Dvotaktni motor v avtomobilu

V avtomobilskem svetu je bilo veliko razvoja pogonskih sklopov. Nekateri so ostali pravočasno zamrznjeni, ker oblikovalec ni imel sredstev za nadaljnji razvoj svoje zamisli. Drugi so se izkazali za neučinkovite, zato tak razvoj ni imel obetavne prihodnosti.

Poleg klasičnega vrstnega motorja ali motorja v obliki črke V so proizvajalci izdelovali avtomobile z drugimi izvedbami pogonskih enot. Pod pokrovom nekaterih modelov ste lahko videli Wankelov motor, bokser (ali bokser), vodikov motor. Nekateri proizvajalci avtomobilov lahko v svojih modelih še vedno uporabljajo takšne eksotične pogonske sklope. Poleg teh sprememb zgodovina pozna še nekaj uspešnih nestandardnih motorjev (nekateri med njimi so ločen članek).

Zdaj pa se pogovorimo o takšnem motorju, s katerim skoraj nihče od voznikov ne naleti, če ne govorimo o tem, da je treba travo pokositi s kosilnico ali poseči drevo z motorno žago. To je dvotaktna pogonska enota. V bistvu se ta tip motorja z notranjim zgorevanjem uporablja v motornih vozilih, v rezervoarjih, batnih letalih itd., V avtomobilih pa izjemno redko.

Tudi dvotaktni motorji so zelo priljubljeni v avtomobilskem športu, saj imajo te enote pomembne prednosti. Prvič, imajo izjemno moč za majhen premik. Drugič, ti motorji so lahki zaradi poenostavljene zasnove. Ti dejavniki so za športna dvokolesnika zelo pomembni.

Upoštevajte značilnosti naprave takšnih sprememb, pa tudi, ali jih je mogoče uporabljati v avtomobilih.

Kaj je dvotaktni motor?

Patent za ustvarjanje dvotaktnega motorja z notranjim zgorevanjem se je prvič pojavil v zgodnjih osemdesetih letih. Razvoj je predstavil inženir Douglad Clerk. Naprava njegove zamisli je vsebovala dve valji. Eden je bil delavec, drugi pa je črpal svež del vojaško-tehničnega sodelovanja.

Po 10 letih se je pojavila modifikacija s pihanjem komore, v kateri ni bilo več izpušnega bata. Ta motor je zasnoval Joseph Day.

Vzporedno s tem razvojem je Karl Benz ustvaril lastno plinsko enoto, katere patent za proizvodnjo se je pojavil leta 1880.

Kot že ime pove, dvotaktni dvigun v enem obratu ročične gredi izvede vse poteze, potrebne za dovajanje in zgorevanje mešanice zraka in goriva, pa tudi za odstranjevanje produktov zgorevanja v izpušni sistem vozila . To sposobnost zagotavlja oblikovna značilnost enote.

Z enim gibom bata se v valju izvedeta dva hoda:

1. Ko je bat v spodnji mrtvi točki, se jeklenka izprazni, to pomeni, da se produkti zgorevanja odstranijo. Ta kap je zagotovljena z vnosom svežega dela BTC, ki izpuh izpodrine v izpušni trakt. Hkrati se zgodi cikel polnjenja komore s svežim delom VTS.
2. Ko se dvigne v zgornjo mrtvo točko, bat zapre vstop in izstop, kar zagotavlja stiskanje BTC v prostoru nad batom (brez tega postopka nemogoče učinkovito zgorevanje mešanice in zahtevana moč agregata). Hkrati se v votlino pod batom sesa dodatni del mešanice zraka in goriva. Pri TDC bata nastane iskra, ki vžge zmes zrak-gorivo. Začne se delovni hod.

To ponovi motorni cikel. Izkazalo se je, da se pri dvotaktnih potezah vsi gibi izvedejo v dveh potezah bata: medtem ko se premika navzgor in navzdol.

Naprava dvotaktnega motorja?

Klasični dvotaktni motor z notranjim zgorevanjem je sestavljen iz:

• Carter. To je glavni del konstrukcije, v kateri je ročična gred pritrjena s krogličnimi ležaji. Glede na velikost skupine valjev-bata bo na ročični gredi ustrezno število ročic.
• Bat. To je kos v obliki stekla, ki je pritrjen na ojnico, podobno kot pri štiritaktnih motorjih. Ima utore za stiskalne obroče. Učinkovitost enote med zgorevanjem MTC je odvisna od gostote bata, kot pri drugih vrstah motorjev.
• Vhod in izhod. Izdelane so v samem ohišju motorja z notranjim zgorevanjem, kjer so povezani sesalni in izpušni kolektorji. V takem motorju ni mehanizma za distribucijo plina, zaradi česar so dvotaktni lahki.
• Ventil. Ta del preprečuje, da bi se zmes zraka in goriva vrgla nazaj v sesalni kanal enote. Ko se bat dvigne, se pod njim ustvari podtlak, ki premika loputo, skozi katero svež del BTC vstopi v votlino. Takoj, ko pride do udarca delovnega hoda (sprožila se je iskra in mešanica se je vžgala, premik bata v spodnjo mrtvo točko) se ta ventil zapre.
• Kompresijski obroči. To so enaki deli kot pri katerem koli drugem motorju z notranjim zgorevanjem. Njihove mere so izbrane strogo glede na mere določenega bata.

Dvotaktni dizajn Hofbauer

Zaradi številnih inženirskih ovir ideja o uporabi dvotaktnih modifikacij v osebnih avtomobilih do nedavnega ni bila mogoča. Leta 2010 je bil v zvezi s tem dosežen preboj. EcoMotors je dobil dostojno naložbo od Billa Gatesa in Khosla Ventures. Razlog za takšne odpadke je bila predstavitev originalnega bokserskega motorja.

Čeprav takšna modifikacija obstaja že dolgo, je Peter Hofbauer ustvaril koncept dvotaktnika, ki je deloval po principu klasičnega boksarja. Podjetje je svoje delo imenovalo OROS (v prevodu nasproti valjev in nasprotnih batov). Takšna enota lahko deluje ne samo na bencin, temveč tudi na dizelsko gorivo, vendar se je razvijalec doslej ustavil na trdnem gorivu.

Če v tej lastnosti upoštevamo klasično zasnovo dvotaktnega motorja, ga lahko teoretično uporabimo v podobni modifikaciji in namestimo na potniško 4-kolesno vozilo. Mogoče bi bilo, če ne bi bili okoljski standardi in visoki stroški goriva. Med delovanjem običajnega dvotaktnega motorja z notranjim zgorevanjem se del zmesi zrak-gorivo med postopkom čiščenja odstrani skozi izpušno odprtino. Tudi v procesu zgorevanja BTC gori tudi olje.

Kljub velikemu skepticizmu inženirjev vodilnih proizvajalcev avtomobilov je motor Hofbauer odprl priložnost za dvotaktnike, da so se znašli pod pokrovom luksuznih avtomobilov. Če primerjamo njegov razvoj s klasičnim boksarjem, je novi izdelek za 30 odstotkov lažji, saj ima njegova zasnova manj delov. Enota dokazuje tudi učinkovitejšo proizvodnjo energije med obratovanjem v primerjavi s štiritaktnim bokserom (povečanje učinkovitosti znotraj 15-50 odstotkov).

Prvi delujoči model je prejel oznako EM100. Po navedbah razvijalca je teža motorja 134 kg. Njegova moč znaša 325 KM, navor pa 900 Nm.

Oblikovna značilnost novega boksera je, da sta dva bata v enem valju. Nameščeni so na isti ročični gredi. Med njima pride do zgorevanja VTS, zaradi česar sproščena energija hkrati vpliva na oba bata. To pojasnjuje tako velik navor.

Nasprotni valj je konfiguriran tako, da deluje asinhrono s sosednjim. To zagotavlja gladko vrtenje motorne gredi brez sunkov in stabilnega navora.

V naslednjem videu Peter Hofbauer sam prikazuje, kako deluje njegov motor:

opoc motor kako deluje.mp4

Poglejmo si podrobneje njegovo notranjo strukturo in splošno shemo dela.

Turbo polnjenje

Turbo polnjenje zagotavlja rotor, na gredi katerega je nameščen elektromotor. Čeprav bo deloval delno iz toka izpušnih plinov, elektronsko napolnjeno rotorje omogoča hitrejše pospeševanje rotorja in ustvarjanje zračnega tlaka. Za kompenzacijo porabe energije predenja rotorja naprava proizvaja elektriko, ko so rezila pod pritiskom izpuha. Elektronika nadzira tudi pretok izpušnih plinov, da zmanjša onesnaževanje okolja.

Ta element v inovativnem dvotaktniku je precej sporen. Za hitro ustvarjanje potrebnega zračnega tlaka bo električni motor porabil spodobno količino energije. Za to bo moral prihodnji avtomobil, ki bo uporabljal to tehnologijo, biti opremljen z učinkovitejšim generatorjem in baterijami s povečano zmogljivostjo.

Od danes je učinkovitost električnega polnjenja še vedno na papirju. Proizvajalec trdi, da ta sistem izboljšuje odzračevanje cilindrov, hkrati pa povečuje prednosti dvotaktnega cikla. V teoriji vam ta namestitev omogoča, da v primerjavi s štiritaktnimi kolegi podvojite prostornino enote.

Uvedba takšne opreme bo elektrarno vsekakor podražila, zato je še vedno ceneje uporabljati zmogljiv in požrešen klasičen motor z notranjim zgorevanjem kot novega lahkega boksera.

Jeklene ojnice

Po svoji zasnovi je enota podobna motorjem TDF. Le pri tej modifikaciji nasprotni bati niso sprožili dveh ročičnih gredi, ampak eno zaradi dolgih ojnic zunanjih batov.

Zunanji bati v motorju so nameščeni na dolgih jeklenih ojnicah, ki so povezane z ročično gredjo. Ne nahaja se na robovih, kot pri klasični modifikaciji bokserja, ki se uporablja v vojaški opremi, ampak med valji.

Notranji elementi so povezani tudi z ročico. Takšna naprava vam omogoča, da iz postopka zgorevanja mešanice zrak-gorivo izvlečete več energije. Motor se obnaša, kot da ima ročice, ki zagotavljajo povečan hod bata, vendar je gred kompaktna in lahka.

Ročična gred

Motor Hofbauer ima modularno zasnovo. Elektronika lahko izklopi nekatere valje, tako da je avtomobil lahko varčnejši, ko ima ICE minimalno obremenitev (na primer pri križarjenju po ravni cesti).

Pri 4-taktnih motorjih z neposrednim vbrizgom (za podrobnosti o vrstah vbrizgalnih sistemov preberite v drugem pregledu) izklop jeklenk je zagotovljen z ustavitvijo dovoda goriva. V tem primeru se bati še vedno gibljejo v valjih zaradi vrtenja ročične gredi. Preprosto ne gorijo goriva.

Kar zadeva inovativni razvoj Hofbauerja, zaustavitev para jeklenk zagotavlja posebna sklopka, nameščena na ročični gredi med ustreznimi pari valjev in batov. Ko je modul odklopljen, sklopka preprosto odklopi del ročične gredi, ki je odgovoren za ta odsek.

Ker bodo premikajoči se bati v klasičnem dvotaktnem motorju z notranjim zgorevanjem v prostem teku še vedno posrkali svež del VTS, pri tej modifikaciji ta modul popolnoma preneha delovati (bati ostanejo imobilizirani). Takoj, ko se obremenitev pogonske enote poveča, v določenem trenutku sklopka poveže nedelujoči del ročične gredi in motor poveča moč.

Cilinder

V procesu prezračevanja jeklenk klasični dvotaktni ventili oddajajo del nezgorele mešanice v ozračje. Zaradi tega vozila, opremljena s takšno pogonsko enoto, ne morejo izpolnjevati okoljskih standardov.

Da bi odpravil to pomanjkljivost, je razvijalec dvotaktnega nasprotnega motorja zasnoval posebno zasnovo valjev. Imajo tudi dovode in odtoke, vendar njihovo pozicioniranje zmanjšuje škodljive emisije.

Kako deluje dvotaktni motor z notranjim zgorevanjem

Posebnost klasične dvotaktne modifikacije je, da sta ročična gred in bat v votlini, napolnjeni z mešanico zraka in goriva. Na dovodu je nameščen dovodni ventil. Njegova prisotnost vam omogoča ustvarjanje tlaka v votlini pod batom, ko se začne premikati navzdol. Ta glava pospešuje izpiranje cilindrov in odvajanje izpušnih plinov.

Ko se bat premika znotraj valja, izmenično odpira / zapira vstop in izstop. Zaradi tega konstrukcijske značilnosti enote omogočajo, da se mehanizem za distribucijo plina ne uporablja.

Da se drgnjeni elementi ne obrabijo pretirano, potrebujejo kakovostno mazanje. Ker imajo ti motorji preprosto strukturo, nimajo zapletenega mazalnega sistema, ki bi dovajal olje v vse dele motorja z notranjim zgorevanjem. Iz tega razloga se gorivu doda nekaj motornega olja. Za to se za dvotaktne enote uporablja posebna znamka. Ta material mora obdržati mazljivost pri visokih temperaturah in pri zgorevanju skupaj z gorivom ne sme puščati ogljikovih usedlin.

Čeprav dvotaktni motorji v avtomobilih niso našli široke uporabe, zgodovina pozna obdobja, ko so bili takšni motorji nameščeni pod pokrovom nekaterih tovornjakov (!). Primer tega je dizelska pogonska enota YaAZ.

Leta 1947 je bil na 7-tonskih tovornjakih YaAZ-200 in YaAZ-205 nameščen vrstni 4-valjni dizelski motor te zasnove. Kljub veliki teži (približno 800 kg) je imel agregat nižje vibracije kot mnogi motorji z notranjim zgorevanjem domačih osebnih avtomobilov. Razlog je v tem, da naprava te spremembe vključuje dve gredi, ki se sinhrono vrtijo. Ta izravnalni mehanizem je dušil večino vibracij v motorju, kar bi hitro drobilo leseno karoserijo tovornjaka.

Podrobnosti o delovanju dvotaktnih motorjev so opisane v naslednjem videu:

2 TAKT. Poskusimo razumeti ...

Kje je potreben dvotaktni motor?

Naprava 2-taktnega motorja je preprostejša od 4-taktnega analoga, zaradi česar se uporabljajo v tistih panogah, kjer sta teža in prostornina pomembnejša od porabe goriva in drugih parametrov.

Ti motorji so na primer nameščeni na lahkih kosilnicah na kolesih in ročnih trimerjih za vrtnarje. Držanje težkega motorja v rokah zelo otežuje delo na vrtu. Isti koncept lahko zasledimo pri izdelavi motornih žag.

Njegova učinkovitost je odvisna tudi od teže vodnega in zračnega prometa, zato proizvajalci kompromitirajo pri visoki porabi goriva, da bi ustvarili lažje strukture.

Vendar pa se 2-tatniki uporabljajo ne samo v kmetijskih in nekaterih vrstah letal. Pri avto / moto športih je teža enako pomembna kot pri jadralnih letalih ali kosilnicah. Da bi avtomobil ali motocikel razvil visoko hitrost, oblikovalci, ki ustvarjajo taka vozila, uporabljajo lahke materiale. Opisane so podrobnosti materialov, iz katerih so izdelane karoserije tukaj... Zaradi tega imajo ti motorji prednost pred težkimi in tehnično zapletenimi 4-taktnimi kolegi.

Tu je majhen primer učinkovitosti dvotaktne modifikacije motorja z notranjim zgorevanjem v športu. Od leta 1992 so nekateri motocikli uporabljali japonski 4-valjni V-motor z dvojnim motorjem Honda NSR500 na dirkah motociklov MottoGP. S prostornino 0.5 litra je ta enota razvila 200 konjskih moči, ročična gred pa se je vrtela do 14 tisoč vrtljajev na minuto.

Navor je 106 Nm. dosegla že 11.5 tisoč. Najvišja hitrost, ki jo je lahko razvil tak otrok, je bila več kot 320 kilometrov na uro (odvisno od teže kolesarja). Teža samega motorja je bila le 45 kg. En kilogram teže vozila predstavlja skoraj eno in pol konjske moči. Večina športnih avtomobilov bo zavidala to razmerje med močjo in težo.

Primerjava dvotaktnega in štiritaktnega motorja

Vprašanje je, zakaj torej stroj ne more imeti tako produktivne enote? Prvič, klasični dvotaktni motor je najbolj potratna enota od vsega, kar se uporablja v vozilih. Razlog za to so posebnosti prepihovanja in polnjenja jeklenke. Drugič, kar zadeva dirkalne modifikacije, kot je Honda NSR500, je delovna doba enote zaradi visokih vrtljajev zelo majhna.

Prednosti dvotaktne enote pred 2-taktnim analogom vključujejo:

• Zmožnost odvzema moči z enega obrata ročične gredi je 1.7-XNUMX-krat večja od tiste, ki jo proizvaja klasični motor z mehanizmom za distribucijo plina. Ta parameter je bolj pomemben za ladijske tehnologije z nizko hitrostjo in batne modele letal.
• Zaradi konstrukcijskih značilnosti motorja z notranjim zgorevanjem ima manjše mere in težo. Ta parameter je zelo pomemben za lahka vozila, kot so skuterji. Prej so bili takšni pogonski agregati (običajno njihova prostornina ni presegla 1.7 litra) vgrajeni v majhne avtomobile. Pri takih modifikacijah je bilo zagotovljeno pihanje ročične komore. Nekateri modeli tovornjakov so bili opremljeni tudi z dvotaktnimi motorji. Običajno je bila prostornina takih motorjev z notranjim zgorevanjem vsaj 4.0 litra. Pihanje pri takšnih modifikacijah je potekalo z neposrednim tokom.
• Njihovi deli se manj obrabijo, saj gibljivi elementi, da dosežejo enak učinek kot pri 4-taktnih analogih, izvajajo dvakrat manj gibov (dva giba sta združena v enem gibu bata).

4-taktni motor

Kljub tem prednostim ima modifikacija dvotaktnega motorja pomembne pomanjkljivosti, zaradi katerih v avtomobilih še ni uporabna. Tu je nekaj teh slabosti:

• Modeli uplinjača delujejo z izgubo svežega naboja VTS med čiščenjem komore valja.
• Pri 4-taktni različici se izpušni plini odstranijo v večji meri kot v obravnavanem analogu. Razlog je v tem, da pri 2-taktnem batu med prepihovanjem ne doseže zgornje mrtve točke, ta postopek pa je zagotovljen le med majhnim gibom. Zaradi tega del zmesi zraka in goriva vstopi v izpušni trakt, več izpušnih plinov pa ostane v samem valju. Da bi zmanjšali količino nezgorelega goriva v izpuhu, so sodobni proizvajalci razvili modifikacije s sistemom vbrizga, vendar tudi v tem primeru ni mogoče popolnoma odstraniti ostankov izgorevanja iz jeklenke.
• Ti motorji so bolj močni v primerjavi s 4-taktnimi različicami z enako prostornino.
• Za odzračevanje valjev v vbrizgalnih motorjih se uporabljajo visoko zmogljivi turbopolnilniki. V takih motorjih se zrak porabi enkrat in pol do dvakrat več. Zaradi tega je potrebna namestitev posebnih zračnih filtrov.
• Ko doseže največje število vrtljajev v minuti, dvotaktna enota ustvari več hrupa.
• Kadijo močneje.
• Pri nizkih vrtljajih ustvarjajo močne vibracije. Pri enovaljnih motorjih s štirimi in dvema taktoma v tem pogledu ni razlike.

Glede vzdržljivosti dvotaktnih motorjev velja, da zaradi slabega mazanja hitreje odpovedo. Če pa ne upoštevate enot za športne motocikle (visoke vrtljaje hitro onemogočijo dele), potem v mehaniki deluje ključno pravilo: preprostejša je zasnova mehanizma, dlje bo trajal.

4-taktni motorji imajo večje število majhnih delov, zlasti v mehanizmu za distribucijo plina (o tem, kako deluje krmiljenje ventila, preberite tukaj), ki se lahko kadar koli pokvari.

Kot lahko vidite, se razvoj motorjev z notranjim zgorevanjem do zdaj ni ustavil, zato kdo ve, kakšen preboj na tem področju bodo naredili inženirji. Pojav novega razvoja dvotaktnega motorja daje upanje, da bodo avtomobili v bližnji prihodnosti opremljeni z lažjimi in učinkovitejšimi pogonskimi sklopi.

Za zaključek predlagamo, da si ogledamo še eno modifikacijo dvotaktnega motorja z bati, ki se premikajo drug proti drugemu. Res je, da tej tehnologiji ne moremo reči, da je inovativna, kot v različici Hofbauer, ker so se takšni motorji z notranjim zgorevanjem začeli uporabljati že v tridesetih letih prejšnjega stoletja v vojaški opremi. Vendar za lahka vozila takšni dvotaktni motorji še niso bili uporabljeni:

Osupljiv Counter Traffic Engine 2018

Vprašanja in odgovori:

Kaj pomeni 2-taktni motor? Za razliko od 4-taktnega motorja se vsi gibi izvajajo v enem obratu ročične gredi (dva takta se izvajata v enem batu). V njem sta združena postopek polnjenja jeklenke in prezračevanja.

Kako se maže dvotaktni motor? Vse notranje površine motorja, ki se drgnejo, so mazane z oljem v gorivu. Zato je treba olje v takšnem motorju nenehno dolivati.

Kako deluje 2-taktni motor? Pri tem motorju z notranjim zgorevanjem sta jasno izražena dva takta: kompresija (bat se premakne v TDC in postopoma zapre najprej odzračevalni in nato izpušni vod) in delovni hod (po vžigu BTC se bat premakne v BDC, odpiranje istih vrat za čiščenje).