Kaksitahtimoottori autossa

Automaailmassa on tapahtunut paljon voimansiirtokehitystä. Jotkut heistä jäivät ajoissa johtuen siitä, että suunnittelijalla ei ollut keinoja kehittää edelleen hänen aivokaluaan. Toiset osoittautuivat tehottomiksi, joten tällaisella kehityksellä ei ollut lupaavaa tulevaisuutta.

Klassisen linja- tai V-muotoisen moottorin lisäksi valmistajat valmistivat myös muita malleja sisältäviä autoja. Joidenkin mallien konepellin alla voit nähdä Wankelin moottori, nyrkkeilijä (tai nyrkkeilijä), vetymoottori. Jotkut autovalmistajat voivat edelleen käyttää tällaisia ​​eksoottisia voimansiirtoja malleissaan. Näiden muutosten lisäksi historia tuntee useita onnistuneempia ei-standardimoottoreita (jotkut niistä ovat erillinen artikkeli).

Puhutaan nyt sellaisesta moottorista, jolla melkein kukaan autoilijoista ei törmää, ellei puhu tarpeesta leikata ruohoa ruohonleikkurilla tai kaataa puu moottorisahalla. Tämä on kaksitahtinen voimayksikkö. Pohjimmiltaan tämän tyyppistä polttomoottoria käytetään moottoriajoneuvoissa, säiliöissä, männän lentokoneissa jne., Mutta erittäin harvoin autoissa.

Kaksitahtimoottorit ovat myös erittäin suosittuja moottoriurheilussa, koska näillä yksiköillä on merkittäviä etuja. Ensinnäkin heillä on valtava voima pieneen siirtymään. Toiseksi, yksinkertaistetun rakenteensa ansiosta nämä moottorit ovat kevyitä. Nämä tekijät ovat erittäin tärkeitä urheilullisille kaksipyöräisille.

Harkitse tällaisten muutosten laitteen ominaisuuksia ja sitä, onko niitä mahdollista käyttää autoissa.

Mikä on kaksitahtimoottori?

Ensimmäistä kertaa patentti kaksitahtisen polttomoottorin luomisesta ilmestyi 1880-luvun alussa. Kehityksen esitteli insinööri Douglad Clerk. Aivopojan laitteeseen kuului kaksi sylinteriä. Yksi oli työntekijä, ja toinen pumpasi uutta erää sotilaallis-teknistä yhteistyötä.

Kymmenen vuoden kuluttua ilmestyi modifikaatio kammion puhalluksella, jossa ei enää ollut poistomäntä. Tämän moottorin on suunnitellut Joseph Day.

Näiden kehitysten rinnalla Karl Benz loi oman kaasuyksikön, jonka valmistamista varten patentti ilmestyi vuonna 1880.

Kaksitahtinen dvigun, kuten nimestään käy ilmi, suorittaa kampiakselin yhdellä kierroksella kaikki tarvittavat iskut ilman ja polttoaineen seoksen syöttämiseen ja palamiseen sekä palamistuotteiden poistamiseen ajoneuvon pakojärjestelmään. . Tämän kyvyn tarjoaa yksikön suunnitteluominaisuus.

Yhden sylinterin männän iskun aikana suoritetaan kaksi iskua:

1. Kun mäntä on alimmassa kuollussa, sylinteri puhdistetaan, ts. Palamistuotteet poistetaan. Tämä aivohalvaus varmistetaan ottamalla uusi BTC-osa, joka syrjäyttää pakokaasun pakoputkeen. Samanaikaisesti kammio täytetään tuoreella osalla VTS: ää.
2. Ylimpään umpikujaan nouseva mäntä sulkee tulo- ja poistoaukon, mikä varmistaa BTC: n puristumisen männän yläpuolella olevaan tilaan (ilman tätä prosessia seoksen tehokas palaminen ja voimayksikön vaadittu lähtö ovat mahdottomia). Samanaikaisesti imetään ylimääräinen osa ilman ja polttoaineen seoksesta männän alla olevaan onteloon. Männän TDC: ssä syntyy kipinä, joka sytyttää ilman ja polttoaineen seoksen. Työisku alkaa.

Tämä toistaa moottoripyörän. On käynyt ilmi, että kaksitahtisissa kaikki iskut suoritetaan männän kahdella iskulla: samalla kun se liikkuu ylös ja alas.

Kaksitahtimoottorin laite?

Klassinen kaksitahtinen polttomoottori koostuu:

• Carter. Tämä on rakenteen pääosa, jossa kampiakseli on kiinnitetty kuulalaakereilla. Sylinteri-männäryhmän koosta riippuen kampiakselissa on vastaava määrä kampia.
• Mäntä. Tämä on lasin muotoinen kappale, joka on kiinnitetty kiertotankoon, samanlainen kuin nelitahtimoottoreissa. Siinä on uria puristusrenkaille. Yksikön hyötysuhde MTC: n palamisen aikana riippuu männän tiheydestä, kuten muuntyyppisissä moottoreissa.
• Tulo- ja poistoaukko. Ne tehdään itse polttomoottorin koteloon, johon imu- ja pakosarjat on kytketty. Tällaisessa moottorissa ei ole kaasunjakomekanismia, minkä vuoksi kaksitahtiset ovat kevyitä.
• Venttiili. Tämä osa estää ilman / polttoaineseoksen heittämisen takaisin yksikön imuputkeen. Kun mäntä nousee, sen alle syntyy tyhjiö, joka liikuttaa läppää, jonka läpi uusi osa BTC: tä tulee onteloon. Heti kun työiskun isku on tapahtunut (kipinä laukaistiin ja seos syttyi, siirtäen männän pohjaan umpikujaan), tämä venttiili sulkeutuu.
• Puristusrenkaat. Nämä ovat samat osat kuin muissakin polttomoottoreissa. Niiden mitat valitaan tiukasti tietyn männän mittojen mukaan.

Hofbauer kaksitahtinen muotoilu

Monien teknisten esteiden takia ajatus kaksitahtimuutosten käytöstä henkilöautoissa ei ole ollut mahdollista viime aikoihin asti. Vuonna 2010 saavutettiin läpimurto tältä osin. EcoMotors sai kunnollisen investoinnin Bill Gatesilta ja Khosla Venturesilta. Syynä tällaiseen jätteeseen oli alkuperäisen nyrkkeilijän moottorin esittely.

Vaikka tällainen muunnos on ollut olemassa jo kauan, Peter Hofbauer loi kaksitahtisen konseptin, joka toimi klassisen nyrkkeilijän periaatteella. Yritys kutsui työtään OROS: ksi (käännettynä vastakkaisiin sylintereihin ja vastakkaisiin mäntiin). Tällainen yksikkö voi toimia paitsi bensiinillä myös dieselillä, mutta kehittäjä on toistaiseksi asettunut kiinteään polttoaineeseen.

Jos otetaan huomioon kaksitahtisen klassinen muotoilu tässä kapasiteetissa, niin teoriassa sitä voidaan käyttää vastaavassa modifikaatiossa ja asentaa 4-pyöräiseen henkilöautoon. Se olisi mahdollista, ellei olisi ympäristönormeja ja korkeita polttoainekustannuksia. Tavanomaisen kaksitahtisen polttomoottorin käytön aikana osa ilman ja polttoaineen seoksesta poistetaan pakokaasun kautta puhdistusprosessin aikana. Myös BTC: n palamisprosessissa öljy poltetaan.

Huolimatta johtavien autovalmistajien insinöörien suuresta epäilystä, Hofbauer-moottori avasi kaksitahtisen mahdollisuuden päästä luksusautojen konepellin alle. Jos verrataan sen kehitystä klassiseen nyrkkeilijään, uusi tuote on 30 prosenttia kevyempi, koska sen muotoilussa on vähemmän osia. Yksikkö osoittaa myös tehokkaampaa energiantuotantoa käytön aikana verrattuna nelitahtiseen nyrkkeilijään (tehokkuuden nousu 15-50 prosentin sisällä).

Ensimmäinen toimiva malli sai EM100-merkinnän. Kehittäjän mukaan moottorin paino on 134 kg. Sen teho on 325 hv ja vääntömomentti 900 Nm.

Uuden nyrkkeilijän suunnitteluominaisuus on, että kaksi mäntää sijaitsee yhdessä sylinterissä. Ne on asennettu samalle kampiakselille. VTS: n palaminen tapahtuu niiden välillä, minkä vuoksi vapautunut energia vaikuttaa samanaikaisesti molempiin mäntiin. Tämä selittää niin suuren vääntömomentin.

Vastakkainen sylinteri on konfiguroitu siten, että se laukeaa asynkronisesti viereisen kanssa. Tämä takaa kampiakselin tasaisen pyörimisen nykimättä vakaalla vääntömomentilla.

Seuraavassa videossa Peter Hofbauer itse osoittaa, kuinka hänen moottorinsa toimii:

opoc-moottori miten se toimii .mp4

Tarkastellaan tarkemmin sen sisäistä rakennetta ja yleistä työn rakennetta.

Turbocharging

Turboahtimen saa aikaan siipipyörä, jonka akselille on asennettu sähkömoottori. Vaikka se kulkee osittain pakokaasuvirrasta, siipipyörän elektroninen lataaminen antaa juoksupyörän kiihtyä nopeammin ja tuottaa ilmanpainetta. Juoksupyörän pyörimisen energiankulutuksen kompensoimiseksi laite tuottaa sähköä, kun teriin kohdistuu pakokaasupaine. Elektroniikka ohjaa myös pakokaasuvirtausta ympäristön pilaantumisen vähentämiseksi.

Tämä osa innovatiivisessa kaksitahtisessa on melko kiistanalainen. Tarvittavan ilmanpaineen luomiseksi nopeasti sähkömoottori kuluttaa kunnollisen määrän energiaa. Tätä varten tuleva auto, joka käyttää tätä tekniikkaa, on varustettava tehokkaammalla generaattorilla ja kasvaneilla akuilla.

Vuodesta lähtien sähköisen ahtamisen tehokkuus on edelleen paperilla. Valmistaja väittää, että tämä järjestelmä parantaa sylinterin puhdistusta ja maksimoi kaksitahtisen syklin edut. Teoriassa tämän asennuksen avulla voit kaksinkertaistaa yksikön litran tilavuuden verrattuna nelitahtisiin vastaaviin.

Tällaisten laitteiden käyttöönotto tekee varmasti voimalaitoksen kalliimmaksi, minkä vuoksi on edelleen edullisempaa käyttää voimakasta ja ahmeaa klassista polttomoottoria kuin uutta kevyttä nyrkkeilijää.

Teräksiset sauvat

Suunnittelultaan yksikkö muistuttaa TDF-moottoreita. Vain tässä modifikaatiossa vastamännät eivät liikkeessä kahta kampiakselia, vaan yhden ulkoisten mäntien pitkien kiertokankien ansiosta.

Moottorin ulommat männät on asennettu pitkiin teräsvipuihin, jotka on kytketty kampiakseliin. Se ei sijaitse reunoilla, kuten klassisessa nyrkkeilijän modifikaatiossa, jota käytetään sotatarvikkeissa, vaan sylinterien välissä.

Sisäosat on myös kytketty kammen mekanismiin. Tällaisen laitteen avulla voit saada enemmän energiaa ilman ja polttoaineen seoksen palamisprosessista. Moottori käyttäytyy ikään kuin sillä olisi kampia, jotka lisäävät männän iskua, mutta akseli on kompakti ja kevyt.

Kampiakseli

Hofbauer-moottori on modulaarinen. Elektroniikka pystyy sammuttamaan osan sylintereistä, jotta auto voi olla taloudellisempi, kun ICE on pienellä kuormituksella (esimerkiksi matkalle ajettaessa tasaisella tiellä).

Nelitahtimoottoreissa, joissa on suoraruiskutus (lisätietoja ruiskutusjärjestelmien tyypistä, lue toisessa arvostelussa) sylinterien pysäytys varmistetaan pysäyttämällä polttoaineen syöttö. Tässä tapauksessa männät liikkuvat edelleen sylinterissä kampiakselin pyörimisen takia. Ne vain eivät polta polttoainetta.

Hofbauerin innovatiivisen kehityksen osalta sylinteriparin pysäytys varmistetaan erityisellä kytkimellä, joka on asennettu kampiakseliin vastaavien sylinterimäntäparien väliin. Kun moduuli irrotetaan, kytkin irrottaa yksinkertaisesti tämän osan kampiakselin osan.

Koska klassisen kaksitahtisen polttomoottorin mäntien liikkuminen tyhjäkäynnillä imee edelleen uutta osaa VTS: stä, tässä modifikaatiossa tämä moduuli lakkaa toimimasta kokonaan (männät pysyvät paikallaan). Heti kun voimayksikön kuorma kasvaa, kytkin yhdistää tietyllä hetkellä kampiakselin käyttämättömän osan ja moottori lisää tehoa.

sylinteri

Sylinterin ilmanvaihdon aikana klassiset kaksitahtiventtiilit päästävät osan palamattomasta seoksesta ilmakehään. Tämän vuoksi tällaisella voimayksiköllä varustetut ajoneuvot eivät pysty täyttämään ympäristöstandardeja.

Tämän puutteen korjaamiseksi kaksitahtisen vastakkaisen moottorin kehittäjä on suunnitellut erityisen sylinterirakenteen. Heillä on myös sisään- ja ulostuloja, mutta niiden sijainti vähentää haitallisia päästöjä.

Kaksitahtisen polttomoottorin toiminta

Klassisen kaksitahtimuutoksen erikoisuus on, että kampiakseli ja mäntä ovat ontelossa, joka on täynnä ilma-polttoaineseosta. Tuloventtiili on asennettu tuloaukkoon. Sen läsnäolo antaa sinun luoda painetta männän alla olevaan onteloon, kun se alkaa liikkua alaspäin. Tämä pää nopeuttaa sylinterin puhdistusta ja pakokaasujen poistoa.

Kun mäntä liikkuu sylinterin sisällä, se avaa / sulkee vuorotellen tulo- ja poistoaukot. Tästä syystä yksikön suunnitteluominaisuudet tekevät mahdolliseksi olla käyttämättä kaasunjakomekanismia.

Jotta hankauselementit eivät kulu liikaa, ne tarvitsevat korkealaatuista voitelua. Koska näillä moottoreilla on yksinkertainen rakenne, niiltä puuttuu monimutkainen voitelujärjestelmä, joka toimisi öljyä jokaiseen polttomoottorin osaan. Tästä syystä polttoaineeseen lisätään moottoriöljyä. Tätä varten kaksitahtilaitteille käytetään erityistä tuotemerkkiä. Tämän materiaalin on säilytettävä voitelevuus korkeissa lämpötiloissa, ja poltettuna yhdessä polttoaineen kanssa se ei saa jättää hiilikerrostumia.

Vaikka kaksitahtimoottoreita ei käytetty laajalti autoissa, historia tietää aikoja, jolloin tällaiset moottorit sijaitsivat joidenkin kuorma-autojen konepellin alla (!). Esimerkki tästä on YaAZ-dieselmoottori.

Vuonna 1947 7-tonnisiin kuorma-autoihin YaAZ-200 ja YaAZ-205 asennettiin tämän muotoinen 4-sylinterinen dieselmoottori. Suuresta painosta (noin 800 kg) huolimatta yksikön tärinä oli pienempi kuin monien kotimaisten henkilöautojen polttomoottoreiden. Syynä on, että tämän muunnoksen laitteessa on kaksi akselia, jotka pyörivät synkronisesti. Tämä tasapainotusmekanismi vaimentaa suurimman osan moottorin tärinästä, mikä murenisi nopeasti puisen kuorma-auton rungon.

Lisätietoja kaksitahtimoottoreiden toiminnasta on kuvattu seuraavassa videossa:

2 TACT. Yritetään ymmärtää ...

Missä kaksitahtimoottoria tarvitaan?

Kaksitahtimoottorin laite on yksinkertaisempi kuin nelitahtinen analoginen, minkä vuoksi niitä käytetään aloilla, joilla paino ja tilavuus ovat tärkeämpiä kuin polttoaineenkulutus ja muut parametrit.

Joten nämä moottorit asennetaan kevyisiin pyörillä varustettuihin ruohonleikkureihin ja puutarhureille tarkoitettuihin trimmeriin. Raskaan moottorin pitäminen käsissäsi tekee puutarhassa työskentelemisestä erittäin vaikeaa. Sama käsite voidaan jäljittää moottorisahojen valmistuksessa.

Sen tehokkuus riippuu myös veden ja lentoliikenteen painosta, joten valmistajat tekevät kompromisseja korkealla polttoaineenkulutuksella kevyempien rakenteiden luomiseksi.

2-tatnikeja ei kuitenkaan käytetä vain maataloudessa ja tietyntyyppisissä lentokoneissa. Auto / motto-urheilussa paino on yhtä tärkeä kuin purjelentokoneissa tai ruohonleikkureissa. Jotta auto tai moottoripyörä kehittyisi nopeasti, suunnittelijat, jotka luovat tällaisia ​​ajoneuvoja, käyttävät kevyitä materiaaleja. Yksityiskohtaiset tiedot siitä, mistä materiaaleista auton korit on valmistettu, on kuvattu täällä... Tästä syystä näillä moottoreilla on etu raskaisiin ja teknisesti monimutkaisiin nelitahtivetoihin verrattuna.

Tässä on pieni esimerkki polttomoottorin kaksitahtimuutoksen tehokkuudesta urheilussa. Vuodesta 1992 lähtien jotkut moottoripyörät ovat käyttäneet japanilaista Honda NSR4 500-sylinteristä V-twin-moottoria MottoGP-moottoripyöräkilpailuissa. Tämän tilavuuden ollessa 0.5 litraa tämä yksikkö kehitti 200 hevosvoimaa ja kampiakseli pyöri jopa 14 tuhatta kierrosta minuutissa.

Vääntömomentti on 106 Nm. oli jo 11.5 tuhatta. Huippunopeus, jonka tällainen lapsi pystyi kehittämään, oli yli 320 kilometriä tunnissa (riippuen ratsastajan painosta). Itse moottorin paino oli vain 45 kg. Kilogramma ajoneuvon painoa on lähes puolitoista hevosvoimaa. Useimmat urheiluautot kadehtivat tämän teho-painosuhteen.

Kaksitahtimoottorin ja nelitahtimoottorin vertailu

Kysymys on, miksi koneella ei voi olla tällaista tuottavaa yksikköä? Ensinnäkin, klassinen kaksitahtinen on tuhlaavin yksikkö kaikista ajoneuvoissa käytetyistä. Syynä tähän ovat sylinterin puhdistuksen ja täyttämisen erityispiirteet. Toiseksi, kuten Honda NSR500: n kaltaisissa kilpa-modifikaatioissa, korkeiden kierroslukujen vuoksi yksikön käyttöikä on hyvin pieni.

Kaksitahtisen yksikön etuja nelitahtiseen analogiin verrattuna ovat:

• Kyky poistaa teho kampiakselin yhdestä kierroksesta on 1.7-XNUMX kertaa suurempi kuin klassisen moottorin, jolla on kaasunjakomekanismi. Tällä parametrilla on suurempi merkitys hitaalla nopeudella liikennöivissä meritekniikoissa ja männän lentokonemalleissa.
• Polttomoottorin suunnitteluominaisuuksien vuoksi sen mitat ja paino ovat pienemmät. Tämä parametri on erittäin tärkeä kevyille ajoneuvoille, kuten skoottereille. Aikaisemmin tällaiset voimayksiköt (yleensä niiden tilavuus ei ylittänyt 1.7 litraa) asennettiin pieniin autoihin. Tällaisissa muunnoksissa saatiin aikaan kammion kammion puhallus. Joissakin kuorma-autoissa oli myös kaksitahtimoottorit. Tavallisesti tällaisten polttomoottoreiden tilavuus oli vähintään 4.0 litraa. Puhallus tällaisissa muunnoksissa suoritettiin suoravirtaustyypillä.
• Niiden osat kuluvat vähemmän, koska liikkuvat elementit, saavuttaakseen saman vaikutuksen kuin nelitahtiset analogit, suorittavat kaksi kertaa vähemmän liikettä (kaksi iskua yhdistetään yhdessä männän iskussa).

4-tahtimoottori

Näistä eduista huolimatta kaksitahtimoottorimodifikaatiolla on merkittäviä haittoja, minkä vuoksi sitä ei ole vielä käytännöllistä käyttää autossa. Jotkut näistä haitoista:

• Kaasuttimen mallit toimivat menetettäessä VTS: n uusi lataus sylinterikammion puhdistuksen aikana.
• Nelitahtisessa versiossa pakokaasut poistetaan enemmän kuin tarkastellussa analogissa. Syynä on se, että 4-tahtitilassa mäntä ei saavuta ylintä kuollutta tilaa puhdistuksen aikana, ja tämä prosessi varmistetaan vain sen pienen iskun aikana. Tämän vuoksi osa ilman ja polttoaineen seoksista pääsee pakoputkeen, ja enemmän pakokaasuja jää itse sylinteriin. Pakokaasun polttamattoman polttoaineen määrän vähentämiseksi nykyaikaiset valmistajat ovat kehittäneet muutoksia ruiskutusjärjestelmällä, mutta jopa tässä tapauksessa on mahdotonta poistaa palamisjäännöksiä sylinteristä.
• Nämä moottorit ovat enemmän nälkäisiä verrattuna saman tahtimäärän nelitahtisiin versioihin.
• Suorituskykyisiä turboahtimia käytetään ruiskutusmoottoreiden sylinterien puhdistamiseen. Tällaisissa moottoreissa ilmaa kuluu puolitoista - kaksi kertaa enemmän. Tästä syystä tarvitaan erityiset ilmansuodattimet.
• 2-tahtiyksikkö tuottaa enemmän melua saavutettaessa suurimman kierrosluvun.
• He tupakoivat kovemmin.
• Pienillä kierroksilla ne tuottavat voimakasta tärinää. Tässä suhteessa ei ole eroa yksisylinterisissä moottoreissa, joissa on neljä ja kaksi iskua.

Kaksitahtimoottoreiden kestävyydestä uskotaan, että heikon voitelun vuoksi ne epäonnistuvat nopeammin. Mutta jos et ota huomioon urheilumoottoripyörien yksiköitä (korkeat kierrokset poistavat osat nopeasti käytöstä), mekaniikassa toimii keskeinen sääntö: mitä yksinkertaisempi mekanismin muotoilu on, sitä pidempään se kestää.

4-tahtimoottoreissa on enemmän pieniä osia, erityisesti kaasunjakomekanismissa (lue venttiilin ajoituksen toimintaohjeet) täällä), joka voi rikkoutua milloin tahansa.

Kuten näette, polttomoottoreiden kehitys ei ole pysähtynyt tähän asti, joten kuka tietää, minkä läpimurron insinöörit tekevät tällä alalla. Kaksitahtimoottorin uusi kehitys antaa toivoa, että lähitulevaisuudessa autot varustetaan kevyemmillä ja tehokkaammilla voimansiirroilla.

Lopuksi ehdotamme, että tarkastellaan toista muunnosta kaksitahtimoottorista, jossa männät liikkuvat toisiaan kohti. Tätä tekniikkaa ei voida totta kutsua innovatiiviseksi, kuten Hofbauer-versiossa, koska tällaisia ​​polttomoottoreita alettiin käyttää jo 1930-luvulla sotatarvikkeissa. Kevyissä ajoneuvoissa tällaisia ​​kaksitahtimoottoreita ei kuitenkaan ole vielä käytetty:

Upea vastaliikennemoottori 2018

Kysymyksiä ja vastauksia:

Mitä tarkoittaa 2-tahtimoottori? Toisin kuin 4-tahtisessa moottorissa, kaikki iskut suoritetaan yhdellä kampiakselin kierroksella (kaksi iskua suoritetaan yhdessä männän iskussa). Siinä sylinterin täyttö- ja tuuletusprosessi yhdistetään.

Miten kaksitahtimoottori voidellaan? Kaikki hankaavat moottorin sisäpinnat voidellaan polttoaineessa olevalla öljyllä. Siksi tällaisen moottorin öljyä on lisättävä jatkuvasti.

Kuinka 2-tahtimoottori toimii? Tässä polttomoottorissa kaksi tahtia ilmaistaan ​​selvästi: puristus (mäntä siirtyy TDC:hen ja sulkee vähitellen ensin tyhjennys- ja sitten pakoaukon) ja työtahti (BTC:n sytytyksen jälkeen mäntä siirtyy BDC:hen, avaamalla samat portit puhdistamista varten).