Работа двухтактного двигателя: Принцип работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания

Принцип работы двухтактного двигателя

На сегодняшний день существуют два типа двигателей:

• четырехтактные;
• двухтактные.

Рассмотрим принцип работы двухтактного двигателя. Все рабочие циклы в двухтактном (процесс впуска топлива и выпуск выхлопных газов, продувка) осуществляются за два основных такта за один оборот коленвала. У данного типа двигателей отсутствуют впускной и выпускной клапаны. Эту роль выполняет поршень, который при своих движениях поочередно закрывает продувочные, выпускные и впускные окна. Это делает данный тип двигателей конструктивно более простыми.

Содержание

1. Возможности и преимущества двухтактных
2. Как он устроен
3. Как он работает
4. Такт первый
5. Такт второй
6. Заключение

Возможности и преимущества двухтактных

Теоретически мощность двигателя данного типа, при одинаковых размерах цилиндра и скорости вращения вала, в два раза выше, чем у 4х-тактного благодаря увеличению числа рабочих циклов. Но в связи с неполным использованием хода поршня при расширении, худшее освобождение цилиндра от выхлопных газов и частичной затраты мощности на продувку приводят к увеличению мощности двигателя лишь на 60-70 процентов.

Как он устроен

Устройство двигателя состоит из картера, в котором с двух сторон на подшипниках установлен коленвал и цилиндр. В цилиндре перемещается поршень, который представляет из себя металлический стакан, на котором в канавки вложены пружинные поршневые кольца. Эти кольца не пропускают газы между стенкой цилиндра и поршнем. В поршне имеется металлический стержень — палец, который соединяет его с шатуном. Шатун передает возвратно-поступательные движения поршня во вращательные движения коленвала.

Для смазки подшипников и трущихся поверхностей двухтактного двигателя используется топливная смесь, в которую подмешивают немного масла. Смесь топлива с маслом попадает как в кривошипную камеру, так и в цилиндр. В этих узлах смазки нигде нет, так как она бы все равно смылась топливной смесью. Именно поэтому масло добавляют к бензину в определенной пропорции. Для этого используется специальный тип масла, предназначенный специально для двухтактных двигателей. Такое масло способно выдерживать высокую температуру, а при сгорании с топливом оставлять после себя наименьшее количество зольных отложений.

Как он работает

Рассмотрим принцип работы. Полный рабочий цикл в двухтактном двигателе внутреннего сгорания происходит за два такта:

1. сжатие;
2. рабочий ход.

Такт первый

Сжатие. Поршень двигается из положения нижней мертвой точки в положение к верхней, при этом закрывает сначала продувочное, а потом выпускное окно. После этого в цилиндре происходит сжатие поступившей в него раннее топливной смеси. Вместе с этим в кривошипной камере под поршнем, после перекрывания продувочного окна, создается разряженное пространство. Под действием этого разряжения через впускное окно в кривошипную камеру из карбюратора попадает горючая смесь.

Такт второй

Рабочий ход. Когда поршень установлен в положении верхней точки, сжатая топливная смесь поджигается от свечи электрическим разрядом, в результате чего давление и температура газов резко увеличивается. Под действием этого расширения поршень двигается в положение нижней мертвой точки — расширившийся газ осуществляет полезную работу. При этом, опускаясь вниз, он образует большое давление в кривошипной камере, закрывающее клапан. После закрытия клапана газы не могут повторно попасть во впускной коллектор и карбюратор.

При достижении поршнем выпускного окна, оно откроется и начинается выпуск выхлопных газов, давление их в цилиндре снижается. Двигаясь дальше, поршень открывает продувочное окно, и сжатые горючие газы в кривошипной камере проходит по каналу в цилиндр, продувая его от остатка газов. После этого цикл повторяется заново.

Заключение

Стоит сказать пару слов о зажигании. В связи с тем, что топливу для воспламенения необходимо время, разряд на свече зажигания должен появиться раньше, чем поршень дойдет до верхней точки, поэтому, чем быстрее двигается поршень, тем раньше должна быть искра. Бывают электронные и механические устройства, способные изменять угол зажигания, изменяющейся при разных частотах вращения.

Принцип работы двухтактного двигателя

Поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) могут классифицироваться по разным признакам, но чаще всего в первую очередь говорят о количестве тактов, то есть ходов поршня, неважно, вверх или вниз, за один полный цикл работы. Каждые два такта дают один оборот коленчатого вала. За весь цикл только один такт будет рабочим, то есть переводящим тепловую энергию расширяющегося газа в механическую работу. Тактов за цикл может быть от двух до шести, но реально используются только двух- и четырёхтактные ДВС. С точки зрения удельной отдачи лидирует тот мотор, у которого плотность рабочих ходов на каждый оборот больше. Поэтому принцип работы двухтактного двигателя заслуживает рассмотрения хотя бы по этой причине.

Содержание

Организация процессов в двухтактной схеме

В двухтактном двигателе отсутствует газораспределительный механизм.

Точнее, его роль выполняется поршнем и особым образом конфигурированными впускными и выпускными каналами. А чтобы одновременно выполнять процессы впуска свежей смеси и её сжатие, а также очистки цилиндра от отработанных газов, используется не только надпоршневое пространство, но и объём картера двигателя, повышение и понижение давления в котором осуществляется нижней стороной поршня.

Во время первого такта поршень перекрывает продувочное окно в стенке цилиндра и начинает вытеснять продукты выхлопа через выпускное. По мере дальнейшего движения вверх выпуск также закрывается тем же поршнем, надпоршневой объём герметизируется, и начинается сжатие смеси. Заканчивается такт её поджиганием искрой в свече или самопроизвольно от нагрева при сжатии, если это двухтактный дизель (бывают и такие, например, в старых грузовиках, судовых двигателях или авиамоделях).

Второй такт

сопровождается расширением горячих продуктов сгорания топлива, которые давят на поршень, совершая полезную работу. Давление под поршнем растёт, поскольку впускной клапан или золотник от карбюратора закрывается. Свежая смесь, набранная в картер при первом такте, сжимается, подготавливаясь к впрыску под давлением через продувочное окно в цилиндр.

Важную роль играет момент одновременного открытия выпускного окна и продувочного. Свежая смесь поступает в цилиндр, вытесняя отработанную. Этот процесс называется продувкой, и от её правильной организации во многом зависит отдача двигателя, его расход топлива и моментная характеристика.

Схем продувки несколько, их применяемость зависит от назначения двигателя, сейчас в основном применяется петлевая трёхканальная продувка, изобретённая немецким инженером Шнюрле, когда поступающая смесь выходит вертикально из двух каналов, отклоняется потоком из третьего, описывает петлю и выталкивает отработанные газы в глушитель. Это наиболее быстрый и эффективный способ очистки цилиндра.

В цилиндре неизбежно или остаётся часть бесполезных газов, или, наоборот, на выхлоп уходит какая-то доля несгоревшей смеси топлива с воздухом. Из-за этого падает топливная экономичность, с чем сражаются разработчики, настраивая схему продувки под все режимы. Особую роль при этом играет объём картера и конструкция клапана на впуске.

Достоинства и недостатки двухтактных двигателей

Зная, как работает двухтактный двигатель, уже можно предсказать чем он будет выгодно отличаться от четырёхтактного, а в чём безнадёжно проиграет. Основными плюсами такой конструкции стали:

• простота и малое количество деталей, что позволяет создавать достаточно мощные моторы при малой массе;
• наличие рабочего хода в каждом цилиндре при одном обороте коленчатого вала обеспечивает вдвое большую отдачу при том же рабочем объёме, то есть пространстве, описываемом поршнями за один ход;
• широкий диапазон возможных оборотов двигателя при отдаче им максимальной мощности, что обусловило применение таких моторов как в качестве сверхтихоходных дизелей прямого привода винтов в судостроении, так и на гоночных мотоциклах, где обороты превышают десяток тысяч в минуту;
• нет необходимости в тяжёлом маховике для запасания энергии на выполнение пассивных тактов;
• отсутствует потребность в отдельной системе смазки с насосами, теплообменниками и фильтрацией;
• дешевизна при изготовлении.

Но недостатков значительно больше:

• низкая топливная экономичность из-за трудностей с полной очисткой цилиндров от выхлопных газов;
• напряжённый тепловой режим, каждый второй такт нагревает поршни и цилиндры;
• трудности с обеспечением экологичности, если совершенствовать двигатель в этом направлении, то он, скорее всего, станет сложнее четырёхтактного, придётся применять прямой впрыск и систему наддува;
• необходимость смешивать масло с бензином, поскольку иначе его в картер не доставить, оно будет вымываться;
• эффективность масел при их растворении в топливе снижается, что вынуждает для обеспечения долговечности использовать специальные двухтактные масла, но и это плохо помогает;
• двухтактные двигатели работают шумно, поскольку они очень требовательны к низкому аэродинамическому сопротивлению выпускного тракта, что не позволяет совмещать мощность и экономичность с малошумностью;
• дымный выхлоп из-за постоянного горения масла в цилиндрах.

Как видно, применение двухтактных двигателей возможно лишь в особых случаях, когда их немногочисленные достоинства особенно важны.

Читайте также: Что такое АКБ в машине

Перспективы

Постепенно двухтактники вытесняются более совершенными четырёхтактными двигателями даже из тех сфер, где они традиционно были вне конкуренции. Уже нельзя встретить двухтактный дизель на грузовике или новом теплоходе, да и в легкомоторной авиации, а главное, на мотоциклах они повсеместно заменяются на более экономичные и экологичные моторы с клапанным механизмом в головке блока.

Ситуацию не спасают даже самые современные технологии вроде прямого впрыска или роторных наддувов. А преимущество в массогабаритах на сегодняшнем уровне развития техники сходит на нет, новые материалы позволяют создавать компактные и надёжные конструкции газораспределительных механизмов. Можно сказать, что принцип работы двухтактного двигателя окончательно устарел, да и вообще двигатели внутреннего сгорания его ненадолго переживут. Будущее за другими способами получения механической энергии.

Вам также будет интересно почитать:

Почему на кораблях двухтактные главные двигатели используются вместо четырехтактных?

Автор: Аниш 21 апреля 2021 г. 31 августа 2021 г. Главный двигатель

При постройке корабля на верфи наиболее важным механизмом, который необходимо выбрать, является главный движитель.

Как 2-тактные, так и 4-тактные двигатели широко доступны на рынке, но для больших океанских торговых судов в качестве основного двигателя чаще используется 2-тактный двигатель, и он имеет гораздо лучший рынок.

Несмотря на широкий спектр преимуществ, которые предлагает 4-тактный двигатель, таких как компактный размер установки, гораздо большее число оборотов в минуту или скорость и т. д., 2-тактный двигатель затмевает немногими, но жизненно важными преимуществами.

 

Некоторые важные причины, по которым двухтактные двигатели более популярны, чем четырехтактные, в качестве основных силовых установок на судах

• Выбор топлива более высокие затраты на эксплуатацию судна. Двухтактный двигатель может сжигать низкосортное нефтяное топливо и, следовательно, снижать эксплуатационные расходы корабля.

• Эффективность : Термический и двигательный КПД 2-тактного двигателя намного лучше, чем у 4-тактного двигателя.

• Мощность : Большинство двухтактных двигателей теперь являются двигателями с большим ходом поршня, которые производят больше мощности. Следовательно, они имеют более высокое отношение мощности к весу по сравнению с 4-тактными двигателями.

• Больше груза : Судно может перевозить больше веса и, следовательно, больше груза с 2-тактными двигателями из-за высокого отношения мощности к весу.

• Надежность : Двухтактные двигатели более надежны в эксплуатации по сравнению с четырехтактными двигателями.

• Меньше обслуживания : Требование к техническому обслуживанию двухтактного двигателя намного меньше, чем у четырехтактного двигателя.

• Управление направлением : Прямой пуск и реверс проще с двухтактным двигателем.
• Без редукторов : Поскольку двухтактные двигатели являются низкоскоростными двигателями, нет необходимости в редукторе или редукторе, как это требуется для высокоскоростных четырехтактных двигателей.

Однако маневренность двухтактного двигателя меньше, чем у четырехтактного двигателя, а начальная стоимость установки двухтактной силовой установки также намного выше, чем стоимость эксплуатации и обслуживания четырехтактного двигателя. двигатель.

В двухтактном двигателе экономия на высококачественном топливе может компенсировать все другие недостатки, а также снизить общую стоимость эксплуатации корабля.

Вы также можете прочитать: Что такое местное или аварийное маневрирование на корабле?

Отказ от ответственности:  Мнения авторов, выраженные в этой статье, не обязательно отражают точку зрения Marine Insight. Данные и диаграммы, если они используются в статье, были получены из доступной информации и не были подтверждены каким-либо установленным законом органом. Автор и компания Marine Insight не претендуют на точность и не несут за это никакой ответственности. Взгляды представляют собой только мнения и не представляют собой каких-либо указаний или рекомендаций относительно какого-либо курса действий, которым должен следовать читатель.

Ярый моряк и технарь, Аниш Ванкхеде побывал на нескольких кораблях в качестве морского механика. Он любит многозадачность, работу в сети и устранение неполадок. Именно он стоит за уникальной креативностью и эстетикой Marine Insight.

2-тактный двигатель с искровым зажиганием (2-тактный бензиновый двигатель)

Хотя 2-тактные двигатели с искровым зажиганием (2-тактный бензиновый двигатель) не так широко используются в большинстве стран, они по-прежнему являются частью традиционных типов двигателей во всем мире. 2-тактный бензиновый двигатель отличается от 4-тактного бензинового двигателя тем, что он вырабатывает мощность числом оборотов коленчатого вала. В отличие от 4-тактного бензинового двигателя, 2-тактный цикл искрового зажигания вырабатывает мощность при каждом своем обороте. Этот цикл уступает традиционным четырем тактам для выполнения полного цикла. Вместо этого он объединяет два хода в один, делая один ход вверх и один ход вниз при каждом обороте коленчатого вала.

Таким образом, двухтактный бензиновый двигатель вырабатывает мощность при каждом ходе поршня вниз. Таким образом, он производит вдвое больше выходной мощности по сравнению с 4-тактным двигателем того же размера. Однако КПД 2-тактного бензинового двигателя ниже по сравнению с 4-тактным бензиновым двигателем того же размера. Это потому, что этот цикл зажигания исключает такты всасывания и выпуска. Вместо этого он использует два оставшихся такта, такт сжатия и рабочий такт. Они известны как ход вверх и ход вниз соответственно.

Ход вверх:

Во время хода вверх в двухтактном цикле искрового зажигания поршень перемещается вверх, т. е. из нижней мертвой точки в верхнюю мертвую точку. Двигаясь вверх, он сжимает топливовоздушную смесь в камере сгорания. Кроме того, движение поршня вверх создает в картере частичное разрежение. Таким образом, через открытое впускное отверстие в картер поступает свежий заряд (воздушно-топливная смесь).

Ход вверх в 2-тактном цикле искрового зажигания

Когда поршень находится в верхней мертвой точке, он закрывает/закрывает выпускной и перепускной каналы. Затем свеча зажигания воспламеняет сжатый заряд в камере сгорания и производит рабочий ход. Рабочий ход толкает поршень вниз и вращает коленчатый вал.

Ход вниз:

Как только свеча зажигания воспламеняет заряд в двухтактном цикле, горячие газы расширяются и толкают поршень вниз, вращая коленчатый вал. Во время этого хода поршень закрывает впускное отверстие и сжимает новый заряд картера (воздушно-топливная смесь). Дальнейшее движение поршня вниз сначала открывает выпускное отверстие, а затем переходное отверстие. Таким образом, выхлопные газы могут выходить через открытое выпускное отверстие.

Нисходящий ход в 2-тактном цикле искрового зажигания

Передаточный порт не открывается; чем нагнетание свежего заряда в цилиндр. Заряд сначала попадает в дефлектор на днище поршня, поднимается к верхней части цилиндра и выталкивает оставшиеся выхлопные газы. Некоторая часть свежего заряда также выходит через выхлоп во время этого процесса. По этой причине двухтактный цикл искрового зажигания не соответствует строгим нормам выбросов.