Двухтактный двигатель в автомобиле [легче, чище, ниже расход топлива]

Когда двухтактный двигатель заменит четырехтактный

Двухтактные двигатели скоро заменят в автомобилях четырехтактные. Идея, которая пришла в голову инженеру Петеру Хофбауеру сделает маленькую революцию в мировом автомобилестроении. Он доказал, что двухтактный движок может применяться не только в газонокосилках и подвесных лодочных моторах, но и в автомобилях. По своим показателям двухтактный движок способен превзойти автомобильный четырехтактный.

Двухтактный двигатель в автомобилях – еще лучше, еще легче, еще эффективнее

Идея двухтактного двигателя для автомобилей не нова, но до сих пор никому не удавалось ее реализовать из-за инженерных препятствий. Однако Петер Хофбауер сделал прорыв в этой области, за что и получил награду в 2011 году за конструкцию двухтактного двигателя, который лучше и эффективнее традиционного четырехтактного.

Относительно простые и легкие, двухтактные движки, используемые в бензопилах и навесных лодочных моторах, прекрасно подошли бы легковым машинам. Подошли, если бы не их минусы – двухтактники сильнее загрязняют окружающую среду, в сравнении с четырехтактными. Плюс ко всему они требуют более качественного масла, у них больше расход топлива. Зато на высоких оборотах двухтактники более приемистые. При меньших чем у черехтактника размерах, в двухтактниках камера сгорания больше, а движение поршня медленнее, из-за чего ТВГ (температура выхлопных газов) выше. Атмосфера страдает, Greenpeace протестует. «Я потратил как минимум 50 миллионов долларов компании GM, чтобы доказать, что двухтактники никогда не будут использоваться в легковых машинах», говорит ветеран General Motors Дон Ранкл. Однако движок со встречным движением поршней, разработанный Петером Хофбауером, изменил точку зрения Ранкла.

Как и в других двигателях со встречным движением поршней или плоских движках, поршни в созданном Петером двухтактнике движутся горизонтально. «Момент истины» для Хофбауера настал, когда бывший инженер компании Volkswagen обдумывал, в чем же слабые места встречного движения поршней мотора VW. «И в тот момент я подумал, Боже, ведь все настолько просто! Нужно заменить головку блока цилиндров на головку с движущимся поршнем и впускным окном!».

И его идея выстрелила! Созданному Хофбауером двухтактному двигателю требуется вдвое меньше запчастей, чем аналогичному четырехтактному, поэтому весит он на 30% меньше. В зависимости от конфигурации, двухтактник вырабатывает энергию на 15-50-процентное эффективней, чем это делает четырехтактный. Благодаря уникальной архитектуре и нескольким ключевым нововведениям, двигатель со встречно движущимися поршнями выпускает значительно меньше выбросов, чем типичный двухтактный. Сейчас компания EcoMotors, один из спонсоров автомобильной выставки в Бьюли , на которую работает Петер Хофбауер, сосредоточена на создании двухтактных силовых установок для грузовиков и уже имеет прототип дизельного мотора мощностью в 240 лошадиных сил.

Теперь о конструкции прототипа двухтактного двигателя, которым Хофбауер пытается оснастить автомобили будущего.

Конструкция двухтактника Хофбауера

1.Турбонаддув

Электрический мотор установлен на вал вентилятора и быстро набирает обороты; в обратном направлении он вырабатывает электроэнергию от выхлопных газов. Кроме того, он управляет давлением выхлопных газов, чтобы минимизировать выбросы.

2.Стальные шатуны

Длинные стальные шатуны присоединяют внешние поршни к коленчатому валу. С двумя поршнями, за один рабочий ход, движок ведет себя так, как будто у него длинный ход поршня – получается большее число доступной энергии и повышается эффективность. В то же время, коленчатый вал остается таким же компактным, и соответственно легким.

3.Коленчатый вал

Двигатель является модульным, и коленчатый вал пары цилиндров может быть соединен муфтой. Во время поездки по скоростному шоссе, ненужные цилиндры просто остаются бездейственными, а затем, при необходимости, снова включаются в работу.

4.Цилиндр

Учитывая изначальный недостаток двухтактных дизельных двигателей, которые конструктивно выбрасывают более насыщенные газы в атмосферу, Петер Хофбауер, изменил конструкцию впускной, выпускной систем и камеры сгорания, что предотвратило выход излишков несгоревшего топлива с вредными газами в атмосферу. Газы входят и выходят из цилиндра через специальные окна в его стенках.

Двухтактники отлично подошли бы для гоночных автомобилей Формулы-1. Малый вес таких двигателей и эффективная работа на оборотах до 10 тысяч , при пускай даже большем расходе топлива, была бы плюсом для скоростных болидов. Приживется ли идея в автомобилестроении, покажет время.

Двухтактный дизельный двигатель — Two-stroke diesel engine

Дизельный двигатель двухтактного является двигатель дизельный , который работает путем объединения то , что , как правило , четыре цикла — потребление, сжатие, сгорание и выхлопные только в два штрихов (один оборот) двигателя. Он был изобретен Хьюго Гюльднером [ де ] в 1899 году.

Во всех дизельных двигателях используется воспламенение от сжатия — процесс, при котором топливо впрыскивается после сжатия воздуха в камере сгорания, что приводит к самовоспламенению топлива . Напротив, в бензиновых двигателях используется цикл Отто , а в некоторых современных высокоэффективных двигателях — цикл Аткинсона , в котором топливо и воздух смешиваются перед входом в камеру сгорания, а затем воспламеняются свечой зажигания .

Содержание

• 1 История
• 2 Два удара
• 3 Известные производители
• 4 Библиография
  • 4.1 Цитируемые работы
  • 4.2 Дальнейшее чтение
• 5 Примечания
• 6 Ссылки

История

По словам разработчика первого работающего дизельного двигателя Имануэля Лаустера [ де ] , Дизель никогда не намеревался использовать двухтактный принцип для дизельного двигателя. Считается, что Хьюго Гюльднер изобрел двухтактный дизельный двигатель. Он спроектировал первый действующий двухтактный дизельный двигатель в 1899 году и убедил компании MAN , Krupp и Diesel профинансировать строительство этого двигателя по 10 000 фунтов стерлингов каждый. Двигатель Гюльднера имел рабочий цилиндр 175 мм и продувочный цилиндр 185 мм; у обоих был ход 210 мм. Указанная выходная мощность составляла 12 л.с. (8826 Вт). В феврале 1900 года этот двигатель впервые заработал своим ходом. Однако с его фактической выходной мощностью всего 6,95 л.с. (5112 Вт) и высоким расходом топлива 380 г · л.с. −1 · ч −1 (517 г · кВт −1 · ч −1 ), он не оказался успешным. ; Проект двухтактного дизельного двигателя Гюльднера был заброшен в 1901 году.

В 1908 году компания MAN Nürnberg предложила поршневые двухтактные дизельные двигатели одностороннего действия для морского применения, первый поршневой двигатель двустороннего действия от MAN Nürnberg был изготовлен в 1912 году для электростанции. В 1913/1914 году в сотрудничестве с Blohm + Voss в Гамбурге компания MAN Nürnberg построила первый поршневой двухтактный двигатель двустороннего действия для морского применения. Во время Первой мировой войны компания MAN Nürnberg построила шестицилиндровый поршневой двухтактный дизельный двигатель двустороннего действия с номинальной мощностью 12400 л.с. (9120 кВт). В 1919 году компания MAN перевела свой отдел двухтактных дизельных двигателей из Нюрнберга в Аугсбург.

Чарльз Ф. Кеттеринг и его коллеги, работавшие в General Motors Research Corporation и дочерней компании GM Winton Engine Corporation в 1930-х годах, продвинули искусство и науку о технологии двухтактных дизельных двигателей, чтобы получить двигатели с гораздо более высокими отношениями мощности к массе и диапазоном мощности. чем современные четырехтактные дизели. Первое мобильное применение двухтактных дизельных двигателей было связано с дизельными обтекаемыми моделями в середине 1930-х годов, а продолжающиеся разработки привели к созданию улучшенных двухтактных дизелей для локомотивов и морских судов в конце 1930-х годов. Эта работа заложила основу дизелизации железных дорог в 1940-х и 1950-х годах.

Два удара

Двухтактные двигатели внутреннего сгорания механически проще четырехтактных , но более сложны в термодинамических и аэродинамических процессах, согласно определениям SAE . В двухтактном двигателе четыре «цикла» теории двигателя внутреннего сгорания (впуск, сжатие, зажигание, выпуск) происходят за один оборот, 360 механических градусов, тогда как в четырехтактном двигателе они происходят за два полных оборота, 720 механические градусы. В двухтактном двигателе в любой момент времени во время работы двигателя выполняется более одной функции.

• Впуск начинается, когда поршень находится около нижней мертвой точки . Воздух поступает в цилиндр через отверстия в стенке цилиндра ( впускных клапанов нет ). Все двухтактные дизельные двигатели требуют для работы искусственного вытяжного воздуха, и для заправки цилиндра воздухом будет использоваться вентилятор с механическим приводом или турбокомпрессор . На ранней стадии всасывания заряд воздуха также используется для вытеснения любых оставшихся продуктов сгорания от предыдущего рабочего такта, этот процесс называется продувкой .
• Когда поршень поднимается, всасываемый воздух сжимается. Вблизи верхней мертвой точки впрыскивается топливо, что приводит к сгоранию из-за чрезвычайно высокого давления заряда и тепла, создаваемого сжатием, которое перемещает поршень вниз. По мере того, как поршень движется вниз в цилиндре, он достигает точки, в которой выпускное отверстие открывается для удаления газов сгорания под высоким давлением. Однако в большинстве современных двухтактных дизельных двигателей используются расположенные сверху тарельчатые клапаны и однопоточная продувка . Продолжительное движение поршня вниз откроет отверстия для впуска воздуха в стенке цилиндра, и цикл начнется снова.

В большинстве двухтактных двигателей EMD и GM (например, Detroit Diesel ) очень немногие параметры регулируются, а все остальные фиксируются механической конструкцией двигателей. Отверстия для продувки открыты от 45 градусов перед BDC до 45 градусов после BDC (этот параметр обязательно симметричен относительно BDC в двигателях с поршневыми портами). Остальные регулируемые параметры связаны с выпускным клапаном и синхронизацией впрыска (эти два параметра не обязательно симметричны относительно ВМТ или, если на то пошло, НМТ), они установлены для максимального выхлопа газов сгорания и максимального впуска наддувочного воздуха. Один распределительный вал управляет выпускными клапанами тарельчатого типа и насос-форсункой , используя три лепестка: два лепестка для выпускных клапанов (либо два клапана на самых маленьких двигателях, либо четыре клапана на самом большом, и третий лепесток для насос-форсунки).

Специально для двухтактных двигателей EMD ( 567 , 645 и 710 ):

• Рабочий такт начинается в ВМТ ([0 °]; впрыск топлива опережает ВМТ на 4 ° [356 °], так что впрыск топлива будет завершен в ВМТ или очень скоро после этого; топливо воспламеняется так же быстро, как и впрыск) , после рабочего хода выпускные клапаны открываются, тем самым значительно снижая давление и температуру газа сгорания и подготавливая цилиндр к продувке для продолжительности рабочего хода 103 °.
• Продувка начинается 32 ° позже, в НМТ-45 ° [135 °], и заканчивается в НМТ + 45 ° [225 °], для продувки продолжительностью 90 градусов; задержка на 32 ° при открытии продувочных отверстий (ограничение длины рабочего хода) и задержка на 16 ° после закрытия продувочных отверстий (тем самым инициируя такт сжатия) максимизируют эффективность продувки, тем самым максимизируя выходную мощность двигателя при минимизации расход топлива двигателя.
• К концу продувки все продукты сгорания вытесняются из цилиндра, и остается только «наддувочный воздух» (продувка может осуществляться с помощью воздуходувок Рутса для впуска наддувочного воздуха при температуре немного выше окружающей среды или собственного турбо-компрессора EMD, который действует как нагнетатель во время запуска и как турбонагнетатель в нормальных условиях эксплуатации, а также для подачи наддувочного воздуха при значительно превышении температуры окружающей среды, и который обеспечивает 50-процентное увеличение максимальной номинальной мощности по сравнению с двигателями с наддувом Рутса того же рабочего объема) .
• Ход сжатия начинается на 16 ° позже, при НМТ + 61 ° [241 °], для продолжительности хода сжатия 119 °.
• В двигателях с EFI насос-форсунка с электронным управлением по-прежнему приводится в действие механически; количество топлива, подаваемого в насос-форсунку плунжерного типа, контролируется блоком управления двигателем (в локомотивах, блоком управления локомотивом), а не традиционным регулятором Woodward PGE или эквивалентным регулятором двигателя, как с обычными насос-форсунками.

Специально для двухтактных двигателей GM ( 6-71 ) и связанных с ними дорожных / внедорожных / морских двухтактных двигателей:

• При этом используются те же основные соображения (двигатели GM / EMD 567 и GM / Detroit Diesel 6-71 были спроектированы и разработаны в одно и то же время и одной и той же командой инженеров и инженеров).
• В то время как некоторые двигатели EMD и Detroit Diesel используют турбонаддув, только такие двигатели EMD используют систему турбонаддува; в таких двигателях Detroit Diesel используется обычный турбокомпрессор, в некоторых случаях с промежуточным охлаждением, за которым следует обычный вентилятор Рутса, поскольку система турбокомпрессора была бы слишком дорогостоящей для этих очень дорогостоящих и высококонкурентных приложений.

Дизельные двигатели

Конструкционные особенности дизельных двигателей

Дизельный двигательный агрегат – одна из разновидностей поршневых силовых установок. По своему исполнению он почти ничем не отличается от бензинового двигателя внутреннего сгорания. Там имеются те же цилиндры, поршни, шатуны, коленвал и прочие элементы.

Действие «дизеля» основано на свойстве самовоспламенения дизтоплива, распыляемого в пространстве цилиндра. Клапаны в таком моторе значительно усилены — это необходимо было сделать для того, чтобы агрегат был устойчив к повышенным нагрузкам в течение длительного времени. Из-за этого вес и размеры «дизеля» больше, чем у аналогичной бензиновой установки.

Есть и существенное отличие между дизельными и бензиновыми механизмами. Оно заключается в том, как именно образуется топливовоздушная смесь, каков принцип ее воспламенения и горения. Первоначально в работающие цилиндры направляется обычный чистый воздушный поток. По мере сжатия воздуха он прогревается до температуры около 700 градусов, после чего форсунки впрыскивают горючее в камеру сгорания. Высокая температура способствует моментальному самовозгоранию топлива. Горение сопровождается быстрым нагнетанием высокого давления в цилиндре, поэтому дизельный агрегат издает характерный шум в процессе работы.

Запуск дизельного двигателя

Пуск «дизеля» в холодном состоянии осуществляется благодаря свечам накаливания. Это нагревательные электроэлементы, интегрированные в каждую из камер сгорания. При включении зажигания свечи накаливания нагреваются до сверхвысоких температур = около 800 градусов. При этом разогревается воздух в камерах сгорания. Весь процесс занимает несколько секунд, а о готовности дизеля к запуску водителя оповещает сигнальный индикатор в панели приборов.

Подача электричества на свечи накаливания снимается автоматически примерно через 20 секунд после запуска. Это необходимо для обеспечения устойчивой работы холодного двигателя.

Устройство топливной системы дизельного мотора

Одной из самых важных систем двигателя, работающего на дизельном топливе, считается система подачи горючего. Ее главная задача – подача дизтоплива в цилиндр в жестко ограниченном количестве и только в заданный момент.

Основные компоненты топливной системы:

• топливный насос высокого давления (ТНВД);
• форсунки подачи горючего;
• фильтрующий элемент.

Основное назначение ТНВД — подача горючего на форсунки. Он работает по заданной программе в соответствии с тем режимом, в котором функционирует мотор, и действиями водителя. Фактически, современные топливные насосы являются высокотехнологичными механизмами, которые автоматически управляют работой дизельного мотора на основании управляющих воздействий водителя.

В тот момент, когда водитель выжимает газовую педаль, он не меняет количество подачи горючего, а вносит изменения в работу регуляторов в зависимости от силы нажатия на педаль. Именно регуляторы изменяют количество оборотов двигателя и, соответственно, скорость машины.

Как отмечают специалисты ГК Favorit Motors, на легковых авто, кроссоверах и внедорожниках чаще всего устанавливают ТНВД распределительной конструкции. Они имеют компактные размеры, равномерно подают топливо в цилиндры и качественно работают на высоких оборотах.

Форсунка получает топливо от насоса и регулирует его количество перед тем, как перенаправить горючее в камеру для сгорания. На дизельные агрегаты устанавливают форсунки с распределителем одного из двух видов: шрифтовым либо многодырчатым. Иглы распределителей изготавливаются из высокопрочных жаростойких материалов, поскольку они работают в условиях высоких температур.

Топливный фильтр — это простой и, одновременно, один из важнейших компонентов дизельного агрегата. Его рабочие параметры должны в точности соответствовать конкретному типу двигателя. Назначение фильтра — отделение конденсата (для этого предназначено нижнее сливное отверстие с пробкой) и устранение лишнего воздуха из системы (используется верхний насос подкачки). На некоторых моделях авто предусмотрена функция электрического подогрева топливного фильтра — это позволяет упростить запуск дизеля в зимний период.

Виды дизельных агрегатов

В современном автомобилестроении используются два типа дизельных силовых установок:

• двигатели с прямым впрыском;
• дизели с раздельной камерой сгорания.

У дизельных агрегатов с прямым впрыском камера сгорания интегрирована в поршень. Горючее впрыскивается в пространство над поршнем, после чего направляется в камеру. Прямой впрыск топлива обычно используется на низкооборотных силовых установках с большим рабочим объемом, где имеются сложности с процессом воспламенения.

Более распространены сегодня дизельные моторы с раздельной камерой. Впрыск горючей смеси производится не в пространство над поршнем, а в дополнительную полость, которая имеется в головке цилиндра. Такой способ оптимизирует процесс самовоспламенения. К тому же такой тип дизеля работает с меньшим шумом даже на самых высоких оборотах. Именно такие двигатели сегодня устанавливают на легковых автомобилях, кроссоверах и внедорожниках.

В зависимости от конструктивных особенностей дизельный силовой агрегат работает в четырехтактном и двухтактном циклах.

Четырехтактный цикл подразумевает следующие этапы работы силового агрегата:

• Первый такт – это поворот коленвала на 180 градусов. Благодаря его движению открывается впускающий клапан, в результате чего воздух подается в полость цилиндра. После этого клапан резко закрывается. Одновременно с этим при определенном положении открывается и выхлопной (выпускающий) клапан. Момент одновременного открытия клапанов называют перекрытием.
• Второй такт — это сжатие воздуха поршнем.
• Третий такт — начало хода. Коленвал поворачивается на 540 градусов, топливно-воздушная смесь воспламеняется и сгорает при соприкосновении с форсунками. Выделяющаяся при горении энергия поступает в поршень и заставляет его двигаться.
• Четвертый такт соответствует повороту коленвала до 720 градусов. Поршень поднимается вверх и выбрасывает через выпускной клапан отработавшие продукты горения.

Двухтактный цикл обычно используется при запуске дизельного агрегата. Суть его заключается в том, что такты сжатия воздуха и начало рабочего процесса у него укорочены. При этом поршень выпускает отработавшие газы через специальные впускные окна во время своей работы, а не после того, как опустится вниз. После принятия исходного положения осуществляется продувка поршня, чтобы удалить остаточные явления от горения.

Преимущества и недостатки использования дизельных двигателей

Силовые агрегаты на дизельном топливе характеризуются высокой мощностью и коэффициентом полезного действия. Специалисты ГК Favorit Motors отмечают, что автомобили с дизельными агрегатами с каждым годом становятся все более востребованными в нашей стране.

Во-первых, благодаря особенностям процесса горения топлива и постоянному выхлопу отработавших газов, дизель не предъявляет строгих требований к качеству топлива. Это делает их и более экономичными и доступными в обслуживании. Кроме того, расход топлива у дизельного мотора меньше, чем у бензинового агрегата аналогичного объема.

Во-вторых, самовозгорание топливно-воздушной смеси производится равномерно в момент впрыска. Поэтому дизельные двигательные аппараты могут работать на пониженных оборотах и, несмотря на это, выдавать очень высокий крутящий момент. Такое свойство позволяет сделать транспортное средство с дизельным агрегатом намного легче в управлении, нежели авто с потреблением бензинового топлива.

В-третьих, в использованных газовых выхлопах дизельного мотора содержится гораздо меньше окиси углерода, что делает эксплуатацию таких авто экологичной.

Несмотря на свою надежность и высокий моторесурс, дизельные силовые агрегаты со временем выходят из строя. Самостоятельно проводить ремонтные работы мастера ГК Favorit Motors не рекомендуют, ведь современные «дизели» — это высокотехнологичные установки. И для их ремонта необходимы специальные знания и оборудование.

Специалисты автосервиса Favorit Motors – это квалифицированные мастера, которые прошли стажировку и обучение в учебных центрах заводов-производителей. Они обладают доступом ко всей технологической документации и имеют многолетний опыт ремонта дизельных агрегатов любых модификаций. В нашем техцентре имеется все необходимое оборудование и узкопрофильные инструменты для диагностики и ремонта дизельных моторов. Кроме того, услуги по восстановлению и ремонту «дизелей», оказываемые в ГК Favorit Motors, являются необременительными для кошельков москвичей.

Мастера автосервиса отмечают, что долговечность работы «дизеля» напрямую зависит от того, насколько своевременно и качественно проводится сервисное обслуживание. В техцентре Favorit Motors регламентное ТО выполняется в строгом соответствии с технологическими картами производителя и с использованием только высококачественных сертифицированных запчастей.

Источник Источник Источник http://zap-online.ru/info/avtonovosti/dvuhtaktnyy-dvigatel-v-avtomobilyah-eshche-luchshe-eshche-legche-eshche-effektivnee
Источник http://ru.qaz.wiki/wiki/Two-stroke_diesel_engine
Источник Источник Источник Источник Источник http://online.favorit-motors.ru/article/diselnie-dvigately