Сравнение работы четырёхтактного и двухтактного двигателей.

Принцип действия четырёхтактного двигателя очень прост. Газовые потоки направляются клапанами, управляемыми распределительным валом, которого нет в двухтактном двигателе. Каждая фаза цикла работы (такт) явно отличается от прочих фаз. Поскольку каждый такт занимает примерно пол-оборота коленчатого вала, двигателю требуется два полных оборота для одного полного цикла работы. Клапаны управляют потоками газов в цилиндре. Кулачки распределительного вала, которые вращаются от коленчатого вала, открывают клапаны всегда в нужный момент. Цикл работы четырёхтактного двигателя включает такты всасывания, сжатия, рабочий ход и выпуск отработаннных газов. На один период поворота распределительного вала приходятся два полных оборота коленчатого вала.

В двухтактном двигателе различные фазы работы частично протекают одновременно, когда весь рабочий цикл успевает повториться за один оборот коленчатого вала. Двухтактный двигатель прост по своей конструкции.

Газовые каналы и картер направляют газовые потоки, а клапанов и распределительного вала в двигателе нет.

Схема работы двухтактного двигателя: 1 — выпускной клапан; 2 — форсунка; 3 — продувочный насос; 4 — продувочные (впускные) окна.

Двухтактный двигатель действует с быстрой пульсацией. Его выпускная и всасывающая фазы частично осуществляются одновременно. В цилиндр уже поступает из продувочного окна свежая рабочая смесь, в то время как из его выпускного окна ещё выходит отработанный выхлопной газ. Благодаря одновременности на каждом обороте коленчатого вала успевает повториться весь рабочий цикл.

Одновременность также бывает вредной: выхлопной газ и свежая рабочая смесь частично смешиваются в цилиндре так, что часть выхлопного газа остаётся в цилиндре, а, с другой стороны, часть рабочей смеси оказывается несгоревшей в выхлопной трубе. Это ухудшает КПД двухтактного двигателя.

Продувку или смену газов двухтактного двигателя можно активизировать, направляя газовые потоки в нужном направлении.

Газовые каналы и днище поршня двигателя можно сформировать так, чтобы они направляли большую часть отработавшего газа в выхлопную трубу и оставляли большую часть свежего заряда в цилиндре.

Разница в КПД.

КПД четырёхтактного двигателя выше, чем у двухтактного двигателя. Четырёхтактный двигатель не имеет продувочных окон, в нём лучше очищается цилиндр от выхлопных газов, рабочая смесь не вылетает в выхлопную трубу. Источником мощности большинства небольших агрегатов всё-таки является четырёхтактный двигатель. Он приводит в действие почти все газонокосилки, культиваторы, снегоочистители, водяные насосы и т.д.

Двухтактный двигатель пригоден для переносных агрегатов.

В двухтактном двигателе мало деталей, так что двухтактный двигатель намного меньше и легче четырёхтактного двигателя той же мощности. Эксплутационная скорость двухтактного двигателя может также быть весьма значительной, когда небольшой и лёгкий двигатель, несмотря на свой размер, производит большую мощность.

Двухтактный двигатель особенно хорошо подходит для переносных агрегатов. Таковыми являются, например, бензопилы, кусторезы, мотокосы, мотопомпы и т.д.

По материалам «Садовые машины. Малые двигатели». Применение, ремонт, уход / О. Переля и Р. Переля.

Автор: Магазин shopteh.com.ua

Количество просмотров — 13854

05.01.2012

Механический коэффициент полезного действия

Механический коэффициент полезного действия, равный отношению среднего эффективного давления к среднему индикаторному, оценивает механические потери в двигателе:

Механический к. п. д. можно выразить и через мощности двигателя:

Таким образом, механический к. п. д. показывает в долях единицы или в процентах ту часть индикатор­ной мощности, которая передается на фланец коленчатого вала.

Анализ механических потерь в двигателе, выполненный нами ранее, позволяет сделать заключение, что значение механического к. п. д. двига­теля зависит: от степени быстроходности двигателя, от величины давления газов цикла и динамики его изменения, от качества изготовления и сборки деталей двигателя, от качества смазочного масла, от теплового состояния двигателя и режима загрузки его, от мощности навешенных вспомогатель­ных механизмов и от сопротивлений во впускной и выпускной системах двигателя.

При прочих равных условиях механический к. п. д. двигателя является функцией отношения среднего эффективного давления к максимальному давлению цикла; чем больше это отношение, тем выше механический к. п. д.

При уменьшении нагрузки на двигатель (сохраняя при этом число оборотов вала неизменным) мощность механических потерь N_mex примерно остается постоянной, а потому относительное ее значение возрастает и ме­ханический к. п. д. падает.

На рис. 105 приведены кривые изменения механического к. п. д. ?_т при полной нагрузке (сплошные кривые) и при 30 % нагрузки (пунктирные кри­вые) двигателя с воспламенением от сжатия (кривая В; ? = 16) и двигателя с воспламенением от искры (кривая А; ? = 6). Данные кривые показывают, что при уменьшении нагрузки на двигатель при неизменном числе оборотов ?_т значительно падает. Следует заметить, что при холостом ходе двигателя N_e== 0) из формулы (139а)

Таким образом, режим работы холостого хода можно охарактеризовать как режим, при котором механический к. п. д. равен нулю.

При одном и том же р_е (как это видно из рис. 105) с увеличением числа оборотов двигателя (скоростная характеристика) ?_т падает, что объясняется более интенсивным относительным ростом мощности механических потерь N_мех, чем эффективной мощности двигателя.

При работе двигателя с наддувом значение ?_т изменяется в зависимо­сти от системы и степени наддува. Если двигатель переводится на работу с газотурбинным наддувом, то, как показывают опытные данные, мощность механических потерь N_мех при этом остается неизменной. Обозначим отно­шение ?_н = p_?н / p_?, (степень наддува), где р

а — давление в цилиндре в начале сжатия без наддува, а р_?н—с наддувом. Можно принять, что отношение N_in/ N_iтакже равно ?_н, где N_in — индикаторная мощность двигателя с наддувом, а N_i — без наддува.

Если двигатель имел до наддува механический к. п. д. т. ?_m, то при газо­турбинном наддуве он будет иметь:

Полученная формула показывает, что с повышением степени наддува при газотурбинном наддуве механический к. п. д. двигателя возрастает.

В том случае, когда газотурбонагнетатель кинематически связан с валом самого двигателя, отношение ?_К = N_к / N_i может быть больше, меньше или равно отношению ?_T = N_T/ N_i в зависимости от степени использования энергии отработавших газов двигателя.

Здесь N_к — мощность, потребляе­мая наддувочным компрессором, а N_T —мощность, развиваемая турбиной.

В этом случае, т. е. когда газотурбонагнетатель связан кинематически : валом двигателя, условный механический к. п. д. будет равен

где ?_т^д—механический к. п. д. собственно двигателя.

При ?_T > ?_К разность (?_Т — ?_К) называется положительным небалансом, а при ?_т<?_к(?_к — ?_Т) называется отрицательным небалансом.

Судовые дизели имеют следующие значения механического к. п. д.

Что делает двухтактные двигатели менее экономичными, чем четырехтактные?

спросил 7 лет, 4 месяца назад

Изменено 1 год, 9 месяцев назад

Просмотрено 20 тысяч раз

Широко распространено мнение, что двухтактные двигатели менее экономичны, чем четырехтактные, и некоторые примеры показателей BSFC также подтверждают это.

Но почему двухтактные двигатели менее экономичны?

Раньше я полагал, что это связано с тем, что такт впуска происходит один раз за два оборота в четырехтактном двигателе, в отличие от одного раза за оборот в двухтактном двигателе, но я не уверен сейчас.

