Dvotaktni motor u automobilu

Svijet automobila vidio je mnogo razvoja pogonskih sklopova. Neki od njih su se na vrijeme smrznuli zbog činjenice da dizajner nije imao sredstava da dalje razvija svoje umotvorine. Drugi su se pokazali neučinkovitima, pa takav razvoj događaja nije imao obećavajuću budućnost.

Pored klasičnog linijskog motora ili motora u obliku slova V, proizvođači su proizvodili i automobile s drugim izvedbama pogonskih agregata. Ispod haube nekih modela moglo se vidjeti Wankel motor, bokser (ili bokser), vodonik motor. Neki proizvođači automobila i dalje mogu koristiti takve egzotične pogonske sklopove u svojim modelima. Pored ovih modifikacija, istorija poznaje još nekoliko uspješnih nestandardnih motora (neki od njih jesu zaseban članak).

Ajmo sada razgovarati o takvom motoru, s kojim gotovo nitko od vozača ne nailazi, ako ne i govoriti o potrebi košenja trave kosilicom ili sječanju drveta motornom pilom. Ovo je dvotaktni pogonski agregat. U osnovi se ova vrsta motora sa unutrašnjim sagorijevanjem koristi u motornim vozilima, cisternama, klipnim avionima itd., Ali izuzetno rijetko u automobilima.

Takođe, dvotaktni motori su veoma popularni u moto-sportu, jer ovi uređaji imaju značajne prednosti. Prvo, oni imaju ogromnu snagu za mali pomak. Drugo, zbog pojednostavljenog dizajna, ovi motori su lagani. Ovi su faktori vrlo važni za sportske dvokotače.

Razmotrite karakteristike uređaja takvih modifikacija, kao i da li ih je moguće koristiti u automobilima.

Šta je dvotaktni motor?

Po prvi put se patent za stvaranje dvotaktnog motora sa unutrašnjim sagorijevanjem pojavio početkom 1880-ih. Razvoj je predstavio inženjer Douglad Clerk. Uređaj njegovog umotvorine sadržavao je dva cilindra. Jedan je bio radnik, a drugi je pumpao svježu seriju vojno-tehničke saradnje.

Deset godina kasnije pojavila se modifikacija s ispuhavanjem komore u kojoj više nije bilo ispušnog klipa. Ovaj motor dizajnirao je Joseph Day.

Paralelno s tim razvojem, Karl Benz je stvorio vlastitu plinsku jedinicu čiji se patent pojavio 1880. godine.

Dvotaktni pokretač, kako mu i samo ime kaže, u jednom zavoju radilice izvodi sve poteze potrebne za dovod i sagorevanje smeše vazduh-gorivo, kao i za uklanjanje proizvoda sagorevanja u ispušni sistem vozila . Ovu sposobnost pruža dizajnerska karakteristika jedinice.

Tokom jednog hoda klipa u cilindru izvode se dva hoda:

1. Kada je klip u donjoj mrtvoj točki, cilindar se pročišćava, odnosno uklanjaju se proizvodi sagorijevanja. Ovaj udar je omogućen unosom svježeg dijela BTC-a, koji istiskuje ispuh u ispušni trakt. Istog trenutka komora se napuni svježim dijelom VTS-a.
2. Dižući se do gornje mrtve točke, klip zatvara ulaz i izlaz, što osigurava kompresiju VTS-a u prostoru iznad klipa (bez ovog postupka nemoguće je efikasno sagorijevanje smjese i potreban izlaz snage). Istovremeno se dodatni dio smjese zraka i goriva usisava u šupljinu ispod klipa. Na TDC-u klipa nastaje iskra koja pali smjesu zrak / gorivo. Počinje radni udar.

Ovo ponavlja motorni ciklus. Ispada da se u dvotaktnom hodu svi potezi izvode u dva poteza klipa: dok se on kreće gore-dolje.

Uređaj dvotaktnog motora?

Klasični dvotaktni motor sa unutrašnjim sagorijevanjem sastoji se od:

• Carter. Ovo je glavni dio konstrukcije u kojem je radilica učvršćena kugličnim ležajevima. Ovisno o veličini grupe cilindra-klipa, na radilici će biti odgovarajući broj radilica.
• Klip. Ovo je komad u obliku stakla, koji je pričvršćen na klipnjaču, slično onom koji se koristi u četverotaktnim motorima. Ima žljebove za kompresijske prstenove. Učinkovitost jedinice tijekom sagorijevanja MTČ-a ovisi o gustini klipa, kao i kod ostalih tipova motora.
• Ulaz i izlaz. Izrađene su u samom kućištu motora sa unutrašnjim sagorijevanjem, gdje su povezani usisni i ispušni razvodnici. U takvom motoru ne postoji mehanizam za distribuciju plina, zbog čega su dvotaktni lagani.
• Ventil. Ovaj dio sprečava povratak smjese zraka i goriva u usisni kanal jedinice. Kada se klip digne, ispod njega se stvara vakuum koji pokreće klapnu kroz koju svježi dio BTC-a ulazi u šupljinu. Čim dođe do udara radnog takta (aktivirana je iskra i smjesa se zapalila, pomičući klip u donju mrtvu točku), ovaj se ventil zatvara.
• Kompresijski prstenovi. To su isti dijelovi kao u bilo kojem drugom motoru s unutarnjim sagorijevanjem. Njihove dimenzije odabiru se strogo prema dimenzijama određenog klipa.

Hofbauer dvotaktni dizajn

Zbog mnogih inženjerskih prepreka, ideju o korištenju dvotaktnih modifikacija u lakim vozilima sve donedavno nije bilo moguće primijeniti. U ovom pogledu napravljen je napredak 2010. godine. EcoMotors je dobio pristojnu investiciju od Billa Gatesa i Khosla Ventures-a. Razlog takvom otpadu bila je prezentacija originalnog bokserskog motora.

Iako takva modifikacija postoji već duže vrijeme, Peter Hofbauer stvorio je koncept dvotaktnog motora koji je djelovao poput klasičnog boksera. Tvrtka je svoj rad nazvala OROS (u prijevodu suprotstavljeni cilindri i suprotni klipovi). Takva jedinica može raditi ne samo na benzin, već i na dizel, ali programer se do sada zaustavio na krutom gorivu.

Ako uzmemo u obzir klasični dizajn dvotaktnog motora u tom svojstvu, tada se u teoriji može koristiti u sličnoj modifikaciji i instalirati na putničko vozilo sa 4 točka. Bilo bi moguće da nije bilo ekoloških standarda i visoke cijene goriva. Tokom rada konvencionalnog dvotaktnog motora sa unutrašnjim sagorevanjem, deo smeše vazduh-gorivo uklanja se kroz ispušni otvor tokom procesa pročišćavanja. Takođe, u procesu sagorijevanja BTC-a, gori ulje.

Uprkos velikom skepticizmu inženjera vodećih proizvođača automobila, Hofbauerov motor otvorio je mogućnost dvotaktnim udarcima da uđu ispod haube luksuznih automobila. Ako njegov razvoj uporedimo s klasičnim bokserom, tada je novi proizvod lakši za 30 posto, jer njegov dizajn ima manje dijelova. Takođe, jedinica pokazuje efikasnije stvaranje energije tokom rada u poređenju sa četverotaktnim bokserom (povećanje efikasnosti unutar 15-50 posto).

Prvi radni model dobio je oznaku EM100. Prema programeru, težina motora je 134 kg. Snaga mu je 325 ks, a obrtni moment 900 Nm.

Dizajn karakteristika novog boksera je da su dva klipa smještena u jednom cilindru. Postavljaju se na istu radilicu. Izgaranje VTS-a se događa između njih, zbog čega oslobođena energija istovremeno utječe na oba klipa. To objašnjava tako velik obrtni moment.

Suprotni cilindar je konfiguriran da djeluje asinhrono sa susjednim. To osigurava glatko okretanje radilice bez trzanja sa stabilnim obrtnim momentom.

U sljedećem videu Peter Hofbauer sam pokazuje kako radi njegov motor:

opoc engine kako to radi.mp4

Razmotrimo detaljnije njegovu unutrašnju strukturu i opću shemu rada.

Turbopunjač

Turbo punjenje osigurava rotor, na čije je vratilo ugrađen elektromotor. Iako će djelomično raditi iz struje ispušnih plinova, elektronički nabijeno rotor omogućuje rotoru brže ubrzanje i stvaranje tlaka zraka. Da bi nadoknadio potrošnju energije vrtnje radnog kola, uređaj generira električnu energiju kada su lopatice izložene ispušnom pritisku. Elektronika takođe kontrolira protok ispušnih plinova kako bi smanjila zagađenje.

Ovaj element u inovativnom dvotaktnom je prilično kontroverzan. Da bi brzo stvorio potreban pritisak zraka, elektromotor će potrošiti pristojnu količinu energije. Da bi to postigao, budući automobil koji će koristiti ovu tehnologiju morat će biti opremljen efikasnijim generatorom i baterijama povećanog kapaciteta.

Do danas je efikasnost električnog punjenja još uvijek na papiru. Proizvođač tvrdi da ovaj sistem poboljšava pročišćavanje cilindara, istovremeno maksimizirajući prednosti dvotaktnog ciklusa. U teoriji, ova instalacija vam omogućuje udvostručavanje kapaciteta jedinice od litre u usporedbi s četverotaktnim kolegama.

Uvođenje takve opreme definitivno će poskupiti elektranu, zbog čega je i dalje jeftinije koristiti snažni i proždrljivi klasični motor s unutrašnjim sagorijevanjem od novog laganog boksera.

Čelične klipnjače

Po svom dizajnu jedinica podseća na TDF motore. Samo u ovoj modifikaciji suprotni klipovi ne pokreću dvije radilice, već jednu zbog dugih klipnjača vanjskih klipova.

Vanjski klipovi u motoru postavljeni su na dugačkim čeličnim klipnjačama koje su povezane s radilicom. Nije smješten na rubovima, kao u klasičnoj modifikaciji boksera, koja se koristi u vojnoj opremi, već između cilindara.

Unutarnji elementi također su povezani s mehanizmom ručice. Takav uređaj omogućava vam da iz procesa sagorijevanja smjese zrak-gorivo izvučete više energije. Motor se ponaša kao da ima radilice koje osiguravaju povećani hod klipa, ali osovina je kompaktna i lagana.

Radilica

Hofbauerov motor ima modularni dizajn. Elektronika može isključiti neke cilindre, tako da automobil može biti ekonomičniji kada je ICE pod minimalnim opterećenjem (na primjer, pri krstarenju ravnom cestom).

U četverotaktnim motorima sa direktnim ubrizgavanjem (za detalje o vrstama sistema ubrizgavanja pročitajte u drugoj recenziji) isključivanje cilindara osigurava se zaustavljanjem dovoda goriva. U ovom slučaju, klipovi se i dalje kreću u cilindrima zbog rotacije radilice. Oni jednostavno ne sagorevaju gorivo.

Što se tiče inovativnog razvoja Hofbauera, isključivanje para cilindara osigurava posebna spojka postavljena na radilici između odgovarajućih parova cilindra-klipa. Kad je modul odspojen, kvačilo jednostavno odspoji onaj dio radilice koji je odgovoran za ovaj odjeljak.

Budući da će pomični klipovi u klasičnom dvotaktnom motoru sa unutrašnjim sagorijevanjem u praznom hodu i dalje usisavati svježi dio VTS-a, u ovoj modifikaciji ovaj modul prestaje raditi potpuno (klipovi ostaju imobilizirani). Čim se opterećenje pogonske jedinice poveća, u određenom trenutku spojka povezuje neaktivni dio radilice i motor povećava snagu.

Cilindar

U procesu ventilacije cilindara klasični dvotaktni ventili emitiraju dio neizgorene smjese u atmosferu. Zbog toga vozila opremljena takvom pogonskom jedinicom ne mogu zadovoljiti ekološke standarde.

Da bi ispravio ovaj nedostatak, programer dvotaktnog suprotstavljenog motora dizajnirao je poseban dizajn cilindara. Oni također imaju ulaz i izlaz, ali njihovo pozicioniranje smanjuje emisije.

Kako radi dvotaktni motor sa unutrašnjim sagorijevanjem

Posebnost klasične dvotaktne modifikacije je da su radilica i klip u šupljini ispunjenoj mješavinom zraka i goriva. Na dovodu je ugrađen ulazni ventil. Njegovo prisustvo vam omogućava stvaranje pritiska u šupljini ispod klipa kada se počne kretati prema dolje. Ova glava ubrzava pražnjenje cilindara i uklanjanje ispušnih plinova.

Kako se klip kreće unutar cilindra, on naizmjenično otvara / zatvara ulaz i izlaz. Iz tog razloga, karakteristike dizajna jedinice omogućavaju da se ne koristi mehanizam za distribuciju plina.

Da se elementi trljanja ne bi pretjerano istrošili, potrebno je visokokvalitetno podmazivanje. Budući da ovi motori imaju jednostavnu strukturu, lišeni su složenog sistema podmazivanja koji bi dovodio ulje u svaki dio motora s unutrašnjim sagorijevanjem. Iz tog se razloga gorivu dodaje malo motornog ulja. Za to se koristi posebna marka za dvotaktne jedinice. Ovaj materijal mora zadržati mazivost na visokim temperaturama, a kada gori zajedno s gorivom, ne smije ostavljati naslage ugljika.

Iako dvotaktni motori nisu našli široku primjenu u automobilima, istorija poznaje razdoblja kada su se takvi motori nalazili ispod haube nekih kamiona (!). Primjer za to je YaAZ dizel pogonska jedinica.

1947. godine na sedmotonske kamione YaAZ-7 i YaAZ-200 ugrađen je linijski 205-cilindrični dizelski motor ovog dizajna. Uprkos velikoj težini (oko 4 kg), jedinica je imala niže vibracije od mnogih motora sa unutrašnjim sagorijevanjem domaćih putničkih automobila. Razlog je taj što uređaj ove modifikacije uključuje dvije osovine koje se sinhrono okreću. Ovaj mehanizam za uravnoteženje prigušio je većinu vibracija u motoru, što bi brzo raspršilo drvenu karoseriju kamiona.

Više detalja o radu dvotaktnih motora opisano je u sljedećem videu:

2 TAKT. Pokušajmo razumjeti ...

Gdje je potreban dvotaktni motor?

Uređaj dvotaktnog motora jednostavniji je od četverotaktnog analoga, zbog čega se koriste u onim industrijama u kojima su težina i zapremina važniji od potrošnje goriva i ostalih parametara.

Dakle, ovi motori su instalirani na lakim kosilicama za travu na točkovima i ručnim trimerima za vrtlare. Držanje teškog motora u rukama vrlo otežava rad u vrtu. Isti koncept se može pratiti u proizvodnji motornih testera.

Njegova efikasnost također ovisi o težini vodenog i zračnog transporta, pa proizvođači kompromitiraju veliku potrošnju goriva kako bi stvorili lakše konstrukcije.

Međutim, 2-tatnici se koriste ne samo u poljoprivrednim i nekim vrstama aviona. U auto / moto sportovima težina je jednako važna kao i u jedrilicama ili kosilicama. Da bi se automobil ili motocikl razvijao velikom brzinom, dizajneri, stvarajući takva vozila, koriste lagane materijale. Opisani su detalji od kojih su materijala napravljene karoserije ovdje... Iz tog razloga ovi motori imaju prednost nad teškim i tehnički složenim četverotaktnim kolegama.

Evo malog primjera efikasnosti dvotaktne modifikacije motora s unutrašnjim sagorijevanjem u sportu. Od 1992. neki su motocikli koristili japansku četverocilindričnu dvotaktnu motoru V-tipa Honde NSR4 na moto utrkama MottoGP. Sa zapreminom od 500 litara, ova jedinica je razvijala 0.5 konjskih snaga, a radilica se okretala do 200 hiljada okretaja u minuti.

Obrtni moment iznosi 106 Nm. dostigla već 11.5 hiljada. Najveća brzina koju je takvo dijete moglo razviti bila je više od 320 kilometara na sat (ovisno o težini jahača). Težina samog motora bila je samo 45 kg. Jedan kilogram težine vozila čini gotovo jednu i po konjsku snagu. Većina sportskih automobila zavidjet će na ovom omjeru snage i težine.

Usporedba dvotaktnog i četverotaktnog motora

Pitanje je zašto onda mašina ne može imati tako produktivnu jedinicu? Prvo, klasični dvotaktni motor je najisplativija jedinica od svih koji se koriste u vozilima. Razlog tome su osobitosti puhanja i punjenja cilindra. Drugo, što se tiče trkačkih modifikacija poput Honde NSR500, zbog visokih okretaja, radni vijek jedinice je vrlo mali.

Prednosti dvotaktne jedinice u odnosu na četverotaktni analog uključuju:

• Sposobnost uklanjanja snage iz jednog okretaja radilice je 1.7-XNUMX puta veća od one koju proizvodi klasični motor s mehanizmom za distribuciju plina. Ovaj parametar je od veće važnosti za brodsku tehnologiju malih brzina i klipne modele aviona.
• Zbog karakteristika dizajna, motor sa unutrašnjim sagorijevanjem ima manje dimenzije i težinu. Ovaj je parametar vrlo važan za laka vozila kao što su skuteri. Prije su takve jedinice snage (obično njihova zapremina nije prelazila 1.7 litara) bile instalirane u malim automobilima. U takvim modifikacijama osigurano je puhanje radilice. Neki modeli kamiona bili su opremljeni i dvotaktnim motorima. Obično je zapremina takvih motora sa unutrašnjim sagorijevanjem bila najmanje 4.0 litre. Puhanje u takvim modifikacijama izvedeno je tipom direktnog protoka.
• Njihovi se dijelovi manje troše, jer pokretni elementi, da bi postigli isti efekt kao kod 4-taktnih analoga, izvode dvostruko manje pokreta (dva poteza se kombiniraju u jednom hodu klipa).

4-taktni motor

Uprkos ovim prednostima, dvotaktna modifikacija motora ima značajne nedostatke zbog kojih još nije praktično koristiti je u automobilima. Neke od ovih nedostataka:

• Modeli karburatora rade s gubitkom svježeg punjenja VTS-a tijekom pročišćavanja komore cilindra.
• U četverotaktnoj verziji ispušni plinovi se uklanjaju u većoj mjeri nego u razmatranom analognom. Razlog je taj što u dvotaktnom hodu klip ne dolazi do gornje mrtve točke tijekom pročišćavanja, a taj je postupak osiguran samo tijekom njegovog malog hoda. Zbog toga dio smjese zraka i goriva ulazi u ispušni trakt, a više ispušnih plinova ostaje u samom cilindru. Kako bi smanjili količinu neizgorjelog goriva u ispušnim plinovima, moderni proizvođači razvili su modifikacije sa sistemom ubrizgavanja, ali čak i u ovom slučaju nemoguće je potpuno ukloniti ostatke sagorijevanja iz cilindra.
• Ovi motori troše više snage u poređenju sa četverotaktnim verzijama identičnog obujma.
• Turbopunjači visokih performansi koriste se za pročišćavanje cilindara u ubrizgavajućim motorima. U takvim motorima zrak se troši jedan i po do dva puta više. Iz tog razloga je potrebna ugradnja posebnih filtera za zrak.
• Dvotaktni uređaj stvara više buke pri postizanju maksimalnih okretaja u minuti.
• Puše jače.
• Pri niskim okretajima generiraju jake vibracije. U tom pogledu nema razlike kod jednocilindričnih motora s četvero i dvotaktnim motorom.

Što se tiče trajnosti dvotaktnih motora, postoji mišljenje da oni brže propadaju zbog lošeg podmazivanja. Ali, ako ne uzmete u obzir jedinice za sportske motocikle (visoki okretaji brzo onemogućuju dijelove), tada u mehanici djeluje ključno pravilo: što je jednostavniji dizajn mehanizma, to će duže trajati.

Četvorotaktni motori imaju veći broj sitnih dijelova, posebno u mehanizmu za distribuciju plina (pročitajte kako funkcionira razvod ventila ovdje), koji se mogu prekinuti u bilo kojem trenutku.

Kao što vidite, razvoj motora sa unutrašnjim sagorijevanjem do sada nije stao, pa će ko zna kakav proboj na ovom području napraviti inženjeri. Pojava novog razvoja dvotaktnog motora daje nadu da će u bliskoj budućnosti automobili biti opremljeni lakšim i efikasnijim pogonskim agregatima.

U zaključku predlažemo da pogledamo još jednu modifikaciju dvotaktnog motora s klipovima koji se kreću jedan prema drugom. Istina, ovu tehnologiju ne možemo nazvati inovativnom, kao u verziji Hofbauer, jer su se takvi motori s unutrašnjim sagorijevanjem počeli koristiti još 1930-ih u vojnoj opremi. Međutim, za laka vozila takvi dvotaktni motori još nisu korišteni:

Zapanjujući Counter Traffic Engine 2018

Pitanja i odgovori:

Šta znači 2-taktni motor? Za razliku od 4-taktnog motora, svi takti se izvode u jednom obrtaju radilice (dva takta se izvode u jednom taktu klipa). U njemu se kombinuje proces punjenja cilindra i ventilacije.

Kako se podmazuje dvotaktni motor? Sve unutrašnje površine motora koje trljaju podmazane su uljem u gorivu. Stoga se ulje u takvom motoru mora stalno dolijevati.

Kako radi 2-taktni motor? Kod ovog motora sa unutrašnjim sagorevanjem jasno su izražena dva takta: kompresija (klip se pomera u TDC i postepeno zatvara prvo odzračivanje, a zatim izduvni otvor) i radni hod (nakon paljenja BTC-a, klip se pomera u BDC, otvaranje istih portova za pročišćavanje).