Двухтактный двигатель – лучше четырехтактного

Двухтактный двигатель – лучше четырехтактного!

Какие бы хитроумные устройства ни получал современный поршневой двигатель внутреннего сгорания, он не очень далеко ушёл от уровня техники Второй мировой войны. О том, как важны некоторые нововведения в системы работы двигателя, без хорошей рекламы порой и не догадаться, настолько они малоэффективны. Сегодня хорошо известны все слабые места(процессы), не позволяющие поршневому мотору преодолеть существующий барьер эффективного КПД в 25-45%, но при всём этом, он самый распространённый и надёжный!

Двухтактный двух вальный поршневой двигатель внутреннего сгорания с изменённой прямоточной продувкой тот мотор, который в полной мере раскрыл потенциал поршневого ДВС. Да, схема не нова, но только подобная схема позволяет решить весь комплекс проблем сразу! На примерах недостатков существующих поршневых моторов, и того, как это устранено в новом двухтактном двигателе с изменённой схемой продувки, постараюсь объяснить суть изобретения.

Четырехтактные ДВС не эффективно используют энергию газов в фазе рабочего хода

Во время рабочего хода, т.е. сгорания и расширения газов в камере сгорания их давление действует с одинаковой силой не только на поршень, но и на головку цилиндров, что становиться причиной вибраций любого работающего мотора. Оппозитный мотор частично решет эту проблему, но не является панацея! Он конечно лучше сбалансирован, но газы по-прежнему давят на головку цилиндров, не принося двигателю полезной работы.

Моторы со встречными поршнями в цилиндре решают эту проблему, но существующие сегодня образцы имеют свои сложности и недостатки.

В двигателе новой двухвальной конструкции применили схему с изменённой прямоточной продувкой, уменьшили вдвое ход поршня, по сравнению со значениями хода в обычном четырёхтактном моторе. К примеру с 80 мм ход уменьшается до 40 мм, но в итоге с двух валов получается та, же сумма ходов 80 мм и величина крутящего момента на валу сохраняется неизменной. В результате разложение рабочего хода, конструкторы получили эффект прибавки мощности в 42%, при одинаковом давлении газов в фазе расширения, у сравниваемых моторов. Для скептиков уточним, что потери на трение у нового мотора двухтактного, в расчёте на один цилиндр, такие же, как и у четырёхтактного мотора.

Не буду вдаваться в подробности, боясь запутать. Хотите убедиться? Возьмите пружину прикрепите к ней два одинаковых груза. В первый раз, растянув пружину, отпустите груз только с одной стороны и зафиксируйте время, за которое пружина сожмётся, во второй раз, растянув пружину, до таких же размеров отпустите два груза с двух сторон одновременно и также зафиксируйте время. Сравнив, увидите, что во втором случае такая же по величине работа, будет выполнена на 29% быстрее, вот вам и прибавка к мощности, ведь мощность это работа в единицу времени. Пружина с точки зрение физики сравнима со сжатым газом, который мы имеем в процессе рабочего хода в камерах сгорания сравниваемых моторов. При одинаковых значениях давления в фазе расширения рабочий ход у нового мотора выполнится быстрее.

Следует учесть, что в схеме со встречными поршнями отдача тепловой энергии топлива в энергию расширяющихся газов больше, чем у одновального мотора (нет головки цилиндров). Поэтому при одинаковых количествах сгоревшего топлива в камере сгорания, давление газов у нового мотора будет значительно выше, поэтому и рассчитывать «эффект коротких ходов» (прибавки мощности в 42%), необходимо с поправкой на это. Результат — одна и та же порция топлива выдаст мощность в два раза больше чем в обычном четырёхтактном моторе!

Почему столь весомая часть вклада в КПД нового мотора до сих пор ни как ни применялась!?

