Отличия двухтактного двигателя от четырехтактного
Рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания (ДВС) - представляет собой ряд процессов, в результате которых производится порция усилия (мощности), воздействующего на коленчатый вал двигателя. Рабочий цикл состоит из:
Такт в ДВС - это движение поршня в одном направлении (вверх или вниз). За один оборот коленчатого вала совершается два такта. Тот из них, при котором происходит расширение сгоревших газов и совершается полезная работа, называется рабочим ходом поршня.
Двухтактный бензиновый двигатель для авиамоделей. Слева прикреплен карбюратор, справа - глушитель.
Двигатели, в которых рабочий цикл совершается за 2 такта (один оборот коленчатого вала), называются двухтактными. Двигатели, в которых рабочий цикл совершается за 4 такта (два оборота коленвала), называются четырехтактным. Двух- и четырехтактные двигатели могут быть как бензиновыми (карбюраторными), так и дизельными. Каковы основные эксплуатационные и конструктивные особенности бензиновых двухтактных и четырехтактных двигателей? Чем отличается двухтактный от четырехтактного? Чтобы лучше понять это, необходимо ознакомиться с принципом их работы.
Рабочий цикл 4-х тактного двигателя состоит из четырех тактов: впуска, сжатия, расширения (рабочего хода) и выпуска.
При впуске поршень опускается из верхней мертвой точки (ВМТ) в нижнюю (НМТ). При этом с помощью кулачков распределительного вала открывается впускной клапан, через который в цилиндр засасывается топливная смесь.
При обратном ходе поршня (из НМТ в ВМТ) происходит сжатие топливной смеси, сопровождающееся ростом ее температуры.
Перед самым концом сжатия между электродами свечи загорается искра, поджигающая топливную смесь, которая, сгорая, образует горючие газы, толкающие поршень вниз. Происходит рабочий ход, при котором совершается полезная работа.
После перехода поршня НМТ открывается выпускной клапан, позволяя двигающемуся вверх поршню вытолкнуть отработавшие газы из цилиндра. Происходит выпуск. В верхней мертвой точке выпускной клапан закрывается, и цикл повторяется снова.
Работа четырехтактного двигателя
Устройство четырехтактного бензинового двигателя (Honda): 1 - топливные фильтры, 2 - коленчатый вал, 3 - воздушный фильтр, 4 - часть системы зажигания, 5 - цилиндр, 6 - клапан, 7 - подшипник коленчатого вала.
Рабочий цикл 2-х тактного двигателя состоит из двух тактов: сжатия и расширения (рабочего хода). Впуск топливной смеси и выпуск отработанных газов, которые в 4-х тактных двигателях совершаются в отдельных тактах, в 2-х тактных происходят во время сжатия и расширения.
При сжатии поршень двигается из нижней мертвой точки в верхнюю. После того как перекроется сначала продувочное окно (2), через которое в цилиндр поступает топливная смесь, а затем выпускное (3), через которое выходят отработавшие газы, начинается сжатие воздушно-бензиновой смеси. Одновременно с этим в кривошипной камере (1) создается разрежение, засасывающее из карбюратора следующую порцию топлива. При подходе поршня к верхней мертвой точке смесь воспламеняется от искры свечи, и образовавшиеся газы толкают поршень вниз, вращая коленвал и производя полезную работу.
В кривошипной камере при рабочем ходе повышается давление, сжимающее топливную смесь, попавшую туда в предыдущем такте. При достижении верхней поверхности поршня (его уплотнительного кольца) выпускного окна, последнее открывается, выпуская отработавшие газы в глушитель. При дальнейшем движении поршень открывает продувочное окно, и находящаяся под давлением в кривошипной камере топливная смесь поступает в цилиндр, вытесняя остатки отработавших газов (осуществляя продувку) и заполняя надпоршневое пространство. При переходе поршня нижней мертвой точки рабочий цикл повторяется.
Работа двухтактного двигателя
Основное отличие двухтактного двигателя от четырехтактного обусловлено различием механизмов их газообмена - т.е. подачи воздушно-топливной смеси в цилиндр и удалении отработавших газов. В четырехтактном двигателе процессы очистки и заполнения цилиндра производятся с помощью специального газораспределительного механизма, который открывает и закрывает в определенное время рабочего цикла впускной и выпускной клапана.
В двухтактном двигателе заполнение и очистка цилиндра выполняются одновременно с тактами сжатия и расширения - в то время, когда поршень находится вблизи нижней мертвой точки. Для этого в стенках цилиндра имеются два отверстия - впускное или продувочное и выпускное, через которые производится впуск топливной смеси и выпуск отработанных газа. Газораспределительный механизм с клапанами у двухтактного двигателя отсутствует, что делает его значительно проще и легче.
Литровая мощность. В отличие от четырехтактного двигателя, в котором один рабочий ход приходится на два оборота коленчатого вала, в двухтактном рабочий ход совершается при каждом обороте коленвала. Это означает, что 2-х тактный двигатель должен иметь (теоретически) вдвое большую литровую мощность (отношение мощности к литражу двигателя), чем 4-х тактный. На практике, однако, превышение составляет всего 1,5-1,8 раза. Это происходит из-за неполного использования хода поршня при расширении, худшего механизма освобождения цилиндра от отработавших газов, траты части мощности на продувку и прочих явлений, связанных с особенностями газообмена 2-х тактных двигателей.
Потребление топлива. Превосходя четырехтактный двигатель в литровой и удельной мощности, двухтактный двигатель уступает ему в экономичности. Вытеснение отработавших газов осуществляется в нем воздушно-топливной смесью, поступающей в цилиндр из кривошипно-шатунной камеры. При этом часть топливной смеси попадает в выхлопные каналы, удаляясь вместе с отработавшими газами и не производя полезной работы.
Смазка. Двухтактные и четырехтактные двигатели имеют различный принцип смазки двигателя. В 2-х тактных моделях она осуществляется смешиванием в определенных пропорциях (обычно 1:25-1:50) моторного масла с бензином. Воздушно-топливно-масляная смесь, циркулируя в кривошипной и поршневой камерах, смазывает подшипники шатуна и коленчатого вала, а также зеркало цилиндра. При возгорании топливной смеси масло, существующее в виде мельчайших капель, сгорает вместе с бензином. Продукты его сгорания удаляются вместе с отработанными газами.
Применяются два способа смешивания масла с бензином. Простое перемешивание перед заливкой топлива в бак и раздельная подача, при которой топливно-масляная смесь образуется во впускном патрубке, находящемся между карбюратором и цилиндром.
Раздельная система смазки двухтактного двигателя: 1 - масляный бак; 2 - карбюратор; 3 -разделитель троса газа; 4 - ручка газа; 5 - трос управления подачей масла; 6 - плунжерный насос-дозатор; 7 - шланг, подводящий масло во впускной патрубок.
В последнем случае двигатель имеет масляный бачок, трубопровод которого соединен с плунжерным насосом, подающим масло во впускной патрубок ровно в том количестве, которое требуется в зависимости от количества воздушно-бензиновой смеси. Производительность насоса зависит от положения ручки подачи "газа". Чем больше подается топлива, тем больше поступает масла, и наоборот. Раздельная система смазки двухтактных двигателей является более совершенной. При ней отношение масла к бензину при малых нагрузках может достигать 1:200, что приводит к уменьшению дымности, снижению образования нагара и расхода масла. Эта система используется, например, на современных скутерах с двухтактными двигателями.
В четырехтактном двигателе масло не смешивается с бензином, а подается отдельно. Для этого двигатели оснащены классической системой смазки, состоящей из масляного насоса, фильтра, клапанов, трубопроводной магистрали. Роль масляного бачка может выполнять картер двигателя (система смазки с "мокрым" картером) или отдельный бачок (система с "сухим" картером).
Система смазки четырехтактного двигателя с мокрым и сухим картером: 1 - поддон картера; 2 - маслозаборник; 3 - масляный насос; 4 - масляный фильтр; 5 - предохранительный клапан.
При смазке с "мокрым" картером насос 3 всасывает масло из поддона, нагнетает его в выходную полость и далее по каналам подает к подшипникам коленвала, деталям кривошипно-шатунной группы и газораспределительного механизма.
При смазке с "сухим" картером масло заливается в бачок, откуда с помощью насоса подается к трущимся поверхностям. Та часть масла, которая стекает в картер, откачивается дополнительным насосом, возвращающем ее в бачок.
Для очистки масла от продуктов износа деталей двигателя имеется фильтр. При необходимости устанавливается и охлаждающий радиатор, так как в процессе работы температура масла может подниматься до высоких температур.
Поскольку в двухтактных двигателях масло сгорает, а в четырехтактных нет, требования к его свойствам сильно разнятся. Масло, используемое в двухтактных двигателях, должно оставлять минимум нагара в виде золы и сажи, в то время как масло для четырехтактных двигателей должно обеспечивать стабильность характеристик в течение как можно более длительного времени.
Сравнение основных параметров двухтактных и четырехтактных двигателей :
Благодаря своей высокой удельной мощности, небольшому весу, простоте обслуживания двухтактные двигатели имеют достаточно широкую область применения. В отношении некоторой бензотехники вопрос, какой двигатель использовать - двухтактный или четырехтактный - даже не возникает. В бензопилах, например, двухтактный двигатель благодаря своему небольшому весу и высокой удельной мощности находится вне конкуренции по сравнению с четырехтактным. Широко используются 2-х тактные двигатели также в скутерах, мототехнике, авиамоделестроении.
И все же из-за токсичности выхлопа и шумности 2-х тактные двигатели сдают свои позиции перед 4-х тактными. Большая их конкурентоспособность возможна при использовании новых технологических решений. Таких, например, как идея компаний Aprilia и Orbital использовать для продувки двухтактного двигателя чистый воздух. Топливо в их модели подается через форсунку, расположенную в головке двигателя, а масло добавляется в продувочный воздух. Такой двигатель по экономичности даже превосходит четырехтактный, его экологичность также соответствует современным требованиям. Вот только главное достоинство 2-х тактных двигателей - простота их конструкции - несколько страдает от нововведения.
При использовании содержания данного сайта, нужно ставить активные ссылки на этот сайт, видимые пользователями и поисковыми роботами.
Copyright © 2006-2011 tool-land.ru
http://tool-land.ru
legkoe-delo.ru
Изобретение относится к двигателестроению, преимущественно к двухтактным бензиновым двигателям с непосредственным впрыскиванием топлива в цилиндр. Техническим результатом является повышение топливной экономичности и экологических показателей двигателя, надежности и долговечности работы форсунки. Двигатель содержит цилиндр, в стенке которого выполнены впускное и выпускное окна, топливную форсунку, установленную наклонно в стенке цилиндра, поршень и головку цилиндра с камерой сгорания. Топливная форсунка установлена в зоне низких температур и давления в плоскости, наклоненной к плоскости днища поршня в сторону НМТ под углом 10-15°. Распылитель форсунки расположен выше верхней кромки выпускного окна на 7-10 мм, а для создания закрученного воздушного потока профилированные, впускные окна расположены тангенциально к стенке цилиндра и с наклоном в сторону камеры сгорания. В распылителе форсунки могут быть выполнены, по крайней мере, три сопловых отверстия диаметром 0,15-0,25 мм, расположенных под разными углами к оси форсунки, два из которых направлены в сторону цилиндрической выемки в днище поршня, а одно - в околосвечную зону. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. 
Изобретение относится к двигателестроению, преимущественно к двухтактным бензиновым двигателям с непосредственным впрыскиванием топлива в цилиндр.
Современные одно- или двухцилиндровые бензиновые двигатели с карбюраторной системой смесеобразования получили широкое применение в качестве силовых установок мотоциклов, моторных лодок, бытовой и другой техники. Существенным недостатком такого типа ДВС является низкая топливная экономичность и высокая токсичность продуктов сгорания. Это связано с тем, что продувка цилиндра в них осуществляется топливо-воздушной смесью. Из-за того, что конструктивно выпускное окно закрывается значительно позже впускных окон, часть смеси выбрасывается в атмосферу, загрязняя ее топливом, окислами углерода и азота. Постоянное ужесточение экологических норм по содержанию СО, СН, а в последнее время и NOx в отработавших газах привело к законодательному запрещению лодочных двухтактных двигателей этого типа в водах курортных зон.
Известен двухтактный двигатель с ЭСУД и установкой форсунки в камере сгорания и образованием выемки в днище поршня [патент США 6338327, МПК F02B 23/10, опубл. 15.01.2002], содержащий головку блока, корпус, форсунку, шатун, поршень, впускные и выпускные окна, свечу зажигания. В этом двигателе осуществляется раздельная подача воздуха и топлива, впрыск топлива после закрытия выпускного окна в сферическую выемку в днище поршня.
Этими конструктивными мероприятиями достигается повышение экономичности за счет ликвидации выброса топлива при продувке и делается попытка повышения экономичности и экологии за счет послойного смесеобразования. Основным недостатком установки форсунки в камере сгорания является то, что она расположена в зоне высоких температур (до 3000°С) и давлений (до 7 МПа). Это снижает ее надежность и долговечность, что подтверждается опытом эксплуатации инжекторных четырехтактных ДВС. Организация охлаждения форсунки, расположенной в головке блока, усложнят конструкцию головки блока ДВС с жидкостным и тем более двухтактных ДВС с воздушным охлаждением. Установка форсунки в зоне высоких давлений предопределяет необходимость повышения давления топлива перед сопловыми отверстиями форсунки на 0,3-0,5 МПа больше максимального давления рабочего тела в камере сгорания. Это требует создания новой аккумуляторной системы питания двигателя высокого давления (Р=8,3...8,5 МПа) и узлов, рассчитанных на это давление, например двухступенчатого электробензонасоса.
Другим недостатком известного двигателя является необоснованность организации послойного объемно-пленочного смесеобразования путем впрыска топлива в сферическую выемку в днище поршня. Накопление топлива в выемке днища поршня с последующим забрасыванием его в направлении свечи за счет силы инерции Pj массы топлива - m, определяемой по уравнениям Р J=mr
2, где r - радиус кривошипа, - угловая скорость коленчатого вала, равная 
, где n - частота вращения коленчатого вала, 1/мин. В широком диапазоне изменения частоты вращения (n2 ) это приведет к забрасыванию свечи (на nMAX ) или к "недолету" при nMIN. Кроме это, при таком способе продувки цилиндра не организовано пленочное смесеобразование.
Известно техническое решение, направленное на замену карбюраторной системы питания двухтактного двигателя инжекторной системой с электронным управлением [Двухтактные карбюраторные двигатель внутреннего сгорания. /В.М.Кондратов, Ю.С.Григорьев, В.В.Тупов и др. - М.: Машиностроение, 1990, с.47-48]. Двигатель содержит цилиндр, установленный в нем поршень, головку цилиндра с камерой сгорания, топливную форсунку, установленную наклонно в стенке цилиндра, в которой выполнены впускное и выпускное продувочные окна. В этом двигателе вместо карбюратора во впускной тракт (окно) устанавливается форсунка, подача топлива через которую осуществляется электронным блоком управления ЭСУД перед перекрытием впускного окна золотником-поршнем. Такое решение снижает сопротивление впускного тракта (отсутствует диффузор, создающий сопротивление). Это ведет к повышению коэффициента наполнения, а значит и возможности повышения мощности, но не решает экономические и экологические проблемы, т.к. не исключает выброс топлива в выхлопное окно.
В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в повышении топливной экономичности и экологических показателей двигателя, надежности и долговечности работы форсунки.
Указанная задача решается тем, что в двухтактном бензиновом двигателе с непосредственным впрыскиванием топлива в цилиндр и электронной системой управления, содержащем цилиндр, установленный в нем поршень, головку цилиндра с камерой сгорания, топливную форсунку, установленную наклонно в стенке цилиндра, в которой выполнены впускное и выпускное продувочные окна, согласно изобретению топливная форсунка установлена в зоне низких температур и давления в плоскости, наклоненной к плоскости днища поршня в сторону НМТ под углом 10-15°, при этом распылитель форсунки расположен выше верхней кромки выпускного окна на 7-10 мм, кроме того, профилированные, продувочные окна расположены тангенциально к стенке цилиндра с наклоном в сторону камеры сгорания.
В распылителе форсунки выполнены, по крайней мере, три сопловых отверстия диаметром 0,15-0,25 мм, расположенных под разными углами к оси форсунки, два из которых направлены в сторону цилиндрической выемки в днище поршня, а одно - в околосвечную зону.
Повышение топливной экономичности, надежности и долговечности форсунки обеспечивается: - раздельной подачей топлива и воздуха в цилиндр двигателя; - установкой форсунки в зоне низкой температуры и давления и впрыском топлива после закрытия выпускного окна; - профилированием впускных окон для организации завихрения воздушного потока при продувке; - организацией объемно-пленочного смесеобразования с 
<0,9 в околосвечном объеме и >>1 в зоне смешения паров топлива с воздухом.
В стенке гильзы, на 7-10 мм выше кромки выпускного окна и с наклоном под углом 10-15° в сторону НМТ, установлена форсунка, два сопловых отверстия которой направлены в цилиндрическую (высотой 1,5-2,5 мм) выемку в днище поршня, а одно сопловое отверстие - в околосвечный объем так, чтобы при впрыске топлива свеча зажигания оказалась в зоне топливного факела с коэффициентом избытка воздуха , равной 0,9-0,95.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором дана общая схема двигателя с форсункой в гильзе цилиндра.
Двухтактный двигатель содержит корпус 1, расположенный в нем цилиндр 2, в котором выполнены профилированные тангенциальные наклонные впускные окна 3, создающие закрученный поток воздуха, выпускное окно 4 для очистки цилиндра от продуктов сгорания и форсунка 5, расположенная в стенке гильзы цилиндра 2, поршень 6, выполняющий функцию золотника с цилиндрической выемкой 7 в днище. Топливная форсунка 5 установлена в стенке цилиндра 2 в зоне низких температур и давления в плоскости, наклоненной к плоскости днища поршня под углом =10-15°, таким образом, чтобы распылитель форсунки 5 был расположен выше верхней кромки выпускного окна 4 на величину h=7-10 мм.
Двигатель работает следующим образом.
При перемещении поршня 6 от ВМТ к НМТ на такте расширения (рабочего хода) открывается выпускное окно 4 и продукты сгорания под давлением начинают выбрасываться в атмосферу. При понижении давления в цилиндре 2 до величины, меньшей величины давления во впускных окнах 3, через них под давлением продувочного насоса (или из картера) поступает воздух, который закручивается профилированными впускными окнами 3 по поверхности зеркала цилиндра в сторону головки блока 8, вытесняя продукты сгорания. Процесс продувки цилиндра двигателя «чистым» воздухом продолжается при движении поршня 6 от НМТ к ВМТ до перекрытия им сначала впускных окон 3, а затем и выпускных окон 4. Начинается процесс сжатия. Максимальная температура выхлопных газов при продувке в начале выхлопа в месте расположения форсунки 5 по расчетам не превышает 1000°С, а давление не более 0,25...0,3 МПа, что ниже силы затяжки пружины форсунки. Это предотвращает заброс газов в форсунку.
После перекрытия выпускных окон 4 по сигналу датчика положения коленчатого вала (не указан), а значит, и поршня, электронный блок управления (ЭБУ) включает подачу топлива форсункой. Цикловая подача топлива, определяемая ЭБУ в зависимости от скоростного и нагрузочного режимов, задается временем «открытия» форсунки при заданной постоянной скорости истечения топлива через сопловые отверстия, т.е. длина и форма факела топлива, подаваемого через каждое из сопловых отверстий, не зависит от скоростного режима двигателя, что обеспечивает возможность ориентации факела 9 относительно свечи 10 так, чтобы обеспечить в этой зоне коэффициент избытка воздуха 0,9-0,95 без забрызгивания ее во всем скоростном режиме двигателя.
Топливо, подаваемое двумя сопловыми отверстиями форсунки 5 в цилиндрическую выемку 7 днища поршня, равномерно распределяется по поверхности выемки, образуя тонкую пленку одинаковой толщины со значительной поверхностью, с которой начинается интенсивное испарение ее в закрученный воздушный поток, обеспечивая значение коэффициента избытка воздуха в нем >>1.
В момент впрыска топлива в зоне установки форсунки 5 температура и давление не велики и практически не зависят от режима работы двигателя после начала повышения давления на такте сжатия, т.к. поршень 6 перекрывает сопловые отверстия форсунки, защищая ее компрессионными кольцами от высокого давления и температуры при сгорании.
Такое конструктивное решение и организация послойного объемно-пленочного смесеобразования обеспечивает выполнение поставленной цели - повышение экономичности, улучшение экологии, а также и повышение надежности и долговечности форсунки.
Повышение экономичности достигается как за счет ликвидации выброса топлива при продувке цилиндра воздухом и впрыском топлива после продувки, так и увеличением коэффициента избытка воздуха до =1,5-1,6, что позволяет запрограммировать ЭБУ на получение характеристики =f(Neun)=onm.
Улучшение экологических показателей достигается: - снижением выброса топлива при продувке; - за счет реакции окисления окисла углерода СО до CO2 кислородом окислов азота NOx вида СО+NOx
СО2+N2 в зоне высоких температур около свечи при <1; - за счет снижения температуры в закрученном топливно-воздушном потоке с >>1, при которой инертный азот не окисляется.
Повышение надежности и долговечности форсунки, а также исключение необходимости создания аккумуляторной системы питания высокого давления достигается установкой форсунки в зоне низких температур и давления.
1. Двухтактный бензиновый двигатель с непосредственным впрыском топлива в цилиндр и электронной системой управления, содержащий цилиндр, в стенке которого выполнены впускное и выпускное окна, топливную форсунку, установленную наклонно в стенке цилиндра, поршень и головку цилиндра с камерой сгорания, отличающийся тем, что топливная форсунка установлена в зоне низких температур и давления в плоскости, наклоненной к плоскости днища поршня в сторону НМТ под углом 10-15°, при этом распылитель форсунки расположен выше верхней кромки выпускного окна на 7-10 мм, кроме того, для создания закрученного воздушного потока профилированные, впускные окна расположены тангенциально к стенке цилиндра и с наклоном в сторону камеры сгорания.
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что в распылителе форсунки выполнены, по крайней мере, три сопловых отверстия диаметром 0,15-0,25 мм, расположенных под разными углами к оси форсунки, два из которых направлены в сторону цилиндрической выемки в днище поршня, а одно - в околосвечную зону.
www.freepatent.ru
«Бензиновый двигатель внутреннего сгорания»
Бензиновые двигатели произвели переворот в транспортных средствах в начале 20 столетия. Они пришли на смену паровым и газовым автомобильным двигателям, а также использовались в летательных аппаратах до появления реактивной авиации.
(На гоночных мотоциклах устанавливают небольшие, но мощные бензиновые двигатели.)
Введение
Бензиновые двигатели относятся к двигателям внутреннего сгорания: топливо, сгорая в них, обеспечивает движущую энергию. При этом пары бензина смешиваются с воздухом и воспламеняются искрой. Для такой горючей смеси характерно взрывное сгорание, что вызывает быстрое расширение образующихся газов. В большинстве бензиновых двигателей газы заставляют поршень двигаться внутри цилиндра и вращать вал. В больших двигателях последовательно работают несколько поршней и цилиндров, обеспечивая плавное вращающее усилие. В роторных бензиновых двигателях, не имеющих цилиндров, газы непосредственно вращают ротор.
Двухтактные двигатели
Двухтактный двигатель - простейший вид цилиндровых бензиновых двигателей, используемых в некоторых малолитражных автомобилях, многих мотоциклах и газонокосилках. Рабочий цикл каждого поршня состоит из двух тактов. Сначала поршень движется вверх по цилиндру, сжимая топливовоздушную смесь в находящемся над ним объеме. Одновременно новая порция смеси всасывается под поршень. Искра высокого напряжения воспламеняет сжатую смесь, и взрывные газы возвращают поршень вниз. Это - второй такт рабочего цикла. Двигаясь вниз, поршень толкает находящуюся под ним свежую горючую смесь к продувочному окну, ведущему в пространство над цилиндром. Эта свежая смесь выталкивает отработавшие газы через выпускное окно, а сама сжимается при следующем движении поршня вверх.В верхнем положении поршень блокирует выпускное окно, перекрывая выход газам. Оно открывается, когда поршень достигает своей нижней точки. От положения поршня зависит и открытие/закрытие окна впуска горючей смеси и продувочного окна.Движение поршня вверх-вниз обеспечивает вращение т. п. коленчатого вала. На нем крепится тяжелый маховик (маховое колесо), продолжающий вращаться после достижения поршнем нижнего положения. Таким образом, маховик преобразует «приливы» энергии от опускания поршня в плавное непрерывное движение и заставляет поршень вновь подниматься внутри цилиндра во время второго такта каждого цикла.
(Строение роторного мотоциклетного двигателя RE5 фирмы «Судзуки», мощностью более 46 кВт. Все описания синхронизированы с порядком цифровых значений на изображении.)
Четырехтактные двигатели
В таких двигателях рабочий цикл каждого поршня состоит из четырех тактов. При первом ходе вниз (такт впуска) горючая смесь всасывается в полость над поршнем. Затем поршень поднимается, сжимая смесь (такт сжатия). Сжатая смесь воспламеняется искрой и заставляет поршень идти вниз (рабочий такт). После этого поршень вновь поднимается, на этот раз вытесняя отработавшие газы. После завершения четвертого хода (такта выпуска) цикл повторяете I сначала.Хотя четырехтактный двигатель эффективнее двухтактного, лишь около 1/3 энергии топлива преобразуется в полезную движущую энергию, а остальная тратится впустую. 3десь главная проблема связана с возвратно-поступательным движением поршней (взад-вперед). Эти движения ускоряются до достижения высокой скорости сначала в одном направлении, а потом в другом. Двигаясь взад-впереднесколько тысяч раз в минуту, каждый поршень расходует часть энергии, полученной при сжигании топлива.
О На ходе впуска четырехтактного цикла поршень идет вниз, а через впускной клапан поступают пары бензина и воздух. Во время такта сжатия поршень движется вверх, и впускной клапан закрывается. Искра воспламеняет горючую смесь, заставляя поршень опускаться вниз во время рабочего такта. В течение такта выпуска поршень поднимается вверх и вытесняет отработавшиеся газы наружу.
Роторные двигатели
С целью повышения кпд двигателя было предпринято множество попыток создать конструкцию, где несколько деталей совершают возвратно-поступательное движение. Пока лучшей разработкой такого рода является роторный двигатель Ванкеля. Принцип его работы такой же, что и у четырехтактного двигателя, но здесь при сгорании горючей смеси вращается трехгранный ротор, причем всегда в одном и том же направлении.В 1964 г. появился первый серийный автомобиль с двигателем Ванкеля, с которым связывались надежды на значительноеуменьшение расхода топлива. Однако и у этих двигателей есть недостатки, в первую очередь изнашивание вершин ротора, что приводит к просачиванию газов между ими и кожухом ротора. Нынешние двигатели Ванкеля потребляют больше бензина, чем поршневые. Но более совершенная конструкция этих двигателей в будущем может повысить эффективность их работы.
ingenious.ucoz.ru
Друзья, вот и лето на пороге, то есть начинается сезон, а это всегда какие то работы на своем участке у коттеджа или на даче с использованием садовой и другой моторизированной техники и поэтому меня часто спрашивают как приготовить смесь для двухтактных двигателей и какой для них выбрать бензин и масло.
Большинство садовой мототехники такой как триммеры, бензопилы, кусторезы, некоторые газонокосилки и мотокультиваторы (среди них бывают модели и с 4-тактным двигателем) снабжается двухтактными двигателями внутреннего сгорания, то есть как следует из названия рабочий процесс в них происходит в два такта, а не в 4 как, например, в большинстве бензиновых автомобильных двигателях. Для нас же с вами сейчас важно, что двухтактные двигатели имеют обычно единую систему смазки и питания, то есть в топливный бачок заливается бензино масляная смесь. Поэтому давайте разберем вопрос, как приготовить топливную смесь для двухтактных двигателей, какое выбрать масло и бензин.
вот так и работает двухтактный двигатель
Тут в любом случае следует ознакомиться с руководством по эксплуатации вашего устройства, будь то триммер бензопила и еще что-то. Дело в том, что разные производители дают разные рекомендации по соотношению масло- бензин. Это может быть и 1:40 и 1:50 и 1:80. Бывает еще, что и на самой канистре с маслом указано рекомендуемое отношение. В общем случае лично я использую соотношение 1:50. Вообще же не особо переживайте, если производитель рекомендует использовать отношение 1:50, а вы приготовили смесь 1:40 или 1:60. С одного раза ничего не случится, даже если вы будете вырабатывать целый бак. Просто в первом случае может увеличиться дымность выхлопа. Мне случалось видеть людей, которые готовили на глаз смесь и в отсутствии специального масла использовали обычное оливковое! И ничего страшного не произошло. Лично я для всех своих устройств с двухтактным двигателем готовлю смесь следующем образом: беру 2 литровую бутылку из под пепси, например, а для отмера масла использую обычную водочную рюмку на 40 грамм. Таким образом, и получается отношение 1:50. Сама технология приготовления следующая – в бутылку наливаем через воронку масло и затем заполняем наполовину бутылку бензином. Наполовину для того, чтобы было легче перемешивать. После этого тряся и вращая бутылку перемешиваем ее содержимое до однородного цвета, в зависимости от масла это может быть и красноватый и желтоватый и даже синеватый цвет. После того, как перемешали, заливаем оставшуюся половину бензина и еще разок взбалтываем. Все – смесь готова к использованию.
Тут все просто – используется обычный автомобильный бензин. По октановому числу в общем случае следует ориентироваться на указания руководства по эксплуатации. Если же этот момент там особо не прописан или предоставляется выбор по октановому числу, обычно между 92 и 95 бензином, то я рекомендую использовать только 95 бензин! Многие до сих пор считают, что любой бензин получается из 80 путем добавления присадок и соответственно 95 поэтому хуже, так в нем из-за октанового числа этих присадок больше. Друзья, это все давно не так! Естественно, присадки всегда использовались и всегда будут использоваться. Но знайте, что 80 бензин практически уже не производит ни один крупный НПЗ в России, а разница себестоимости 92 и 95 бензинов для заводов практически одинакова, поэтому ни кто сейчас не получает 95 бензин из 92, это все давние байки.
Не задумывайтесь и смело покупайте 95 бензин вместо 92
А вот если вы будете заправлять свою моторизированную технику 95 бензином (если инструкция явно не указывает иное), то почти наверняка избежите при работе мотора детонации и соответственно продлите ему жизнь. Естественно не забываем, что покупать бензин следует только на крупных сетевых заправках, там вы практически стопроцентно купите качественный бензин.
Такое масло можно купить практически в любом строительном супермаркете или хозяйственном магазине. Просто выбирайте масло для двухтактного двигателя. Но при этом желательно обратить внимание, чтобы было указано, что масло не просто для двухтактных двигателей, а и то обстоятельство, что если у вас, например, бензопила, то там написано что-то типа «рекомендуется для двухтактных двигателей бензопил», так как считается, что эти устройства работают с повышенной нагрузкой. Для триммера же подойдет любое масло для двухтактных двигателей. Ну и еще я смотрю, чтобы рекомендуемое отношение смеси было 1:50, а не скажем, 1:80.
Ну и разговаривая о масле для двухтактных двигателей, хочу еще заметить, что нет никакого смысла использовать оригинальное фирменное масло, на использовании которого настаивает производитель вашей бензопилы или триммера. Это все маркетинг и зачастую фирменное масло это все лишь, какое-то обычное масло одного из многочисленных производителей у которого договор с брендом вашей мототехники и соответственно, их этикетка громкое имя и цена в три раза дороже.
Ну и в заключении стоит отметить, что не следует долго хранить приготовленную топливную смесь, дело в том, что масло, растворенное в бензине, не очень долго сохраняет свои свойства. Могут разрушаться присадки и.т.д. Поэтому оптимально хранение приготовленной смеси не больше месяца, а максимально не более трех. Как косвенный ориентир годности, можно считать отсутствие осадка и расслоения смеси.
privatecottage.ru
Изобретение относится к двигателестроению, преимущественно к двухтактным бензиновым двигателям с непосредственным впрыскиванием топлива в цилиндр. Техническим результатом является повышение топливной экономичности и экологических показателей двигателя, надежности и долговечности работы форсунки. Двигатель содержит цилиндр, в стенке которого выполнены впускное и выпускное окна, топливную форсунку, установленную наклонно в стенке цилиндра, поршень и головку цилиндра с камерой сгорания. Топливная форсунка установлена в зоне низких температур и давления в плоскости, наклоненной к плоскости днища поршня в сторону НМТ под углом 10-15°. Распылитель форсунки расположен выше верхней кромки выпускного окна на 7-10 мм, а для создания закрученного воздушного потока профилированные, впускные окна расположены тангенциально к стенке цилиндра и с наклоном в сторону камеры сгорания. В распылителе форсунки могут быть выполнены, по крайней мере, три сопловых отверстия диаметром 0,15-0,25 мм, расположенных под разными углами к оси форсунки, два из которых направлены в сторону цилиндрической выемки в днище поршня, а одно - в околосвечную зону. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к двигателестроению, преимущественно к двухтактным бензиновым двигателям с непосредственным впрыскиванием топлива в цилиндр.
Современные одно- или двухцилиндровые бензиновые двигатели с карбюраторной системой смесеобразования получили широкое применение в качестве силовых установок мотоциклов, моторных лодок, бытовой и другой техники. Существенным недостатком такого типа ДВС является низкая топливная экономичность и высокая токсичность продуктов сгорания. Это связано с тем, что продувка цилиндра в них осуществляется топливо-воздушной смесью. Из-за того, что конструктивно выпускное окно закрывается значительно позже впускных окон, часть смеси выбрасывается в атмосферу, загрязняя ее топливом, окислами углерода и азота. Постоянное ужесточение экологических норм по содержанию СО, СН, а в последнее время и NOx в отработавших газах привело к законодательному запрещению лодочных двухтактных двигателей этого типа в водах курортных зон.
Известен двухтактный двигатель с ЭСУД и установкой форсунки в камере сгорания и образованием выемки в днище поршня [патент США 6338327, МПК F02B 23/10, опубл. 15.01.2002], содержащий головку блока, корпус, форсунку, шатун, поршень, впускные и выпускные окна, свечу зажигания. В этом двигателе осуществляется раздельная подача воздуха и топлива, впрыск топлива после закрытия выпускного окна в сферическую выемку в днище поршня.
Этими конструктивными мероприятиями достигается повышение экономичности за счет ликвидации выброса топлива при продувке и делается попытка повышения экономичности и экологии за счет послойного смесеобразования. Основным недостатком установки форсунки в камере сгорания является то, что она расположена в зоне высоких температур (до 3000°С) и давлений (до 7 МПа). Это снижает ее надежность и долговечность, что подтверждается опытом эксплуатации инжекторных четырехтактных ДВС. Организация охлаждения форсунки, расположенной в головке блока, усложнят конструкцию головки блока ДВС с жидкостным и тем более двухтактных ДВС с воздушным охлаждением. Установка форсунки в зоне высоких давлений предопределяет необходимость повышения давления топлива перед сопловыми отверстиями форсунки на 0,3-0,5 МПа больше максимального давления рабочего тела в камере сгорания. Это требует создания новой аккумуляторной системы питания двигателя высокого давления (Р=8,3...8,5 МПа) и узлов, рассчитанных на это давление, например двухступенчатого электробензонасоса.
Другим недостатком известного двигателя является необоснованность организации послойного объемно-пленочного смесеобразования путем впрыска топлива в сферическую выемку в днище поршня. Накопление топлива в выемке днища поршня с последующим забрасыванием его в направлении свечи за счет силы инерции Pj массы топлива - m, определяемой по уравнениям РJ=mrω2, где r - радиус кривошипа, ω - угловая скорость коленчатого вала, равная 
, где n - частота вращения коленчатого вала, 1/мин. В широком диапазоне изменения частоты вращения (n2) это приведет к забрасыванию свечи (на nMAX) или к "недолету" при nMIN. Кроме это, при таком способе продувки цилиндра не организовано пленочное смесеобразование.
Известно техническое решение, направленное на замену карбюраторной системы питания двухтактного двигателя инжекторной системой с электронным управлением [Двухтактные карбюраторные двигатель внутреннего сгорания. /В.М.Кондратов, Ю.С.Григорьев, В.В.Тупов и др. - М.: Машиностроение, 1990, с.47-48]. Двигатель содержит цилиндр, установленный в нем поршень, головку цилиндра с камерой сгорания, топливную форсунку, установленную наклонно в стенке цилиндра, в которой выполнены впускное и выпускное продувочные окна. В этом двигателе вместо карбюратора во впускной тракт (окно) устанавливается форсунка, подача топлива через которую осуществляется электронным блоком управления ЭСУД перед перекрытием впускного окна золотником-поршнем. Такое решение снижает сопротивление впускного тракта (отсутствует диффузор, создающий сопротивление). Это ведет к повышению коэффициента наполнения, а значит и возможности повышения мощности, но не решает экономические и экологические проблемы, т.к. не исключает выброс топлива в выхлопное окно.
В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в повышении топливной экономичности и экологических показателей двигателя, надежности и долговечности работы форсунки.
Указанная задача решается тем, что в двухтактном бензиновом двигателе с непосредственным впрыскиванием топлива в цилиндр и электронной системой управления, содержащем цилиндр, установленный в нем поршень, головку цилиндра с камерой сгорания, топливную форсунку, установленную наклонно в стенке цилиндра, в которой выполнены впускное и выпускное продувочные окна, согласно изобретению топливная форсунка установлена в зоне низких температур и давления в плоскости, наклоненной к плоскости днища поршня в сторону НМТ под углом 10-15°, при этом распылитель форсунки расположен выше верхней кромки выпускного окна на 7-10 мм, кроме того, профилированные, продувочные окна расположены тангенциально к стенке цилиндра с наклоном в сторону камеры сгорания.
В распылителе форсунки выполнены, по крайней мере, три сопловых отверстия диаметром 0,15-0,25 мм, расположенных под разными углами к оси форсунки, два из которых направлены в сторону цилиндрической выемки в днище поршня, а одно - в околосвечную зону.
Повышение топливной экономичности, надежности и долговечности форсунки обеспечивается: - раздельной подачей топлива и воздуха в цилиндр двигателя; - установкой форсунки в зоне низкой температуры и давления и впрыском топлива после закрытия выпускного окна; - профилированием впускных окон для организации завихрения воздушного потока при продувке; - организацией объемно-пленочного смесеобразования с α<0,9 в околосвечном объеме и α>>1 в зоне смешения паров топлива с воздухом.
В стенке гильзы, на 7-10 мм выше кромки выпускного окна и с наклоном под углом 10-15° в сторону НМТ, установлена форсунка, два сопловых отверстия которой направлены в цилиндрическую (высотой 1,5-2,5 мм) выемку в днище поршня, а одно сопловое отверстие - в околосвечный объем так, чтобы при впрыске топлива свеча зажигания оказалась в зоне топливного факела с коэффициентом избытка воздуха α, равной 0,9-0,95.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором дана общая схема двигателя с форсункой в гильзе цилиндра.
Двухтактный двигатель содержит корпус 1, расположенный в нем цилиндр 2, в котором выполнены профилированные тангенциальные наклонные впускные окна 3, создающие закрученный поток воздуха, выпускное окно 4 для очистки цилиндра от продуктов сгорания и форсунка 5, расположенная в стенке гильзы цилиндра 2, поршень 6, выполняющий функцию золотника с цилиндрической выемкой 7 в днище. Топливная форсунка 5 установлена в стенке цилиндра 2 в зоне низких температур и давления в плоскости, наклоненной к плоскости днища поршня под углом α=10-15°, таким образом, чтобы распылитель форсунки 5 был расположен выше верхней кромки выпускного окна 4 на величину h=7-10 мм.
Двигатель работает следующим образом.
При перемещении поршня 6 от ВМТ к НМТ на такте расширения (рабочего хода) открывается выпускное окно 4 и продукты сгорания под давлением начинают выбрасываться в атмосферу. При понижении давления в цилиндре 2 до величины, меньшей величины давления во впускных окнах 3, через них под давлением продувочного насоса (или из картера) поступает воздух, который закручивается профилированными впускными окнами 3 по поверхности зеркала цилиндра в сторону головки блока 8, вытесняя продукты сгорания. Процесс продувки цилиндра двигателя «чистым» воздухом продолжается при движении поршня 6 от НМТ к ВМТ до перекрытия им сначала впускных окон 3, а затем и выпускных окон 4. Начинается процесс сжатия. Максимальная температура выхлопных газов при продувке в начале выхлопа в месте расположения форсунки 5 по расчетам не превышает 1000°С, а давление не более 0,25...0,3 МПа, что ниже силы затяжки пружины форсунки. Это предотвращает заброс газов в форсунку.
После перекрытия выпускных окон 4 по сигналу датчика положения коленчатого вала (не указан), а значит, и поршня, электронный блок управления (ЭБУ) включает подачу топлива форсункой. Цикловая подача топлива, определяемая ЭБУ в зависимости от скоростного и нагрузочного режимов, задается временем «открытия» форсунки при заданной постоянной скорости истечения топлива через сопловые отверстия, т.е. длина и форма факела топлива, подаваемого через каждое из сопловых отверстий, не зависит от скоростного режима двигателя, что обеспечивает возможность ориентации факела 9 относительно свечи 10 так, чтобы обеспечить в этой зоне коэффициент избытка воздуха 0,9-0,95 без забрызгивания ее во всем скоростном режиме двигателя.
Топливо, подаваемое двумя сопловыми отверстиями форсунки 5 в цилиндрическую выемку 7 днища поршня, равномерно распределяется по поверхности выемки, образуя тонкую пленку одинаковой толщины со значительной поверхностью, с которой начинается интенсивное испарение ее в закрученный воздушный поток, обеспечивая значение коэффициента избытка воздуха в нем α>>1.
В момент впрыска топлива в зоне установки форсунки 5 температура и давление не велики и практически не зависят от режима работы двигателя после начала повышения давления на такте сжатия, т.к. поршень 6 перекрывает сопловые отверстия форсунки, защищая ее компрессионными кольцами от высокого давления и температуры при сгорании.
Такое конструктивное решение и организация послойного объемно-пленочного смесеобразования обеспечивает выполнение поставленной цели - повышение экономичности, улучшение экологии, а также и повышение надежности и долговечности форсунки.
Повышение экономичности достигается как за счет ликвидации выброса топлива при продувке цилиндра воздухом и впрыском топлива после продувки, так и увеличением коэффициента избытка воздуха до α=1,5-1,6, что позволяет запрограммировать ЭБУ на получение характеристики α=f(Neun)=onm.
Улучшение экологических показателей достигается: - снижением выброса топлива при продувке; - за счет реакции окисления окисла углерода СО до CO2 кислородом окислов азота NOx вида СО+NOx→СО2+N2 в зоне высоких температур около свечи при α<1; - за счет снижения температуры в закрученном топливно-воздушном потоке с α>>1, при которой инертный азот не окисляется.
Повышение надежности и долговечности форсунки, а также исключение необходимости создания аккумуляторной системы питания высокого давления достигается установкой форсунки в зоне низких температур и давления.
1. Двухтактный бензиновый двигатель с непосредственным впрыском топлива в цилиндр и электронной системой управления, содержащий цилиндр, в стенке которого выполнены впускное и выпускное окна, топливную форсунку, установленную наклонно в стенке цилиндра, поршень и головку цилиндра с камерой сгорания, отличающийся тем, что топливная форсунка установлена в зоне низких температур и давления в плоскости, наклоненной к плоскости днища поршня в сторону НМТ под углом 10-15°, при этом распылитель форсунки расположен выше верхней кромки выпускного окна на 7-10 мм, кроме того, для создания закрученного воздушного потока профилированные, впускные окна расположены тангенциально к стенке цилиндра и с наклоном в сторону камеры сгорания.
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что в распылителе форсунки выполнены, по крайней мере, три сопловых отверстия диаметром 0,15-0,25 мм, расположенных под разными углами к оси форсунки, два из которых направлены в сторону цилиндрической выемки в днище поршня, а одно - в околосвечную зону.
www.findpatent.ru
