Двухтактный двигатель в автомобилях [перспективы развития и применения]
Когда двухтактный двигатель заменит четырехтактный
Двухтактные двигатели скоро заменят в автомобилях четырехтактные. Идея, которая пришла в голову инженеру Петеру Хофбауеру сделает маленькую революцию в мировом автомобилестроении. Он доказал, что двухтактный движок может применяться не только в газонокосилках и подвесных лодочных моторах, но и в автомобилях. По своим показателям двухтактный движок способен превзойти автомобильный четырехтактный.
Двухтактный двигатель в автомобилях – еще лучше, еще легче, еще эффективнее
Идея двухтактного двигателя для автомобилей не нова, но до сих пор никому не удавалось ее реализовать из-за инженерных препятствий. Однако Петер Хофбауер сделал прорыв в этой области, за что и получил награду в 2011 году за конструкцию двухтактного двигателя, который лучше и эффективнее традиционного четырехтактного.
Относительно простые и легкие, двухтактные движки, используемые в бензопилах и навесных лодочных моторах, прекрасно подошли бы легковым машинам.
Подошли, если бы не их минусы – двухтактники сильнее загрязняют окружающую среду, в сравнении с четырехтактными. Плюс ко всему они требуют более качественного масла, у них больше расход топлива. Зато на высоких оборотах двухтактники более приемистые. При меньших чем у черехтактника размерах, в двухтактниках камера сгорания больше, а движение поршня медленнее, из-за чего ТВГ (температура выхлопных газов) выше. Атмосфера страдает, Greenpeace протестует. «Я потратил как минимум 50 миллионов долларов компании GM, чтобы доказать, что двухтактники никогда не будут использоваться в легковых машинах», говорит ветеран General Motors Дон Ранкл. Однако движок со встречным движением поршней, разработанный Петером Хофбауером, изменил точку зрения Ранкла.
Как и в других двигателях со встречным движением поршней или плоских движках, поршни в созданном Петером двухтактнике движутся горизонтально. «Момент истины» для Хофбауера настал, когда бывший инженер компании Volkswagen обдумывал, в чем же слабые места встречного движения поршней мотора VW.
«И в тот момент я подумал, Боже, ведь все настолько просто! Нужно заменить головку блока цилиндров на головку с движущимся поршнем и впускным окном!».
И его идея выстрелила! Созданному Хофбауером двухтактному двигателю требуется вдвое меньше запчастей, чем аналогичному четырехтактному, поэтому весит он на 30% меньше. В зависимости от конфигурации, двухтактник вырабатывает энергию на 15-50-процентное эффективней, чем это делает четырехтактный. Благодаря уникальной архитектуре и нескольким ключевым нововведениям, двигатель со встречно движущимися поршнями выпускает значительно меньше выбросов, чем типичный двухтактный. Сейчас компания EcoMotors, один из спонсоров автомобильной выставки в Бьюли, на которую работает Петер Хофбауер, сосредоточена на создании двухтактных силовых установок для грузовиков и уже имеет прототип дизельного мотора мощностью в 240 лошадиных сил.
Теперь о конструкции прототипа двухтактного двигателя, которым Хофбауер пытается оснастить автомобили будущего.
Конструкция двухтактника Хофбауера
1.Турбонаддув
Электрический мотор установлен на вал вентилятора и быстро набирает обороты; в обратном направлении он вырабатывает электроэнергию от выхлопных газов. Кроме того, он управляет давлением выхлопных газов, чтобы минимизировать выбросы.
2.Стальные шатуны
Длинные стальные шатуны присоединяют внешние поршни к коленчатому валу. С двумя поршнями, за один рабочий ход, движок ведет себя так, как будто у него длинный ход поршня – получается большее число доступной энергии и повышается эффективность. В то же время, коленчатый вал остается таким же компактным, и соответственно легким.
3.Коленчатый вал
Двигатель является модульным, и коленчатый вал пары цилиндров может быть соединен муфтой. Во время поездки по скоростному шоссе, ненужные цилиндры просто остаются бездейственными, а затем, при необходимости, снова включаются в работу.
4.Цилиндр
Учитывая изначальный недостаток двухтактных дизельных двигателей, которые конструктивно выбрасывают более насыщенные газы в атмосферу, Петер Хофбауер, изменил конструкцию впускной, выпускной систем и камеры сгорания, что предотвратило выход излишков несгоревшего топлива с вредными газами в атмосферу.
Газы входят и выходят из цилиндра через специальные окна в его стенках.
Двухтактники отлично подошли бы для гоночных автомобилей Формулы-1. Малый вес таких двигателей и эффективная работа на оборотах до 10 тысяч , при пускай даже большем расходе топлива, была бы плюсом для скоростных болидов. Приживется ли идея в автомобилестроении, покажет время.
Zap-Online.ru надеется, что идея двухтактного двигателя для легковых моделей машин, поданная Петером Хофбауером, найдет свое место в автомобилестроение и оставит отпечаток в истории развития двигателей внутреннего сгорания.
Лодочный мотор Mercury 4 MH 2-х тактный, двухтактный мотор меркурий 4 л.с.
Лодочный мотор MERCURY 4 M — надежный и недорогой двухтактный двигатель японского производства, весом всего 20 кг, легко снимается и переносится. Рекомендуется для установки на лодки длиной до 3.5 метров, байдарки и маломерные суда. Получение прав на подвесной мотор мощностью 4 л.с. не требуется, при установке на лодку массой до 200 кг.
Мотор подходит любителям рыбалки и отдыха на воде, не прихотлив в обслуживании. В комплекте, помимо инструментов, вы получаете подробную инструкцию, правила и рекомендации по содержанию.
Шестипозиционная регулировка высоты транца позволяет добираться в самые отдаленные и труднодоступные места на водоеме, в том числе на мелководье. Запуск прост благодаря автоматической декомпрессии, которая сбрасывает давление в цилиндре, чтобы уменьшить тяговое усилие, необходимое для запуска. Вращающаяся рукоятка дросселя обеспечивает удобное управление и разворот на 360 градусов. На меркурий 4М предусмотрено место под установку генератора 4А/50 Вт, чтобы в дороге можно было подзарядить аккумуляторную батарею. Топливный банк имеет объем 2.5 литра, что почти в два раза больше, чем на моторах 2,5 M и 3,3 M. Вы сможете намного дольше находиться в дороге без дозаправки. Рабочий объём 102 куб/см, передачи передняя, нейтральная и задняя.
Если вы решили купить двухтактный лодочный мотор мощностью 4 лошадиные силы, предлагаем выбрать надежность MERCURY 4M.
По характеристикам он значительно превосходит аналогичные двигатели, доставляя владельцу комфорт и удовольствие в каждой поездке.
Преимущества мотора:
- Небольшой размер и вес, всего 20 кг;
- Разворот на 360 градусов;
- Простой и недорогой в обслуживании;
- 3-летняя гарантия производителя от коррозии.
Характеристики мотора | Mercury 4 M |
Мощность | 4 л.с. (2,94 кВт) |
Вес сухого мотора | 20 килограмм |
Обороты в минуту (RPM) | 4200-5500 |
Водоизмещение | 102 cc |
Количество цилиндров | 1 |
Система запуска | Ручная |
Система газораспределения | С возвратно-петлевой продувкой |
Порядок переключения передач | Передний ход (F) — Нейтраль (N) — Задний ход (R) |
Передаточное отношение | 2. |
Рулевое управление | Румпельное |
Рекомендуемая высота транца | 381 мм (S) |
Топливный бак | 2.5 литров |
Тип топливного бака | Интегрированный |
Тип топлива | Бензиновые |
Рекомендованное топливо | Неэтилированный от 90 RON |
Тип мотора | 2-тактные моторы |
Тип генератора | Не в комплекте 4 А для освещения / 2 А для зарядки |
Рекомендуемое масло | Масло Quicksilver Premium Plus TC-W3 |
15:1Инструкция по эксплуатации
Скачать инструкцию для мотора Mercury 4 M в формате PDF
1.83 Mб
Документы, которые вы получаете при покупке Mercury 4 M:
- Договор купли-продажи;
- Накладная;
- Официальный гарантийный талон;
- Оригинал счета;
- Инструкция по эксплуатации на русском языке.
Стандартная комплектация мотора Mercury 4 M:
- Плавающий брелок для ключей;
- Инструкция по эксплуатации на русском языке;
- Гребной винт;
- Запасные инструменты и принадлежности.
Мы являемся официальным дилером Mercury Marine. Чтобы купить лодочный подвесной мотор Меркури 4 М, оформите заказ в интерне-магазине или посетите магазин NWMotors в Москве или Санкт-Петербурге. Если нужна консультация по выбору, свяжитесь с отделом продаж по телефону или напишите вопрос в онлайн чат.
Загрязнение воздуха: дилемма двухтактных двигателей в Азии
Азиатские города сталкиваются с серьезной проблемой загрязнения воздуха двух- и трехколесными транспортными средствами, работающими на двухтактных двигателях. Мировые эксперты поделились своими знаниями об этих транспортных средствах на международной конференции, проходившей с 30 марта по 1 апреля 2004 г. в Центре науки и окружающей среды (CSE) в Дели, Индия. Анумита Ройчоудхури, заместитель директора CSE, сказала, что недорогие двухколесные транспортные средства составляют ошеломляющие 75–80% трафика в большинстве азиатских городов.
Поскольку двухтактные двигатели работают на смеси масла и бензина, они выделяют больше дыма, угарного газа, углеводородов и твердых частиц, чем четырехтактные двигатели, работающие только на газу, используемые в новых мотоциклах. Что еще хуже, многие азиатские двухколесные транспортные средства превращаются в трехколесные «детские такси» путем добавления коляски. Однако «автомобиль не рассчитан на дополнительный вес, а двигатель работает еще грязнее», — сказал Майкл Уолш, независимый консультант, который консультирует страны по всему миру по вопросам загрязнения окружающей среды автомобилями и контроля.
Всемирная организация здравоохранения оценивает загрязнение наружного воздуха в городах как тринадцатое место среди основных причин бремени болезней и смертности во всем мире. Загрязнение воздуха повышает риск респираторных заболеваний; около двух третей жителей Дели и Калькутты страдают от респираторных симптомов, таких как простуда, сухой и мокрый кашель, в которых Твиша Лахири, глава отдела нейроэндокринологии в Индийском национальном институте рака Читтаранджана, в основном винит выбросы двухтактных двигателей.
В работе, представленной на конференции, Лахири и его коллеги обследовали 2000 некурящих взрослых из Калькутты и Дели и 300 из сельского региона Сандербан, где загрязнение воздуха крайне низкое. Спирометрические измерения выявили нарушение функции легких у 46% взрослых жителей Дели и 56% взрослых жителей Калькутты, но только у 21% жителей островов Сандербан. Лахири также наблюдал ранние признаки рака легких, такие как метапластические эпителиальные клетки, у людей, подвергшихся воздействию дорожного движения. Эти результаты «требуют принятия немедленных мер по снижению тревожно высокого уровня автомобильного загрязнения в индийских городах», предупредила она.
Измерения того, сколько загрязняющих веществ выбрасывают двухколесные транспортные средства, проводятся редко, но одно исследование транспортных развязок в Бангкоке, Таиланд, показало, что двухколесные транспортные средства составляют до 47% твердых частиц. Когда в 2000 году город ввел строгую программу проверок и стандарты выбросов, двухколесные транспортные средства составляли 96% городского движения; к марту 2004 года они составляли всего 40%, сообщил Супат Вангвонгватана, заместитель генерального директора Департамента по контролю загрязнения Таиланда.
Аналогичным образом, когда в 2002 году в Дакке (Бангладеш) были постепенно выведены из эксплуатации детские двухтактные такси, концентрация твердых частиц снизилась до 40%, а выбросы угарного газа и углеводородов значительно снизились, сообщает S.M.A. Бари, технический директор Управления автомобильного транспорта Бангладеш. Однако ни в одной стране не установлены стандарты твердых частиц для двухколесных транспортных средств, сказал Ройчоудхури, и не существует стандартизированных методов измерения выбросов твердых частиц этими транспортными средствами.
Экономические стимулы были движущей силой перехода от двухтактных к четырехтактным трехколесным велосипедам в городе Сан-Фернандо на Филиппинах. В 2001 году три четверти из 1600 зарегистрированных в городе трехколесных велосипедов работали на двухтактных двигателях. Городской совет постановил полностью отказаться от этих автомобилей к 2004 году и предлагает беспроцентные ссуды для первоначального взноса на четырехтактные модели.
Информация, представленная на конференции, поддерживает государственную политику, продвигаемую CSE. «Небольшие постепенные шаги не помогут нам справиться с быстро растущим загрязнением», — сказал Ройчоудхури. Вместо этого CSE рекомендует строгие стандарты выбросов для двухколесных транспортных средств, эффективную программу технического осмотра транспортных средств, программы фискального стимулирования для замены существующих двухтактных двигателей четырехтактными и разработку эффективных систем общественного транспорта.
Открыть в отдельном окне
Два удара и вы выбыли. Двухтактные двигатели, повсеместно распространенные в Азии, вносят основной вклад в загрязнение воздуха и, как следствие, в респираторные заболевания людей.
У технологии двухтактных двигателей есть будущее
Двухтактный двигатель использовался в различных устройствах, включая легкие самолеты, мотоциклы, бензопилы, подвесные моторы и электроэнергетику. Несмотря на то, что двухтактные двигатели в значительной степени заменены четырехтактными двигателями, будущее двухтактных двигателей может иметь большие преимущества в гибридных транспортных средствах и их производстве.
Двухтактный двигатель был разработан примерно 140 лет назад. Простая конструкция и высокая удельная мощность двухтактного двигателя хорошо известны. Однако, поскольку эти двигатели смазываются смесью топлива и масла для двухтактных двигателей, их выбросы выше, чем обычно. Двухтактные двигатели были постепенно заменены четырехтактными двигателями, которые имеют более сложную конструкцию с более низким уровнем выбросов, поскольку бензин и масло не сочетаются.
Благодаря превосходным характеристикам высокой удельной мощности, а также безопасному хранению и транспортировке топлива, двухтактный дизельный двигатель широко используется в качестве силовой установки в беспилотных летательных аппаратах и самолетах авиации общего назначения.
Кроме того, он имеет достаточную удельную мощность при низких скоростях вращения коленчатого вала, что позволяет напрямую подключать его к гребному винту без использования редуктора. Благодаря этому двухтактный двигатель продолжает очаровывать инженеров своей экономичностью, высокой выходной мощностью и чистыми выбросами. Из-за этих оптимальных рабочих характеристик двигатель находится на пороге новых разработок, поскольку производители автомобилей во всем мире стремятся использовать технологии, полученные в результате исследований двухтактных двигателей, в новых приложениях.
Как следует из названия, двухтактному двигателю требуется всего два движения поршня (один цикл) для выработки мощности. Двигатель способен производить мощность после одного цикла, потому что выхлоп и впуск газа происходят одновременно. Из-за изменения давления клапан такта впуска открывается и закрывается. Кроме того, поскольку топливо часто контактирует с движущимися компонентами, оно в сочетании с маслом обеспечивает смазку, обеспечивая более плавный ход.
Двухтактные двигатели легче, эффективнее, могут работать на бензине более низкого качества и более экономичны, чем четырехтактные двигатели. В результате более легкие двигатели имеют более высокое отношение мощности к весу (больше мощности при меньшем весе). У них нет подвижности четырехтактных двигателей, и они требуют большего количества смазки. Это делает двухтактные двигатели подходящими для судов (которые должны перевозить большое количество груза), мотоциклов и газонокосилок, тогда как четырехтактные двигатели лучше всего подходят для легковых и грузовых автомобилей.
Тепловой КПД этих бензиновых двигателей зависит от модели и конструкции автомобиля. В общем, бензиновые двигатели преобразуют 20% энергии топлива (химической) в механическую энергию, при этом только 15% используется для движения колес (остальное теряется на трение и другие механические элементы).
Первоначальным преимуществом двухтактного двигателя является двойная частота тактов, что позволяет разработчику либо спроектировать очень компактный и легкий агрегат для заданной мощности, либо ограничить максимальную скорость вращения, что приводит к механическому КПД, шуму и преимущества вибрации.
В отличие от роторных двигателей, двухтактный двигатель и четырехтактный двигатель могут легко использовать много общих технологий и компонентов. В частности, на двухтактных двигателях можно использовать обычную автомобильную систему прямого впрыска бензина (GDI), если максимальные обороты двигателя эквивалентны. Положение форсунки и геометрия сопла, конечно, должны быть тщательно разработаны для конкретной цели. Двухтактный двигатель может решить большинство распространенных проблем с экономией топлива и загрязнением окружающей среды благодаря прямому впрыску.
Во-первых, бензин можно впрыскивать после закрытия выпускного отверстия, что предотвращает любые потери и выбросы. Кроме того, из-за высокого уровня турбулентности, компактности камеры и способности форсунки создавать адекватное расслоение заряда двухтактный двигатель GDI может работать на обедненной/расслоенной смеси с относительно значительным количеством остатков при низкой нагрузке и скорость. В результате все выбросы загрязняющих веществ могут быть резко сокращены, а эффективность использования топлива может быть повышена по сравнению с типичными операциями с частичной нагрузкой (которые наказываются индукционным дросселированием).
Двухтактный двигатель и двигатель легкового автомобиля с искровым зажиганием (SI) легко могут использовать много общих технологий и компонентов. Система смазки (масляный картер, насос, внутренние каналы) может быть такой же, если снять картерный насос. Кроме того, двухтактный двигатель может быть оснащен коммерческой системой GDI высокого давления. Наконец, двухтактный прототип может быть построен с использованием существующего четырехтактного двигателя и простым изменением подхода к срабатыванию клапана, как это сделали несколько исследователей.
Двухтактные двигатели в прошлом были известны своей низкой топливной экономичностью и выбросами вредных веществ. Однако этот типичный архетип двухтактного двигателя сильно изменился за предыдущее десятилетие. Большинство огромных двухтактных двигателей, потребляющих бензин, были заменены двухтактными двигателями с непосредственным впрыском и впрыском топлива. Эти новые двигатели являются передовыми, они потребляют меньше бензина, но производят больше энергии.
Несмотря на то, что двухтактные двигатели уступали четырехтактным двигателям в нескольких категориях, была одна область, в которой двухтактный двигатель превосходил их. Благодаря более простой конструкции двухтактные двигатели более надежны. Владельцы, которые заботятся о своем двухтактном двигателе, получат двигатель, который прослужит долго. Новые двухтактные двигатели так же надежны, как и их предшественники. В новых двухтактных двигателях с непосредственным впрыском и впрыском топлива используется дозированная подача масла для двухтактных двигателей для смазки всех колец и подшипников, поддерживая двигатель в хорошем состоянии и повышая экономию топлива.
Гибридные автомобили и другие приложения
Одной из областей, где двухтактные двигатели могут быть очень полезными, являются гибридные автомобили. Kawasaki готовится к выпуску гибридного двухтактного мотоцикла. Kawasaki разрабатывает электрический мотоцикл с механической коробкой передач.
Патент на этот мотоцикл в настоящее время находится в разработке и показывает, что Kawasaki разрабатывает серийный гибрид. Большинство гибридных автомобилей, таких как Prius, являются «параллельными гибридами», то есть они используют комбинацию бензина и электроэнергии. Однако серийный гибрид, такой как Chevrolet Volt или BMW i3, в основном представляет собой электромобиль, использующий бензиновый двигатель для подзарядки аккумуляторов. Патентная схема гибридного мотоцикла показана на рис. 2.9.0003 Схема патента на гибридный мотоцикл Kawasaki
Серийно-гибридные автомобили устраняют один из самых существенных недостатков легковых электромобилей — их ограниченную автономность. Эти транспортные средства особенно хорошо подходят для городских (часто в полностью электрическом режиме) и пригородных (автономность, поддерживаемая двигателем внутреннего сгорания, широко известная как Range Extender, RE), а также для программируемых миссий, которые включают возможность зарядки аккумуляторов через сетка (подключаемый гибрид).
За последние 50 или более лет популярность двухтактных двигателей неуклонно снижалась. Хотя они имеют более высокое отношение мощности к весу и часто технически проще, чем четырехтактные конкуренты, они также имеют более высокие выбросы и ограниченные диапазоны мощности. Mazda, с другой стороны, находит ценность в технологии и запатентовала новую конструкцию двухтактного двигателя с наддувом, как обнаружили пользователи форумов New Nissan Z. Дизайн основан на технологии Mazda Skyactiv X и обещает «повышенную экономию топлива», хотя неясно, в какой степени он улучшился.
Текущий четырехтактный двигатель компании использует усовершенствованный режим воспламенения от сжатия с искровым управлением для работы двигателя с более бедной топливно-воздушной смесью для повышения эффективности, в то время как традиционное искровое зажигание сохраняется для работы с высокой нагрузкой и большой мощностью, где воспламенение от сжатия становится более нестабильным. Та же концепция реализована в этой двухтактной конструкции, которая направлена на работу в режиме воспламенения от сжатия для повышения эффективности при переключении на искровое зажигание при больших нагрузках на двигатель.
Перспективы
Ожидается, что к 2027 году рынок двухтактных подвесных двигателей превысит 3 миллиарда долларов. Растущая популярность двухтактных двигателей может быть напрямую связана с функциональными преимуществами по сравнению с четырехтактными двигателями, такими как меньший вес, более высокий выходной крутящий момент, более низкие затраты на техническое обслуживание и лучшее соотношение мощности к весу. Недавние разработки в области технологии двигателей также сыграли свою роль в увеличении популярности двухтактных двигателей. Чтобы использовать возможности двухтактной технологии, производители постоянно исследуют ее и экспериментируют с ней.
Подводя итог, можно сказать, что двухтактные двигатели имеют ряд преимуществ, особенно когда речь идет о езде по пересеченной местности, где их скромный вес является значительным преимуществом. Независимо от эффективности, экономии топлива или выбросов, все больше автопроизводителей пытаются использовать двухтактные двигатели, и в ближайшие несколько лет они должны получить более широкое распространение.