Рассмотрим основной принцип работы двухтактного двигателя на примерах
Двигатель внутреннего сгорания работает по давно изученным принципам. Мы будем рассматривать поршневые моторы, поскольку роторные, и прочие экзотические агрегаты, преобразующие энергию горения в кинетическую, не так распространены.
Для лучшего понимания процесса, определимся с техническими терминами:
- Рабочий цикл двигателя – цепочка чередующихся процессов, в результате которых энергия сгорания топлива трансформируется во вращение колес (при использовании в транспортном средстве)
- Впуск – наполнение цилиндра смесью паров бензина и воздуха (в бензиновых моторах) или воздухом в дизельных моторах
- Сжатие – спрессовывание топливной смеси в цилиндре
- Рабочий ход – расширяющиеся газы, после воспламенения горючей смеси, стремительно гонят поршень вниз
- Выпуск – проветривание полости цилиндра от порции отработанных газов.
В ходе рабочего цикла, процессы следуют в строго определенном порядке.
Каждый из них называется тактом. С механической точки зрения, такт – это движение поршня от одной мертвой точки до второй. В зависимости от конструкции мотора, тактов может быть два или четыре.
Чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного?
За каждый поворот коленвала на 180° совершается два такта (разные, в зависимости от типа двигателя). Отработка процесса двухтактного ДВС осуществляется за один оборот, а четырехтактного – за два оборота коленвала. Непонятно? Рассмотрим вопрос подробнее.
Важно! Есть пассивные и активные такты. Точнее активный цикл один – рабочий ход. Остальные движения цилиндра происходят по инерции маховика, закрепленного на оси мотора. Это касается одноцилиндрового мотора, каждый следующий цилиндр работает со сдвигом по фазе, и тяжелый маховик более не нужен. Поэтому его роль выполняет шестерня, за которую цепляется стартер.
Современный мотор достаточно сложен с инженерной точки зрения. Процессы обеспечиваются различными вспомогательными механизмами, их работа должна быть синхронизирована. Кроме того, компоненты двигателя имеют определенную массу, соответственно присутствует инерция.
Трущиеся детали замедляются сопротивлением. Это замедляет процесс и отбирает дополнительную мощность. Все поправки надо учитывать при проектировании мотора.
Запрограммировать алгоритм управления сложно, условия эксплуатации постоянно меняются. Если последовательность смены циклов даст сбой – произойдет потеря мощности или остановка двигателя. Поэтому для бесперебойной работы нужно так много приспособлений вокруг пары: поршень, цилиндр.
Логика подсказывает, что при меньшем количестве тактов, управление можно сделать проще. Именно поэтому инженеры по-прежнему развивают направление двухтактных ДВС.
Чтобы понять разницу между двухтактным и четырехтактным двигателем, рассмотрим организацию работы последнего.
Особенностью конструкции четырехтактных моторов является разделение клапанов на входе и выходе.
Впуск
По инерции, поршень движется вниз, создавая вакуум в камере сгорания. В этот момент через открытый впускной клапан в полость проникает готовая топливовоздушная смесь.
Сжатие
Поршень (опять же по инерции) движется к высшей точке. Оба клапана герметичны, горючая смесь сжимается. Это первое применение хорошей компрессии. Смесь не проникает в картер.
Рабочий ход
Искра свечи, происходит взрыв. Стремительно расширяющиеся газы толкают поршень вниз. Это второе применение компрессии. Чем она выше, тем больше энергии от взрыва будет передано на коленвал.
Важно! После прохождения верхней мертвой точки, шатун поршня занимает опережающее положение на коленвале, поэтому не происходит обратного вращения. Сила давления ускоряет вал мотора, сообщая полезный крутящий момент.
Выпуск
Поршень (снова по инерции) движется к верхней мертвой точке.
В открытый выпускной клапан выдавливаются отработанные газы. При достижении максимальной высоты, поршень готов к всасыванию очередной порции воздушной смеси.
Эта схема работы двигателя характерна для одноцилиндрового мотора. При многоцилиндровой компоновке (собственно, другой на автомобилях практически нет), каждый следующий поршень сообщает крутящий момент, замещая инерцию маховика.
Поэтому коленвал вращается более равномерно. А в каждом отдельно взятом цилиндре, рабочий цикл происходит именно так.
Четырехтактный двигатель работает тише, ровнее. Система смазки отделена от топливной системы – улучшена экология. При этом мотор уступает в мощности двухтактнику аналогичного объема, поскольку на один рабочий цикл приходится два оборота коленвала.
Принцип работы двухтактного двигателя
Конструкция такого мотора проста и сложна одновременно. Простота заключается в отсутствии огромного количества дополнительных элементов: таких, как газораспределительный механизм с приводом от коленвала, система смазки с насосом, дополнительные кольца не поршне.
С другой стороны – двухтактники имеют сложную архитектуру блока цилиндров. Сложную не в плане сборки, а в плане конструирования. Система впуска/выпуска должна быть спроектирована с виртуозной точностью, иначе половина энергии сгоревшего топлива буквально вылетит в трубу.
Принцип действия двухтактного двигателя по циклам
Собственно их всего два, следуя названию конструкции: сжатие и рабочий ход. На самом деле работа двухтактного двигателя намного сложнее, и реально разбивается на четыре процесса. Однако в рамках принятых стандартов, они объединяются.
Сжатие
Такт 1. Процесс 1
Поршень по инерции движется вверх. Поступившая через вентиляционое отверстие (2) топливная смесь (новый заряд) выталкивает остатки выхлопных газов через выпускной коллектор (1).
В надпоршневой камере (I) есть некоторое разделение нового заряда и выхлопа. В это же время, через впускной клапан (3) в кривошипную камеру (II) нагнетается очередная порция бензиновой смеси.
Одновременно пары масла, оседают на механизмах, производя их смазку ( масло в 2-х тактных двигателях добавляется в топливо, о классификации смазки читайте тут).
Как только верхняя часть поршня перекроет выпускное окно (1), смесь начинает сжиматься, вплоть до достижения поршнем верхней мертвой точки.
Такт 1. Процесс 2
На свече зажигания вспыхивает искра, топливовоздушная смесь взрывается, поршень получает толчок и стремительно движется вниз.
Важно! Понятия «вверх», «верхняя мертвая точка», «вниз», «нижняя мертвая точка» — достаточно условны. Цилиндры могут располагаться горизонтально (оппозитники «Порше» и мотоцикла «Днепр») или даже вверх ногами (самолетный двигатель типа «звезда»).
Напор газов сохраняется до момента открытия выпускного отверстия (1).
Рабочий ход
Такт 2. Процесс 4
В открытый выпуск устремляются отработанные газы. Грамотно рассчитанная аэродинамика позволяет даже создать небольшое разрежение. Тем не менее, часть выхлопа остается в цилиндре.
Важно! В этот момент энергия сгорания смеси уже не действует. Все движение происходит по инерции.
В это время, поршень сжимает подготовленный свежий заряд топливной смеси, повышая давление в кривошипной камере (II). Одновременно перекрывается клапан (3).
Такт 2. Процесс 4
Поршень продолжает опускаться. Когда освободится перекрытое продувочное отверстие (2), топливная смесь под давлением устремится в надпоршневую камеру (I). Далее снова зависимость от аэродинамики.
Грамотно спроектированная форма камеры и поршня, не позволяет смешиваться свежему заряду и выхлопным газам. Однако на деле, потери готовой смеси неизбежны. Этот процесс еще называют продувкой.
Как видно из принципа работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания, система продувки и поступления свежего заряда топливной смеси играет важную роль. Можно организовать интеллектуальную систему открывающихся клапанов, даже под электронным управлением.
Но тогда теряется смысл двухтактного цикла.
Да и конструкция выйдет дороже четырехтактника.
