Silnik dwusuwowy w samochodzie

W świecie samochodów dokonano wielu zmian w układzie napędowym. Część z nich zamarła w czasie, ponieważ projektant nie miał środków na dalszy rozwój swojego pomysłu. Inne okazały się nieskuteczne, więc takie zmiany nie miały obiecującej przyszłości.

Oprócz klasycznego silnika rzędowego lub w kształcie litery V, producenci produkowali również samochody z innym układem napędowym. Pod maską niektórych modeli można było zobaczyć Silnik Wankla, bokser (lub bokser), silnik wodorowy. Niektórzy producenci samochodów nadal mogą używać tak egzotycznych układów napędowych w swoich modelach. Oprócz tych modyfikacji historia zna kilka bardziej udanych niestandardowych silników (niektóre z nich są Osobny artykuł).

Porozmawiajmy teraz o takim silniku, z którym prawie żaden z kierowców się nie spotkał, jeśli nie mówić o konieczności koszenia trawy kosiarką lub ścinania drzewa piłą łańcuchową. To jest dwusuwowa jednostka napędowa. Zasadniczo ten typ silnika spalinowego jest stosowany w pojazdach mechanicznych, czołgach, samolotach tłokowych itp., Ale niezwykle rzadko w samochodach.

Również silniki dwusuwowe są bardzo popularne w sportach motorowych, ponieważ jednostki te mają znaczące zalety. Po pierwsze, mają ogromną moc jak na małe przemieszczenie. Po drugie, dzięki uproszczonej konstrukcji silniki te są lekkie. Te czynniki są bardzo ważne dla sportowych jednośladów.

Zastanów się nad cechami urządzenia takich modyfikacji, a także czy możliwe jest ich użycie w samochodach.

Co to jest silnik dwusuwowy?

Po raz pierwszy patent na stworzenie dwusuwowego silnika spalinowego pojawił się na początku lat osiemdziesiątych XIX wieku. Rozwój zaprezentował inżynier Douglad Clerk. Urządzenie jego pomysłu zawierało dwa cylindry. Jeden był robotnikiem, a drugi pompował nową porcję współpracy wojskowo-technicznej.

10 lat później pojawiła się modyfikacja z przedmuchiwaniem komory, w której nie było już tłoka wylotowego. Ten silnik został zaprojektowany przez Josepha Daya.

Równolegle z tymi osiągnięciami Karl Benz stworzył własną jednostkę gazową, której patent na produkcję pojawił się w 1880 roku.

Dwusuwowy dvigun, jak sama nazwa wskazuje, w jednym obrocie wału korbowego wykonuje wszystkie skoki niezbędne do doprowadzenia i spalania mieszanki powietrzno-paliwowej, a także do odprowadzenia produktów spalania do układu wydechowego pojazdu. Zdolność tę zapewnia cecha konstrukcyjna urządzenia.

Podczas jednego skoku tłoka w cylindrze wykonywane są dwa skoki:

1. Gdy tłok znajduje się w dolnym martwym punkcie, cylinder jest czyszczony, to znaczy produkty spalania są usuwane. Skok ten jest zapewniany przez zasysanie świeżej części VTS, która wypycha spaliny do układu wydechowego. W tym samym momencie komora zostaje napełniona świeżą porcją VTS.
2. Wznosząc się do górnego martwego punktu, tłok zamyka wlot i wylot, co zapewnia kompresję BTC w przestrzeni nadtłokowej (bez tego procesu efektywne spalanie mieszanki i wymagana moc zespołu napędowego są niemożliwe). Jednocześnie dodatkowa porcja mieszanki powietrza i paliwa zasysana jest do wnęki pod tłokiem. W GMP tłoka powstaje iskra, która zapala mieszankę paliwowo-powietrzną. Rozpoczyna się skok roboczy.

To powtarza motocykl. Okazuje się, że w dwusuwach wszystkie skoki wykonywane są w dwóch suwach tłoka: podczas gdy porusza się on w górę iw dół.

Urządzenie silnika dwusuwowego?

Klasyczny dwusuwowy silnik spalinowy składa się z:

• Furman. Jest to główna część konstrukcji, w której wał korbowy jest zamocowany za pomocą łożysk kulkowych. W zależności od wielkości grupy cylinder-tłok na wale korbowym będzie odpowiednia liczba korb.
• Tłok. To element w postaci szkła, który jest przymocowany do korbowodu, podobnie jak analog stosowany w silnikach czterosuwowych. Posiada rowki na pierścienie zaciskowe. Sprawność jednostki podczas spalania MTC zależy od gęstości tłoka, podobnie jak w innych typach silników.
• Wlot i wylot. Wykonywane są w samej obudowie silnika spalinowego, w której łączy się kolektor dolotowy i wydechowy. W takim silniku nie ma mechanizmu dystrybucji gazu, dzięki czemu dwusuwowe są lekkie.
• Zawór. Ta część zapobiega wyrzucaniu mieszanki paliwowo-powietrznej z powrotem do przewodu dolotowego urządzenia. Kiedy tłok się unosi, pod nim powstaje podciśnienie, poruszając klapą, przez którą do wnęki wchodzi świeża porcja BTC. Gdy tylko nastąpi skok suwu roboczego (zostanie uruchomiona iskra i mieszanina zapłonowa, przesuwając tłok do dolnego martwego punktu), zawór ten zamyka się.
• Pierścienie zaciskowe. Są to te same części, co w każdym innym silniku spalinowym. Ich wymiary dobierane są ściśle według wymiarów konkretnego tłoka.

Dwusuwowa konstrukcja Hofbauera

Ze względu na wiele przeszkód inżynieryjnych pomysł zastosowania modyfikacji dwusuwowych w lekkich pojazdach do niedawna nie był możliwy. W 2010 roku nastąpił przełom w tym zakresie. EcoMotors otrzymał przyzwoitą inwestycję od Billa Gatesa i Khosla Ventures. Powodem tego marnotrawstwa była prezentacja oryginalnego silnika typu bokser.

Chociaż taka modyfikacja istnieje od dawna, Peter Hofbauer stworzył koncepcję dwusuwu, który działał na zasadzie klasycznego boksera. Firma nazwała swoje dzieło OROS (przetłumaczone jako przeciwstawne cylindry i przeciwstawne tłoki). Taka jednostka może pracować nie tylko na benzynie, ale także na oleju napędowym, ale deweloper do tej pory zdecydował się na paliwo stałe.

Jeśli weźmiemy pod uwagę klasyczną konstrukcję dwusuwu w tej pojemności, to teoretycznie można go zastosować w podobnej modyfikacji i zainstalować na czterokołowym pojeździe pasażerskim. Byłoby to możliwe, gdyby nie normy środowiskowe i wysokie koszty paliwa. Podczas pracy konwencjonalnego dwusuwowego silnika spalinowego, część mieszanki paliwowo-powietrznej jest usuwana przez otwór wydechowy podczas procesu odpowietrzania. Również w procesie spalania BTC spalany jest również olej.

Pomimo wielkiego sceptycyzmu inżynierów z wiodących producentów samochodów, silnik Hofbauera otworzył możliwość dwusuwów, aby dostać się pod maskę luksusowych samochodów. Jeśli porównamy jego rozwój z klasycznym bokserem, to nowy produkt jest o 30 procent lżejszy, ponieważ jego konstrukcja ma mniej części. Jednostka wykazuje również bardziej wydajną produkcję energii podczas pracy w porównaniu z czterosuwowym bokserem (wzrost wydajności w granicach 15-50 procent).

Pierwszy działający model otrzymał oznaczenie EM100. Według dewelopera waga silnika to 134 kg. Jego moc to 325 KM, a moment obrotowy 900 Nm.

Cechą konstrukcyjną nowego boksera jest to, że w jednym cylindrze znajdują się dwa tłoki. Są zamontowane na tym samym wale korbowym. Między nimi następuje spalanie VTS, dzięki czemu uwolniona energia działa jednocześnie na oba tłoki. To wyjaśnia tak ogromny moment obrotowy.

Przeciwległy cylinder jest skonfigurowany tak, aby działał asynchronicznie z sąsiednim. Zapewnia to płynne obroty wału korbowego bez szarpnięć przy stabilnym momencie obrotowym.

W poniższym filmie sam Peter Hofbauer pokazuje, jak działa jego silnik:

silnik opoc, jak to działa.mp4

Przyjrzyjmy się bliżej jego wewnętrznej strukturze i ogólnemu schematowi pracy.

Turbodoładowanie

Turbodoładowanie zapewnia wirnik na wale, na którym zamontowany jest silnik elektryczny. Chociaż będzie on częściowo pochodził ze strumienia spalin, naładowany elektronicznie wirnik umożliwia wirnikowi szybsze przyspieszanie i wytwarzanie ciśnienia powietrza. Aby skompensować zużycie energii podczas obracania wirnika, urządzenie wytwarza energię elektryczną, gdy łopatki są poddawane działaniu ciśnienia spalin. Elektronika kontroluje również przepływ spalin, aby zmniejszyć zanieczyszczenie środowiska.

Ten element innowacyjnego dwusuwu jest raczej kontrowersyjny. Aby szybko wytworzyć niezbędne ciśnienie powietrza, silnik elektryczny zużyje przyzwoitą ilość energii. Aby to zrobić, przyszły samochód, który będzie korzystał z tej technologii, będzie musiał być wyposażony w wydajniejszy generator i akumulatory o zwiększonej pojemności.

Do tej pory wydajność doładowania elektrycznego jest nadal na papierze. Producent twierdzi, że ten system poprawia czyszczenie cylindra, maksymalizując jednocześnie korzyści płynące z cyklu dwusuwowego. Teoretycznie ta instalacja pozwala podwoić pojemność litra urządzenia w porównaniu z odpowiednikami czterosuwowymi.

Wprowadzenie takiego wyposażenia z pewnością podroże elektrownię, dlatego nadal taniej jest zastosować mocny i żarłoczny klasyczny silnik spalinowy niż nowy, lekki bokser.

Stalowe korbowody

Swoją konstrukcją jednostka przypomina silniki TDF. Tylko w tej modyfikacji przeciwtłoki wprawiają w ruch nie dwa wały korbowe, ale jeden z powodu długich korbowodów zewnętrznych tłoków.

Zewnętrzne tłoki w silniku są osadzone na długich stalowych korbowodów, które są połączone z wałem korbowym. Znajduje się nie na krawędziach, jak w klasycznej modyfikacji boksera, która jest stosowana w sprzęcie wojskowym, ale między cylindrami.

Elementy wewnętrzne są również połączone z mechanizmem korbowym. Takie urządzenie pozwala wydobyć więcej energii z procesu spalania mieszanki paliwowo-powietrznej. Silnik zachowuje się tak, jakby miał korby zapewniające zwiększony skok tłoka, ale wał jest zwarty i lekki.

Wał korbowy

Silnik Hofbauer ma konstrukcję modułową. Elektronika jest w stanie wyłączyć niektóre cylindry, dzięki czemu samochód może być bardziej ekonomiczny przy minimalnym obciążeniu ICE (na przykład przy prędkości przelotowej na płaskiej drodze).

W silnikach czterosuwowych z wtryskiem bezpośrednim (szczegółowe informacje na temat typów układów wtrysku podano na w innej recenzji) wyłączenie cylindrów jest zapewnione poprzez przerwanie dopływu paliwa. W tym przypadku tłoki nadal poruszają się w cylindrach z powodu obrotu wału korbowego. Po prostu nie spalają paliwa.

Jeśli chodzi o innowacyjny rozwój Hofbauera, wyłączenie pary cylindrów zapewnia specjalne sprzęgło zamontowane na wale korbowym między odpowiednimi parami cylinder-tłok. Po odłączeniu modułu sprzęgło po prostu odłącza część wału korbowego, która jest odpowiedzialna za tę sekcję.

Ponieważ poruszające się tłoki w klasycznym 2-suwowym silniku spalinowym na biegu jałowym nadal będą zasysać nową porcję VTS, w tej modyfikacji moduł ten całkowicie przestaje działać (tłoki pozostają unieruchomione). Gdy tylko obciążenie jednostki napędowej wzrośnie, w pewnym momencie sprzęgło łączy niedziałającą sekcję wału korbowego, a silnik zwiększa moc.

Cylinder

W procesie wietrzenia cylindra klasyczne zawory dwusuwowe wydzielają część niespalonej mieszanki do atmosfery. Z tego powodu pojazdy wyposażone w taki zespół napędowy nie są w stanie spełnić norm środowiskowych.

Aby temu zaradzić, konstruktor dwusuwowego przeciwsobnego silnika zaprojektował specjalną konstrukcję cylindra. Mają też wloty i wyloty, ale ich lokalizacja ogranicza emisje.

Jak działa dwusuwowy silnik spalinowy

Osobliwością klasycznej dwusuwowej modyfikacji jest to, że wał korbowy i tłok znajdują się we wnęce wypełnionej mieszanką paliwowo-powietrzną. Na wlocie jest zainstalowany zawór wlotowy. Jego obecność pozwala wytworzyć ciśnienie we wnęce pod tłokiem, gdy zaczyna się on poruszać w dół. Głowica ta przyspiesza czyszczenie cylindra i usuwanie spalin.

Gdy tłok porusza się wewnątrz cylindra, naprzemiennie otwiera / zamyka wlot i wylot. Z tego powodu cechy konstrukcyjne urządzenia pozwalają na niestosowanie mechanizmu dystrybucji gazu.

Aby zapobiec nadmiernemu zużyciu elementów trących, potrzebują wysokiej jakości smarowania. Ponieważ silniki te mają prostą konstrukcję, pozbawione są złożonego układu smarowania, który dostarczałby olej do każdej części silnika spalinowego. Z tego powodu do paliwa dodaje się trochę oleju silnikowego. W tym celu do jednostek dwusuwowych używana jest specjalna marka. Materiał ten musi zachowywać smarność w wysokich temperaturach, a spalany razem z paliwem nie może pozostawiać nagarów.

Chociaż silniki dwusuwowe nie były szeroko stosowane w samochodach, historia zna okresy, kiedy takie silniki znajdowały się pod maską niektórych ciężarówek (!). Przykładem tego jest jednostka napędowa diesla YaAZ.

W 1947 roku rzędowy 7-cylindrowy silnik wysokoprężny tej konstrukcji został zainstalowany w 200-tonowych ciężarówkach YaAZ-205 i YaAZ-4. Pomimo dużej masy (około 800 kg), jednostka miała mniejsze wibracje niż wiele silników spalinowych krajowych samochodów osobowych. Powodem jest to, że urządzenie tej modyfikacji zawiera dwa wały, które obracają się synchronicznie. Ten mechanizm równoważący wytłumił większość drgań silnika, co szybko doprowadziło do kruszenia drewnianego nadwozia ciężarówki.

Więcej szczegółów na temat działania silników dwusuwowych opisano w poniższym filmie:

2 TACT. Spróbujmy zrozumieć ...

Gdzie potrzebny jest silnik dwusuwowy?

Urządzenie silnika dwusuwowego jest prostsze niż czterosuwowy analog, dzięki czemu są wykorzystywane w tych branżach, w których waga i objętość są ważniejsze niż zużycie paliwa i inne parametry.

Dlatego te silniki są instalowane w lekkich kosiarkach do trawy na kołach i ręcznych przycinarkach dla ogrodników. Trzymanie w rękach ciężkiego silnika bardzo utrudnia pracę w ogrodzie. Tę samą koncepcję można prześledzić przy produkcji pił łańcuchowych.

Jego wydajność zależy również od ciężaru transportu wodnego i lotniczego, dlatego producenci idą na kompromis w zakresie wysokiego zużycia paliwa, aby stworzyć lżejsze konstrukcje.

Jednak 2-tatniki są używane nie tylko w rolnictwie i niektórych typach samolotów. W sportach samochodowych / motocyklowych waga jest tak samo ważna jak w szybowcach lub kosiarkach do trawy. Aby samochód lub motocykl rozwijał się z dużą prędkością, projektanci, tworząc takie pojazdy, używają lekkich materiałów. Opisano szczegółowo materiały, z których wykonane są karoserie tutaj... Z tego powodu silniki te mają przewagę nad ciężkimi i technicznie złożonymi analogami czterosuwowymi.

Oto mały przykład skuteczności dwusuwowej modyfikacji silnika spalinowego w sporcie. Od 1992 roku niektóre motocykle używały japońskiego 4-cylindrowego silnika V-twin Honda NSR500 w wyścigach motocyklowych MottoGP. Przy objętości 0.5 litra jednostka ta osiągnęła moc 200 koni mechanicznych, a wał korbowy obracał się z prędkością do 14 tysięcy obrotów na minutę.

Moment obrotowy wynosi 106 Nm. osiągnął już 11.5 tys. Maksymalna prędkość, jaką taki dzieciak był w stanie rozwinąć, wynosiła ponad 320 kilometrów na godzinę (w zależności od wagi jeźdźca). Masa samego silnika wynosiła zaledwie 45 kg. Jeden kilogram masy pojazdu to prawie półtora konia mechanicznego. Większość samochodów sportowych będzie zazdrościć takiemu stosunkowi mocy do masy.

Porównanie silnika dwusuwowego i czterosuwowego

Powstaje pytanie, dlaczego w takim razie maszyna nie może mieć tak wydajnej jednostki? Po pierwsze, klasyczny dwusuw to najbardziej marnotrawna jednostka ze wszystkich używanych w pojazdach. Powodem tego są osobliwości dmuchania i napełniania cylindra. Po drugie, jeśli chodzi o modyfikacje wyścigowe, takie jak Honda NSR500, ze względu na wysokie obroty żywotność jednostki jest bardzo mała.

Zalety jednostki 2-suwowej w porównaniu z 4-suwowym analogiem obejmują:

• Zdolność do usunięcia mocy z jednego obrotu wału korbowego jest 1.7-XNUMX razy większa niż w przypadku klasycznego silnika z mechanizmem dystrybucji gazu. Ten parametr ma większe znaczenie dla technologii morskiej o małej prędkości i modeli samolotów tłokowych.
• Ze względu na cechy konstrukcyjne silnik spalinowy ma mniejsze wymiary i wagę. Ten parametr jest bardzo ważny w przypadku lekkich pojazdów, takich jak skutery. Wcześniej takie jednostki napędowe (zwykle ich objętość nie przekraczała 1.7 litra) były instalowane w małych samochodach. W takich modyfikacjach zapewniono dmuchanie w komorze korbowej. Niektóre modele ciężarówek były również wyposażone w silniki dwusuwowe. Zwykle objętość takich silników spalinowych wynosiła co najmniej 4.0 litra. Nadmuch w takich modyfikacjach prowadzono metodą bezpośredniego przepływu.
• Ich części zużywają się mniej, gdyż ruchome elementy, aby uzyskać taki sam efekt jak w czterosuwowych analogach, wykonują dwa razy mniej ruchów (dwa skoki są łączone w jednym skoku tłoka).

Silnik czterosuwowy

Pomimo tych zalet modyfikacja silnika dwusuwowego ma istotne wady, przez co nie jest jeszcze praktyczne stosowanie jej w samochodach. Niektóre z tych wad:

• Modele gaźnikowe działają z utratą świeżego ładunku VTS podczas czyszczenia komory cylindra.
• W wersji czterosuwowej spaliny są usuwane w większym stopniu niż w rozważanym analogu. Powodem jest to, że w dwusuwach tłok nie osiąga górnego martwego punktu podczas przedmuchiwania, a proces ten jest zapewniony tylko podczas jego małego skoku. Z tego powodu część mieszanki paliwowo-powietrznej dostaje się do układu wydechowego, a więcej spalin pozostaje w samym cylindrze. Aby zmniejszyć ilość niespalonego paliwa w spalinach, współcześni producenci opracowali modyfikacje z układem wtryskowym, ale nawet w tym przypadku niemożliwe jest całkowite usunięcie pozostałości spalania z cylindra.
• Silniki te są bardziej energochłonne w porównaniu z wersjami czterosuwowymi o identycznej pojemności skokowej.
• Wysokowydajne turbosprężarki służą do przedmuchiwania cylindrów w silnikach wtryskowych. W takich silnikach powietrze zużywa od półtora do dwóch razy więcej. Z tego powodu wymagana jest instalacja specjalnych filtrów powietrza.
• Jednostka 2-suwowa generuje więcej hałasu przy maksymalnych obrotach.
• Palą mocniej.
• Przy niskich obrotach generują silne wibracje. Pod tym względem nie ma różnicy w silnikach jednocylindrowych z czterema i dwoma suwami.

W odniesieniu do trwałości silników dwusuwowych uważa się, że z powodu złego smarowania szybciej się psują. Ale jeśli nie weźmiesz pod uwagę jednostek do motocykli sportowych (wysokie obroty szybko wyłączają części), to w mechanice działa kluczowa zasada: im prostsza konstrukcja mechanizmu, tym dłużej będzie trwał.

Silniki czterosuwowe mają większą liczbę małych części, zwłaszcza w mechanizmie dystrybucji gazu (jak działa rozrząd zaworów, przeczytaj tutaj), które w każdej chwili mogą się zepsuć.

Jak widać, rozwój silników spalinowych nie zatrzymał się do tej pory, więc kto wie, jakiego przełomu w tej dziedzinie dokonają inżynierowie. Pojawienie się nowej konstrukcji silnika dwusuwowego daje nadzieję, że w niedalekiej przyszłości samochody będą wyposażone w lżejsze i wydajniejsze jednostki napędowe.

Podsumowując, proponujemy przyjrzeć się innej modyfikacji silnika dwusuwowego z tłokami poruszającymi się ku sobie. To prawda, technologii tej nie można nazwać innowacyjną, jak w wersji Hofbauera, ponieważ takie silniki spalinowe zaczęto stosować w latach trzydziestych XX wieku w sprzęcie wojskowym. Jednak w przypadku lekkich pojazdów takie silniki dwusuwowe nie były jeszcze stosowane:

Oszałamiający silnik Counter Traffic 2018

Pytania i odpowiedzi:

Co oznacza silnik dwusuwowy? W przeciwieństwie do silnika 4-suwowego, wszystkie suwy wykonywane są w jednym obrocie wału korbowego (dwa suwy są wykonywane podczas jednego suwu tłoka). W nim połączone są procesy napełniania butli i jej wentylacji.

Jak smaruje się silnik dwusuwowy? Wszystkie trące wewnętrzne powierzchnie silnika są smarowane olejem zawartym w paliwie. Dlatego olej w takim silniku musi być stale uzupełniany.

Jak działa silnik 2-suwowy? W tym silniku spalinowym wyraźnie wyrażają się dwa suwy: sprężanie (tłok przemieszcza się do GMP i stopniowo zamyka najpierw odpowietrznik, a następnie kanał wydechowy) oraz suw roboczy (po zapłonie BTC tłok przemieszcza się do BDC, otwierając te same porty w celu oczyszczenia).