Продажа квадроциклов, снегоходов и мототехники
second logo
Пн-Чт: 10:00-20:00
Пт-Сб: 10:00-19:00 Вс: выходной

+7 (812) 924 3 942

+7 (911) 924 3 942

Устройство и принцип действия двухтактного двигателя внутреннего сгорания

    Многие из нас ездят на мотороллерах, но вот как устроен и работает двигатель внутреннего сгорания (далее ДВС), который приводит в движение Вашу двухколесную технику, знает не каждый. А вот хорошо зная все принципы работы ДВС, Вы сможете быстро и правильно диагностировать его неполадки. Да и вообще, в ознакомительных целях знание принципов работы не помешает.
    Вообще-то существует два основных типа двигателей: двухтактные и четырехтактные. Практически на каждом мотороллере, особенно до 2000 года выпуска, установлен двухтактный двигатель. В двухтактных двигателях все рабочие циклы (процессы впуска топливной смеси, выпуска отработанных газов, продувки) происходят в течении одного оборота коленвала за два основных такта. У двигателей такого типа отсутствуют клапаны (как в четырехтактных ДВС), их роль выполняет поршень, который при своем перемещении закрывает впускные, выпускные и продувочные окна. Поэтому они более просты в конструкции.
    Мощность двухтактного двигателя при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения вала теоретически в два раза больше четырехтактного за счет большего числа рабочих циклов. Однако неполное использование хода поршня для расширения, худшее освобождение цилиндра от остаточных газов и затраты части вырабатываемой мощности на продувку приводят практически к увеличению мощности только на 60...70%.
    Итак, рассмотрим конструкцию двухтактного ДВС, показанную на рисунке 1:
    Двигатель состоит из картера, в который на подшипниках с двух сторон установлен коленчатый вал и цилиндра. Внутри цилиндра движется поршень - металлический стакан, опоясанный пружинящими кольцами (поршневые кольца), вложенными в канавки на поршне. Поршневые кольца не пропускают газов, образующихся при сгорании топлива, в промежутке между поршнем и стенками цилиндра. Поршень снабжен металлическим стержнем - пальцем, он соединяет поршень с шатуном. Шатун передаёт прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Далее уже, в частности на мотороллере, вращательное движение передается на вариатор, принцип работы которого описан в статье: Устройство и принцип работы вариатора.
    Смазка всех трущихся поверхностей и подшипников внутри двухтактных двигателей происходит с помощью топливной смеси, в которое подмешано необходимое количество масла. Из рисунка 1 видно, что топливная смесь (желтый цвет) попадает и в кривошипную камеру двигателя (это та полость, где закреплен и вращается коленчатый вал), и в цилиндр.  Смазки там нигде нет, а если бы и была, то смылась топливной смесью. Вот по этой причине масло и добавляют в определенной пропорции к бензину. Тип масла используется специальный, именно для двухтактных двигателей. Оно должно выдерживать высокие температуры и сгорая вместе с топливом оставлять минимум зольных отложений.
    Теперь о принципе работы. Весь рабочий цикл в двигателе осуществляется за два такта.
Такт сжатия.
    1. Такт сжатия.  Поршень перемещается от нижней мертвой точки поршня (в этом положении поршень находится на рис. 2, далее это положение называем сокращенно НМТ) к верхней мертвой точке поршня (положение поршня на рис.3, далее ВМТ), перекрывая сначала продувочное 2, а затем выпускное 3 окна. После закрытия поршнем выпускного окна в цилиндре начинается сжатие ранее поступившей в него горючей смеси. Одновременно в кривошипной камере 1 вследствие ее герметичности и после того как поршень перекрывает продувочные окна 2, под поршнем создается разряжение, под действием которого из карбюратора через впускное окно и открывающийся клапан поступает горючая смесь в кривошипную камеру.
    2. Такт рабочего хода. При положении поршня около ВМТ сжатая рабочая смесь (1 на рис. 3) воспламеняется электрической искрой от свечи, в результате чего температура и давление газов резко возрастают. Под действием теплового расширения газов поршень перемещается к НМТ, при этом расширяющиеся газы совершают полезную работу. Одновременно, опускаясь вниз, поршень создает высокое давление в кривошипной камере (сжимая топливо-воздушную смесь в ней). Под действием давления клапан закрывается, не давая таким образом горючей смеси снова попасть во впускной коллектор и затем в карбюратор.
    Когда поршень дойдет до выпускного окна (1 на рис. 4), оно открывается и начнется выпуск отработавших газов в атмосферу, давление в цилиндре понижается. При дальнейшем перемещении поршень открывает продувочное окно (1 на рис. 5) и сжатая в кривошипной камере горючая смесь поступает по каналу (2 на рис. 5), заполняя цилиндр и осуществляя продувку его от остатков отработавших газов.
    Далее цикл повторяется.

    Стоит упомянуть о принципе зажигания. Так как топливной смеси нужно время для воспламенения, искра на свече появляется чуть раньше, чем поршень достигает ВМТ. В идеале, чем быстрей движения поршня, тем раньше должно быть зажигание, потому-что поршень от момента искры быстрее доходит до ВМТ.  Существуют механические и электронные устройства, меняющие угол зажигания в зависимости от оборотов двигателя. Практически у мотороллеров до 2000 г.в. таких систем не было и угол опережения зажигания был установлен в расчете на оптимальные обороты. На некоторых же скутерах, например Honda Dio ZX AF35, установлен электронный коммутатор с динамическим опережением. С ним двигатель развивает больше мощности.

    Наглядно просмотреть работу двухтактного ДВС можно на этом ролике:

Двухтактный дизельный двигатель: устройство и принцип работы

Двухтактный дизельный двигатель представляет собой двигатель внутреннего сгорания. Топливо-воздушная смесь сгорает за 2 движения поршня. Цикл завершается всего за 1 оборот коленвала. Такие показатели кажутся впечатляющими, однако существует несколько особенностей работы агрегата, о которых стоит узнать подробнее.

Главным достоинством такого мотора можно считать меньший расход топлива в сравнении с бензиновыми агрегатами. Это происходит за счет одной из особенностей дизельного топлива. Оно плотнее бензина, поэтому при сгорании дает на 15% энергии больше. Это обеспечивается более длинной цепочкой углеродов. Кроме того, технические характеристики таких двигателей стоят наравне с показателями аналогичных двигателей.

Строение

В состав двухтактного дизеля входит картер, совмещенный с коленчатым валом поршень, форсунки, впускные и выпускные окна цилиндра, топливный и водяной насосы. Последний снабжается плунжерным переключателем и датчиком температуры, а также емкостями, которые наполняются водой. Агрегат обеспечивает повышение КПД и за счет улучшенного сгорания топливо-воздушной смеси. Токсичность отходов при этом снижается.

В двухтактном моторе расположена газовая турбина и нагнетатель. Последний отвечает за повышение давления в цилиндрах — это обеспечивает экономию топлива и повышение мощности. Газовая турбина запускает преобразователь энергии тепла в энергию движения.

Продувочный воздух поступает в двухтактный дизельный двигатель несколькими способами — с помощью:

  • насосов;
  • продувочных камер;
  • компрессоров.

Продувка может осуществляться по одной из схем — контурной или клапанно-щелевой.

Стоит отметить, что использование контурной схемы снижает как экономические, так и технические показатели агрегата. Это объясняется тем, что в цилиндрах имеются не продуваемые области.

Цилиндры монтированы вдоль. Каждый из них оснащается выпускными и вентиляционными отверстиями. Газ поступает к турбине через коллектор. Когда поршни двигаются, рабочая камера периодически открывается и закрывается. Коленчатые валы взаимодействуют друг с другом. Это обеспечивается механизмом основной передачи.Топливо при этом сгорает при достаточно высокой температуре.

Для смазки трущихся деталей и подшипников применяется смесь масла и топлива. Она подается в цилиндр и кривошипную камеру. Смазки эти узлы не имеют, поскольку она смылась бы топливом. Именно поэтому к горючему его доливают в определенном соотношении.

При этом для двухтактного дизельного двигателя используется определенное масло. Оно выдерживает продолжительное воздействие высоких температур, способно практически не оставлять после сгорания зольных отложений.

Как работает?

Принцип работы двухтактного дизеля основан на выполнении 2 тактов: сжатие и рабочий ход. Конструкция агрегата позволяет выполнять весь цикл вдвое быстрее, чем в четырехтактных моторах.

Для двухтактных дизельных двигателей принцип работы следующий:

  1. Поршень из НМТ начинает двигаться вверх. В цилиндре имеется воздух. Приходе поршня вверх он сжимается, а когда поршень подходит к ВМТ, впрыскивается порция свежего топлива. При этом горючее самовоспламеняется и осуществляется рабочий ход.
  2. Продукты сгорания толкают поршень, вследствие чего тот движется вниз. Когда поршень доходит до НМТ, осуществляется продувка —воздух замещает продукты сгорания. Это является завершением цикла.

Внизу цилиндра имеются продувочные окна. Они необходимы для процесса продувки. Когда поршень снизу, они открыты. Во время подъема поршня они закрываются. Значительное увеличение показателя мощности двухтактных моторов происходит за счет повышения числа рабочих ходов. Двухтактный дизельный двигатель, принцип работы которого достаточно прост, обладает массой преимуществ.

Мифы о двухтактных дизельных моторах

Существует несколько распространенных мифов касательно двухтактных двигателей:

  1. Слишком медленная работа. В действительности современные моторы с турбонаддувом гораздо эффективнее предыдущих моделей.
  2. Такие моторы слишком громкие. Чтобы этого избежать, необходима правильная настройка двигателя. При правильном выполнении всех настроек работа мотора происходит немногим громче бензинового аналога. Высокий уровень шума свидетельствует о неправильной настройке мотора или его неисправности. Для старых моделей высокий уровень шума — характерная черта, создание появление аккумуляторных систем с высоким давлением существенно снизило уровень шума.
  3. Покупать дизель выгоднее бензина. Это так, но лишь отчасти. Несколько лет назад дизельное топливо стоило намного дешевле бензина, однако сегодня разница составляет всего 10-20%. Основная экономичность заключается в способности теплотворной способности горючего.
  4. Такие моторы плохо заводятся зимой. Раньше проблемы с ними действительно возникали. Однако современные автомобили с дизельными двигателями оснащены быстрым запуском, что снижает время на ежедневные подготовки к поездкам.

Срок службы дизеля превышает бензиновые агрегаты. Он может достигать 400-600 тыс. км.

Каждый двухтактный дизельный двигатель имеет одну отличительную особенность — через окна цилиндров впускается воздух и устраняются отработавшие газы. Когда они выходят через клапан в цилиндре, а воздух поступает через окна, система такой очистки называется клапанно-щелевой.

Подобные системы очистки имеют одну особенность — в цилиндре остается только часть воздуха. Поднимаясь вверх, он частично выходит за пределы мотора. Такую очистку еще называют прямоточной. Она обеспечивает максимальную эффективность очистки двигателя от продуктов сгорания.

Помимо прямоточной продувки существует и петлевая, однако она отличается меньшим качеством очистки. Именно поэтому для современных автомобилей она используется нечасто. Рабочие ходы такого агрегата выполняются в два раза чаще, однако на мощности это сказывается незначительно (она увеличивается в 1,5-1,7 раза). Это объясняется наличием продувки, а также тем, что внутри цилиндра происходит более короткий ход.

Преимущества

Двухтактные дизельные двигатели стали производиться относительно недавно. Такие моторы на сегодняшний день имеют множество модификаций. К примеру, зажигание бывает 2 типов: контактным и бесконтактным.Также отличаются и схемы таких моторов. Применяется двухтактная система на танках, в самолетах, в тяжелой промышленной технике.

Другие достоинства:

  1. Небольшой размер. Для установки агрегата требуется совсем немного места. Такие моторы легко умещаются под капотом транспортных средств.
  2. Небольшая масса. Стандартный турбодизель весит почти в 2 раза больше, чем двухтактный дизельный двигатель.
  3. Значительная экономия топлива. Расход горючего снижен практически в 2 раза по сравнению с обычным дизельным агрегатом.
  4. Простая конструкция. При обслуживании таких двигателей нет необходимости применять специальные технологии.

Такие преимущества выгодно выделяют двухтактные дизельные двигатели на фоне бензиновых собратьев. Имеются у таких моторов и серьезные недостатки.

Недостатки

Небольшое распространение агрегатов объясняется рядом причин. К примеру, детали на такие моторы найти получится с трудом. Именно поэтому выполнить ремонт двухтактного дизельного двигателя становится проблематично. Кроме того, специалистов по обслуживанию таких агрегатов достаточно мало.

Другие недостатки:

  • высокая цена дизельных двигателей и малый выбор моделей;
  • увеличенный расход масла;
  • необходимость установки воздушных фильтров.

Явным недостатком дизелей является использование мощного стартера. На морозе дизельное топливо мутнеет и застывает. Ремонт топливной аппаратуры затрудняется тем, что насосы высокого давления изготавливаются с высокой точностью.

Существенным минусом двухтактных дизелей является невозможность их применения в высокотемпературных режимах. Масло при таких условиях закоксовывается, возникает залегание поршневых колец. Кроме того, из-за недостаточной продувки топливо сгорает не полностью, что сказывается на значении КПД и уровне токсичности.

Итоги

Дизельные двигатели, имеющие два такта, изобретались с одной целью — снизить токсичность отработавших газов, а также увеличить экономичность двигателя, повысить КПД.

Стоит упомянуть о зажигании. Чтобы топливо воспламенилось, необходимо время, поэтому разряд на свече возникает заранее, перед тем, как поршень достигнет ВМТ. Чем быстрее происходит движение поршня, тем раньше должна зажигаться свеча. Существуют специальные устройства, позволяющие менять угол зажигания в зависимости от частоты вращения коленвала.

не лучше ли четырехтактный? :: SYL.ru

Двухтактный двигатель является наиболее эффективным тогда, когда необходима не слишком большая максимальная мощность.Такой одноцилиндровый двигатель небольшого размера имеет довольно простую конструкцию. В судостроении также применяется такой тип двигателя, он имеет уже более внушительные размеры и содержит крейцкопфный КШМ. Как известно, двухтактные двигатели имеют низкую частоту вращения, за счет чего появляется возможность использовать их непосредственно для привода судовых винтов. К тому же этим двигателям легче изменить направление вращения. В автомобилях же такие двигатели применяются довольно редко, так как у них расход топлива довольно высокий при повышенной токсичности отработавших газов.

Принцип работы двухтактного двигателя

В сравнении с четырехтактным он является конструктивно более простым решением, как уже говорилось, поэтому он дешевле. Такие моторы работают по обычному циклу Отто, однако, один такой цикл протекает всего за один оборот вала. Циклы у двухтактного мотора следующие. Впуск (всасывание топливно-воздушной смеси в картер, поршень двигается вверх, тем самым создается вакуум), сжатие (поршень двигается вниз, топливо в картере сжимается), выпуск (поршень находится в н.м.т. (нижней мертвой точке), топливная смесь поступает в цилиндры, вытесняя продукты горения),

сжатие (поршень двигается вверх, топливная смесь сжимается, она поступает в картер) и рабочий ход (поршень в в.м.т. - верхней мертвой точке), свеча зажигания производит искру, топливная смесь воспламеняется, поршень двигается вниз. Двухтактный двигатель имеет и ряд недостатков. Например, во время выпуска вместе с продуктами горения вытесняется и часть полезного топлива, что неэффективно с точки зрения прироста в мощности, т.к. он составляет всего 50-60%, а не 100% (т.к. при уменьшении такта в два раза мощность двигателя должна возрасти в два раза). Также отработавшие газы являются более токсичными (из-за содержания в их составе малого количества NOx и CO при низкой температуре отработавших газов).

Применение

На сегодняшний день двухтактный двигатель пользуется меньшей популярностью, нежели его четырехтактный собрат. Например, в мототехнике теперь четырехтактные почти полностью заменили двухтактные двигатели. Производители стремятся не просто заставить двигатель работать более эффективно, а также сделать его наименее вредным для окружающей среды. Хотя двухтактный двигатель все же находит себе применение в пилах, маломощных мотоциклах, снегоходах, скутерах, гидроциклах и малых самолетах.

Однако существуют и некоторые уникальные в своем роде моторы. Например, экспериментальный двухтактный двигатель «Орион», который был разработан в США. В его конструкции поршневой генератор горячих газов и турбина, которая служит источником механической энергии. Поршневой двухтактный двигатель соединен с большим центробежным нагнетателем, который в цилиндры подает воздух. Газовая турбина «питается» отработавшими газами, которые смешаны с охлаждающим воздухом.

Анимированные двигатели - двухтактный

Двухтактный двигатель

В двухтактном двигателе используются как картер, так и цилиндр для достижения всех элементов цикла Отто всего за два хода поршня.

всасывание

Топливо-воздушная смесь сначала всасывается в картер за счет вакуума. который создается во время движения поршня вверх. Иллюстрированный двигатель оснащен тарельчатым впускным клапаном; однако многие двигатели используют поворотная величина, встроенная в коленчатый вал.

Компрессия картера

Во время хода вниз тарельчатый клапан принудительно закрывается повышенное давление в картере. Затем топливная смесь сжимается в картер во время оставшейся части хода.

Переход / Выпуск

Ближе к концу хода поршень открывает впускной канал, позволяя сжатой топливно-воздушной смеси в картере выйти вокруг поршня в главный цилиндр. Это удаляет выхлопные газы выхлопное отверстие, обычно расположенное на противоположной стороне цилиндр.К сожалению, часть свежей топливной смеси обычно тоже исключен.

Сжатие

Затем поршень поднимается под действием импульса маховика и сжимает топливная смесь. (В то же время происходит еще один такт впуска под поршнем).

Мощность

В верхней части такта свеча зажигания воспламеняет топливную смесь. В горящее топливо расширяется, перемещая поршень вниз, чтобы завершить цикл. (При этом еще один ход сжатия картера составляет происходит под поршнем.)


Поскольку двухтактный двигатель срабатывает при каждом обороте коленчатого вала, двухтактный двигатель обычно более мощный, чем четырехтактный. эквивалентного размера. Это вкупе с их более легкими, простыми конструкция, делает двухтактный двигатель популярным в бензопилах, линейных триммеры, лодочные моторы, снегоходы, водные мотоциклы, легкие мотоциклы и модели самолетов.

К сожалению, большинство двухтактных двигателей неэффективны и ужасны. загрязнителей из-за количества неизрасходованного топлива, которое выходит через выхлопное отверстие.

двухтактный двигатель, Стоковые Фотографии и Роялти-Фри Изображения двухтактный двигатель

двухтактный двигатель, Стоковые Фотографии и Роялти-Фри Изображения двухтактный двигатель | Depositphotos®Трактор на Warft на Hallig LangenessТрактор на Warft на Hallig LangenessСовременный скутер изолированTrabant 601 LimousineМеханик, работающий на двигателе с триммеромВнутренний двигательЧеловек с двухтактной бензопилойСовременный скутерТрабантный автомобильНа мотоциклеЧеловек с двухтактным бензиновым двигателемБензопила Германия ходовой двигатель ретро-автомобиль Trabant 601 лимузин Сберлин, Германия - 17 мая 2014: первый японский мотоцикл с двигателем с жидкостным охлаждением Suzuki GT750. 27-й день олдтаймера Берлин - Бранденбург Два старинных мопеда Zundapp припаркованы в гавани. БЕРЛИН, ГЕРМАНИЯ - 17 мая 2014 г .: Первый японский мотоцикл с двигателем Suzuki gt750 с жидкостным охлаждением. Черное и белое. 27-й день олдтаймера Берлин - Бранденбург БЕРЛИН, ГЕРМАНИЯ-17 ДЕКАБРЯ. Полицейские старинные автомобили "Трабант 1.1" старые старинные автомобили Вартбурга из бывшей автостоянки GDR Green Trabant седан перед входом в церковь Святого Антония. 17 апреля 2020 года, Германице - Подъештеди, Чешская Республика, Германице - Подъешеды, Чешская Республика, 17 апреля 2020 года.Церковь Святого Антония с седаном Trabant, произведенным в Восточной Германии. Крупный план маленькой лампочки на задней части старинного красного ржавого трактора сельскохозяйственной машины резкий фокус абстрактная детальGDR Oldtimer Wartburg 311GDR ретро красный Wartburg Двухтактные подвесные лодочные двигатели без капотов крупным планом Фон WartburgДвухтактный подвесной лодочный мотор без крышек крупным планомДвухтактный лодочный мотор без крышки крупным планом Портативный лодочный мотор управления pznel крупным планом - ручка, кнопка STOP, ручка воздушной заслонки и топливный соединитель из РумынииПортативный лодочный мотор управления pznel крупным планом - ручка, кнопка СТОП, ручка воздушной заслонки и топливный разъемСвеча зажигания. Детали двигателя бензопилы. Поршень, палец, кольца. Ремонт садовой техники Запчасти для бензопил. Повреждены поршень, цилиндр, маховик, кольца, штифт, свеча зажигания. Ремонт и обслуживание садовой техникиФото бывших в употреблении советских бензопил на земле Запчасти бензопилы. Цилиндр, маховик, поршень, кольца, штифт, свеча зажигания. Ремонт садовой техники Запчасти для бензопил. Цилиндр, поврежден поршень, кольца, штифт, свеча зажигания. Ремонт садовой техники Запчасти для бензопил. Цилиндр, поршень, кольца, штифт, свеча зажигания.Обслуживание и ремонт садовой техникиСвечи зажигания. Детали двигателя бензопилы. Цилиндр, поршень, кольца. Ремонт садовой техники Запчасти для бензопил. Повреждены поршень, цилиндр, маховик, кольца, штифт, свеча зажигания. Обслуживание и ремонт садовой техникиСвечи зажигания. Детали двигателя бензопилы. Цилиндр, поршень, кольца. Ремонт садовой техники Запчасти для бензопил. Цилиндр, поршень, кольца, штифт, свеча зажигания. Ремонт садовой техники Запчасти для бензопил. Цилиндр, поршень, кольца, штифт, свеча зажигания.Ремонт садовой техники Запчасти для бензопил. Цилиндр, поршень, кольца, штифт, свеча зажигания. Ремонт садовой техники Запчасти для бензопил. Цилиндр, поврежден поршень, кольца, штифт, свеча зажигания. Ремонт садовой техники Запчасти для бензопил. Цилиндр, маховик, поршень, кольца, штифт, свеча зажигания. Ремонт и обслуживание садовой техники

ГРМ для двухтактных выхлопных клапанов

ГРМ для двухтактных выхлопных клапанов

Меню Удержание вниз Система воздушного запускаL58 / 64 Пневматический пуск Клапан воздушного запускаВзрыв при старте цепи Удлинение цепиПотерянное движение Выхлоп v / v Время реверсирования MANB и WПроворачивание пожаровВзрывы в корпусеУсталость материалаMarpol Annex VIPurifiersЖидкостная пленка Смазочные материалы (подшипник) Crosshead BearingVIT Топливный двигатель 1VIT Топливный двигатель VIT с двойным топливным двигателем Коленчатый вал Предельные значения содержания серы в ЕС

Операционная информация

Два Время хода выпускного клапана

**** Выпадающее меню DHTML на основе JavaScript, созданное NavStudio. (OpenCube Inc. - http://www.opencube.com) ****

Если временная диаграмма для двухтактного двигателя При осмотре видно, что выпускной клапан начинает открываться при около 110 после ВМТ (позиция 4 на схеме).После первичная продувка выхлопных газов из цилиндра, отверстия для продувки открываются примерно через 140 минут после ВМТ (положение 5), когда поршень движется вниз по цилиндру.

Положение продувочных отверстий в цилиндре зафиксировано. лайнер, и поэтому должно быть очевидно, что их открытие и закрытие должны быть симметричными относительно BDC, поэтому они закрываются на 140 перед ВМТ, поскольку поршень движется вверх по цилиндру при сжатии инсульт. Когда двигатель работает в обратном направлении, время открытия и закрытия сливных портов остается тот же самый.

Выпускной клапан может быть синхронизирован для открытия и закрытия симметрично о BDC, и снова это означает, что когда двигатель реверсируется, выхлоп клапан будет открываться и закрываться одновременно с двигателем. забегая вперед. Это означает, что нет необходимости изменять положение выпускных кулачков для заднего хода.

Изготовители двигателей могут не рассчитывать время выпускного клапана симметрично относительно BDC; вместо этого для достижения более экономичной и эффективной работы, когда забег вперед может задержать открытие выпускного клапана максимум на 15. Например, выпускной клапан может быть рассчитан на открытие при 125 после ВМТ. и закрывайтесь на 95 перед ВМТ. Это, конечно, будет означать, когда двигатель работает задним ходом, выпускной клапан открывается и закрывается раньше.

Однако, поскольку двигатель работает сзади только на очень небольшой процент срока службы, преимущества, полученные при работе впереди далеко перевешивают недостатки при движении задним ходом.

Меню DHTML / Меню JavaScript на базе OpenCube

Графеновый двигатель толщиной в один нм имитирует двухтактный двигатель

В графеновом двигателе быстрое расширение объема молекул фторида хлора под действием лазера вызывает высокое внутреннее давление и приводит к тому, что графеновая мембрана вздувается вверх, как пузырек.Движение пузыря вверх-вниз похоже на движение поршня в двигателе внутреннего сгорания. Предоставлено: Ли и др. © Американское химическое общество, 2014 г.

(Phys.org) - Может показаться невозможным, чтобы кусок графена толщиной 1 нм, состоящий из одного слоя атомов углерода и содержащий некоторые атомы хлора и фтора, мог работать как двухтактный двигатель внутреннего сгорания. В конце концов, в макроуровне двухтактные двигатели часто используются для питания таких устройств, как бензопилы и мотоциклы. Хотя наноразмерная версия также очень эффективна, ее потенциальные применения в наноустройствах следующего поколения, конечно, будут совсем другими.

Хотя конструкции микро / нанодвигателей часто вдохновлены макроскопическими двигателями, это первый наноразмерный двигатель, имитирующий двигатель внутреннего сгорания, несмотря на широкое использование двух- и четырехтактных двигателей с -х годов века.

Исследователи Джонг Хак Ли и др. Из группы профессора Барбароса Озилмаза в Центре исследования графена Национального университета Сингапура опубликовали статью о крошечном графеновом двигателе в недавнем выпуске Nano Letters .

«Прелесть этого подхода в том, что наш двигатель очень прост и практически не имеет побочных продуктов (выхлопа), и нам не нужны особые условия работы; поэтому мы считаем, что это жизнеспособный двигатель для наномашин для различных приложений», - сказал Ли Phys.org . «Подобно тому, что используется в повседневных транспортных средствах, наномотор или ротор, который может генерировать направленное движение в наномасштабе, необходим для наномашин или нанороботов. Известно, что графен обладает самой высокой прочностью среди материалов, что очень полезно для этого приложения. .Это первый раз, когда кто-либо исследовал графен для таких приложений. Итак, мы надеемся, что наша работа вдохновит другие группы придумать еще много потенциальных приложений ».

В то время как в обычном двухтактном двигателе поршень движется вверх и вниз для создания высокого давления, в слое графена толщиной в один атом графен сам является поршнем. Когда лазерный луч облучает пятно на графене, он заставляет графен образовывать небольшой куполообразный пузырек. Быстрое включение и выключение лазера заставляет волдырь многократно подниматься и снова становиться плоским, подобно движению поршня.

Частично это работает благодаря уникальным механическим свойствам графена, особенно его высокой эластичности и прочности. Но для того, чтобы графеновый двигатель заработал, исследователям также пришлось вставить молекулы фторида хлора (ClF 3 ) в решетку графена. Молекулы ClF 3 и атомы углерода в графене удерживаются вместе ионными связями углерод-фтор.

Под воздействием лазерного луча эти связи диссоциируют, что приводит к быстрому увеличению давления между графеном и его подложкой.Это давление составляет около 1 миллиона Па, что в несколько раз превышает среднее давление в автомобильной шине. Высокое давление, в свою очередь, приводит к образованию пузырей. После выключения лазера молекулы ClF 3 хемосорбируются обратно на графен, ионные связи восстанавливаются, давление уменьшается, и пузырек исчезает.

Ученые заметили, что размер пузыря зависит от мощности лазера. Например, мощность лазера 0,32 мВт дает блистер диаметром около 550 нм.При повторном включении выше 8,5 мВт давление становится настолько высоким, а объемное расширение настолько большим, что пузырек лопается.

Исследователи продемонстрировали исключительную надежность графенового двигателя. После 10 000 циклов двигатель продолжает работать без сбоев. Графеновый двигатель также очень энергоэффективен.

В будущем исследователи хотели бы улучшить двигатель, исследуя параметры освещения и скорость включения / выключения, а также подключив двигатель к целевой нагрузке.Они также надеются изучить его различные потенциальные применения.

«В качестве простого приложения этого нано-двигателя мы могли бы использовать это выпуклое движение графенового нано-двигателя в качестве насоса или клапана для наножидкостного приложения», - сказал Ли. «В конечном итоге наш новый двигатель может быть легко интегрирован в различные приложения путем комбинирования методов MEMS или NEMS для передачи генерируемой силы на каждый из компонентов. В будущем его можно будет легко имплантировать в нанороботов и другие наномашины."


Команда обнаружила, что электричество можно генерировать, перетаскивая соленую воду по графену
Дополнительная информация: Чон Хак Ли и др. "Нанометрический плотный эластичный графеновый двигатель". Нано Письма . DOI: 10.1021 / nl500568d

© 2014 Phys.org

Ссылка : Графеновый двигатель толщиной в один нм имитирует двухтактный двигатель (2014, 15 мая) получено 9 января 2021 г.

Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *