEG. В качестве линейного генератора внутреннего сгорания прототип системы обеспечивает непрерывную и стабильную работу четырехтактного рабочего цикла.Он оснащен электромагнитным клапаном для завершения процесса продувки. Кроме того, был получен максимальный крутящий момент 58 Нм при максимальной выходной мощности 10 кВт. На основе этого Сюй предложил улучшенный метод, который оптимизировал двухтактный термодинамический цикл FPEG для достижения термодинамических характеристик высокой эффективности и экономии энергии.

В этой статье, чтобы достичь характеристики более высокой мощности и оптимизировать термодинамические характеристики двухтактного двигателя, создана экспериментальная система FPEG и внесены соответствующие изменения.В следующих разделах представлены компоненты и принцип работы FPEG с возвратной средней пружиной. В разделе 3 построена одномерная модель потока FPEG, которая проверена с помощью четырехтактного эксперимента. Затем моделируется двухтактный термодинамический цикл FPEG при различных влияющих факторах, а результаты моделирования сравниваются и подробно анализируются. Оптимизированные результаты помогут нам понять, как двухтактный термодинамический цикл FPEG влияет на указанную мощность и эффективность системы.

2. Структура и принцип работы FPEG
2.1. Базовая структура FPEG

Элементарная структура генератора со свободнопоршневым двигателем показана на рисунке 1. Основными частями FPEG являются бензиновый двигатель, задняя пружина и линейный электрический генератор. Система имеет только одну камеру сгорания, отбойное устройство и возвратно-поступательный движущийся компонент. Камера сгорания представляет собой одноцилиндровый свободнопоршневой двигатель, оборудованный электромагнитными клапанами, форсункой и свечой зажигания.Между камерой сгорания и линейным электрогенератором установлена ​​обратная пружина. Одиночный поршень и подвижная катушка линейного генератора соединены в один компактный компонент, как единый движитель FPEG. Свободный поршень будет свободно перемещаться между верхней мертвой точкой (ВМТ) и нижней мертвой точкой (НМТ), а его возвратно-поступательное движение определяется дисбалансом всех сил, действующих на движитель [11, 13].


Двигатель со свободным поршнем будет работать с захваченной топливной смесью и зажиганием свечи зажигания.Поскольку эффективность генерации линейного электрического генератора значительно снижается в условиях низкой скорости, задняя пружина толкает поршень вверх для обеспечения непрерывной работы. Суперконденсатор используется для включения выработки электроэнергии генератором. Преобразователь мощности используется для согласования линейного генератора и накопления электроэнергии [14, 15]. Электронный блок управления (ЭБУ) может управлять системой для регулировки характеристик двигателя после получения сигналов давления в цилиндре, смещения поршня, тока якоря и других.Кроме того, продувка осуществляется электромагнитными клапанами, которые закреплены на головке блока цилиндров. В полном рабочем цикле линейный генератор работает в моторном режиме только на такте впуска, тогда как остальные такты работают в генераторном режиме.

В системе FPEG существует большая свобода в определении движения поршня. Рабочий цикл FPEG можно переключать, изменяя закон движения поршня. Таким образом, четырехтактный термодинамический цикл и двухтактный термодинамический цикл можно использовать для разных рабочих циклов ГПЭГ.

2.2. Термодинамический цикл FPEG

Четырехтактные двигатели со свободным поршнем имеют относительно большую экономию энергии и более высокий КПД, чем двухтактные двигатели со свободным поршнем, но двухтактные имеют преимущества удельной мощности. При той же рабочей частоте число двухтактных рабочих циклов в два раза больше, чем у четырехтактных, а время газообмена короче, чем у четырехтактных [16]. Четырехтактные и двухтактные термодинамические циклы FPEG представлены для оптимизации термодинамических характеристик.

Как видно из рисунка 2, замечательными характеристиками четырехтактного термодинамического цикла являются короткие такты впуска и сжатия, которые дополняются сжатым всасываемым воздухом [17]. Во время такта впуска линейный генератор работает как электрическая машина, заставляя поршневой узел двигаться вниз от точки к точке для поглощения топливной смеси. Он может регулировать давление на впуске или температуру воздуха, чтобы увеличить поток смеси и улучшить процесс сгорания.Когда поршень движется в ВМТ и приближается к этой точке, топливная смесь сжимается в такте сжатия. Во время такта расширения зажигание свечи зажигания является начальной точкой процесса сгорания и в этой точке заканчивается. После этого поршень движется снизу вверх и достигает точки, в которой вытесняется сгоревший газ. Таким образом, такты расширения и выпуска длиннее, чем такты впуска и сжатия, и можно достичь полного сгорания для увеличения удельной мощности.


Как показано на рисунке 3, двухтактный термодинамический цикл характеризуется коротким ходом сжатия и расширения, который дополняется регулировкой угла опережения искры для достижения более полного сгорания. Более длинное перекрытие клапанов может увеличить продолжительность открытия клапана на тактах впуска и выпуска. Прежде чем поршень достигнет точки, свеча зажигания воспламеняет топливную смесь, и поршень движется вверх, чтобы совершить такт сжатия. Во время такта выпуска поршень перемещается от точки к точке.Затем поршень перемещается от точки к точке на такте впуска. Когда поршень перемещается из точки в точку, перекрытие клапанов обеспечивает одновременное открытие впускного и выпускного клапанов для поглощения топливной смеси и удаления остаточного газа. Это может увеличить объемный КПД и улучшить процесс газообмена. Кроме того, опережающее зажигание может обеспечить достаточное сгорание для высвобождения большего количества энергии.


2.3. Система прототипа и эксперимента

Структура прототипа FPEG описана на рисунке 4.Прототип представляет собой однопоршневой четырехтактный бензиновый двигатель, оснащенный четырьмя электромагнитными клапанами. В нем используется метод охлаждения с водяным охлаждением, управление впрыском топлива с обратной связью и система искрового зажигания с электронным управлением. По сравнению с конструктивными требованиями FPEG характеристики прототипа очень согласованы и облегчают переоборудование. В таблице 1 перечислены основные параметры конструкции прототипа.


9000 электромагнитная структура в целом представляет собой электромагнитный клапан показана на рисунке 4. Трубчатая конструкция состоит из железного сердечника, каркаса катушки, катушки, слоя постоянного магнита и внешней стенки привода. В системе электромагнитных клапанов катушка и клапан жестко соединены, а задняя пружина собрана между каркасом катушки и головкой блока цилиндров.Электромагнитный клапан используется для подачи продувочного воздуха и обеспечения эффективного управления процессом газообмена. Под управлением электронного блока управления (ЭБУ) он может изменять высоту подъема клапана, время открытия клапана и продолжительность открытия клапана, чтобы обеспечить гибкое управление механизмом клапана.

На рис. 5 показаны трехмерные структуры линейного генератора с трубчатой ​​подвижной катушкой (MCLG). MCLG — это однофазный генератор с постоянными магнитами с подвижной катушкой, также называемый двигателем звуковой катушки (VCM).Линейный генератор состоит из постоянного магнита (ПМ), сердечника, подвижной катушки и торцевой крышки. Воздушный зазор между внешним и внутренним сердечниками. Чтобы получить высокую плотность потока в воздушном зазоре, PM принимает радиальное намагничивание, а направление намагничивания PM-A и PM-B противоположно. Каркас немагнитной катушки намотан двумя катушками, которые и являются движителем MCLG. Кроме того, ток катушки не является коммутируемым током, что может повысить эффективность системы MCLG. Конструкция имеет преимущества меньшей подвижной массы, быстрого отклика и низкой индуктивности катушки [18, 19].


На основе компонентов прототипа, электромагнитного клапана, линейного генератора с подвижной катушкой и датчиков создана экспериментальная система FPEG. Как показано на рисунке 6, экспериментальная система используется для тестирования и подтверждения термодинамических характеристик FPEG. Система также включает в себя контроллер двигателя и преобразователь мощности, который оснащен датчиком давления в цилиндре, датчиком перемещения и датчиком тока. Датчики могут собирать информацию о системе в рабочем состоянии и передавать информацию контроллеру, который рассчитывает результаты тестирования.


3. Моделирование FPEG

Термодинамический цикл FPEG зависит от различных факторов, таких как газовая динамика, процесс тепловыделения и потери тепла. В этом разделе имитационная модель FPEG создается на основе одномерного уравнения газовой динамики, функции горения Вебера и функции теплопередачи.

3.1. Одномерная газовая динамика

Для описания одномерной газовой динамики в трубе свободнопоршневого двигателя предполагаются следующие моменты: (1) состояние рабочего тела в камере сгорания — идеальный однородный газ.(2) Температура, давление и объем соответствуют уравнению состояния идеального газа. (3) Масса газа в баллоне постоянна, и утечка потока в процессе газообмена не учитывается. Таким образом, одномерная модель динамики в трубе описывается тремя уравнениями.

Уравнение энергии:

Уравнение сохранения количества движения:

Уравнение неразрывности рабочего тела: где представляет собой содержание энергии идеального газа, представляет скорость потока, представляет статическое давление, представляет собой крест площадь сечения трубы, представляет тепловой поток стенки, представляет единицу объема, представляет плотность рабочей среды, представляет удельную теплоемкость в объеме содержимого и представляет силу трения между жидкостью и стенкой трубы.

3.2. Давление газа в цилиндре

В соответствии с вышеизложенными предположениями, мы также предположили, что давление газа в цилиндре равно давлению на впуске, равно как и такт выпуска. Когда объем камеры сгорания равен нулю, положение поршня устанавливается как источник смещения. Используя первый закон термодинамики и уравнение состояния идеального газа, давление газа в цилиндре можно записать в виде следующего уравнения: где представляет давление газа в цилиндре, представляет объем цилиндра, представляет отношение удельной теплоты рабочее тело, и представляет собой скорость тепловыделения топлива.

3.3. Сжигание в цилиндре

Экзотермическая характеристика свободнопоршневого двигателя определяется скоростью распространения пламени и формой камеры сгорания. В этой статье имитационная модель использует нульмерную однозонную модель горения, которая определяет всю камеру сгорания как замкнутое пространство и игнорирует утечку потока. Функцию Вебера можно использовать для представления фактического процесса горения и выражения тепловыделения. Тепло, выделяемое в процессе сгорания, выглядит следующим образом: где Q представляет скорость тепловыделения топлива, представляет более низкую теплотворную способность топлива, представляет массу впрыскиваемого топлива за цикл, представляет эффективность сгорания, представляет качество сгорания. индекс, представляет продолжительность горения и представляет переменную времени, представляет время начала горения.

3.4. Теплопередача от цилиндра

При расчете потерь теплопередачи нельзя пренебречь необратимостью теплопередачи при возвратно-поступательном тепловом цикле. Предполагается, что потери произошли только в тактах сгорания и расширения, а передача тепла из камеры сгорания наружу незначительна. От газов в цилиндре до стенок цилиндра расчетное уравнение теплопередачи: где представляет скорость тепловыделения топлива, представляет коэффициент теплопередачи, представляет диаметр цилиндра, представляет положение поршня, представляет температуру стенок цилиндра, и представляет собой температуру газа в цилиндрах.

Здесь расчетное уравнение принимает функцию теплопередачи Woschni 1978. Функция подходит для цикла высокого давления, а коэффициент теплопередачи is где представляет диаметр цилиндра, представляет давление газа в цилиндре, представляет собой входной температура газа в цилиндре, представляет собой круговую скорость и представляет собой среднюю скорость поршня.

3.5. Имитационная модель

В процессе создания модели FPEG одномерная имитационная модель в основном делится на две части.В первую часть входили размерные параметры двигателя, такие как диаметр цилиндра, длина впускного и выпускного патрубков. Другая часть содержала термодинамическую модель, модель горения и модель теплопередачи.

Этапы моделирования FPEG следующие области [20]: (1) изучение основных параметров измерения двигателя и сбор данных и информации о конструкции. (2) Разделить фактический двигатель со свободным поршнем на несколько простых в эксплуатации подсистем и использовать субмодули AVL BOOST для создания соответствующих физических субмоделей.(3) В соответствии с теоретическими знаниями динамики, теплопередачи, термодинамики, горения была построена простая физическая модель, которая содержит собранные данные и входную информацию для субмодуля двигателя. (4) Используйте установленную модель, чтобы выполнить элементарное моделирование и найти физические параметры имитационной модели, чтобы изменить ошибку.

На основе теоретического анализа и математической модели, приведенной выше, в программном обеспечении AVL BOOST создается одномерная имитационная модель FPEG для моделирования четырехтактного термодинамического цикла и двухтактного термодинамического цикла.Как мы все знаем, полная имитационная модель системы FPEG должна включать систему впуска, систему сгорания и систему выпуска. В соответствии с параметрами конструкции, указанными выше, и системой экспериментов в предыдущем разделе, имитационная модель одномерного потока создается, как показано на рисунке 7.


3.6. Параметры моделирования

Перед запуском модели моделирования ключевым этапом является выбор параметров управления. Начальное значение граничных условий включает давление, температуру и соотношение воздух-топливо.При этом параметры цилиндра содержат диаметр цилиндра, ход поршня, длину шатуна и степень сжатия. Также необходимо определить параметры управления теплопередачей и спецификацию клапана. В таблице 2 перечислены конкретные параметры каждого компонента.


Параметры Ед.
Объем см³ 695
Диаметр седла клапана мм 36
Минимальная верхняя мертвая точка мм 18
Максимальный рабочий объем двигателя куб.см / об 182
Степень сжатия 9.3
Эффективность генерации MCLG % 95,2
Максимальная сила тяги генератора N 3200


Компоненты Параметры Значение

Воздухоочиститель Общий объем 3.1 л
Дроссельная заслонка Угол дроссельной заслонки 18,5 °
Цилиндр Диаметр цилиндра 102 мм
Ход поршня 126 мм Степень сжатия 9,3
Впускной клапан Открытие клапана 48,5 мс
Закрытие клапана 50,2 мс
Выпускной клапан Открытие клапана1 мс
Клапан закрыт 23,4 мс
Catalyst Объем монолита 0,3 л
Граница системы 1 Давление 1,1 бар 9000 ° C Температура газа.
Граница системы 2 Давление 1,0 бар
Температура газа 126,85 ° C

4.Проверка модели

Моделируется траектория свободного поршня FPEG во время четырехтактного рабочего цикла. Как показано на рисунке 8, рабочий период четырехтактного двигателя со свободным поршнем составляет около 100 мс. Понятно, что перемещение поршня асимметрично, такты впуска и сжатия короче тактов расширения и выпуска. Степень расширения больше, чем степень сжатия, и более длительное расширение и выхлоп полезны для достижения полного расширения и уменьшения остаточного газа.Следовательно, характеристики FPEG отличаются от характеристик обычного двигателя, и он имеет большое преимущество с точки зрения топливной экономичности и образования выбросов.


Завершился четырехтактный эксперимент в системе FPEG для проверки имитационной модели. Как видно из рисунка 9, он сравнивает давление в цилиндре из данных испытаний с результатами моделирования во время четырехтактного рабочего цикла, которые получают датчиком давления в цилиндре. По сравнению с экспериментальными результатами, кривые давления в цилиндре испытания и моделирования совпадают; максимальное отклонение изменения давления в цилиндре — 5.2%, а среднее отклонение составляет 1,5%. В таблице 3 приведены результаты сравнения производительности FPEG. Таким образом, результаты моделирования соответствуют требованиям точности, и мы полагаем, что имитационная модель является точной моделью FPEG. Более того, в системе FPEG время начала сгорания составляет -3,1 мс, а продолжительность сгорания составляет 6,4 мс, что определяется результатами экспериментов с четырехтактным двигателем.


75

Название Устройство Тест Моделирование

кВт Эффективная мощность 4,82
Пиковое давление бар 21,02 21,40
Содержание остаточного газа 0,0809 0,0769 −3,1
Продолжительность горения мс 6,4 6,4

5.Оптимизация термодинамического цикла для двухтактного двигателя

Смоделированная кривая движения свободного поршня во время двухтактного рабочего цикла показана на рисунке 10. Как видно, рабочий период двухтактного двигателя со свободным поршнем составляет около 43 мс. . На основе перекрытия клапанов и опережающего зажигания получается длинный такт впуска и выпуска при коротком такте сжатия и расширения. Эта характеристика показывает, что двухтактный термодинамический цикл ГПЭГ может быть оптимизирован путем изменения управляющих параметров газообмена и горения.


В этом разделе утвержденный режим используется для моделирования двухтактного термодинамического цикла FPEG. При неизменных других управляющих параметрах модель моделируется при различном давлении всасываемого воздуха, времени впрыска, времени зажигания, времени впускного клапана и времени выпускного клапана. Затем анализируется влияние термодинамического цикла и оптимизируются термодинамические характеристики FPEG.

5.1. Влияние повышения давления на впуске

Исследования показывают, что улучшение давления всасываемого воздуха может обеспечить хорошее состояние сгорания.Модель FPEG моделируется при различном давлении всасываемого воздуха, а кривые изменения выглядят следующим образом. Указанная мощность, коэффициент остаточного газа, указанный удельный расход топлива (ISFC) и расход на всасывании являются основными оценочными показателями, и их можно найти в результатах моделирования. В соответствии с диапазоном давления реального турбонагнетателя диапазон давления на впуске составляет от 1,0 бар до 1,4 бара.

На рис. 11 показано, что указанная мощность и расход на впуске постепенно увеличиваются, коэффициент остаточного газа постепенно снижается в диапазоне давления на впуске, а четыре оценочных индекса изменяются более явно в диапазоне 1.0 бар ~ 1,1 бар. Результаты показывают, что двухтактный двигатель со свободным поршнем не может обеспечить достаточный поток всасываемого воздуха для завершения рабочего цикла при нормальном давлении всасываемого воздуха. Это связано с тем, что при повышении давления всасываемого воздуха в цилиндр может поступать больше топливной смеси. Кроме того, более высокое давление всасываемого воздуха обеспечивало большое давление сжатия. Следовательно, увеличение давления всасываемого воздуха приводит к улучшению указанной мощности и экономии топлива.

5.2. Влияние времени впрыска

В системе сгорания одномерной имитационной модели параметры времени впрыска могут быть изменены, чтобы имитировать его влияние на производительность FPEG.Как видно, на рисунке 12 показано влияние разного времени впрыска. Среднее эффективное давление (MEP) — это эффективная мощность, генерируемая рабочим объемом на единицу цилиндра, и это важный показатель для оценки энергетических характеристик.

Диапазон времени впрыска разделен на три части: 0 мс ~ 7,2 мс, 7,2 мс ~ 14,4 мс и 14,4 ~ 21,6 мс. Во-первых, указанная мощность и MEP поддерживаются на низком уровне колебаний, а коэффициент остаточного газа остается неизменным на более высоком уровне.Поскольку процесс впрыска топлива завершился до открытия впускного клапана, большая часть топливной смеси не попала в камеру сгорания. Во-вторых, время впрыска и процесс всасывания согласованы, а термодинамические характеристики FPEG значительно улучшились, что позволило улучшить указанную мощность и эффективность вентиляции. Наконец, по сравнению с первой частью, все значения производительности аналогичны в диапазоне от 14,4 мс до 21,6 мс. Это связано с тем, что время впрыска оставляет позади процесс впуска, и часть топливной смеси не может быть использована в процессе сгорания.Как видно, оптимальные характеристики двигателя достигаются в момент 14,4 мс.

5.3. Влияние момента зажигания

Эффект опережающего зажигания заключается в том, чтобы начать горение перед тем, как поршень переместится в ВМТ. Когда поршень движется в ВМТ и входит в такт расширения, смесь рабочего тела полностью сгорает и выделяет больше энергии. Следовательно, диапазон времени зажигания составляет от -5,4 мс до 0 мс, а результаты моделирования показаны на рисунке 13.

В диапазоне от -3 мс до -5.4 мс, указанная мощность и MEP постепенно уменьшаются, а ISCF постепенно увеличивается. Это происходит из-за преждевременного воспламенения смеси и расширения горящего газа. Часть энергии мешает поршню двигаться вверх до ВМТ. Затем указанная мощность и MEP постепенно уменьшались с разным временем зажигания, а ISFC постепенно увеличивалась в диапазоне от -3 мс до 0 мс. Из-за задержки времени воспламенения поршень движется вниз до того, как смесь начнет гореть. Это приводит к увеличению объема цилиндра и снижению давления сгорания, а термодинамические характеристики FPEG находятся в состоянии высокого расхода топлива и низкой выходной мощности.Кроме того, оптимальные характеристики двигателя были достигнуты при −3 мс.

5.4. Влияние времени впускного клапана

При условии сохранения неизменными высоты подъема клапана и продолжительности открытия клапана, модель FPEG моделируется при разном времени открытия впускного клапана. Как показано на Рисунке 14, при времени открытия впуска от 4,8 мс до 16,8 мс, указанная мощность и расход на всасывании показывают общую тенденцию сначала к увеличению, затем к падению и получают максимальное значение на уровне 10,8 мс. Между тем характеристики коэффициента остаточного газа и ISFC противоречат закону изменения всасываемого потока.

Когда время открытия впуска находится в диапазоне от 4,8 мс до 10,8 мс, впускной и выпускной клапаны открываются одновременно. Он создает продувочный поток в цилиндре, что делает процесс газообмена более полным и снижает количество остаточного газа. После этого время открытия впускного клапана опаздывает, и часть топливной смеси не попадает в цилиндр, поэтому процесс сгорания оказывается недостаточным, а термодинамические характеристики значительно ухудшаются. Из-за фиксированного времени работы клапана оптимальный период открытия впускного клапана от 10.От 8 мс до 24,5 мс.

5.5. Влияние времени выпуска выпускного клапана

Как показано на Рисунке 15, при изменении времени открытия выпускного клапана с 1,2 мс до 10,8 мс указанная мощность и расход выпускного газа показывают общую тенденцию сначала к увеличению, а затем к снижению. Поток выхлопных газов увеличивался в диапазоне от 1,2 мс до 3,6 мс, а затем постепенно уменьшался, достигая максимального значения на 3,6 мс. Указанная мощность, коэффициент остаточного газа и ISCF улучшились с увеличением потока выхлопных газов.

Результаты показывают, что преждевременное открытие выпускного клапана приводит к недостаточному процессу сгорания и снижению мощности и экономии топлива FPEG.При задержке открытия выпускного клапана остаточный газ в цилиндре не может быть удален полностью, и это повлияет на следующий цикл сгорания. Следовательно, правильное время открытия выпускного клапана значительно улучшает характеристики FPEG, а оптимальный период открытия выпускного клапана составляет от 3,6 мс до 23,1 мс.

5.6. Оптимизированная производительность FPEG

В соответствии с приведенными выше результатами моделирования мы внесли корректировки в управляющие параметры модели FPEG.Настраиваемые параметры включают время зажигания, время впрыска и время открытия клапана. Уточненная модель моделировалась на рабочей частоте 25 Гц, а именно, 25 возвратно-поступательных циклов в секунду. Оптимизированные результаты показывают, что указанный тепловой КПД составляет около 27,6%, указанная мощность составляет 6,7 кВт, а ISFC составляет 481,6 г / кВтч. Конкретные результаты термодинамических характеристик FPEG для двухтактного термодинамического цикла показаны в таблице 4.

55 Остаточное содержание газа 000 0,25 000 Среднее эффективное давление

Элементы Единица Значение

кВт 6.7
Расчетный тепловой КПД % 27,6
Указанный удельный расход топлива (ISCF) г / кВтч 481,6
бар 2,6
Масса на всасывании за цикл г 0,671

6.Выводы

В работе представлена ​​оптимизация термодинамических характеристик двухтактного одноцилиндрового FPEG. Создана комплексная имитационная модель одномерного потока FPEG, и точность модели подтверждена экспериментальными результатами, протестированными на прототипе FPEG. Результаты экспериментов с четырехтактным двигателем показали эффективную мощность 4,75 кВт и максимальное давление 21,02 бар. На основе этого был смоделирован и оптимизирован двухтактный термодинамический цикл.Результаты моделирования показывают, что указанный тепловой КПД ППЭГ составляет около 27,6%, а указанная мощность 6,7 кВт может быть достигнута на рабочей частоте 25 Гц. Из этих результатов мы заключаем, что термодинамические характеристики высокой эффективности и энергосбережения для системы FPEG могут быть значительно улучшены за счет оптимизации двухтактного термодинамического цикла.

В будущем будет проведено экспериментальное испытание для проверки результатов моделирования двухтактной термодинамической оптимизации цикла в этой статье.Кроме того, двухтактный генератор с свободнопоршневым двигателем будет исследован с помощью многоцелевой интеллектуальной оптимизации для получения более высокой выходной мощности и эффективного КПД.

Доступность данных

Данные, использованные для подтверждения результатов этого исследования, можно получить у соответствующего автора по запросу.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации этой статьи.

Благодарности

Авторы выражают признательность Национальному фонду естественных наук Китая (грант №51875290).

Пятитактные двигатели заводятся и могут быть запущены в производство

Разработчик и поставщик двигателей Formula 1 и IndyCar Илмор создал то, что многие считали чепухой — полнофункциональный пятитактный бензиновый двигатель, эффективность которого выше, чем у обычных четырехтактных двигателей. Звучит как очень сложная вещь, но принцип ее работы довольно прост. Classic 4-тактный
Обычный четырехтактный бензиновый двигатель внутреннего сгорания, который есть в каждом автомобиле, теперь работает в четыре этапа: впуск (поршень опускается, всасывая топливно-воздушную смесь), сжатие (поршень поднимается, сжимая смесь), взрыв (искра, генерируемая свечой зажигания, воспламеняет смесь и направляет поршень вниз) и выхлоп (поршень снова поднимается вверх, вытесняя горячие сгоревшие газы).

Звучит как очень эффективный процесс для специалиста, не связанного с автомобилем, но много энергии тратится впустую во время фаз зажигания и выхлопа, и это потому, что процесс генерирует огромное количество тепла, которое в основном необходимо отбрасывать, чтобы избежать проблемы. Не говоря уже о том, что у вас есть только один рабочий ход за цикл, а остальные три поддерживаются инерцией маховика или других цилиндров, если таковые имеются. Ilmor 5-тактный
В пятитактной концепции используются два рабочих цилиндра (высокое давление — HP), которые работают как в классическом четырехтактном цикле, и третий центральный цилиндр дополнительного расширения (низкое давление — LP).

Ключевым моментом здесь является дополнительный цилиндр, который альтернативно используется двумя другими для сброса дополнительного давления сразу после завершения рабочего такта. Как только поршень достигает дна цилиндра, выпускной клапан открывается, выпуская горячий расширяющийся газ из цилиндра. Обычно это выходит из выхлопной трубы, но это просто напрасная трата энергии.

Вместо этого еще горячий выхлопной газ сбрасывается в третий цилиндр, толкая его вниз и создавая дополнительный пятый ход, который дает коленчатому валу еще 180 градусов вращения.Если это сложно изобразить, просто посмотрите видео ниже, чтобы увидеть анимированный процесс. Преимущества
Дополнительный цилиндр обеспечивает дополнительный процесс расширения, который позволяет извлекать больше работы, тем самым повышая термодинамическую эффективность. Двигатель также будет работать с общей степенью расширения, приближающейся к дизельному двигателю, а также будет работать с минимальной насосной работой из-за эффекта уменьшения габаритов из-за высокоэффективных рабочих цилиндров.

В целом, пятитактный двигатель предлагает уровни расхода топлива и выбросов, сопоставимые с современными дизельными двигателями, без выбросов твердых частиц и NOx, «предлагаемых» масляными горелками.

Например, пятитактный двигатель с турбонаддувом объемом 700 куб.см производства Ilmor предлагает 130 л.с. (более 185 л.с. на литр) и 166 Нм (122 фунт-фут), что уже на 7 л.с. больше, чем у 1-литрового бензинового двигателя Ford с турбонаддувом EcoBoost. , потребляя всего 226 граммов бензина на 1 кВт · ч — измерения проводились на испытательном стенде, когда двигатель работал на оптимальных оборотах, поэтому они еще не предоставили … обычных цифр.

Ilmor в настоящее время ищет инвестора для создания второго прототипа пятитактного двигателя, который будет протестирован на транспортном средстве.Будем надеяться, что они скоро его найдут, потому что эта технология действительно может повысить эффективность гибридных трансмиссий на 10 процентов.

Четырехтактный двигатель: основные части, принцип, работа, применение, преимущества и недостатки

Что вы узнаете из этой статьи?

  • Основная часть четырехтактных двигателей SI и CI.
  • Концепция работы четырехтактных двигателей с искровым зажиганием (бензин) и с воспламенением от сжатия (дизель) и ее применение.
  • Преимущества и недостатки четырехтактных двигателей.


В наших предыдущих статьях мы узнали о типах двигателей и его основных частях , а также о терминологии , используемой в двигателе . Мы знаем, что двигатель IC можно классифицировать по-разному. Одним из наиболее полезных двигателей является четырехтактный двигатель, который в основном используется в автомобильной промышленности. Эти двигатели могут быть далее классифицированы на двигатели с искровым зажиганием или бензиновые двигатели и двигатели с воспламенением от сжатия или дизельные двигатели. Двигатель SI разработан Николаусом Отто, а двигатель CI разработан Рудольфом Дизелем.Эти двигатели имеют много общего с некоторыми принципиальными различиями.

Четырехтактные двигатели:

Принцип:

Мы знаем, что ход определяется как максимальное перемещение поршня в любом направлении внутри цилиндра двигателя. Например, если поршень перемещается от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке , это называется ходом. Если он возвращается обратно в нижнюю мертвую точку , это называется двухтактным. Точно так же, если он снова движется к ВМТ и возвращается в НМТ, он выполняет четыре хода.Это основной принцип четырехтактного двигателя.

Двигатель, который совершает четыре такта в один рабочий такт или для завершения одного цикла, называется четырехтактным двигателем. Коленчатый вал совершает один оборот за два хода. Таким образом, он совершает два оборота в четырехтактных двигателях.

Детали:

1. Поршень
2. Цилиндр
3. Камера сгорания
4. Впускной и выпускной клапаны
5. Впускной и выпускной коллектор
6. Свеча зажигания
7. Форсунка
8.Шатун
9. Коленчатый вал
10. Поршневые кольца
11. Поршневой палец
12. Распределительный вал
13. Маховик
14. Картер


Подробнее об этих деталях можно узнать из Базовые детали двигателей


Рабочий:

Четырехтактный двигатель завершает свою циклическую работу за четыре такта поршня или два оборота коленчатого вала. Эти ходы представляют собой ход всасывания, ход сжатия, ход мощности или расширения и ход выпуска.Оба двигателя SI и CI следуют этим четырем тактам, чтобы завершить один цикл. Рабочие операции этих ударов можно резюмировать следующим образом.

Ход всасывания:

Всасывание означает всасывание заряда (топливовоздушной смеси в двигателях SI и только воздуха в двигателях CI) в цилиндр двигателя. Он всасывается через впускной клапан. Во время этого хода поршень перемещается из ВМТ в ВМТ . Воздух засасывается за счет разницы давлений между цилиндром двигателя и атмосферой в двигателе без наддува и воздушным компрессором в двигателях с наддувом.

Ход сжатия:

В этом ходе поршень перемещается из НМТ в ВМТ. Впускной и выпускной клапаны закрыты, и поршень сжимает заряд во время этого хода. Движение поршня происходит из-за инерции или проворачивания двигателя. Этот процесс происходит асестропически в обоих модулях SI и CI.

Ход мощности и расширения:

В этом ходе поршень перемещается из ВМТ в НМТ. И впускной, и выпускной клапаны закрыты во время этого хода.


В двигателях SI свеча зажигания генерирует искру, воспламеняющую топливно-воздушную смесь.Поскольку в цилиндре имеется весь объем топлива, горение происходит мгновенно, поэтому этот процесс рассматривается как горение постоянного объема для идеального цикла. Из-за сгорания топлива внутри цилиндра создается сила высокого давления, которая действует как движущая сила поршня и коленчатого вала. После сгорания поршень расширяется от ВМТ до НМТ в изэнтропическом режиме.


В двигателях CI форсунка впрыскивает топливо в камеру сгорания. Топливо горит из-за тепла, выделяемого во время такта сжатия. В этих двигателях топливо подается через форсунку, поэтому забор топлива не происходит мгновенно.Топливо сгорает равномерно, поэтому этот процесс рассматривается как горение при постоянном давлении для идеального цикла. После сгорания поршень перемещается из ВМТ в НМТ по изэнтропическому направлению.

Ход выпуска:

Когда поршень достигает НМТ, выпускной клапан открывается, и поршень начинает перемещаться из НМТ в ВМТ из-за инерции поршня. Сгоревшие газы выходят из выпускного клапана из цилиндра двигателя в окружающую среду. Когда поршень достигает ВМТ, новый заряд поступает в цилиндр, и этот цикл повторяется.


Применение:
  • Четырехтактный двигатель, широко используемый в автомобильной промышленности.
  • Применяются в автобусах, грузовиках и других транспортных средствах.
  • Применяются в насосной системе.
  • Эти двигатели находят применение в мобильных электрогенераторах.
  • Эти двигатели широко используются в авиационных и морских двигателях.
  • Дизельные двигатели находят применение в насосных агрегатах, строительной технике, воздушных компрессорах, буровых установках и т. Д.


Преимущества и недостатки:

Преимущества:
  • Четырехтактные двигатели обеспечивают более высокий КПД.
  • Создает меньше загрязнения.
  • Меньший износ за счет хорошей системы смазки.
  • Работает тихо.
  • Он работает чище, поскольку в топливо не добавляется дополнительное масло.
  • Они дают высокие обороты при малой мощности.
Недостатки:
  • Эти двигатели более сложные за счет клапанного механизма и системы смазки.
  • Это дороже по сравнению с двухтактными двигателями.
  • Четырехтактные двигатели дают меньшую мощность.

Теперь вы должны задать себе эти вопросы.


Каковы основные компоненты четырехтактного двигателя?
Что такое инсульт? Как двигатель четырехтактного двигателя вырабатывает мощность?
Каковы преимущества четырехтактных двигателей?

Если вам понравилась эта статья, задайте вопросы в поле для комментариев, поделитесь ею в своей социальной сети и подпишитесь на наш сайт.


Как работает 4-тактный одноцилиндровый двигатель? — MVOrganizing

Как работает 4-тактный одноцилиндровый двигатель?

Какие ходы у 4-тактного двигателя? В конце такта сжатия (предыдущего) свеча зажигания зажигает и воспламеняет смесь сжатого воздуха и топлива.Это воспламенение / взрыв заставляет поршень вернуться в отверстие цилиндра и вращает коленчатый вал, продвигая автомобиль вперед.

Каков принцип работы 4-тактного бензинового двигателя?

Принцип, используемый в четырехтактном бензиновом двигателе, широко известен как цикл Отто. В нем говорится, что на каждые четыре гребка будет приходиться один рабочий ход. В таких двигателях используется свеча зажигания, которая используется для воспламенения горючего топлива, используемого в двигателе. В большинстве автомобилей, мотоциклов и грузовиков используются четырехтактные двигатели.

Как работает четырехтактный двигатель мотоцикла?

Что касается 4-тактных двигателей, они работают на бензине без подмешивания масла, а поршень поднимается и опускается два раза за каждый цикл сгорания, поэтому он называется «4-тактным». Однако для 4-тактных двигателей требуются клапаны для впуска и выпуска, которые должны работать с высокой точностью, что делает этот тип двигателя более…

Как в бензиновом двигателе смешиваются воздух и топливо?

В двигателе с искровым зажиганием топливо смешивается с воздухом, а затем вводится в цилиндр во время процесса впуска.После того, как поршень сжимает топливно-воздушную смесь, искра воспламеняет ее, вызывая возгорание. Расширение дымовых газов толкает поршень во время рабочего хода.

В чем разница между бедным и богатым?

Обедненная топливная смесь — это топливовоздушная смесь, в которой больше воздуха, чем требуется для полного сгорания топлива. С другой стороны, богатая топливная смесь представляет собой тип топливовоздушной смеси, в которой меньше воздуха, чем количество воздуха, необходимое для полного сгорания топлива.

Что делает более экономичным или богатым?

Если считать, что переломный момент между обедненной и богатой смесью определяется соотношением воздух / топливо, обеспечивающим наилучшую мощность, то опять же, скорее всего, ответом будет слегка обогащенная смесь. Вы потеряете некоторую мощность по сравнению с вашим лучшим соотношением мощностей, но, вероятно, не так сильно, как если бы вы перешли на наклонную сторону.

Безопасно ли бегать на богатую или худую?

Работа на обедненной смеси может дать вам больше мощности, но при наклоне двигателя ваш двигатель взорвется. Слишком богатый двигатель также может повредить двигатель.Подумайте об этом, когда вы смешиваете газ для своего вакера с сорняками. Всегда безопасно добавлять в смесь немного больше масла, чем недостаточно.

Что произойдет, если вы откажетесь от двигателя?

Работа на обедненной смеси, с другой стороны, означает, что двигатель автомобиля получает слишком много воздуха и слишком мало топлива. Когда это происходит, вы можете заметить такие симптомы, как медленное ускорение или подергивание. Некоторые из наиболее распространенных причин обедненного двигателя включают засорение впрыска топлива, плохой топливный насос и утечку вакуума.

Означает ли обратный огонь богатый или худой?

Обедненная смесь воздуха и топлива Не только богатое соотношение воздух / топливо может вызвать обратный пожар, но и смесь, в которой недостаточно бензина, может вызвать обратный огонь. Когда бедная смесь сгорает, она горит медленнее, а это означает, что при открытии выпускных клапанов остается некоторое количество воздуха и топлива, которые не израсходованы, что приводит к возгоранию.

Почему мой карбюратор работает на богатой смеси?

Если силовой клапан слишком большой, это может привести к тому, что соотношение A / F станет слишком богатым, когда двигатель находится под нагрузкой.Низкий уровень топлива может привести к обеднению соотношения A / F, в то время как слишком высокий уровень топлива может привести к богатой работе карбюратора или даже залить двигатель топливом.

Разница между 2-тактным и 4-тактным ходом: Практическое руководство на 2021 год

Разница между 2-тактным и 4-тактным ходом. Хотя автомобильные двигатели со временем развивались, остались два основных типа двигателей внутреннего сгорания с бензиновым двигателем: 2-тактные и 4-тактные. Хотя мы уверены, что вы слышали эти фразы раньше, вы действительно понимаете, что они означают? В чем разница между ними и какой вариант лучше? Чтобы найти решения, продолжайте читать.

В чем разница между 2-тактным и 4-тактным ходом?

На протяжении всей истории создания автомобилей и двигателей было два основных типа сгорания, которые питались бензином — 2-тактный (или 2-тактный) и 4-тактный (или 4-тактный).

Возможно, вам знакомы эти фразы, но вы можете спросить, в чем разница. Если вы ищете новый двигатель, вот что вам следует знать об эффективности и техническом обслуживании.

Современные формулы моторных масел могут использоваться как в 4-тактных, так и в 2-тактных двигателях в качестве технического лидера в области смазочных материалов.Но чем отличаются двухтактные и четырехтактные двигатели? Цифры 2 и 4 представляют количество ходов поршня, необходимое двигателю для завершения всего процесса сгорания топлива и выхлопа.

Для достижения впуска или впуска топлива, сжатия, воспламенения (сгорания) топлива и выпуска в четырехтактном двигателе поршень перемещается вверх и вниз по цилиндру двигателя четыре раза.

4-тактный двигатель (Ссылка: goldeagle.com )

Это достигается за два хода поршня в двухтактном двигателе (один вверх и один вниз по поршневому цилиндру).Термины «2-тактный» и «2-тактный» часто меняют местами в промышленности и на рынке.

Определение хода двигателя 2-тактные двигатели

используются в большинстве небольших ручных газонокосилок и садовых инструментов, таких как струнные триммеры и бензопилы, тогда как 4-тактные двигатели используются в более крупных машинах, таких как садовые тракторы и газонокосилки. Оба типа двигателей доступны в газонокосилках.

Доктор Дик Пэриш из LSU AgCenter описывает различия и объясняет, почему двухтактные двигатели более популярны на небольшом оборудовании.

«Большинство людей называют два типа двигателей« 2-тактными »или« 4-тактными », — объясняет Пэриш. «Хотя эта фраза часто используется, она неточна».

Каждый поршневой двигатель внутреннего сгорания, по словам инженера, проходит «цикл» из пяти функций: впуск, сжатие, зажигание, сгорание и выпуск. В двухтактном двигателе все пять функций цикла выполняются всего за два хода поршня (или один оборот коленчатого вала). Для пяти операций четырехтактного двигателя требуется четыре хода поршня (или два оборота коленчатого вала).

Parish утверждает, что двухтактные двигатели смазываются маслом, смешанным с топливом, а не резервуаром в картере. Большая часть этого масла не сжигается в двигателе, а выбрасывается вместе с потоком выхлопных газов, что приводит к увеличению выбросов и дыма.

Он также утверждает, что поскольку двухтактные двигатели имеют лучшее отношение мощности к массе, чем большинство четырехтактных двигателей, они хорошо работают в ручных устройствах, таких как нагнетатели и триммеры струн.

«Обычно 2-тактные двигатели имеют больше оборотов, чем 4-тактные двигатели, что составляет большую часть увеличения мощности на фунт», — объясняет Пэриш.«Кроме того, вместо клапанов в небольших 2-тактных двигателях используются впускные и выпускные отверстия, что позволяет сэкономить вес и деньги».

Пэриш говорит, что из-за масла в бензине обрастание свечей зажигания чаще встречается в двухтактных двигателях, что требует более регулярной замены свечей зажигания.

По словам инженера, масло в картере смазывает 4-тактные двигатели, поэтому масло не сочетается с бензином.

«Выступ в нижней части штока поршня распыляет масло в цилиндр на небольших двигателях, таких как газонокосилки», — объясняет он.«Масляный насос распределяет масло под давлением и через масляный фильтр на более мощных двигателях, например, используемых в садовых тракторах».

По словам Пэриша, различные производители двигателей предлагают разные соотношения масел для своих двигателей.

«Если у вас много двухтактных двигателей разных марок, — добавляет он, — вам, возможно, придется хранить разные топливно-масляные смеси для каждой машины». Типичные отношения составляют от 32: 1 (бензин к маслу) до 50: 1 (бензин к маслу).

2-тактный двигатель (Артикул: goldeagle.com )

Пэриш объясняет, что «вы можете купить компактные емкости с маслом, которые дозируются для подачи правильного количества масла на галлон бензина при определенной рекомендуемой пропорции смеси». «Однако покупка нефти в больших количествах может быть более рентабельной».

Parish также предупреждает, что, если вы не вернетесь к продавцу, у вас могут возникнуть трудности с поиском крошечного контейнера, который измерен в нужном вам соотношении. Только одно или два соотношения доступны в большинстве хозяйственных магазинов, садовых центров, недорогих магазинов и других аналогичных заведений.

«Не думайте, что крошечный контейнер с маслом для двухтактных двигателей, который вы купите в магазине со скидками, даст вам правильное соотношение для вашего двигателя», — предупреждает Пэриш. «Проверьте этикетку на соотношение. Если у вас нет подходящей мерной емкости, важно знать, сколько масла вам нужно для необходимого соотношения «.

Parish предлагает начать с чистой пустой банки и добавить необходимое количество масла. После этого налейте в емкость 1 галлон бензина, закройте ее и встряхните, чтобы топливо смешалось.Каждый раз, когда вы используете бензиновую смесь, встряхивайте емкость перед заливкой.

«Если использовать в правильном приложении, любой двигатель может сделать отличную работу», — добавляет Пэриш. «Если у вас двухтактный двигатель, убедитесь, что масло и газ смешаны должным образом».

Как работают двигатели внутреннего сгорания и что вообще такое «инсульт»?

Чтобы понять разницу между этими двумя движками, вы должны сначала изучить основы.

Поршень перемещается вверх и вниз внутри цилиндра на протяжении всего цикла сгорания двигателя.Фразы «верхняя мертвая точка» (ВМТ) и «нижняя мертвая точка» (НМТ) используются для описания положения поршня в цилиндре.

ВМТ относится к позиции, наиболее близкой к клапанам, тогда как НМТ относится к позиции, наиболее удаленной от них. Когда поршень перемещается из ВМТ в НМТ или наоборот, это называется ходом. Весь процесс втягивания газа и воздуха в поршень, его воспламенения и выпуска выхлопных газов известен как оборот сгорания или цикл сгорания:

Впускной

Когда поршень опускается по цилиндру, смесь топлива и воздуха попадает в камеру сгорания.

Сжатие

Поршень возвращается в исходное положение в цилиндре, а впускной клапан закрывается для сжатия газов внутри.

Горение

Газ воспламеняется от искры свечи зажигания.

Выхлоп

Поршень возвращается в исходное положение в цилиндре, и выпускной клапан открывается.

Разница между 2-тактным и 4-тактным ходом

Разница между 2-тактным и 4-тактным двигателями заключается в том, сколько раз поршень перемещается вверх и вниз в течение каждого цикла, что определяет, насколько быстро происходит цикл сгорания.

4-тактный принцип работы

Поршень 4-тактного двигателя совершает два хода за каждый оборот: один такт сжатия и один такт выпуска, за каждым из которых следует обратный ход. Свечи зажигания зажигаются только один раз за каждый второй оборот, а мощность вырабатывается за четыре хода поршня. Эти двигатели также не требуют предварительного смешивания бензина и масла, поскольку масло находится в отдельном отсеке.

Принцип работы 4-тактного двигателя (Артикул: castrol.com )

В четырехтактном двигателе для работы используются четыре отдельных хода поршня или цикла. Четыре фазы четырехтактного двигателя перечислены ниже:

  • Поршень опускается по цилиндру во время хода. Топливо и воздух всасываются в двигатель для сжигания. Чтобы пропустить бензин в цилиндр, впускной (е) клапан (ы) открываются, а выпускной (ые) клапан (ы) закрываются.
  • Когда и впускной, и выпускной клапаны закрыты, поршень перемещается вверх по цилиндру и сжимает топливно-воздушную смесь.
  • Идеальная синхронизация приводит к воспламенению топливно-воздушной смеси, толкая поршень вниз по цилиндру и создавая мощность двигателя для запуска транспортного средства.
  • Выхлопные газы удаляют путем закрытия впускного (ых) клапана (ов) и открытия выпускного (ых) клапана (ов).
  • 4 цикла повторяются.

2-тактный принцип работы

Полный цикл сгорания в двухтактном двигателе выполняется всего за один ход поршня: сжатие с последующим взрывом сжатого топлива.Выхлоп выпускается во время обратного хода, и в цилиндр поступает свежая топливная смесь. Свечи зажигания зажигаются один раз за каждый оборот, а мощность вырабатывается один раз за два хода поршня. Масло также необходимо предварительно смешать с бензином в двухтактных двигателях.

Принцип работы двухтактного двигателя (Ссылка: castrol.com )

Двухтактный двигатель проходит через те же процессы впуска, сжатия, мощности и выпуска, что и четырехтактный двигатель, но с поршнем, совершающим два хода (вверх и вверх). затем вниз).

В этом случае всасывание и сжатие происходят за один ход поршня, а зажигание (мощность) и выхлоп происходят за следующий. Кроме того, на стадии воспламенения топливо смешивается с маслом и сжигается совместно.

Сравнение 2-тактных и 4-тактных двигателей

Что касается фундаментальных различий между 2- и 4-тактными двигателями, самое важное различие заключается в том, как они работают. Чтобы понять, как работает двигатель, вы должны сначала понять понятие сгорания в компактном двигателе.

В этом случае для выработки энергии двигателю требуется сгорание, которое представляет собой просто процесс сжигания чего-либо. Что касается сгорания, то и двухтактный, и четырехтактный двигатель завершают цикл, однако поршень отличается. Точнее, необходимое количество ходов поршня.

Например, для двухтактного двигателя требуется два хода поршня, чтобы завершить полный цикл сгорания, который состоит из пяти функций (впуск, сжатие, зажигание, сгорание и выпуск).Для сравнения, цикл 4-тактного двигателя завершается после четырех ходов поршня — или одного поворота коленчатого вала по сравнению с двумя оборотами коленчатого вала.

Легковые автомобили, автобусы и грузовики с большей вероятностью будут иметь четырехтактный двигатель, тогда как скутеры и мопеды с большей вероятностью будут иметь двухтактный двигатель. Однако некоторые инструменты и триммеры для малых двигателей теперь доступны с 2-тактными или 4-тактными двигателями; есть ли в этом случае значительная разница с точки зрения производительности и общего обслуживания? Посетите здесь, чтобы ответить на свой вопрос.

Что лучше: 2-тактный двигатель или 4-тактный двигатель для небольших инструментов и машин?

При сравнении этих двух типов двигателей каждый имеет преимущества и недостатки.

Во-первых, двухтактные двигатели значительно легче и дешевле в производстве. Их также легче ремонтировать, чем 4-тактные двигатели. Однако, если вы не будете активно обслуживать двигатель, ремонт будет требоваться более регулярно.

В этом смысле, если вы хотите снизить расходы, но при этом максимально использовать эффективную машину или оборудование, вы должны проявлять инициативу в обслуживании их частей.Если вы выберете двухтактный двигатель, имейте в виду, что его легче ремонтировать из-за своей конструкции, но они не прослужат так же долго, как четырехтактный двигатель, если регулярное обслуживание не является приоритетом. Изучите свой двигатель и примите профилактические меры, чтобы избежать проблем.

Плюсы и минусы

Итак, какой вариант лучше? Вот некоторые из преимуществ и недостатков обеих конструкций двигателей:

  • По эффективности 4-тактный двигатель, несомненно, превосходит его.Это связано с тем, что бензин используется только один раз за четыре такта.
  • Четырехтактные двигатели значительно тяжелее двухтактных двигателей, их вес на 50% больше.
  • 2-тактный двигатель обычно производит больший крутящий момент при более высоких оборотах, но 4-тактный двигатель производит больший крутящий момент при более низких оборотах.
  • 4-тактный двигатель также намного тише, тогда как 2-тактный двигатель намного громче и издает заметный высокочастотный «жужжащий» звук.
  • Поскольку двухтактные двигатели рассчитаны на более высокие обороты, они быстрее изнашиваются; 4-тактные двигатели более надежны.А вот двухтактные двигатели более мощные.
  • Поскольку двухтактные двигатели имеют более простую конструкцию, их легче ремонтировать. У них нет клапанов; вместо этого у них есть порты. Поскольку у четырехтактных двигателей больше компонентов, они дороже, а ремонт — дороже.
  • Предварительное смешивание масла и бензина требуется для двухтактных двигателей, но не для четырехтактных двигателей.
  • Четырехтактные двигатели более экологичны; в двухтактном двигателе сгоревшее масло выбрасывается в атмосферу вместе с выхлопом.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *