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:

Как работает двухтактный бензиновый двигатель

www.newphysicist.com

Двухтактный бензиновый двигатель: Модель

Двухтактная модель бензинового двигателя

После просмотра вышеприведенного видео ваш опыт в обучении в значительной степени станет другим. Правильно? Если вы не смотрели видео, сначала посмотрите, а затем продолжайте чтение.

Никогда не ожидайте, что это рабочий вид реального двигателя. Это модель, сделанная из материалов, которые доступны вокруг нас, но в ней есть почти все необходимые компоненты, присутствующие в реальном двигателе.

Новости МирТесен

В этой статье я поделюсь своим опытом создания двухтактной модели бензинового двигателя. Чтобы эффективно объяснить физику, мне нужно было сделать проект прозрачным. Поэтому я купил кусок стекловолокна и разрезал его на два одинаковых размера для поддержки.

Резка стекловолокна

Эти части из стекловолокна являются рамой, на которой закреплены другие компоненты. Поэтому мне пришлось зафиксировать подшипник в центре обеих частей из стекловолокна. У меня не было дырокола. Вместо этого я использовал сверло, чтобы сделать отверстие размером с подшипник на стекловолокно.

Нужно сделать отверстияДелаю отверстия для подшипника

Следующим шагом является создание рукоятки. Вы знаете, кривошип — самая важная и хитрая часть двигателя. Механизм с поршневым кривошипом — это то, что преобразует линейное движение поршня во вращательное движение. Таким образом, я должен был ясно представить эту идею и некоторое время думал об этом. Какой материал подходит для изготовления рукоятки? Фанера, термопластик, дерево … много разных видов материалов.  Внезапно в голову пришел Мультивуд. Мой друг сказал мне, Multiwood очень легко резать и придавать форму. В то же время он прочный, водо- и огнестойкий. Круто .. Это правильный выбор.

Пиление MultiwoodПиление MultiwoodДелаю кривошип

Единственная проблема с мульти-деревом — это «Пыль». Это вредно для ваших легких. На момент съемки видео меня это не беспокоило. После просмотра видео мой друг предупредил меня об опасности вдыхания древесной пыли. Поэтому я предлагаю своим читателям использовать фильтр или закрыть лицо перед тем, как резать древесину с помощью угловой шлифовальной машины. Или по возможности избегайте угловых шлифовальных машин. В этом случае, формируя кусок дерева в кривошипе, форма очень сложна с ножовкой.

Делаю кривошипШток поршня

Я использовал multi-wood для изготовления шатунов, шатунов или поршней. Сейчас самое время сделать мотыги в центре фигур. У меня не было сверла 5 мм, поэтому я пошел рядом, поблизости сварочный цех, которым управляет мой друг.

Cверлим

Любители пера могут ненавидеть меня.  Я использовал три идентичных типа ручки для коленчатого вала. Сверлить и завинчивать действительно интересно, мне это нравится. Вы? Вы можете думать, что этот парень сумасшедший … Нет. Я люблю делать сумасшедшие вещи.

Соединительный коленчатый вал

Наш проект практически завершен. Кривошип и поршень являются наиболее важными компонентами двигателя. Итак, могу сказать, что наш проект выполнен на 50 процентов. Как я уже говорил, поршень, шток поршня, кривошип, и коленчатый вал являются ключевыми частями, которые преобразуют движение поршня вниз и вверх. В качестве поршня я использовал крышку банки.

Рукоятка и поршень

Картер и цилиндр являются еще одной неотъемлемой частью двигателя. Это неподвижные части, внутри которых движется поршень и кривошип. Я использовал прозрачные пластиковые бутылки для создания корпуса и цилиндра. Прозрачность является нашим главным соображением по поводу производительности.

Картер и цилиндрСоединяя компоненты вместеМодель готова

Соединить все компоненты вместе очень легко, если у нас есть четкое представление о выходе.  Вы можете видеть, что каждый движущийся компонент внутри двухтактный бензиновый двигатель хорошо виден через стеклопластиковую раму и пластиковый картер. Еще одна интересная вещь, которую стоит отметить, это то, что в проект я включил зажигание с автоматическим кулачковым приводом. Вот почему вы видите свет (силовой ход), когда деталь достигает вершины.

Модель двухтактного бензинового двигателя

Большое спасибо за просмотр видео и чтение моего опыта.

Чем отличается двухтактный двигатель от четырёхтактного? Самое заметное отличие — это режимы воспламенения горючей смеси, что сразу можно заметить по звуку. Двухтактный мотор обычно издаёт пронзительный и очень громкий гул, тогда как четырёхтактному свойственно более спокойное мурлыканье.

Применение

В большинстве случаев разница состоит также в основном предназначении агрегата и его топливной эффективности. В двухтактных двигателях зажигание происходит при каждом обороте коленчатого вала, поэтому по мощности они в два раза превосходят четырёхтактные, в которых смесь воспламеняется только через оборот.

Четырёхтактные моторы экономичнее, зато тяжелее и дороже. Они обычно устанавливаются на автомобили и спецтехнику, в то время как на таких устройствах, как газонокосилки, мотороллеры и лёгкие катера, чаще встречаются более компактные двухтактные модели. А вот бензиновый генератор, например, можно найти как двухтактный, так и четырёхтактный. Двигатель скутера также может относиться к любому типу. Принцип работы этих двигателей в основном один и тот же, отличие только в способе и эффективности преобразования энергии.

Что такое такт?

Переработка топлива в обеих разновидностях моторов осуществляется посредством последовательного выполнения четырёх различных процессов, известных как такты. Скорость, с которой двигатель через эти такты проходит, — это именно то, чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного.

Первым тактом является впрыск. При этом поршень движется вниз по цилиндру, а впускной клапан открывается, чтобы впустить воздушно-топливную смесь в камеру сгорания. Далее идёт такт сжатия. Во время этого такта впускной клапан закрывается, а поршень движется по цилиндру вверх, сжимая находящиеся там газы. Такт рабочего хода начинается, когда происходит зажигание смеси. При этом искра от свечи воспламеняет сжатые газы, что приводит к взрыву, энергия которого толкает поршень вниз. Последним тактом является выпуск: поршень поднимается вверх по цилиндру, а выпускной клапан открывается, позволяя выхлопным газам выйти из камеры сгорания, чтобы можно было начать процесс снова. Возвратно-поступательные движения поршня вращают коленчатый вал, крутящий момент от которого передаётся на рабочие части устройства. Так происходит преобразование энергии сгорания топлива в поступательное движение.

Работа четырёхтактного двигателя

В стандартном четырёхтактном двигателе зажигание смеси происходит на каждом втором обороте коленчатого вала. Вращение вала приводит в действие сложный набор механизмов, обеспечивающих синхронное выполнение последовательности тактов. Открытие впускных или выпускных клапанов осуществляется с помощью кулачкового вала, который попеременно нажимает на коромысла. Возврат клапана в закрытое положение выполняется с помощью пружины. Чтобы избежать потери компрессии, необходимо, чтобы клапаны плотно прилегали к головке блока цилиндров.

Работа двухтактного двигателя

Теперь посмотрим, чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного по принципу работы. В двухтактных двигателях все четыре действия выполняются за один оборот коленчатого вала, во время хода поршня от верхней мёртвой точки к нижней, а затем обратно вверх. Выпуск отработанных газов (продувка) и впрыск горючего интегрированы в один такт, в конце которого происходит воспламенение смеси, и полученная энергия толкает поршень вниз. Такая конструкция устраняет необходимость использования клапанного механизма.

Место клапанов занимают два отверстия в стенках камеры сгорания. Когда поршень за счёт энергии сгорания перемещается вниз, выпускной канал открывается, позволяя отработанным газам выйти из камеры. При движении вниз в цилиндре образуется разрежение, за счёт которого через расположенный ниже впускной канал внутрь втягивается смесь воздуха и топлива. При движении вверх поршень перекрывает каналы и сжимает находящиеся в цилиндре газы. В этот момент срабатывает свеча зажигания, и весь описанный выше процесс повторяется снова. Важно то, что в двигателях такого типа зажигание смеси происходит при каждом обороте, что позволяет извлечь из них больше мощности, по крайней мере, в краткосрочной перспективе.

Соотношение массы и мощности

Двухтактные двигатели лучше подходят для устройств, от которых требуются быстрые и резкие всплески энергии, а не равномерная работа в течение длительного времени. Например, гидроцикл с двухтактным двигателем разгоняется быстрее, чем грузовик с четырёхтактным, однако он предназначен для кратковременных поездок, в то время как грузовик может проехать сотни километров, прежде чем ему понадобится отдых. Невысокая длительность работы двухтактников компенсируется низким отношением массы к мощности: такие двигатели обычно весят намного меньше, поэтому быстрее запускаются и достигают рабочей температуры. Для их перемещения также требуется меньше энергии.

Какой мотор лучше

В большинстве случаев четырёхтактные двигатели могут работать только в одном положении, тогда как двухтактные в этом отношении менее требовательны. Это во многом связано со сложностью движущихся частей, а также конструкцией масляного поддона. Такой поддон, обеспечивающий смазку двигателя, обычно присутствует только в четырёхтактных моделях и имеет огромную важность для их работы. У двухтактных двигателей обычно нет такого поддона, поэтому их можно эксплуатировать практически в любом положении без риска выплёскивания масла или прерывания процесса смазки. Для таких устройств, как бензопилы, циркулярные пилы и другие переносные инструменты, такая гибкость очень важна.

Топливная эффективность и экологическая составляющая

Часто выясняется, что компактные и быстрые двигатели сильнее загрязняют воздух и потребляют больше топлива. В нижней точке движения поршня, когда камера сгорания наполняется горючей смесью, некоторое количество топлива теряется, попадая в выпускной канал. Это можно увидеть на примере подвесного лодочного мотора; если присмотреться, вы разглядите вокруг него разноцветные маслянистые пятна. Поэтому двигатели такого рода считаются неэффективными и загрязняющими окружающую среду. Хотя четырёхтактные модели несколько тяжелее и медленнее, зато в них топливо сжигается полностью.

Стоимость приобретения и обслуживания

Меньшие по размеру двигатели обычно являются менее дорогими, как с точки зрения первоначальной покупки, так и в техническом обслуживании. Однако они рассчитаны на менее длительный срок службы. Хотя есть некоторые исключения, большинство из них не предназначено для непрерывной работы в течение более чем нескольких часов и рассчитано на не очень длительный срок эксплуатации. Отсутствие отдельной системы смазки также приводит к тому, что даже лучшие моторы такого типа относительно быстро изнашиваются и приходят в негодность из-за повреждения движущихся деталей.

Отчасти из-за отсутствия системы смазки в бензин, предназначенный для заливки в двухтактный двигатель скутера, например, необходимо добавлять определённое количество специального масла. Это ведёт к дополнительным затратам и хлопотам, а также может стать причиной поломки (если вы забудете подлить масла). Мотор 4-тактный в большинстве случаев требует минимума обслуживания и ухода.

• КАК ПРОЙТИ БОЛОТО
• КАК РАЗЖЕЧЬ КОСТЕР

Как работает двухтактный двигатель — Новости мотоциклов, Обзоры мотоциклов из Малайзии, Азии и мира

• Мы показали, как работает четырехтактный двигатель, теперь очередь за двухтактным.

• Производство было прекращено, но многие еще ездят по дорогам и участвуют в соревнованиях.

• Двухтактный двигатель прост и поэтому легче по весу.

Мы рассмотрели, как работает четырехтактный двигатель, и даже заглянули внутрь камеры сгорания одного из них ранее (щелкните здесь, чтобы прочитать статью, и здесь, чтобы посмотреть видео), поэтому будет правильно, если мы покажем, как работает двухтактный двигатель. работает в этот раз.

Хотя производство новых двухтактных двигателей полностью прекращено, многие из них все еще находятся в пути и участвуют в соревнованиях. Поклонники этого формата двигателя любят простоту, малый вес и, прежде всего, мощность.

Двухтактный двигатель выполняет все необходимые функции впуска, сжатия, мощности и выпуска за один ход поршня вверх и один ход вниз за один полный 360 ^o оборот коленчатого вала (1 об/мин) . С другой стороны, четырехтактный двигатель выполняет все четыре задачи на каждом отдельном такте за 720 9 .0029 o

оборотов коленчатого вала (2 об/мин). Это означает, что двухтактный двигатель производит в два раза больше рабочего хода, чем четырехтактный, на каждые 2 об/мин.

Следовательно, двухтактный двигатель в два раза мощнее четырехтактного двигателя той же мощности. Во всяком случае, в теории.

Давайте посмотрим видео ниже:

Как видите, в двухтактном двигателе не используются тарельчатые клапаны, как в четырехтактном. Это означает, что в дополнение к клапанам не требуются цепь или ремень ГРМ, распределительные валы, ковши, прокладки, пружины и т. д. Это означает простоту и экономию веса.

Тип, показанный на видео, является самой простой разновидностью, в которой картер и нижняя сторона поршня используются в качестве нагнетательных насосов. Таким образом, эта схема называется «двухтактный двигатель с продувкой картера».

Когда поршень поднимается при сжатии, нижняя часть поршня создает в картере частичный вакуум. Поршень открывает впускное отверстие на стенке цилиндра, и горючая смесь устремляется внутрь, чтобы заполнить картер.

Когда поршень приближается к верхней мертвой точке (ВМТ), свеча зажигания воспламеняет смесь. Давление сгорания толкает поршень обратно вниз, передавая энергию коленчатому валу.

На обратном пути поршень открывает выпускное отверстие, позволяя сгоревшим газам выйти из камеры сгорания. Поршень также одновременно сжимает смесь в картере.

По мере того, как поршень движется дальше вниз, он начинает открывать передаточный порт. Давление, создаваемое поршнем, проталкивает заряд (горючую смесь) в камеру сгорания через передаточный порт.

Затем процесс повторяется, при этом поршень сначала закрывает порт передачи.