В этой статье Evinrude предполагается, что разница в эффективности использования топлива связана с методом подачи топлива, поэтому разница в экономии топлива возникает из-за несправедливого сравнения старых двухтактных двигателей с более новыми четырехтактными двигателями.

Итак, какие факторы объясняют разницу в расходе топлива между двумя типами двигателей?

• расход топлива
• теория двигателя
• двухтактный
• четырехтактный

1

Чтобы понять, как работают два удара, вот картинка. Пришлось искать, потому что у меня в голове была неправильная картинка.

Глядя на то, как на самом деле работает цикл, рабочий ход происходит, создавая продукты сгорания и мощность. Когда начинается ход поршня вниз, давление в цилиндре становится высоким, позволяя выхлопным газам выходить и закрывая впускной пластинчатый клапан. Когда происходит ход вверх, давление в цилиндре теперь низкое, потому что выходящие выхлопные газы вызывают небольшую волну давления выходящего газа, которая теперь открывает значение язычка и втягивает новую топливно-воздушную смесь.

Кажется, некоторые основные причины неэффективности двигателя:

• Цилиндры не очищаются от выхлопных газов поршнем, вытесняющим их, они просто выходят, потому что внешнее давление воздуха ниже, чем давление в цилиндре после воспламенения искры топливо. Это приведет к неполному вытеснению выхлопных газов. Объем, потребляемый этими остаточными газами, предотвращает попадание большего количества воздушно-топливной смеси.
• При движении вверх на некоторой части хода воздушно-топливная смесь также выбрасывается. Таким образом, тратится топливо по мере его выброса.

  Возможно, эти проблемы решаются двумя большими тактами, но маленькие двигатели приводят в движение такие вещи, как косилки для сорняков, снегоочистители, газонокосилки и т. д., небольшие двигатели для ограниченного применения. Не езда по пересеченной местности. Для этих небольших двигателей количество деталей и стоимость гораздо важнее, поэтому они очень хорошо подходят для этих приложений.

4

Эффективность любого двигателя внутреннего сгорания напрямую связана с его эффективностью Карно, где эффективность равна температуре воздуха на входе минус температура выхлопных газов, деленная на температуру на входе. Это напрямую зависит от степени расширения газов. Дизельный двигатель имеет степень расширения, приближающуюся к 30:1, тогда как бензиновый двигатель редко может превышать 13:1 из-за соображений детонации при среднем октановом числе топлива. В обычном двухтактном двигателе выхлоп должен открываться очень рано в рабочем такте, чтобы давление в цилиндре могло упасть значительно ниже давления входящего заряда, чтобы избежать попадания отработавших газов в перепускные отверстия и смешивания со свежим зарядом. Чем выше рабочие обороты, тем больше необходимое опережение выхлопа (так называемая «продувка»). Как правило, степень расширения равна степени расширения в двухтактных двигателях с поршневыми портами. В четырехтактных двигателях выпускные отверстия обычно открываются непосредственно перед положением поршня в нижней мертвой точке, что обеспечивает максимальную степень расширения. В двухтактном выхлоп может открываться на 9 градусов.0 градусов перед нижней мертвой точкой, что приводит к потере 50% рабочего хода и резкому снижению эффективности за счет высокой выходной мощности на более высоких оборотах.

1

Я должен как согласиться, так и не согласиться с вашими утверждениями в вопросе и в статье.

Более высокий расход топлива двухтактного двигателя в основном связан с тем, что рабочий ход приходится на один оборот коленчатого вала.

Однако я должен не согласиться со статьей, в которой говорится, что подача топлива играет важную роль в топливной экономичности старых двухтактных двигателей.

Я подтверждаю свои утверждения, принимая пример разницы в эффективности использования топлива между карбюраторным 2-тактным и карбюраторным 4-тактным двигателями. Даже не учитывая EFI, когда оба являются карбюраторными, 4-тактный все еще выполняет 2-тактный в значительной степени.

• Двухтактный двигатель Yamaha объемом 125 куб. см расходует около 70 миль на галлон
• 4-тактный двигатель Honda объемом 125 куб. см расходует около 153 миль на галлон

Теперь очевидно, что EFI, будь то прямой впрыск или впрыск через порт, улучшит эффективность и выхлоп любого двигателя, независимо от того, является ли он двухтактным или четырехтактным.

Технология E-TEC, показанная в видео, представляет собой всего лишь GDI на двухтактном двигателе, она повысит эффективность, но будет ли она эквивалентна 4-тактному двигателю GDI той же мощности? Я очень сомневаюсь в этом, например,

• Версия EFI вышеупомянутого 125-кубового двигателя Honda дает около 166 миль на галлон

Это означает, что если двухтактный двигатель Suzuki с GDI может производить более чем в два раза больше FE, то я согласен с концепцией, но с моим знанием того, как работает GDI, я не уверен в этом.

Примечание: двигатели от Yamaha RX135, Honda Stunner и Honda. потрясающий PGM-FI, и это реальные цифры.

11

Очень многое зависит от конкретных двухтактных и четырехтактных двигателей. Но главное преимущество двухтактных двигателей в том, что их можно производить невероятно просто и дешево. Двигатель с 3 движущимися компонентами (коленчатый вал, шатун и поршень), вероятно, не настроен на расход топлива.

Самая большая проблема, вероятно, заключается в том, что выпускное отверстие открыто во время всасывания всасываемой смеси. Следовательно, потенциально большое количество несгоревшего топлива исчезает прямо в выхлопе, не выполняя никакой полезной функции (кроме, возможно, небольшого охлаждения двигателя).

Дальнейшему распылению топлива, скорее всего, не поможет подача всасываемой смеси через картеры и порты, что дает больше шансов топливу сформировать более крупные капли.

На двухтактном двигателе выхлопная система предназначена для подачи смеси через двигатель, как сгоревших выхлопных газов, так и свежей смеси. Скорее всего, больше свежей смеси будет проходить через выхлопную трубу до того, как волны давления вытолкнут эту смесь обратно в двигатель. Это хорошо работает для получения дополнительного топлива (и, следовательно, мощности), но не так хорошо для экономии. Кроме того, он работает только в определенных диапазонах оборотов.

Некоторые из этих проблем могут быть устранены с помощью прямого впрыска топлива (и были произведены двухтактные мотоциклы с двигателями с непосредственным впрыском топлива, а Ford в 1990-х годах выпустил партию Fiesta с двухтактными двигателями для ознакомительных целей). Но непосредственный впрыск топлива — дорогое и сложное дополнение к простому двигателю. С такой системой воздух может поступать в двигатель, а топливо впрыскивается только после закрытия выпускного отверстия.

Двухтактный двигатель имеет большое преимущество перед обычным четырехтактным двигателем. Без необходимости наличия клапанов камера сгорания может быть гораздо проще сформирована в соответствии с целями этого конкретного двигателя.

Посмотрите, как работает четырехтактный двигатель.

a) Ход вниз — всасывает смесь в двигатель

b) Ход вверх — сжимает газы

c) Пожар

d) Ход вниз — двигатель работает

e) Ход вверх — отработанные газы выбрасываются

Сейчас посмотри на 2такт

а) Пожар

б) Ход вниз Двигатель работает (высокое давление в цилиндре) Сжимает смесь в картере

c) Ход вверх — Двигатель должен выпустить выхлопные газы и получить новую смесь — засасывает новую смесь в картер

Таким образом, в двухтактном двигателе всегда будет смесь выхлопных и несгоревших газов. Также было время, когда для увеличения мощности двухтактная передача смеси из нижнего картера перекрывала открывающееся выпускное отверстие. Это привело к тому, что несгоревшее топливо попало прямо в двигатель.

Современный дизайн снижает, но не может полностью устранить эту эффективность, которая все еще кажется более сложной, чем четырехтактный метод, когда двигатель дважды проворачивается, чтобы получить один рабочий такт.

Это очень просто. В двухтактных двигателях топливо также является смазкой и охлаждающей жидкостью, а смешивание масла с бензином увеличивает содержание энергии в топливе при одновременном снижении октанового числа, поэтому двухтактные двигатели должны работать с фиксированным опережением зажигания, а сверхбогатые топливно-воздушные смеси становятся еще богаче за счет примешано высокоэнергетическое низкооктановое масло. Воздушное охлаждение делает их еще более чувствительными к времени, температуре цилиндров и другим переменным, которые их системы смазки и охлаждения с фиксированным временем и полными потерями не могут компенсировать. И, конечно же, они имеют огромные встроенные утечки вакуума, которые возникают в самый неподходящий момент для объемной эффективности, и фазы газораспределения также фиксированы, в то время как даже с механическим подъемным кулачком фазы газораспределения четырехтактного двигателя увеличиваются по мере увеличения скорости двигателя. Для любой заданной величины зазора клапана, чем быстрее работает двигатель, тем быстрее срабатывает этот зазор и тем раньше происходят события клапана.

2-тактные двигатели могли конкурировать с низкоскоростными низкоскоростными двигателями с плоской головкой для сезонного использования только до тех пор, пока металлургические и производственные достижения не позволили построить дешевые 4-тактные двигатели с верхним расположением клапанов с электронным зажиганием и впрыском топлива, поэтому зажигание и регулировка подачи топлива стали автоматическими. и оптимально подходит для более автомобильных и сезонных применений, таких как снегоходы, квадроциклы, подвесные моторы, внешнее силовое оборудование, такое как струнные триммеры и воздуходувки для листьев, и другие потребительские товары. Усовершенствованная электронная система зажигания и специальный карбюратор для конкретных приложений, а также ожидаемые характеристики и цены профессионального уровня едва ли удерживают двухтактные двигатели конкурентоспособными в промышленных / коммерческих машинах, таких как портативные режущие инструменты. Отрезные пилы, бензопилы и т. д.

Новый взгляд на двухтактный двигатель | MIT Technology Review

EcoMotors International, стартап, базирующийся в Трое, штат Мичиган, предлагает новый подход к старой идее — двухтактному двигателю, который, по его словам, на 50 процентов эффективнее большинства автомобильных двигателей и загрязняет окружающую среду гораздо меньше, чем обычный двухтактный двигатель.

Испытания, испытания: EcoMotors построила и испытала пять поколений своего двигателя OPOC и планирует начать испытания шестого в этом месяце.

Компания недавно получила в общей сложности 23,5 миллиона долларов инвестиций от Билла Гейтса и Khosla Ventures. Эти деньги пойдут на разработку двигателя EcoMotors с оппозитным поршнем и оппозитным цилиндром (OPOC). Двигатель использует два движения поршня за цикл вместо четырех, и каждый цилиндр содержит два противоположных поршня вместо одного. Один коленчатый вал находится между парами цилиндров. Конструкция основана на точном компьютеризированном управлении всеми компонентами.

Обычному автомобильному двигателю требуется четыре движения поршня, или такта, чтобы пройти впуск, сжатие, сгорание и выпуск. В двухтактном цикле эти ступени выполняются всего за два движения поршня, обеспечивая вдвое больше рабочих ходов за один оборот и требуя меньшего количества деталей. Но двухтактные двигатели имеют тенденцию выбрасывать больше несгоревшего топлива в выхлоп, поэтому четырехтактная конструкция стала более распространенной.

Размещение двух поршней в каждом цилиндре также означает, что каждый поршень перемещается только вдвое меньше, чем обычно в двухтактном двигателе, что позволяет двигателю работать быстрее. В два раза меньше деталей, чем в обычном двигателе (у OPOC нет компонентов головки блока цилиндров или клапанного механизма, а также меньше подшипников) помогает снизить трение и тепловые потери. По словам генерального директора Ecomotors Дона Ранкла, эти факторы в сочетании с «длинным списком улучшений на 1 и 2 процента» в других областях обеспечивают повышение эффективности на 15 процентов.

Ранкл говорит, что несколько технологий помогли уменьшить выбросы двухтактного двигателя. Во-первых, электрический турбонагнетатель обеспечивает «переменную степень сжатия», благодаря чему давление на входе в цилиндры двигателя изменяется для достижения максимальной эффективности. Во-вторых, подход, называемый асимметричным синхронизацией портов, когда впускные и выпускные порты открываются в разное время, помогает повысить эффективность газообмена. И в-третьих, впрыск под высоким давлением и компьютеризированное управление впрыском повышают общую эффективность цикла. Хотя «сегодня в других двигателях нет ничего необычного», говорит Ранкл, эта технология сейчас «намного лучше, чем то, что существовало, когда многие из нас пытались заставить работать двухтактные двигатели» в прошлые годы.

Базовый двигатель OPOC состоит из двух цилиндров по обе стороны от коленчатого вала. Несколько двигателей или «модулей» можно использовать вместе, чтобы повысить топливную экономичность автомобиля на целых 45 процентов. Помимо повышения эффективности самого движка, дополнительные модули можно отключить, когда они не нужны. Ключом к конструкции является электрически управляемая муфта, которая при необходимости отключает модуль. Некоторые современные двигатели V8 имеют деактивацию цилиндров, но поршни продолжают вращаться из-за их соединения с коленчатым валом, что приводит к так называемым «паразитным потерям».

Поломка: Каждый модуль двигателя имеет пару противоположных цилиндров и один коленчатый вал между ними. Два поршня внутри каждого цилиндра движутся в противоположных направлениях.

Джорджио Риццони, директор Центра автомобильных исследований Университета штата Огайо, говорит, что двигатель OPOC «выглядит как комбинация разных идей, ни одна из которых не является абсолютно революционной». Он отмечает, что двигатели с оппозитными поршнями использовались в самолетах и ​​мотоциклах, а электрические турбокомпрессоры использовались в течение многих лет как способ улучшить характеристики турбодвигателей. Что поражает Риццони, так это «синтез старых идей» нового двигателя в сочетании с двухпоршневой компоновкой.

EcoMotors, которая в мае заключила сделку на разработку на сумму 18 миллионов долларов с китайским поставщиком автомобилей Zhongding, является одной из нескольких молодых компаний, работающих над обновлением двигателя внутреннего сгорания в преддверии более строгих стандартов экономии топлива. Некоторые из них, в том числе Achates Power из Сан-Диего, ориентированы на двухтактные архитектуры. «В середине 90-х люди думали, что двухтактные двигатели действительно не могут соответствовать стандартам выбросов», — говорит генеральный директор Achates Дэвид Джонсон.

Дэйв Херст, старший аналитик компании Pike Research, которая специализируется на энергетических технологиях, говорит, что самая большая проблема для любого стартапа по производству двигателей, надеющегося лицензировать инновации для крупных автопроизводителей, заключается в том, что эти потенциальные клиенты считают двигатели своей основной технологией и поэтому более вероятно, что они сами разработают новые двигатели.

На данный момент, говорит Ранкл, EcoMotors работает над усовершенствованием процесса сгорания двигателя и определением выбросов, эффективности и мощности при всех возможных обстоятельствах. Он объяснил, что большинство автомобильных компаний захотят увидеть эти данные, прежде чем внедрять технологию EcoMotors.

Хотя EcoMotors стремится заключить сделки по лицензированию и совместной разработке, компания также надеется заняться производством самостоятельно.