Dvojtaktný motor v automobile

Vo svete automobilov došlo k mnohým vývojom pohonných jednotiek. Niektoré z nich časom zamrzli kvôli tomu, že dizajnér nemal prostriedky na ďalší rozvoj svojho duchovného dieťaťa. Iné sa ukázali ako neúčinné, takže takýto vývoj nemal sľubnú budúcnosť.

Okrem klasického radového motora alebo motora v tvare V vyrábali výrobcovia aj automobily s iným dizajnom pohonných jednotiek. Pod kapotou niektorých modelov bolo vidieť Wankelov motor, boxer (alebo boxer), vodíkový motor. Niektoré automobilky môžu vo svojich modeloch stále používať také exotické pohonné jednotky. Okrem týchto úprav história pozná niekoľko úspešnejších neštandardných motorov (niektoré z nich sú) samostatný článok).

Teraz si povieme niečo o takom motore, s ktorým sa takmer nikto z motoristov nestretne, nebyť reči o nutnosti kosiť trávu kosačkou alebo rezať strom motorovou pílou. Jedná sa o dvojtaktnú pohonnú jednotku. V zásade sa tento typ spaľovacieho motora používa v motorových vozidlách, nádržiach, piestových lietadlách atď., Ale veľmi zriedka v automobiloch.

V motošporte sú veľmi populárne aj dvojtaktné motory, pretože tieto jednotky majú značné výhody. Po prvé, majú obrovskú moc na malý posun. Po druhé, vďaka svojej zjednodušenej konštrukcii sú tieto motory ľahké. Tieto faktory sú pre športové dvojkolesové vozidlá veľmi dôležité.

Zvážte vlastnosti zariadenia takýchto úprav, ako aj to, či je možné ich použiť v automobiloch.

Čo je to dvojtaktný motor?

Po prvýkrát sa patent na vytvorenie dvojtaktného spaľovacieho motora objavil na začiatku 1880. rokov XNUMX. storočia. Vývoj predstavil inžinier Douglad Clerk. Zariadenie jeho duchovného dieťaťa obsahovalo dva valce. Jeden bol robotník a druhý prečerpával novú dávku vojensko-technickej spolupráce.

O 10 rokov neskôr sa objavila modifikácia s odkalom komory, v ktorej už nebol výtlačný piest. Tento motor navrhol Joseph Day.

Paralelne s týmto vývojom vytvoril Karl Benz svoju vlastnú plynovú jednotku, ktorej patent na výrobu sa objavil v roku 1880.

Dvojtaktný dvigun, ako už z jeho názvu vyplýva, v jednej zákrute kľukového hriadeľa vykoná všetky ťahy potrebné na prívod a spaľovanie zmesi vzduch-palivo, ako aj na odvod splodín do výfukového systému vozidla. Túto schopnosť poskytuje konštrukčná vlastnosť jednotky.

Počas jedného zdvihu piestu sa vo valci vykonajú dva zdvihy:

1. Keď je piest v spodnej úvrati, valec je prepláchnutý, to znamená, že sú odstránené produkty spaľovania. Tento zdvih je zabezpečený prívodom čerstvej časti VTS, ktorá posúva výfukové plyny do výfukového traktu. V rovnakom okamihu je komora naplnená čerstvou časťou VTS.
2. Piest stúpajúci do hornej úvrati uzatvára vstup a výstup, čo zaisťuje stlačenie BTC v priestore nad piestom (bez tohto procesu nie je možné efektívne spaľovanie zmesi a požadovaný výkon pohonnej jednotky). Súčasne sa do dutiny pod piestom nasáva ďalšia časť zmesi vzduchu a paliva. Na TDC piestu sa vytvorí iskra, ktorá zapáli zmes vzduch / palivo. Začína sa pracovný zdvih.

To opakuje motorový cyklus. Ukazuje sa, že pri dvojtakti sa všetky zdvihy vykonávajú dvoma zdvihmi piestu: zatiaľ čo sa pohybuje hore a dole.

Zariadenie dvojtaktného motora?

Klasický dvojtaktný spaľovací motor pozostáva z:

• Carter. Toto je hlavná časť konštrukcie, v ktorej je kľukový hriadeľ upevnený guľkovými ložiskami. V závislosti na veľkosti skupiny valec-piest bude na kľukovom hriadeli zodpovedajúci počet kľúk.
• Piest. Jedná sa o kus vo forme skla, ktorý je pripevnený k ojnici, obdobne ako analóg používaný u štvortaktných motorov. Má drážky pre kompresné krúžky. Účinnosť jednotky počas spaľovania MTC závisí od hustoty piestu, rovnako ako u iných typov motorov.
• Vstup a výstup. Sú vyrobené v samotnom kryte spaľovacieho motora, kde sú spojené sacie a výfukové potrubie. V takomto motore nie je mechanizmus distribúcie plynu, vďaka čomu sú dvojtakty ľahké.
• Ventil. Táto časť zabraňuje vhadzovaniu zmesi vzduch / palivo späť do sacieho traktu jednotky. Keď sa piest zdvihne, vytvorí sa pod ním podtlak, ktorý posúva chlopňu, cez ktorú vstupuje do dutiny nová časť BTC. Akonáhle dôjde k zdvihu pracovného zdvihu (bola spustená iskra a zmes sa vznietila, pohybujúc sa piestom do spodnej úvrati), tento ventil sa zatvorí.
• Kompresné krúžky. Ide o rovnaké časti ako v každom inom spaľovacom motore. Ich rozmery sa vyberajú striktne podľa rozmerov konkrétneho piestu.

Dvojtaktný dizajn Hofbauer

Z dôvodu mnohých technických prekážok bola myšlienka použitia dvojtaktných úprav v ľahkých vozidlách donedávna možná. V roku 2010 došlo v tejto súvislosti k prielomu. Spoločnosť EcoMotors získala slušnú investíciu od Billa Gatesa a Khosla Ventures. Dôvodom tohto odpadu bolo predstavenie pôvodného motora boxer.

Aj keď takáto úprava existuje už dlho, Peter Hofbauer vytvoril koncept dvojtaktu, ktorý fungoval na princípe klasického boxera. Spoločnosť nazvala svoje dielo OROS (v preklade protichodné valce a protibežné piesty). Takáto jednotka môže fungovať nielen na benzín, ale aj na naftu, ale vývojár sa zatiaľ rozhodol na tuhé palivo.

Ak vezmeme do úvahy klasický dizajn dvojtaktu v tejto kapacite, potom sa dá teoreticky použiť v podobnej úprave a namontovať na osobné štvorkolesové vozidlo. Bolo by to možné, keby to nebolo v súlade s environmentálnymi normami a vysokými nákladmi na palivo. Počas činnosti bežného dvojtaktného spaľovacieho motora je časť zmesi vzduch-palivo odstránená cez výfukový otvor počas procesu preplachovania. Tiež v procese spaľovania BTC sa spaľuje olej.

Napriek veľkej skepse inžinierov od popredných výrobcov automobilov otvoril motor Hofbauer príležitosť dvojtaktom dostať sa pod kapotu luxusných automobilov. Ak porovnáme jeho vývoj s klasickým boxerom, potom je nový produkt o 30 percent ľahší, pretože jeho dizajn má menej častí. Jednotka tiež demonštruje efektívnejšiu výrobu energie počas prevádzky v porovnaní so štvortaktným boxerom (zvýšenie účinnosti v rozmedzí 15 - 50 percent).

Prvý funkčný model dostal označenie EM100. Podľa vývojára je hmotnosť motora 134 kg. Jeho výkon je 325 koní a krútiaci moment 900 Nm.

Dizajn nového boxera spočíva v tom, že dva piesty sú umiestnené v jednom valci. Sú namontované na rovnakom kľukovom hriadeli. Medzi nimi dochádza k spaľovaniu VTS, vďaka čomu uvoľnená energia súčasne pôsobí na oba piesty. To vysvetľuje taký obrovský krútiaci moment.

Opačný valec je nakonfigurovaný tak, aby pôsobil asynchrónne s susedným. To zaisťuje plynulé otáčanie kľukového hriadeľa bez trhania stabilným krútiacim momentom.

V nasledujúcom videu sám Peter Hofbauer demonštruje, ako funguje jeho motor:

opoc engine ako to funguje.mp4

Zvážme podrobnejšie jeho vnútornú štruktúru a všeobecnú schému práce.

Preplňovanie

Preplňovanie zabezpečuje obežné koleso, na ktorého hriadeli je inštalovaný elektromotor. Aj keď bude prebiehať čiastočne z toku výfukových plynov, elektronické nabíjanie obežného kolesa umožňuje, aby sa obežné koleso zrýchľovalo rýchlejšie a vytváralo tlak vzduchu. Aby sa vyrovnala spotreba energie pri rotácii obežného kolesa, zariadenie vyrába elektrinu, keď sú lopatky vystavené tlaku výfukových plynov. Elektronika tiež reguluje prietok výfukových plynov, aby sa znížilo znečistenie.

Tento prvok v inovatívnom dvojtakte je dosť kontroverzný. Na rýchle vytvorenie potrebného tlaku vzduchu bude elektrický motor spotrebovávať slušné množstvo energie. Aby to bolo možné, budúce auto, ktoré bude využívať túto technológiu, bude musieť byť vybavené účinnejším generátorom a batériami so zvýšenou kapacitou.

Účinnosť elektrického preplňovania je od dnešného dňa stále na papieri. Výrobca tvrdí, že tento systém zlepšuje preplachovanie valcov a maximalizuje výhody dvojtaktného cyklu. Teoreticky táto inštalácia umožňuje zdvojnásobiť litrový objem jednotky v porovnaní so štvortaktnými náprotivkami.

Zavedenie takéhoto zariadenia elektráreň určite predraží, a preto je stále lacnejšie používať výkonný a nenáročný klasický spaľovací motor ako nový ľahký boxer.

Oceľové ojnice

Dizajnovo pripomína agregát motory TDF. Iba pri tejto úprave protiľahlé piesty uviedli do pohybu nie dva kľukové hriadele, ale jeden kvôli dlhým ojniciam vonkajších piestov.

Vonkajšie piesty v motore sú namontované na dlhých oceľových ojniciach, ktoré sú spojené s kľukovým hriadeľom. Nachádza sa nie na okrajoch, ako v klasickej úprave boxera, ktorá sa používa vo vojenskej technike, ale medzi valcami.

Vnútorné prvky sú tiež spojené s kľukovým mechanizmom. Takéto zariadenie vám umožňuje extrahovať viac energie zo spaľovacieho procesu zmesi vzduch-palivo. Motor sa chová, akoby mal kľuky, ktoré zaisťujú zvýšený zdvih piestu, ale hriadeľ je kompaktný a ľahký.

Kľukový hriadeľ

Motor Hofbauer má modulárny dizajn. Elektronika dokáže vypnúť niektoré z valcov, takže auto môže byť ekonomickejšie, keď je ICE pri minimálnom zaťažení (napríklad pri jazde po rovnej dráhe).

U štvortaktných motorov s priamym vstrekovaním (podrobnosti o typoch vstrekovacích systémov nájdete v časti v inej recenzii) vypnutie valcov je zabezpečené zastavením dodávky paliva. V takom prípade sa piesty stále pohybujú vo valcoch v dôsledku otáčania kľukového hriadeľa. Iba nespália palivo.

Pokiaľ ide o inovatívny vývoj spoločnosti Hofbauer, vypnutie dvojice valcov je zabezpečené špeciálnou spojkou namontovanou na kľukovom hriadeli medzi zodpovedajúcimi pármi valec-piest. Po odpojení modulu spojka jednoducho odpojí tú časť kľukového hriadeľa, ktorá je zodpovedná za tento úsek.

Pretože pohyb piestov v klasickom dvojtaktnom spaľovacom motore pri voľnobežných otáčkach bude stále nasávať čerstvú časť VTS, v tejto modifikácii tento modul prestane fungovať úplne (piesty zostanú znehybnené). Hneď ako sa zvýši zaťaženie pohonnej jednotky, spojka v určitom okamihu spojí nefunkčnú časť kľukového hriadeľa a motor zvýši výkon.

valec

V procese vetrania valcov vypúšťajú klasické 2-taktné ventily časť nespálenej zmesi do atmosféry. Z tohto dôvodu vozidlá vybavené takouto pohonnou jednotkou nie sú schopné spĺňať environmentálne normy.

Na nápravu tohto nedostatku vyvinul vývojový pracovník dvojtaktného protiľahlého motora špeciálnu konštrukciu valca. Majú tiež vstupy a výstupy, ale ich umiestnenie znižuje emisie.

Ako funguje dvojtaktný spaľovací motor

Zvláštnosťou klasickej dvojtaktnej úpravy je, že kľukový hriadeľ a piest sú v dutine naplnenej zmesou vzduch-palivo. Na vstupe je nainštalovaný prívodný ventil. Jeho prítomnosť vám umožňuje vytvárať tlak v dutine pod piestom, keď sa začne pohybovať nadol. Táto hlava urýchľuje preplachovanie valca a odvádzanie výfukových plynov.

Keď sa piest pohybuje vo vnútri valca, striedavo otvára / zatvára vstup a výstup. Z tohto dôvodu konštrukčné vlastnosti jednotky umožňujú nepoužívať mechanizmus distribúcie plynu.

Aby sa zabránilo nadmernému opotrebovaniu trecích prvkov, je potrebné ich kvalitne namazať. Pretože tieto motory majú jednoduchú štruktúru, neobsahujú zložitý mazací systém, ktorý by dodával olej do všetkých častí spaľovacieho motora. Z tohto dôvodu sa do paliva pridáva určité množstvo motorového oleja. Na tento účel sa pre dvojtaktné jednotky používa špeciálna značka. Tento materiál si musí zachovávať mazivosť pri vysokých teplotách a pri spaľovaní spolu s palivom nesmie zanechávať usadeniny uhlíka.

Aj keď dvojtaktné motory nenašli v automobiloch široké uplatnenie, história pozná obdobia, keď sa takéto motory nachádzali pod kapotou niektorých nákladných vozidiel (!). Príkladom toho je naftová pohonná jednotka YaAZ.

V roku 1947 bol na 7-tonové nákladné vozidlá YaAZ-200 a YaAZ-205 namontovaný radový štvorvalcový naftový motor tejto konštrukcie. Napriek veľkej hmotnosti (asi 4 kg) mala jednotka nižšie vibrácie ako mnoho spaľovacích motorov domácich osobných automobilov. Dôvod je ten, že zariadenie tejto úpravy obsahuje dva hriadele, ktoré sa otáčajú synchrónne. Tento vyvažovací mechanizmus tlmil väčšinu vibrácií v motore, čo by rýchlo rozpadlo drevenú karosériu nákladného vozidla.

Ďalšie podrobnosti o prevádzke dvojtaktných motorov sú popísané v nasledujúcom videu:

2 TAKT. Pokúsme sa pochopiť ...

Kde je potrebný dvojtaktný motor?

Zariadenie dvojtaktného motora je jednoduchšie ako štvortaktné analógové, vďaka čomu sa používajú v tých priemyselných odvetviach, kde je dôležitejšia hmotnosť a objem ako spotreba paliva a ďalšie parametre.

