Tvåtaktsmotor i en bil

Bilarnas värld har sett en hel del drivlinjeutvecklingar. Några av dem frös i tid på grund av att designern inte hade möjlighet att vidareutveckla sitt hjärnbarn. Andra visade sig vara ineffektiva, så sådan utveckling hade ingen lovande framtid.

Förutom den klassiska in-line eller V-formade motorn tillverkade tillverkare också bilar med andra konstruktioner av kraftenheter. Under huven på vissa modeller kunde du se Wankel-motor, boxare (eller boxare), vätemotor. Vissa biltillverkare kan fortfarande använda sådana exotiska drivlinor i sina modeller. Utöver dessa modifieringar känner historien till flera mer framgångsrika icke-standardmotorer (några av dem är separat artikel).

Låt oss nu prata om en sådan motor, som nästan ingen av bilisterna stöter på, om inte för att prata om behovet av att klippa gräset med en gräsklippare eller hugga ner ett träd med motorsåg. Det här är en tvåtaktsaggregat. I grund och botten används denna typ av förbränningsmotor i motorfordon, tankar, kolvflygplan etc., men extremt sällan i bilar.

Tvåtaktsmotorer är också mycket populära inom motorsport, eftersom dessa enheter har betydande fördelar. För det första har de enorm kraft för en liten förskjutning. För det andra är dessa motorer lätta på grund av sin förenklade design. Dessa faktorer är mycket viktiga för sport tvåhjulingar.

Tänk på funktionerna i enheten för sådana modifieringar, samt om det är möjligt att använda dem i bilar.

Vad är en tvåtaktsmotor?

För första gången uppstod ett patent för skapandet av en tvåtakts förbränningsmotor i början av 1880-talet. Utvecklingen presenterades av ingenjör Douglad Clerk. Enheten i hans hjärnbarn innehöll två cylindrar. Den ena var arbetare och den andra pumpade ett nytt parti militärt-tekniskt samarbete.

Efter 10 år uppstod en modifiering med en kammarblåsning, där det inte längre fanns en urladdningskolv. Denna motor designades av Joseph Day.

Parallellt med denna utveckling skapade Karl Benz sin egen gasenhet vars patent för tillverkning dök upp 1880.

Tvåtakts-dvigun, som namnet antyder, utför i en vändning av vevaxeln alla slag som krävs för tillförsel och förbränning av luftbränsleblandningen, samt för avlägsnande av förbränningsprodukter i fordonets avgassystem . Denna förmåga säkerställs av enhetens designfunktion.

I ett kolvslag utförs två slag i cylindern:

1. När kolven befinner sig längst ner i dödpunkten spolas cylindern, det vill säga förbränningsprodukter avlägsnas. Denna stroke tillhandahålls genom intag av en ny del av BTC, som förskjuter avgaserna i avgaskanalen. I samma ögonblick finns det en cykel för att fylla kammaren med en ny del av VTS.
2. Stigande upp till det övre dödläget stänger kolven inloppet och utloppet, vilket säkerställer komprimering av BTC i ovanstående kolvutrymme (utan denna process är effektiv förbränning av blandningen och erforderlig effekt från kraftenheten omöjlig). Samtidigt sugs ytterligare en del av blandningen av luft och bränsle in i håligheten under kolven. Vid kolvens TDC genereras en gnista som antänder luft-bränsleblandningen. Arbetsslaget börjar.

Detta upprepar motorcykeln. Det visar sig att i två takter utförs alla slag i två slag av kolven: medan den rör sig upp och ner.

Enheten för en tvåtaktsmotor?

Den klassiska tvåtaktsförbränningsmotorn består av:

• Carter. Detta är huvuddelen av strukturen där vevaxeln är fäst med kullager. Beroende på storleken på cylinderkolvgruppen kommer det att finnas ett motsvarande antal vevar på vevaxeln.
• Kolv. Detta är ett stycke i form av ett glas som är fäst vid vevstaken, liknande det som används i fyrtaktsmotorer. Den har spår för kompressionsringarna. Enhetens effektivitet under förbränningen av MTC beror på kolvens densitet, som i andra typer av motorer.
• Inlopp och utlopp. De tillverkas i själva förbränningsmotorhuset, där insugs- och avgasgrenrören är anslutna. Det finns ingen gasfördelningsmekanism i en sådan motor, på grund av vilken tvåtakts är lätta.
• Ventil. Denna del förhindrar att luft / bränsleblandningen kastas tillbaka i enhetens insugningskanal. När kolven stiger skapas ett vakuum under den som rör klaffen, genom vilken en ny del av BTC kommer in i håligheten. Så snart det finns ett slag av arbetsslaget (en gnista utlöstes och blandningen tändes och flyttar kolven till botten dödpunkt) stängs denna ventil.
• Kompressionsringar. Dessa är samma delar som i alla andra förbränningsmotorer. Deras dimensioner väljs strikt enligt dimensionerna för en viss kolv.

Hofbauer tvåtaktsdesign

På grund av många tekniska hinder har tanken att använda tvåtaktsmodifieringar i personbilar inte varit möjlig förrän nyligen. Under 2010 gjordes ett genombrott i detta avseende. EcoMotors fick en anständig investering från Bill Gates och Khosla Ventures. Anledningen till sådant avfall var presentationen av den ursprungliga boxermotorn.

Även om en sådan modifiering har funnits länge skapade Peter Hofbauer konceptet med en tvåtaktsfunktion som fungerade enligt principen om en klassisk boxare. Företaget kallade sitt arbete OROS (översatt som motstående cylindrar och motstående kolvar). En sådan enhet kan inte bara fungera på bensin utan även på diesel, men utvecklaren har hittills lagt sig på fast bränsle.

Om vi ​​betraktar den klassiska tvåtaktsdesignen i denna kapacitet kan den i teorin användas i en liknande modifiering och installeras på ett 4-hjulsfordon. Det vore möjligt om det inte vore för miljönormer och de höga bränslekostnaderna. Under drift av en konventionell tvåtakts förbränningsmotor avlägsnas en del av luft-bränsleblandningen genom avgasporten under reningsprocessen. Vid förbränning av BTC bränns också olja.

Trots den stora skepsisen hos ingenjörer från ledande biltillverkare, öppnade Hofbauer-motorn möjligheten för tvåtakter att komma under huven på lyxbilar. Om vi ​​jämför utvecklingen med den klassiska boxaren är den nya produkten 30 procent lättare eftersom designen har färre delar. Enheten visar också effektivare energiproduktion under drift jämfört med en fyrtaktsboxare (effektivitetsökning inom 15-50 procent).

Den första arbetsmodellen fick EM100-märkningen. Enligt utvecklaren är motorns vikt 134 kg. Kraften är 325 hk och vridmomentet är 900 Nm.

Designfunktionen för den nya boxaren är att två kolvar är placerade i en cylinder. De är monterade på samma vevaxel. Förbränningen av VTS sker mellan dem, varigenom den frigjorda energin samtidigt påverkar båda kolvarna. Detta förklarar ett så stort vridmoment.

Den motsatta cylindern är konfigurerad så att den utlöses asynkront med den intilliggande. Detta säkerställer en smidig vevaxelrotation utan ryck med ett stabilt vridmoment.

I följande video demonstrerar Peter Hofbauer själv hur hans motor fungerar:

opoc-motor hur det fungerar.mp4

Låt oss titta närmare på dess interna struktur och det allmänna arbetsschemat.

Turboladdning

Turboladdning tillhandahålls av ett pumphjul på vars axel en elmotor är installerad. Även om den kommer att gå delvis från avgasströmmen, låter pumphjulet elektroniskt löpa pumphjulet att accelerera snabbare och generera lufttryck. För att kompensera för energiförbrukningen för att rotera pumphjulet genererar enheten elektricitet när knivarna utsätts för avgastryck. Elektroniken styr också avgasflödet för att minska miljöföroreningar.

Detta element i den innovativa tvåtakten är ganska kontroversiellt. För att snabbt skapa det nödvändiga lufttrycket förbrukar elmotorn en anständig mängd energi. För att göra detta måste den framtida bilen, som kommer att använda denna teknik, utrustas med en mer effektiv generator och batterier med ökad kapacitet.

Från och med idag är effektiviteten med elektrisk laddning fortfarande på papper. Tillverkaren hävdar att detta system förbättrar cylinderns rensning samtidigt som fördelarna med en tvåtaktscykel maximeras. I teorin låter denna installation dig dubbla enhetens liter kapacitet jämfört med fyrtakts motsvarigheter.

Införandet av sådan utrustning kommer definitivt att göra kraftverket dyrare, varför det fortfarande är billigare att använda en kraftfull och gluttonös klassisk förbränningsmotor än en ny lättviktsboxare.

Vevstänger av stål

Genom sin design liknar enheten TDF-motorer. Endast i denna modifiering sätter de motsatta kolvarna i rörelse inte två vevaxlar utan en på grund av de yttre kolvarnas långa vevstänger.

De yttre kolvarna i motorn är monterade på långa stålstång som är anslutna till vevaxeln. Det ligger inte vid kanterna, som i den klassiska boxermodifieringen, som används i militär utrustning, utan mellan cylindrarna.

De inre elementen är också anslutna till vevmekanismen. En sådan anordning låter dig extrahera mer energi från förbränningsprocessen i luft-bränsleblandningen. Motorn beter sig som om den har vevar som ger ökat kolvslag, men axeln är kompakt och lätt.

Vevaxel

Hofbauer-motorn har en modulär design. Elektroniken kan stänga av en del av cylindrarna, så att bilen kan bli mer ekonomisk när ICE är på minsta belastning (till exempel när man kör på en plan väg).

I fyrtaktsmotorer med direktinsprutning (läs mer om typ av insprutningssystem i en annan recension) stängning av cylindrarna säkerställs genom att stoppa bränsletillförseln I detta fall rör sig kolvarna fortfarande i cylindrarna på grund av vevaxelns rotation. De bränner bara inte bränsle.

När det gäller den innovativa utvecklingen av Hofbauer säkerställs avstängningen av ett par cylindrar genom en speciell koppling monterad på vevaxeln mellan motsvarande cylinder-kolvpar. När modulen kopplas bort kopplar kopplingen helt enkelt bort den del av vevaxeln som är ansvarig för detta avsnitt.

Eftersom rörliga kolvar i en klassisk 2-takts förbränningsmotor med tomgång fortfarande kommer att suga in en ny del av VTS, slutar den här modulen att fungera helt (kolvarna förblir immobiliserade). Så snart belastningen på kraftenheten ökar, kopplar kopplingen vid ett visst ögonblick den inaktiva delen av vevaxeln och motorn ökar effekten.

cylinder

Under cylinderventilationen avger klassiska 2-taktsventiler en del av den oförbrända blandningen i atmosfären. På grund av detta kan fordon utrustade med en sådan kraftenhet inte uppfylla miljönormerna.

För att åtgärda denna brist har utvecklaren av motorn med två takter motsatt en speciell design av cylindrarna. De har också inlopp och utlopp, men deras läge minskar skadliga utsläpp.

Hur en tvåtakts förbränningsmotor fungerar

Det speciella med den klassiska tvåtaktsmodifieringen är att vevaxeln och kolven är i ett hålrum fyllt med en luftbränsleblandning. En inloppsventil är installerad på inloppet. Dess närvaro gör att du kan skapa tryck i håligheten under kolven när den börjar röra sig nedåt. Detta huvud accelererar spolning av cylindrar och evakuering av avgaser.

När kolven rör sig inuti cylindern öppnar / stänger den växelvis in- och utloppet. Av denna anledning gör enhetens designfunktioner det möjligt att inte använda gasdistributionsmekanismen.

Så att gnidningselementen inte slits ut för mycket behöver de smörjning av hög kvalitet. Eftersom dessa motorer har en enkel struktur berövas de ett komplext smörjsystem som skulle ge olja till alla delar av förbränningsmotorn. Av denna anledning tillsätts lite motorolja i bränslet. För detta används ett speciellt märke för tvåtaktsenheter. Detta material måste bibehålla smörjförmåga vid höga temperaturer och när det bränns tillsammans med bränsle får det inte lämna kolavlagringar.

Även om tvåtaktsmotorer inte har hittat bred tillämpning i bilar, känner historien till perioder då sådana motorer låg under huven på vissa lastbilar (!). Ett exempel på detta är YaAZ-dieselenheten.

1947 installerades en fyrcylindrig dieselmotor med samma design på 7-toners lastbilar YaAZ-200 och YaAZ-205. Trots den stora vikten (cirka 4 kg.) Hade enheten lägre vibrationer än många förbränningsmotorer i inhemska personbilar. Anledningen är att enheten för denna modifiering innehåller två axlar som roterar synkront. Denna balanseringsmekanism dämpade de flesta vibrationerna i motorn, som snabbt skulle smula trälastbilen.

Mer information om driften av tvåtaktsmotorer beskrivs i följande video:

2 TAKT. Låt oss försöka förstå ...

Var behövs en tvåtaktsmotor?

Anordningen i en 2-taktsmotor är enklare än en 4-taktsanalog, på grund av vilken de används i de industrier där vikt och volym är viktigare än bränsleförbrukning och andra parametrar.

Så dessa motorer är installerade på lätta hjulgräsklippare och handtrimmare för trädgårdsmästare. Att hålla en tung motor i dina händer gör det mycket svårt att arbeta i trädgården. Samma koncept kan spåras vid tillverkning av motorsågar.

Dess effektivitet beror också på vikten av vatten- och lufttransport, så tillverkare kompromissar med hög bränsleförbrukning för att skapa lättare strukturer.

Emellertid används 2-tatniks inte bara i jordbruks- och vissa typer av flygplan. I auto / moto-sport är vikt lika viktig som i segelflygplan eller gräsklippare. För att en bil eller motorcykel ska kunna utveckla hög hastighet använder designers, som skapar sådana fordon, lätta material. Detaljer om vilka material karosserna är tillverkade av beskrivs här... Av denna anledning har dessa motorer en fördel jämfört med tunga och tekniskt komplexa fyrtaktsmotsvar.

Här är ett litet exempel på effektiviteten av en tvåtaktsmodifiering av en förbränningsmotor inom sport. Sedan 1992 har vissa motorcyklar använt den japanska Honda NSR4 500-cylindriga V-typ tvåtaktsmotorn i MottoGP motorcykellopp. Med en volym på 0.5 liter utvecklade denna enhet 200 hästkrafter och vevaxeln snurrade upp till 14 tusen varv per minut.

Momentet är 106 Nm. nådde redan 11.5 tusen. Topphastigheten som ett sådant barn kunde utveckla var mer än 320 kilometer i timmen (beroende på ryttarens vikt). Tyngden på själva motorn var bara 45 kg. Ett kilo bilvikt står för nästan en och en halv hästkrafter. De flesta sportbilar avundas detta förhållande mellan vikt och vikt.

Jämförelse av tvåtakts- och fyrtaktsmotor

Frågan är varför då inte maskinen kan ha en sådan produktiv enhet? För det första är den klassiska tvåtakten den mest slösaktiga enheten av allt som används i fordon. Anledningen till detta är särdragen i rensningen och fyllningen av cylindern. För det andra, som för racingmodifieringar som Honda NSR500, på grund av de höga varvtalen, är enhetens livslängd mycket liten.

Fördelarna med en 2-taktsenhet jämfört med en 4-taktsanalog inkluderar:

• Förmågan att ta bort kraft från en vevaxelns varv är 1.7-XNUMX gånger högre än den som genereras av en klassisk motor med en gasfördelningsmekanism. Denna parameter är av större betydelse för modeller med låg hastighet för marin teknik och kolvflygplan.
• På grund av förbränningsmotorns designfunktioner har den mindre dimensioner och vikt. Denna parameter är mycket viktig för lätta fordon som skotrar. Tidigare installerades sådana kraftenheter (vanligtvis översteg inte volymen 1.7 liter) i små bilar. I sådana modifieringar tillhandahölls vevkammarblåsning. Vissa lastbilsmodeller var också utrustade med tvåtaktsmotorer. Vanligtvis var volymen på sådana förbränningsmotorer minst 4.0 liter. Blåsningen i sådana modifieringar utfördes av typen direktflöde.
• Deras delar slits ut mindre, eftersom de rörliga elementen, för att uppnå samma effekt som i 4-taktsanaloger, utför dubbelt så få rörelser (två slag kombineras i en kolvslag).

Fyrtaktsmotor

Trots dessa fördelar har modifieringen i tvåtaktsmotorer betydande nackdelar, varför det ännu inte är praktiskt att använda den i bilar. Här är några av dessa nackdelar:

• Förgasarmodeller fungerar med förlusten av en ny laddning av VTS under processen att rensa cylinderkammaren.
• I fyrtaktsversionen avlägsnas avgaserna i större utsträckning än i den betraktade analogen. Anledningen är att i en 4-takt når kolven inte det övre dödläget under rensning, och denna process säkerställs endast under dess lilla slag. På grund av detta kommer en del av luftbränsleblandningen in i avgaskanalen och fler avgaser finns kvar i själva cylindern. För att minska mängden oförbränt bränsle i avgaserna har moderna tillverkare utvecklat modifieringar med ett insprutningssystem, men även i detta fall är det omöjligt att helt ta bort förbränningsrester från cylindern.
• Dessa motorer är mer makt hungriga jämfört med fyrtaktsversioner med identisk deplacement.
• Högpresterande turboladdare används för att rensa cylindrarna i insprutningsmotorer. I sådana motorer förbrukas luft en och en halv till två gånger mer. Av denna anledning krävs installation av speciella luftfilter.
• När maximalt varvtal når, genererar 2-taktenheten mer ljud.
• De röker hårdare.
• Vid låga varvtal genererar de starka vibrationer. Det finns ingen skillnad i encylindriga motorer med fyra och två slag i detta avseende.

När det gäller tvåtaktsmotors hållbarhet finns det en åsikt att de på grund av dålig smörjning misslyckas snabbare. Men om du inte tar hänsyn till enheterna för sportmotorcyklar (höga varvtal inaktiverar snabbt delar), fungerar en nyckelregel inom mekanik: ju enklare mekanismens design, desto längre kommer den att vara.

Fyrtaktsmotorer har ett större antal små delar, särskilt i gasfördelningsmekanismen (läs om hur ventiltimingen fungerar här), som kan gå sönder när som helst.

Som du kan se har utvecklingen av förbränningsmotorer inte slutat förrän nu, så vem vet vilket genombrott inom detta område som kommer att göras av ingenjörer. Framväxten av en ny utveckling av tvåtaktsmotorn ger hopp om att bilar kommer att utrustas med lättare och effektivare drivlinor inom en snar framtid.

Sammanfattningsvis föreslår vi att man tittar på en annan modifiering av en tvåtaktsmotor med kolvar som rör sig mot varandra. Det är sant att denna teknik inte kan kallas innovativ, som i Hofbauer-versionen, eftersom sådana förbränningsmotorer började användas på 1930-talet i militär utrustning. För lätta fordon har sådana 2-taktsmotorer ännu inte använts:

Bedövning Counter Traffic Engine 2018

Frågor och svar:

Vad betyder en 2-taktsmotor? Till skillnad från en 4-taktsmotor utförs alla slag i ett varv av vevaxeln (två slag utförs i ett kolvslag). I den kombineras processen att fylla cylindern och ventilera den.

Hur smörjs en tvåtaktsmotor? Alla gnidande invändiga ytor på motorn smörjs av oljan i bränslet. Därför måste oljan i en sådan motor ständigt fyllas på.

Hur fungerar en 2-taktsmotor? I denna förbränningsmotor är två slag tydligt uttryckta: kompression (kolven flyttas till TDC och stänger gradvis först spolningen och sedan avgasporten) och arbetsslaget (efter tändningen av BTC, flyttar kolven till BDC, öppnar samma portar för tömning).