Поскольку заряд постоянно прокачивается через картер, это делает нецелесообразным смазывание кривошипа и поршня с помощью циркуляции перекачиваемого масла, как в четырехтактном двигателе. Таким образом, смазка должна была быть предварительно смешанной с , то есть смазочным маслом, смешанным с топливом или впрыскиваемым в подшипники кривошипа с помощью насоса-дозатора, такого как система Autolube компании Yamaha. Да, это масло 2T, с которым мы с вами знакомы.

Еще одно! Держите дроссельную заслонку закрытой, когда двигатель работает на высоких оборотах, это убьет его. Масляный насос фактически прикреплен к дроссельной заслонке, что означает, что 2T не проходит, когда она закрыта.

Вот почему 2T смешивается непосредственно с топливом, но, с другой стороны, это может вызвать загрязнение свечей зажигания.

Поскольку масло смешивается с топливом, на самом деле сгорает очень мало масла. Это приводит к выбросу нефти в атмосферу и, следовательно, к загрязнению. Кроме того, часть свежего заряда (несгоревшего топлива) смешивается с выхлопными газами и выходит через выхлоп. Вот почему вы увидите два штриха с блеском черной маслянистой слизи вокруг выпускного коллектора и наконечника выхлопной трубы.

Вот почему двухтактные двигатели больше не используются. За прошедшие годы было сделано много разработок, направленных на то, чтобы сделать двухтактные двигатели более чистыми, но их еще предстоит сделать практичными для мотоциклов.

И последнее: если двухтактный двигатель должен быть в два раза мощнее, почему в MotoGP двухтактные 500-кубовые медленнее четырехтактных 1000-кубовых?

Запуск двигателей на динамометрическом стенде для получения высокой выходной мощности — это одно, а в реальных условиях — совсем другое.

Четырехтактные двигатели обычно распределяют свою мощность по более широкому диапазону мощности, но диапазон мощности двухтактных двигателей обычно ограничен очень небольшим диапазоном, поэтому он называется «пиковым».

Для водителя более широкий диапазон мощности означает, что он может использовать его для более легкого выхода из поворотов. Это приводит к лучшему времени прохождения круга и более высокой максимальной скорости, поскольку он может открывать дроссельную заслонку раньше. Ну, это только часть истории. В игре также много других аспектов. Мы сохраним это для другой статьи, так что следите за обновлениями!

—Объявления—

В чем разница между двухтактным и четырехтактным двигателем мотоцикла?

Для упрощения, как правило, мотоциклы с двухтактными двигателями больше не производятся, так как они не соответствуют экологическим законам многих стран и не разрешены для вождения в городах, а споры между двумя типами двигателей ведутся более применимо к внедорожникам, таким как мотоциклы для бездорожья.

Четырехтактный двигатель, как следует из названия, имеет поршень, который совершает четыре такта (или два оборота коленчатого вала) для завершения одного полного цикла; такта впуска, сжатия, мощности и выпуска. Это означает, что когда поршень движется вниз от верхней части цилиндра к нижней, он снижает давление внутри цилиндра. Это пониженное давление втягивает смесь топлива и воздуха в цилиндр через впускной канал. Далее поршень идет обратно вверх, сжимая топливно-воздушную смесь, после чего искра воспламеняет топливо и воздух. Возникающее в результате сгорание толкает поршень обратно вниз в так называемом «рабочем такте». Наконец, поршень возвращается обратно и выталкивает продукты сгорания. Двухтактные двигатели работают, объединяя больше функций в одно движение поршня; при движении поршня вверх (сжатие смеси воздух/топливо/масло) в камере сгорания под поршень в герметично закрытый картер всасывается свежая смесь воздух/топливо/масло. Во время движения поршня вниз (рабочий ход) смесь свежего воздуха/топлива/масла сжимается и течет через одно или несколько промывочных отверстий в камеру сгорания, вымывая сгоревшие газы через открытое движение поршня вниз, выхлопное отверстие. После этого следует новый такт сжатия. По сути, один полный цикл в двухтактном двигателе требует одного полного оборота коленчатого вала или двух ходов поршня, тогда как в четырехтактном двигателе поршень должен совершить четыре такта или два полных оборота коленчатого вала.

Так что же лучше? Это полностью зависит от предпочтений райдера. Двухтактные двигатели, как правило, более шумные и производят больше выхлопных газов, но также производят большую мощность по сравнению с их весом, чем четырехтактные двигатели, что делает их популярными для гонок. Четырехтактные двигатели, хотя и тяжелее и производят меньшую мощность на единицу веса, обычно характеризуются более плавной работой, меньшим выбросом выхлопных газов и, как правило, более длительным сроком службы.

Поскольку эти два двигателя требуют совершенно разных режимов смазки, например, в двухтактном двигателе масло смешивается с топливом и затем воспламеняется (полная потеря смазки), тогда как в четырехтактном двигателе масло используется для смазки другого двигателя.