Впервые в мире этот эффект был опубликован в описании к патенту № 65547, заявленного в 1999 году в Украине! Пусть кто-то возразит, что это всё есть у американского ОПОС, кстати, он сам подтверждение преимущества схемы нового мотора, только благодаря этому эффекту он и получил приличные результаты по экономичности и мощности, проработав на стендах более 500 моточасов, Питер Хоффбауер опоздал не на один год! ДВС с изменённой схемой продувки «ДИСП», первый патент № 65547 получен в 2004году. Американский патент на ОПОС получен в 2008 году. Декабрь 2012 года принято решение на выдачу патента по заявке № а201110260, модификацию старой модели «ДИСП» (о нём и идёт рассказ).

С увеличением хода поршней у двух вального мотора, теряется эффект прибавки мощности. Увеличение крутящего момента в моторе не компенсирует потерь на трение, увеличивающиеся из-за повышения линейной скорости поршней и снижения теплового КПД, из-за неполного сгорания топлива в результате плохой продувки. Именно поэтому существующие моторы со встречными поршнями не получили такого широкого применения, как четырёхтактные поршневые моторы!

Процесс сгорания топлива у современного мотора далек от идеала. Топливо по-прежнему не сгорает полностью.

Основная причина этому: не достаточно времени в процессе сгорания смесь пребывает в сжатом виде, особенно на высоких оборотах. После прохождения В.М.Т. поршень удаляясь от головки цилиндров, увеличивает объём цилиндра, в котором в данный момент времени происходит сгорание смеси, что становится причиной медленного и не полного сгорания топлива. У разных моторов показатель различный (зависит от оборотов) 5 — 15% потерянного (недогоревшего) с выхлопом топлива, самые большие потери у двухтактных моторов и дизельных моторов.

Ощутимый довесок, чтобы побороться за него!?

Современные системы непосредственного распределённого впрыска, частично решают эту проблему, но, к сожалению, только этого не достаточно для полного сгорания топлива на высоких оборотах двигателя. Единственный мотор, в котором можно комплексно решить проблему — это новый двигатель со встречными поршнями. Механизм синхронизации вращения валов, позволяет регулировать время, в течение которого поршни будут сохранять неизменным расстояние между собой при встрече в В.М.Т., сохраняя тем самым неизменным объём камеры сгорания столько, сколько это необходимо!

Низкий тепловой КПД

Как решают эту проблему сегодня: — повышают рабочую температуру охлаждающей жидкости, а самым простым и эффективным способом решения данной проблемы, является уменьшение площади контакта горящей смеси с системой охлаждения двигателя. У двух вального двигателя камера сгорания образуется между поршнями, поэтому энергия переходит в расширяющиеся газы, а не в головку цилиндра. В двигателе с изменённой схемой продувки, площадь цилиндра в два раз меньше, площади цилиндра обычного двигателя со встречными поршнями, поэтому потери тепла в систему охлаждения у него наименьшие из всех поршневых моторов и соответственно самый высокий тепловой КПД!

По разным сведениям подобным образом можно на 10 — 15% увеличить эффективный КПД поршневого мотора, что, согласитесь не мало!

Некачественная продувка цилиндра существующих двухтактных моторов, в том числе и с прямоточной продувкой.

Необходимость сжатия воздуха для такта продувки у старых моторов со встречными поршнями дополнительным устройством, чаще всего центробежным или осевым компрессорам. Для качественной продувки этого не достаточно, да и на приведение их в действие нужно отдельно и прилично отдать механической энергии. Если начать использовать кинетическую энергию выхлопных газов для привода турбокомпрессора (как это в основном и делают), получится мультик «про Мюнхгаузена», когда он сам себя вытащил за парик из болота. Проталкивать газы в выхлопную трубу, используя их же кинетическую энергию!? Реальность не мультик, поэтому и продувка цилиндра плохая, и результат: топливо не догорает до конца. Кроме этого, подобная продувка быстро «убивает» ресурс таких моторов. В результате тепловой перегрузки коксуются кольца в поршнях, резко понижается компрессии в цилиндрах и далее по списку! Даже «свеженький» американский ОПОС не избежал этих проблем. Продувка в новом моторе выполняется воздухом, сжатым поршнями в продувочных камерах до значительно большего давления, чем в осевых компрессорах старых моторов, поршни охлаждаются воздухом во время впуска и продувки, что снимает с них тепловую перегрузку, повышая моторесурс и надёжность мотора в целом.

Существующие бензиновые поршневые моторы не экономны даже при использовании впрыска топлива

Для нормального воспламенения и горения, смесь у бензиновых моторов должна состоять из определённых пропорций бензина и воздуха. Фактическое количество воздуха и соответственно топлива, попадающего в цилиндр у большинства моторов, зависит от степени открытия дроссельной заслонки. В некоторых моторах эту функцию выполняют величиной подъёма впускного клапана. На маленьких оборотах в цилиндры бензинового мотора, поступает не большое количество воздуха, следовательно, степень его сжатия будет значительно меньше величины указанной в паспорте к мотору, с вытекающими плохими последствиями. Соответствовать номиналу степень сжатия бензинового мотора может только при максимальном нажатии на педаль газа. Известно, чем выше степень сжатия в цилиндрах поршневого мотора (до разумных пределов), тем выше эффективность его рабочего хода и КПД в целом. Пример: тот же дизельный мотор, в котором степень сжатия остается неизменно высокой. Можно конечно полечить и бензиновый ДВС, если сохранять необходимую расчётную степенью сжатия на всех режимах работы двигателя. Меняя дистанцию встречи поршней у В.М.Т. в новом моторе, выбираем необходимое, для определённых условий, оптимальное значение степени сжатия рабочей смеси, а это положительно отражается на топливной эффективности бензиновых ДВС. Конструкция двухтактного ДВС с изменённой схемой продувки позволяет изменять степень сжатия, благодаря своему механизму синхронизации вращения коленчатых валов в зависимости от режима работы мотора.

Модуль двухтактного ДВС с изменённой схемой продувки, имеет два цилиндра, коленчатые валы новой конструкции, что позволяет делать его особо компактным и лёгким, а также хорошо сбалансированным. Мощности такого модуля при объёме 1,5 — 2,0 литра, хватит для большинства транспортных средств. Моторы повышенной мощности предпочтительно собирать из двухцилиндровых модулей, что позволит даже очень большим и мощным автомобилям быть экономными, ведь высокая мощность используется редко и не очень долго. Вот и выходит, что имея старую двух вальную схему, двухтактный мотор с изменённой схемой продувки имеет абсолютно другие результаты по топливным и мощностным показателям. Не буду приводить «сногсшибательные» значения КПД, и так ясно, что он будет значительно выше КПД любого из теперешних поршневых и газотурбинных моторов.

Из устройства нового мотора исчез не нужный теперь компрессор, коленвалы выполнены не традиционно, что в несколько раз снизило их массу и массу двигателя в целом. Нет газораспределительного механизма и лишних цилиндров. Механизм синхронизация вращения коленчатых валов, позволяет управлять степенью сжатия смеси и выбирать необходимое оптимальное время сжатия топливной смеси для её полного и эффективного сгорания.

И заметьте, речь совсем не шла о супер материалах и никому неизвестных, а потому спорных, способах улучшения работы поршневого мотора!

Скажите кому выгодно, что таких моторов до сих пор нет в ваших автомобилях. Наверное, только тем, у кого топливный бак с волшебной функцией: — регенерация топлива и своя нефтяная вышка! Запасов топлива на планете Земля по прогнозам осталось лет на 50-60, благодаря такому мотору эти запасы можно растянуть на 100 -120 лет!

Виталий Лошаков

Двухтактный двигатель

Схема двухтактного ДВС:

Двухтактный ДВС обычно не имеет клапанов (за исключением двухтактных дизелей), а вместо них в определенных местах цилиндра выполнены отверстия, которые называются продувочными окнами

Через одно окно поступает топливно-воздушная смесь (или воздух в дизелях), а через другое удаляются отработавшие газы. В головке цилиндра устанавливается свеча зажигания (или форсунка в дизеле). Поршень в таких двигателях, как правило, имеет специальную форму. Во время первого такта происходят впуск и сжатие. Когда поршень находится в НМТ, оба продувочных окна открыты. Через одно из них под давлением от отдельного продувочного насоса или с использованием подпоршневой полости (картера) поступает свежая горючая смесь (или чистый воздух в дизелях) и, заполняя цилиндр, одновременно вытесняет остатки отработавших газов. Движущийся к ВМТ поршень перекрывает продувочные окна, и начинается процесс сжатия. Вблизи от ВМТ подается искра от свечи зажигания (или впрыскивается топливо в дизеле), после чего начинается второй такт — рабочий ход, который переходит в выпуск, после того, как открывается выпускное окно.
При одинаковой мощности двухтактный двигатель получается проще и компактнее, чем четырехтактный. Кроме того, в двухтактных двигателях рабочий ход происходит в два раза чаще. Это привело к широкому применению двухтактных двигателей на небольших транспортных средствах и агрегатах, таких, как мотоциклы, моторные лодки, газонокосилки и т. п. В 60-е гг. двухтактные двигатели устанавливались на автомобилях SААВ, а также на автомобилях, производившихся в ГДР (Wartburg и Trabant).

Двухтактный трехцилиндровый двигатель, разработанный компаниями Ford и Orbital:

К сожалению, в классических двухтактных двигателях часть топливно-воздушной смеси неизбежно теряется вместе с отработавшими газами, что обусловливает худшую топливную экономичность, по сравнению с четырехтактными двигателями, и плохие экологические показатели. Вот почему все серийно выпускаемые в настоящее время автомобили комплектуются четырехтактными двигателями. Необходимо отметить, что в последнее время появились двухтактные двигатели, в которых используется процесс впрыскивания топливно-воздушной смеси, разработанный фирмой Orbital, что позволило значительно улучшить показатели таких двигателей. Многие исследователи отмечают также меньшую долговечность двухтактных двигателей, вызванную тем, что поршневые кольца постоянно пересекают кромки продувочных окон, и поэтому изнашиваются быстрее.

Что такое двух тактный двигатель

Все инструменты оборудованные двухтактным одноцилиндровым бензиновым двигателем имеют воздушное охлаждение.

Масло, которое нужно добавлять в топливную смесь, смазывает трущиеся детали двигателя и дает возможность обходиться без сложной системы смазки.

Как замешивать топливную смесь, читай ТУТ

Двигатель состоит из:

Корпус, в котором расположены механизмы двигателя.

Так же картер является основанием, на котором смонтированы основные узлы инструмента.

Он может быть цельным либо состоять из двух половин.

Основное отличие двигателя с профессиональной схемой компоновки — это металлический картер, состоящий из двух половин, в которых с большой точностью выполнены посадочные места опорных подшипников коленчатого вала.

Опорные подшипники имеют точную жесткую фиксацию в своих посадочных местах и, тем самым, значительно увеличивая запас прочности и ресурс двигателя.

/2/ Кривошипно-шатунный механизм.

Основным назначением является преобразование прямые движений поршня во вращательные движения коленчатого вала. Состоит из: поршня, шатуна, коленчатого вала с маховиком.

Представляет собой направляющий элемент кривошипно-шатунного механизма, внутри которого ходит поршень и камеру, в которой сгорает топливо.

В двухтактном двигателе впускной и выпускной клапаны отсутствуют, их функции выполняет поршень, который в процессе движения поочередно открывает впускные и выпускные окна и перепускные каналы цилиндра. Снаружи цилиндр имеет ребра, с помощью которых при работе двигателя отводится избыток тепла.

/4/ Система запуска/ Стартер.

Запускает двигатель. Обеспечивает раскручивание коленвала двигателя из неподвижного состояния до нужных оборотов, необходимых для обеспечения степени сжатия и воспламенения воздушно-топливной смеси.

/5/ Система зажигания.

Создает электрическую искру, которая необходима для воспламенения воздушно-топливной смеси бензинового двигателя в нужный момент.

/6/ Система очистки воздуха.

Обеспечивает поступление чистого воздуха в карбюратор.

Собирает грязь на фильтрах.

/7/ Топливная система.

Состоит из топливного бака, топливного фильтра и шланга, по которому топливо подается в карбюратор. Карбюратор готовит топливно-воздушную смесь, от качества смеси зависит легкость запуска, мощность и стабильность работы двигателя. Для облегчения запуска, некоторые двигатели могут быть оборудованы ручным топливным насосом/праймером.

Перед запуском карбюратор наполняется топливом (излишки стекают обратно в бак), что облегчает запуск двухтактного двигателя.

Для того чтобы в процессе расходования топлива, в топливном баке не создавалось отрицательное давление, и он заполнялся воздухом, в корпусе бака установлен сапун.

Большинство инструментов с двухтактными двигателями оснащены сцеплением центробежного типа, которое срабатывает автоматически при увеличении оборотов двигателя.

Используется для отвода выхлопных газов и снижения шума.

Глушитель может оснащаться катализатором, снижающим токсичность выхлопных газов.

Двухтактный работяга

Есть в нашей автомобильной истории страницы, за которые не стыдно. Речь в данном случае не о выдающихся конструкторских решениях — о другом. О разра­ботках, десятки лет честно служивших во всех отраслях огромной страны. К таковым относятся двухтактные дизели марки ЯАЗ.

Первая попытка создания отечественного автомобильного дизеля была предпринята в начале 30-х годов прош­лого века. Под руководством профессора НАТИ Николая Брилинга построили два опытных экземпляра дизель-мотора. Название этого агрегата расшифровывалось как «Коба Джугашвили» (псевдоним и фамилия И.В. Сталина).

Шестицилиндровые десятилитровые моторы развивали мощность 110 л.с. Двигатели в 1934 году были установлены на ярославских пятитонных грузовиках Я-5. Сравнительные испытания показали, что эти машины могли двигаться почти в 2 раза быстрее автомобилей, оснащенными заграничными движками.

Однако истории было угодно, чтобы нашим первым серийным послевоенным дизелем стал другой мотор. А именно аналог двигателя «Джи-Эм-Си». Он получил название ЯАЗ-204.

Четырехцилиндровый рядный двухтактный двигатель ЯАЗ-М 204 был установлен на новых опытных семитонных грузовиках уже в 1945 году, а с 1946 года в Ярославле и с 1947 года в Минске был налажен выпуск бортовых грузовиков ЯАЗ-200 и самосвалов ЯАЗ-205. Эти же машины, выпускавшиеся в Белоруссии, носили имя «МАЗ».

Дизели, о которых мы рассказываем, работали не только на автомобилях. Ими оснащали специальную технику, в том числе и армейскую, малые речные и морские суда, а также электростанции. Сколько «лампочек Ильича» питалось от дизель-генераторов, трудно даже представить.

А теперь немного технических подробностей. Двухтактные дизели ЯАЗ имеют несколько принципиальных различий не только с четырех­тактными дизелями, но и с четырехцилиндровыми бензиновыми моторами.

Главным отличием двухтактных моторов является отсутствие впускных клапанов в газораспределительных механизмах первых агрегатов. Но есть работающие синхронно пары выпускных клапанов в каждом цилиндре. Функции впускных клапанов выполняют так называемые продувочные окна, расположенные в середине высоты гильз цилиндров. И цилиндры в начале такта сжатия запираются непосредственно поршнями.

В отличие от четырехтактных двигателей, где каждому полному ходу поршня соответствует лишь один такт работы мотора, у двухтактных дизелей за один ход поршня совершаются два такта. Или продувка и сжатие, при движении поршня вверх, или рабочий ход и выпуск вместе с началом продувки, при движении поршня вниз.

Двигатель ЯАЗ-М 204А с инерционно-масляными воздушными фильтрами

Второй принципиальной технической особенностью двигателей ЯАЗ-М 204 перед четырехтактными дизелями является отсутствие топливных насосов высокого давления (ТНВД) и регуляторов опережения впрыска топлива. Угол опережения впрыска топлива в эксплуатации не регулируется ни в зависимости от переходных режимов, ни от числа оборотов. Такой технической возможности нет вообще. А топливо подается в цилиндры так называемыми насос-форсунками, которые управляются кулачками распределительного вала, установленного в головке блока цилиндров. В отличие от моторов легковых машин привод распределительного вала осуществляется не цепью (или зубчатым ремнем), а системой цилиндрических шестерен.

Третье различие в том, что эти агрегаты имеют пары валов (распределительный и уравновешивающий), которые вращаются синхронно вместе со своими противовесами в головках блока, образуя так называемый механизм уравновешивания. Благодаря этому 800-килограммовые двигатели ЯАЗ-М 204 при работе имеют меньший уровень вибрации, чем 150–200-килограммовые силовые агрегаты большинства отечественных легковушек. Укажем для сведения, что кабины грузовиков ЯАЗ и МАЗ 1940–1950-х годов имеют деревянные каркасы, собранные на деревянных же «шипах», винтах-«саморезах» с угольниками-подкосами и в значительно меньших местах — на резьбовых болтах-стяжках. И сколько-нибудь продолжительных и повышенных вибраций они бы просто не выдерживали.

Двигатель ЯАЗ-М 206Б

И наконец, различие с четырехцилиндровыми бензиновыми моторами определяется тем, что у моторов ЯАЗ-М 204 каждый поршень движется в своей фазе, а кривошипы коленчатого вала расположены четырехлучевой «звездой», если смотреть с торца вала. А у карбюраторных двигателей попарно и синхронно работают поршни 1–4-го и 2–3-го цилиндров, и кривошипы лежат в одной плоскости.

Рассматриваемые двигатели комплектуются двумя типами воздушных фильтров, в зависимости от того, в каких условиях придется работать силовому агрегату. Инерционно-масляные очистители применяются при малой запыленности окружающего воздуха, а центробежно-контактные фильтры — при большой. Не будем подробно останавливаться на различиях этих вспомогательных устройств. Отметим лишь два факта. Во-первых, у центробежно-контактных фильтров имеется система частичной, эжекторной (за счет отсоса части воздуха в выпускной коллектор), постоянной очистки фильтроэлементов при работе мотора, тогда как у инерционно-масляных фильтров очистка производится лишь при техобслуживании всего агрегата. А во-вторых, вне зависимости от типа фильтров, они применяются в количествах из расчета один фильтр на два цилиндра. То есть мотор ЯАЗ-М 204 оснащается двумя установленными вдоль оси двигателя фильтрами, а появившийся позднее шестицилиндровый силовой агрегат ЯАЗ-М 206 — тремя воздухо­очистителями.

Во впускных коллекторах, после воздушных фильтров и перед нагнетателями, установлены воздушные заслонки аварийной остановки («аварийного останова» по терминологии того времени) двигателей. Как известно, без доступа воздуха не горит ни костер, ни топливо в цилиндрах двигателя. Аварийная остановка требуется в тех случаях, когда двигатель «идет вразнос» и неуправляемо увеличиваются обороты коленчатого вала, вплоть до запредельных. «Разнос» может происходить из-за попадания в цилиндры избыточного количества топлива (при неисправностях насос-форсунок) или даже масла системы смазки при износе поршневых колец. Потому аварийную остановку не всегда можно осуществить просто прекращением подачи горючего.

Кстати сказать, попытка аварийной остановки двигателя с помощью включенной передачи в КПП и тормозов в ряде случаев была бесполезной, если на пути автомобиля не оказывалось большой кучи песка, щебня или других непреодолимых препятствий. Ну а попытки заглушить двигатель торможением автомобиля применялись при неисправности или обрыве привода аварийного останова. Такие случаи истории тоже известны.