- Процес роботи двигуна
- Види газорозподільної системи
- контурна продування
- П- або Л-образна продування
- Клапанна або клапанно-щілинна продування
- прямоточная продування
- Особливості двотактних двигунів
- висновки
Наша сеть партнеров Banwar
Поршневі мотори зайняли провідні позиції в господарській діяльності людини. Спроба змусити 4ех тактний двигун працювати більш ефективно, призводило до розробки всіляких можливих і неймовірних конструкторських схем двигуна і процесу їх роботи. Одна з цього розмаїття поршневих схем зі зміненим процесом роботи виявилася життєздатною і широко проникла в техніку.
Залежно від кількості тактів робочого циклу ДВС діляться на дві основні групи: двотактні і чотиритактні двигуни. У двотактних моторах їх є лише два: такт стиснення і такт розширення або робочий хід. У чотиритактних їх чотири: впуск, стиснення, розширення або робочий хід і випуск. На перший погляд може здатися, що перший варіант більш виграшний, адже робочий цикл повторюється при кожному оберті колінчастого вала і енергія виробляється в два рази інтенсивніше, але насправді це не зовсім так, про що безпосередньо свідчить обмежене застосування двотактних двигунів особливо в великих машинах , установках і агрегатах з високим рівнем споживання палива. Щоб зрозуміти причини втрати енергії під час робочого циклу, потрібно розглянути роботу двигуна.
Процес роботи двигуна
Робочий цикл 2-хтактного двигуна включає в себе наступну послідовність дій:
- на такті стиснення поршень в циліндрі переміщується з нижньої мертвої точки (НМТ) до верхньої (ВМТ). Через продувні вікно паливний заряд потрапляє в надпоршневомупростір - камеру згоряння, після чого поршень перекриває собою це вікно. Піднімаючись вище, він поступово перекриває і випускне вікно, через яке видаляються продукти згоряння. При цьому в просторі під поршнем (кривошипно камері) утворюється розрідження, і воно заповнюється новою порцією палива. При досягненні поршнем ВМТ стислий паливний заряд запалюється;
- на такті розширення гази, що утворилися при згорянні палива, тиснуть на поршень, він опускається вниз, відкриваючи спочатку випускне вікно, а потім продувні. Через перше вікно розширені гази потрапляють в глушник і виводяться назовні. Одночасно при русі поршня вниз в кривошипно камері, заповненій паливом, підвищується тиск. Паливо виштовхується нагору в циліндр, заповнюючи надпоршневомупростір і виштовхуючи залишки відпрацьованих газів. Після чого цикл повторюється.
Такий принцип роботи дозволяє двотактним двигунам обійтися без газорозподільної системи, характерної для чотиритактних моторів, яка управляє впускним і випускним клапанами. З одного боку це спрощує конструкцію і зменшує вагу, але з іншого газообмін в камері згоряння далеко не ідеальний. При двотактному режимі роботи під час продування циліндра разом з відпрацьованими газами в глушник потрапляє і певну кількість незгорілого палива, що тягне за собою його перевитрата і підвищує токсичність вихлопних газів.
Види газорозподільної системи
Так як продувні вікна в циліндрі часом розташовуються на одному рівні, то газообмін всередині циліндра утруднений, не весь обсяг циліндра продувається свіжою порцією повітряної суміші, і частина відпрацьованих газів залишається в циліндрі. Для того, щоб змінити відпрацьовані гази на свіжу порцію повітря більш ефективно і швидко, існує конструктивні особливості поршня і розташування продувних вікон в циліндрі. Розрізняють декілька варіантів здійснення продувки циліндрів:
контурна продування
Контурна продування в свою чергу ділиться на зворотно-петлеву, дефлекторного і висотну. У всіх цих видах є один істотний недолік: перевитрата палива через вилучення несгоревшего паливного заряду під час продувки.
П- або Л-образна продування
П- або Л-образна продування більш ефективна в плані економії палива, але при цьому температура близько випускного вікна значно підвищується. Конструктивна особливість в тому, що для її здійснення необхідні двоциліндровий виконання мотора. Одна пара циліндр - поршень виступає в ролі впускати гази, а інша пара в ролі випускає гази.
Клапанна або клапанно-щілинна продування
Клапанна або клапанно-щілинна продування на відміну від інших видів вимагає наявності ГРМ, який управляється клапанами. Клапан може використовуватися і для подачі заряду, і для відведення відпрацьованих газів встановлювалися. При клапанно-щілинним продувке через клапан в головці циліндра видаляються відпрацьовані гази, а через вікна (щілини) надходить свіжий заряд. Це зменшує витрату палива і знижує токсичність відпрацьованих газів, але ускладнює конструкцію двигуна і може порушити нормальний режим згоряння заряду через підвищену температуру.
прямоточная продування
Прямоточная продування використовується в двигунах з двома поршнями, розташованими навпроти один одного в горизонтальному положенні. У цьому випадку кожен поршень по ходу свого руху відкриває і закриває «свій» клапан: один поршень відповідає за впуск заряду, а другий - за видалення газів. Камерою згоряння в цьому випадку є простір між поршнями. Цей варіант передбачає наявність більш складного КШМ, а висока температура всередині циліндрів вимагає додаткового охолодження і більш міцних елементів. У той же час, це найбільш ефективний спосіб продувки, який забезпечує повне видалення відпрацьованих газів з мінімальними втратами паливного заряду.
Особливості двотактних двигунів
Особливість двотактних двигунів - відсутність системи мастила. Масло для змащення робочих поверхонь деталей, що труться доставляється до них прямо з паливною сумішшю. Є два варіанти отримання такої суміші: спочатку заливати в бак заздалегідь приготовлений «коктейль» з палива та моторного масла або ж змішувати їх у впускному патрубку, куди вони надходять окремо. Співвідношення палива і масла знаходиться в межах від 1:25 до 1:50. Моторне масло, як і паливо, згоряє під час робочого такту, а продукти його згоряння виводяться разом з відпрацьованими газами.
Що стосується потужності, двотактні двигуни дійсно могутніше своїх чотиритактних конкурентів. В ідеалі їх потужність при однаковому літражі повинна складати 2: 1 відповідно, але на ділі через неякісне газообміну в циліндрах це співвідношення становить 1,5: 1. Питома потужність або співвідношення потужності і маси двигуна теж вище у двотактних моторів, адже їх вага набагато легше, та й конструкція простіше.
А ось витрата палива в двотактних двигунах вище, ніж у чотиритактних. Через недосконалу систему продувки циліндрів частина паливної суміші в прямому сенсі слова вилітає в трубу. З цієї причини такі двигуни практично не використовуються в автомобілях, важкій техніці або потужних силових установках, споживаних велика кількість палива.
Ще один момент, який відрізняє двотактний двигун від чотиритактного - процес спалювання палива. Оскільки випускне вікно відкривається практично відразу після займання заряду, необхідно забезпечити достатній час для його повного згоряння. У чотиритактному двигуні на процес згоряння відводиться цілий робочий цикл, а тут - всього частки секунди. Щоб домогтися максимальної ефективності, в бензинових моторах потрібно точно визначати кути випередження запалювання, а в дизельних - контролювати час подачі палива. У сучасних моделях це досягається шляхом використання електроніки.
Двотактні двигуни можуть бути як бензиновими (карбюраторними або інжекторними), так і дизельними. Різниця в принципі їх роботи полягає в тому, що в першому випадку в циліндри відразу подається паливний заряд (суміш повітря з паливом), а в другому - спочатку повітря, а в кінці першого такту - паливо, яке запалюється при контакті з гарячим повітрям. Бензинові двигуни широко використовуються в мотоциклах, малолітражних автомобілях, а також в газонокосарках, бензопилах та інших агрегатах з ДВС. Дизельні мотори знайшли застосування в суднобудуванні, раніше вони також використовувалися на тепловозах, танках і з успіхом застосовувалися в авіації на бомбардувальниках Юнкерс. Зараз же суднобудування - чи не єдина сфера їх застосування, де стала доречною їх тихохідність і потужність, що не перевищує 100 тис. К.с. На відміну від чотиритактних двотактні дизелі не мають розділених камер згоряння, що додатково ускладнило б їх конструкцію, так що дизельне паливо подається і змішується з повітрям прямо в камері згоряння.
Отже, двотактні двигуни мають ряд переваг:
- просту конструкцію;
- невелика вага;
- менші навантаження на елементи конструкції;
- відсутність системи мастила і ГРМ;
- велику літрову потужність в порівняння з четирехтактнимі.
У той же час, у двотактних моторів є і недоліки:
- підвищена витрата палива;
- токсичність вихлопних газів;
- менший ресурс в порівняння з чотиритактним;
- шум під час роботи;
- необхідність приготування паливо-масляної суміші, що не тільки ускладнює систему подачі палива, а й призводить до зростання споживання масла.
висновки
З вищесказаного можна зробити висновок, що двотактні двигуни можна використовувати в тих випадках, коли витрата палива не має значення, а важливі такі характеристики, як невелика маса і простота конструкції. Це ідеальні варіанти для переносних агрегатів, невеликих автомобілів, а також мотоциклів і мопедів. Компактні розміри двотактних двигунів дозволило їм грунтовно зайняти місце в сфері, здавалося б абсолютно далекої від тієї сфери, для якої були створені ДВСи - в моделюванні.
Останнім часом двотактні двигуни стають все більш популярними за рахунок використання в їх конструкції електронних систем. Це дозволяє знизити токсичність вихлопних газів, регулювати процеси подачі і згоряння палива, що робить мотори більш екологічними. Так що в недалекому майбутньому їх сфера застосування може значно розширитися. Ще на початку 20 століття почалися розробка дизельних двотактних двигунів. Одну з найбільш вдалих схем розробив Хуго Юнкерс, а в 60-их роках 20 століття і радянські моторобудівники видали зразок інженерного дива - опозитний 2-ох тактний дизельний мотор 5ТДФ з потужністю 700 к.с.
Дизель Хуго Юнкерса
Танковий дизель 5ТДФ
У конструкції двотактних двигунів закладені величезні резерви по потужності і економічності. Але через конструктивних особливостей їх не вдавалося реалізувати в механічному вигляді. Цілком можливо електронні системи допоможуть «двотактники» зайняти лідируючу позицію серед двигунів внутрішнього згоряння найближчим часом.