Принцип работы двухтактного двигателя

Поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) могут классифицироваться по разным признакам, но чаще всего в первую очередь говорят о количестве тактов, то есть ходов поршня, неважно, вверх или вниз, за один полный цикл работы. Каждые два такта дают один оборот коленчатого вала. За весь цикл только один такт будет рабочим, то есть переводящим тепловую энергию расширяющегося газа в механическую работу. Тактов за цикл может быть от двух до шести, но реально используются только двух- и четырёхтактные ДВС. С точки зрения удельной отдачи лидирует тот мотор, у которого плотность рабочих ходов на каждый оборот больше. Поэтому принцип работы двухтактного двигателя заслуживает рассмотрения хотя бы по этой причине.

Содержание

Организация процессов в двухтактной схеме

В двухтактном двигателе отсутствует газораспределительный механизм. Точнее, его роль выполняется поршнем и особым образом конфигурированными впускными и выпускными каналами. А чтобы одновременно выполнять процессы впуска свежей смеси и её сжатие, а также очистки цилиндра от отработанных газов, используется не только надпоршневое пространство, но и объём картера двигателя, повышение и понижение давления в котором осуществляется нижней стороной поршня.

Во время первого такта поршень перекрывает продувочное окно в стенке цилиндра и начинает вытеснять продукты выхлопа через выпускное. По мере дальнейшего движения вверх выпуск также закрывается тем же поршнем, надпоршневой объём герметизируется, и начинается сжатие смеси. Заканчивается такт её поджиганием искрой в свече или самопроизвольно от нагрева при сжатии, если это двухтактный дизель (бывают и такие, например, в старых грузовиках, судовых двигателях или авиамоделях).

Второй такт сопровождается расширением горячих продуктов сгорания топлива, которые давят на поршень, совершая полезную работу.

Давление под поршнем растёт, поскольку впускной клапан или золотник от карбюратора закрывается. Свежая смесь, набранная в картер при первом такте, сжимается, подготавливаясь к впрыску под давлением через продувочное окно в цилиндр.

Важную роль играет момент одновременного открытия выпускного окна и продувочного. Свежая смесь поступает в цилиндр, вытесняя отработанную. Этот процесс называется продувкой, и от её правильной организации во многом зависит отдача двигателя, его расход топлива и моментная характеристика.

Схем продувки несколько, их применяемость зависит от назначения двигателя, сейчас в основном применяется петлевая трёхканальная продувка, изобретённая немецким инженером Шнюрле, когда поступающая смесь выходит вертикально из двух каналов, отклоняется потоком из третьего, описывает петлю и выталкивает отработанные газы в глушитель. Это наиболее быстрый и эффективный способ очистки цилиндра.

В цилиндре неизбежно или остаётся часть бесполезных газов, или, наоборот, на выхлоп уходит какая-то доля несгоревшей смеси топлива с воздухом. Из-за этого падает топливная экономичность, с чем сражаются разработчики, настраивая схему продувки под все режимы. Особую роль при этом играет объём картера и конструкция клапана на впуске.

Достоинства и недостатки двухтактных двигателей

Зная, как работает двухтактный двигатель, уже можно предсказать чем он будет выгодно отличаться от четырёхтактного, а в чём безнадёжно проиграет. Основными плюсами такой конструкции стали:

• простота и малое количество деталей, что позволяет создавать достаточно мощные моторы при малой массе;
• наличие рабочего хода в каждом цилиндре при одном обороте коленчатого вала обеспечивает вдвое большую отдачу при том же рабочем объёме, то есть пространстве, описываемом поршнями за один ход;
• широкий диапазон возможных оборотов двигателя при отдаче им максимальной мощности, что обусловило применение таких моторов как в качестве сверхтихоходных дизелей прямого привода винтов в судостроении, так и на гоночных мотоциклах, где обороты превышают десяток тысяч в минуту;
• нет необходимости в тяжёлом маховике для запасания энергии на выполнение пассивных тактов;
• отсутствует потребность в отдельной системе смазки с насосами, теплообменниками и фильтрацией;
• дешевизна при изготовлении.

Но недостатков значительно больше:

• низкая топливная экономичность из-за трудностей с полной очисткой цилиндров от выхлопных газов;
• напряжённый тепловой режим, каждый второй такт нагревает поршни и цилиндры;
• трудности с обеспечением экологичности, если совершенствовать двигатель в этом направлении, то он, скорее всего, станет сложнее четырёхтактного, придётся применять прямой впрыск и систему наддува;
• необходимость смешивать масло с бензином, поскольку иначе его в картер не доставить, оно будет вымываться;
• эффективность масел при их растворении в топливе снижается, что вынуждает для обеспечения долговечности использовать специальные двухтактные масла, но и это плохо помогает;
• двухтактные двигатели работают шумно, поскольку они очень требовательны к низкому аэродинамическому сопротивлению выпускного тракта, что не позволяет совмещать мощность и экономичность с малошумностью;
• дымный выхлоп из-за постоянного горения масла в цилиндрах.

Как видно, применение двухтактных двигателей возможно лишь в особых случаях, когда их немногочисленные достоинства особенно важны.

Читайте также:

Что такое АКБ в машине

Перспективы

Постепенно двухтактники вытесняются более совершенными четырёхтактными двигателями даже из тех сфер, где они традиционно были вне конкуренции. Уже нельзя встретить двухтактный дизель на грузовике или новом теплоходе, да и в легкомоторной авиации, а главное, на мотоциклах они повсеместно заменяются на более экономичные и экологичные моторы с клапанным механизмом в головке блока.

Ситуацию не спасают даже самые современные технологии вроде прямого впрыска или роторных наддувов. А преимущество в массогабаритах на сегодняшнем уровне развития техники сходит на нет, новые материалы позволяют создавать компактные и надёжные конструкции газораспределительных механизмов. Можно сказать, что принцип работы двухтактного двигателя окончательно устарел, да и вообще двигатели внутреннего сгорания его ненадолго переживут. Будущее за другими способами получения механической энергии.

Вам также будет интересно почитать:

Принцип работы двухтактного двигателя — подробное описание

06.04.2017 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 двигателя

Прежде 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.

Принцип работы двухтактного двигателя

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.

Заключение

Разобрав 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 – определение, схема, принцип работы, применение

Дом »Физика

Дивья Каре | Обновлено: 2 сентября 2022 г., 20:08 IST

0

Сохранить

Скачать публикацию в формате PDF

Двухтактный двигатель — это тип двигателя внутреннего сгорания. Первоначально он был разработан и запатентован шотландским инженером Дугалдом Клерком в 1881 году. Двухтактный двигатель, как следует из названия, совершает один оборот за два хода поршня, в отличие от четырехтактного двигателя, который совершает два оборота коленчатого вала за четыре хода поршня. . Двухтактные двигатели в основном используются в дешевых мотоциклах, садовых машинах и других ручных машинах.

Читайте дальше, чтобы узнать больше о его конструкции, работе, преимуществах, недостатках и применении.

Двухтактный двигатель

Двухтактный двигатель — тип двигателя внутреннего сгорания, в котором один оборот коленчатого вала совершается за два движения поршня. Он завершает весь цикл вращения за один ход поршня.

В двигателе внутреннего сгорания коленчатый вал приводится в движение с помощью поршней. Чтобы вращать коленчатый вал, поршни должны пройти цикл событий, называемый ходом двигателя. Во время рабочего хода двигателя сначала поршень всасывает топливо в поршневую камеру и сжимает его. Затем головка поршня расширяется из-за сгорания топлива, а затем выбрасывается выхлоп.

Двухтактный двигатель завершает весь этот процесс за два оборота, чтобы сдвинуть коленчатый вал на один полный оборот.

На изображении ниже показан двухтактный двигатель в разрезе.

Как видно на изображении выше, двухтактный двигатель проходит два такта: ход вверх и ход вниз.

Схема двухтактного двигателя

На приведенном ниже рисунке показаны различные части двухтактного двигателя:

Различные детали перечислены следующим образом:

• Поршень. Поршень движется под действием сил, возникающих при сгорании газов. Поршень преобразует эту химическую энергию в механическую энергию для коленчатого вала.

• Коленчатый вал – соединяется с поршнями и преобразует возвратно-поступательное движение поршней во вращательное движение, приводящее в движение ведущие шестерни.

• Шатун – Соединяет головку поршня с коленчатым валом.

• Впускное отверстие – это отверстие для подачи топливно-воздушной смеси внутрь поршневой камеры.

• Выхлопное отверстие – это отверстие для выхлопных газов, открывающееся при движении поршня вниз.

• Свеча зажигания – это устройство внутри поршневой камеры, которое вызывает сгорание топливно-воздушной смеси.

Двухтактный двигатель Принцип работы

Двухтактный двигатель работает в два такта: свеча зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь. Воспламенение всасываемых газов заставляет поршень двигаться вниз к центру поршневой камеры, что открывает впускное отверстие, и свежий воздух поступает в поршневую камеру, вытесняя выхлопные газы через выпускное отверстие.

Ход вниз — При ходе вниз поршень находится в центре камеры и за счет импульса, полученного при ходе вверх, снова перемещается в верхнюю часть камеры при сжатии топливно-воздушной смеси и весь цикл повторяется .

Сочетание этих двух ходов приводит к тому, что коленчатый вал совершает один полный оборот.

Преимущества и недостатки двухтактного двигателя

Преимущества и недостатки двухтактного двигателя следующие.