Поэтому инженеры идут по пути аэродинамики, иногда пользуясь небольшими хитростями:
- Нагнетатель типа «Рутс»
Два ротора создают подпорное давление в картере, используя этот объем в качестве ресивера. Устройство двухтактного двигателя подразумевает герметичность, так что система отлично работает. Одновременно роторный нагнетатель работает в качестве запорного клапана, не пропуская смесь обратно во впускной тракт при работе механизма. - Применение клапана или золотника, перекрывается только впускное отверстие. Привод обычно механический, связанный с коленвалом. При смене оборотов автоматически меняется фаза открывания клапана. Самая распространенная схема – секторный дисковый золотник.
- Геометрия. Меняя взаимное расположение впускных и выпускных отверстий, можно добиться различной скорости потоков.При хорошо продуманной схеме, выхлопные газы будут выходить раньше, чем до выпускного отверстия дойдет свежий заряд топлива.
- Особая форма камеры сгорания. Это чистой воды аэродинамика. На верхнем своде камеры сгорания, и (или) на плоскости цилиндра, отформовываются специальные дефлекторы. С их помощью создаются доброкачественные завихрения, разделяющие впускной и выпускной потоки. Система очень эффективна, однако зависит от числа оборотов.
Технология нашла применение в силовых установках большой мощности, работающих на малых постоянных оборотах. Например, корабельные дизеля, в которых коленвал имеет прямую связь (без трансмиссии) с гребным валом. Тяга регулируется лопастями винта с переменным углом атаки.
Да, на судах с большим водоизмещением применяется двухтактный дизельный двигатель. Принцип работы аналогичен бензиновому двухтактнику.
Разве что при использовании турбонаддува, клапанная система имеет особую конструкцию, для регулирования фаз в зависимости от оборотов. Цилиндр, разумеется не один, как в примере.
Вывод:
Понимание того, как работает двухтактный двигатель, пригодится при подборе лодочного мотора или газонокосилки.
Принцип работы двухтактного двигателя — подробное описание
Александр
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 двигателяПрежде 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.
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.
ЗаключениеРазобрав и поняв, как работает двухтактный двигатель, можно сделать определенные выводы. Теперь, вы знаете устройство двухтактного двигателя и можете решить, какой ДВС подходит вам больше.
Разница между 2-тактными и 4-тактными двигателями
Если вы посмотрите вокруг, почти все механические устройства приводятся в действие либо 2-тактными, либо 4-тактными двигателями. Эти два двигателя играют эффективную роль в нашей повседневной жизни, от транспортного аспекта до небольших портативных устройств, которые они питают. Хотя оба эти двигателя внутреннего сгорания, принцип их работы совершенно разный. Существование 2-тактных и 4-тактных двигателей обусловлено особыми причинами, которые предназначены для питания некоторых типов приложений. Термин «такт» также называется «такт», отсюда и 2-тактные и 4-тактные двигатели, между которыми существует большая разница.
Сегодня мы познакомимся с разницей между 2-тактными и 4-тактными двигателями, их применением, работой, преимуществами и недостатками.
Основное различие между двухтактными и четырехтактными двигателями заключается в том, что для завершения рабочего цикла требуется два такта. То есть движения поршня вверх и вниз составляют один оборот коленчатого вала. В то время как в четырехтактных двигателях требуется четыре хода поршня, чтобы завершить цикл мощности за два оборота коленчатого вала.
Подробнее: Система смазки двигателя
Проще говоря, разница между двухтактными и четырехтактными двигателями заключается в том, насколько быстро происходит процесс цикла сгорания. кроме того, это зависит от того, сколько раз поршень перемещается вверх и вниз в течение каждого цикла.
Термины «верхняя мертвая точка» (ВМТ) и «нижняя мертвая точка» (НМТ) относятся к положению поршня в цилиндре. Такт завершается, когда поршень перемещается из ВМТ в НМТ или наоборот. Цикл сгорания или революция сгорания — это полный процесс всасывания газа и воздуха в поршень, сжатия, воспламенения, а также выпуска выхлопных газов.
Содержание
- 1 Отличие двухтактных двигателей от четырехтактных
- 2 Двухтактные двигатели
- 3 Преимущества и недостатки двухтактных двигателей
- 3.1 Преимущества: 1 909019 1.8 39019 3:2 Недостатки Посмотрите видео ниже, чтобы узнать, как работают двухтактные двигатели:
- 5. 1 Преимущества:
- 5.2 Недостатки:
- 5.2.1 Посмотрите видео ниже, чтобы узнать, как работают четырехтактные двигатели:
- 9 6.9 Подпишитесь на нашу рассылку новостей Делиться!
Разница между двухтактными и четырехтактными двигателями
Двухтактные двигатели
Двухтактные двигатели часто используются в небольших устройствах, таких как ручные газонокосилки и садовые инструменты, такие как триммеры и цепные пилы. Все поршневые двигатели внутреннего сгорания работают по пяти кругам, таким как впуск, сжатие, зажигание, сгорание и выпуск. Эти пять циклов завершаются за два хода поршня в двухтактных двигателях, что составляет один оборот коленчатого вала.
В двухтактных двигателях такт сжатия и такт сгорания сжатого топлива происходят одновременно. Кроме того, такты впуска и выпуска происходят одновременно с выпуском выхлопных газов и поступлением в цилиндр свежей топливной смеси.
Поскольку мощность вырабатывается один раз за каждые 2 хода поршня, свеча зажигания срабатывает один раз за каждый оборот. Наконец, система требует, чтобы масло было предварительно смешано с топливом.
Подробнее: Все, что вам нужно знать о карбюраторе
Преимущества и недостатки двухтактных двигателей
Преимущества:- Разработаны для небольших применений
- Более высокое отношение мощности к весу по сравнению с четырехтактными двигателями
- Двухтактные двигатели легче.
- 2-тактные двигатели работают на более высоких скоростях по сравнению с 4-тактными двигателями
- В небольших 2-тактных двигателях вместо клапанов используются впускные и выпускные отверстия, что снижает вес и стоимость клапанного механизма.
- Двухтактные двигатели имеют более простую конструкцию и легко ремонтируются.
- Двухтактные двигатели мощнее четырехтактных.
- Двигатель значительно громче и издает характерный пронзительный «жужжащий» звук. более высокие обороты.
- Неэкологичен, так как предварительно смешанное масло выбрасывается в виде выхлопных газов.
Подробнее: Что нужно знать о двигателях с турбонаддувом
Посмотрите видео ниже, чтобы узнать, как работают двухтактные двигатели:
Четырехтактные двигатели
Четырехтактные двигатели используются в коммерческих автомобилях, автобусах, грузовиках и т. д. их поршень совершает 2 хода за один оборот. Свеча зажигания срабатывает один раз за каждый второй оборот, а мощность вырабатывается за каждые 4 хода поршня. В этой системе не требуется предварительное смешивание масла и топлива, как в двухтактной системе, она разработана с отдельным отсеком для масла.
Подробнее: Что такое стартер двигателя
Преимущества и недостатки четырехтактных двигателей
Преимущества:
- Высокий КПД, так как топливо расходуется один раз на каждые четыре такта.
- Четырехтактные двигатели тихие и создают плавный звук
- Четырехтактные двигатели, как правило, более долговечны по сравнению с двухтактными
- Четырехтактные двигатели более экологичны по сравнению с двухтактными
Недостатки:
- Четыре -тактные двигатели тяжелее, весят примерно на 50% больше по сравнению с двухтактными.
- Создает более высокий крутящий момент при более низких оборотах.
- В системе больше деталей, которые могут привести к поломке.
- Это дорого и ремонт обходится дороже.
Подробнее: Вещи, которые вы должны знать о масляном радиаторе двигателя
Посмотрите видео ниже, чтобы узнать о работе четырехтактных двигателей:
Подробнее: понимание системы наддува в автомобильном двигателе
Теперь давайте посмотрим на разница между двухтактными и четырехтактными двигателями в табличной форме:
Difference between two 2 stroke and 4 stroke engines | ||
| s/n | 2 stroke engines | 4 stroke engines |
| 1 | Used in lighter applications | Used in heavier applications |
| 2 | Высокая эффективность | Рабочая эффективность умеренная |
| 3. | Создается больший крутящий момент при более высоких оборотах | Создается более высокий крутящий момент при более низких оборотах |
| 4. | Двигатель стал громче и издает жужжание | Он тихий и издает классный звук. |
| 5. | Двигатель более мощный | его работа — умеренная |
| 6. | . ) и CI (с воспламенением от сжатия) В заключение, знание различий между 2-тактными и 4-тактными двигателями очень важно для пользователя автомобиля. Это потому, что они распространены в приложениях для использования в нашей повседневной жизни. Я рассказал о разнице между двухтактными и четырехтактными двигателями, их применении, работе, преимуществах и недостатках. Надеюсь, вам понравилась статья. Если да, поделитесь ею с другими учениками. Спасибо за чтение, увидимся в следующий раз! Подпишитесь на нашу рассылку новостейВидео: Новая конструкция двухтактного двигателя? Общество автомобильных инженеров недавно представило новую конструкцию двигателя, в которой используется двухтактный принцип, обеспечивающий силовую установку с теоретической эффективностью около 60 процентов. Новый дизайн функционально является двухтактным, то есть каждый такт является рабочим. Типичные четырехтактные двигатели, которые чередуют рабочие такты, горят чище, чем сопоставимые двухтактные двигатели, за счет этих рабочих тактов. Компрессия является одним из ограничений эффективности четырехтактного двигателя. Разница между объемом цилиндра в верхней точке хода и объемом того же цилиндра в нижней мертвой точке называется степенью сжатия. Степень сжатия от низкой до умеренной делает двигатели долговечными, послушными, но не очень эффективными. Увеличение степени сжатия сделает двигатель более эффективным, но в какой-то момент двигатель больше не выдержит и выйдет из строя. SAE представляет возможное решение этой проблемы с их новой конструкцией, которая называется входным зажиганием или EI. (Опять же, это концептуально. Из ресивера сжатый воздух поступает в смесительную камеру, где впрыскивается топливо. Топливно-воздушная смесь находится на грани самовоспламенения. Тщательно рассчитанный по времени золотниковый клапан открывается, заряд свежего воздуха/топлива поступает в камеру сгорания и воспламеняется там, где встречается с высокими температурами последнего цикла. Это так называемое «входное зажигание». Поршень толкается вниз для рабочего хода, а затем снова поднимается, когда открывается выпускной клапан. Выпускной клапан закрывается немного раньше, чтобы поддерживать высокую температуру цилиндра сгорания для следующей заправки воздухом/топливом. Лучшее объяснение конструкции SAE, которое я когда-либо видел, — это видео, приведенное ниже, от Engineering Explained. Обсуждение EI начинается около 4:35. EI имеет несколько преимуществ на бумаге. Во-первых, EI не может «стучать», как обычный четырехтактный двигатель, а это означает, что можно использовать более высокие степени сжатия. Кроме того, EI должен гореть обедненным. SAE отмечает, что он может быть настолько обедненным, что не потребуется никакого оборудования для выбросов! Наконец, SAE отмечает, что «EI уменьшил потери тепла по сравнению с другими методами сжигания. Эти эффекты повышения эффективности в сочетании независимо друг от друга дают тепловую эффективность 63 процента, основанную на компьютерном моделировании, полученном из учебников по термодинамике». Сжатию воздушного заряда могли способствовать несколько камер сжатия, каждая из которых более агрессивна, чем предыдущая, или камеры сжатия можно было полностью обойти с помощью нагнетателя. У EI также есть несколько больших препятствий, помимо той части, где он еще не существует в физической форме. Наверх
| |