Dvoutaktní motor v autě

Svět automobilů zaznamenal mnoho vývoje pohonných jednotek. Některé z nich zůstaly zamrzlé v čase, protože návrhář neměl prostředky k dalšímu rozvoji svého duchovního dítěte. Jiné se ukázaly jako neúčinné, takže takový vývoj neměl slibnou budoucnost.

Kromě klasického řadového motoru nebo motoru ve tvaru V vyráběli výrobci vozy s jinými konstrukcemi pohonných jednotek. Někdo viděl pod kapotu Wankelův motor, boxer (nebo boxer), vodíkový motor. Některé automobilky mohou takové exotické pohonné jednotky ve svých modelech stále používat. Kromě těchto úprav historie zná několik úspěšnějších nestandardních motorů (některé z nich jsou samostatný článek).

Pojďme si nyní promluvit o takovém motoru, se kterým se téměř žádný z motoristů nesetká, nemluvě o potřebě sekat trávu sekačkou nebo pokácet strom motorovou pilou. Jedná se o dvoutaktní pohonnou jednotku. V zásadě se tento typ spalovacího motoru používá v motorových vozidlech, v nádržích, pístových letadlech atd., Ale extrémně zřídka v automobilech.

V motoristickém sportu jsou velmi oblíbené také dvoutaktní motory, protože tyto jednotky mají značné výhody. Za prvé, mají obrovskou sílu pro malé přemístění. Zadruhé jsou tyto motory díky své zjednodušené konstrukci lehké. Tyto faktory jsou pro sportovní jednostopá vozidla velmi důležité.

Zvažte vlastnosti zařízení takových úprav a také to, zda je možné je použít v automobilech.

Co je to dvoutaktní motor?

Poprvé se na počátku 1880. let objevil patent na vytvoření dvoutaktního spalovacího motoru. Vývoj představil inženýr Douglad Clerk. Zařízení jeho duchovního dítěte zahrnovalo dva válce. Jeden byl dělník a druhý čerpal novou dávku vojensko-technické spolupráce.

Po 10 letech se objevila modifikace s odkalováním komory, ve které již nebyl výtlačný píst. Tento motor navrhl Joseph Day.

Souběžně s tímto vývojem vytvořil Karl Benz vlastní plynovou jednotku, jejíž patent na výrobu se objevil v roce 1880.

Dvoudobý dvigun, jak jeho název napovídá, v jedné zatáčce klikového hřídele provede všechny tahy nezbytné pro přívod a spalování směsi vzduch-palivo, jakož i pro odvod spalin do výfukového systému vozidla . Tuto schopnost poskytuje konstrukční prvek jednotky.

Při jednom zdvihu pístu se ve válci provedou dva zdvihy:

1. Když je píst ve spodní úvrati, válec je propláchnut, to znamená, že jsou odstraněny produkty spalování. Tento zdvih je zajištěn nasáváním čerstvé části VTS, která vytlačuje výfukové plyny do výfukového traktu. Ve stejné chvíli probíhá cyklus plnění komory čerstvou částí VTS.
2. Píst stoupající do horní úvrati uzavírá vstup a výstup, což zajišťuje stlačování BTC v prostoru nad pístem (bez tohoto procesu není možné účinné spalování směsi a požadovaný výkon pohonné jednotky). Současně je další část směsi vzduchu a paliva nasávána do dutiny pod pístem. Na TDC pístu se vytváří jiskra, která zapálí směs vzduchu a paliva. Pracovní zdvih začíná.

Tím se motorový cyklus opakuje. Ukazuje se, že ve dvoutaktu jsou všechny tahy prováděny dvěma tahy pístu: zatímco se pohybuje nahoru a dolů.

Zařízení dvoutaktního motoru?

Klasický dvoutaktní spalovací motor se skládá z:

• Povozník. Toto je hlavní část konstrukce, ve které je klikový hřídel upevněn kuličkovými ložisky. V závislosti na velikosti skupiny válec-píst bude na klikovém hřídeli odpovídající počet klik.
• Píst. Jedná se o kus ve formě skla, které je připevněno k ojnici, podobně jako u čtyřtaktních motorů. Má drážky pro kompresní kroužky. Účinnost jednotky během spalování MTC závisí na hustotě pístu, stejně jako u jiných typů motorů.
• Vstup a výstup. Jsou vyrobeny v samotném krytu spalovacího motoru, kde jsou připojeny sací a výfukové potrubí. V takovém motoru není mechanismus distribuce plynu, díky čemuž je dvoutaktní lehký.
• Ventil. Tato část zabraňuje vhození směsi vzduch / palivo zpět do sacího traktu jednotky. Když se píst zvedne, vytvoří se pod ním vakuum, pohybující se klapkou, kterou nová část BTC vstupuje do dutiny. Jakmile dojde ke zdvihu pracovního zdvihu (byla spuštěna jiskra a směs se vznítila a pohybovala pístem do spodní úvrati), tento ventil se uzavře.
• Kompresní kroužky. Jedná se o stejné součásti jako v jakémkoli jiném spalovacím motoru. Jejich rozměry jsou vybírány striktně podle rozměrů konkrétního pístu.

Dvoudobý design Hofbauer

Vzhledem k mnoha technickým překážkám nebyla myšlenka použití dvoutaktních úprav v osobních automobilech donedávna možná. V roce 2010 došlo v tomto ohledu k průlomu. EcoMotors získal slušnou investici od Billa Gatese a Khosla Ventures. Důvodem takového odpadu byla prezentace původního motoru boxer.

Ačkoli taková modifikace existuje již dlouhou dobu, vytvořil Peter Hofbauer koncept dvoutaktu, který fungoval na principu klasického boxera. Společnost nazvala své dílo OROS (v překladu protilehlé válce a protilehlé písty). Taková jednotka může fungovat nejen na benzín, ale také na naftu, ale vývojář se dosud rozhodl pro tuhá paliva.

Pokud vezmeme v úvahu klasický design dvoutaktu v této kapacitě, lze jej teoreticky použít v podobné úpravě a instalovat na osobní čtyřkolové vozidlo. Bylo by to možné, kdyby to nebylo pro ekologické standardy a vysoké náklady na palivo. Během provozu konvenčního dvoutaktního spalovacího motoru je část směsi vzduch-palivo během procesu proplachování odváděna výfukovým otvorem. Také v procesu spalování BTC se spaluje olej.

Navzdory velkému skepticismu inženýrů předních výrobců automobilů otevřel motor Hofbauer příležitost dvojtaktům dostat se pod kapotu luxusních automobilů. Pokud porovnáme jeho vývoj s klasickým boxerem, pak je nový produkt o 30 procent lehčí, protože jeho design má méně dílů. Jednotka také demonstruje efektivnější produkci energie během provozu ve srovnání se čtyřtaktním boxerem (zvýšení účinnosti v rozmezí 15-50 procent).

První funkční model obdržel označení EM100. Podle vývojáře je hmotnost motoru 134 kg. Jeho výkon je 325 koní a točivý moment je 900 Nm.

Designovým prvkem nového boxeru je, že dva písty jsou umístěny v jednom válci. Jsou namontovány na stejném klikovém hřídeli. Ke spalování VTS dochází mezi nimi, díky čemuž uvolněná energie současně ovlivňuje oba písty. To vysvětluje takový obrovský točivý moment.

Protilehlý válec je nakonfigurován tak, aby fungoval asynchronně s sousedním. Tím je zajištěno plynulé otáčení klikového hřídele bez trhání se stabilním točivým momentem.

V následujícím videu sám Peter Hofbauer ukazuje, jak jeho motor funguje:

opoc engine, jak to funguje.mp4

Pojďme se blíže podívat na jeho vnitřní strukturu a obecné schéma práce.

Přeplňování

Přeplňování zajišťuje oběžné kolo, na jehož hřídeli je instalován elektromotor. I když bude probíhat částečně z proudu výfukových plynů, elektronicky nabité oběžné kolo umožňuje oběžnému kolu zrychlovat rychleji a generovat tlak vzduchu. Aby se vyrovnala spotřeba energie při otáčení oběžného kola, generuje zařízení elektřinu, když jsou lopatky vystaveny tlaku výfukových plynů. Elektronika také řídí tok výfukových plynů, aby snížila znečištění životního prostředí.

Tento prvek v inovativním dvoutaktu je poměrně kontroverzní. K rychlému vytvoření potřebného tlaku vzduchu spotřebuje elektromotor slušné množství energie. K tomu bude muset být budoucí automobil, který bude tuto technologii využívat, vybaven účinnějším generátorem a bateriemi se zvýšenou kapacitou.

K dnešnímu dni zůstává účinnost elektrického přeplňování na papíře. Výrobce tvrdí, že tento systém zlepšuje proplachování válců a maximalizuje výhody dvoutaktního cyklu. Teoreticky vám tato instalace umožňuje zdvojnásobit litrový objem jednotky ve srovnání se čtyřtaktními protějšky.

Zavedení takového zařízení elektrárnu určitě prodraží, a proto je stále levnější používat výkonný a nenažraný klasický spalovací motor než nový lehký boxer.

Ocelové ojnice

Svým designem jednotka připomíná motory TDF. Pouze v této úpravě protipísty uvedly do pohybu ne dva klikové hřídele, ale jeden kvůli dlouhým ojnicím vnějších pístů.

Vnější písty v motoru jsou namontovány na dlouhých ocelových ojnicích, které jsou spojeny s klikovým hřídelem. Není umístěn na okrajích, jako u klasické úpravy boxeru, která se používá ve vojenské výzbroji, ale mezi válci.

Vnitřní prvky jsou také spojeny s klikovým mechanismem. Takové zařízení vám umožňuje extrahovat více energie ze spalovacího procesu směsi vzduch-palivo. Motor se chová, jako by měl kliky, které zajišťují větší zdvih pístu, ale hřídel je kompaktní a lehký.

Klikový hřídel

Motor Hofbauer má modulární konstrukci. Elektronika dokáže vypnout některé válce, takže vůz může být ekonomičtější, když je ICE při minimálním zatížení (například při jízdě po rovné silnici).

U čtyřtaktních motorů s přímým vstřikováním (podrobnosti o typech vstřikovacích systémů najdete v v jiné recenzi) vypnutí válců je zajištěno zastavením dodávky paliva. V tomto případě se písty stále pohybují ve válcích v důsledku otáčení klikového hřídele. Prostě nespalují palivo.

Pokud jde o inovativní vývoj společnosti Hofbauer, vypnutí dvojice válců zajišťuje speciální spojka namontovaná na klikovém hřídeli mezi příslušnými páry válců a pístů. Když je modul odpojen, spojka jednoduše odpojí část klikového hřídele, která je zodpovědná za tuto část.

Jelikož pohybující se písty v klasickém dvoutaktním spalovacím motoru při volnoběžných otáčkách budou stále nasávat čerstvou část VTS, v této modifikaci přestane tento modul fungovat úplně (písty zůstanou nehybné). Jakmile se zátěž na pohonné jednotce zvýší, spojka v určitém okamžiku spojí nefunkční část klikového hřídele a motor zvýší výkon.

Válec

V procesu větrání válců vypouštějí klasické dvoutaktní ventily část nespálené směsi do atmosféry. Z tohoto důvodu nejsou vozidla vybavená takovým pohonným agregátem schopna splňovat ekologické normy.

Aby tento nedostatek odstranil, vyvinul vývojář dvoutaktního protilehlého motoru speciální konstrukci válců. Mají také vstupy a výstupy, ale jejich umístění snižuje škodlivé emise.

Jak funguje dvoutaktní spalovací motor

Zvláštností klasické dvoutaktní úpravy je, že klikový hřídel a píst jsou v dutině naplněné směsí vzduch-palivo. Na vstupu je nainstalován sací ventil. Jeho přítomnost vám umožňuje vytvářet tlak v dutině pod pístem, když se začne pohybovat dolů. Tato hlava zrychluje proplachování válců a evakuaci výfukových plynů.

Jak se píst pohybuje uvnitř válce, střídavě otevírá / zavírá vstup a výstup. Z tohoto důvodu konstrukční vlastnosti jednotky umožňují nepoužívat mechanismus distribuce plynu.

Aby se třecí prvky příliš neopotřebovaly, vyžadují vysoce kvalitní mazání. Protože tyto motory mají jednoduchou konstrukci, jsou zbaveny složitého mazacího systému, který by dodával olej do všech částí spalovacího motoru. Z tohoto důvodu se do paliva přidává část motorového oleje. K tomu se pro dvoutaktní jednotky používá speciální značka. Tento materiál si musí zachovat mazivost při vysokých teplotách a při spalování s palivem nesmí zanechávat uhlíkové usazeniny.

Ačkoli dvoutaktní motory nenalezly v automobilech široké uplatnění, historie zná období, kdy se tyto motory nacházely pod kapotou některých nákladních vozidel (!). Příkladem toho je dieselová pohonná jednotka YaAZ.

V roce 1947 byl na 7tunové nákladní vozy YaAZ-200 a YaAZ-205 instalován řadový čtyřválcový vznětový motor této konstrukce. Přes velkou hmotnost (asi 4 kg) měla jednotka nižší vibrace než mnoho spalovacích motorů domácích osobních automobilů. Důvodem je, že zařízení této úpravy obsahuje dva hřídele, které se synchronně otáčejí. Tento vyvažovací mechanismus tlumil většinu vibrací v motoru, což by rychle rozdrtilo dřevěné tělo nákladního vozu.

Další podrobnosti o provozu dvoutaktních motorů jsou popsány v následujícím videu:

2 TAKT. Zkusme to pochopit ...

Kde je potřeba dvoutaktní motor?

Zařízení dvoutaktního motoru je jednodušší než čtyřdobý analog, díky čemuž se používají v průmyslových odvětvích, kde je důležitější hmotnost a objem než spotřeba paliva a další parametry.

Tyto motory jsou například instalovány na lehkých kolových sekačkách na trávu a ručních vyžínačích pro zahradníky. Držení těžkého motoru v rukou ztěžuje práci na zahradě. Stejný koncept lze vysledovat při výrobě motorových pil.

Jeho účinnost také závisí na hmotnosti vodní a letecké dopravy, takže výrobci kompromitují vysokou spotřebu paliva, aby vytvořili lehčí konstrukce.

2-tatniky se však používají nejen v zemědělských a některých typech letadel. U auto / moto sportů je váha stejně důležitá jako u kluzáků nebo sekaček na trávu. Aby auto nebo motocykl vyvinuly vysokou rychlost, používají designéři, kteří takové vozy vyrábějí, lehké materiály. Jsou popsány podrobnosti o materiálech, ze kterých jsou karoserie vyrobeny zde... Z tohoto důvodu mají tyto motory výhodu oproti těžkým a technicky složitým čtyřtaktním protějškům.

Zde je malá ukázka účinnosti dvoutaktní modifikace spalovacího motoru ve sportu. Od roku 1992 používají některé motocykly při motocyklových závodech MottoGP japonský dvouválcový čtyřtaktní motor typu NSR4 Honda typu V. S objemem 500 litru vyvinula tato jednotka 0.5 koní a klikový hřídel točil až 200 tisíc otáček za minutu.

Točivý moment je 106 Nm. dosáhl již 11.5 tis. Maximální rychlost, kterou takové dítě dokázalo vyvinout, byla více než 320 kilometrů za hodinu (v závislosti na hmotnosti jezdce). Hmotnost samotného motoru byla pouze 45 kg. Jeden kilogram hmotnosti vozidla představuje téměř jeden a půl koňských sil. Většina sportovních vozů tento poměr výkonu k hmotnosti závidí.

Srovnání dvoutaktního a čtyřtaktního motoru

Otázkou je, proč tedy stroj nemůže mít takovou produktivní jednotku? Za prvé, klasický dvoutaktní je nejhorší jednotka ze všech, která se používá ve vozidlech. Důvodem jsou zvláštnosti proplachování a plnění válce. Zadruhé, pokud jde o závodní úpravy, jako je Honda NSR500, je životnost jednotky kvůli vysokým otáčkám velmi malá.

Mezi výhody dvoutaktní jednotky oproti čtyřdobému analogu patří:

• Schopnost odebrat energii z jedné otáčky klikového hřídele je 1.7–XNUMXkrát vyšší než u klasického motoru s mechanismem rozvodu plynu. Tento parametr má větší význam pro nízkorychlostní námořní technologii a modely pístových letadel.
• Díky konstrukčním vlastnostem spalovacího motoru má menší rozměry a hmotnost. Tento parametr je velmi důležitý pro lehká vozidla, jako jsou skútry. Dříve byly takové pohonné jednotky (obvykle jejich objem nepřesahoval 1.7 litru) instalovány do malých automobilů. V takových modifikacích bylo provedeno vyfukování klikové komory. Některé modely nákladních vozidel byly také vybaveny dvoutaktními motory. Obvykle byl objem těchto spalovacích motorů nejméně 4.0 litru. Foukání v těchto modifikacích bylo prováděno typem s přímým tokem.
• Jejich části se méně opotřebovávají, protože pohyblivé prvky, aby se dosáhlo stejného efektu jako u čtyřdobých analogů, provádějí dvakrát méně pohybů (dva tahy jsou kombinovány v jednom zdvihu pístu).

Čtyřtaktní motor

Navzdory těmto výhodám má modifikace dvoutaktního motoru značné nevýhody, kvůli kterým ještě není praktické ji používat v automobilech. Zde jsou některé z těchto nevýhod:

• Karburátorové modely pracují se ztrátou čerstvého náboje VTS během proplachování komory válce.
• Ve čtyřtaktní verzi jsou výfukové plyny odváděny ve větší míře než v uvažovaném analogu. Důvodem je to, že při dvoutaktu píst nedosáhne během proplachování horní úvrati a tento proces je zajištěn pouze během jeho malého zdvihu. Z tohoto důvodu část směsi vzduchu a paliva vstupuje do výfukového traktu a více výfukových plynů zůstává v samotném válci. Aby se snížilo množství nespáleného paliva ve výfukových plynech, vyvinuli moderní výrobci úpravy se vstřikovacím systémem, ale ani v tomto případě není možné úplně odstranit zbytky spalování z válce.
• Tyto motory jsou silnější ve srovnání s čtyřtaktními verzemi se stejným zdvihovým objemem.
• Vysoce výkonná turbodmychadla se používají k čištění válců ve vstřikovacích motorech. V takových motorech je vzduch spotřebován jeden a půl až dvakrát více. Z tohoto důvodu je nutná instalace speciálních vzduchových filtrů.
• Při dosažení maximálních otáček generuje dvoutaktní jednotka větší hluk.
• Kouří silněji.
• Při nízkých otáčkách generují silné vibrace. V tomto ohledu není rozdíl u jednoválcových motorů se čtyřmi a dvěma zdvihy.

Pokud jde o životnost dvoutaktních motorů, předpokládá se, že kvůli špatnému mazání selžou rychleji. Pokud však neberete v úvahu jednotky pro sportovní motocykly (vysoké otáčky rychle deaktivují součásti), pak v mechanice funguje klíčové pravidlo: čím jednodušší je konstrukce mechanismu, tím déle vydrží.

Čtyřtaktní motory mají větší počet malých dílů, zejména v mechanismu rozvodu plynu (jak funguje časování ventilů, čtěte zde), který se může kdykoli zlomit.

Jak vidíte, vývoj spalovacích motorů se dosud nezastavil, takže kdo ví, jaký průlom v této oblasti provedou inženýři. Vznik nového vývoje dvoutaktního motoru dává naději, že v blízké budoucnosti budou vozy vybaveny lehčími a efektivnějšími pohonnými jednotkami.

Na závěr navrhujeme podívat se na další modifikaci dvoutaktního motoru s písty pohybujícími se k sobě. Je pravda, že tuto technologii nelze nazvat inovativní, jako ve verzi Hofbauer, protože takové spalovací motory se začaly používat již ve 1930. letech 2. století ve vojenské výzbroji. U lehkých vozidel však takové dvoutaktní motory ještě nebyly použity:

Ohromující Counter Traffic Engine 2018

Otázky a odpovědi:

Co znamená 2-taktní motor? Na rozdíl od 4-taktního motoru jsou všechny zdvihy provedeny jednou otáčkou klikového hřídele (dva zdvihy jsou provedeny na jeden zdvih pístu). V něm se kombinuje proces plnění válce a jeho ventilace.

Jak se maže dvoudobý motor? Všechny třecí vnitřní plochy motoru jsou mazány olejem v palivu. Proto je třeba olej v takovém motoru neustále doplňovat.

Jak funguje 2-taktní motor? U tohoto spalovacího motoru jsou jasně vyjádřeny dva zdvihy: kompresní (píst se pohybuje do TDC a postupně uzavírá nejprve proplachovací a poté výfukový kanál) a pracovní zdvih (po zážehu BTC se píst pohybuje do BDC, otevření stejných portů pro čištění).