Takže tieto motory sú inštalované na ľahkých kolesových kosačkách na trávu a ručných vyžínačoch pre záhradníkov. Držanie ťažkého motora v rukách sťažuje prácu na záhrade. Rovnaký koncept možno vysledovať aj pri výrobe reťazových píl.

Jeho účinnosť závisí aj od hmotnosti vodnej a leteckej dopravy, takže výrobcovia pri vytváraní ľahších štruktúr robia kompromisy v otázkach vysokej spotreby paliva.

2-tatniky sa však nepoužívajú iba v poľnohospodárskych a niektorých typoch lietadiel. V auto / motto športe je váha rovnako dôležitá ako v klzákoch alebo kosačkách na trávu. Aby mohli auto alebo motocykel vyvíjať vysokú rýchlosť, používajú dizajnéri, ktorí vytvárajú takéto vozidlá, ľahké materiály. Popísané sú podrobnosti o tom, z akých materiálov sú karosérie automobilov vyrobené tu... Z tohto dôvodu majú tieto motory výhodu oproti ťažkým a technicky zložitým štvortaktným náprotivkom.

Tu je malý príklad účinnosti dvojtaktnej modifikácie spaľovacieho motora v športe. Od roku 1992 niektoré motocykle používali na motocyklových pretekoch MottoGP japonský 4-valcový motor Honda NSR500 V-twin. S objemom 0.5 litra vyvinula táto jednotka 200 koní a kľukový hriadeľ točil až 14 XNUMX otáčok za minútu.

Krútiaci moment je 106 Nm. dosiahol už na 11.5 tis. Maximálna rýchlosť, ktorú také dieťa dokázalo vyvinúť, bola viac ako 320 kilometrov za hodinu (v závislosti od hmotnosti jazdca). Hmotnosť samotného motora bola iba 45kg. Jeden kilogram hmotnosti vozidla predstavuje takmer jeden a pol konskej sily. Väčšina športových automobilov tento pomer výkonu k hmotnosti bude závidieť.

Porovnanie dvojtaktného a štvortaktného motora

Otázkou je, prečo potom stroj nemôže mať takú produktívnu jednotku? Po prvé, klasický dvojtakt je najhoršia jednotka zo všetkých, ktorá sa používa vo vozidlách. Dôvodom sú zvláštnosti fúkania a plnenia valca. Po druhé, pokiaľ ide o závodné úpravy, ako je Honda NSR500, je životnosť jednotky kvôli vysokým otáčkam veľmi malá.

Medzi výhody dvojtaktnej jednotky oproti štvortaktnej analógovej patria:

• Schopnosť odobrať energiu z jednej otáčky kľukového hriadeľa je 1.7 - XNUMX-krát vyššia ako u klasického motora s mechanizmom rozvodu plynu. Tento parameter má väčší význam pre nízkorýchlostnú námornú technológiu a modely piestových lietadiel.
• Vďaka konštrukčným vlastnostiam spaľovacieho motora má menšie rozmery a hmotnosť. Tento parameter je veľmi dôležitý pre ľahké vozidlá, ako sú skútre. Predtým sa také pohonné jednotky (zvyčajne ich objem nepresahoval 1.7 litra) inštalovali do malých automobilov. V takýchto modifikáciách bolo zabezpečené fúkanie kľukovej komory. Niektoré modely nákladných vozidiel boli tiež vybavené dvojtaktnými motormi. Zvyčajne bol objem takýchto spaľovacích motorov najmenej 4.0 litra. Fúkanie v týchto úpravách sa uskutočňovalo priamym typom.
• Ich časti sa menej opotrebovávajú, pretože pohyblivé prvky na dosiahnutie rovnakého efektu ako v prípade štvortaktných analógov vykonávajú dvakrát menej pohybov (v jednom zdvihu piestu sú spojené dva zdvihy).

Štvortaktný motor

Napriek týmto výhodám má úprava dvojtaktného motora značné nevýhody, kvôli ktorým ešte nie je praktické ho používať v automobiloch. Niektoré z týchto nevýhod:

• Modely karburátora pracujú so stratou nového náboja VTS počas preplachovania komory valca.
• V štvortaktnej verzii sú výfukové plyny odvádzané vo väčšej miere ako v uvažovanom analógu. Dôvod je ten, že pri 4-taktnom pieste sa piest počas preplachovania nedostane do hornej úvrati a tento proces je zabezpečený iba pri jeho malom zdvihu. Z tohto dôvodu časť zmesi vzduchu a paliva vstupuje do výfukového traktu a viac výfukových plynov zostáva v samotnom valci. Na zníženie množstva nespáleného paliva vo výfukových plynoch vyvinuli moderní výrobcovia úpravy so vstrekovacím systémom, avšak ani v tomto prípade nie je možné úplne odstrániť zvyšky spaľovania z valca.
• Tieto motory majú väčší výkon v porovnaní so štvortaktnými verziami s rovnakým zdvihovým objemom.
• Na preplachovanie valcov vstrekovacích motorov sa používajú vysoko výkonné turbodúchadlá. V takýchto motoroch sa vzduch spotrebuje jeden a pol až dvakrát viac. Z tohto dôvodu je potrebná inštalácia špeciálnych vzduchových filtrov.
• 2-taktná jednotka generuje pri dosiahnutí maximálnych otáčok viac hluku.
• Fajčia ťažšie.
• Pri nízkych otáčkach vytvárajú silné vibrácie. V tomto smere nie je rozdiel u jednovalcových motorov so štyrmi a dvoma zdvihmi.

Pokiaľ ide o životnosť dvojtaktných motorov, predpokladá sa, že v dôsledku zlého mazania zlyhávajú rýchlejšie. Ak však neberiete do úvahy jednotky pre športové motocykle (vysoké otáčky rýchlo deaktivujú diely), potom v mechanike funguje kľúčové pravidlo: čím jednoduchšia je konštrukcia mechanizmu, tým dlhšie vydrží.

Štvortaktné motory majú väčší počet malých častí, najmä v mechanizme distribúcie plynu (informácie o tom, ako funguje časovanie ventilov, prečítajte si tu), ktoré sa môžu kedykoľvek zlomiť.

Ako vidíte, vývoj spaľovacích motorov sa doteraz nezastavil, takže ktovie, aký prielom v tejto oblasti urobia inžinieri. Vznik nového vývoja dvojtaktného motora dáva nádej, že v blízkej budúcnosti budú vozidlá vybavené ľahšími a účinnejšími pohonnými jednotkami.

Na záver navrhujeme pozrieť sa na ďalšiu úpravu dvojtaktného motora s piestmi pohybujúcimi sa k sebe. Je pravda, že túto technológiu nemožno nazvať inovatívnou, ako napríklad vo verzii Hofbauer, pretože také spaľovacie motory sa začali vo vojenskej technike používať už v 1930. rokoch. Pre ľahké vozidlá sa však také dvojtaktné motory ešte nepoužívajú:

Ohromujúci Counter Traffic Engine 2018

Otázky a odpovede:

Čo znamená 2-taktný motor? Na rozdiel od 4-taktného motora sa všetky zdvihy vykonajú pri jednej otáčke kľukového hriadeľa (dva zdvihy sa vykonajú pri jednom zdvihu piesta). V ňom sa spája proces plnenia valca a jeho vetrania.

Ako sa maže dvojtaktný motor? Všetky trecie vnútorné povrchy motora sú mazané olejom v palive. Preto treba olej v takomto motore neustále dopĺňať.

Ako funguje 2-taktný motor? V tomto spaľovacom motore sú jasne vyjadrené dva zdvihy: kompresný (piest sa pohybuje do TDC a postupne uzatvára najprv preplachovací a potom výfukový kanál) a pracovný zdvih (po zapálení BTC sa piest pohybuje do BDC, otvorenie rovnakých portov na čistenie).