(6 голосов, среднее: 2.8 из 5)

Что делает двухтактные двигатели менее экономичными, чем четырехтактные?

спросил 7 лет, 6 месяцев назад

Изменено 1 год, 11 месяцев назад

Просмотрено 20 тысяч раз

Широко распространено мнение, что двухтактные двигатели менее экономичны, чем четырехтактные, и некоторые примеры показателей BSFC также подтверждают это.

Но почему двухтактные двигатели менее экономичны?

Раньше я считал, что это связано с тем, что такт впуска происходит один раз за два оборота в четырехтактном двигателе, в отличие от одного раза за оборот в двухтактном двигателе, но теперь я не уверен.

В этой статье Evinrude предполагается, что разница в эффективности использования топлива связана с методом подачи топлива, поэтому разница в экономии топлива возникает из-за несправедливого сравнения старых двухтактных двигателей с более новыми четырехтактными двигателями.

Итак, какие факторы объясняют разницу в расходе топлива между двумя типами двигателей?

• расход топлива
• теория двигателя
• двухтактный
• четырехтактный

Чтобы понять, как работают два удара, вот картинка. Пришлось искать, потому что у меня в голове была неправильная картинка.

Глядя на то, как на самом деле работает цикл, рабочий ход происходит, создавая продукты сгорания и мощность. Когда начинается ход поршня вниз, давление в цилиндре становится высоким, позволяя выхлопным газам выходить и закрывая впускной пластинчатый клапан. Когда происходит ход вверх, давление в цилиндре теперь низкое, потому что выходящие выхлопные газы вызывают небольшую волну давления выходящего газа, которая теперь открывает язычок и втягивает новую топливно-воздушную смесь.

Кажется, некоторые ключевые причины неэффективности двигателя:

• Цилиндры не очищаются от выхлопных газов поршнем, вытесняющим их, они просто выходят, потому что внешнее давление воздуха ниже, чем давление в цилиндре после воспламенения топлива от искры. Это приведет к неполному вытеснению выхлопных газов. Объем, потребляемый этими остаточными газами, предотвращает попадание большего количества воздушно-топливной смеси.
• При движении вверх на некоторой части хода воздушно-топливная смесь также выбрасывается. Таким образом, тратится топливо по мере его выброса.

  Возможно, эти проблемы решаются двумя большими тактами, но маленькие двигатели приводят в движение такие вещи, как косилки для сорняков, снегоочистители, газонокосилки и т. д., небольшие двигатели для ограниченного применения. Не езда по пересеченной местности. Для этих небольших двигателей количество деталей и стоимость гораздо важнее, поэтому они очень хорошо подходят для этих приложений.

Эффективность любого двигателя внутреннего сгорания напрямую связана с его эффективностью Карно, где эффективность равна температуре воздуха на входе минус температура выхлопных газов, деленная на температуру на входе. Это напрямую зависит от степени расширения газов. Дизельный двигатель имеет степень расширения, приближающуюся к 30:1, тогда как бензиновый двигатель редко может превышать 13:1 из-за соображений детонации при среднем октановом числе топлива. В обычном двухтактном двигателе выхлоп должен открываться очень рано в рабочем такте, чтобы давление в цилиндре могло упасть значительно ниже давления входящего заряда, чтобы избежать попадания отработавших газов в перепускные отверстия и смешивания со свежим зарядом. Чем выше рабочие обороты, тем больше необходимое опережение выхлопа (так называемая «продувка»). Как правило, степень расширения равна степени расширения в двухтактных двигателях с поршневыми портами. В четырехтактных двигателях выпускные отверстия обычно открываются непосредственно перед положением поршня в нижней мертвой точке, что обеспечивает максимальную степень расширения. В двухтактном выхлоп может открываться на 9 градусов.0 градусов перед нижней мертвой точкой, что приводит к потере 50% рабочего хода и резкому снижению эффективности за счет высокой выходной мощности на более высоких оборотах.

Я должен как согласиться, так и не согласиться с вашими утверждениями в вопросе и статье.

Более высокий расход топлива двухтактного двигателя в основном связан с тем, что рабочий ход приходится на один оборот коленчатого вала.

Однако я должен не согласиться со статьей, в которой говорится, что подача топлива играет важную роль в топливной экономичности старых двухтактных двигателей.

Я подтверждаю свои утверждения, принимая пример разницы в эффективности использования топлива между карбюраторным 2-тактным и карбюраторным 4-тактным двигателями. Даже не учитывая EFI, когда оба являются карбюраторными, 4-тактный все еще выполняет 2-тактный в значительной степени.

• Двухтактный двигатель Yamaha объемом 125 куб. см расходует около 70 миль на галлон
• 4-тактный двигатель Honda объемом 125 куб. см расходует около 153 миль на галлон

Теперь очевидно, что EFI, будь то прямой впрыск или впрыск через порт, улучшит эффективность и выхлоп любого двигателя, независимо от того, является ли он двухтактным или четырехтактным.

Технология E-TEC, показанная в видео, представляет собой всего лишь GDI на двухтактном двигателе, она повысит эффективность, но будет ли она эквивалентна 4-тактному двигателю GDI той же мощности? Я очень сомневаюсь в этом, например,

• Версия EFI вышеупомянутого 125-кубового двигателя Honda дает около 166 миль на галлон

Это означает, что если двухтактный двигатель Suzuki с GDI может производить более чем в два раза больше FE, то я согласен с концепцией, но с моим знанием того, как работает GDI, я не уверен в этом.

Примечание: двигатели от Yamaha RX135, Honda Stunner и Honda. потрясающий PGM-FI, и это реальные цифры.

Очень многое зависит от конкретных двухтактных и четырехтактных двигателей. Но главное преимущество двухтактных двигателей в том, что их можно производить невероятно просто и дешево. Двигатель с 3 движущимися компонентами (коленчатый вал, шатун и поршень), вероятно, не настроен на расход топлива.

Самая большая проблема, вероятно, заключается в том, что выпускное отверстие открыто во время всасывания всасываемой смеси. Следовательно, потенциально большое количество несгоревшего топлива исчезает прямо в выхлопе, не выполняя никакой полезной функции (кроме, возможно, небольшого охлаждения двигателя).

Дальнейшему распылению топлива, скорее всего, не поможет подача всасываемой смеси через картеры и порты, что дает больше шансов топливу сформировать более крупные капли.

В двухтактном двигателе выхлопная система предназначена для подачи смеси через двигатель, как сгоревших выхлопных газов, так и свежей смеси. Скорее всего, больше свежей смеси будет проходить через выхлопную трубу, прежде чем волны давления вытолкнут эту смесь обратно в двигатель. Это хорошо работает для получения дополнительного топлива (и, следовательно, мощности), но не так хорошо для экономии. Кроме того, он работает только в определенных диапазонах оборотов.

Некоторые из этих проблем могут быть устранены с помощью прямого впрыска топлива (и были произведены двухтактные мотоциклы с двигателями с непосредственным впрыском топлива, и Ford выпустил партию Fiesta в 1990-х годах с двухтактными двигателями для целей оценки). Но непосредственный впрыск топлива — дорогое и сложное дополнение к простому двигателю. С такой системой воздух может поступать в двигатель, а топливо впрыскивается только после закрытия выпускного отверстия.

Двухтактный двигатель имеет большое преимущество перед обычным четырехтактным двигателем. Без необходимости наличия клапанов камера сгорания может быть гораздо проще сформирована в соответствии с целями этого конкретного двигателя.

Посмотрите, как работает четырехтактный двигатель.

a) Ход вниз — всасывает смесь в двигатель

b) Ход вверх — сжимает газы

c) Пожар

d) Ход вниз — двигатель работает

e) Ход вверх — выбрасываются отработавшие газы посмотрите на двухтактный

а) Пожар

б) Нижний ход Двигатель работает (высокое давление в цилиндре) Сжимает смесь в картере

c) Ход вверх — Двигатель должен выпустить выхлопные газы и получить новую смесь — засасывает новую смесь в картер

Таким образом, в двухтактном двигателе всегда будет смесь выхлопных и несгоревших газов. Также было время, когда для увеличения мощности двухтактная передача смеси из нижнего картера перекрывала открывающееся выпускное отверстие. Это привело к тому, что несгоревшее топливо попало прямо в двигатель.

Современный дизайн снижает, но не может полностью устранить эту эффективность, которая все еще кажется более сложной, чем четырехтактный метод, когда двигатель дважды проворачивается, чтобы получить один рабочий такт.

Это очень просто. В 2-тактном двигателе топливо также является смазкой и охлаждающей жидкостью, а смешивание масла с бензином увеличивает содержание энергии в топливе при одновременном снижении октанового числа, поэтому 2-тактные двигатели должны работать с фиксированным опережением зажигания и сверхбогатыми топливно-воздушными смесями, которые становятся еще богаче за счет высокоэнергетического низкооктанового масла. Воздушное охлаждение делает их еще более чувствительными к времени, температуре цилиндров и другим переменным, которые их фиксированная синхронизация и полная потеря системы смазки и охлаждения не могут компенсировать. И, конечно же, они имеют огромные встроенные утечки вакуума, которые возникают в самый неподходящий момент для объемной эффективности, и фазы газораспределения также фиксированы, в то время как даже с механическим подъемным кулачком фазы газораспределения четырехтактного двигателя увеличиваются по мере увеличения скорости двигателя. Для любой заданной величины зазора клапана, чем быстрее работает двигатель, тем быстрее срабатывает этот зазор и тем раньше происходят события клапана.

2-тактные двигатели могли конкурировать с низкоскоростными низкоскоростными двигателями с плоской головкой для сезонного использования только до тех пор, пока металлургические и производственные достижения не позволили построить дешевые 4-тактные двигатели с верхним расположением клапанов с электронным зажиганием и впрыском топлива, так что зажигание и регулировка подачи топлива стали автоматическими и оптимальными для более автомобильных и сезонных применений, таких как снегоходы, квадроциклы, подвесные моторы, внешнее силовое оборудование, такое как струнные триммеры и воздуходувки для листьев, и другие потребительские товары. Усовершенствованная электронная система зажигания и специальный карбюратор для конкретных приложений, а также ожидаемые характеристики и цены профессионального уровня едва ли удерживают двухтактные двигатели конкурентоспособными в промышленных / коммерческих машинах, таких как портативные режущие инструменты. Отрезные пилы, бензопилы и т. д.

Легче, лучше и эффективнее двухтактный двигатель

Группа разработчиков медиаплатформ

Относительно простые и легкие двухтактные двигатели (используемые в цепных пилах и подвесных моторах) отлично подходили бы для легковых и грузовых автомобилей, если бы они не были такими грязными. «Я, вероятно, потратил 50 миллионов долларов из денег GM, чтобы доказать, что двухтактные двигатели не работают в автомобилях», — говорит ветеран General Motors Дон Ранкл. Двигатель с оппозитным поршнем и оппозитным цилиндром (OPOC), разработанный Питером Хофбауэром из EcoMotors, настолько сильно изменил мнение Ранкла, что он стал генеральным директором компании.

Как и в других плоских двигателях (иногда называемых оппозитными двигателями из-за того, что их поршни напоминают двух бойцов, обменивающихся ударами), поршни OPOC движутся горизонтально. Хофбауэр, ага! Момент настал однажды, когда бывший инженер Volkswagen размышлял о недостатках оппозитного двигателя VW. «Я подумал, Боже мой, если вы просто замените головку цилиндра с подвижным поршнем и портами цилиндра, это может быть менее сложно».

Да, с большой вероятностью. Для двигателя требуется менее половины деталей аналогичного четырехтактного двигателя, и он на 30 процентов легче. Конечным результатом, по словам Хофбауэра, является повышение энергоэффективности на 15–50 процентов в зависимости от конфигурации. А благодаря своей уникальной архитектуре и нескольким ключевым инновациям OPOC производит гораздо меньше выбросов, чем типичный двухтактный двигатель. С дизельным прототипом мощностью 240 л.с. EcoMotors теперь сосредоточена на рынке грузовых автомобилей; В феврале прошлого года компания подписала лицензионное соглашение с Navistar. «Когда экономика восстановится, в мире появится 85 миллионов двигателей внутреннего сгорания для автомобилей и легких грузовиков», — говорит Хофбауэр. «Если мы сможем предложить двигатель, эффективный и конкурентоспособный по себестоимости, это будет успех».

Группа разработчиков медиа-платформ

ТУРБОКОМПЕНСАТОР

Электродвигатель, установленный на валу нагнетателя, быстро раскручивает компрессор для быстрого наддува; наоборот, он вырабатывает электричество из выхлопного потока. Кроме того, он управляет давлением выхлопных газов, чтобы минимизировать выбросы.

СТАЛЬНЫЕ ШАТУНЫ

Длинные стальные шатуны соединяют внешние поршни с коленчатым валом. С двумя поршнями, работающими за один акт сгорания, двигатель ведет себя так, как если бы у него был длинный ход, используя больше доступной энергии и повышая эффективность. При этом коленчатый вал остается компактным и, следовательно, легче.

КОЛЕНЧАТЫЙ ВАЛ

Двигатель модульный, и коленвал пар цилиндров может быть соединен сцеплением. Для движения по шоссе ненужные цилиндры можно просто запустить на холостом ходу, а затем снова включить для прохождения.

ЦИЛИНДР

Газы поступают в цилиндр и выходят из него через отверстия в стенках, что снижает сложность и вес головок цилиндров. Конструкция впускной и выпускной систем, а также камеры сгорания предотвращает попадание избыточного несгоревшего топлива в выпускное отверстие, что снижает выбросы.