Преимущества

• Двухтактный двигатель имеет простую конструкцию, так как не имеет клапанов.
• Двухтактный двигатель дешевле в эксплуатации.
• Дешевле в эксплуатации.
• Небольшой вес, поэтому в основном используется в велосипедах.

Недостатки

• Детали могут изнашиваться быстрее, если они не смазываются должным образом.
• Загрязняет окружающую среду, так как несгоревшая воздушно-топливная смесь может просто пройти через выхлопное отверстие.
• Во время работы сильно шумит.
• Масло для двухтактного двигателя дорогое и требуется большое количество из-за того, что большая часть масла уходит впустую.

Применение двухтактных двигателей

Двухтактные двигатели применяются в ряде реальных применений, таких как:

• Используются в мотоциклах, мопедах, скутерах и снегоходах, которые имеют меньшую мощность двигателя и дешевле в эксплуатации .
• Используется в ручных механических устройствах, таких как бензопилы, благодаря их конструкции, которая позволяет им работать без резервуара.

Надеюсь, что эта статья о двухтактном двигателе смогла зажечь конкретную концепцию. Есть много таких интересных тем по физике и их реальных приложений, о которых можно узнать, просто загрузите приложение Testbook и начните просматривать, чтобы получить представление о них, которое может прояснить все ваши представления о них.

Часто задаваемые вопросы о двухтактных двигателях

В.1 Что такое двухтактный двигатель?

Ответ 1 Двухтактный двигатель — это тип двигателя внутреннего сгорания, в котором один оборот коленчатого вала совершается за два движения поршня. Он завершает весь цикл вращения за один ход поршня.

Q.2 Какой тип системы смазки используется в двухтактном двигателе?

Ans.2 Двухтактные двигатели смазываются путем смешивания масла с топливом в соотношении 25:1 или 50:1 топливо/масло в зависимости от объема.

В.3 Как идентифицировать двухтактные двигатели?

Ответ 3 Внешне двухтактный двигатель можно отличить по отсутствию специальных впускных и выпускных клапанов, которые присутствуют в четырехтактном двигателе. Впускное и выпускное отверстия находятся в камере двухтактного двигателя.

В.4 Как работает двухтактный двигатель?

Ответ 4 Двухтактный двигатель сначала сжимает топливно-воздушную смесь, а затем воспламеняет ее с помощью свечи зажигания. Затем воспламененные газы перемещают поршень вниз, который поворачивает коленчатый вал пополам, затем поршень движется вверх из-за импульса и снова сжимает топливо, чтобы повторить цикл.

В.5 Есть ли у скутеров двухтактные двигатели?

Ответ 5 Да, большинство скутеров имеют двухтактные двигатели.

Скачать публикацию в формате PDF

Читать больше сообщений

Термическое напряжение: узнайте его формулу, причины, последствия и применение , принцип работы и применение
Ядерная сила: изучите ее определение, свойства и применение
Соленоид и тор: узнайте их определения, различия, сходства и области применения

Двухтактный двигатель — конструкция, работа и типы

Двухтактный двигатель является разновидностью двигателя внутреннего сгорания . Он завершает рабочий цикл двумя ходами поршня всего за один оборот коленчатого вала.

История

Это был Дугальд Клерк, шотландский инженер, который создал конструкцию коммерческого двухтактного двигателя с внутрицилиндровым сжатием, в 1881 .

Dugald Clerk (Источник)

Конструкция двухтактного двигателя

В конструкцию двухтактного двигателя входят:

• Поршень: 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.

Двухтактный двигатель (Источник)

Рабочий цикл двухтактного двигателя

Цикл двухтактного двигателя в основном состоит из двух частей: 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°.

Типы двухтактных двигателей

Различные типы двухтактных двигателей:

1. Впускной канал с поршневым управлением: Простейшая из всех конструкций и наиболее распространенная.
2. Пластинчатый впускной клапан: Используется простая, но очень эффективная форма обратного клапана.
3. Вращающийся впускной клапан: Использует вращающийся элемент для открытия и закрытия впускного канала.
4. 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.
5. Петлевая продувка: Использует тщательно сформированные и расположенные передаточные порты для направления потока свежей смеси к камере сгорания, когда она поступает в цилиндр.
6. Прямоточная продувка: В этой модели наддувочный воздух входит с одного конца цилиндра, управляемого поршнем, а выхлопные газы выходят с другого конца.
7. Ступенчатый поршневой двигатель: Он имеет форму цилиндра, верхняя часть которого образует обычный цилиндр, а нижняя часть выполняет функцию продувки.

Области применения

• Производство двухтактных двигателей дешевле.
• Применяются в бензопилах, травоядных.
• Они также используются во внедорожных мотоциклах и гоночных автомобилях.

Часто задаваемые вопросы

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.