26Ноя

Такты двухтактного двигателя: Рабочий цикл двухтактного двигателя — Моряк

Содержание

Рабочий цикл двухтактного двигателя - Моряк

Рабочий цикл осуществляется за два хода поршня – за один оборот коленчатого вала и состоит из таких же процессов, что и рабочий цикл четырехтактного двигателя. Однако наполнение и выпуск являются не самостоятельными тактами, требующими двух ходов поршня, а совмещены – наполнение с тактом сжатия, а выпуск с тактом расширения. При этом выпуск газов из цилиндра осуществляется не выталкиванием их поршнем, а путем продувки цилиндра воздухом, подаваемым в него под давлением, создаваемым продувочным насосом или турбокомпрессором.

Первый такт (рис 1.2а) – вторая часть газообмена, сжатие воздуха, подача и воспламенение топлива. Поршень движется от НМТ к ВМТ, воздух, предварительно сжатый до давлений 0,14 – 0,18 МПа (при наличии продувочного насоса) и до 0,20-0,30 МПа(при наличии ГТК), из ресивера 4 через продувочные окна (щели) 1 поступает в цилиндр. Этот воздух вытесняет продукты сгорания, оставшиеся в цилиндре от предыдущего цикла, через выпускные окна или выпускные клапаны 2 в коллектор выпускных газов 3.

В момент закрытия продувочных и выпускных окон или клапанов (линия а’ сГ а) процесс газообмена заканчивается и начинается процесс сжатия (линия ас), который продолжается до прихода поршня в ВМТ. Параметры воздуха в конце сжатия (в точке С):

Pс = 4 – 10 МПа и Тс= 480- 900° С. В конце сжатия в цилиндр с опережением до прихода поршня в ВМТ (точка С) впрыскивается топливо, которое в районе ВМТ самовоспламеняется и далее сгорает.

Второй такт (рис 1.2 Ь) – сгорание топлива, расширение продуктов сгорания и первая часть газообмена. Под действием давления газов поршень движется вниз, совершая рабочий ход. В момент открытия выпускных окон или выпускного клапана 2 (в точке Ь) при угле Ф0вып = 88 – 94° п.к.в. до НМТ (для выпускных окон Ф0вып = 60 – 70° п.к.в. до НМТ) процесс расширения (линия zb) заканчивается и благодаря наличию положительной разницы давления между цилиндром и выпускным коллектором начинается процесс выпуска газов в коллектор. Из коллектора газы поступают в выпускную систему или при наличии ГТК – на привод газовой турбины. Параметры в конце расширения (в точке Ь): Pь= 0,35 – 0,9 МПа;

ТЬ = 530 – 900° С; параметры в точке z: Pz= 9 -16 МПа и Tz = 900 – 2000° С.

После снижения давления в цилиндре до давления продувочного воздуха ps поршнем открываются продувочные окна (в точке d), начинается продувка цилиндра и наполнение его свежим воздухом (фаза Фо,пр). Продувка продолжается до прихода поршня в НМТ
(линия da’) и заканчивается при ходе поршня вверх (фаза Фз,пр) после закрытия продувочных окон (в точке d’) .

Из сравнения рабочих циклов 4-х и 2-х тактных дизелей следует, что при прочих равных условиях – размеры и число цилиндров, частота вращения, мощность двухтактного двигателя теоретически должна быть в 2 раза больше мощности четырехтактного двигателя. В действительности она больше в 1,6 – 1.8 раза, так как величина рабочего хода 2-х тактного двигателя меньше, т. к. его часть затрачивается на процессы газообмена. Более того, газообмен менее совершенен, так как его продолжительность составляет 120
– 140°п.к.в., в то время как в четырехтактном двигателе он занимает 2 хода поршня и составляет ориентировочно 480° п.к.в. Графическое изображение рабочего цикла, представляющее собой диаграмму изменения давления р в цилиндре в функции объема

или хода поршня называется нормальной индикаторной диаграммой (см. рис 1.1 г и рис 1.2 б). Такую диаграмму снимают на работающем дизеле с помощью специального прибора (механического или электронного), называемого индикатором. Для удобства
анализа нормальную диаграмму разворачивают по углу поворота вала и получают развернутую индикаторную диаграмму.

 

 

Двухтактные и четырехтактные двигатели мотобуров

Отличия двухтактного двигателя от четырёхтактного 

Двигатели внутреннего сгорания имеют классификацию в зависимости от количества оборотов коленчатого вала. Движок, в котором рабочий цикл происходит за два такта (один оборот коленвала), именуется двухтактным. Двигатель, с рабочим циклом состоящим из четырех тактов ( за два оборота коленного вала), относится к четырёхтактному.

Один такт двигателя внутреннего сгорания это движение поршня вверх или вниз внутри цилиндра. Рабочий цикл ДВС объединяет серию процессов, в ходе которых высвобождается определённый объем мощности, оказывающий воздействие на коленвал двигателя.

Рабочий цикл 4-х тактного двигателя внутреннего сгорания состоит из нескольких этапов:

  • Заполнение цилиндра топливной смесью.
  • Сжатия топливной жидкости.
  • Воспламенения смеси.
  • Расширение сгоревших газов и освобождения от них цилиндра.

Двух и четырёхтактные двигатели внутреннего сгорания бывают карбюраторными, то есть функционирующими на бензиновом топливе, или дизельными. Отличие этих двух видов ДВС состоит не только в количестве оборотов коленвала. Но также в конструктивных и эксплуатационных характеристиках, от чего зависит принцип работы двигателей.

 

Технология работы двухтактного бензинового двигателя

Рабочий цикл состоит из двух тактов: сжатия рабочего хода и его расширения. Впускание топливной смеси и выпускание отработанных газов осуществляется в пределах двух тактов, то есть во время расширения и сжатия. В отличие от четырёхтактного движка, в котором процесс вхождения топлива и освобождения от газов происходит в отдельных тактах.

В момент сжатия топливной смеси поршень передвигается из НМТ (нижней мёртвой точки) в ВМТ (верхнюю мёртвую точку). Затем перекрывается продувочное окно, сквозь которое проникает в цилиндр топливная смесь, а за ним и выпускное отверстие для выхода отработанных газов. После этого осуществляется сжатие воздушно-бензиновой смеси.

Параллельно с этим процессом в кривошипной камере возникает разрежение, которое получает из карбюратора очередную порцию топлива. В момент прохождения поршня ВМТ топливная жидкость воспламеняется от свечной искры, а посредством образовавшихся газов поршень толкается вниз, тем самым провоцируя вращение коленного вала, что производит полезную работу.

В камере с кривошипным механизмом при рабочем ходе увеличивается давление, которое сжимает топливную жидкость, оказавшуюся там, в предыдущем такте. Когда верхний уровень уплотнительного кольца поршня достигает выпускного окна, при его открытии отработавшие газы попадают в глушитель.

Дальнейшее движение поршня способствует открытию продувочного окна, из-за чего топливная смесь, пребывающая под давлением в кривошипной камере, попадает в цилиндр. В это время остаточные от сгорания газы, попутно выполняют продувку цилиндра и заполняют надпоршневую часть цилиндра. Когда же поршень проходит НМТ рабочий цикл возобновляется в том же порядке.

 

Технология работы четырёхтактного бензинового двигателя

Рабочий цикл включает в себя четыре такта: впуск, сжатие, рабочий ход (расширение), выпуск. На впуске происходит опускание поршня из ВМТ в НМТ, а кулачки распредвала открывают впускной клапан, через который в цилиндр попадает топливо. Когда поршень идёт обратно из нижней мёртвой точки в верхнюю, то возникает сжатие топливной смеси, которое провоцирует увеличение её температуры. После чего перед завершением процесса сжатия между электродами свечи зажигается искра, которая воспламеняет топливную жидкость.

Та в свою очередь, высвобождает горючие газы, подталкивающие поршень вниз. За счёт такой последовательности осуществляется рабочий ход, при котором происходит полезная работа. При прохождении поршнем нижней мёртвой точки происходит открытие выпускного клапана, позволяющее движущемуся по направлению вверх поршню вытеснить отработавшие газы из ёмкости цилиндра, происходит выпуск. После закрытия выпускного клапана в верхней мёртвой точке рабочий цикл возобновляется.

 

Разница конструктивных особенностей и эксплуатационных преимуществ между 2-х и 4-х тактными двигателями

Главное различие четырёхтактного двигателя от двухтактного ― это разные методы подачи подачи воздушно-топливной смеси в цилиндр и ликвидации продуктов газообмена. Газораспределительное устройство у двухтактного движка отсутствует, что существенно облегчает его массу. В то время как в четырёхтактном ДВС основные процессы происходят за счёт специального газораспределительного устройства, которое контролирует работу впускного и выпускного клапанов. Сравнительный анализ основополагающих параметров 2-х тактных и 4-х тактных двигателей выявляет их сильные и слабые стороны.

Преимущества четырёхтактных ДВС:

  • Высокий крутящий момент при более низких оборотах коленвала.
  • Экономичность более высокая у четырёхтактных движков, топливный расход у них почти на 30% меньше, чем у двухтактных двигателей внутреннего сгорания.
  • Качественная система смазки у четырёхтактных ДВС обеспечивает продолжительное использование масла. Для двухтактных движков масло разбавляется в бензине либо поступает из масляного бака во впускной коллектор и сжигается одновременно с топливом в поршневой камере.
  • Шумность работы ниже у двухтактников.
  • Рабочий ресурс выше у 4-х тактных устройств, преобразования энергии в механическую работу, по причине меньшей частоты вращения коленного вала и более усовершенствованной смазочной системы.
  • С точки зрения безопасности окружающей экологической среды четырёхтактные движки лучше, потому как выхлопные газы у двухтактных двигателей намного токсичнее.

Достоинства двухтактных двигателей:

  • Простейшее техобслуживание из-за отсутствия сложной смазочной системы и наличия газораспределительного механизма. 
  • Объемная мощность у 2-х тактных движков значительно выше , почти на 70%, чем в четырёхтактных движках.
  • Простая и легкая конструкция.
  • Скорость увеличения оборотов вращения у 2-х тактных ДВС быстрее.
  • Стоимость более доступная у двухтактного двигателя внутреннего сгорания.

 

На мотобурах используют двигатели обоих типов. Если вам нужен легкий мотобур обладающий высокой мобильностью и управляемый одним оператором, то ваш выбор это двухтактный двигатель.  Если вам необходимо бурение грунта от третей категории и выше, диаметрами от 250 мм, то вам однозначно нужен мотобур с четырехтатным двигателем.

Строение двигателей / Хабр

Недавно наткнулся на прекрасный

сайт

(англ.), который по полочкам размусоливает и показывает строение большинства типов двигателей. Попытаюсь вольно и сжато пересказать самое на мой взгляд главное, совсем по пальцам и как для самых маленьких. Конечно можно было бы позаимствовать точные определения из авторитетных источников, но такой любительский перевод обещает быть единственным в своем роде 🙂

А можете ли Вы сходу объяснить Вашей девушке, в чем отличие бензинового двигателя от дизельного? Четырёхтактного и двухтактного движков? Нет? Тогда приглашаю под кат.

Работающий четырёхтактный двигатель впервые был представлен немецким инженером Николаусом Отто в 1876, с этих пор он также известен под названием цикл Отто. Но все же корректнее называть его четырёхтактным. Четырёхтактный двигатель является, наверное, одним из самых распространенных типов двигателей в наше время. Он используется почти во всех автомобилях и грузовиках.

Под четырьма тактами подразумеваются: впуск, сжатие, рабочий ход, и выпуск. Каждый такт соответствует одному ходу поршня, вследствие этого рабочий процесс в каждом из цилиндров совершается за два оборота коленчатого вала.

Впуск

Во время впуска поршень двигается вниз, втягивая свежую порцию воздушно-топливной смеси через впускной клапан. Отличительной особенностью рассматриваемого двигателя являтся то, что впускной клапан открывается за счет вакуума, образовавшегося в результате движения поршня вниз.

Сжатие

Крутящий момент подымает поршень, а тот в свою очередь сжимает воздушно-топливную смесь. Впускной клапан закрывается возрастающей силой давления, возникшей в результате поднятия поршня.

Рабочий ход

В верхней точке такта сжатия искра воспламеняет сжатое топливо. При сгорании топлива высвобождается энергия, которая воздействует на поршень, заставляя его двигаться вниз.

Выпуск

Когда поршень достигает свою нижнюю точку, выпускной клапан открывается и выхлопные газы выгоняются из цилиндра движущимся наверх поршнем.

В двухтактном двигателе рабочий процесс в каждом из цилиндров совершается за один оборот коленчатого вала, то есть за два хода поршня. Такты сжатия и рабочего хода в двухтактном двигателе происходят так же, как и в четырехтактном, но процессы очистки и наполнения цилиндра совмещены и осуществляются не в рамках отдельных тактов, а за короткое время, когда поршень находится вблизи нижней мертвой точки, с помощью вспомогательного агрегата — продувочного насоса. Wiki

Так как в двухтактном двигателе на каждое движение коленчатого вала приходится один рабочий ход — двухтактные двигатели всегда мощнее четырехтактных (если брать двигатели одинакового объема). Важным фактором в пользу первых является их более простая и легкая конструкция. Эти двигатели получили распространение в бензо-пилах, лодочных моторах, снегоходах, легких мотоциклах и моделях самолетов.

Бесспорными минусами данного типа двигателей являются их неэкономичность, так как значительная доля топлива не выгорает и выбрасывается вместе с выхлопными газами.

Впуск

Воздушно-топливная смесь всасывается в кривошипную камеру благодаря ваккууму, который создается во время движения поршня вверх.

Сжатие в камере сгорания

Во время сжатия впусковой клапан закрывается давлением в кривошипной камере. Топливная смесь сжимается на последней стадии такта.

Движение топливной смеси/выпуск

Ближе к концу такта, поршень заставляет сжатую воздушно-топливную смесь двигаться по впускному каналу из кривошипной камеры в главный цилиндр. Воздушно-топливная смесь вытесняет выхлопные газы, которые покидают главный цилиндр через выпускной клапан. К сожалению, цилиндр также покидает некоторое количество невыгоревшего топлива, из-за чего конструкция двухтактного двигателя считается менее экономичной.

Сжатие

После чего поршень подымается, движимый крутящим моментом, и сжимает топливную смесь. (В этот момент под поршнем происходит следующий такт впуска).

Рабочий ход

На вершине такта свеча зажигания воспламеняет топливную смесь. Возникшая энергия заставляет поршень двигаться вниз до завершения цикла. (В этот момент внизу цилиндра топливо сжимается в кривошипной камере).

Особенностью дизельного двигателя является измененная система воспламенения топлива.

Создав свой тип двигателя в 1897 Рудольф Дизель заявил, что его двигатель является самым эффективным из когда-либо созданных. До сих пор его детище стоит в ряду самых экономичных двигателей.

Впуск

Впускной клапан открывается и свежий воздух (без топлива), засасывается в цилиндр.

Сжатие

Когда поршень подымается, воздух сжимается и температура в цилиндре возрастает. В конце такта воздух раскаляется настолько, что температуры становится достаточно дря воспламенения топлива

Впрыск

Возле вершины такта сжатия топливный инжектор впрыскивает топливо в цилиндр. При контакте с горячим воздухом топливо воспламеняется.

Рабочий ход

При сгорании топлива высвобождается энергия, которая воздействует на поршень, заставляя его двигаться вниз.

Выпуск

Выпускной клапан открывается, заставляя выхлопные газы покинуть цилиндр.

Роторно-поршневой двигатель Ванкеля удивительное творение, предлагающее очень замысловатую перепланировку четырех тактов Отто-цикла. Был разработан Феликсом Ванкелем в 50-х годах прошлого века.

В двигателе Ванкеля трехгранный ротор с кольцевой шестернью вращается вокруг фиксированого зубчатого вала в продолговатой камере.

В наше время наибольшие усилия по разработке и популяризации данного типа двигателя прилагает Mazda, но все же четерыхтактный двигатель остается наиболее популярным. Также АвтоВАЗ использует данный тип двигателя в автожирах.

  • Преимущества перед обычными бензиновыми двигателями:
  • низкий уровень вибраций. Роторно-поршневой двигатель полностью механически уравновешен, что позволяет повысить комфортность лёгких транспортных средств типа микроавтомобилей, мотокаров и юникаров
  • главным преимуществом роторно-поршневого двигателя являются отличные динамические характеристики: на низкой передаче возможно без излишней нагрузки на двигатель разогнать машину выше 100 км/ч на более высоких оборотах двигателя (8000 об/мин и более), чем в случае конструкции обычного поршневого двигателя внутреннего сгорания.
  • Высокая удельная мощность(л.с./кг), причины:
  • меньшие в 1,5-2 раза габаритные размеры.
  • меньшее на 35-40 % число деталей

  • Недостатки:
  • Быстрый износ
  • Склонности к перегреву
  • Сложность в производстве
  • Меньшая экономичность при низких оборотах

Впуск

Воздушно-топливная смесь попадает через впускной клапан на этом этапе вращения.

Сжатие

Топливная смесь сжимается здесь.

Рабочий ход

Рабочий ход, топливная смесь воспламеняется здесь, вращая ротор по кругу.

Выпуск

Выхлопные газы выходят здесь

Этот типа двигателя может приводится в действие паром, но чаще его можно встретить в маленьких моделях самолетов, где он работает на сжатом воздухе или углекислом газу.

На этой анимации отображен резервуар с CO2. Сжатый CO2 — это жидкость, которая освобождаясь переходит в газообразное состояние или же другими словами — при нормальных атмосферной температуре и давлении жидкий углекислый газ кипит, следовательно мы не ошибемся если скажем, что данный тип двигателя работает на пару CO2.

Впуск

На вершине цикла поршневой палец давит на шариковый клапан впуская находящийся под большим давлением газ в цилиндр.

Рабочий ход

Газ расширяется двигая поршень вниз

Выпуск

Когда поршень открывается выпускной клапан, находящийся под давлением газ покидает цилиндр.

Окончание

Крутящий момент возвращается поршень наверх, чтобы завершить цикл.

Ракетные и турбореактивные двигатели, по словам автора, поразительны по своей конструкции, но анимация их работы по его мнению слишком скучна.

Ракетный двигатель

Ракетный двигатель — простейшие из своего семейства, поэтому начнем с него.

Для того, что функционировать в открытом космосе ракетные двигатели для своей работы требуют запас кислорода, ровно как и топлива. Кислородно-топливная смесь впрыскивается в камеру сгорания где она беспрерывно сгорает. Газ под большим давлением выходит через сопла, вызывая тягу в обратном направлении.

Чтобы опробовать этот принцип самому, надуйте игрушечный шарик и выпустите его из рук — ракетный двигатель работает почти так-же 😉

Турбореактивный двигатель

Турбореактивный двигатель работает по тому-же принципу что и ракетный, с той лишь особенностью, что необходимый для горения кислород он берет из атмосферы. По своей конструкции он наиболее эффективен на больших высотах с разряженным воздухом.

Момент схожести: топливо беспрерывно сгорает в камере сгорания как и в ракетном. Расширевшийся газ покидает камеру сгорания через сопла, образуя тягу в обратном направлении.

Отличия: На своем пути из сопла некоторое количество давления газа ипользуется, чтобы раскрутить турбину. Турбина — это серия винтов, соединенныходним валом. Между каждой парой винтов находится статор (направляющий аппарат компрессора). Этот аппарат помогает газу проходить через лопасти винтов более эффективно.

Перед двигателем турбинный вал раскручивает компрессор. Компрессор работает схоже с турбиной, только в обратную сторону. Его функцией является повышение давления воздуха, попадающего в двигатель. Турбина выталкивает воздух, а компрессор засасывает.

Турбовинтовой двигатель

Турбовинтовой двигатель схож турбореактивным, с той лишь особенностью, что газ покидающий камеру сгорания вращает в большей степени турбину, которая в свою очередь вращает винт преед двигателем. Он и создает тягу. Эффективен на малых высотах.

Турбовентиляторный двигатель

Турбовентиляторный двигатель — это что вроде компромисса между турбореактивным и турбовинтовым. Он работает как турбореактивный, но есть одна особенность: турбинный вал вращает внешний вентялятор, который имеет больше лопастей и крутится быстрее пропеллера. Это помогает данному двигателю оставаться эффективным на больших высотах, где воздух рязряжен.

Источники:
www.animatedengines.com

  • Ultimate Visual Dictionary, DK Publishing Inc., 1999
  • Building the Atkinson Cycle Engine, Vincent Gingery, David J Gingery Publishing, 1996
  • The Stirling Engine Manual, James G. Rizzo, Camden Miniature Steam Services, 1995
  • Modern Locomotive Construction, J. G. A. Meyer, 1892, reprinted by Lindsay Publications Inc., 1994
  • Five Hundred and Seven Mechanical Movements, Henry T. Brown, 1896, reprinted by The Astragal Press, 1995
  • Model Machines/Replica Steam Models, Marlyn Hadley, Model Machine Co., 1999
  • Air Board Technical Notes, RAF Air Board, 1917, reprinted by Camden Miniature Steam Services, 1997
  • Internal Fire, Lyle Cummins, Carnot Press, 1976
  • Toyota Web site Prius specifications
  • Steam and Stirling Engines you can build, book 2, various authors, Village Press, 1994
  • Knight’s New American Mechanical Dictionary, Supplement Edward H. Knight, A.M., LL. D., Houghton, Mifflin and Company, 1884
  • Thomas Newcomen, The Prehistory of the Steam Engine L. T. C. Rolt, David and Charles Limited, 1963
  • An Introduction to Low Temperature Differential Stirling Engines James R. Senft, Moriya Press, 1996
  • An Introduction to Stirling Engines James R. Senft, Moriya Press, 1993

UPD: Добавил двигатели Ванкеля и CO2, они мне показались наиболее интересными и практически полезными.
UPD2: Добавил описание целого семейства реактивных двигателей: ракетный, турбореактивный, турбовинтовой, турбовентиляторный.

Отличие двухтактного двигателя от четырехтактного

Современные автомобили отличаются не только марками и используемым топливом. Существует еще разница в типе двигателя. Предлагаемая публикация подробно познакомит читателей с двухтактным и четырехтактным силовыми агрегатами.

1

Что необходимо знать каждому автолюбителю о работе двигателя

Следует отметить, что любое современное транспортное средство представляет собой сложнейшую систему взаимосвязанных между собой механизмов. Подобно человеческому организму, в котором работа всех органов зависит от здорового сердца, нормальное функционирование автомобиля обеспечивается исправным мотором.

Чтобы четко понять, в чем состоит отличие двухтактного двигателя от четырехтактного, для начала следует ознакомиться с принципом действия нормально функционирующего механизма. Основным его предназначением является создание определенного усилия, принуждающего коленчатый вал совершать вращательные движения.

Нормальный рабочий цикл исправного ДВС представляется несколькими этапами:

  1. Внутреннее пространство цилиндра заполняется горючей смесью;
  2. Топливо, разбавленное некоторым количеством воздуха, подвергается сжатию;
  3. Определенными условиями вызывается воспламенение смеси;
  4. Разогретые газы расширяются и покидают внутреннее пространство цилиндра.

В исправно функционирующем силовом агрегате поршень совершает поступательные движения, поднимаясь вверх и опускаясь вниз. Его действия сопровождаются полным периодом вращения коленчатого вала. Движение поршня в одном определенном направлении называется тактом.

При одном из них сгоревшие газы расширяются, выполняя полезную работу. Описываемый процесс получил название рабочего хода поршня. Отдельно необходимо отметить, что полный оборот коленчатого вала совершается на протяжении двух тактов.

Что касается непосредственно темы настоящей публикации, то двухтактным называют силовой агрегат, совершающий рабочий цикл в течение одного периода вращения коленвала, состоящего из двух тактов.

Два полных оборота коленчатого вала, выполняемые на протяжении четырех тактов, характерны для другого типа двигателя, именуемого четырехтактным. Чтобы определить, в чем заключается разница между рассматриваемыми моторами, необходимо детально изучить принцип их действия.

Подробности о работе четырехтактного силового агрегата

Рассмотрим подробнее принцип действия четырехтактного мотора. В нем каждый второй период вращения коленчатого вала сопровождается воспламенением топливно-воздушной смеси. Особым кулачковым валом, последовательно нажимающим на коромысла, поочередно открываются впускные и выпускные клапаны. Специальная пружина возвращает клапан в исходное положение, закрывая его.

Необходимо обеспечить достаточно плотный контакт клапанов с головкой блока цилиндров. Это позволит не допустить нежелательной потери компрессии.

Итак, принцип действия четырехтактного силового агрегата представляется четырьмя тактами:

  1. Сначала происходит опускание поршня из верхнего положения до нижней мертвой точки, сопровождающееся открыванием кулачковым механизмом распределительного вала впускного клапана. Внутреннее пространство цилиндра заполняется смесью топлива с воздухом;
  2. Поршень начинает подниматься в обратном направлении, из нижнего положения в верхнее. Процесс сопровождается сжатием горючего при значительном увеличении его температуры;
  3. Выполнение полезной работы осуществляется за счет горючих газов, направляющих поршень к нижней мертвой точке. Их образование происходит в результате сгорания топливной смеси, воспламененной искрой от свечи зажигания, возникающей на завершающем этапе сжатия;
  4. Далее следует выпуск, представленный выталкиванием поршнем выхлопных газов из внутреннего пространства цилиндра, сопровождается открыванием выпускного клапана. Его закрытие происходит в верхней мертвой точке. Затем описываемый процесс повторяется.

Принцип действия двухтактного силового агрегата

Поставка смеси воздуха с горючим в двухтактном моторе совмещается с процессом ее сжатия, а удаление отработанных газов происходит одновременно с их расширением. Иными словами, рабочий цикл представляется всего двумя тактами и осуществляется за один период вращения коленвала.

При поднимании поршня в направлении из нижней точки в верхнюю, вначале перекрывается специальное продувочное окно, поставляющее горючую смесь в цилиндр. При закрытии выпускного отверстия, способствующего выходу отработанных газов, начинается процесс сжатия топлива вперемешку с воздухом. Благодаря разрежению, возникающему в кривошипной камере, из карбюратора подается следующая порция горючей смеси.

Газы, образованные после сгорания топлива, воспламененного от искры свечи у верхней мертвой точки хода поршня, принуждают его опуститься вниз. Коленчатый вал начинает вращение, выполняя полезную работу.

Благодаря осуществлению рабочего хода повышается давление внутри кривошипной камеры. Смесь горючего с воздухом, доставленная туда на предыдущем этапе, подвергается сжатию. Поршень поднимается до выпускного отверстия, открывая его. Отработанные газы покидают камеру, попадая в глушитель. Продолжающееся движение поршня способствует открыванию продувочного окна.

Благодаря повышенному давлению воздушно-топливная смесь из кривошипной камеры заполняет внутреннее пространство цилиндра. Одновременно вытесняются остатки отработанных газов, происходит заполнение надпоршневого пространства. При достижении поршнем крайнего нижнего положения возобновляется цикличный процесс.

Конструктивные отличия

Из рассмотренного выше принципа действия двух типов двигателей можно определить, чем отличается двухтактный от четырехтактного силового агрегата. Основная разница заключается в конструктивных особенностях механизмов.

Принципиальное отличие состоит в системе газообмена, снабжающей мотор воздушно-топливной смесью и отвечающей за удаление отработанных газов из внутреннего пространства цилиндров.

Четырехтактный двигатель осуществляет процесс за счет специального газораспределительного устройства, дополненного особым клапанным механизмом. Подача и выпуск осуществляется во время отдельных тактов. Это несколько усложняет конструкцию силового агрегата.

Двухтактные двигатели устроены намного проще. В них такты сжатия и расширения совмещены с заполнением и опустошением цилиндров. Система клапанов заменена двумя специальными отверстиями в стенках, через которые в камеру поставляется топливно-воздушная смесь и удаляются отработанные газы. Отсутствие газораспределительного механизма не только значительно упрощает конструкцию силового агрегата, но и существенно снижает его вес.

Сравнительный анализ двухтактного и четырехтактного моторов

Чтобы лучше понять, чем отличаются рассматриваемые типы силовых агрегатов, следует ознакомиться с их основными характеристиками, представленными в виде таблицы.

Четырехтактный двигатель Двухтактный двигатель
Количество тактов рабочего хода поршня на полный оборот коленчатого вала
2 1
Сбалансированность работы
Компенсировать вибрации, вызванные неравномерностью распределения крутящего момента, приходится тяжелым маховиком Мотор работает достаточно равномерно, что позволяет применять маховик гораздо меньшего веса
Масса двигателя
Тяжелый за счет дополнительного оборудования Намного легче
Конструкция
Достаточно сложная из-за необходимости применения газораспределительного устройства с клапанным механизмом Упрощенная благодаря отсутствию клапанной системы
Стоимость
Высокая Ниже, чем у четырехтактного
Механический КПД
Пониженный из-за большого числа трущихся деталей Высокий за счет уменьшения количества подвижных элементов, подвергающихся трению
Производительность
Высокая, объясняемая полной заменой отработанных газов свежей топливно-воздушной смесью Несколько ниже из-за перемешивания отработанных газов с новой порцией горючей смеси
Рабочая температура
Низкая Более высокая
Охлаждение
Жидкостное Воздушное
Расход топлива
Пониженный за счет полного сгорания Завышенный из-за перемешивания нового впрыска с остатками отработанных газов
Габариты
Такой двигатель имеет большие размеры Двухтактным моторам свойственны меньшие габариты
Система смазки
Сложная Упрощенная
Звуковые характеристики
Сравнительно тихая работа Более шумный
Потребление смазки
Низкое Повышенное
Тепловая эффективность
Высокая Пониженная
Подверженность износу
Трущиеся детали изнашиваются меньше, что продлевает срок службы силового агрегата Более быстрое изнашивание подвижных элементов способствует сокращению срока эксплуатации мотора

Некоторые позиции приведенной таблицы требуют детального рассмотрения.

Система смазки рассматриваемых моделей двигателей

Принцип смазки является очередным существенным различием, характеризующим работу двухтактных и четырехтактных моделей силовых агрегатов. Первые из них предполагают перемешивание определенного количества моторного масла с бензином. Существуют установленные пропорции такой смеси.

Чаще всего на одну часть масла приходится от 25 до 50 частей бензина. При возгорании горючей смеси смазка, представленная в виде мельчайших распыленных частиц, сгорает вместе с топливом. Вещества, образующиеся в результате сгорания, удаляются совместно с выхлопными газами.

Существует два способа получения масляно-бензиновой смеси:

  • обычное механическое перемешивание при непосредственной подаче горючего в топливный бак;
  • все необходимые компоненты поставляются внутрь системы по отдельности. Для получения требуемой топливно-масляной смеси предназначен специальный патрубок. Располагается деталь в пространстве, отделяющем цилиндр от карбюратора.

Для четырехтактного мотора применяется исключительно раздельная подача бензина и масла. Топливо не перемешивается со смазкой, независимо выполняя предписанные функции. Поэтому конструкция двигателя несколько усложняется за счет необходимости существования отдельной системы, снабжающей силовой агрегат требуемым количеством масла. Дополнительным оборудованием для смазки является масляный бачок, фильтр, помпа, клапаны и трубопроводная магистраль.

Требования к маслу, применяющемуся для двухтактных двигателей, ужесточаются из-за его полного сгорания. Необходимым условием является минимальное количество продуктов горения в виде нагара и сажи.

Смазка четырехтактного двигателя обязана обеспечивать стабильные характеристики на протяжении долгого периода времени эксплуатации.

Сфера применения

Отдельно следует отметить, что с точки зрения экономичности четырехтактный двигатель несколько выгоднее двухтактного мотора. Это объясняется пониженным расходом топлива, что немаловажно при нынешней стоимости горючего. Несмотря на это, значительные габариты позволяют использовать такое оборудование только для крупной техники, наподобие грузовых и легковых автомобилей, автобусов и пр.

Небольшие размеры, дополненные пониженной массой агрегата, допускают применения двухтактных двигателей для мопедов, скутеров, мотоциклов и прочих мелкогабаритных устройств. Используется такая модель мотора и в газонокосилках, моторных лодках и т.д.

Заключение

Проведенное исследование позволило определить достоинства и недостатки двух типов двигателей. Невзирая на неоспоримые преимущества двухтактных моторов, они все же несколько проигрывают четырехтактным из-за токсичности выхлопа и чрезвычайно шумной работы.

Однако, предприимчивые производители нашли способ нивелировать эти досадные недочеты. Несколько усложнив конструкцию дополнительным оборудованием, они предлагают использовать для продувки мотора чистый воздух. Такое нововведение позволит значительно повысить экономичность двухтактного силового агрегата наряду с экологичностью.

Устройство и принцип работы четырёхтактного двигателя и двухтактного двигателя с

Преимущества
четырёхтактных двигателей
  • Б́ольшая экономичность
  • Более чистый выхлоп (экологически чище)
  • Не требуется сложная выхлопная система
  • Меньший шум, вибрация
  • Отсутствие необходимости постоянного контроля уровня масла

 

Преимущества
двухтактных двигателей
  • Отсутствие громоздких систем смазки и газораспределения
  • Б́ольшая мощность в пересчёте на 1 литр рабочего объёма
  • Проще и дешевле в изготовлении
  • Меньший вес

Устройство и принцип работы четырёхтактного двигателя и двухтактного двигателя


 

 

Рабочий цикл четырёхтактного двигателя состоит из четырёх основных этапов — тактов.
Поршень - металлический стакан, опоясанный пружинящими кольцами (поршневые кольца), вложенными в канавки на поршне. Поршневые кольца не пропускают газов, образующихся при сгорании топлива, в промежутке между поршнем и стенками цилиндра. Пoршень снабжен металлическим стержнем - пальцем, соединение с шатуном. Шатун передаёт прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.

1. Впуск - четырёхтактный двигатель

В процессе впуска поршень четырёхтактного двигателя идёт из верхней мёртвой точки (ВМТ) в нижнюю мёртвую точку (НМТ). Одновременно кулачком распредвала открывается впускной клапан, - в цилиндр четырёхтактного двигателя затягивается свежая топливно-воздушная смесь.

2. Сжатие - четырёхтактный двигатель

Пoршень четырёхтактного двигателя поднимается из НМТ в ВМТ, сжимая рабочую топливную смесь. Одновременно и значительно поднимается температура горючей смеси. Отношение рабочего объёма цилиндра в НМТ и объёма камеры сгорания в ВМТ называется степенью сжатия (не путать с компрессией). Степень сжатия — очень важный параметр, обычно, чем она больше, тем больше топливная экономичность двигателя. Но, для четырёхтактного двигателя с б́ольшей степенью сжатия требуется топливо с б́ольшим октановым числом, которое дороже.

3. Сгорание и расширение (рабочий ход поршня) - четырёхтактный двигатель

Незадолго до окончания такта сжатия горючая смесь воспламеняется искрой от свечи зажигания. Во время следования поршня из ВМТ в НМТ топливо сгорает, и под действием тепла сгоревшего топлива рабочая смесь расширяется, толкая поршень. Степень «недоворота» коленчатого вала двигателя до ВМТ при поджигании смеси именуется углом опережения зажигания. Опережение зажигания необходимо для того, чтобы давление газов достигло максимальной величины когда пoршень будет находиться в ВМТ. Тогда использование энергии сгоревшего топлива будет максимальным. Скороть горения топлива практически не меняется, то есть занимает фиксированное время, следовательно чтобы достичь максимальной производительности двигателя нужно увеличивать угол опережения зажигания пропорционально уровню оборотов коленвала. В старых двигателях эта регулировка производилась механическим устройством (центробежным и вакуумным регулятором воздействующим на прерыватель). В более современных двигателях для регулировки угла используется электронное опережение зажигания.

4. Выпуск - четырёхтактный двигатель

После НМТ такта рабочего хода поршня четырёхтактного двигателя открывается выпускной клапан, и поднимающийся поршень вытесняет отработанные газы из цилиндра двигателя. При достижении поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается и четырёхтактный цикл начинается сначала.

Необходимо также помнить, что следующий процесс (например, впуск), необязательно должен начинаться в тот момент, когда закончится предыдущий (например, выпуск). Такое положение, когда открыты сразу оба клапана (впускной и выпускной), называется перекрытием клапанов. Перекрытие клапанов необходимо для лучшего наполнения цилиндра/-ов горючей смесью, а также для лучшей очистки цилиндра/-ов четырёхтактного двигателя от отработанных газов.

 

Четырехтактный двигатель скутера:

1 - цилиндр с головкой
2 - крышка головки цилиндра
3 - карбюратор
4 - впускной патрубок
5 - электростартер.

Для ещё большей наглядности посмотри видеоролик, наглядно показывающий работу четырёхтактного двигателя. На этом видео демонстрируется автомобильный четырёхцилиндровый шестнадцатиклапанный (то есть, в каждом цилиндре по два впускных и выпускных клапана, для лучшей продувки) двигатель, однако сути это не меняет.


 

 

 


 

 

В двухтактных двигателях все рабочие циклы (процессы впуска топливной смеси, выпуска отработанных газов, продувки) происходят в течении одного оборота коленвала (а не двух, как в четырёхтактных) за два (а не четыре) основных такта. У двухтактных двигателей отсутствуют клапаны (как в четырехтактных ДВС), их роль выполняет сам пoршень, который в процессе перемещения то закрывает, то открывает впускные, выпускные и продувочные окна. Поэтому двухтактный двигатель более прост в конструкции.

Мощность двухтактного двигателя при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения вала теоретически в два раза больше четырехтактного за счет большего в 2 раза числа рабочих тактов. Однако неполное использование хода поршня двухтактного двигателя для расширения, худшее освобождение цилиндра от остаточных газов и затраты части вырабатываемой мощности на продувку приводят практически к увеличению мощности только на 60 - 70%.

 

Итак, рассмотрим конструкцию двухтактного ДВС, показанную на рисунке 1:

Двухтактный двигатель состоит из картера, в который на подшипниках с двух сторон установлен коленчатый вал и цилиндр.

Смазка всех трущихся поверхностей и подшипников внутри двухтактных двигателей происходит за счёт топливной смеси, - смеси бензина и масла в определённой пропорции. Из рисунка 1 видно, что топливная смесь (желтый цвет) попадает и в кривошипную камеру двухтактного двигателя (полость, где закреплен и вращается коленчатый вал), и в цилиндр. Смазки там нигде нет, а если бы и была, то смылась бы топливной смесью. Вот по этой причине масло и добавляют в определенной пропорции к бензину. Тип масла используется специальный, именно для двухтактных двигателей. Оно должно быть способно выдерживать высокие температуры и, сгорая вместе с топливом, оставлять минимум зольных отложений, то есть нагара.

Теперь о принципе работы. Весь рабочий цикл в двухтактных двигателях осуществляется за два такта.

 

1. Такт сжатия - двухтактный двигатель

Пoршень двухтактного двигателя поднимается от НМТ поршня (в таком положении он находится на рис. 2) к ВМТ поршня (положение поршня на рис.3), перекрывая сначала продувочное 2, а затем выпускное 3 окна цилиндра двухтактного двигателя. После закрытия поршнем выпускного отверстия в цилиндре начинается сжатие ранее поступившего в него топливной смеси. Одновременно в кривошипной камере 1 вследствие ее герметичности и после того как пoршень перекрывает продувочные окна 2, под поршнем создается разряжение, под действием которого из карбюратора через впускное окно и открывающийся клапан поступает горючая смесь в кривошипную камеру двухтактного двигателя.

 

2. Такт рабочего хода - двухтактный двигатель

При положении поршня около ВМТ сжатая рабочая смесь (1 на рис. 3) воспламеняется электрической искрой от свечи, после этого температура и давление смеси резко подскакивают. Под действием теплового расширения газов поршень двухтактного двигателя опускается к НМТ, в это время расширяющиеся газы сгоревшей смеси совершают полезную работу, толкая поршень. В это же время, опускаясь, пoршень создает высокое давление в кривошипной камере двухтактного двигателя (сжимая топливо-воздушную смесь в ней). Под действием давления клапан закрывается, не давая таким образом горючей смеси снова попасть во впускной коллектор и затем в карбюратор.

Когда поршень двухтактного двигателя дойдет до выпускного отверстия (1 на рис. 4), оно откроется и таким образом выйдут отработавшие газы в выпускную систему, давление в цилиндре понизится. При дальнейшем перемещении пoршень открывает продувочное (впускное) окно (1 на рис. 5) и горючая смесь, сжатая в кривошипной камере, поступает по каналу (2 на рис. 5), заполняя цилиндр и одновременно продувая его от остатков отработавших газов.

Далее цикл повторяется.

Немного о принципе зажигания. Так как топливной смеси нужно время для воспламенения, искра на свече появляется чуть раньше, чем пoршень достигает ВМТ. В идеале, чем быстрей движения поршня, тем раньше должно быть зажигание, потому что пoршень от момента искры быстрее доходит до ВМТ. Существуют механические и электронные устройства, меняющие угол зажигания в зависимости от оборотов двигателя.

У большинства скутеров до 2000 г.в. таких систем не было и угол опережения зажигания был установлен в расчете на оптимальные обороты. На некоторых же скутерах, например Honda Dio ZX AF35, установлен электронный коммутатор с динамическим опережением, то есть с опережением, зависящим от оборотов коленвала. С ним расширяющаяся горючая смесь совершает работу с максимальной полезной отдачей, и двигатель развивает больше мощности.

 

 

 

 

 

 

 

Преимущества и недостатки двух- и четырехтактных двигателей.

Двухтактные преимущества

1. Меньший вес. Пример: 15 л.с. Двухтактный 36 кг четырёхтактный 45 кг.

2. Цена. Четырёхтактные двигатели сложнее в производстве, состоят из большего количества деталей, поэтому всегда дороже двухтактников.

3. Удобство перевозки двухтактника. Можно возить в любом положении, перед началом эксплуатации не требует отвешивания. Т.е. достал из багажника, поставил, завел, поехал.

4. Двухтактный двигатель живее реагирует на ручку газа. В четырёхтактных для совершения полного рабочего цикла поршню необходимо сделать 2 полных оборота в то время как в двухтактных только один. Частый вопрос: А правда ли что четырёхтактный 15 л.с. бежит быстрее чем такой же двухтактный? Ответ: нет не правда. У обоих этих двигателей мощность на валу 15 л.с. При прочих равных условиях почему один двигатель должен ехать быстрее второго?

Двухтактные недостатки

1. Больший расход топлива. Напомним, примерный расход можно высчитать по формуле: для двухтактного 300 грамм на одну лошадинную силу, для четырёхтактного 200 грамм.

2. Шумность. На максимальных оборотах двухтактные двигатели как правило работают немного громче четырёхтактных.

3. Комфорт. Четырёхтактные двигатели не так вибрируют на малых оборотах (Касается только двухцилинровых двигателей. Одноцилиндровые и двух и четырёхтактные вибрируют примерно одинаково) и не так дымят как двухтактные.

4. Долговечность. Довольно спорный пункт. Бытует мнение, что двухтактные двигатели менее долговечны. С одной стороны это понятно, потому как масло для смазки трущихся элементов двигателя подается вместе с бензином, а значит работает не так эффективно в отличие от четырёхтактных двигателей где трущиеся элементы буквально плавают в масле. Но с другой стороны четырёхтактный двигатель по конструкции намного сложнее конкурента, состоит из значительно большего числа деталей, а золотой принцип механики "Чем проще тем надежнее" еще никто не отменял.

Какой же двигатель выбрать?

Взвесь все за и против изложенные выше и сделай выбор самостоятельно. Однозначного ответа на вопрос: какой из двигателей лучше ты не найдешь ни в одной из книг ни на одном из форумов. И у тех и у других типов двигателей есть свои поклонники.

 

Просмотров: 6169

Принцип Работы, Описание Рабочего Цикла, Пропорции Смеси Масла и Бензина Для Смазки Бензинового Или Дизельного ДВС

Двигатели внутреннего сгорания построены по одному принципу – энергия сгорания топлива превращается в кинетическую энергия вращения коленвала. Существуют два типа моторов – двухтактные и четырехтактные. Оба обладают своими преимуществами и недостатками, попробуем разобраться в чем отличия.

Схема устройства двухтактного двигателя

Принцип работы ДВС

Рабочий цикл двухтактного двигателя состоит из впуска и выпуска происходящего за один оборот коленчатого вала, тогда как 4-х тактный имеет следующие циклы — впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. И протекают они за два оборота маховика. В двигателе с 4 тактами впуск и выпуск осуществляются в виде разных процессов, в двухтактнике они совмещены со сжатием топливной смеси и расширением рабочих газов. Принцип действия двухтактного двигателя:

  1. Первый такт – сжатие. Происходит движение поршня от нижней мертвой точки, при этом вначале закрывается продувочное окно. Отработанные выхлопные газы выводятся через выпускное отверстие. В этот момент в кривошипной камере под днищем поршня образуется область разрежения, куда поступает обогащенная топливная смесь из карбюратора (инжектора). Эта порция свежего воздуха выталкивает остатки выхлопных газов в выпускной коллектор. В момент наивысшего положения поршня происходит воспламенение смеси от свечи зажигания.
  2. Второй такт – рабочий ход или расширение. Температура и давление газов в камере сгорания резко увеличивается, под его действием поршень начинает движение к нижней мертвой точке, совершая полезную работу. Повышенное давление в кривошипной камере перекрывает впускной клапан, препятствуя попаданию отработанных газов в карбюратор. Через систему выпускных окон отработавшие газы уходят в глушитель, а через продувочное окно начинает поступать свежая горючая смесь в камеру сгорания. В самой нижней точке действие второго такта заканчивается и процесс повторяется.

Двухтактный дизельный двигатель работает по такому же принципу, только у него отсутствует свеча зажигания, а воспламенение топлива происходит от сжатия. Поэтому степень сжатия в дизельных двс намного выше бензиновых.

Особенности мотора с двумя тактами

Двухтактный двигатель совершает полный цикл за один оборот коленвала, это позволяет получить большую удельную литровую мощность чем у 4-х тактного движка при тех же оборотах двигателя. Однако, кпд двухтактника будет ниже из-за несовершенства механизма фаз газораспределения, неизбежных потерь топливной смеси в процессе продувки и неполного рабочего хода поршня.

Двухтактный двигатель сильно греется, потому что во время работы высвобождается большая тепловая энергия. Иногда может потребоваться дополнительное охлаждение. В мотоциклах редко используются двухтактные моторы с большим количеством цилиндров, чаще всего применяется одноцилиндровый мотор с воздушным охлаждением.

При работе по двухтактному циклу поршень совершает меньше движений за один такт, а нагрузка вспомогательных газораспределительных, смазочных и охлаждающих систем на коленвал ниже или отсутствует совсем. Поэтому износ поршневой группы у них будет ниже. Если для легкой техники это не является решающим фактором, то тихоходный двухтактный дизельный двигатель может иметь в несколько раз больший ресурс, чем все остальные двс. Поэтому они нашли широкое распространение в тепловозах, генераторах, судовых двигателях.

Двухтактный бензиновый двигатель быстрее набирает обороты максимальной мощности. Этим активно пользуются мотоспортсмены, особенно в кроссовых дисциплинах, когда необходим мгновенный отклик на рукоятку газа. Кроме того, он проще в обслуживании, дешевле и легче четырехтактного.

Расход топлива у двухтактника будет выше на 25-30 %, шумность и вибрации тоже. Двигатель невозможно вписать в жесткие экологические нормы, даже если использовать инжекторные системы впуска и наддув. Большой расход воздуха требует применения специальных воздушных фильтров.

Система смазки и приготовление топлива

Работа двухтактного двигателя требует эффективной смазки движущихся узлов. Централизованная раздельная система смазки с масляным насосом, как у четырехтактных двигателей, здесь отсутствует, поэтому масло добавляется в бензин в соотношении 1:25 – 1:50. Полученный состав, находясь в поршневой и кривошипно-шатунной камере, смазывает подшипники шатуна, стенки цилиндра и поршневые кольца. При воспламенении воздушной смеси масло сгорает и удаляется вместе с выхлопными газами.

Моторное масло должно быть специальное — для двухтактного двигателя, обычно оно имеет маркировку 2Т на канистре. Использование обычного автомобильного масла недопустимо по ряду причин:

  • Масло для двухтактных двигателей обязано обладать хорошей растворимостью в бензине;
  • Обладает прекрасными смазывающими свойствами, улучшая работу двигателя и уменьшая трение;
  • Защита от коррозии трущихся деталей поршневой группы;
  • Двухтактное масло должно сгорать без остатка, не образовывая нагар и сажу. Высокая зольность обычного масла приводит к закоксовыванию поршневых колец.

Подачу смазки в двухтактный двигатель можно осуществить двумя способами. Первый и самый простой – смешивать с топливом в нужной пропорции. Второй – это раздельная система смазки двухтактного двигателя, когда состав из топлива и масла готовится непосредственно перед попаданием внутрь в специальном патрубке. В этом случае устанавливается отдельный бачок для масла, а его подача осуществляется с помощью специального плунжерного насоса.

Эта система получила широкое распространение на современных мотоциклах и скутерах. Кроме удобства использования (теперь не нужно доливать масло в бак на глаз каждую заправку), происходит серьезная экономия масла, потому что впрыск его зависит от оборотов двигателя. На холостых оборотах пропорция масла может составлять всего 1:200.

Тюнинг двухтактного двигателя

Любой двухтактный мотор имеет возможности для форсировки. Увеличение мощности при таком же объеме оправдано в спорте, а в повседневной эксплуатации двигатель становится эластичнее и экономичнее. Основные способы доработки:

  1. Увеличить диаметр выпускного отверстия и обеспечить его максимально продолжительное время открытия. Это позволяет выпустить максимальное количество газов. Таким образом повышаются тяговые возможности двигателя и его крутящий момент.
  2. Обеспечить эффективную продувку. Для этого можно увеличить диаметр впускного окна, тогда горючая смесь не будет задерживаться в картере и обеспечится своевременный впрыск в камеру сгорания.
  3. Применение на карбюраторе вихревого диффузора, который за то же время подает большее количество топливной смеси. Вместе с ним целесообразно применение воздушного фильтра нулевого сопротивления.
  4. Установка резонатора выпуска, расчет которого произведен под конкретный объем двигателя. Такое устройство возвращает часть топливной смеси назад в цилиндр через выпускное отверстие.
  5. Доработка шатунно-поршневой группы, ее облегчение и тщательная балансировка. Клапана и каналы должны быть притерты и не иметь заусенец (задиров), тормозящие и завихряющие потоки. Это уменьшает наполняемость цилиндра и снижает мощность.
  6. Применение инжекторных систем впрыска и регулирование фазами газораспределения. Это позволяет точнее дозировать количество подаваемого топлива и уменьшить потери горючей смеси во время продувки цилиндра.
  7. Установка систем наддува. Обычно это компрессорные нагнетатели, а на двухтактный дизельный двигатель может быть установлен традиционный турбокомпрессор. С его помощью увеличивается количество поступаемого в цилиндры воздуха, соответственно и количество горючего может быть увеличено.

Эксплуатация и причины поломки двигателей

Чаще всего двухтактные моторы встречаются в мототехнике, лодочных двигателях, газонокосилках, цепных пилах и прочих устройствах, где требуется применение легкого и надежного двигателя. Тем не менее, даже такой простой по конструкции движок может выйти из строя из-за нарушения правил эксплуатации.

  • Низкое качество бензина. Плохое топливо часто приводит к появлению детонации. Чаще всего это заметно на невысоких оборотах при подгазовках. Возникающие ударные нагрузки приводят к поломке перегородок поршней, чрезмерным нагрузкам на подшипники коленвала. Детонация может возникать из-за перегрева двигателя, нагара на поршне и бедной смеси.
  • Низкое качество деталей, из которых собран мотор. Особенно это актуально для китайских производителей, часто допускающих брак в производстве комплектующих. Это приводит к раннему выходу из строя поршня, коленчатого вала, цилиндра и прочих деталей, а затем и капитальному ремонту. Обычно помогает оценить состояние поршневой простой замер компрессии.
  • Низкокачественное моторное масло. Топливомасляная смесь для двухтактных двигателей имеет очень важное значение. Именно от его качества будет зависеть как мягко работает мотор, чистота выхлопа, отсутствие перегрева и лишних шумов. Плохое масло приводит к образованию слоя нагара на поршне, в коренных и шатунных подшипниках, к задирам на стенках цилиндра и юбке поршня, проходное сечение глушителя уменьшается из-за нагара. Масла для двухтактных двигателей следует применять синтетические или полусинтетические, использование минералки нежелательно.
  • Перегрев на двухтактном двигателе воздушного охлаждения не редкость. К этому приводит длительная работа с полностью открытым дросселем, или неисправность системы охлаждения. Перегрев может быть кратковременным, когда наблюдается потеря мощности и максимальных оборотов, после снижения нагрузки и охлаждения двигателя все приходит в норму. Клин возникает вследствие очень сильного перегрева, когда тепловой зазор между поршнем и цилиндром уменьшается настолько, что силы трения намертво прихватывают их между собой. После него требуется ремонт ЦПГ.
  • Карбюратор не настроен. Топливная смесь получается слишком бедной или очень богатой. Езда на переобогащенной смеси чревата высоким расходом топлива, потерей мощности и образованию нагара. Бедная смесь может вызывать детонацию и снижение максимальной мощности двигателя.

Чтобы продлить срок службы и отсрочить капремонт, следует провести правильную обкатку двухтактного лодочного или мотоциклетного мотора. Для этого пропорция масла смешиваемого с бензином должна быть немного выше установленной для нормальной эксплуатации. На такой смеси дать двигателю поработать в режиме неполной мощности несколько часов, что эквивалентно 500-1000 км пробега для скутера и мотоцикла.

Все же из-за токсичности выхлопа двухтактные двигатели постепенно вытесняются современными четырехтактными. Они продолжают использоваться только там, где требуется высокая удельная мощность при минимальной массе и простоте конструкции – мототехника, бензопилы и триммеры, модели самолетов и многое другое.

Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них

Двухтактный vs. четырехтактный мотоцикл. Что лучше? Выбираем мотоцикл

Сегодня решил порассуждать на тему, какие мотоциклы лучше: двухтактные или четырехтактные. Как ни крути, а   простые и надёжные двухтактники потихоньку уступают место продвинутым и мощным четырехтактным двигателям – такая тенденция и никуда от этого не деться. И с этим можно было бы и смириться (но это для меня слишком скучно), потому что я все равно считаю, что в тарахтении двухтактного мотора есть определённый смысл. Нет, я не стану сейчас, как в школе, с указкой разбирать принцип работы того и другого мотора, это ты знаешь и так, а если не знаешь – учи матчасть. Дело в другом – большинство мототехники для дорожной эксплуатации уже переведено на четыре такта. Это удобно, экономно и с каждым годом все доступнее (одни китайские моторы чего стоят). Но двухтактный двигатель может выжать из тебя за одну тренировку столько всего, сколько комфортный четырехтактник не выжмет за весь сезон. Дело говорю, смотри сам.

Питбайки – идеальный 4Т вариант для тренировок, доступный вид техники, который быстро набрал популярность в РФ, во многом благодаря JMC. На питбайке JMC 160 PRO я стал победителем Кубка России по Минимотарду 2015.

Два-четыре, какая разница?

Огромная. В зависимости от того какой техникой ты пользуешься и для каких целей, и тот, и другой тип двигателя может быть незаменим в определённых условиях. Это зависит и от уровня владением мотоциклом. Для скутера, который мы обычно используем при перемещении из точки “дом” в точку “работа/учеба/магазин”, безусловно, четырехтактный двигатель будет идеальным вариантом. Хотя бы потому, что не нужно смешивать бензин и масло в определённой пропорции, не говоря уже о касторке. Залил – и поехал. Даже в том случае, если твой 2Т мотор имеет раздельную подачу масла и бензина, суть одна – в камере сгорания работает масляно-бензиновая смесь. Да и ресурс четырехтактного мотора побольше будет.

Но есть одно “но”. Четырехтактный мотор имеет полноценную газораспределительную систему, которую банально нужно приводить в движение, а это лишний расход мощности. Для двигателя объёмом 350 кубов, к примеру, разница в мощности между 2Т и 4Т двигателем будет примерно 40-60%. Для полтинника это уже более чем ощутимо. Это огромная цифра. А теперь представь, что на твой гоночный байк установили мотор в половину мощнее, чем ты привык. Страшно? То-то. Это одна из причин, по которой тренировочная техника может иметь двухтактный двигатель. А кроме этого, двухтактный мотор имеет меньшую кинетическую инерцию, то есть быстрее раскручивается до максимальных оборотов и быстрее их сбрасывает, то есть он – гибче, эластичнее четырехтактного мотора.

К примеру, двухтактник Suzuki RM85 (картинка выше) – практически в 2 раза быстрее, чем четырехтактник Honda CRF100 (картинка ниже). 

Теперь такая немаловажная штука, как вес. Четырехтактный мотор тяжелее и это не обсуждается. С одной стороны, справиться с мотоциклом с низким центром тяжести проще. Но чтобы быть готовым к любым неожиданностям, не только на гоночной трассе, но и на простой дороге, желательно представить, что вес мотора уменьшился в половину, а это уже заставит тебя работать телом, а не полагаться на вес двигателя. Ещё один довод в пользу двухтактника, как тренировочной техники.

Двухтактные тонкости

Одно дело – байк для кросса, совсем другое – для жёсткого трека и здесь надо понимать, что когда надо копать грунт, двухтактный мотоцикл всегда будет иметь преимущество. Он эластичнее раскручивается, тем не менее, когда заднему колесу хвататься не за что, оно срывается в юз. В этом случае четыре такта в выигрыше. Чтобы не сорвать двухтактник в пробуксовку на пике крутящего момента, нужен опыт и острое чувство достаточности, что ли. Но пиковая мощность – это то, что привлекает в двухтактниках в первую очередь. Вот пример – Yamaha YZ 250 отдаст тебе 47 сил на 8,5 тысячах оборотов, в то время, как YZF 250 – всего 36, но на 11,3 тысячах оборотов. А по крутящему моменту тут и вовсе говорить нечего. Двухтактная YZ обходит YZF-ку чуть ли не на 35%, но при этом нужно умело дозировать газ, ведь рабочий коридор у неё в пределах 3,5 тысячи, а это очень тонкий диапазон, примерно на три четверти ручки.

Та самая мощная двухтактная Yamaha YZ250. На жестком грунте заднее колесо всегда в пробуксовке. Кайф!

Двухтактный мотор зря упрекают в ненадёжности и слишком быстром износе поршневой. К примеру, новая поршневая двухтактника должна отработать не менее 30 моточасов в жёстком режиме. Представь, сколько это – и тренировки, и прогревы, и квалификации, и бог знает что ещё. На четырехтактниках поршневая меняется примерно раз в сезон, это примерно 40-45 моточасов, так что слухи о сроке жизни даже спортивного двухтактника сильно преувеличены.

Я веду к тому, что научившись контролировать двухтактный мотоцикл, ты совершенно по-другому станешь относиться как к треку, так и к обычной дороге, да и форму потерять двухтактная жужжалка тебе не даст. Поэтому подумай, может, стоит купить двухтактник если не для гонок, так хотя бы для тренировок?

————————————–

© Makar Yurchenko / Макар Юрченко #76, мотогонщик

Все права на статейный материал защищены. Репост, копирование или любое другое использование данного статейного материала без ссылки на источник и указания имени автора запрещены.

————————————–

Тебе может быть еще интересно:

– Что брать с собой на мото тренировку?

– Как выбрать гоночную экипировку?

– Как превратить городской мотард в гоночный?

– Как выбрать свой первый мотоцикл?

– Что нужно знать об автодроме Сокол, Казахстан.

Впрыск топлива - Мотоцикл | Ямаха Мотор Ко., Лтд.

Насколько велико преимущество впрыска топлива?

Чтобы сжечь бензин в двигателе, его необходимо сначала смешать с воздухом, а затем воспламенить искрой. В течение многих лет карбюраторы были основным устройством для этой цели, смешивая воздух и топливо вместе с образованием тумана, который необходимо воспламенить. Однако, поскольку карбюраторы имеют механическую природу, на них легко влияет климат, поэтому требовалась более эффективная система.Поскольку забота об окружающей среде также растет, возникает большая потребность в системе, которая производила бы меньше выбросов и обеспечивала бы лучшую топливную эффективность и мощность.
Эти потребности привели к разработке систем впрыска топлива, которые сегодня используются в большинстве автомобилей и мотоциклов. Топливо подается через инжектор под высоким давлением, чтобы распылить его на капли диаметром всего несколько микрон, чтобы увеличить площадь поверхности топлива, а затем оно распыляется во впускной канал через крошечные отверстия - обычно от 4 до 12 - на наконечнике. .Там он смешивается с воздухом и направляется в камеру сгорания цилиндра, где воспламеняется и сгорает.
Благодаря более чистому и полному сгоранию топлива, впрыск дает многочисленные преимущества: от большей мощности, отличного отклика и более высокой топливной экономичности до лучшего запуска двигателя при низких температурах, меньшего разрыва мощности на большой высоте и меньшего количества выбросов. Ключом к чистому сжиганию топлива является соотношение воздуха в смеси, а система впрыска топлива использует электронику для автоматической регулировки соотношения для управления и компенсации изменений температуры и давления воздуха, что дает множество преимуществ.
Yamaha Chip Controlled Throttle (YCC-T) - это усовершенствованная система впрыска топлива, которую обычно называют «управляемой по проводам» или «электронной дроссельной заслонкой». Для получения дополнительной информации о YCC-T см. Дроссель с электронным управлением на веб-сайте Seeds of Creation.

Ход сжатия - как работают двухтактные двигатели

Теперь импульс в коленчатом валу начинает толкать поршень обратно к свече зажигания для хода сжатия .Когда воздушно-топливная смесь в поршне сжимается, в картере создается разрежение . Этот вакуум открывает пластинчатый клапан и всасывает воздух / топливо / масло из карбюратора .

Когда поршень доходит до конца такта сжатия, свеча зажигания снова зажигается, чтобы повторить цикл. Он называется двухтактным, потому что есть ход сжатия , а затем ход сгорания . В четырехтактном двигателе есть отдельные такты впуска, сжатия, сгорания и выпуска.

Вы можете видеть, что поршень действительно выполняет три разные функции в двухтактном двигателе:

  • На одной стороне поршня находится камера сгорания , где поршень сжимает топливно-воздушную смесь и захватывает энергия, выделяемая при воспламенении топлива.
  • С другой стороны от поршня находится картер , где поршень создает вакуум для всасывания воздуха / топлива из карбюратора через пластинчатый клапан, а затем нагнетает давление в картере, так что воздух / топливо принудительно попадают в сгорание. камера.
  • Между тем стороны поршня действуют как клапаны , закрывая и открывая впускные и выпускные отверстия, просверленные в боковой стенке цилиндра.

Очень приятно видеть, как поршень выполняет столько разных вещей! Вот что делает двухтактные двигатели такими простыми и легкими.

Если вы когда-либо использовали двухтактный двигатель, вы знаете, что вам нужно смешивать специальное масло для двухтактных двигателей с бензином. Теперь, когда вы понимаете двухтактный цикл, вы понимаете, почему.В четырехтактном двигателе картер полностью отделен от камеры сгорания, поэтому вы можете заполнить картер тяжелым маслом для смазки подшипников коленчатого вала, подшипников на обоих концах шатуна поршня и стенки цилиндра. С другой стороны, в двухтактном двигателе картер служит камерой давления для нагнетания воздуха / топлива в цилиндр, поэтому он не может удерживать густое масло. Вместо этого вы смешиваете масло с газом, чтобы смазывать коленчатый вал, шатун и стенки цилиндра.Если вы забудете добавить масло, двигатель не прослужит долго!

Различные части 2-тактного двигателя?

Двухтактный двигатель - это тип небольшого двигателя внутреннего сгорания, в котором для завершения одного рабочего цикла используются два разных хода поршня. Во время этого цикла коленчатый вал поворачивается один раз, а поршень один раз поднимается и опускается, зажигая свечу зажигания.

Что такое 2-тактный двигатель?

В двухтактном двигателе для завершения цикла сгорания требуется всего один ход поршня.Вот такт сжатия, затем взрыв сжатого топлива. На обратном пути выхлоп выталкивается из цилиндра поступающим свежим топливом. Свечи зажигания срабатывают при каждом обороте. Мощность двигателя создается за каждые два хода поршня, отсюда и название этих двигателей.

Эти двигатели имеют несколько преимуществ перед 4-тактными двигателями. Они легкие, часто на 50% меньше и обеспечивают больший крутящий момент при более высоких оборотах. Двухтактные двигатели также имеют упрощенную конструкцию, что упрощает их обслуживание.Уникальной особенностью двухтактных двигателей является то, что они требуют предварительного смешивания масла и топлива, в то время как четырехтактные двигатели этого не делают.

Перечень деталей двухтактного двигателя

В состав 2-тактного бензинового двигателя входят:

  • Форсунка
  • Цилиндр
  • Головка блока цилиндров
  • Свеча зажигания
  • Кривошип
  • Коленчатый вал
  • Картер
  • Шатун
  • Порты - впускной, передаточный и выпускной
  • Поршень
  • Кольца поршневые

Циклы двухтактного двигателя

Что касается деталей и функций двухтактного двигателя, то существует два цикла.

1. Первый ход (всасывание и сжатие)

Во время этого цикла поршень перемещается от нижнего центра к верхнему центру, и все три порта - впускное, передаточное и выпускное - закрываются. Заряд над поршнем сжимается, и свеча зажигания воспламеняет заряд и создает рабочий ход. Эта мощность передается с помощью шатуна на коленчатый вал.

Также в картере создается частичный вакуум, который открывает впускное отверстие и позволяет топливно-воздушной смеси попасть внутрь.

2. Второй ход (рабочий ход и ход выхлопа)

Во время второго цикла поршень движется вниз от верхнего центра, и входное отверстие закрывается. При движении поршня вниз происходит выталкивание топливно-воздушной смеси, и заряд из картера выходит через передаточное отверстие.

Поскольку выхлопное отверстие открыто, большая часть выхлопных газов выходит из цилиндра. Оставшийся выхлопной газ проталкивается через выхлопное отверстие под давлением нисходящей топливно-воздушной смеси.Затем с помощью свежего заряда выхлопные газы выталкиваются наружу.

Части двухтактного бензинового двигателя работают таким же образом, а детали двухтактного дизельного двигателя работают аналогично, за исключением того, что у него топливная форсунка вместо свечи зажигания.

Общие функции двухтактных двигателей

Размер и соотношение мощности и веса деталей и функций 2-тактного дизельного двигателя делают их идеальными для небольших применений. Обычно их можно найти по адресу:

  • Радиоуправляемые игрушки
  • Грязевые велосипеды
  • Бензопилы
  • Малое плавсредство
  • Ландшафтный инструмент

Уменьшенное количество деталей в 2-тактном бензиновом двигателе, простая конструкция и отсутствие масляного поддона делают эти двигатели более надежными при низких температурах.Эта особенность делает их также подходящими для использования в таких машинах, как снегоходы и снегоуборочные машины.

Свяжитесь с Prime Source Parts and Equipment сегодня

Если вам нужны детали для двухтактного судового дизельного двигателя или двухтактного бензинового двигателя, компания Prime Source Parts and Equipment может вам помочь. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы получить дополнительную информацию о наших деталях для двухтактных двигателей и услугах по обслуживанию малых двигателей.

Двухтактный двигатель

- обзор

Первое океанское дизельное судно, 370-футовое судно Selandia, было доставлено Восточно-Азиатской компании в 1912 году верфью Burmeister & Wain (B&W), Копенгаген, Дания.За 20 лет, прошедших с момента испытания первого коммерческого дизельного двигателя в результате сотрудничества Рудольфа Дизеля и Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg (MAN), двигатель нового типа стал предметом интенсивных разработок и спекуляций. Он обещал промышленности революционно новый источник энергии и тем самым угрожал мировым производителям угля. Так что плавание Селандии было одной из главных новостей того времени. Уинстон Черчилль, первый лорд британского Адмиралтейства, посетил судно и назвал его достижением мирового масштаба.

Selandia оснащалась двухцилиндровыми восьмицилиндровыми четырехтактными дизельными двигателями B&W, каждый из которых развивал 1250 л.с. В течение года такие конкуренты, как MAN, Sulzer, Vickers и Krupp, работали над разработкой двухтактных двигателей с мощностью около 2000 л.с. на цилиндр, начав соревнование по мощности, которое с тех пор не прекращалось. Наблюдая за этими ранними усилиями, Рудольф Дизель прокомментировал: «Если, что кажется вероятным, эти испытания дадут удовлетворительные результаты, наступила эра очень больших дизельных двигателей».

Главный двигатель для крупнейших торговых судов - танкеров, балкеров и контейнеровозов - это большой тихоходный двухтактный дизельный двигатель.Он стал рыночной силой в конце 1920-х годов, когда растущие требования к размерам судов и мощности стали выходить за рамки возможностей четырехтактных двигателей. Благодаря тому, что фазы впуска и выпуска занимают долю хода вместо полного хода каждая, двухтактный двигатель имеет несколько преимуществ. Он удвоил выходную мощность на единицу размера по сравнению с четырехтактным двигателем и сделал более высокую выходную мощность доступной за счет больших размеров поршней и более длинных ходов. Кроме того, двухтактный двигатель с низкой скоростью позволял прямое соединение с гребным винтом.Со временем производители двухтактных двигателей также будут заявлять - как и сегодня - о более высокой эффективности и большей общей надежности этих двигателей.

50-летняя битва двухтактных дизелей с паром за господство на море была завершена на фоне стремительного роста цен на топливо 1970-х годов. Например, в 1975 году из 614 двигателей, поставленных для крупнейших торговых судов, 78 процентов (482) составляли тихоходные дизели, а остальные 123 - паровые турбины. В 2000 году из 1059 главных двигателей, поставленных судам дедвейтом более 2000 тонн, 60 процентов были тихоходными двухтактными.Большинство оставшихся были четырехтактными средними скоростями.

Четырехтактные судовые дизели применяются повсюду, от гоночных катеров и моторных яхт до круизных судов, {грузовых и пассажирских} судов и танкеров-челноков (и на большом количестве стационарных электростанций). Их более высокая скорость требует некоторого промежуточного звена между двигателем и гребным винтом (редуктор или дизель-электрический привод), установка, обеспечивающая преимущества более тихой работы, более низкой вибрации и очень гибкой компоновки и расположения машинного отделения.Конкуренция за этот вид бизнеса делится между большим количеством производителей, во главе с Wärtsilä (51 процент рынка в 2000 году) и MAN B&W Diesel.

В своем соревновании за более высокую производительность [и экономию топлива] разработчики дизелей сосредоточили большую часть своих усилий на увеличении мощности при одновременном контроле веса двигателя. Чтобы оценить их успех, рассмотрите только увеличение мощности между двумя 12-цилиндровыми двухтактными двигателями диаметром 420 мм, разделенными промежутком в 30 лет. В 1968 году B&W 1242-VTBF-90 выдал общую мощность 6600 л.с. при ходу 900 мм и скорости 220 об / мин.В 2001 году двигатель MAN B&W 12S42-MC выдал 17 640 л.с. при ходу 1764 мм и частоте вращения 136 об / мин - увеличение мощности примерно в 2,5 раза при почти том же двигателе. Такое увеличение мощности было реализовано во всем дизельном спектре. Мощность двигателя Top подскочила за это время с 40 000 до 100 000 л.с. Средняя скорость поршня увеличилась с примерно 6,6 м / с до примерно 8,5 м / с.

Огромное увеличение внутренних сил и давлений, сопровождавшее это увеличение мощности, было устранено не за счет удвоения физических размеров двигателя, а за счет использования современных материалов, ковки и конструкционных технологий.Также был достигнут значительный рост теплового КПД, показателя способности двигателя выполнять механическую работу за счет энергетического потенциала топлива. Эффективность повысилась примерно с 40 процентов в 1975 году до 50 процентов сегодня, а гибридные системы - до 55 процентов. В упорядоченных высокотехнологичных мастерских современных дизельных конструкторов массивные компоненты даже самых больших двигателей - например, головки поршней диаметром почти метр и топливные форсунки длиной 600 мм - обрабатываются вручную с точностью часового механизма, чтобы уговорить каждую дробь. мощности от процесса сгорания.Новые методы обработки топлива, компьютеризированные системы впрыска и управления цилиндрами, а также новые технологии обработки выхлопных газов оптимизируют мощность, снижая при этом содержание загрязняющих веществ в выхлопных газах двигателя. И теперь последний бастион паровых двигателей, танкер для перевозки СПГ, подвергается атаке компактных дизелей по привлекательной цене, которые сжигают смесь нефти и природного газа.

- Джо Евангелиста, в обзоре Surveyor Американского бюро судоходства (весна 2002 г.), стр. 14–20

Четырехтактный цикл - обзор

13.18 Цикл Отто

Циклы внешнего сгорания газа Стерлинга и Эрикссона были первоначально разработаны для борьбы с опасными котлами высокого давления первых паровых двигателей. Двигатель внутреннего сгорания Ленуара был проще, меньше по размеру и использовал более удобное топливо, чем любой из этих двигателей, но имел очень низкий тепловой КПД. Брайтону удалось повысить тепловой КПД двигателя внутреннего сгорания, обеспечив процесс сжатия перед сгоранием с использованием двухпоршневой техники Стирлинга и Эрикссона с отдельной камерой сгорания.Но конечной целью разработки коммерческих двигателей внутреннего сгорания было объединение всех основных процессов впуска, сжатия, сгорания, расширения (мощности) и выпуска в одном поршневом цилиндре. Это было окончательно достигнуто в 1876 году немецким инженером Николаусом Августом Отто (1832–1891). Основные элементы модели ASC цикла Отто показаны на рисунке 13.48. Он состоит из двух изохорных процессов и двух изоэнтропических процессов.

Рисунок 13.48. Стандартный цикл воздуха Отто.

После нескольких лет экспериментов Отто наконец построил успешный двигатель внутреннего сгорания, который позволил всем основным процессам протекать в пределах одного поршневого цилиндра. Для завершения термодинамического цикла двигателя Отто требовалось четыре хода поршня и два оборота коленчатого вала, но он работал плавно, был относительно тихим и очень надежным и эффективным. Двигатель Отто имел немедленный успех, и к 1886 году было продано более 30 000 экземпляров. Они стали первым серьезным конкурентом паровой машины на рынке двигателей малого и среднего размера.

Первоначально в двигателе Отто в качестве топлива использовался осветительный газ (метан), но к 1885 году многие двигатели с циклом Отто уже были преобразованы в двигатели, работающие на жидких углеводородах (бензине). Разработка гениального карбюратора с поплавковой подачей для испарения жидкого топлива в 1892 году немцем Вильгельмом Майбахом (1847–1929) ознаменовала начало автомобильной эры. Немецкому инженеру Карлу Фридриху Бенцу (1844–1929) обычно приписывают создание в 1885 году первого практичного автомобиля с низкооборотным двигателем цикла Отто, работающим на жидком углеводородном топливе.Он использовал тепло выхлопных газов двигателя для испарения топлива перед его подачей в двигатель.

Кто изобрел цикл «Отто»?

Николаус Отто не знал, что четырехтактный двигатель внутреннего сгорания был запатентован в 1860-х годах французским инженером Альфонсом Эженом Бо де Роша (1815–1893). Однако Рошас на самом деле не строил и не тестировал двигатель, который он запатентовал. Поскольку Отто был первым, кто фактически сконструировал и эксплуатировал двигатель, цикл назван в его честь, а не в честь Роша.

В 1878 году шотландский инженер Дугальд Клерк (1854–1932) разработал двухтактную версию цикла Отто, производящую один оборот коленчатого вала за термодинамический цикл (это было похоже на двигатель Ленуара, но с предварительным сжатием).В 1891 году Клерк продолжил разработку концепции наддува двигателя внутреннего сгорания. Это увеличило тепловой КПД двигателя за счет дальнейшего сжатия индукционного заряда перед зажиганием.

Хотя двухтактный двигатель Клерка по своей природе был менее экономичен, чем четырехтактный двигатель Отто, он давал более равномерную выходную мощность (что важно только для одно- или двухцилиндровых двигателей) и имел почти вдвое большую мощность по сравнению с массой. передаточное отношение двигателя Отто. Двухтактный двигатель с циклом Отто (он никогда не стал известен как цикл Клерка) стал успешным в качестве небольшого и легкого двигателя для лодок, газонокосилок, пил и т. Д.

Тепловой КПД цикла Отто определяется как

(ηT) Otto = (W˙out) netQ˙H = Q˙H− | Q˙L | Q˙H = 1− | Q˙L | Q˙ H

, где из рисунка 13.48 | Q˙L | = m˙ (u2s − u3) и Q˙H = m˙ (u1 − u4s).

Тогда тепловой КПД Otto hot ASC составляет

(ηT) Ottohot ASC = 1 − u2s − u3u1 − u4s

Для Otto hot ASC , таблица C.16a или C.16b в термодинамических таблицах для сопровождения современной инженерной термодинамики используются для определения значений удельных внутренних энергий.Поскольку процессы от 1 до 2 s и от 3 до 4 s являются изоэнтропическими, мы используем столбцы v r в этих таблицах, чтобы найти

v3v4s = vr3vr4 = v2sv1 = vr2vr1 = CR

где CR = v3 / v4s - степень изоэнтропического сжатия. Если температура и давление на входе ( T 3 и p 3 ) известны, мы можем найти u 3 и v r 3 из таблицы.Затем, если мы знаем степень сжатия (CR), мы можем найти

vr4 = vr3CR и vr2 = vr1 × CR

Теперь мы можем найти u 4 s и T 4 s из таблиц. Однако, чтобы найти u 1 , T 1 , u 2s и T 2s , нам нужно знать больше информации о системе. Следовательно, теплота сгорания ( Q H / м = Q˙H / m˙), максимальное давление ( p 1 ) или максимальная температура ( T 1 ) в цикле обычно дается завершить анализ.

Для Otto холодный ASC ,

| Q˙L | = m˙ (u2s − u3) = m˙cv (T2s − T3) и Q˙H = m˙ (u1 − u4s) = m˙cv (T1 − T4s).

Тогда

(ηT) Ottocold ASC = 1 − T2s − T3T1 − T4s = 1− (T3T4s) (T2s / T3−1T1 / T4s − 1)

Процесс 1-2 с и процесс 3 по 4 s изоэнтропичны, поэтому

T1 / T2s = T4s / T3 = (v1 / v2s) 1 − k = (v4s / v3) 1 − k = (p1 / p2s) (k − 1) / k = ( p4s / p3) (k − 1) / k

Так как T1 / T4s = T2s / T3,

(13.30) (ηT) Ottocold ASC = 1 − T3 / T4s = 1 − PR (1 − k) / k = 1 − CR1 − k

, где CR = v3 / v4s - степень изоэнтропического сжатия, а PR = p4s / p3 - степень изоэнтропического давления.

Поскольку T3 = TL, но T4s T 1 и T 3 ). Поскольку цикл Отто требует процесса сгорания с постоянным объемом, его можно эффективно проводить только в пределах поршневого цилиндра или другого устройства с фиксированным объемом с помощью почти мгновенного процесса быстрого сгорания.

Пример 13.14

Изэнтропическая степень сжатия бензинового двигателя с циклом Отто новой газонокосилки составляет 8.От 00 до 1, а температура входящего воздуха составляет T 3 = 70,0 ° F при давлении p 3 = 14,7 фунт / кв. Определите

a.

Температура воздуха в конце такта изоэнтропического сжатия T 4 с .

б.

Давление в конце такта изоэнтропического сжатия перед воспламенением p 4 s .

г.

Тепловой КПД двигателя Otto cold ASC.

Решение
a.

Изэнтропическая степень сжатия для двигателя с циклом Отто определяется как

CR = v3v4s = (T3T4s) 11 − k

, откуда мы получаем

T4s = T3CR1 − k = T3 × CRk − 1 = (70,0 + 459,67 R ) (8.00) 0.40 = 1220 R

б.

Для цикла Отто изоэнтропическое давление и степени сжатия связаны соотношением PR = CR k , где PR = p4s / p3 и CR = v 3 / v 4 s .Тогда

p4s = p3CRk = (14,7 фунтов на кв. Дюйм) (8,00) 1,40 = 270. psia

c.

Уравнение (13.30) дает тепловой КПД холодного ASC Отто как

(ηT) Ottocold ASC = 1 − T3T4s = 1 − PR1 − kk = 1 − CR1 − k = 1− (8,00) 1−1,40 = 0,565 = 56,5%

Упражнения
40.

Если газонокосилка в Примере 13.14 остается на улице в холодный день, когда температура T 3 понижается с 70,0 ° F до 30,0 ° F, определите новый температура в конце такта изоэнтропического сжатия.Предположим, что все остальные переменные не изменились. Ответ : T 4 s = 1130 R.

41.

Если зазор газонокосилки в Примере 13.14 уменьшается так, что степень сжатия увеличивается с 8,00 до 8,50 до 1, определите новое давление в конце такта изоэнтропического сжатия. Предположим, что все остальные переменные не изменились. Ответ : с 4 с = 294.1 фунт / кв. Дюйм.

42.

Если максимальная температура в цикле ( T 4 с ) составляет 2400 R, определите тепловой КПД цикла Отто hot ASC этого двигателя. Предположим, что все остальные переменные не изменились. Ответ : ( η T ) Отто горячий ASC = 52,8%.

Фактическая диаграмма давление-объем для двигателя, работающего на газовом или паросиловом цикле, называется индикаторной диаграммой , 10 , а замкнутая площадь равна чистой реверсивной работе, производимой внутри двигателя.Среднее эффективное давление (МПа) поршневого двигателя - это среднее эффективное давление , действующее на поршень во время его перемещения. Показатель , обозначенный (или реверсивный) рабочий выход (WI) из поршня, представляет собой чистую положительную площадь, ограниченную индикаторной диаграммой, как показано на рисунке 13.49, и равняется произведению mep и смещения поршня, V̶2− V̶1 = π4 (Диаметр отверстия) 2 (Ход), или

(13,31) (WI) out = mep (V̶2 − V̶1)

Рисунок 13.49. Соотношение среднего эффективного давления (mep) и индикаторной диаграммы.

Модель показала выходную мощность (Вт˙I) - это чистая (реверсивная) мощность, развиваемая внутри всех камер сгорания двигателя, содержащего n цилиндров, и составляет

(13,32) (Вт˙I) на выходе. = mep (n) (V̶2 − V̶1) (N / C)

, где N - частота вращения двигателя, а C - количество оборотов коленчатого вала на рабочий ход ( C = 1 для двух -тактный цикл и C = 2 для четырехтактного цикла).Фактическая выходная мощность двигателя , измеренная динамометром, называется выходной мощностью тормоза (Вт˙Б), а разница между указанной мощностью и мощностью торможения известна как мощность трения (т. Е. Мощность рассеивается на внутреннем трении двигателя) W˙F, или

(W˙I) out = (W˙B) out + W˙F

, следовательно, механический КПД двигателя η м равен ( см. таблицу 13.2)

(13,33) ηm = W˙actualW˙reversible = (W˙B) out (W˙I) out = 1 − W˙F (W˙I) out

Из уравнения.(13.31) можно записать

mep = (WI) out / (V̶2 − V̶1) = ((WI) out / ma) / v2 − v1 = [(W˙I) out / m˙a] / (v2 −v1)

, где m a и m˙a - масса воздуха в цилиндре и массовый расход воздуха в цилиндре, соответственно. ASC (т.е. реверсивный или указанный, см. Таблицу 13.2) тепловой КПД любого двигателя внутреннего или внешнего сгорания теперь можно записать как

(ηT) ASC = (W˙out) reversibleQ˙in = (W˙1) outQ˙fuel = (W˙1) out / m˙aQ˙fuel / m˙a

, где Q˙in = Q˙fuel - теплотворная способность топлива.Объединение этих уравнений дает

mep = (ηT) ASC (Q˙fuel / m˙a) v2 − v1 = (ηT) ASC (Q˙fuel / m˙fuel) (A / F) (v2 − v1)

где A / F = m˙a / m˙fuel - соотношение воздух-топливо в двигателе. Теперь

v2 − v1 = v1 (v2 / v1−1) = RT1 (CR − 1) / p1

, поэтому уравнение. (13.32) становится

(13.34) (W˙1) out = (ηT) ASC (Q˙ / m˙) fuel (DNp1 / C) (A / F) (RT1) (CR − 1)

где D = n (V̶2 − V̶1) = π4 (Диаметр цилиндра) 2 × (Ход) × (Количество цилиндров) - общий рабочий объем поршня двигателя. Уравнение (13.34) позволяет нам определить выходную мощность идеального двигателя внутреннего сгорания без трения, и, когда доступны фактические данные динамометрических испытаний, уравнение.(13.33) позволяет определить механический КПД двигателя.

Пример 13,15

Шестицилиндровый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания с циклом Отто имеет полный рабочий объем 260, 3 и степень сжатия 9,00: 1. Он работает на бензине с удельной теплотворной способностью 20,0 × 10 3 Btu / lbm и представляет собой впрыскиваемое топливо с массовым соотношением воздух-топливо от 16,0 до 1. Во время динамометрического испытания давление и температура на впуске оказались равными 8,00 psia и 60.0 ° F, в то время как двигатель выдавал 85,0 л. С. На торможении при 4000 об / мин. Для холодного ASC Отто с k = 1,40 определите

a.

Холодный ASC тепловой КПД двигателя.

б.

Максимальное давление и температура цикла.

г.

Указанная выходная мощность двигателя.

г.

КПД двигателя механический.

д.

Фактический тепловой КПД двигателя.

Решение
a.

Из уравнения. (13.30), используя k = 1,40 для холодного ASC,

(ηT) Ottocold ASC = 1 − CR1 − k = 1−9,00−0,40 = 0,585 = 58,5%

b.

Из рисунка 13.48 a ,

Q˙H = Q˙fuel = (m˙cv) a (T1 − T4s) = m˙fuel (A / F) (cv) a (T1 − T4s)

и

T1 = Tmax = T4s + (Q˙ / m˙) топливо (A / F) масса (cv) a

Поскольку процесс с 3 по 4 с является изоэнтропическим, уравнение. (7.38) дает

T4s = T3CRk − 1 = (60,0 + 459.67) (9,00) 0,40 = 1250 R

Тогда

Tmax = 20,0 × 103 Btu / lbm топлива (16,0 lbm air / lbm fuel) [0,172 Btu / (lbm air · R)] + 1250 R = 8520 R

Поскольку процесс 4 с к 1 является изохорным, уравнение состояния идеального газа дает

pmax = p1 = p4s (T1 / T4s)

и, поскольку процесс 3–4 с изоэнтропен,

T4s / T3 (p4s / p3) (k − 1) / k

или

p4s = p3 (T4s / T3) k / (k − 1) = (8,00 psia) (1250 R520 R) 1,40 / 0,40 = 172 psia

, тогда

pmax = (172 фунтов на кв. дюйм) [(8520 R) / 1250 R] = 1170 фунтов на квадратный дюйм

c.

Уравнение (13.34) дает указанную мощность как

| W˙I | out = (0,585) (20,0 × 103 БТЕ / фунт) (260 дюймов3 / об) (4000 об / мин) (1170 фунт-сила / дюйм2) / 2 (16,0) [0,0685 БТЕ / (фунт · м · R)] (8520 R) (9,00-1) (12 дюймов / фут) (60 с / мин) = (132,00 ft⋅lbf / s) (1 л.с. 550 фут · фунт-сила / с) = 241 л.с.

d.

Уравнение (13.33) дает механический КПД двигателя как

ηm = (W˙B) out (W˙I) out = 85,0 л.с. 241 л.с. = 0,353 = 35,3%

e.

Наконец, фактический тепловой КПД двигателя может быть определен по формулам.(7,5) и (13,33) как

(ηT) Ottoactual = (W˙B) outQ˙fuel = (ηm) (W˙I) outQ˙fuel = (ηm) (ηT) Ottocold ASC = (0,353) (0,585 ) = 0,207 = 20,7%

Упражнения
43.

Если у двигателя с циклом Отто, описанного в примере 13.15, степень сжатия увеличится до 10,0: 1, какова будет его новая тепловая эффективность холодного ASC? Предположим, что все остальные переменные остаются неизменными. Ответ : ( η T ) Отто холодный ASC = 60.2%.

44.

Найдите p max и T max для двигателя с циклом Отто, обсуждаемого в примере 13.15, когда степень сжатия снижается с 9,00 до 8,00 до 1. Предположим, что все остальные переменные остаются неизменными. . Ответ : p max = 1040 psia и T max = 8460 R.

45.

Определите мощность, указанную в примере 13.15, если рабочий объем двигателя увеличился с 260.в 3 до 300. в 3 . Предположим, что все остальные переменные остаются неизменными. Ответ : (W˙I) вых = 280. л.с.

46.

Определите механический КПД двигателя цикла Отто в Примере 13.15, если фактическая тормозная мощность составляет 88,0 л.с. вместо 85,0 л.с. Предположим, что все остальные переменные остаются неизменными. Ответ : η м = 36,3%.

Предыдущий пример показывает, что анализ холодного ASC Отто обычно предсказывает термический КПД, который намного превышает фактический тепловой КПД.Типичные двигатели с циклом Отто IC имеют фактический рабочий тепловой КПД в диапазоне 15-25%. Большая разница между тепловым КПД холодного АСК (который содержит по крайней мере один изоэнтропический процесс) и фактическим тепловым КПД обусловлена ​​влиянием второго закона термодинамики из-за большого количества термических и механических необратимостей, присущих этому типу поршневого поршня. -цилиндровый двигатель. Для повышения фактического теплового КПД необходимо уменьшить тепловые потери при сгорании и количество движущихся частей в двигателе.

Какой двигатель внутреннего сгорания самый маленький?

Модель авиадвигателя Cox Tee Dee .010 (рис. 13.50) имеет самый маленький двигатель внутреннего сгорания, когда-либо производившийся в производстве. Этот удивительный маленький двигатель весит чуть меньше унции и работает со скоростью 30 000 об / мин. Топливо представляет собой 10–20% касторового масла плюс 20–30% нитрометана, смешанного с метанолом. С отверстием 0,237 дюйма (6,02 мм) и ходом 0,226 дюйма (5,74 мм) он имеет выходную мощность около 5 Вт.

Рисунок 13.50. Двигатель Cox Tee.

Как работает двухтактный двигатель

Почти вся машина двигатели работа на четырехтактном цикл , так называемый, потому что он занимает четыре удары из поршень индукция , сжатие , зажигание и выхлоп - произвести один выстрел из топливо / воздушная смесь. Это означает, что коленчатый вал дважды вращается для завершения каждого цикла.

Двухтактный двигатель

Большинство двухтактных двигателей относятся к компрессионному типу картера.Топливно-воздушная смесь подается в картер через боковую часть поршня из впускного коллектора, установленного внизу на цилиндре. Смесь слегка сжимается в картере, затем переносится в верхнюю часть цилиндров, сжимается и воспламеняется, так что горящие газы расширяются и опускают поршни. Смазочное масло смешивается с топливом или впрыскивается отдельно. Поскольку в подшипники коленчатого вала не подается масло под давлением, они представляют собой шариковые или игольчатые роликоподшипники, которые могут работать в масляном тумане.

Однако некоторые двигатели меньшего размера, особенно те, которые установлены на некоторых мопедах или мотоциклы, работают по двухтактному циклу - поршень находится на рабочий ход каждый раз, когда он движется вниз цилиндр поэтому коленчатый вал поворачивается только один раз во время каждый цикл. Некоторые автомобили также использовали этот двигатель, например, Wartburg Knight. и некоторые ранние Saab.

Uniflow

Самые ранние двухтактные двигатели были однопоточного типа. С таким дизайном топливно-воздушная смесь нагнетается в цилиндр роторным вентилятором ( нагнетатель ) приводится в движение двигателем.Нет входа клапан : вместо этого есть удлиненный отверстие, называемое портом, в боковой части цилиндра рядом с нижней частью ход поршня. Порт открывается или закрывается при движении поршня вверх и вниз. цилиндр. Выхлопные газы обычно проходят через обычный кулачковый тарельчатый клапан .

Цикл начинается с хода вниз, при котором горящее топливо толкает поршень. вниз. Когда поршень открывает впускное отверстие в нижней части своего хода, топливо и воздух вдавливается над ним.На ходу выхлоп газ вытеснен и топливо сжато, готово к стрельбе. Чтобы это произошло, выхлоп клапан открывается непосредственно перед тем, как опускающийся поршень откроет входной порт, поэтому нет сопротивление входящим заряжать .

Двухтактный цикл

Когда поршень сжимает топливно-воздушную смесь при движении вверх, свежий всасываемый заряд всасывается в картер. Сжатая смесь, воспламененная правильно рассчитанной электрической искрой, горит и расширяется, опуская поршень вниз.Сгоревшие газы покидают цилиндр через открывшееся теперь выпускное отверстие, а свежий всасываемый заряд устремляется в цилиндр (через переходное отверстие), помогая вытолкнуть выхлопные газы. Когда поршень снова начинает движение вверх, он начинает всасывать свежий заряд топлива / воздуха в картер.

Современная версия

Большинство современных двухтактных двигателей работают немного иначе. Вместо того, чтобы иметь воздуходувка для сила топливовоздушной смеси в цилиндры, они используют то, что известный как картер сжатие.

Этот тип двигателя не требует обычных клапанов. Входные порты ведут в нижняя часть цилиндра, открытая для картера: выше цилиндр на противоположной стороне - еще один набор портов, ведущих к выхлоп трубка . Отверстие для передачи ведет обратно к цилиндру из картера, вход на уровне немного выше, чем входной порт, но немного ниже чем выпускной порт.

Во время хода вверх поршень открывает впускное отверстие и позволяет топливно-воздушная смесь устремилась в картер под поршень.Иногда в боковой части поршня есть вырез, через который может проходить смесь дотянуться до картера.

Когда поршень достигает верхней части цилиндра, сжатое топливо / воздух смесь обжигается свеча зажигания , прижимая поршень к силе Инсульт.

При опускании поршень сжимает топливно-воздушную смесь в картере, и он также открывает выхлопную трубу, за которой следует переходное отверстие. Выхлопные газы начинают выходить, когда выхлопное отверстие открывается, и далее поглощается (вытесняется) топливно-воздушной смесью, поступающей из порт передачи под небольшим давление от картера.

Чтобы помочь удалить выхлопные газы из цилиндра, верхняя часть Поршень часто имеет такую ​​форму, чтобы отклонять поступающую смесь вверх. Смесь затем удваивается, когда ударяет крышка цилиндра , стекает в выхлоп левый борт и выталкивает выхлопные газы наружу.

Импульс газов из передаточных окон, которые будут открыты так как около нижней части хода вниз, продолжает выталкивать выхлоп продуктов, пока не будут закрыты выпускные отверстия. Эта система вытеснения выхлопных газов газы известны как петли уборка мусора .

Выхлопная конструкция

Конструкция выхлопной системы более критична в двухтактном двигателе, чем это в четырехтактном двигателе. Сгоревшие выхлопные газы не положительно выталкивается движущимся вверх поршнем, поэтому важно, чтобы Система вытяжки предлагает минимальное сопротивление газам ' дорожка.

У большинства двухтактных двигателей стремительный входящий заряд помогает подметать остаточные выхлопные газы из цилиндра.Проблема в том, что некоторые из входной заряд - несгоревшее топливо - может быть унесен в атмосферу, потому что впускной и выпускной порты открыты вместе в течение некоторого времени. Однако, конструкция выхлопной трубы и глушителя может быть использована для минимизации этот эффект.

Когда выхлопной заряд покидает цилиндр, он посылает импульс - удар. волна - вниз по выхлопной трубе, которая отражается обратно от конца трубка. Уделяя особое внимание конструкции выхлопной системы, инженеры может организовать систему, которая может использовать возвратный выхлопной импульс, чтобы подтолкнуть впускной заряд, который пытается следовать за выхлопными газами вниз по выхлопной трубе. трубу обратно в цилиндр.

Смазка

В большинстве двигателей картер и отстойник содержат масло для смазки движущиеся части двигателя. Но при двухтактном сжатии картера картер не может этого сделать, потому что он необходим для начального сжатия топливо и воздух.

двухтактный против. Четырехтактные двигатели мотоциклов

Во время такта впуска поршень опускается от верха цилиндра к низу, уменьшая давление внутри цилиндра.Затем он втягивает смесь топлива и воздуха в цилиндр через впускной канал, готовый к такту сжатия.

При закрытых впускных и выпускных клапанах поршень возвращается в верхнюю часть цилиндра, сжимая топливно-воздушную смесь. Вот что происходит во время такта сжатия.

Смесь сжатого воздуха и топлива воспламеняется от искры. Давление от сгорания топливно-воздушной смеси с огромной силой толкает поршень вниз, удерживая коленчатый вал во вращении.Это фаза рабочего хода, которая является основным источником крутящего момента и мощности двигателя.

Наконец, во время такта выпуска поршень снова поднимается и выталкивает сгоревший газ из цилиндра через выпускной клапан. Еще одна вещь, о которой стоит упомянуть, это то, что свеча зажигания срабатывает только один раз каждые два оборота. Двухтактный двигатель

В отличие от четырехтактного, двухтактный двигатель имеет три такта, объединенные в одно действие, что означает, что впуск и выпуск оба интегрированы в движение сжатия поршня, что устраняет необходимость в клапанах.Это происходит благодаря впускному и выпускному патрубкам, встроенным в стенку камеры сгорания.

Когда поршень опускается после сгорания, отработавшие газы могут выходить из камеры через выхлопное отверстие. Топливно-воздушная смесь всасывается через входное отверстие, расположенное ниже в камере. Когда поршень снова поднимается, он перекрывает впускное и выпускное отверстия, сжимая газы в верхней части камеры. Свеча зажигания загорается, и процесс начинается заново. Двигатель срабатывает при каждом обороте. Да начнется бой!
Двухтактный двигатель может производить вдвое большую мощность (и производить в два раза больше шума), чем четырехтактный двигатель того же размера.Это потому, что он срабатывает один раз за каждый оборот, что дает ему вдвое большую мощность, чем четырехходовой, который срабатывает только один раз за каждый второй оборот. Примечательно, что он также имеет более высокое соотношение веса и мощности, потому что он намного легче.

Двухтактные двигатели проще и дешевле в производстве по сравнению с четырехтактными двигателями из-за их более простой конструкции.