Именно по такому принципу работает двигатель внутреннего сгорания современного автомобиля. Ниже приводится анализ рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания.
2ух тактные двигатели внутреннего сгорания
Поршневые двигатели заняли ведущее место в экономической деятельности человека. Стремление сделать четырехтактный двигатель более эффективным привело к разработке всевозможных правдоподобных и неправдоподобных конструкций и методов двигателя. Одна из этих систем поршневого двигателя, с измененной процедурой эксплуатации, оказалась практичной и была широко внедрена в технологию.
По числу тактов двигателя внутреннего сгорания делятся на две основные группы: Двухтактные и четырехтактные двигатели. В двухтактных двигателях их всего два: такт сжатия и такт выхлопа. В четырехтактном двигателе имеется четыре ступени: Впуск, сжатие, расширение или ход поршня и выхлоп. Первый вариант кажется лучшим выбором, так как цикл повторяется с каждым оборотом кривошипа и высвобождается в два раза больше энергии. Однако это не совсем так, о чем свидетельствует ограниченное использование двухтактных двигателей, особенно в крупных транспортных средствах, оборудовании и топливоемких операциях. Чтобы понять причины потери энергии во время рабочего цикла, нам необходимо рассмотреть характеристики двигателя.
Процесс работы двигателя
Рабочий цикл двухтактного двигателя включает в себя следующую последовательность событий: — Во время такта сжатия поршень в цилиндре перемещается из нижней мертвой точки (НМТ) в верхнюю мертвую точку (ВМТ). Топливо поступает в камеру сгорания через вентиляционное отверстие, после чего поршень перекрывает это пространство. Чем выше он поднимается, тем больше он также закрывает выпускное отверстие для удаления продуктов сгорания. Это создает вакуум в пространстве под поршнем (картере), которое заполняется новым количеством топлива. Когда поршень достигает верхней мертвой точки, происходит воспламенение сжатого топлива; — Во время такта расширения газы, образующиеся при сгорании топлива, толкают поршень вниз, открывая сначала выпускное, а затем вентиляционное отверстие. Расширенные газы проходят через первое окно в глушитель и выходят наружу. В то же время движение поршня вниз увеличивает давление в заполненном топливом картере. Топливо выталкивается вверх в цилиндр, заполняя пространство над поршнем и вытесняя оставшиеся выхлопные газы. Затем цикл повторяется.
Такой принцип работы позволяет отказаться от системы управления, характерной для четырехтактных двигателей, которая управляет впускными и выпускными клапанами. С одной стороны, это снижает сложность и вес, с другой стороны, газообмен в камере сгорания не является оптимальным. При двухтактном режиме работы после выпуска воздуха из цилиндра и попадания отработавших газов в глушитель определенное количество несгоревшего топлива пропускается, расходуя больше топлива и повышая токсичность отработавших газов.
Виды газораспределительной системы
Поскольку продувочные окна в цилиндре иногда находятся в одной плоскости, обмен газов в цилиндре затрудняется, весь объем цилиндра не подвергается воздействию свежей части воздушной смеси, и часть отработанных газов остается в цилиндре. Более эффективный и быстрый обмен отработанных газов со свежим воздухом обеспечивается конструктивными особенностями поршня и расположением очистительных окон в цилиндре. Существует несколько вариантов проведения очистки цилиндра:
Контурная продувка
Контурный обдув снова делится на обратный обдув, обдув прогиба и обдув высоты. Все эти типы имеют один существенный недостаток: чрезмерный расход топлива из-за удаления несгоревшего топливного заряда при продувке.
П- или Л-образная продувка
U- или L-образный впуск более эффективен с точки зрения расхода топлива, но температура вблизи выпускного окна значительно повышается. Особенностью конструкции является то, что для него требуется двухцилиндровый двигатель. Одна пара цилиндров-поршней выполняет функцию впуска, а другая пара — выхлопа.
Клапанная или клапанно-щелевая продувка
Очистка клапанов или клапанных щелей, в отличие от других типов, требует наличия устройства синхронизации, управляемого клапаном. Клапан может использоваться как для заполнения, так и для выпуска воздуха. При очистке щели клапана отработавшие газы выходят через клапан в головке цилиндра, а свежий заряд поступает через окна (порты). Это снижает расход топлива и токсичность выхлопа, но усложняет конструкцию двигателя и может препятствовать нормальному сгоранию заряда из-за повышенной температуры.
Прямоточная продувка
Прямая продувка используется в двигателях, где два поршня расположены горизонтально друг к другу. В этом случае при движении каждый поршень открывает и закрывает «свой» клапан: один поршень отвечает за добавление заряда, а другой — за удаление газа. Камера сгорания в данном случае — это пространство между поршнями. Это более сложная камера сгорания, а высокие температуры в цилиндрах требуют дополнительного охлаждения и более прочных компонентов. Однако это самый эффективный способ добиться полного удаления выхлопных газов с минимальной потерей топливной нагрузки.
Исходное положение для второго такта — это когда поршень находится в ВМТ, впускной клапан плотно закрыт, а цилиндр заполнен смесью. На втором такте поршень перемещается из НМТ в ТДЦ, сжимая смесь заряда в цилиндре.
Принцип работы. Весь рабочий цикл в двигателе осуществляется за два такта
Такт сжатия.
Такт рабочего хода.
Принцип воспламенения. Топливной смеси требуется время для воспламенения, поэтому искра зажигается немного раньше, чем точка TDC поршня. В идеале, чем быстрее движется поршень, тем раньше должно происходить зажигание, так как поршень быстрее достигает верхней мертвой точки. Существуют механические и электронные устройства, которые изменяют угол зажигания в зависимости от оборотов двигателя. На практике скутеры не оснащались такими системами до 2000 года, и угол регулировки зажигания статически устанавливался на оптимальные обороты двигателя.
Особенности мотора с двумя тактами
Двухтактный двигатель совершает полный цикл за один оборот коленчатого вала, что позволяет получить большую мощность на литр, чем четырехтактный двигатель при той же скорости. Однако эффективность двухтактного двигателя ниже из-за несовершенного механизма синхронизации, неизбежных потерь смеси при расширении и несовершенного хода поршня.
Двухтактный двигатель сильно нагревается, так как во время работы выделяется много тепловой энергии. Иногда может потребоваться дополнительное охлаждение. Двухтактные двигатели с большим количеством цилиндров редко используются в мотоциклах; наиболее распространенным типом двигателя является одноцилиндровый двигатель с воздушным охлаждением.
В двухтактном цикле поршень перемещается меньше за ход, и нагрузка на коленчатый вал от вспомогательных систем управления, смазки и охлаждения меньше или вообще отсутствует. Это приводит к меньшему износу поршневого узла. Хотя это не критично для легкого оборудования, медленный двухтактный дизельный двигатель может прослужить во много раз дольше, чем любой другой двигатель. По этой причине они широко используются в локомотивах, генераторах и судовых двигателях.
Двухтактный бензиновый двигатель имеет более высокую пиковую мощность. Это активно используется мотогонщиками, особенно в гонках по пересеченной местности, где требуется мгновенная реакция на дроссельную заслонку. Он также проще в обслуживании, дешевле и легче, чем четырехтактный двигатель.
Расход топлива будет выше на 25-30%, кроме того, он будет громче и сильнее вибрировать. Двигатель не может соответствовать строгим экологическим нормам, даже с впрыском топлива и компрессором. Высокий расход воздуха требует специальных воздушных фильтров.
Система смазки и приготовление топлива
Двухтактный двигатель требует эффективной смазки движущихся частей. Здесь нет центральной, отдельной масляной системы с масляным насосом, как в четырехтактных двигателях, поэтому масло добавляется в бензин в соотношении 1:25 — 1:50. Смесь находится в камерах поршня и кривошипа и смазывает шатунные подшипники, стенки цилиндра и поршневые кольца. При воспламенении воздушной смеси масло сгорает и выбрасывается вместе с выхлопными газами.
Моторное масло должно быть специальным маслом для двухтактных двигателей, обычно с маркировкой 2T на контейнере. Использование обычного автомобильного масла недопустимо по ряду причин:
- Моторное масло 2T должно быть хорошо растворимо в бензине,
- Оно обладает отличными смазывающими свойствами, улучшает работу двигателя и снижает трение,
- Он защищает детали поршневого узла от коррозии,
- Двухтактный смазочный материал должен гореть без остатка, без образования нагара и сажи. Высокое содержание золы в обычном масле приводит к грануляции поршневых колец.
Существует два различных способа подачи смазки в двухтактный двигатель. Первое и самое простое — смешать его с топливом в правильной пропорции. Второй — наличие отдельной системы смазки для двухтактного двигателя, где топливно-масляная смесь готовится в специальной форсунке непосредственно перед поступлением в двигатель. В этом случае устанавливается отдельный масляный бак, а масло подается специальным поршневым насосом.
Эта система широко используется на современных мотоциклах и скутерах. Помимо удобства пользования (не нужно каждый раз на глаз заполнять масляный бак), это еще и значительная экономия масла, так как впрыск масла зависит от оборотов двигателя. На холостом ходу соотношение масла может достигать 1:200.
Объем между ТНС и НМТ называется рабочим объемом цилиндра. Сложение объема камеры сгорания (т.е. пространства над TDC) и рабочего объема цилиндра дает общий объем цилиндра. Сумма общих объемов всех цилиндров называется рабочим объемом двигателя.
Особенности мотора с двумя тактами
Двухтактный двигатель совершает полный цикл за один оборот коленчатого вала, что позволяет получить большую мощность на литр, чем четырехтактный двигатель при той же скорости. Однако эффективность двухтактного двигателя ниже из-за несовершенного механизма синхронизации, неизбежных потерь смеси при расширении и несовершенного хода поршня.
Двухтактный двигатель сильно нагревается, так как во время работы выделяется много тепловой энергии. Иногда может потребоваться дополнительное охлаждение. Двухтактные двигатели с большим количеством цилиндров редко используются в мотоциклах; наиболее распространенным типом двигателя является одноцилиндровый двигатель с воздушным охлаждением.
В двухтактном цикле поршень перемещается меньше за ход, и нагрузка на коленчатый вал от вспомогательных систем управления, смазки и охлаждения меньше или вообще отсутствует. Это приводит к меньшему износу поршневого узла. Хотя это не критично для легкого оборудования, медленный двухтактный дизельный двигатель может прослужить во много раз дольше, чем любой другой двигатель. По этой причине они широко используются в локомотивах, генераторах и судовых двигателях.
Двухтактный бензиновый двигатель имеет более высокую пиковую мощность. Это активно используется мотогонщиками, особенно в гонках по пересеченной местности, где требуется мгновенная реакция на дроссельную заслонку. Он также проще в обслуживании, дешевле и легче, чем четырехтактный двигатель.
Расход топлива будет выше на 25-30%, кроме того, он будет громче и сильнее вибрировать. Двигатель не может соответствовать строгим экологическим нормам, даже с впрыском топлива и компрессором. Высокий расход воздуха требует специальных воздушных фильтров.
Система смазки и приготовление топлива
Двухтактный двигатель требует эффективной смазки движущихся частей. Здесь нет центральной, отдельной масляной системы с масляным насосом, как в четырехтактных двигателях, поэтому масло добавляется в бензин в соотношении 1:25 — 1:50. Смесь находится в камерах поршня и кривошипа и смазывает шатунные подшипники, стенки цилиндра и поршневые кольца. При воспламенении воздушной смеси масло сгорает и выбрасывается вместе с выхлопными газами.
Моторное масло должно быть специальным маслом для двухтактных двигателей, обычно с маркировкой 2T на контейнере. Использование обычного автомобильного масла недопустимо по ряду причин:
- Моторное масло 2T должно быть хорошо растворимо в бензине,
- Оно обладает отличными смазывающими свойствами, улучшает работу двигателя и снижает трение,
- Он защищает детали поршневого узла от коррозии,
- Двухтактный смазочный материал должен гореть без остатка, без образования нагара и сажи. Высокое содержание золы в обычном масле приводит к грануляции поршневых колец.
Существует два различных способа подачи смазки в двухтактный двигатель. Первое и самое простое — смешать его с топливом в правильной пропорции. Второй — наличие отдельной системы смазки для двухтактного двигателя, где топливно-масляная смесь готовится в специальной форсунке непосредственно перед поступлением в двигатель. В этом случае устанавливается отдельный масляный бак, а масло подается специальным поршневым насосом.
Эта система широко используется на современных мотоциклах и скутерах. Помимо удобства пользования (не нужно каждый раз на глаз заполнять масляный бак), это еще и значительная экономия масла, так как впрыск масла зависит от оборотов двигателя. На холостом ходу соотношение масла может достигать 1:200.
Как он работает
Давайте рассмотрим принцип работы. Полный цикл работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания может быть выполнен с помощью двух тактов:
Такт первый
Сжатие. Поршень перемещается из нижней мертвой точки в верхнюю мертвую точку, сначала закрывая выпускное отверстие, а затем выпускное отверстие. Затем топливная смесь сжимается в цилиндре. В то же время в картере под поршнем после закрытия выпускного отверстия возникает отрицательное давление. Топливная смесь из карбюратора поступает в картер двигателя через впускное отверстие.
Такт второй
Функциональный инсульт. Когда поршень находится в верхнем положении, сжатая топливная смесь воспламеняется от свечи зажигания электрическим разрядом, вызывая резкое повышение давления и температуры газа. В результате расширения поршень перемещается в нижнюю мертвую точку — расширенный газ совершает полезную работу. Двигаясь вниз, он создает высокое давление в картере, которое закрывает клапан. Когда клапан закрыт, газы больше не могут поступать обратно 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. » alt=»»>
Эта система широко используется на современных мотоциклах и скутерах. Помимо удобства пользования (не нужно каждый раз на глаз заполнять масляный бак), это еще и значительная экономия масла, так как впрыск масла зависит от оборотов двигателя. На холостом ходу соотношение масла может достигать 1:200.
Петлевая продувка
Поскольку поршень с перегородкой имеет слишком много недостатков, а плоское или слегка закругленное днище
Типы форсунок для двухтактных двигателей
поршня мало влияет на поток поступающей смеси или выходящих выхлопных газов, требовался другой вариант. Он был разработан в ZO доктором Э. Шнурле, который изобрел и запатентовал его (хотя принято считать, что первоначально он разработал его для двухтактного дизельного двигателя). Выхлопные окна установлены друг напротив друга на стенке цилиндра и наклонены вверх и назад. Таким образом, поступающая смесь ударяется о заднюю стенку цилиндра, отклоняется вверх, а затем по кругу попадает на выхлопные газы и выводит их через выпускное окно. Таким образом, хорошая очистка цилиндра может быть достигнута благодаря расположению чистящих окон. Необходимо тщательно продумать форму и размер воздуховодов. Если канал слишком широкий, поршневое кольцо, обходящее его, может застрять в окне и заклинить, вызвав повреждение. Поэтому размер и форма окон таковы, чтобы дорожка могла беспрепятственно проходить через них, а некоторые широкие окна соединяются посередине перемычкой, которая служит опорой для колец. Другим вариантом может быть использование нескольких небольших окон.
В настоящее время существует множество вариантов расположения, количества и размера окон, которые играют важную роль в повышении эффективности двухтактных двигателей. Некоторые двигатели оснащены отсеивающими окнами, которые служат исключительно для улучшения отсеивания и открываются непосредственно перед основными отсеивающими окнами, через которые подается большая часть свежей смеси. Но это все, что пока можно сделать для улучшения газообмена без использования дорогостоящих компонентов. Для дальнейшего повышения производительности необходимо более точно контролировать фазу заполнения.
Лепестковые клапана
В конструкции любого двухтактного двигателя повышение эффективности и экономии топлива означает более эффективную работу двигателя, что означает сжигание максимального количества топлива (и, следовательно, максимальной мощности) на каждом такте двигателя. Задача состоит в том, чтобы удалить весь объем отработавших газов и заполнить цилиндр как можно большим объемом свежей смеси. Поскольку процессы газообмена в двигателе совершенствуются при использовании поршня в качестве дозирующего устройства, нет гарантии, что оставшиеся в цилиндре отработавшие газы будут полностью удалены, а объем поступающей в цилиндр свежей смеси не может быть увеличен для вытеснения отработавших газов. Решением может быть заполнение картера большим количеством смеси путем увеличения ее объема, но на практике это приводит к менее эффективному сгоранию. Для повышения эффективности нагнетателя необходимо уменьшить объем картера, ограничив пространство, доступное для удаления отработавших газов. Таким образом, компромисс уже существует, и необходимо найти другие способы повышения эффективности. В двухтактном двигателе, где поршень играет роль распределителя газов, часть топливно-воздушной смеси, поступающей в картер, неизбежно теряется при движении поршня вниз в процессе сгорания. Эта смесь вытесняется обратно во впускное окно и, таким образом, теряется. Необходим более эффективный метод контроля поступающей смеси. Потерю смеси можно предотвратить с помощью заслонки, тарельчатого клапана или их комбинации.
Лопастной клапан состоит из металлического корпуса и седла с металлическим седлом клапана и лопастной гайки.
Suzuki Lets TW Педальный клапан TW
Клапанная заслонка автомобиля Suzuki Lets TW оснащена уплотнением из синтетического каучука. На корпусе клапана установлены две или более заслонки, которые закрыты при нормальных атмосферных условиях. Кроме того, на каждой створке клапана установлены ограничительные пластины для ограничения движения створки и предотвращения поломки. Тонкие лопасти клапанов обычно изготавливаются из гибкой (пружинной) стали, но популярными становятся также экзотические материалы на основе фенольной смолы или стекловолокна.
Схема клапана педали
Клапан открывается, отгибая кулачки вверх к ограничительным пластинам, которые предназначены для открытия, как только возникает положительная разница давления между атмосферой и картером; это происходит, когда поршень, двигаясь вверх, создает вакуум в картере. Когда смесь подается в картер и поршень начинает двигаться вниз, давление в картере повышается до атмосферного и кулачки толкаются вниз, закрывая клапан. Таким образом, подается максимальное количество смеси и предотвращается взрыв. Дополнительная масса смеси более полно заполняет цилиндр, и продувка осуществляется более эффективно. Первоначально дроссельные заслонки были адаптированы для использования в существующих двигателях с поршнем в качестве газораспределителя, что привело к значительному улучшению характеристик двигателя. В некоторых случаях производители выбирают комбинацию двух конструкций: В одном из них двигатель имеет поршень в качестве распределителя. дополненный дроссельной заслонкой для продолжения процесса заполнения через дополнительные каналы в картере после закрытия поршнем основного канала, если позволяет давление в картере двигателя; в другой конструкции в поверхность юбки поршня были встроены окна, чтобы в конечном итоге исключить контроль поршня над каналами, чтобы они открывались и закрывались. Развитие этой идеи означало, что клапан и впускное отверстие можно было перенести из цилиндра в картер. Предупреждения о том, что в конусах клапанов могут образоваться трещины и что конусы могут проникнуть внутрь двигателя, оказались в основном необоснованными. Перемещение впускного коллектора дает ряд преимуществ, главное из которых заключается в том, что поток газов в полости картера становится свободнее, и поэтому в картер может поступать больше смеси. Этому в определенной степени способствует импульс (скорость и вес) поступающей смеси. Переместив впускное отверстие подальше от цилиндра, можно еще больше повысить эффективность за счет перемещения выпускного окна (окон) в оптимальное для выхлопа положение. Конечно, в последние годы базовая конструкция лепестковых клапанов была подробно изучена, и появились сложные конструкции с двухступенчатыми лепестками и корпусами клапанов с несколькими лепестками. Последние разработки в области лепестковых клапанов касаются материалов, используемых для лопаток, а также расположения и размера лопаток.
Дисковые клапана (золотниковое распределение)
Тарельчатый клапан состоит из тонкого стального диска, прикрепленного к коленчатому валу с помощью клина.
Принцип работы тарельчатого клапана
Расположен на внешней стороне впускного окна между карбюратором и верхней частью картера, так что канал обычно закрыт диском. Из диска вырезается сектор, позволяющий заполнить нужную область цикла работы двигателя. При вращении коленчатого вала и макового клапана впускное окно открывается, когда сектор разделения проходит через канал, позволяя смеси поступать непосредственно в картер. Затем канал закрывается диском, чтобы смесь не могла поступать обратно в карбюратор, когда поршень начинает двигаться вниз.
К очевидным преимуществам использования макового клапана относится более точное управление началом и концом процесса (площадь или сектор мака, проходящий через канал) и продолжительностью процесса заполнения (т.е. размер отсечки мака по отношению ко времени открытия канала). Маковый клапан также обеспечивает большой диаметр впускного отверстия и гарантирует беспрепятственный поток смеси в картер. В отличие от ротационного клапана с относительно большим корпусом клапана, маковый клапан не забивает впускной канал и тем самым улучшает газообмен в двигателе. Еще одним преимуществом корончатого клапана, который используется на спортивных мотоциклах, является то, что его можно заменить в любое время, чтобы отрегулировать работу двигателя при различных поездках. Основными недостатками поппет-клапана являются технические сложности, требующие низких допусков при изготовлении, и отсутствие адаптивности, т.е. неспособность клапана реагировать на изменяющиеся потребности двигателя подобно педальному клапану. Кроме того, все дисковые клапаны подвержены воздействию загрязнений, попадающих в двигатель с воздухом (мелкие частицы и пыль оседают в канавках уплотнения и царапают диск). Тем не менее, на практике дисковые клапаны работают очень хорошо и обычно способствуют значительному увеличению мощности на низких оборотах по сравнению с обычным двигателем с поршнем в качестве распределительного вала.
U- или L-образный впуск более эффективен с точки зрения расхода топлива, но температура вблизи выпускного окна значительно повышается. Особенностью конструкции является то, что для него требуется двухцилиндровый двигатель. Одна пара цилиндров-поршней выполняет функцию впуска, а другая пара — выхлопа.
Система смазки и приготовление топлива
Двухтактный двигатель требует эффективной смазки движущихся частей. Здесь нет центральной, отдельной масляной системы с масляным насосом, как в четырехтактных двигателях, поэтому масло добавляется в бензин в соотношении 1:25 — 1:50. Смесь находится в камерах поршня и кривошипа и смазывает шатунные подшипники, стенки цилиндра и поршневые кольца. При воспламенении воздушной смеси масло сгорает и выбрасывается вместе с выхлопными газами.
Моторное масло должно быть специальным маслом для двухтактных двигателей, обычно с маркировкой 2T на контейнере. Использование обычного автомобильного масла недопустимо по ряду причин:
- Моторное масло 2T должно быть хорошо растворимо в бензине,
- Оно обладает отличными смазывающими свойствами, улучшает работу двигателя и снижает трение,
- Он защищает детали поршневого узла от коррозии,
- Двухтактный смазочный материал должен гореть без остатка, без образования нагара и сажи. Высокое содержание золы в обычном масле приводит к грануляции поршневых колец.
Существует два различных способа подачи смазки в двухтактный двигатель. Первое и самое простое — смешать его с топливом в правильной пропорции. Второй — наличие отдельной системы смазки для двухтактного двигателя, где топливно-масляная смесь готовится в специальной форсунке непосредственно перед поступлением в двигатель. В этом случае устанавливается отдельный масляный бак, а масло подается специальным поршневым насосом.
Эта система широко используется на современных мотоциклах и скутерах. Помимо удобства пользования (не нужно каждый раз на глаз заполнять масляный бак), это еще и значительная экономия масла, так как впрыск масла зависит от оборотов двигателя. На холостом ходу соотношение масла может достигать 1:200.
Устройство двухтактного двигателя
Конструкция проще, чем у четырехтактного двигателя. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания не имеет механизма управления. Двигатель состоит из блока цилиндров с установленным на подшипниках коленчатым валом.
Головка шатуна находится в определенном месте — на шейке коленчатого вала. Между головкой шатуна и шейкой коленчатого вала находятся гильзы, закрепленные крышками.
Верхний конец шатуна соединен с поршнем с помощью пальца. Палец представляет собой полый цилиндр, который служит соединительным элементом между шатуном и поршнем.
Поршень несет компрессионные кольца, от которых зависит компрессия двигателя, в специальных канавках по его окружности в верхней части.
Движущим элементом двигателя внутреннего сгорания является топливно-воздушная смесь, которая при сгорании выделяет энергию и толкает поршень вниз. Движение поршня вверх и вниз вращает коленчатый вал. Маховик соединен с коленчатым валом, который продолжает вращение, то есть с зубчатым валом и так далее.
Двухтактный двигатель охлаждается лопатками внешнего блока. Помимо внешнего охлаждения, часть охлаждения поступает от бензинового масла.
Двухтактные двигатели заправляются бензином с добавлением специального моторного масла. В косилку Stihl, например, необходимо добавить 100 граммов бензина на 5 литров, то есть соотношение бензина и масла составляет 50:1. Это именно то количество масла, которое идеально смазывает поверхности трения между цилиндром и поршневыми кольцами.
Тюнинг двухтактного двигателя
У каждого двухтактного двигателя есть возможности для увеличения мощности. Более высокая мощность при том же объеме оправдана в спорте, а в повседневной эксплуатации двигатель становится более гибким и экономичным. Наиболее важные возможности для обновления:
- Увеличьте диаметр выхлопного отверстия и обеспечьте максимально возможное время его открытия. Это позволяет выходить максимально возможному количеству газа. Это увеличивает тягу и крутящий момент двигателя.
- Обеспечьте хорошую вентиляцию. Этого можно достичь путем увеличения диаметра впускного отверстия, чтобы горючая смесь не задерживалась в картере и обеспечивался своевременный впрыск в камеру сгорания.
- Использование вихревого диффузора в карбюраторе, который подает больше топливной смеси за то же время. Рекомендуется использовать воздушный фильтр без сопротивления.
- Установка резонатора выхлопных газов, рассчитанного на определенный объем двигателя. С помощью этого устройства часть топливной смеси направляется обратно в цилиндр через выпускное отверстие.
- Улучшение шатунно-поршневой группы, облегчение и тщательная балансировка. Клапаны и каналы должны быть покрыты и не иметь заусенцев, затяжек и турбулентности. Это уменьшает наполнение цилиндра и снижает мощность.
- Использование систем впрыска топлива и изменяемого фазового распределения клапанов. Это позволяет более точно дозировать топливо и снизить потери смеси при очистке цилиндров.
- Установка систем турбонаддува. Обычно это нагнетатели, но в двухтактном дизельном двигателе может быть установлен и обычный турбокомпрессор. Это увеличивает количество воздуха, поступающего в цилиндры, что позволяет увеличить количество топлива.
Именно по такому принципу работает двигатель внутреннего сгорания современного автомобиля. Ниже приводится анализ рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания.
Содержание
Цилиндр и поршень с шатуном двухтактного двигателя На фото Деталь компрессионного двигателя авиамоделирования «МК-12В» 1 Восемь выхлопных отверстий 2 Выхлопное отверстие на стенке цилиндра.
Клапанный механизм двухтактного двигателя Фото авиационного компрессионного двигателя МК-12Б
При контурной продувке воздух (смесь) движется вдоль внутренней поверхности цилиндра и головки цилиндра, повторяя их контур (отсюда и название). Впускные и выпускные отверстия — окна в стенках цилиндра — расположены в нижней части цилиндра. Открытие и закрытие впускных и выпускных окон осуществляется самим поршнем, специального газораспределительного механизма нет. Направление потока воздуха (смеси) по контуру цилиндра может быть реализовано специальными дефлекторами на днище поршня и на головке цилиндра (в этом случае очистка называется дефлекцией) или специальной формой очистительных каналов, которые направляют поток воздуха (смеси) в сторону головки цилиндра и сферической формы головки. Поскольку в последнем случае воздух (смесь) описывает петлю в цилиндре, этот тип очистки называется возвратной петлей или просто петлей.
Дивертерную очистку технологически легче реализовать, поскольку очистные каналы и окна изготавливаются простым сверлением, в то время как петлевая очистка требует точного литья для изготовления каналов. В то же время петлевая вентиляция характеризуется меньшим сопротивлением потоку воздуха (смеси) и лучшей очисткой баллона от остатков газа, чем дефлекторная вентиляция. Сложная форма камеры сгорания с дефлектором ухудшает рабочие параметры и увеличивает склонность бензиновых двигателей к воспламенению, а дизельных двигателей — к выхлопным газам, что препятствует увеличению и улучшению характеристик двигателя. По этой причине дефлекторная струя не используется в современных двухтактных двигателях. В начале 2000-х годов с дефлекторным нагнетателем выпускались только двигатели лодочных моторов «Ветерок» (Россия) и некоторые дешевые модели лодочных моторов «Selva» (Италия).
Прямоточная продувка
В прямоточном нагнетателе воздушный поток (смесь) движется вдоль оси цилиндра, не меняя направления. Невозможно управлять открытием и закрытием окон очистки и вентиляции с помощью одного поршня, для этого требуются специальные устройства. Можно использовать встроенный в головку цилиндра клапанный механизм, через который выпускаются отработавшие газы (впускные окна открываются и закрываются поршнем), или можно использовать два поршня, параллельно работающих на одном цилиндре (один поршень управляет впускными окнами, другой — выпускными).
Качество очистки цилиндра от остаточных газов качественно выше при вентиляции по прямому пути, чем при вентиляции по контуру. Поскольку открытие (и закрытие) выхлопной трубы и корпуса сапуна осуществляется разными компонентами двигателя, выбор оптимального времени для газораспределения не является проблемой. Обычно в прямоточных двигателях выпускной клапан (выпускное отверстие) закрывается раньше выпускного клапана, что позволяет избежать потери свежего заряда и увеличить давление наддува (т.е. наддув).
Несмотря на эти преимущества, двигатели прямого расширения менее распространены. Причина в том, что они иногда сложнее, чем четырехтактные двигатели. Прямоточные двигатели имеют преимущество, когда четырехтактный двигатель аналогичного размера не может быть разогнан до требуемой мощности с увеличением скорости. Такая ситуация возникает на судах дальнего плавания, где двигатель приводит в движение винт с регулируемым шагом без редуктора. Известно, что для больших судов целесообразно выбирать скорость вращения гребного винта не более 200-300 об/мин. Кроме того, при низких оборотах механический износ деталей двигателя значительно ниже, что необходимо при больших габаритах и высокой стоимости.
Более старые двухтактные поршневые двигатели (два поршня в одном цилиндре) использовались в поршневой авиации (например, двигатели Junkers), в некоторых типах реактивных двигателей (двигатели Ferbanks-Morse серии D100 в реактивных двигателях TE3 и TE10) и в бронетехнике (двигатели 5TDF в Т-64 и 6TD в танках Т-80УД и Т-84).
В советской автомобильной промышленности двухтактные четырехцилиндровые дизельные двигатели ЯАЗ-204 устанавливались на автомобили семейства МАЗ-200, а двухтактные шестицилиндровые двигатели ЯАЗ-206 — на трехосные грузовики семейства КрАЗ-214. Они также использовались в военной технике (плавающий транспорт К-61, артиллерийский тягач АТ-Л, самоходная артиллерийская установка АСУ-85).
Продувочные насосы
Для выполнения очистки воздух (смесь) должен быть сжат перед его поступлением в цилиндр двухтактного двигателя. Этот процесс осуществляется с помощью эжекторного насоса.
В небольших двухтактных бензиновых двигателях функцию расширительного насоса берет на себя пространство под поршнем (картер). Эта конструкция очень проста, поскольку не требует отдельного устройства для очистки, и это главная причина ее популярности. Однако есть и некоторые недостатки. Во-первых, благодаря использованию картера в качестве продувочного насоса, в картере не образуется масляная ванна. Для смазки карбюраторного двигателя необходимо заменять масло в топливе, что вызывает значительный расход масла, дымный выхлоп, образование нагара в цилиндрах и неудобство заправки (сначала необходимо приготовить бензино-масляную смесь, непосредственно в бак смесь масла и бензина заливать нежелательно). Во-вторых, в многоцилиндровых двигателях картеры должны быть разделены, что требует разборного коленчатого вала (и, соответственно, значительной потери жесткости вала по сравнению с компактным валом) и сложных систем уплотнений. Степень сжатия воздуха (смеси) в картере низкая, что препятствует давлению очищающего воздуха (продолжительность фазы очистки должна быть увеличена, что уменьшает эффективный рабочий объем).
В больших двухтактных многоцилиндровых двигателях продувочный воздух (смесь) сжимается в отдельном компрессоре (обычно это «восьмицилиндровый» компрессор типа Roots), что почти полностью устраняет вышеуказанные недостатки.
Для этой же цели можно использовать и турбокомпрессор, но в этом случае во время запуска в двигатель должен подаваться сжатый воздух из внешнего источника.
Использование системы впрыска топлива вместо карбюратора может значительно улучшить характеристики двухтактных двигателей.
