Принцип работы двухтактного двигателя
На сегодняшний день существуют два типа двигателей:
- четырехтактные;
- двухтактные.
Рассмотрим принцип работы двухтактного двигателя. Все рабочие циклы в двухтактном (процесс впуска топлива и выпуск выхлопных газов, продувка) осуществляются за два основных такта за один оборот коленвала. У данного типа двигателей отсутствуют впускной и выпускной клапаны. Эту роль выполняет поршень, который при своих движениях поочередно закрывает продувочные, выпускные и впускные окна. Это делает данный тип двигателей конструктивно более простыми.
Содержание
- Возможности и преимущества двухтактных
- Как он устроен
- Как он работает
- Такт первый
- Такт второй
- Заключение
Возможности и преимущества двухтактных
Теоретически мощность двигателя данного типа, при одинаковых размерах цилиндра и скорости вращения вала, в два раза выше, чем у 4х-тактного благодаря увеличению числа рабочих циклов.
Но в связи с неполным использованием хода поршня при расширении, худшее освобождение цилиндра от выхлопных газов и частичной затраты мощности на продувку приводят к увеличению мощности двигателя лишь на 60-70 процентов.
Как он устроен
Устройство двигателя состоит из картера, в котором с двух сторон на подшипниках установлен коленвал и цилиндр. В цилиндре перемещается поршень, который представляет из себя металлический стакан, на котором в канавки вложены пружинные поршневые кольца. Эти кольца не пропускают газы между стенкой цилиндра и поршнем. В поршне имеется металлический стержень — палец, который соединяет его с шатуном. Шатун передает возвратно-поступательные движения поршня во вращательные движения коленвала.
Для смазки подшипников и трущихся поверхностей двухтактного двигателя используется топливная смесь, в которую подмешивают немного масла. Смесь топлива с маслом попадает как в кривошипную камеру, так и в цилиндр. В этих узлах смазки нигде нет, так как она бы все равно смылась топливной смесью.
Именно поэтому масло добавляют к бензину в определенной пропорции. Для этого используется специальный тип масла, предназначенный специально для двухтактных двигателей. Такое масло способно выдерживать высокую температуру, а при сгорании с топливом оставлять после себя наименьшее количество зольных отложений.
Как он работает
Рассмотрим принцип работы. Полный рабочий цикл в двухтактном двигателе внутреннего сгорания происходит за два такта:
- сжатие;
- рабочий ход.
Такт первый
Сжатие. Поршень двигается из положения нижней мертвой точки в положение к верхней, при этом закрывает сначала продувочное, а потом выпускное окно. После этого в цилиндре происходит сжатие поступившей в него раннее топливной смеси. Вместе с этим в кривошипной камере под поршнем, после перекрывания продувочного окна, создается разряженное пространство. Под действием этого разряжения через впускное окно в кривошипную камеру из карбюратора попадает горючая смесь.
Такт второй
Рабочий ход.
Когда поршень установлен в положении верхней точки, сжатая топливная смесь поджигается от свечи электрическим разрядом, в результате чего давление и температура газов резко увеличивается. Под действием этого расширения поршень двигается в положение нижней мертвой точки — расширившийся газ осуществляет полезную работу. При этом, опускаясь вниз, он образует большое давление в кривошипной камере, закрывающее клапан. После закрытия клапана газы не могут повторно попасть во впускной коллектор и карбюратор.
Заключение
Стоит сказать пару слов о зажигании. В связи с тем, что топливу для воспламенения необходимо время, разряд на свече зажигания должен появиться раньше, чем поршень дойдет до верхней точки, поэтому, чем быстрее двигается поршень, тем раньше должна быть искра. Бывают электронные и механические устройства, способные изменять угол зажигания, изменяющейся при разных частотах вращения.
Принцип работы двухтактного двигателя — подробное описание
Александр
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) в свое время сделал большой переворот в истории промышленных технологий. Двигатель, работающий на солярке или бензине впервые был изобретен в 19 веке французским изобретателем по имени Жан Этьен Ленуар. Прежде чем двигатель внутреннего сгорания начал работать, изобретателю потребовалось несколько попыток запуска и переустройства двигателя. Поняв, почему двигатель перестает работать, Жан добавил систему жидкостного охлаждения и смазки. Сегодня же двигатели заметно скакнули вперед по ступеням эволюции. Однако не каждый из мотоциклистов знает, устройство и принцип работы двухтактного двигателя. Прочитав статью, вы узнаете, как же работает двухтактный двигатель.
Устройство двухтактного двигателяПрежде чем разбирать принцип работы двухтактного двигателя мотоцикла, необходимо разобраться в его устройстве: из чего он состоит, как сделан и какие детали наиболее важные.
Вообще, устройство двухтактного двигателя не так сложно, как кажется на первый взгляд. Обратите внимание на картинку. Из рисунка мы можем видеть, что двигатель представляет собой картер, в котором установлены такие важные детали как коленчатый вал с подшипниками и цилиндр. Поршень вращается и доводит горючую жидкость до свечи зажигания, которая дает искру.
Во всем устройстве двигателя очень важны зазоры между трущимися деталями. Из первых опытов Жана, о котором мы говорили ранее, можно понять, что двигатель не будет работать без смазки. Именно для этого, в двухтактный двигатель требуется заливать бензин, разбавленный с маслом. Пропорции у всех мотоциклов и масел разные, но главное качество хорошего масла, — сгорание его в двигателе с минимальным остатком нагара или зольных отложений.
Цилиндр и сам корпус двигателя внутреннего сгорания сделаны так, чтобы получать наилучшее воздушное охлаждение. Несмотря на то, что большинство двигателей имеют водяное охлаждение, дополнительное охлаждение встречными потоками ветра никто не отменял.
Такое устройство двухтактного двигателя обеспечивают наилучшую производительность на всех этапах работы.
Работа двухтактного двигателя достаточно проста, хоть на первый взгляд и кажется, что для того чтобы разбираться в ДВС, нужно освоить профессию автомеханика. На самом деле все гораздо проще, ведь его работа основана на основных физических законах. Итак, как работает двухтактный двигатель?
Как вам уже известно, работа двигателя внутреннего сгорания происходит за два этапа (такта). Во время первого такта происходит сжатие. В этот момент поршень находится в самой низкой или как ее еще называют мертвой точке, вверх. Пока поршень находится в нижнем положении, в камеру поступает бензин и воздух. В это же время через выпускное окно выходят все выхлопные газы, образовавшиеся за один полный ход поршня. Как только горючее поступило в камеру сгорания, поршень посредством инерции поднимается вверх и доставляет туда попавшую в камеру жидкость.
Дальше наступает второй этап, называемый расширением. Теперь мы имеем поршень, находящийся в верхней мертвой точке. Так как поршень доставляет вместе с собой горючее, доходя до верхней мертвой точки оно воспламеняется. Из-за чего и происходит работа двигателя. Так и происходит работа двухтактного двигателя.
Что лучше двухтактный или четырехтактный двигатель?Как показывает принцип работы двухтактного двигателя, такой ДВС довольно эффективен. Но многие мотоциклисты при выборе новой модели задаются вопросом, что же эффективнее – двухтактный или четырехтактный мотор? Попробуем ответить на этот вопрос.
Итак, как показывают многочисленные эксперименты и практика мотопроизводителей в целом, четырехтактные двигатели все-таки менее эффективны. На первый взгляд это непонятно, но двигатели одного и того же объема, но при разных тактах работы выдают разные мощности. Посредством нехитрых расчетов удалось понять, что работа двухтактных двигателей внутреннего сгорания эффективнее четырехтактных двигателей в среднем в 1,5 раза.
Если вновь рассматривать принцип их работы, то можно понять почему так происходит. Все дело в том, что четырехтактные двигатели имеют немного другое устройство, в связи с чем процессы подачи топлива и выброса газов происходят дольше, нежели у двухтактников. Главная особенность двухтактных моторов и заключается в том, что у них эти процессы происходят во время сжатия, то есть они совмещены с основными этапами работы двигателя. Так и получается, что КПД четырехтактного двигателя меньше, чем у двигателя, работающего на двух тактах.
ЗаключениеРазобрав и поняв, как работает двухтактный двигатель, можно сделать определенные выводы. Теперь, вы знаете устройство двухтактного двигателя и можете решить, какой ДВС подходит вам больше.
Двухтактный двигатель — конструкция, работа и типы
Двухтактный двигатель является типом двигателя внутреннего сгорания .
Он завершает рабочий цикл двумя ходами поршня всего за один оборот коленчатого вала.
Это был Дугалд Клерк, , шотландский инженер, который создал конструкцию коммерческого двухтактного двигателя с внутрицилиндровым сжатием, в 1881 .
Клерк Дугальд (Источник) Конструкция двухтактного двигателяКонструкция двухтактного двигателя включает:
- Поршень: Силы расширения газов передаются на механическое вращение коленчатого вала через шатун, поршнем .
- Коленчатый вал: Эта деталь позволяла преобразовывать возвратно-поступательное движение во вращательное.
- Шатун: Позволяет передавать движение поршня на коленчатый вал.
- Маховик: Механическое устройство, используемое для хранения энергии.
- Свеча зажигания: Обеспечивает расширение газов путем подачи электрического тока в камеру сгорания и воспламенения воздушно-топливной смеси.
- Противовес: Эта деталь используется для снижения вибраций из-за дисбаланса вращающегося узла.
- Входы и выходы: Обеспечивает вход и выход свежего воздуха в цилиндр.
Цикл двухтактного двигателя в основном состоит из двух половин, хода вверх и хода вниз.
При ходе вверх поршень перемещается из нижней мертвой точки (НМТ) в верхнюю мертвую точку (ВМТ). Это позволяет топливно-воздушной смеси сжиматься, и свеча зажигания воспламеняет смесь.
Затем эта смесь расширяется, толкая поршень вниз. Это открывает впускной порт, позволяя смеси всасываться внутрь картера.
Когда смесь выталкивается в камеру сгорания во время предыдущего хода вверх, создается частичный вакуум. Эта смесь поступает в камеру сгорания при ходе вниз.
Во время хода вниз поршень перемещается из ВМТ в НМТ.
Это позволяет свежему воздуху поступать в камеру сгорания и смешиваться с топливом. Замечено, что в этом такте коленчатый вал совершает поворот на 180°.
Различные типы двухтактных двигателей:
- Впускной канал с поршневым управлением: Простейшая из всех конструкций и наиболее распространенная.
- Пластинчатый впускной клапан: Используется простая, но очень эффективная форма обратного клапана.
- Вращающийся впускной клапан: Использует вращающийся элемент для открытия и закрытия впускного канала.
- Продувка с перекрестным впуском: Перепускное и выпускное отверстия расположены на противоположных сторонах цилиндра, а дефлектор используется в верхней части поршня для направления свежего всасываемого заряда в верхнюю часть цилиндра.
- Петля для продувки: Использует тщательно сформированные и расположенные передаточные порты для направления потока свежей смеси к камере сгорания, когда она поступает в цилиндр.
- Прямоточная продувка: В этой модели наддувочный воздух входит с одного конца цилиндра, управляемого поршнем, а выхлопные газы выходят с другого конца.
- Ступенчатый поршневой двигатель: Он имеет форму цилиндра, верхняя часть которого образует обычный цилиндр, а нижняя часть выполняет функцию продувки.
- Производство двухтактных двигателей дешевле.
- Применяются в бензопилах, травоядных.
- Они также используются во внедорожных мотоциклах и гоночных автомобилях.
Что такое бензиновые и дизельные двигатели?
В бензиновом двигателе в качестве топлива используется бензин. В таких двигателях воздух и бензин смешиваются в карбюраторе перед подачей в цилиндр. Бензиновые двигатели используют свечи зажигания для воспламенения смеси.
Дизельный двигатель использует дизельное топливо в качестве топлива и в основном использует сильно сжатый воздух. Дизельные двигатели намного дешевле и эффективнее бензиновых двигателей.
В чем разница между двухтактным и четырехтактным двигателем?
В двухтактном двигателе весь цикл сгорания происходит за один ход поршня, тогда как в четырехтактном двигателе поршень совершает два полных хода. Четырехтактные двигатели намного эффективнее двухтактных, поскольку топливо расходуется только один раз за каждые 4 такта.
Четырехтактный двигатель тихий по сравнению с пронзительным жужжанием двухтактных двигателей.
UK Karting — Tech Talk: Теория двухтактных двигателей
Брайан Поллард
Двухтактный двигатель разработан с использованием очень простой концепции — «меньше значит больше!»
Двигатель был замечен во многих вариантах, включая воздушное охлаждение, простейшую форму двигателя, жидкостное охлаждение с более сложными проблемами теплопередачи и многоцилиндровый, опять же, с проблемами теплопередачи.
Двухтактный двигатель состоит из…
- Поршень из легкого сплава с поршневыми кольцами, сжимающими стенки цилиндра для сжатия,
- Цилиндр цилиндра, обычно из легкого сплава, с переходными отверстиями и литой стальной гильзой для перемещения внутри поршня и для сдерживания взрыва во время каждого цикла сжатия.
- Шатун из литого сплава для соединения поршня с шатуном через малую головку или поршневой палец и шатунную шейку для подшипника, который надевается на шатунную шейку коленчатого вала
- Коленчатый вал из литой стали, названный так потому, что в его центре находится смещенная шатунная шейка, которая при вращении коленчатого вала совершает преувеличенное вращение, называемое ходом, для преобразования линейных сил во вращательное движение и поддерживается подшипниками в каждый конец.
- Картер, состоящий из двух половин, разделенных горизонтально или вертикально, из легкого сплава с портами передачи, соответствующими отверстиям в цилиндре, цельнолитой, с опорными шейками коленчатого вала и механически обработанными поверхностями в области соединения двух половин и на основание цилиндра для точной эффективной герметизации.
- Головка блока цилиндров с камерой сгорания, обработанной для достижения желаемого сжатия, и обработанной поверхностью в основании для обеспечения посадки соединения во время сборки.
Двигатели с поршневым портом имеют карбюраторы, которые дозируют топливо/воздух и всасывают смесь бензина и воздуха в картер, предварительно сжимают ее и подают частично сжатую смесь через передаточные каналы в камеру сгорания, где происходит вторичное сжатие место, когда поршень движется вверх по стволу.
Сжатая смесь воспламеняется вспыхиванием свечи зажигания в нужный момент, следствием чего является внутренний взрыв в камере сгорания, который толкает поршень вниз с большой силой, и эта сила преобразуется во вращательное движение коленчатым валом .
Любые выхлопные газы, остающиеся после сгорания, используются для «закупорки» выпускного отверстия для следующего такта впуска.
Пластинчатые клапаны, называемые так потому, что они напоминают ряд тростников, изгибающихся на ветру, иногда используются для небольшого регулирования потока воздуха/топлива в соединении карбюратора/цилиндра во время двухтактного цикла. Принцип действия лепесткового клапана заключается в том, что заслонка из пружинной стали открывается, когда требуется давление на входе, и закрывается, когда давление на входе низкое. Пластинчатый клапан работает очень тяжело из-за высоких оборотов в минуту, на которых работает двухтактный двигатель. Они работают хорошо, но склонны к сбоям, если их просят постоянно открывать и закрывать со слишком высокой частотой во время использования.
Поворотные клапаны более эффективны, но создают дополнительную движущуюся часть и связанные с этим проблемы. Поворотный клапан представляет собой просто диск с отверстием в нем, точно в точке, необходимой для подачи топливно-воздушной смеси непосредственно в картер для первичного сжатия. Для этого типа индукции карбюратор и дисковый клапан установлены сбоку картера.
Двухтактный двигатель естественно вращается внутри на 360 градусов. Один полный такт состоит из поршня, начинающегося в верхней части своего цикла и двигающегося вниз по цилиндру на такте впуска/первичного сжатия.
Достигнув нижней части своего такта, он продолжает двигаться вверх по цилиндру на протяжении всего такта вторичного сжатия/выпуска. Это упрощение двухтактного цикла из-за того, что во время каждого оборота двигателя внутри двигателя происходит много вещей с точки зрения потока газа.
Например, при движении поршня вниз газы в картере сжимаются и проходят через передаточные каналы вверх, в камеру сгорания.
При настройке двигателя всегда думайте о двигателе как об общем измерении от главного жиклера в карбюраторе до кончика выхлопной трубы. Регулировка этой длины изменит производительность.Все двухтактные двигатели имеют диапазон мощности, точку, в которой они работают лучше всего. Мы должны установить, в какой области или диапазоне оборотов нам нужен двигатель. Когда это будет установлено, мы можем настроить выхлопную систему для достижения этого требования. Обычно двухтактные двигатели представляют собой высокооборотные двигатели с узким диапазоном мощности. По мере увеличения числа оборотов в минуту увеличивается и тепло внутри двигателя. Это тепло крадет энергию и должно контролироваться при каждой возможности.
Двухтактные двигатели очень сильно нагреваются и выделяют тепло при соприкосновении с каждой деталью. Примечательными соприкасающимися частями являются юбка поршня и прилегающая к нему гильза цилиндра.
При двухтактном перегреве происходит заедание двух соприкасающихся частей.
Другие проблемы, связанные с чрезмерным выделением тепла, возникают в области камеры сгорания. Два удара любят работать на большом количестве воздуха. Это ослабление стандартной топливно-воздушной смеси может привести к сильному нагреву в области днища поршня. Следует избегать расплавления днищ поршней, если вы хотите получать удовольствие от гонок. Контроль температуры днища поршня практически невозможен. Ближайшая попытка контролировать эту область — с помощью датчика температуры головки цилиндров.
При настройке размеров жиклера карбюратора для контроля состава смеси необходимо регулярно проверять днища поршней на предмет окраски. Подняв головку блока цилиндров, мы можем точно увидеть цвет днища поршня и оценить крепость смеси.
Как правило, светло-коричневый — это хорошо, черный — слишком насыщенный, а белый — слишком слабый.
Слишком слабый приведет к расплавлению/припадку.
Проверки заглушек помогают, поскольку они находятся в той же среде, что и днище поршня, но проверка днища поршня является наиболее точным методом. Проверки заглушек или днищ поршней должны выполняться в конце длительного тяжелого пробега. Двигатель следует заглушить на полную мощность, чтобы точно определить цвет топливно-воздушной смеси двигателя.
Водяное охлаждение, или, точнее, жидкостное охлаждение, является решением проблемы накопления тепла. Это связано с дополнительным весом и дополнительными проблемами контроля температуры.
Двухтактный двигатель отлично подходит для занятий спортом, когда крутящий момент не имеет большого значения. Благодаря простоте конструкции он делает тюнинг двигателя массовым, но при этом имеет достаточную глубину, чтобы лучшие тюнеры могли получать удовольствие и создавать потрясающие двигатели. Тюнинг двухтактный — это большая тема с содержанием, достаточным для другой статьи.