Схема двухтактного двигателя: Двухтактный двигатель и описание принципа его работы

Рабочий процесс двухтактного карбюраторного двигателя

Категория:

   Передвижные электростанции

Публикация:

   Рабочий процесс двухтактного карбюраторного двигателя

Читать далее:

   Рабочий процесс четырехтактного дизеля

Рабочий процесс двухтактного карбюраторного двигателя

Двухтактные легкие карбюраторные двигатели применяются в качестве привода бензомоторных пил в лесозаготовительной промышленности, а также в качестве первичных двигателей переносных электростанций малой мощности (до 5 кет).

Двухтактный двигатель (рис. 1) конструктивно прост, у него отсутствует клапанный механизм, вместо которого в стенках цилиндра имеются три окна — впускное, продувочное и выпускное. При ходе поршня вверх происходит впуск в цилиндр горючей смеси через впускное окно, сообщающееся через канал с полостью герметичного картера. В конце рабочего хода производится выпуск отработавших газов через выпускное окно, расположенное над впускным.

Первый такт. При положении поршня, показанном на рис. 1, рабочая смесь в цилиндре, над поршнем, находится в сжатом состоянии. В этот момент между контактами свечи проскакивает искра, смесь воспламеняется, давление в цилиндре резко возрастает и поршень перемещается вниз, совершая рабочий ход. При движении поршня вниз вначале открывается выпускное окно и продукты сгорания, давление которых выше атмосферного, начинают выходить из цилиндра в атмосферу; при дальнейшем движении вниз поршень открывает продувочное окно.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

Рис. 1. Схема работы двухтактного карбюраторного двигателя: 1 — свеча зажигания, 2 — поршень, 3- картер, 4 — карбюратор, 5 — впускное окно, 6 — впускной трубопровод, 7 — выпускное окно, 8 — продувочное окно, 9 — канал

Когда поршень, совершая рабочий ход, перемещается вниз, объем пространства под ним уменьшается и предварительно поступившая в картер свежая порция горючей смеси сжимается.

Поэтому, когда поршень открывает продувочное окно, сжатая горючая смесь из картера через: канал и продувочное окно поступает в цилиндр, заполняя его и вытесняя из него остаточные газы. Некоторая часть рабочей смеси удаляется при этом вместе с отработавшими газами в атмосферу.

Второй такт. При дальнейшем вращении коленчатого вала поршень перемещается от н. м. т. к в. м. т., последовательно перекрывая окна и сжимая рабочую смесь.

Как видно из изложенного, за один ход поршня (первый такт) от в. м. т. до н. м. т. последовательно совершаются рабочий ход, выпуск отработавших газов и заполнение цилиндра горючей смесью. Во время второго такта происходит сжатие рабочей смеси и заполнение картера горючей смесью.

В двухтактном двигателе рабочий ход совершается, как указывалось выше, за каждый оборот коленчатого вала. Казалось бы, этот двигатель при одинаковых размерах и числе оборотов должен развивать в два раза большую мощность, чем четырехтактный. Однако из-за потери рабочей смеси при очистке цилиндра от продуктов сгорания и неполного удаления из него отработавших газов мощность двухтактного двигателя при прочих равных условиях больше мощности четырехтактного двигателя не в два раза, а только в 1,4-1,7 раза.

Рис. 2. Индикаторная диаграмма четырехтактного дизеля

Принцип работы двухтактного двигателя

Поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) могут классифицироваться по разным признакам, но чаще всего в первую очередь говорят о количестве тактов, то есть ходов поршня, неважно, вверх или вниз, за один полный цикл работы. Каждые два такта дают один оборот коленчатого вала. За весь цикл только один такт будет рабочим, то есть переводящим тепловую энергию расширяющегося газа в механическую работу. Тактов за цикл может быть от двух до шести, но реально используются только двух- и четырёхтактные ДВС. С точки зрения удельной отдачи лидирует тот мотор, у которого плотность рабочих ходов на каждый оборот больше. Поэтому принцип работы двухтактного двигателя заслуживает рассмотрения хотя бы по этой причине.

Содержание

Организация процессов в двухтактной схеме

В двухтактном двигателе отсутствует газораспределительный механизм. Точнее, его роль выполняется поршнем и особым образом конфигурированными впускными и выпускными каналами. А чтобы одновременно выполнять процессы впуска свежей смеси и её сжатие, а также очистки цилиндра от отработанных газов, используется не только надпоршневое пространство, но и объём картера двигателя, повышение и понижение давления в котором осуществляется нижней стороной поршня.

Во время первого такта поршень перекрывает продувочное окно в стенке цилиндра и начинает вытеснять продукты выхлопа через выпускное. По мере дальнейшего движения вверх выпуск также закрывается тем же поршнем, надпоршневой объём герметизируется, и начинается сжатие смеси. Заканчивается такт её поджиганием искрой в свече или самопроизвольно от нагрева при сжатии, если это двухтактный дизель (бывают и такие, например, в старых грузовиках, судовых двигателях или авиамоделях).

Второй такт сопровождается расширением горячих продуктов сгорания топлива, которые давят на поршень, совершая полезную работу. Давление под поршнем растёт, поскольку впускной клапан или золотник от карбюратора закрывается. Свежая смесь, набранная в картер при первом такте, сжимается, подготавливаясь к впрыску под давлением через продувочное окно в цилиндр.

Важную роль играет момент одновременного открытия выпускного окна и продувочного. Свежая смесь поступает в цилиндр, вытесняя отработанную. Этот процесс называется продувкой, и от её правильной организации во многом зависит отдача двигателя, его расход топлива и моментная характеристика.

Схем продувки несколько, их применяемость зависит от назначения двигателя, сейчас в основном применяется петлевая трёхканальная продувка, изобретённая немецким инженером Шнюрле, когда поступающая смесь выходит вертикально из двух каналов, отклоняется потоком из третьего, описывает петлю и выталкивает отработанные газы в глушитель. Это наиболее быстрый и эффективный способ очистки цилиндра.

В цилиндре неизбежно или остаётся часть бесполезных газов, или, наоборот, на выхлоп уходит какая-то доля несгоревшей смеси топлива с воздухом. Из-за этого падает топливная экономичность, с чем сражаются разработчики, настраивая схему продувки под все режимы. Особую роль при этом играет объём картера и конструкция клапана на впуске.

Достоинства и недостатки двухтактных двигателей

Зная, как работает двухтактный двигатель, уже можно предсказать чем он будет выгодно отличаться от четырёхтактного, а в чём безнадёжно проиграет. Основными плюсами такой конструкции стали:

• простота и малое количество деталей, что позволяет создавать достаточно мощные моторы при малой массе;
• наличие рабочего хода в каждом цилиндре при одном обороте коленчатого вала обеспечивает вдвое большую отдачу при том же рабочем объёме, то есть пространстве, описываемом поршнями за один ход;
• широкий диапазон возможных оборотов двигателя при отдаче им максимальной мощности, что обусловило применение таких моторов как в качестве сверхтихоходных дизелей прямого привода винтов в судостроении, так и на гоночных мотоциклах, где обороты превышают десяток тысяч в минуту
  ;
• нет необходимости в тяжёлом маховике для запасания энергии на выполнение пассивных тактов;
• отсутствует потребность в отдельной системе смазки с насосами, теплообменниками и фильтрацией;
• дешевизна при изготовлении.

Но недостатков значительно больше:

• низкая топливная экономичность из-за трудностей с полной очисткой цилиндров от выхлопных газов;
• напряжённый тепловой режим, каждый второй такт нагревает поршни и цилиндры;
• трудности с обеспечением экологичности, если совершенствовать двигатель в этом направлении, то он, скорее всего, станет сложнее четырёхтактного, придётся применять прямой впрыск и систему наддува;
• необходимость смешивать масло с бензином, поскольку иначе его в картер не доставить, оно будет вымываться;
• эффективность масел при их растворении в топливе снижается, что вынуждает для обеспечения долговечности использовать специальные двухтактные масла, но и это плохо помогает;
• двухтактные двигатели работают шумно, поскольку они очень требовательны к низкому аэродинамическому сопротивлению выпускного тракта, что не позволяет совмещать мощность и экономичность с малошумностью;
• дымный выхлоп из-за постоянного горения масла в цилиндрах.

Как видно, применение двухтактных двигателей возможно лишь в особых случаях, когда их немногочисленные достоинства особенно важны.

Читайте также: Что такое АКБ в машине

Перспективы

Постепенно двухтактники вытесняются более совершенными четырёхтактными двигателями даже из тех сфер, где они традиционно были вне конкуренции. Уже нельзя встретить двухтактный дизель на грузовике или новом теплоходе, да и в легкомоторной авиации, а главное, на мотоциклах они повсеместно заменяются на более экономичные и экологичные моторы с клапанным механизмом в головке блока.

Ситуацию не спасают даже самые современные технологии вроде прямого впрыска или роторных наддувов. А преимущество в массогабаритах на сегодняшнем уровне развития техники сходит на нет, новые материалы позволяют создавать компактные и надёжные конструкции газораспределительных механизмов. Можно сказать, что принцип работы двухтактного двигателя окончательно устарел, да и вообще двигатели внутреннего сгорания его ненадолго переживут. Будущее за другими способами получения механической энергии.

Вам также будет интересно почитать:

Анимация и диаграммы двухтактного двигателя

Твитнуть

Анимация двухтактного двигателя

Эта статья и фотографии любезно предоставлены www.southernskies.net

Как показано на анимации двухтактного двигателя ниже, двухтактный двигатель в чистом виде чрезвычайно прост по конструкции и эксплуатации. поскольку он имеет только три основных движущихся части (поршень, шатун и коленчатый вал). Тем не менее, двухтактный цикл может быть трудно визуализировать для некоторых поначалу. потому что определенные фазы цикла происходят одновременно, что делает его трудным чтобы сказать, когда заканчивается одна часть цикла и начинается другая.

Несколько различных вариантов двухтактных двигателей были развивались годами, и каждый тип имеет свой набор преимуществ и недостатки. Тема анимации двухтактного двигателя (и этой диссертации) известна как корпус-геркон тип , потому что индукция контролируется язычковым клапаном установлен в боковой части картера.

Самый простой способ визуализировать двухтактный режим — это Следите за потоком газов через двигатель, начиная с воздухозаборника. Как и в

Анимация двухтактного двигателя и диаграмма, в этом В этом случае цикл начнется примерно в середине хода, когда поршень поднимается и закрывает отверстия перепускного отверстия:

Когда поршень движется вверх, под поршень в замкнутом объеме картера. Воздух проходит через лепестковый клапан и карбюратор для заполнения вакуума, создаваемого в картере. Для целей обсуждение, фаза впуска завершается, когда поршень достигает верхней части такта (в действительности, как показано на анимации двухтактного двигателя, смесь продолжает поступать в картер даже при поршень движется обратно из-за инерции топливной смеси, особенно на высоких оборотах):

Во время хода вниз падающий поршень создает положительное давление в картере, которое приводит к закрытию лепесткового клапана. смесь в картере сжимается до тех пор, пока поршень не обнажит раздаточную отверстия, через которые смесь поступает в цилиндр. Двигатель изображенный в анимации и диаграммах двухтактного двигателя, известен как двухтактный двигатель с очисткой контура, потому что входящий смесь описывает круговой путь, как показано на рисунке ниже. Что не является на картинке хорошо видно, что основная часть смеси направлен к стенке цилиндра, противоположной выпускному отверстию (это уменьшает количество смеси, выходящей через открытое выпускное отверстие, также известное как короткое замыкание):

Перекачка смеси продолжается до тех пор, пока поршень снова не поднимется достаточно высоко, чтобы перекрыть передаточные порты (с чего мы начали это обсуждение). Давайте перемотаем вперед примерно на 25 градусов вращения коленчатого вала до точки где выпускное отверстие закрыто поршнем. Захваченная смесь теперь сжимается движущимся вверх поршнем (в то же время, когда новый заряд втягивается в картер внизу), как показано на анимации двухтактного двигателя и на диаграмме здесь:

Незадолго до того, как поршень достигнет верхней точки хода (приблизительно 30 градусов поворота кривошипа до верхней мертвой точки), свеча воспламеняет смесь. Если вы посмотрите анимацию двухтактного двигателя, вы увидите, что это событие рассчитано так, что горящая смесь достигает пикового давления немного после верхней мертвой точки . Расширение смесь толкает поршень вниз до тех пор, пока он не начнет открывать выпускное отверстие. Большая часть давления в цилиндре сбрасывается в течение нескольких градусов вращение кривошипа после того, как порт начинает открываться:

Остаточные выхлопные газы выталкиваются из выпускного отверстия с помощью новая смесь поступает в цилиндр из перепускных портов. В анимации двухтактного двигателя вы можете видеть, как газы выходят из выхлопных газов, в то время как новая смесь поступает в цилиндр.

Это завершает цепочку событий для базового двухтактного цикл. Обсуждение не завершено. Демонстрация анимации двухтактного двигателя обычно включает добавленное устройство. известная как расширительная камера, прикрепленная к выпускному отверстию. Расширение камера (устройство с неправильным названием) использует звуковую энергию, содержащуюся в начальный резкий импульс выхлопных газов, выходящих из цилиндра, для наддува цилиндр со свежей смесью. Это устройство также известно как настроенный выхлоп.

Продолжаем обсуждение в точке, показанной выхлопом На изображении продувки выше импульс отработавших газов с чрезвычайно высокой энергией поступает в Напорная труба, когда поршень начинает открывать выпускное отверстие, вы можете увидеть эти импульсы в анимации двухтактного двигателя:

Звуковая волна сжатия, возникающая в результате этого резкого сброс давления в цилиндре проходит по выхлопной трубе до тех пор, пока не достигнет начало расширяющегося конуса или диффузора расширительной камеры. Из с точки зрения звуковых волн, достигающих этого соединения, диффузор выглядит почти как трубка с открытым концом в той части энергии импульса отражается обратно вверх по трубе, за исключением перевернутого знака (разрежение или вакуумный импульс возвращается). Внимательно посмотрите анимацию двухтактного двигателя, чтобы увидеть, как волны отражаются вверх по трубе. Угол наклона стенок конуса определяет величину возвратного отрицательного давления, а длина конуса определяет продолжительность возвратных волн:

Отрицательное давление способствует прохождению смеси через перепускные отверстия и фактически втягивает часть смеси в выхлопную трубу. заголовок. Между тем, первоначальный импульс давления все еще проходит вниз по расширительной камере, хотя значительная часть ее энергии отдавалась в создание волн отрицательного давления. Конвергентная часть камеры выглядит как трубка с закрытым концом для импульса давления и, как таковая, вызывает другой серии волн, которые должны отражаться вверх по трубе, за исключением того, что эти волны являются тот же знак, что и у оригинала (возвращается сжатие или волна давления). Уведомление что этот конус имеет более острый угол, чем диффузор, так что больший часть энергии извлекается из уже слабого импульса давления. Посмотрите, как свежая зеленая смесь в анимации двухтактного двигателя втягивается в камеру расширения, прежде чем возвращающиеся волны «выдавливают» ее обратно в камеру сгорания:

Этот импульс рассчитан на достижение выпускного отверстия после передаточные порты закрываются, но до закрытия выпускного порта. Возвращение волна сжатия выталкивает втягиваемую в коллектор смесь отрицательным волна давления возвращается в цилиндр, таким образом происходит наддув (больший заряд чем обычно) двигатель. Прямой участок трубы между двумя конусами существует, чтобы гарантировать, что положительные волны достигают выпускного отверстия в правильном время. Как показано на анимации 2-тактного двигателя, характеристики сборки труб чрезвычайно важны для 2-тактного двигателя:

Поскольку это устройство использует звуковую энергию для достижения наддува, оно регулируется по скорости звука в горячих выхлопных газах размеры различных секции выхлопной системы и порты двигателя. Потому что из этого он эффективен только для очень узкого диапазона оборотов. Это объясняет, почему двухтактные мотоциклы, оснащенные расширительными камерами, имеют такие порочные диапазоны мощности (особенно в старые времена, когда не существовало регулируемого времени выхлопа). С схема, показанная здесь (т. е. одна расходящаяся ступень и одна сходящаяся этап), диапазон мощности двигателя будет похож на «выключатель света» — один раз расширительная камера уходит в резонанс, будет ОГРОМНЫЙ, почти мгновенный увеличение мощности. Как показывает анимация двухтактного двигателя, синхронизация волн давления идеальна при определенных оборотах, что приводит к тому, что двухтактный двигатель «надвигается на трубу». Диапазон мощности можно несколько смягчить, уменьшив углы на конусах, но это просто из-за меньшей степени наддува. В чтобы получить лучшее из обоих миров (большое увеличение мощности и широкий диапазон мощности), конусы должны состоять из нескольких секций, с разным углом для каждой раздел. Надлежащая конструкция даже простой расширительной камеры несколько сомнительна. искусство, хотя и существуют формулы, которые помогут вам приблизиться к цели (есть это немного больше, чем просто выбор подходящих углов и длин на основе скорости звука — все, что касается трубы, вступает в игру, в том числе диаметр и длина выхлопной трубы, а также диаметр выхлопной трубы («жала») и длина). Конструкция многоступенчатой ​​расширительной камеры становится невероятно сложной — в конце концов, это в основном сводится к старому подходу «пробуй и пробуй». Этот конечно, даже не учитывая, есть ли выпускной и передаточный порт тайминги и площади выхода были оптимизированы для использования расширительной камеры.

Анимация двухтактного двигателя — это инструмент, помогающий понять важность синхронизации портов и волн выхлопа в двухтактном двигателе.

Двухтактный двигатель | Конструкция, работа и ограничения

под редакцией Редакционная группа | Теплотехника

Двигатель более простой, но еще не получивший широкого распространения – вот история двухтактного двигателя. Несмотря на простоту конструкции и простоту конструкции , эти двигатели имеют серьезные проблемы с эффективностью . Почему он в основном ограничен некоторыми приложениями и почему он не может конкурировать со своим четырехтактным аналогом ? На все эти вопросы даны ответы с подробным объяснением их работы и ограничений в этом посте.

Двухтактный двигатель

Как следует из названия, двухтактный двигатель представляет собой тип двигателя внутреннего сгорания (ВС), который производит работу за два хода (т. е. момент вверх и вниз) поршня. Поршень перемещается вверх и вниз один раз, т. е. один оборот из коленчатый вал , чтобы завершить его силовой или термодинамический цикл. История этих двигателей восходит к 1881 году, когда они были впервые выпущены в продажу шотландским инженером Дугалдом Клерком.

В термодинамических циклах бензиновых и дизельных двигателей четыре процесса включают сжатие, подвод тепла, расширение и выхлоп. Эти четыре процесса выполняются за два такта, так что два процесса выполняются при движении поршня вверх и два процесса выполняются при движении поршня вниз.

При сравнении этого двигателя с четырехтактным легко заметить огромную разницу в их конструкции. Отсутствие клапанов и распредвала делает эти двигатели простыми и легкими.

Конструкция двухтактного двигателя

Чтобы четко понять работу двухтактного двигателя, необходимо увидеть его основные компоненты. На самом простом уровне эти двигатели имеют поршень , цилиндр , коленчатый вал , порты и свечу зажигания 9.0062 или топливная форсунка .

Схема двухтактного двигателя

Компоненты, из которых состоят эти двигатели:

• Поршневой цилиндр: Как и любой двигатель внутреннего сгорания, они также имеют поршни и цилиндры, которые содержат воздушно-топливную смесь и передают энергию механическое вращение коленчатого вала.
• Коленчатый вал: Преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение. Это также помогает в процессе сжатия.
• Свеча зажигания или топливная форсунка: В бензиновом двигателе свеча зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь. А в дизелях вместо свечи зажигания стоит топливная форсунка, которая распыляет топливо внутри цилиндра.
• Впускной и выпускной порты: Они действуют как отверстия, через которые свежий воздух поступает внутрь и выхлопные газы выходят из цилиндра.

Работа двухтактного двигателя

Как и любой бензиновый или дизельный двигатель, двухтактный двигатель работает по термодинамическому циклу. Если вы не уверены, что это за циклы, вы можете прочитать предыдущий пост о цикле Отто и цикле Дизеля.

В целом двухтактный двигатель охватывает два такта:

• Такт сжатия: Движение поршня вверх открывает впускное отверстие, и воздух или воздушно-топливная смесь поступает в цилиндр. Дальнейшее движение поршня сжимает смеси. Свеча зажигания воспламеняет сжатую воздушно-топливную смесь и инициирует рабочий ход.
• Рабочий и выпускной такт: Сгоревший газ расширяется, оказывая давление на поршень. В результате начинается движение поршня вниз, за ​​которым следует открытие выпускного окна. Это удаляет выхлопные газы из цилиндра.

Двухтактный двигатель в такте сжатия и рабочем такте.

Если говорить точнее, то процесс удаления выхлопных газов и забора топливовоздушной смеси происходит в какой-то мере одновременно. А сжатая топливно-воздушная смесь способствует удалению выхлопных газов. В результате эти двухтактные двигатели получили свое название картера двухтактных .

Применение двухтактного двигателя

Небольшой размер и простота обслуживания делают эти двигатели предпочтительными во многих случаях.

Основное применение и преимущества этих двигателей:

• Высокая удельная мощность: Механическая простота и высокая удельная мощность этих двигателей предпочтительны в областях, где вес имеет решающее значение.
• Работа в различных положениях: Традиционная система смазки на основе топлива позволяет этим двигателям работать в различных положениях.

Ограничения двухтактного двигателя

Несмотря на компактный размер и простоту, за эту простоту приходится платить огромные деньги.

Критические ограничения этих двухтактных двигателей:

• Низкий тепловой КПД: Несгоревшая топливно-воздушная смесь выбрасывается, что снижает КПД.
• Неполное сгорание: Неполное сгорание и присутствие выхлопных газов в свежей смеси приводят к неполному сгоранию.
• Высокая вибрация: Эти двигатели часто создают сильную вибрацию на высокой скорости.

Выводы

Тепловые двигатели, особенно двигатели внутреннего сгорания, повсюду. Одним из таких двигателей является двухтактный двигатель, который со временем потерял свою известность и применение. В то время, когда мир стремился стать устойчивым , эти двигатели получили плохой имидж из-за их низкой эффективности по сравнению с их четырехтактным аналогом. Несмотря на все недостатки, он по-прежнему является предпочтительным выбором в областях, где вес и размер являются основными ограничениями.

Некоторые ключевые выводы из поста:

• Двухтактный двигатель: Двигатель внутреннего сгорания, который производит работу за два хода поршня (т. е. момент вверх и вниз).
• Такты в двухтактном двигателе: В цикле происходят два такта; это сжатие и рабочий ход.
• Преимущество: Простая конструкция и малый вес обеспечивают высокое соотношение мощности и веса.
• Ограничения: Они имеют критические ограничения, такие как низкий тепловой КПД, неполное сгорание и высокие вибрации.

Приложения для Android

⭐️ ⭐️ ⭐️ ⭐️ ⭐️ 1000+ | 400 000 + загрузок (всего)

Наша цель в eigenplus — научить студентов-строителей анализу конструкций и проектированию, начиная с фундаментальных принципов.