Двухтактный двигатель в автомобиле [легче, чище, ниже расход топлива]
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!».
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.
Двухтакный двигатель: простота и надежность
Что такое двухтактный двигатель: кто не знает?
Сегодня мы узнаем что такое двухтактный двигатель. Разберемся в принципе его работы, в его конструктивной простоте и почему же не ставят двухтактный двигатель на автомобили все уважающие себя автопроизводители. Поэтому за дело, друзья!
Что такое двухтактный двигатель?
Так как же устроен этот поршневой мотор, встречающийся в газонокосилке, скутере, и мотоцикле? Почему двухтактный?
Принцип действия этого агрегата заложен в самом его названии «двухтактный двигатель внутреннего сгорания». То есть внутри его что-то сгорает за два такта.
А сгорает в нём не что иное, как топливная смесь, состоящая из топлива и воздуха.
В результате взрыва и сгорания этой смеси происходит движение поршня с передачей этой энергии в крутящий момент, который в свою очередь передается на колёса наших квадроциклов, скутеров и иногда автомобилей.
Но в чём же секрет сокращения тактности в два раза?
Чтобы разобраться в этом, смотрим схему, как работает простейший одноцилиндровый двухтактный мотор.
Как работает двухтактный ДВС
Итак, главная роль в этом устройстве принадлежит поршню, который, двигаясь вверх и вниз в цилиндре, преобразует энергию сгоревшего топлива в механическое движение коленвала.
Почему двухтактный, какое ключевое отличие от его более сложных четырёхтактных сородичей?
Отличие заключается в том, что такт сжатия в двухтактном ДВС, совмещен с тактом выпуска. А такт рабочего хода совмещен с тактом впуска
Такт сжатия, двухтактный мотор, начинает после момента прохождения поршнем нижней точки и начала его движения вверх.
В этот миг в цилиндре, в пространстве над поршнем, уже находится свежая порция воздушно топливной смеси, поступившая из карбюратора через перепускной канал и продувочное окно во время такта рабочего хода.
При приближении поршня к верхней точке движения, смесь в цилиндре воспламеняется от искры свечи зажигания и двигатель переходит в рабочий такт – именно в этот момент выполняется полезная работа.
Движущийся вниз под воздействием расширяющихся продуктов горения топлива поршень двухтактного мотора, открывает выпускное окно, в которое под давлением устремляются выхлопные газы.
Дальнейшая их судьба – глушитель. Он-то и принимает всю сгоревшую смесь и глушит по средством специальных каналов громкий хлопок взрыва этой самой смеси.
Если ещё не скучно про двухтактный мотр, идем дальше.
Заканчивается рабочий такт мотора в нижнем положение Н.М.Т., а не задолго до этого открывается продувочное окно, из которого в цилиндр устремляется очередная порция топливной смеси из под поршня.
Она вытесняет последние остатки выхлопных газов. Эта нехитрая процедура называется продувкой.
Затем повторяется первый такт Сжатие-впуск и второй Рабочий ход-выпуск. И так бесконечно, пока есть воля к движению.
Вот где нужен двухтактный мотор
Таким образом, мы вкратце рассмотрели принцип работы простейшего двухтактного двигателя.
Стоит отметить, что такой тип двухтактного мотора, по сравнению с четырёхтактным, аналогичного объёма, имеет большую мощность.
Но двухтактным моторам присущи и недостатки – к примеру, низкая экологичность и высокий расход топлива. Именно по этой причине нет смысла устанавливать его на автомобиль.
Простота двухтактного двигателя состоит в том, что он не имеет сложного механизма газораспределения, распредвалов, клапанов, сложных головок блока цилиндров двигателя, требующих больших трудозатрат на их изготовление.
Тем не менее, благодаря своей простоте двухтактные агрегаты находят широкое применение в различных отраслях.
Они крайне популярны у авиамоделистов. Почти все простые мотоциклы и скутеры имеют двухтактный двигатель.
Повсеместно применяются в различных моторизированных устройствах, к примеру, в бензопилах, газонокосилках, генераторах, сельскохозяйственной технике.
Наверное в каждой нормальной семье присутствует хоть один механизм, имеющий двухтактный двигатель.
Надеюсь, это краткое повествование помогло разобраться что такое двухтактный двигатель, в принципах его работы.
Двухтактный чудо-мотор для пикапа: его придумали русские, выпускали немцы, а довели до ума американцы
Американский разработчик двухтактных оппозитных двигателей Achates Power Inc. испытывает прототип бензинового ДВС с воспламенением от сжатия. Решение, позволяющее значительно сократить объемы вредных выбросов, будет адресовано сегменту LCV.
Недавно сформированное стратегическое партнерство компаний Ricardo и Achates Power Inc. (API) может оказаться полезным для мировой автоиндустрии. Калифорнийский альянс получил грант ARPA-E (Advanced Research Projects Agency-Energy, Агентство передовых исследований в области энергетики) на разработку решений по повышению энергоэффективности и снижению вредных выбросов ДВС полноразмерных пикапов.
Двухтактный 2,7‑литровый двигатель OP-3 мощностью 270 л. с. разработки Achates Power. 
Новая программа под условным наименованием Gen II основывается на конструкторских решениях двигателя первой генерации (API Gen I) с встречно движущимися поршнями, делая упор на совершенствование характеристик мощности, крутящего момента, оптимизацию весовых и габаритных параметров, а также снижение вредных выбросов. Упомянутая конфигурация представляет собой ДВС с расположением поршней в два ряда, один напротив другого в общих цилиндрах таким образом, что поршни каждого цилиндра движутся навстречу друг другу и образуют общую камеру сгорания. Компоновка обеспечивает прямоточную продувку — самую совершенную для двухтактного цикла.
Стендовые испытания показали сравнительно низкий уровень вредных выбросов.
Интересно, что идея использования моторов со встречным движением поршней отнюдь не нова. Создателем подобного силового агрегата является российский инженер Раймонд Корейво, который запатентовал свое изобретение в 1907 году. А известным примером реализации этого решения в промышленных масштабах является двухтактный авиационный дизель Junkers Jumo, разработанный в конце 20‑х годов и находившийся в производстве по 1943 год. Однако впоследствии идея не получила ожидаемого отклика со стороны автопрома (одна из причин — в высоком уровне вредных выбросов, что обусловлено неполным окислением продуктов сгорания). Среди тех, кто снова взялся за разработку редких поршневых оппозитников, — вышеупомянутая API. Недавно компания опубликовала технический документ, в котором говорилось о 30 %‑ном улучшении экономии топлива, когда ее двигатель был сравнен с дизелем современного поколения.
Двухтактные авиационные дизели Junkers Jumo с встречно движущимися поршнями были разработаны в конце 20‑х годов, производились по 1943 год.
Разрабатываемый API трехцилиндровый мотор будет иметь рабочий процесс с воспламенением от сжатия бензина — версия OP-3 GCI (Gasoline Cоmpression Ignition). Такой двигатель сочетает в себе характеристики бензинового и дизельного двигателей. Так же как в бензиновом ДВС, в GCI впрыск топлива происходит на такте впуска. Однако вместо использования электрической искры для зажигания части топливной смеси GCI сжимает смесь целиком и сразу, увеличивая ее плотность и температуру, пока она одновременно не воспламенится по всему объему. При этом выбросы NOx, несмотря на чрезвычайно бедную топливную смесь, останутся, как обещают разработчики, на сравнительно низком уровне.
В моторах с встречным движением поршней последние располагались вертикально друг над другом. Из-за того что они находятся в одном цилиндре, создается единая камера сгорания.
Прототип Gen II также получил усовершенствованную систему турбонаддува, электрооборудование напряжением 48 В, проведена оптимизация массогабаритных параметров агрегата. Сообщается, что тестовый пикап Ford F150, оснащенный 2,7‑литровым мотором GCI мощностью 270 л. с., в ходе испытаний показал расход топлива 6,3 л/100 км, что вписывается в нормы американского стандарта CAFÉ до 2025 года.
Вчем отличие двухтактного мотора от четырехтактного?
Двухтактный двигатель, двигатель внутреннего сгорания, в котором рабочий цикл совершается за один оборот коленчатого вала, т. е. наполнение цилиндра горючей смесью (или воздухом), сжатие и сгорание, а также расширение и выпуск газов происходят за два хода поршня.
Недостатки двухтактных двигателей:
Недостатком являются высокая термическая нагруженность поршневой группы, снижающая надёжность двигателя, и сложность осуществления продувки.
Преимущества двухтактных двигателей:
В двухтактных двигателях все рабочие циклы (процессы впуска топливной смеси, выпуска отработанных газов, продувки) происходят в течении одного оборота коленвала за два основных такта. У двигателей такого типа отсутствуют клапаны (как в четырехтактных ДВС), их роль выполняет поршень, который при своем перемещении закрывает впускные, выпускные и продувочные окна. Поэтому они более просты в конструкции.
Мощность двухтактного двигателя при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения вала теоретически в два раза больше четырехтактного за счет большего числа рабочих циклов. Однако неполное использование хода поршня для расширения, худшее освобождение цилиндра от остаточных газов и затраты части вырабатываемой мощности на продувку приводят практически к увеличению мощности только на 60…70%.
Четырёхтактный двигатель, двигатель внутреннего сгорания, цикл работы которого состоит из четырёх тактов (ходов поршня), происходящих за два оборота коленчатого вала двигателя. При его первом обороте осуществляется впуск и сжатие. Впуск рабочей смеси (у карбюраторного двигателя, или двигателя с воспламенением от искры) или воздуха (у дизеля) происходит при движении поршня от верхней мёртвой точки (в. м. т.) к нижней мёртвой точке (н. м. т.). Сжатие рабочей смеси или воздуха осуществляется при движении поршня от н. м. т. к в. м. т. При втором обороте коленчатого вала совершается рабочий ход (поршень движется так же, как при впуске) и выпуск (поршень движется так же, как при сжатии). Рабочий ход (сгорание — расширение) осуществляется под действием давления на поршень продуктов сгорания топлива. Выпуск — последний такт; во время него отработавшие продукты сгорания удаляются из цилиндра двигателя.
Недостатки четырёхтактных двигателей:
Все холостые ходы (впуск, сжатие, выпуск) совершаются за счёт кинетической энергии, запасённой коленчатым валом и связанными с ним деталями во время рабочего хода, в процессе которого химическая энергия топлива превращается в механическую энергию движущихся частей двигателя. Поскольку сгорание происходит в доли сек, то оно сопровождается быстрым увеличением нагрузки на крышку (головку) цилиндра, поршень и другие детали двигателя. Наличие такой нагрузки неизбежно приводит к необходимости увеличить массу движущихся деталей (для повышения прочности), что в свою очередь сопровождается ростом инерционных нагрузок на движущиеся детали. Уступают по мощности двухтактным.
К незначительным недостаткам, которые с лихвой окупаются достоинствами, можно отнести работы по регулировке теплового зазора клапанов и время разгона скутера с места, которое несколько больше, чем у двухтактных мопедов.
Преимущества четырёхтактных двигателей:
-экономичность расхода топлива;
-надежность;
-простота обслуживания;
-четырехтактный двигатель работает тише и устойчивей.
В отличие от двухтактного двигателя, в котором смазка коленвала, подшипников коленвала, компрессионных колец, поршня, пальца поршня и цилиндра осуществляется благодаря добавлению масла в топливо; коленвал четырехтакного двигателя находится в маслянной ванне. Благодаря этому Вам не надо смешивать бензин с маслом или доливать масло в специальный бачок (на моделях двухтактных скутеров с раздельной системой смазки).
Так же на зеркале поршня и стенках глушителя и выхлопной трубы образуется значительно меньше нагара. К тому же, в 2-тактном двигателе происходит выброс топливной смеси в выхлопную трубу, что объясняется его конструкцией.
Устройство двухтактного двигателя – характеристики, особенности, где применяется
Двухтактный двигатель с технической точки зрения проще четырехтактного: поршень выступает одновременно в роли движущегося элемента и распределительного органа. Во время перемещения внутри цилиндра он в нужном порядке открывает впускное и выпускное отверстие, создавая необходимое давление газов и регулируя вывод и топливоподачу.
История и область применения двухтактного ДВС
Кто и когда создал первый двухтактный двигатель
Несколько изобретателей в различных странах одновременно поняли, как работает двухтактный двигатель внутреннего сгорания, поэтому установить первооткрывателя невозможно:
С 1907 года на базе дизелей Корейво производились теплоходы.
Где используется двухтактный ДВС
Поскольку устройство двухтактного двигателя достаточно простое, и сам агрегат отличается небольшими размерами, его устанавливают на бензопилы, триммеры и другие садовые и строительные бензоинструменты, а также на небольшие транспортные средства: моторные лодки, скутеры, маломощные мотоциклы и квадроциклы.
Одна из проблем 2-тактного автомобильного мотора — вывод отработки. Поскольку выхлопные газы содержали большое количество масляных паров, глушители быстро выходили из строя, тем не менее на заправках Европы топливо для подобных авто продавалось до конца 80-х.
Как работает двухтактный ДВС
Рабочий цикл двухтактного двигателя состоит из двух движений поршня внутри цилиндра: вверх и вниз, которые и называются тактами. В отличие от четырехтактного агрегата, впуск топливной смеси и вывод отработки совмещены с рабочими процессами сжатия и расширения рабочих газов.
Устройство двухтактного двигателя
Перед тем, как подробно разобрать принцип работы 2х тактного двигателя, остановимся на его строении. Агрегат состоит из:
Силовые агрегаты обычно конструируют так, чтобы они получали максимальное воздушное охлаждение, но модели, установленные на сложной технике, могут иметь дополнительный водный контур.
Определить тип мотора легко: если агрегат имеет одно заливное отверстие для масла и бензина — значит, он двухтактный, а если раздельные — четырехтактный. Но есть и исключения: например, на некоторых скутерах устанавливается отдельный бачок.
Принцип работы 2-тактного ДВС
Первый такт (подъем поршня) вызывает сжатие газов:
Второй такт (опускание и вывод отработки), который также называется рабочим ходом:
Анимированная схема работы двухтактного двигателя:
Отличия в работе дизельного силового агрегата
Входное окно, подающее кислород, необходимый для сгорания топлива расположено в нижней части камеры дизельного ДВС. Поднимаясь от НМТ, поршень сначала закрывает впускное окно, останавливая забор воздуха, а потом и выпускное — прекращая процесс выхлопа.
Правильная эксплуатация и тюнинг мотора
Во время эксплуатации важно понимать, как работает двухтактный двигатель, чтобы не сократить его ресурс в долгосрочной перспективе. В данных ДВС использование обычного автомобильного масла недопустимо — оно содержит другие присадки, которые могут нанести вред силовому агрегату.
Масло необходимо для эффективной смазки движущихся узлов, но нагар, который из-за, него образуется может способствовать закоксовыванию поршневых колец, приводя к потере мощности. При нормальной работе ДВС нагар убирается сам, но из-за некачественного масла или проблем с зажиганием, карбюратором, либо поршневой группой, а также долгой работы на небольших оборотах этого не происходит, в таком случае необходимо убирать нагар самостоятельно.
Чтобы мотор прослужил дольше, необходимо правильно составлять для него смесь из бензина и масла.
Зная принцип работы двухтактного двигателя и имея необходимые навыки, можно значительно улучшить потенциал силового агрегата:
Чем двухтактный двигатель отличается от четырехтактного и какой тип ДВС лучше
Благодаря тому, что двухтактный двигатель совершает только один полный ход поршня за цикл, уменьшается потеря кинетической энергии, и мотор способен выдавать в 1,5 раза большую мощность, чем четырехтактный (при аналогичных оборотах). К тому же, он отличается меньшим весом и более простой конструкцией. Но, помимо достоинств, 2-тактные силовые установки обладают и недостатками:
Принцип работы двухтактного двигателя проще, чем четырехтактного — последнему для полного цикла необходимо два хода поршня вверх-вниз (четыре движения). Но 4-тактные более стабильны, долговечны, экономичны и выделяют в атмосферу меньше вредных веществ.
Применять двухтактный двигатель целесообразно на устройствах, для которых важнее небольшие габариты и меньший вес. Но этот силовой агрегат нельзя назвать экономичным — часть горючего выходит вместе с выхлопными газами, не производя полезной работы.