0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое двухтактный и четырехтактный дизельный двигатель

2ух тактные двигатели внутреннего сгорания

Поршневые моторы заняли ведущие позиции в хозяйственной деятельности человека. Попытка заставить 4ех тактный двигатель работать более эффективно, приводило к разработке всевозможных вероятных и невероятных конструкторских схем двигателя и процесса их работы. Одна из этого разнообразия поршневых схем с измененным процессом работы оказалась жизнеспособной и широко внедрилась в технику.

В зависимости от количества тактов рабочего цикла ДВС делятся на две основные группы: двухтактные и четырехтактные двигатели. В двухтактных моторах их есть только два: такт сжатия и такт расширения или рабочий ход. В четырехтактных их четыре: впуск, сжатие, расширение или рабочий ход и выпуск. На первый взгляд может показаться, что первый вариант более выигрышный, ведь рабочий цикл повторяется при каждом обороте коленчатого вала и энергия вырабатывается в два раза интенсивнее, но на самом деле это не совсем так, о чем напрямую свидетельствует ограниченное применение двухтактных двигателей особенно в крупных машинах, установках и агрегатах с высоким уровнем потребления топлива. Чтобы понять причины потери энергии во время рабочего цикла, нужно рассмотреть работу двигателя.

Процесс работы двигателя

Рабочий цикл 2-хтактного двигателя включает в себя следующую последовательность действий:
— на такте сжатия поршень в цилиндре перемещается из нижней мертвой точки (НМТ) к верхней (ВМТ). Через продувочное окно топливный заряд попадает в надпоршневое пространство – камеру сгорания, после чего поршень перекрывает собой это окно. Поднимаясь выше, он постепенно перекрывает и выпускное окно, через которое удаляются продукты сгорания. При этом в пространстве под поршнем (кривошипной камере) образуется разрежение, и оно заполняется новой порцией топлива. При достижении поршнем ВМТ сжатый топливный заряд воспламеняется;
— на такте расширения газы, образовавшиеся при сгорании топлива, давят на поршень, он опускается вниз, открывая сначала выпускное окно, а затем продувочное. Через первое окно расширенные газы попадают в глушитель и выводятся наружу. Одновременно при движении поршня вниз в кривошипной камере, заполненной топливом, повышается давление. Топливо выталкивается вверх в цилиндр, заполняя надпоршневое пространство и выталкивая остатки отработанных газов. После чего цикл повторяется.

Такой принцип работы позволяет двухтактным двигателям обойтись без газораспределительной системы, характерной для четырехтактных моторов, которая управляет впускным и выпускным клапанами. С одной стороны это упрощает конструкцию и уменьшает вес, но с другой газообмен в камере сгорания далеко не идеальный. При двухтактном режиме работы при продувке цилиндра вместе с отработанными газами в глушитель попадает и определенное количество несгоревшего топлива, что влечет за собой его перерасход и повышает токсичность выхлопных газов.

Виды газораспределительной системы

Так как продувочные окна в цилиндре порой располагаются на одном уровне, то газообмен внутри цилиндра затруднен, не весь объем цилиндра продувается свежей порцией воздушной смеси, и часть отработанных газов остается в цилиндре. Для того, чтобы сменить отработанные газы на свежую порцию воздуха более эффективно и быстро, существует конструктивные особенности поршня и расположения продувочных окон в цилиндре. Различают несколько вариантов осуществления продувки цилиндров:

Контурная продувка

Контурная продувка в свою очередь делится на возвратно-петлевую, дефлекторную и высотную. Во всех этих видах есть один существенный недостаток: перерасход топлива из-за удаления несгоревшего топливного заряда во время продувки.

П- или Л-образная продувка

П- или Л-образная продувка более эффективная в плане экономии топлива, но при этом температура около выпускного окна значительно повышается. Конструктивная особенность в том, что для ее осуществления необходимы двухцилиндровое исполнение мотора. Одна пара цилиндр — поршень выступает в роли впускающих газы, а другая пара в роли выпускающая газы.

Клапанная или клапанно-щелевая продувка

Клапанная или клапанно-щелевая продувка в отличие от других видов требует наличия ГРМ, который управляется клапанами. Клапан может использоваться и для подачи заряда, и для удаления продуктов сгорания. При клапанно-щелевой продувке через клапан в головке цилиндра удаляются отработанные газы, а через окна (щели) поступает свежий заряд. Это уменьшает расход топлива и снижает токсичность отработанных газов, но усложняет конструкцию двигателя и может нарушить нормальный режим сгорания заряда из-за повышенной температуры.

Прямоточная продувка

Прямоточная продувка используется в двигателях с двумя поршнями, расположенными напротив друг друга в горизонтальном положении. В этом случае каждый поршень по ходу своего движения открывает и закрывает «свой» клапан: один поршень отвечает за впуск заряда, а второй – за удаление газов. Камерой сгорания в этом случае является пространство между поршнями. Этот вариант предусматривает наличие более сложного КШМ, а высокая температура внутри цилиндров требует дополнительного охлаждения и более прочных элементов. В то же время, это наиболее эффективный способ продувки, который обеспечивает полное удаление отработанных газов с минимальными потерями топливного заряда.

Особенности двухтактных двигателей

Особенность двухтактных двигателей – отсутствие системы смазки. Масло для смазки рабочих поверхностей трущихся деталей доставляется к ним прямо с топливной смесью. Есть два варианта получения такой смеси: изначально заливать в бак заранее приготовленный «коктейль» из топлива и моторного масла или же смешивать их во впускном патрубке, куда они поступают раздельно. Соотношение топлива и масла находится в пределах от 1:25 до 1:50. Моторное масло, как и топливо, сгорает во время рабочего такта, а продукты его сгорания выводятся вместе с отработанными газами.

Что касается мощности, двухтактные двигатели действительно мощнее своих четырехтактных конкурентов. В идеале их мощность при одинаковом литраже должна составлять 2:1 соответственно, но на деле из-за некачественного газообмена в цилиндрах это соотношение составляет 1,5:1. Удельная мощность или соотношение мощности и массы двигателя тоже выше у двухтактных моторов, ведь их вес намного легче, да и конструкция проще.

А вот расход топлива в двухтактных двигателях выше, чем у четырехтактных. Из-за несовершенной системы продувки цилиндров часть топливной смеси в прямом смысле слова вылетает в трубу. По этой причине такие двигатели практически не используются в автомобилях, тяжелой технике или мощных силовых установках, потребляемых большое количество топлива.

Еще один момент, отличающий двухтактный двигатель от четырехтактного – процесс сжигания топлива. Поскольку выпускное окно открывается практически сразу после воспламенения заряда, необходимо обеспечить достаточное время для его полного сгорания. В четырехтактном двигателе на процесс сгорания отводится целый рабочий цикл, а здесь – всего доли секунды. Чтобы добиться максимальной эффективности, в бензиновых моторах нужно точно определять углы опережения зажигания, а в дизельных – контролировать время подачи топлива. В современных моделях это достигается путем использования электроники.

Двухтактные двигатели могут быть как бензиновыми (карбюраторными или инжекторными), так и дизельными. Разница в принципе их работы заключается в том, что в первом случае в цилиндры сразу подается топливный заряд (смесь воздуха с топливом), а во втором – сначала воздух, а в конце первого такта – топливо, которое воспламеняется при контакте с горячим воздухом. Бензиновые двигатели широко используются в мотоциклах, малолитражных автомобилях, а также в газонокосилках, бензопилах и других агрегатах с ДВС. Дизельные моторы нашли применение в судостроении, раньше они также использовались на тепловозах, танках и с успехом применялись в авиации на бомбардировщиках Юнкерс. Сейчас же судостроение – чуть ли не единственная сфера их применения, где пришлась кстати их тихоходность и мощность, не превышающая 100 тыс. л.с. В отличие от четырехтактных двухтактные дизели не имеют разделенных камер сгорания, что дополнительно усложнило бы их конструкцию, так что дизельное топливо подается и смешивается с воздухом прямо в камере сгорания.

Итак, двухтактные двигатели имеют ряд преимуществ:
— простую конструкцию;
— небольшой вес;
— меньшие нагрузки на элементы конструкции;
— отсутствие системы смазки и ГРМ;
— большую литровую мощность в сравнение с четырехтактными.

В то же время, у двухтактных моторов есть и недостатки:
— повышенный расход топлива;
— токсичность выхлопных газов;
— меньший ресурс в сравнение с четырехтактным;
— шум во время работы;
— необходимость приготовления топливо-масляной смеси, что не только усложняет систему подачи топлива, но и повышает расход масла.

Выводы

Из вышесказанного можно сделать вывод, что двухтактные двигатели можно использовать в тех случаях, когда расход топлива не имеет значения, а важны такие характеристики, как небольшая масса и простота конструкции. Это идеальные варианты для переносных агрегатов, небольших автомобилей, а также мотоциклов и мопедов. Компактные размеры двухтактных двигателей позволило им основательно занять место в сфере, казалось бы совершенно далекой от той сферы, для которой были созданы ДВСы — в моделировании.

В конструкции двухтактных двигателей заложены огромные резервы по мощности и экономичности. Но из-за конструктивных особенностей их не удавалось реализовать в механическом виде. Вполне возможно электронные системы помогут «двухтактникам» занять лидирующую позицию среди двигателей внутреннего сгорания в ближайшее время.

Различие между двухтактными и четырехтактными двигателями для лодок

  • 28 01 2019

Думаете о том, какой мотор купить для своей лодки: двухтактный или четырехтактный. Чтобы на него ответить и наконец-то определиться с выбором, следует разобраться с отличиями лодочных двигателей 2х и 4х тактов. В чем, собственно, состоит отличие работы механизма на 2х и 4х тактах, какие из них могут развивать большую скорость при одинаковой мощности.

Читать еще:  Двигатели автомобилей fiat и их характеристики

А еще давайте разберемся с качеством выбросов и с тем, на каких водоемах лучше использовать какие лодочные двигатели.

Мы рассмотрим все эти вопросы, после чего вы сами сможете определиться с отличиями и с выбором удобного для вас варианта.

Переход с двухтактных на четырехтактные моторы и насколько это оправдано

Еще несколько десятков лет тому назад гораздо более распространенными были двухтактные лодочные двигатели. В то время 4-тактные двигатели были гораздо более громоздкими и капризными, чем сегодня. Хотя и по сей день с 2-тактными моторами во время эксплуатации, как правило, возникает меньше хлопот, чем с 4-тактными.

Преимущества двухтактных лодочных моторов заключаются в том, что они, как правило, весят гораздо меньше четырехтактных. К тому же имеют относительно высокую удельную мощность (учитывая габариты).

Хотя современные лодочные 4-тактные двигатели начали совершенствоваться и по многим отличиям существенно опередили двухтактные. В частности, по легкому запуску.

Если говорить в общем, ни один профессионал, который действительно разбирается в лодочных двигателях, не сможет сказать наобум, какой, 2х или 4-тактный мотор будет лучше. Это довольно-таки индивидуальный вопрос. Все зависит от типа лодки, условий и частоты ее эксплуатации, характеристики будущего водоема. И чтобы на него ответить, следует разобраться с отличием принципа работы 2х и 4х тактных лодочных моторов.

Отличия по принципу работы двухтактных и четырехтактных лодочных моторов. Экологичность

Давайте разберемся с принципом работы. Двухтактный лодочный двигатель — это мотор внутреннего сгорания, в котором для завершения рабочего цикла необходимо два хода поршня. Четырехтактный лодочный мотор — это также двигатель внутреннего сгорания, но для завершения процесса его работы, то есть цикла, поршню нужно произвести 4 такта. Почему так?

В двухтактном лодочном моторе внутреннего сгорания, в отличие от 4х тактного, масло попадает в камеру сгорания уже с бензином (предварительно смешивается). В 4х тактном — оно попадает с коленчатого вала.

Таким образом в выхлоп, то есть в те отработанные газы, которые выпускает мотор в атмосферу, попадает определенное количество не полностью сгоревшего масла. Соответственно, “полупрогоревшее” масло загрязняет экологию водоема.

Конечно, катастрофы не случится, если лодка сделает несколько кругов по водной глади. Но все-таки, если сравнивать отличия степени экологичности и 2х тактных и 4х тактных лодочных моторов, то последнее одержат уверенную победу.

У двухтактных лодочных двигателей рабочим считается каждый второй такт, а у четырехтактных — каждый четвертый. Из этого следует, что при одинаковом объеме камеры сгорания мощнее будут именно 2х тактные моторы. И здесь мы плавно перешли к мощности, о которой более подробно поговорим в следующем разделе.

Кто одержит победу по параметрам мощности и расходу топлива: двухтактные или четырехтактные лодочные двигатели

Двухтактные лодочные двигатели действительно при одних и тех же базовых параметрах (вес и размер) отличаются мощностью от четырехтактных. Они примерно в 1.5 раза мощнее, чем четырехтактные.

Здесь может показаться, что они более экономные, ведь при одних и тех же параметрах, а значит, возможно, при одном и том же количестве топлива они выдают большую мощность? Это не совсем так.

Как правило, при выходе на глиссирование, то есть на режим скольжения судна по водной глади, лодочный мотор четырехтактный расходует топлива примерно на 20% меньше, чем двухтактный лодочный двигатель. Почему это происходит? Во-первых, двухтактные лодочные моторы часть масла теряют во время выброса его вместе с отработанными выхлопными газами. Именно поэтому “кушают” двухтактники топливо более аппетитно. Хотя по производительности двухтактные лодочные моторы получше четырехтактных.

Что в итоге? А в итоге цена покатушек на 2х тактном двигателе будет не особо отличаться от цены лодочных прогулок на четырехтактном, и вот почему. Дело в том, что 2х тактные традиционно дешевле 4х тактных лодочных двигателей (на примере лодочных подвесных двигателей Suzuki), и порой отличие цены весьма значительно.

Отличия двухтактных и четырехтактных двигателей в вопросах моторесурса, ремонта, обслуживания

Чтобы понять, какие моторы для лодок, двухтактные или четырехтактные, более устойчивы к эксплуатации и в чем отличие, нужно снова обратить внимание на специфику их работы. Если сравнивать отличие 4х и 2х тактов, то сразу можно сказать, что четыре такта менее агрессивно изнашивают детали механизма. Поэтому, что касается моторесурса, то здесь ответ однозначный. Четырехтактные подвесные моторы для лодок гораздо более износостойкие, чем двухтактные.

А вот если произойдет поломка примерно одинаковой степени тяжести у 2х тактного и 4х тактного мотора, то стоимость ремонта первого однозначно будет меньше, чем второго. Как и у любого другого механизма, стоимость ремонта мотора прямо пропорциональна стоимости самого мотора. То есть чем дороже будет движок, тем больше средств понадобится на его “лечение”.

И что касается замены запчастей, на двухтактные двигатели будет таковые найти по низкой цене гораздо легче. А все потому, что двухтактный подвесной двигатель выпускается уже порядка 80 лет, поэтому рынок вторсырья просто изобилует годными деталями от старых лодочных двигателей. А вот с четырехтактным, скорее всего, придется покупать новую деталь у производителя. Хотя, шанс найти на вторичном рынке сломавшуюся деталь и для 4х тактного лодочного мотора тоже имеется.

Ну и опять же, если покупать дорогой и качественный лодочный двигатель, например, мотор Suzuki, то здесь гораздо меньше шансов на то, что его нужно будет вообще когда-нибудь чинить.

Что касается обслуживания, 2х тактные моторы по легкости обслуживания опережают 4х тактные. Они менее прихотливы и в вопросах качества топлива, и в вопросах профилактических чисток.

Подвесные моторы 2х и 4х тактные — неоспоримые лидеры для современных малых плавсредств

И двухтактный, и четырехтактный подвесной лодочный мотор прикрепляется к транцу резиновой лодки. Внешне современные лодочные двигатели 2х и 4х тактные отличий, пожалуй, не имеют.

В целом, подвесные лодочные моторы и 2х, и 4х тактные хороши тем, что не занимают полезный объем лодки, тем самым не загромождают и без того маломерное пространство. Кроме того, неважно, двухтактный это или четырехтактный лодочный мотор, его будет легко демонтировать для ремонта или просто перед тем, как надувную лодку нужно будет спустить. Еще один несомненный плюс подвесных двигателей — это относительно низкий уровень шума. Современные лодочные двигатели, в отличие от прошлых моделей, действительно шумят гораздо меньше, но это не значит, что в лодке на бензиновом моторе можно перемещаться при идеальной тишине.

Подводим итоги: какой лучше мотор, двухтактный или четырехтактный

Конечно, четырехтактные моторы считаются более современными, экономичными и экологичными. Но одновременно с тем, цена двухтактных моторов гораздо ниже. Что ж, давайте кратко перечислим все достоинства и недостатки двухтактных и четырехтактных лодочных двигателей. Из этого сжатого списка вы сможете понять все их отличия и принять единственно правильное решение для себя решение касательно покупки.

Достоинства двухтактных моторов

  • Первым неоспоримым достоинством двухтактного лодочного мотора, в отличие от 4х тактного, является его относительно низкая стоимость.
  • Вторым неоспоримым плюсом двухтактного лодочного мотора, в отличие от четырехтактного, являются его относительно малые габариты и малый вес. При такой же мощности.
  • На 2х тактные лодочные двигатели, в отличие от 4х тактных, довольно легко найти сменные запчасти. Причем, смотря правде в глаза, можно сказать, что многие детали у них взаимозаменяемы. То есть есть большая вероятность, того, что можно безопасно установить ту или иную деталь с такого же, двухтактного мотора, но совершенно другой фирмы. Хотя ни производители, ни опытные мастера этого делать, конечно, не рекомендуют.

Недостатки двухтактных лодочных двигателей

  • 2х тактные лодочные моторы слишком шумные, по сравнению с четырехтактными. Они абсолютно не подходят для тихого перемещения по водной глади.
  • А если мы имеем дело с частыми перевозками или с теми людьми, которые рыбачат от последних льдов до первого снега? Для такого случая себестоимость работы с двухтактным мотором будет выше, чем с его 4х тактным конкурентом. Ведь прожорливость 2х тактных выше 4х тактных примерно на 20%.
  • Двухтактные моторы сильнее загрязняют окружающую среду, чем четырехтактные.
  • 2х тактный мотор работает на топливной смеси: масло + бензин. Ее нужно готовить отдельно перед тем, как запускать мотор.

Достоинства четырехтактных моторов:

  • Относительно малая шумность. Идеальный вариант для троллинга.
  • Неплохо идет на малых оборотах, не глохнет. Четырехтактный лодочный двигатель — это идеальный вариант для плавного перемещения по водной глади, без спешки и лишней суеты.
  • В отличие от 2х тактного лодочного двигателя, не требует заправки топливной смесью. Бензин в четырехтактный двигатель заправляется топливный бак, а масло заливается в картер.

Недостатки четырехтактных моторов:

  • Стоимость четырехтактного мотора одной и той же фирмы гораздо выше, чем двухтактного.
  • При одной и той же мощности, четырехтактный, в отличие от двухтактного, мотор развивает меньшую скорость.
  • Цена запчастей для четырехтактного мотора гораздо выше, чем для двухтактного. А еще считается, что первый более подвержен поломкам. Хотя, если мы говорим о проверенных магазинах именитых производителях, это вопрос спорный.
Читать еще:  Ep6 двигатель какое масло лить

Итак, давайте подведем окончательные выводы.

Если вам двигатель нужен для того, чтобы использовать его очень часто.

Если повышенная скорость передвижения для вас не приоритетна, вы обращаете больше внимание на плавность.

А ещё, если вы предпочитаете рыбалку с помощью движущиеся приманки, то вам наверняка больше подойдут четырехтактные лодочные моторы.

Если же вы планируете купить двигатель для лодки, чтобы несколько раз за сезон выйти на отдых или на рыбалку, причем вы в настоящее время не готовы тратить большую сумму для покупки лодочного мотора, в таком случае обратите внимание на 2х тактники.

Экологичный двухтактный двигатель

Изобретение относится к поршневым двухтактным двигателям внутреннего сгорания и может быть использовано в создании двигателя для мобильных (например, автомобили, тепловозы, корабли) и стационарных (например, электрические генераторы, насосы) устройств. Технический результат заключается в снижении расхода масла и улучшении экологических характеристик двухтактного двигателя внутреннего сгорания. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит цилиндр, внутри которого расположены поршень, на крышке цилиндра установлены впускной и выпускной клапаны. На впускном клапане установлена решетка, расположенная выше нижнего края крышки цилиндра в открытом положении, за счет этого обеспечивается необходимая скорость и направление потока продувочного воздуха из впускного клапана в сторону поршня. Затем этот поток рассеивается и вытесняет отработанные газы из цилиндра, заменяя его свежим воздухом. На поршне могут быть выполнены выступы, соответствующие положению и размерам узлов клапанов. Двигатель сохраняет преимущества двухтактного и четырехтактного двигателей (соответственно высокую удельную мощность и экологичность). 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Двухтактный двигатель, содержащий цилиндр, внутри которого расположен поршень, впускной и выпускной клапаны, установленные на крышке цилиндра, отличающийся тем, что на впускном клапане установлена решетка, а нижний край решетки в открытом положении впускного клапана расположен выше нижнего края крышки цилиндра. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что на поршне выполнены симметрично расположенные относительно оси поршня выступы, по положению и размерам соответствующие положению и размерам узлов клапанов.

Изобретение относится к поршневым двухтактным двигателям внутреннего сгорания и может быть использовано в создании двигателя для мобильных (например, автомобили, тепловозы, корабли) и стационарных (например, электрические генераторы, насосы) устройств.

Известные двухтактные ДВС отличаются от четырехтактных повышенным расходом масла и выбросом вредных веществ, что связано с тяжелыми условиями смазывания цилиндра в поясе впускных и выпускных окон, где существуют благоприятные условия для сдувания масла с поверхностей колец поршня в момент прохождения их мимо продувочных окон. Кроме того, в двухтактных двигателях в горючее добавляют масло, которое при неполном сгорании загрязняет выхлопные газы вредными веществами. В четырехтактных двигателях смазка цилиндра осуществляется за счет разбрызгивания масла из картера на стенки рабочего цилиндра, а с помощью маслосъемного поршневого кольца обеспечивается равномерное распределение масла по поверхности цилиндра и удаление его излишка в картер. Расход масла в известных двухтактных двигателях в 10 раз превышает расход масла в известных четырехтактных двигателях (например, расход масла четырехтактного двигателя КАМАЗ-740.31-240 (EURO-2) в автобусной комплектации составляет 0,2% от расхода топлива, а в двухтактном двигателе YAMAHA 40XWS — 2%). По этой причине они применяются только в переносном инструменте, где решающим фактором является удельная мощность.

Все известные двухтактные двигатели, нашедшие практическое применение, имеют нагнетатель воздуха, при этом в прямоточной схеме газораспределения имеется два продувочных окна или одно продувочное окно и выпускной клапан на крышке цилиндра, в петлевой схеме газораспределения имеются впускные и выпускные продувочные окна (Д.Н. Вырубов, Н.А. Иващенко и др. Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей. Под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. — 4-е изд. — М.: Машиностроение, 1983, с. 50-77).

Известен двухтактный двигатель внутреннего сгорания, в котором некоторого снижения расхода масла предлагается достичь с помощью маслосъемного поршневого кольца, не выходящего за пределы продувочных окон и отсоса собранного им масла в полость разряжения системы вентиляции картера. [Изобретение № SU 1346838, дата публикации 23.10.1987]. Известен двухтактный двигатель внутреннего сгорания, у которого в положении поршня в нижней мертвой точке верхнее маслосъемное кольцо поршня расположено выше окон продувки, а в положении поршня в верхней мертвой точке нижнее маслосъемное кольцо расположено ниже окон продувки, при этом в поршне выполнены отверстия, соединяющие канавки верхнего и нижнего маслосъемных колец с подпоршневой полостью. [Патент на изобретение №2276738, дата публикации 20.05.2006]

Недостатком известных устройств является то, что при движении поршня компрессионные поршневые кольца пересекают продувочные окна и поэтому без добавления масла в горючее невозможно добиться удовлетворительной смазки цилиндра, удаление излишков масла с помощью маслосъемных колец и повторное его использование не может дать существенного эффекта, поэтому экологические характеристики и расход масла остаются на том же уровне, что и у широко применяемых двухтактных двигателей внутреннего сгорания.

Все имеющие практическое применение двухтактные двигатели внутреннего сгорания отличаются повышенным расходом масла и выбросом вредных веществ, но по сравнению с четырехтактными двигателями имеют большую удельную мощность.

Ближайшим аналогом (прототипом) заявляемого изобретения является двухтактный двигатель Лену ара (см. http://delay-auto.ru/ystroistvo_avtomobilya/1739-dvustoronniy-dvigatel-dvoynogo-deystviya.html), содержащий на крышке цилиндра впускной и выпускной клапаны и по экологичности приближающийся к четырехтактному двигателю. Принцип работы двигателя заключался в следующем. При прохождении поршнем половины хода от верхней мертвой точки, в освободившийся за поршнем объем цилиндра подавалась горючая воздушно-газовая смесь. Она находилась в цилиндре под атмосферным давлением, воспламенялась при помощи электрической искры, и вторую половину хода поршень проходил под воздействием усилия давления расширяющихся газов, что и обеспечивало полезную работу двигателя. При движении от нижней мертвой точки открывался выпускной клапан и обеспечивался выход отработавших газов. Двигатель не нашел применения из-за чрезвычайно низкого коэффициента полезного действия (КПД) — единица выработанной мощности при использовании двигателя Ленуара обходилась в 7 раз дороже, чем при применении парового двигателя.

Таким образом, в зависимости от конструкции, все известные двухтактные двигатели либо отличаются повышенным расходом масла и низкой экологичностью, либо низким КПД и низкой удельной мощностью.

Технической задачей, на разрешение которой направлено заявляемое изобретение, является улучшение экологических характеристик аналогов, повышение КПД и удельной мощности прототипа.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в обеспечении удельной мощности двигателя близкой к двухтактным, а экологичности и КПД к четырехтактным двигателям внутреннего сгорания.

Поставленная задача решается тем, что в двухтактном двигателе, содержащем цилиндр, внутри которого расположен поршень, впускной и выпускной клапаны, установленные на крышке цилиндра, причем на впускном клапане установлена решетка, а нижний край решетки в открытом положении впускного клапана расположен выше нижнего края крышки цилиндра.

На поршне выполнены выступы, симметрично расположенные относительно оси поршня и соответствующие положению и размерам узлов клапанов.

Сущность заявляемого изобретения поясняется следующими рисунками:

Фиг. 1 — вид двухтактного двигателя при расположении поршня в нижней мертвой точке (далее — НМТ).

Фиг. 2 — вид двухтактного двигателя при расположении поршня в верхней мертвой точке (далее — ВМТ).

Фиг. 3 — вид узла впускного клапана с решеткой.

Двухтактный двигатель (фиг. 1 и фиг. 2) содержит цилиндр 1, внутри которого расположен поршень 2 с маслосъемным кольцом 3 и компрессионными кольцами 4, впускной клапан 5 и выпускной клапан 6, форсунка 7, на поршне могут быть выступы 8, узел впускного клапана (фиг. 3) содержит втулку 9, а на самом клапане имеется решетка 10.

Принцип действия заявляемого изобретения заключается в следующем.

Первый такт работы двигателя показан на фиг. 1.

Под действием давления газов поршень 2 движется вниз от ВМТ к НМТ, совершая рабочий ход и производя при этом полезную работу. В это время клапаны 5 и 6 закрыты.

Второй такт работы двигателя показан на фиг. 2.

При подходе поршня 2 к НМТ, выпускной клапан 6 открывается, давление воздуха в цилиндре 1 падает почти до атмосферного и открывается впускной клапан 5, цилиндр 1 заполняется свежим воздухом, отработанные газы удаляются поднимаемым от поршня свежим воздухом через выпускной клапан 6. Выпускной клапан 6 закрывается и давление воздуха в цилиндре 1 повышается до давления на выходе нагнетателя воздуха, затем впускной клапан 5 закрывается. Поршень 2 за счет кинетической энергии маховика движется к ВМТ, происходит сжатие воздуха. В конце сжатия, в положении поршня 2 в районе ВМТ в цилиндр 1 с помощью форсунки 7 впрыскивается топливо, которое самовоспламеняется и сгорает.

После этого цикл повторяется.

Установленная на впускном клапане решетка позволяет повысить эффективность газообмена, а выступы на поршне позволяют обеспечить требуемую степень сжатия.

В предлагаемом устройстве в качестве топлива могут использоваться бензин или газ, но тогда на крышке цилиндра должна быть дополнительно установлена свеча зажигания, либо форсунка для впрыскивания дизельного топлива для возгорания горючей смеси воздуха и бензина (газа).

Читать еще:  Что снижает эффективность работы двигателя

Расположение нижнего края решетки впускного клапана в открытом положении выше нижнего края крышки цилиндра обеспечивает необходимую скорость и направление струи продувочного воздуха в сторону поршня, а не в сторону выпускного клапана, что позволяет вытеснить отработанные газы через выпускной клапан, тем самым исключается необходимость добавления масла в топливо, и, как следствие, снижается его расход и улучшаются экологические характеристики двигателя. Количество впускных и выпускных клапанов может быть более двух, а решетка закреплена неподвижно во втулке 9.

Использование заявляемого изобретения позволяет снизить расход масла до 10 раз в сравнении с известными двухтактными двигателями, что обеспечивает решение проблемы по улучшению экологических характеристик двухтактного двигателя внутреннего сгорания. Таким образом, предлагаемый двухтактный двигатель в отличие от аналогов сохраняет преимущества двухтактного и четырехтактного двигателей (соответственно — высокую удельную мощность и экологичность).

Симметричное расположение выступов на поршне не дает перекоса поршня, который мог бы приводить к неравномерному износу поршневых колец и увеличению газодинамических потерь.

Двухтактный дизельный двигатель

Дизельный двигатель двухтактного является дизельным двигателем , который работает путем объединения то , что , как правило , четыре цикла — потребление, сжатие, сгорание и выхлопное только в два штрихи (один оборот) двигателя. Он был изобретен Хьюго Гюльднером [ де ] в 1899 году. [1]

Во всех дизельных двигателях используется воспламенение от сжатия — процесс, при котором топливо впрыскивается после сжатия воздуха в камере сгорания, что приводит к самовоспламенению топлива . Напротив, в бензиновых двигателях используется цикл Отто , а в некоторых современных высокоэффективных двигателях — цикл Аткинсона , в котором топливо и воздух смешиваются перед входом в камеру сгорания, а затем воспламеняются свечой зажигания .

История

По словам разработчика первого работающего дизельного двигателя Имануэля Лаустера , Дизель никогда не намеревался использовать двухтактный принцип для дизельного двигателя. Считается, что Хьюго Гюльднер изобрел двухтактный дизельный двигатель. Он спроектировал первый действующий двухтактный дизельный двигатель в 1899 году и убедил компании MAN , Krupp и Diesel профинансировать строительство этого двигателя по 10 000 фунтов стерлингов каждый. [2] Двигатель Гюльднера имел рабочий цилиндр 175 мм и продувочный цилиндр 185 мм; у обоих был ход 210 мм. Указанная выходная мощность составляла 12 л.с. (8826 Вт). [3] В феврале 1900 года этот двигатель впервые заработал своим ходом. Однако с его фактической выходной мощностью всего 6,95 л.с. (5112 Вт) и высоким потреблением топлива 380 г · л.с. −1 · ч −1 (517 г · кВт −1 · ч −1 ), он не оказался успешным. ; [4] Проект двухтактного дизельного двигателя Гюльднера был заброшен в 1901 году. [5]

В 1908 году компания MAN Nürnberg предложила поршневые двухтактные дизельные двигатели одностороннего действия для морского использования [6]. Первый поршневой двигатель двустороннего действия от MAN Nürnberg был изготовлен в 1912 году для электростанции. [7] В 1913/1914 году в сотрудничестве с Blohm + Voss в Гамбурге компания MAN Nürnberg построила первый поршневой двухтактный двигатель двустороннего действия для морского применения. [8] Во время Первой мировой войны компания MAN Nürnberg построила шестицилиндровый поршневой двухтактный дизельный двигатель двустороннего действия с номинальной мощностью 12400 л.с. (9120 кВт). [6] В 1919 году компания MAN перевела свой цех по производству двухтактных дизельных двигателей из Нюрнберга в Аугсбург [9].

Чарльз Ф. Кеттеринг и его коллеги, работавшие в исследовательской корпорации General Motors и дочерней компании GM Winton Engine Corporation в 1930-х годах, продвинули искусство и науку о технологии двухтактных дизельных двигателей для создания двигателей с гораздо более высокими отношениями мощности к массе и диапазоном мощности. чем современные четырехтактные дизели. Первое мобильное применение двухтактных дизельных двигателей было связано с дизельными обтекаемыми моделями в середине 1930-х годов, а продолжающиеся разработки привели к созданию улучшенных двухтактных дизелей для локомотивов и судов в конце 1930-х годов. Эта работа заложила основу дизелизации железных дорог в 1940-х и 1950-х годах. [10]

Два удара

Двухтактные двигатели внутреннего сгорания механически проще четырехтактных , но более сложны в термодинамических и аэродинамических процессах, согласно определениям SAE . В двухтактном двигателе четыре «цикла» работы двигателя внутреннего сгорания (впуск, сжатие, зажигание, выпуск) происходят за один оборот — 360 ° вращения — тогда как в четырехтактном двигателе они происходят за два полных оборота — 720 ° вращения. В двухтактном двигателе в любой момент времени во время работы двигателя выполняется более одной функции.

  • Впуск начинается, когда поршень находится около нижней мертвой точки (НМТ). Воздух поступает в цилиндр через отверстия в стенке цилиндра ( впускных клапанов нет ). Все двухтактные дизельные двигатели требуют для работы искусственного всасывания и будут использовать вентилятор с механическим приводом или турбокомпрессор для наполнения цилиндра воздухом. На ранней стадии всасывания заряд воздуха также используется для вытеснения любых оставшихся продуктов сгорания от предыдущего рабочего такта, процесс, называемый продувкой .
  • Когда поршень поднимается, всасываемый воздух сжимается. Вблизи верхней мертвой точки впрыскивается топливо, что приводит к сгоранию из-за чрезвычайно высокого давления заряда и тепла, создаваемого сжатием, которое перемещает поршень вниз. По мере того, как поршень движется вниз в цилиндре, он достигает точки, в которой выпускное отверстие открывается для удаления газов сгорания под высоким давлением. Однако в большинстве современных двухтактных дизельных двигателей используются расположенные сверху тарельчатые клапаны и однопоточная продувка . Продолжительное движение поршня вниз откроет отверстия для впуска воздуха в стенке цилиндра, и цикл начнется снова.

В большинстве двухтактных двигателей EMD и GM (например, Detroit Diesel ) очень немногие параметры регулируются, а все остальные фиксируются механической конструкцией двигателей. Отверстия для продувки открыты от 45 градусов перед BDC до 45 градусов после BDC (этот параметр обязательно симметричен относительно BDC в поршневых двигателях). Остальные регулируемые параметры связаны с выпускным клапаном и синхронизацией впрыска (эти два параметра не обязательно симметричны относительно ВМТ или, если на то пошло, НМТ), они установлены для максимального выхлопа газов сгорания и максимального впуска наддувочного воздуха. Один распределительный вал управляет выпускными клапанами тарельчатого типа и насос-форсункой , используя три лепестка: два лепестка для выпускных клапанов (либо два клапана на самых маленьких двигателях, либо четыре клапана на самом большом, и третий лепесток для насос-форсунки).

Специально для двухтактных двигателей EMD ( 567 , 645 и 710 ):

  • Рабочий такт начинается в ВМТ ([0 °]; впрыск топлива ведет в ВМТ на 4 ° [356 °], так что впрыск топлива будет завершен в ВМТ или очень скоро после этого; [ необходима цитата ] топливо воспламеняется так быстро, как он впрыскивается), после рабочего хода выпускные клапаны открываются, что значительно снижает давление и температуру газа сгорания и подготавливает цилиндр к продувке для продолжительности рабочего хода 103 °.
  • Продувка начинается 32 ° позже, в НМТ-45 ° [135 °], и заканчивается в НМТ + 45 ° [225 °], для продувки продолжительностью 90 градусов; задержка на 32 ° при открытии продувочных отверстий (ограничение длины рабочего хода) и задержка на 16 ° после закрытия продувочных отверстий (тем самым инициируя такт сжатия) максимизируют эффективность продувки, тем самым максимизируя выходную мощность двигателя, сводя к минимуму расход топлива двигателя.
  • К концу продувки все продукты сгорания вытесняются из цилиндра, и остается только «наддувочный воздух» (продувка может выполняться с помощью нагнетателей Рутса для впуска наддувочного воздуха при температуре немного выше температуры окружающей среды или фирменного турбокомпрессора EMD, который действует как нагнетатель во время запуска и как турбонагнетатель при нормальных условиях эксплуатации, а также для впуска наддувочного воздуха при значительно более высоких температурах [i], и который турбонаддув обеспечивает 50-процентное увеличение максимальной номинальной мощности по сравнению с двигателями с наддувом. такое же смещение).
  • Ход сжатия начинается на 16 ° позже, при НМТ + 61 ° [241 °], для продолжительности хода сжатия 119 °.
  • В двигателях с EFI насос-форсунка с электронным управлением по-прежнему приводится в действие механически; количество топлива, подаваемого в насос-форсунку плунжерного типа, контролируется блоком управления двигателем (в локомотивах, блоком управления локомотивом), а не традиционным регулятором Woodward PGE или эквивалентным регулятором двигателя, как с обычными насос-форсунками.

Специально для двухтактных двигателей GM ( 6-71 ) и связанных с ними дорожных / внедорожных / морских двухтактных двигателей:

  • При этом используются те же основные соображения (двигатели GM / EMD 567 и GM / Detroit Diesel 6-71 были спроектированы и разработаны в одно и то же время одной и той же командой инженеров и технических менеджеров).
  • В то время как некоторые двигатели EMD и Detroit Diesel используют турбонаддув, только такие двигатели EMD используют систему турбонаддува; в таких двигателях Detroit Diesel используется обычный турбокомпрессор, в некоторых случаях с промежуточным охлаждением, за которым следует обычный вентилятор Рутса, поскольку турбокомпрессорная система была бы слишком дорогостоящей для этих очень дорогостоящих и высококонкурентных приложений.
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector