Чем отличается четырехтактный двигатель от двухтактного

Содержание

Немного истории.

Первый работающий 2-х тактный двигатель сконструировал француз Эжен Ленуар в 1860 году. Его двигатель работал на газе.

В 1876 году немецкий инженер Николас Отто создал 4-х тактный двигатель. Совершенствование ДВС (двигателей внутреннего сгорания )продолжается по сей день.

В 1897 году конструктор Рудольф Дизель разработал прототип сегодняшнего дизеля, где воспламенение топливной смеси происходит за счет сильного сжатия. В данной статье не описываются газовые турбины, двигатель Ванкеля.

На фото показана принципиальная схема работы двигателей.

Описание работы двигателей.

Описание принципа действия 2-х тактного двигателя.

Сам двигатель состоит из картера, коленчатого вала,цилиндра. У двухтактных двигателей коленчатый вал установлен на подшипниках. (Установка на подшипниках обусловлена системой смазки) Цилиндр представляет собой чугунный, отполированный внутри, стакан стакан, внутри которого двигается поршень (Как правило выполненный из дюралюминия).

В канавки на поршне вставлены пружинящие поршневые кольца. Кольца служат для уплотнения между цилиндром и поршнем, что бы не пропускать газы, образующиеся при сгорании топлива. Поршень соединен с шатуном пальцем.Поршень двигается возвратно-поступательно. С помощью шатуна возвратно-поступательное движение преобразуется во вращательное коленчатого вала. Все трущиеся поверхности 2-х тактного двигателя смазываются с помощью топливной смеси в которую добавлено масло.

Рабочий цикл происходит за 2 такта.

1. Возвращаясь в верхнее положение поршень сжимает горючую смесь. При движении он перекрывает сначала продувочное окно, а затем и выпускное. Когда поршень достигает верхней точки происходит воспламенение смеси с помощью свечи зажигания и поршень идет вниз, как видно из рисунка.

2. Второй такт начинает после воспламенения смеси. Дойдя до выхлопного окна в цилиндре падает давление и двигаясь дальше поршень создает разрежение и из впускного окна происходит засасывание горючей смеси.

Это очень краткое описание работы двухтактного двигателя и дает лишь общее представление о работе двигателей.

Описание принципа действия 4-х тактного двигателя.

Основная конструкция двигателя напоминает конструкцию двухтактного двигателя. Но добавлена система газораспределения, в которую входит распредвал и клапана. Смазка всех движущихся частей осуществляется чистым маслом, подаваемым маслонасосом.

Весь рабочий цикл состоит из четырех тактов:

Первый такт.(Такт впуска). Впускной клапан открыт, а поршень идет вниз. За счет разрежения топливо поступает в цилиндр.При достижении нижней точки впускной клапан закрывается.
Второй такт.(Такт сжатия). Движение поршня вверх вверх, горючая смесь сжимается. При положении поршня в верхней точке происходит воспламение. (Реально воспламениение проиходит не доходя верхней точки)
Третий такт. (Такт рабочего хода). Воспламененная смесь толкает поршень вниз (впускной и выпускной клапаны закрыты).
Четвертый такт.(Такт выпуска). Как только поршень начинает движение вверх выпускной клапан открывается выпуская отработанные газы и остается открытым пока поршень не дойдет до верхней точки. При достижении верхней точки поршнем происходит закрытие выпускного клапана.

Основные преимущества четырехтактного двигателя:

1. Меньший шум.
2. Экономичность. (до 30%)
3. Долговечность.(За счет лучшей смазки движущихся деталей)

Недостатки:
1. Больший вес на единицу мощности.
2. Более сложен.
3. Дороже.

Основные преимущества двухтактного двигателя:

1. Меньший вес на единицу мощности.
2. Дешевле.
3. Простота
4. Быстрее набирает обороты.

Недостатки:
1.Больший шум.
2.Больший расход топлива.

Исходя из отличий двухтактного двигателя от четырехтактного рекомендуемое применение 2-х тактных:

1. Лодочные моторы до 5 л.с (Легче, можно транспортировать в любом положении)
Однозначное применение в спортивных мотоциклах, в авиамоделях, сенокосилках, бензопилах. То есть в тех случаях, где вес имеет большое значение. Сейчас выпускаются 2-х тактники с прямым вспрыском и лодочные моторы больших мощностей конкурируют. Реклама утверждает, что их экономичность равна 4-х тактным моторам.
А в остальных случаях, если позволяет бюджет, предпочтительней 4-х тактники.

Цикл работы ДВС (двигателя внутреннего сгорания) состоит из нескольких процессов, продуктом производства которых является выделение мощности (энергии), а мощность, в свою очередь, воздействует на коленчатый вал (коленвал) двигателя.

Цикл работы ДВС включает в себя:

  • наполнение цилиндра топливом;
  • сжатие топливной смеси;
  • воспламенение топлива;
  • расширение газов с последующей очисткой цилиндра от них.

Движение поршня, совершаемое в одном направлении (вниз или вверх), называется тактом двигателя. За время одного оборота коленвала происходит два такта. Рабочим ходом поршня называется такт, при котором происходит полезная работа в результате расширения сгоревших газов.

Те двигатели, у которых рабочий цикл состоит из двух тактов (за один оборот коленвала), называют двухтактными. Те же двигатели, у которых рабочий цикл состоит из четырех тактов (за два оборота коленчатого вала), называют четырехтактными. Четырех- и двухтактные двигатели могут быть как дизельными, так и бензиновыми (карбюраторными). Так каковы же основные конструктивные и эксплуатационные особенности четырехтактных и бензиновых двухтактных двигателей внутреннего сгорания? Ознакомление с принципом работы каждого из них поможет лучше это понять.

Принцип работы четырехтактного двигателя

Работа в четырехтактном двигателе совершается за 4 такта: впрыскивание топлива, сжатие топливной жидкости, воспламенение жидкости и расширение рабочего хода, выпуск продуктов горения.

Из ВМТ (верхняя мертвая точка) опускается поршень в НМТ (нижняя мертвая точка) при впрыскивании топливной жидкости. В этом такте также происходит открытие впускного клапана при помощи кулочка распредвала (распределительного вала). Именно через этот клапан в цилиндр двигателя попадает топливная смесь.

Когда поршень совершает обратный ход (из НМТ в ВМТ), топливная смесь сжимается и ее температура стремительно возрастает.

Между электродов свечи (за долю секунды до конца сжатия) образуется искра. Топливная смесь поджигается и в процессе горения выделяет горючие газы, которые под действием высокого давления толкают вниз поршень. Это и называется рабочим ходом двигателя. Вся полезная работа совершается именно в этом такте.

Когда поршень вернется с нижней мертвой точки произойдет открытие впускного клапана и движущийся поршень сможет вытолкнуть из цилиндра продукты горения (отработанные газы). После того как произойдет выпуск, в ВМТ клапан закроется и цикл повторится снова.

Принцип работы двухтактного двигателя

Рабочий процесс двухтактного двигателя включает в себя два такта: сжатие топлива и расширение (рабочий ход ДВС). Во время расширения и сжатия в двухтактном двигателе происходит выпуск продуктов горения (отработанных газов) и впрыскивание топливной жидкости. Именно в этом главное отличие двухтактного ДВС от четырехтактного.

Поршень совершает движение из НМТ в ВМТ в процессе сжатия. Однако для начала должно закрыться продувочное окно (через него топливная смесь поступает в цилиндр), а затем и выпускное окно (через него происходит выброс отработанных газов). Когда все условия будут выполнены произойдет сжатие смеси из бензина и воздуха (воздушно-бензиновая смесь). Параллельно этому процессу в кривошипной камере происходит разряжение, которое засасывает следующую порцию бензина из карбюратора. Как только поршень подойдет к ВМТ смесь воспламениться от искры, которая образуется от свечи. Затем поршень двигается вниз под действием образовавшихся газов, а заодно производит полезную работу, вращая коленвал.

Читайте также:  Рейтинг охранных систем автомобиля

При рабочем ходе в кривошипной камере повышается давление, которое сжимает топливо, попавшее в нее во время предыдущего такта. Как только верхняя поверхность поршня (его уплотнительное кольцо) достигнет выпускного окна, произойдет его открытие и выпуск в глушитель отработанных газов. Двигаясь дальше, поршень откроет продувочное окно и в цилиндр поступит топливная смесь, которая находилась до этого в кривошипной камере под давлением. В процессе впуска смесь вытеснит все остатки продуктов горения и осуществит так называемую продувку, заполняя собой все надпоршневое пространство. Рабочий цикл повторится вновь, как только поршень достигнет НМТ.

Конструктивные и эксплуатационные отличия

Основное отличие этих сложных устройств состоит в том, что у них различаются механизмы газообмена, то есть механизмы выделения отработавших газов и подачи топливо-воздушной смеси. В четырехтактном двигателе существует специальный газораспределительный механизм, который в определенное время закрывает и открывает выпускные и впускные клапана. С его помощью и происходит заполнение и очистка цилиндра.

В двухтактном же двигателе такого механизма нет и все процессы очистки и заполнения совершаются параллельно с тактами расширения и сжатия. Поршень же все это время находится вблизи НМТ. Для этих процессов в стенках цилиндра расположены два отверстия: продувочное и впускное. Продувочное отверстие отвечает за выпуск продуктов сгорания, а впускное — за подачу топлива в цилиндр. Газораспределительный механизм, как мы уже говорили, в таком двигателе отсутствует, а значит и отсутствует и сложная система клапанов. Это делает двухтактный двигатель значительно легче и проще.

Литровая мощность. В четырехтактном двигателе весь рабочий ход совершается когда коленвал сделает два оборота, а в двухтактном каждый оборот коленвала подразумевает собой рабочий ход. Теоретически двухтактный двигатель должен иметь большую (в 2 раза) литровую мощность двигателя внутреннего сгорания, нежели четырехтактный. Литровой мощностью принято называть отношение мощности двигателя к его литражу.

Однако практика показывает, что это не всегда так. Как правило, такое соотношение находится в пределах от 1,5 до 1,8. Такое происходит по ряду причин: поршень не полностью использует свой ход из-за расширения, механизм освобождения отработавших газов в цилиндре уступает механизму четырехтактного двигателя, часть мощности тратится на продувку цилиндра и прочие особенности газообмена двухтактного двигателя.

Потребление топлива. Хотя двухтактный двигатель и превосходит четырехтактный по удельной и литровой мощности, он значительно проигрывает ему по экономичности. Поступающая из кривошипно-шатунной камеры в цилиндр топливная жидкость, смешанная с воздухом, вытесняет собою отработавшие газы. Поэтому какая-то часть топлива удаляется с отработавшими газами, попадая в выхлопные каналы, и соответственно двигатель теряет часть полезной работы.

Смазка. Двухтактные двигатели отличаются в принципах смазки двигателя от четырехтактных. Чтобы смазать 2-х тактную модель, необходимо создать специальную смесь из бензина и моторного масла (5:1, как правило). Такая смесь из бензина, воздуха и масла отлично смазывает все элементы двигателя: зеркало цилиндра, подшипники коленвала и шатуна, ведь она циркулирует не только в кривошипной, но и поршневой камере. Когда произойдет возгорание смеси, масло, которое на данный момент имеет вид мелких капель, сгорит так же быстро, как и бензин. Все продукты горения удалятся с отработанными газами.

Как правильно проводить смазку

Для того чтобы смешать бензин с маслом можно использовать два способа. Простой — перемешать масло с топливом перед заливкой в бак и сложный — подразумевает раздельную подачу топлива и масла. В последнем случае масло-топливная смесь будет образовываться в находящемся между цилиндром и карбюратором впускном патрубке.

Также во втором случае в дизельном или бензиновом двигателе должен быть предусмотрен масляной бачок, а также трубопровод, который должен быть соединен вместе с плунжерным насосом. Такой насос будет подавать масло в нужном количестве (зависит от количества бензина и воздуха). Положение ручки подачи «газа» напрямую влияет на производительность насоса. Чем меньше топлива подается, тем меньше поступит масла и наоборот.

Производители двигателей утверждают, что такая система смазки является более правильной и совершенной. При ней снижается расход масла, уменьшается количество дыма, снижается образование нагара, поскольку при малых нагрузках соотношение бензина к маслу достигает лишь 200:1. Такую систему активно используют производители двухтактных скутеров или мотоциклов малой кубатуры.

В четырехтактных моделях масло подается отдельно от бензина и не смешивается с ним. Для этого используется классическая система смазки, которая состоит из: фильтра, клапанов, масляного насоса и трубопроводной магистрали. Вместо масляного бочка здесь может находиться картер («мокрая» система смазки) или отдельностоящий бачок («сухая» система смазки).

  • При наличии «мокрого» картера из поддона насосом всасывается масло, попадает в выходную полость идет по каналам к деталям кривошипно-шатунной камеры, подшипникам коленвала и газораспределительному механизму.
  • При наличии «сухого» картера в бачок заливается масло. Оттуда оно подается с помощью насоса к трущимся поверхностям. Те излишки масла, что стекут в картер, со временем будут откачены дополнительным насосом и вернутся в бачок.

Почти во всех двигателях существуют фильтры очистки масла, которые очищают жидкость от продуктов износа различных деталей. Для охлаждения масла (оно имеет свойство нагреваться в процессе работы) можно установить охлаждающий радиатор.

Так как в двухтактных двигателях в процессе работы масло имеет свойство сгорать (в отличие от четырехтактных), то оно должно обладать особыми свойствами. К примеру, масло для двухтактных моделей не должно оставлять много нагара, в виде сажи и золы, в то время как масло, используемое в четырехтактных двигателях, должно как можно более продолжительное время обеспечивать стабильность характеристик.

Сравнение параметров

  • Литровая мощность. Выше у двухтактных в 1,5-1,8 раза, чем у 4-х тактных двигателей.
  • Удельная мощность. Также выше у двухтактных.
  • Обеспечение очистки цилиндра и подачи топлива. Четырехтактные ДВС могут похвастаться наличием газораспределительного механизма.
  • Экономичность. Расход топлива на 20-30% ниже у 4-х тактных.
  • Система смазки. У четырехтактных двигателей имеется полноценная система двигателя, у двухтактных — масло чаще всего смешивается с бензином.
  • Экологичность. Выхлоп 2-х тактных ДВС более токсичен, чем у 4-х тактных.
  • Шумность работы. Четырехтактные работают значительно тише.
  • Ресурс работы. Благодаря совершенной системе смазки и уменьшенной частоте вращения коленвала, 4-х тактные двигатели считаются более совершенными.
  • Скорость по набору оборотов. Преимущество за двухтактными.
  • Обслуживание. Благодаря наличию газораспределительного механизма, 4-х тактные движки обслуживать намного сложнее.
  • Вес. Из-за несложной конструкции, двухтактные намного легче.
  • Цена. Четырехтактные дороже.

Благодаря небольшому весу, простоте обслуживания и высокой удельной мощности двухтактные модели обладают широкой областью применения. Во многих бензиновых устройствах (косилках, бензопилах) даже не возникает вопроса о том, какую модель ДВС использовать. Однако двухтактные сдают свои позиции из-за высокой таксичности и шумности. Поэтому принято считать, что в каждой модели есть свои плюсы и минусы и выбирать, какой двигатель лучше использовать в том или ином случае, лучше по обстоятельствам.

Читайте также:  Быстро садится аккумулятор на шуруповерте что делать

Двухта́ктный дви́гатель — двигатель внутреннего сгорания, в котором рабочий процесс в каждом из цилиндров совершается за один оборот коленчатого вала, то есть за два хода поршня [1] . Такты сжатия и рабочего хода в двухтактном двигателе (за исключением двигателя Ленуара) происходят так же, как и в четырёхтактном (а значит, возможна реализация тех же термодинамических циклов, кроме цикла Аткинсона), но процессы очистки и наполнения цилиндра совмещены и осуществляются не в рамках отдельных тактов, а за короткое время, когда поршень находится вблизи нижней мёртвой точки. Процесс удаления из цилиндра отработавших газов и наполнения его свежим зарядом в двухтактном двигателе называется продувкой.

Содержание

Сравнение двухтактного и четырёхтактного двигателя [ править | править код ]

Рабочий цикл двухтактного двигателя происходит за один оборот коленчатого вала, что позволяет снимать в 1,5-1,7 раза бо́льшую мощность с того же рабочего объёма при тех же оборотах двигателя. Это особенно актуально при создании тяжёлых тихоходных двигателей средних и тяжёлых судов, соединяемых непосредственно с валом гребного винта регулируемого шага, а также в поршневой авиации, где для эффективной работы воздушного винта также требуются сравнительно низкие рабочие обороты, что позволяет устранить из конструкции редуктор привода на винт.

В качестве автомобильного или, тем более, мотоциклетного такой двигатель менее выгоден, тем не менее также позволяет создать сравнительно компактные, но мощные силовые агрегаты, нашедшие применение в мототехнике и, ранее, микролитражных и малолитражных легковых автомобилях (с кривошипно-камерной продувкой, рабочим объёмом обычно до 1,5 — 1,7 литра), а также на грузовых автомобилях и автобусах (с прямоточной продувкой, рабочим объёмом обычно от 4 литров и более).

Из-за вдвое большей частоты рабочих тактов и за счет омывания деталей, обеспечивающих выхлоп, удвоенным количеством выхлопных газов, эти детали двигателя находятся в более напряжённом тепловом режиме. В двигателях большой мощности обязательно используется принудительное охлаждение поршней.

За счёт вдвое меньшего количества нерабочих ходов поршня в каждом рабочем цикле вдвое уменьшаются потери на трение.

В двухтактных двигателях необходимо искать компромисс между качеством продувки и потерями свежего заряда. В отличие от четырёхтактного двигателя, где между тактами выпуска и впуска поршень находится в верхней мёртвой точке, почти полностью вытесняя выхлопные газы, в двухтактном продувка происходит во всём объёме цилиндра сразу, причём за достаточно короткое время. При этом невозможно полностью исключить смешивание свежего заряда с выхлопными газами. Особенно проблема потерь заряда актуальна для карбюраторных двигателей, так как в них в цилиндр во время продувки поступает готовая рабочая смесь, что приводит к увеличенному расходу топлива и большому количеству несгоревших углеводородов в выхлопе. В целом двухтактные двигатели имеют в 1,5-2 раза больший расход воздуха, из-за чего могут требовать более сложных воздушных фильтров. В отличие от четырёхтактного двигателя, при использовании турбонаддува энергия поступающего из турбокомпрессора воздуха не передаётся через поршень на коленчатый вал двигателя, в то же время выхлопные газы при выпуске не оказывают противодавления на поршень.

По конструкции двухтактный двигатель может быть как более простым (при контурной кривошипно-камерной и, отчасти, клапанно-щелевой продувке), так и более сложным, чем четырёхтактный (при прямоточной продувке).

Источники продувочного воздуха [ править | править код ]

В то время как в четырёхтактном двигателе всасывание свежего заряда происходит за счёт движения поршня из верхней мёртвой точки вниз при открытом впускном клапане, а опорожнение — вверх при открытом выпускном, в двухтактном свежий заряд должен поступать в цилиндр под давлением, вытесняя отработавшие газы. Для создания давления требуется нагнетатель. В упрощённых двигателях для этой цели используется нижняя часть поршня и полость картера — такая схема называется кривошипно-камерной продувкой.

В двигателях более сложных в качестве источника продувочного воздуха используются воздуходувки системы Рутс, дополнительные цилиндры (двигатель Корейво), специальные поршневые компрессоры (ЮМО-203) или турбинные нагнетатели, которые могут вращаться валом двигателя или турбиной, приводимой выхлопными газами. В некоторых случаях для обеспечения более стабильного поступления наддувочного воздуха используется сочетание механических нагнетателей с турбонаддувом.

Кривошипно-камерная продувка [ править | править код ]

При использовании кривошипно-камерной продувки воздух или горючая смесь поступает в цилиндр из полости картера двигателя, куда всасывается при движении поршня вверх, при движении поршня вниз избыточное давление обеспечивает продувку. При такой схеме возможно создание двигателя, состоящего из минимального количества деталей, так как ему не требуется продувочный насос. Чтобы не допустить потерь заряда через впускной трубопровод в атмосферу, перед входом в картер может устанавливаться лепестковый клапан либо насаженный на коленчатый вал дисковый золотник.

При использовании кривошипно-камерной продувки существуют определённые особенности, ограничивающие применение таких двигателей:

  • Необходимо, чтобы полость кривошипной камеры конкретного цилиндра была герметична и, по возможности, чтобы коленвал занимал возможно больший объём и был обтекаем, чтобы как можно меньше влиять на газодинамику, а большой объём металла существенно утяжеляет вал. Каждую кривошипную камеру многоцилиндрового двигателя приходится уплотнять сальниками с каждой стороны каждой коренной шейки, что требует применения разборного коленчатого вала (как следствие, существенная потеря жёсткости вала по сравнению с цельным).
  • Давление сжатия воздуха (смеси) в кривошипной камере невелико, что не позволяет получить и существенного давления продувочного воздуха (приходится увеличивать длительность фазы продувки, это вынуждает снижать эффективный рабочий объём — с потерей КПД).
  • Двигатели такой конструкции не позволяют разместить в картере масляную ванну. Для смазки карбюраторного двигателя приходится подмешивать моторное масло в топливо. В случаях с упрощёнными конструкциями это может считаться достоинством, так как редуцирует систему смазки двигателя как таковую. В ряде двигателей применяется раздельная подача масла и бензина в карбюратор («Ява-ОйлМастер»), но все равно подача масла к парам трения происходит за счёт осаждения из горючей смеси, из-за чего у таких двигателей высокий расход масла, которое, вдобавок, сгорает в цилиндре вместе с топливом. По этой же причине в двухтактных двигателях без системы смазки приходится использовать специальные масла, не содержащие присадок, способствующих закоксовыванию каналов и поверхностей деталей цилиндро-поршневой группы.

Дизельные и калоризаторные двигатели подобной конструкции также не имели масляной ванны в картере, так как пары масла, попадающие в цилиндр, могли бы привести к разносу. В них использовались схемы смазки с «сухим» картером. В двигателях простой конструкции, не рассчитанных на длительную непрерывную работу, применялась незамкнутая система смазки, где вместо масляного насоса часто применялась пневматические маслёнки — в этом случае требовалось регулярно сливать накапливающееся в картере отработавшее масло.

  • На холостом ходу и при малых углах открытия дроссельной заслонки свежего заряда недостаточно для того, чтобы цилиндр мог полностью очиститься от выхлопных газов за один оборот коленчатого вала. Поэтому работа таких двигателей на холостом ходу часто неустойчива, после вспышки в цилиндре следует несколько холостых оборотов, при которых смесь в цилиндре слишком бедная, чтобы воспламениться от искры. Для дизельных и калоризаторных двигателей такая особенность не характерна за счет иного способа организации процесса горения и наполнения цилиндра при впуске только свежим воздухом.
Читайте также:  Светильник под галогеновую лампу

С использованием продувочных насосов [ править | править код ]

На крупных многоцилиндровых двухтактных двигателях продувочный воздух сжимается в отдельном компрессоре (типа Рутс, либо пластинчатый), что практически полностью устраняет указанные выше недостатки. При этом, однако, воздух может подаваться в цилиндры через полость картера, которая в этом случае выполняет функции ресивера. Для создания давления продувки может использоваться и турбокомпрессор, но в этом случае в момент пуска в двигатель необходимо подавать сжатый воздух от внешнего источника либо использовать двухступенчатый наддув с механической ступенью (10Д100).

В ранних двухтактных двигателях также применяли поршневые компрессоры, работающие от одного коленчатого вала с двигателем. Например, на ПДП-дизеле ЮМО-203 Юнкерса в качестве продувочных использовались особые квадратные поршни, установленные на траверсах поршней верхнего ряда. В двигателе английского микролитражного автомобиля Lloyd 650 (конец 1940-х годов) использовался запатентованный Роландом Ллойдом поршневой насос двойного действия («третий цилиндр»), имевший цепной привод от коленвала и продувавший два рабочих цилиндра бензовоздушной смесью.

Схемы продувки [ править | править код ]

В поршневых двигателях внутреннего сгорания большое значение имеет качественная очистка объёма цилиндра от отработавших газов. В бензиновых двигателях остатки отработавших газов приводят к преждевременному воспламенению из-за высокой температуры. В любых двигателях плохая очистка ведёт к снижению максимальной мощности и ухудшению качества сгорания топлива. Так как продувка происходит через весь объём цилиндра при нахождении поршня (или поршней) вблизи нижней мёртвой точки, качественно очистить цилиндр от отработавших газов гораздо сложнее. Улучшения качества продувки можно достичь двумя путями: оптимизацией траектории движения свежего заряда при продувке либо путём подачи избыточного количества продувочного воздуха, который будет выброшен в выхлопную трубу вместе с отработавшими газами. Второй способ применим только при наличии нагнетателя и прямого впрыска топлива в цилиндр.

Так как в двухтактном двигателе все процессы происходят за один оборот коленчатого вала, есть возможность упростить конструкцию двигателя, заменив впускные и/или выпускные клапаны окнами в стенке цилиндра, которые будут перекрываться рабочим поршнем. Отсутствие клапанов и клапанных пружин позволяет двигателю работать при более высокой частоте вращения. Однако при этом возникает проблема асимметричного открытия и закрытия окон относительно мертвых точек: продувочные окна должны открываться позже выпускных, чтобы к моменту их открытия давление в цилиндре понизилось и выхлопные газы не проходили через впускные окна, но и закрываться тоже позже, иначе вытеснив отработавшие газы, свежий заряд будет выходить через выпускные окна, пока те не будут перекрыты. При этом, кроме возникновения потерь свежего заряда становится невозможным наддув.

Однопоршневые двигатели с щелевой (контурной) продувкой [ править | править код ]

Наиболее простая схема, при которой имеется один поршень, а газораспределение осуществляется за счёт перекрытия окон в стенке цилиндра. Впускные и продувочные окна в таком двигателе располагаются в нижней части цилиндра, так как должны быть перекрыты во время сжатия и рабочего хода двигателя. При этом осуществить асимметричность фаз газораспределения без введения дополнительных элементов (золотников, гильз, клапанов и т. д.) невозможно.

Простота реализации контурной продувки (особенно при использовании подпоршневого пространства в качестве продувочного насоса, то есть кривошипно-камерной) и дешевизна обеспечили очень широкое распространение таких двигателей на недорогих и легких устройствах. Их устанавливают на мопедах, мотоциклах, мотодельтапланах, мотопилах, газонокосилках, моторных лодках, используют в качестве пусковых двигателей, то есть там, где небольшая мощность делает относительно малозаметными дополнительные потери и играют существенную роль дешевизна и доступность конструкции. Такие двигатели применялись также на ряде автомобилей, например на DKW, СААБ, Trabant, Wartburg, Barkas в Европе, Suzuki Jimny в Японии.

Симметрия открытия впускных и выпускных окон позволяет достаточно просто организовать реверсирование двигателя — двигатель просто продолжает вращаться в том же направлении, в котором он вращался при запуске. Низкооборотные дизельные и калоризаторные двигатели с маховиками большой массы реверсируются при снижении оборотов: если при подходе к верхней мёртвой точке инерции маховика становится недостаточно для продолжения движения в том же направлении, при вспышке в цилиндре он начинает вращаться в обратном.

Существенно улучшить экономичность двухтактных двигателей с контурной продувкой позволяет применение системы впрыска топлива вместо карбюратора. Последние образцы мотоциклетных двухтактных двигателей с впрыском на 50 % экономичней карбюраторных, значительно превосходя при этом четырёхтактные моторы в литровой мощности [2] .

Для снижения потерь заряда применяется принцип Каденасси — аэродинамическая и акустическая настройка трактов с использованием отражённой волны выхлопных газов. Для этого в выхлопной системе двигателя устанавливаются акустический резонатор, который настраивается так, чтобы часть попавших в неё газов возвращалась обратно перед закрытием выпускных окон. Кроме того, она может эффективно работать в узкой части диапазона оборотов двигателя — а именно в той, на которой происходит резонанс газовой струи.

Так как газораспределительные окна находятся в нижней части цилиндра, возникают сложности с продувкой его верхней части. Для этого струю воздуха или горючей смеси направляют так, чтобы она двигалась вдоль контура цилиндра — поэтому такие схемы продувки называют контурными. Существует несколько разновидностей контурной продувки.

Поперечная схема продувки наиболее проста: в ней выпускные окна располагаются напротив впускных. Такая схема продувки на современных двигателях не применяется, так как влечёт за собой большие потери заряда из-за того, что он движется по траекториям разной длины и достигает выпускного окна через разное время.

Дефлекторная продувка схожа с поперечной, однако на поршне имеется выступ — дефлектор, имеющий форму козырька. Дефлектор направляет поток продувочного воздуха, не позволяя ему смешиваться с отработавшими газами. Кроме того, при малом открытии дросселя благодаря дефлектору рабочая смесь распределяется неравномерно: если со стороны выпускных окон свежий заряд сильно перемешан с отработавшими газами, то со стороны впускных окон горючая смесь более богатая и легко поджигается свечой. Таким образом, дефлекторная продувка лучше работает на холостом ходу и частичных нагрузках. Кроме того, цилиндры двигателей с дефлекторной продувкой проще в изготовлении, так как не критичны к форме впускного канала. Однако для высокофорсированных двигателей дефлекторная продувка не подходит. Сложная форма камеры сгорания при дефлекторной продувке ухудшает параметры рабочего процесса и повышает склонность бензиновых двигателей к детонации, а дизельных — к дымлению, что препятствует форсированию и повышению экономичности двигателей. К тому же поршень с толстым донышком склонен к перегреву. В связи с этим большинство производителей двухтактных двигателей отказались от дефлекторной продувки.

При фонтанной продувке продувочные и выпускные окна располагаются по всей окружности цилиндра в два ряда: сверху — выпускные, а под ними — продувочные окна. Такая схема позволяет несколько лучше продуть центральную область, однако из-за вихревого движения смеси увеличивается потеря свежего заряда.

Наиболее распространена петлевая схема продувки, при которой впускные окна расположены достаточно близко к выпускным, однако за счёт формы впускного трубопровода свежий заряд направляется вверх и в меньшей степени увлекается отработавшими газами.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector