To-takts motor i en bil

Verden av biler har sett mye drivlinjeutvikling. Noen av dem frøs i tide på grunn av at designeren ikke hadde mulighet til å videreutvikle hjernebarnet sitt. Andre viste seg å være ineffektive, slik at en slik utvikling ikke hadde en lovende fremtid.

I tillegg til den klassiske in-line eller V-formede motoren, produserte produsenter også biler med andre design av kraftenheter. Under hetten på noen modeller kunne man se Wankel motor, bokser (eller bokser), hydrogenmotor. Noen bilprodusenter kan fortsatt bruke slike eksotiske drivlinjer i modellene sine. I tillegg til disse modifikasjonene, vet historien flere vellykkede ikke-standardmotorer (noen av dem er egen artikkel).

La oss nå snakke om en slik motor, som nesten ingen av bilistene kommer over, hvis ikke for å snakke om behovet for å klippe gresset med en gressklipper eller kutte et tre med motorsag. Dette er en totaktsaggregat. I utgangspunktet brukes denne typen forbrenningsmotor i motorkjøretøyer, tanker, stempelfly etc., men ekstremt sjelden i biler.

Totaktsmotorer er også veldig populære innen motorsport, siden disse enhetene har betydelige fordeler. For det første har de enorm kraft for en liten forskyvning. For det andre, på grunn av deres forenklede design, er disse motorene lette. Disse faktorene er veldig viktige for sportslige tohjulinger.

Tenk på funksjonene til enheten for slike modifikasjoner, samt om det er mulig å bruke dem i biler.

Hva er en totaktsmotor?

For første gang dukket det opp et patent for å lage en totakts forbrenningsmotor tidlig på 1880-tallet. Utviklingen ble presentert av ingeniør Douglad Clerk. Enheten til hans hjernebarn inkluderte to sylindere. Den ene var arbeider, og den andre pumpet en ny mengde militærteknisk samarbeid.

10 år senere dukket det opp en modifikasjon med en kammersprengning, der det ikke lenger var et utløpsstempel. Denne motoren er designet av Joseph Day.

Parallelt med denne utviklingen opprettet Karl Benz sin egen gassenhet, hvis patent for produksjonen dukket opp i 1880.

Totakts dvigun, som navnet antyder, utfører i en sving av veivakselen alle slagene som er nødvendige for tilførsel og forbrenning av luft-drivstoffblandingen, samt for fjerning av forbrenningsprodukter i bilens eksosanlegg. Denne muligheten leveres av en designfunksjon på enheten.

Under ett slag av stempelet utføres to slag i sylinderen:

1. Når stemplet er i bunnen av død sentrum, blir sylinderen renset, det vil si forbrenningsprodukter fjernes. Dette slaget tilveiebringes ved inntak av en ny del av VTS, som fortrenger eksosen i eksosrøret. I samme øyeblikk er kammeret fylt med en fersk porsjon VTS.
2. Stigende til det øverste dødpunktet lukker stempelet innløpet og utløpet, noe som sikrer komprimering av BTC i stempelområdet over (uten denne prosessen er effektiv forbrenning av blandingen og den nødvendige effekten fra kraftenheten umulig). Samtidig suges en ekstra del av blandingen av luft og drivstoff inn i hulrommet under stempelet. En gnist genereres ved stempelets TDC, som antenner luft / drivstoffblandingen. Arbeidsslaget begynner.

Dette gjentar motorsyklusen. Det viser seg at i to-takts utføres alle slag i to slag av stempelet: mens det beveger seg opp og ned.

Enheten til en totaktsmotor?

Den klassiske totakts forbrenningsmotoren består av:

• Carter. Dette er hoveddelen av konstruksjonen der veivakselen er festet med kulelager. Avhengig av størrelsen på sylinder-stempelgruppen, vil det være et tilsvarende antall veiv på veivakselen.
• Stempel. Dette er et stykke i form av et glass, som er festet på koblingsstangen, i likhet med analogen som brukes i firetaktsmotorer. Den har spor for kompresjonsringene. Effektiviteten til enheten under forbrenningen av MTC avhenger av stempelets tetthet, som i andre typer motorer.
• Innløp og utløp. De er laget i selve forbrenningsmotorhuset, hvor innsugnings- og eksosmanifoldene er koblet sammen. Det er ingen gassfordelingsmekanisme i en slik motor, på grunn av hvilken totaktslagene er lette.
• Ventil. Denne delen forhindrer at luft / drivstoffblandingen kastes tilbake i inntakskanalen til enheten. Når stempelet stiger, opprettes et vakuum under det, som beveger klaffen, gjennom hvilken en ny del av BTC kommer inn i hulrommet. Så snart det er et slag av arbeidsslaget (en gnist ble utløst og blandingen antennet, og flyttet stempelet til bunnen død sentrum), lukkes denne ventilen.
• Komprimeringsringer. Dette er de samme delene som i enhver annen forbrenningsmotor. Dimensjonene deres velges strengt i henhold til dimensjonene til et bestemt stempel.

Hofbauer totaktsdesign

På grunn av mange tekniske hindringer har ikke ideen om å bruke totaktsendringer i lette kjøretøy vært mulig før nylig. I 2010 ble det gjort et gjennombrudd i denne forbindelse. EcoMotors har mottatt en anstendig investering fra Bill Gates og Khosla Ventures. Årsaken til dette avfallet var presentasjonen av den originale boksermotoren.

Selv om en slik modifikasjon har eksistert i lang tid, skapte Peter Hofbauer konseptet med totaktslag som fungerte etter prinsippet om en klassisk bokser. Selskapet kalte arbeidet sitt OROS (oversatt som motsatte sylindere og motsatte stempler). En slik enhet kan ikke bare fungere på bensin, men også på diesel, men utvikleren har så langt slått fast drivstoff.

Hvis vi vurderer den klassiske utformingen av totakts i denne kapasiteten, kan den i teorien brukes i en lignende modifikasjon og installeres på et 4-hjuls personbil. Det ville være mulig hvis det ikke var for miljøstandarder og høye drivstoffkostnader. Under drift av en konvensjonell totakts forbrenningsmotor blir en del av luft-drivstoffblandingen fjernet gjennom eksosporten under renseprosessen. I forbrenning av BTC blir olje også brent.

Til tross for den store skepsisen til ingeniører fra ledende bilprodusenter, åpnet Hofbauer-motoren muligheten for totaktslag å komme under panseret på luksusbiler. Hvis vi sammenligner utviklingen med den klassiske bokseren, er det nye produktet 30 prosent lettere, siden designen har færre deler. Enheten viser også mer effektiv energiproduksjon under drift sammenlignet med en firetaktsbokser (effektivitetsøkning innen 15-50 prosent).

Den første arbeidsmodellen fikk EM100-merkingen. I følge utvikleren er motorens vekt 134 kg. Kraften er 325 hk og dreiemomentet er 900 Nm.

Designfunksjonen til den nye bokseren er at to stempler er plassert i en sylinder. De er montert på samme veivaksel. Forbrenningen av VTS skjer mellom dem, på grunn av hvilken den frigjorte energien samtidig virker på begge stemplene. Dette forklarer et så stort dreiemoment.

Den motsatte sylinderen er konfigurert til å fungere asynkront med den tilstøtende. Dette sikrer jevn veivakselrotasjon uten å ryke med stabilt dreiemoment.

I den følgende videoen demonstrerer Peter Hofbauer selv hvordan motoren hans fungerer:

opoc motor hvordan det fungerer.mp4

La oss se nærmere på dens interne struktur og den generelle arbeidsplanen.

turbolading

Turboladning leveres av et løpehjul på skaftet som en elektrisk motor er installert på. Selv om den vil løpe delvis fra strømmen av eksosgasser, gjør det at ladingen av løpehjulet elektronisk tillater løpehjulet å akselerere raskere og generere lufttrykk. For å kompensere for energiforbruket ved å rotere løpehjulet, genererer enheten strøm når bladene utsettes for eksospress. Elektronikken styrer også eksosstrømmen for å redusere forurensning.

Dette elementet i det innovative totaktslaget er ganske kontroversielt. For raskt å skape det nødvendige lufttrykket vil den elektriske motoren forbruke en anstendig mengde energi. For å gjøre dette må en fremtidig bil som vil bruke denne teknologien være utstyrt med en mer effektiv generator og batterier med økt kapasitet.

Per i dag er effektiviteten av elektrisk kompressor fortsatt på papir. Produsenten hevder at dette systemet forbedrer rensingen av sylinderen samtidig som det maksimerer fordelene med en totaktssyklus. I teorien lar denne installasjonen deg doble enhetens liter kapasitet sammenlignet med firetakts kolleger.

Innføringen av slikt utstyr vil definitivt gjøre kraftverket dyrere, og det er derfor det fortsatt er billigere å bruke en kraftig og gluttonøs klassisk forbrenningsmotor enn en ny lett bokser.

Koblingsstenger av stål

Ved utformingen ligner enheten TDF-motorer. Bare i denne modifikasjonen satte de motsatte stemplene i gang ikke to veivaksler, men en på grunn av de lange forbindelsesstengene til de eksterne stemplene.

De ytre stemplene i motoren er montert på lange stålstenger som er koblet til veivakselen. Den ligger ikke i kantene, som i den klassiske bokserendringen, som brukes i militært utstyr, men mellom sylindrene.

De indre elementene er også koblet til veivmekanismen. En slik enhet lar deg trekke ut mer energi fra forbrenningsprosessen til luft-drivstoffblandingen. Motoren oppfører seg som om den har veiv som gir økt stempelslag, men akselen er kompakt og lett.

Veivaksel

Hofbauer-motoren har en modulær design. Elektronikken er i stand til å slå av noen av sylindrene, slik at bilen kan være mer økonomisk når ICE er under minimumsbelastning (for eksempel når du kjører på en flat vei).

I firetaktsmotorer med direkteinnsprøytning (les mer om typer injeksjonssystemer i en annen anmeldelse) stenging av sylindrene er sikret ved å stoppe drivstofftilførselen. I dette tilfellet beveger stemplene seg fortsatt i sylindrene på grunn av veivakselen. De brenner bare ikke drivstoff.

Når det gjelder den innovative utviklingen av Hofbauer, blir stengingen av et par sylindere tilveiebragt av en spesiell kobling montert på veivakselen mellom de tilsvarende par sylinderstemplet. Når modulen kobles fra, kobler koblingen ganske enkelt den delen av veivakselen som er ansvarlig for denne delen.

Siden bevegelige stempler i en klassisk 2-takts forbrenningsmotor med tomgang fortsatt vil suge inn en ny del av VTS, vil denne modulen i denne modifikasjonen slutte å fungere helt (stemplene forblir immobiliserte). Så snart belastningen på kraftenheten øker, kobler koblingen i et bestemt øyeblikk den inoperative delen av veivakselen, og motoren øker kraften.

sylinder

Under sylinderventilasjonen sender klassiske 2-taktsventiler en del av den uforbrente blandingen ut i atmosfæren. På grunn av dette er kjøretøy utstyrt med en slik kraftenhet ikke i stand til å oppfylle miljøstandardene.

For å avhjelpe denne mangelen, har utvikleren av totaktsmotoren designet en spesiell sylinderdesign. De har også innløp og utløp, men posisjonering reduserer utslipp.

Hvordan en totakts forbrenningsmotor fungerer

Det særegne ved den klassiske totaktsmodifikasjonen er at veivakselen og stempelet er i et hulrom fylt med en luft-drivstoffblanding. Det er installert en innløpsventil på innløpet. Dens tilstedeværelse lar deg skape trykk i hulrommet under stempelet når det begynner å bevege seg nedover. Dette hodet akselererer rensing av sylinder og fjerning av eksosgass.

Når stempelet beveger seg inne i sylinderen, åpner / lukker det vekselvis innløpet og utløpet. Av denne grunn gjør enhetens designfunksjoner det mulig å ikke bruke gassfordelingsmekanismen.

For å forhindre at gnidningselementene slites for mye, trenger de smøring av høy kvalitet. Siden disse motorene har en enkel struktur, er de blottet for et komplekst smøresystem som vil levere olje til alle deler av forbrenningsmotoren. Av denne grunn tilsettes noe motorolje til drivstoffet. For dette brukes et spesielt merke for totaktsenheter. Dette materialet må beholde smøreevne ved høye temperaturer, og når det brennes sammen med drivstoff, må det ikke etterlate karbonavleiringer.

Selv om totaktsmotorer ikke har funnet bred anvendelse i biler, vet historien perioder da slike motorer var plassert under panseret på noen lastebiler (!). Et eksempel på dette er YaAZ-dieselenheten.

I 1947 ble en in-line 7-sylindret dieselmotor av dette designet installert på 200-tonns lastebilene YaAZ-205 og YaAZ-4. Til tross for den store vekten (ca. 800 kg.) Hadde enheten lavere vibrasjoner enn mange forbrenningsmotorer til innenlandske personbiler. Årsaken er at enheten til denne modifikasjonen inkluderer to aksler som roterer synkront. Denne balanseringsmekanismen dempet de fleste vibrasjonene i motoren, noe som raskt kunne smuldre karosseriet av trebil.

Flere detaljer om driften av totaktsmotorer er beskrevet i følgende video:

2 TAKT. La oss prøve å forstå ...

Hvor er det behov for en totaktsmotor?

Enheten til en totaktsmotor er enklere enn en 2-taktsanalog, på grunn av hvilken de brukes i de bransjene der vekt og volum er viktigere enn drivstofforbruk og andre parametere.

Så disse motorene er installert på lette gressklippere og håndtrimmere for gartnere. Å holde en tung motor i hendene gjør det veldig vanskelig å jobbe i hagen. Det samme konseptet kan spores i produksjonen av motorsager.

Effektiviteten avhenger også av vekten av vann og lufttransport, så produsenter går på akkord med høyt drivstofforbruk for å skape lettere strukturer.

Imidlertid brukes 2-tatniks ikke bare i landbruket og noen typer fly. I auto / motto-sport er vekt like viktig som i seilfly eller gressklippere. For at en bil eller motorsykkel kan utvikle høy hastighet, bruker designere, som lager slike kjøretøy, lette materialer. Detaljer om hvilke materialer bilkarosseriene er laget av er beskrevet her... Av denne grunn har disse motorene en fordel i forhold til tunge og teknisk komplekse 4-takts kolleger.

Her er et lite eksempel på effektiviteten av en totaktsmodifikasjon av en forbrenningsmotor i sport. Siden 1992 har noen motorsykler brukt den japanske Honda NSR4 500-sylindrede V-type totaktsmotoren i MottoGP motorsykkelløp. Med et volum på 0.5 liter utviklet denne enheten 200 hestekrefter, og veivakselen snurret opptil 14 tusen omdreininger per minutt.

Dreiemomentet er 106 Nm. nådde allerede 11.5 tusen. Topphastigheten som et slikt barn klarte å utvikle var mer enn 320 kilometer i timen (avhengig av rytterens vekt). Vekten på selve motoren var bare 45 kg. Ett kilo kjøretøyvekt utgjør nesten halvannen hestekrefter. De fleste sportsbiler vil misunne dette forholdet mellom kraft og vekt.

Sammenligning av totakts- og firetaktsmotor

Spørsmålet er hvorfor en maskin da ikke kan ha en slik produktiv enhet? For det første er den klassiske totaktstaket den mest bortkastede enheten av alt som brukes i kjøretøy. Årsaken til dette er særegenheter ved å blåse og fylle sylinderen. For det andre, som for racingmodifikasjoner som Honda NSR500, på grunn av høye turtall, er levetiden til enheten veldig liten.

Fordelene med en totaktsenhet fremfor en 2-taktsanalog inkluderer:

• Evnen til å fjerne kraft fra en revolusjon i veivakselen er 1.7-XNUMX ganger høyere enn den som produseres av en klassisk motor med en gassfordelingsmekanisme. Denne parameteren er av større betydning for lavhastighets marine teknologi og stempelflymodeller.
• På grunn av designfunksjonene til forbrenningsmotoren har den mindre dimensjoner og vekt. Denne parameteren er veldig viktig for lette biler som scootere. Tidligere ble slike kraftenheter (vanligvis volumet ikke oversteg 1.7 liter) installert i små biler. I slike modifikasjoner ble sveivkammerblåsing gitt. Noen lastebilmodeller var også utstyrt med totaktsmotorer. Vanligvis var volumet av slike forbrenningsmotorer minst 4.0 liter. Blåsingen i slike modifikasjoner ble utført av typen direkte strømning.
• Delene deres slites mindre, siden de bevegelige elementene, for å oppnå samme effekt som i 4-takts analoger, utfører dobbelt så få bevegelser (to slag kombineres i ett stempelstrekk).

4-takts motor

Til tross for disse fordelene har totaktsmotormodifikasjonen betydelige ulemper, og det er det ennå ikke praktisk å bruke den i biler. Noen av disse ulempene:

• Forgassermodeller fungerer med tap av en ny ladning av VTS under rensing av sylinderkammeret.
• I 4-taktsversjonen fjernes avgasser i større grad enn i den betraktede analoge. Årsaken er at i et 2-takts når ikke stempelet det øverste dødpunktet under rensing, og denne prosessen er bare sikret under det lille slag. På grunn av dette kommer noe av luft-drivstoffblandingen inn i eksosrøret, og flere eksosgasser forblir i selve sylinderen. For å redusere mengden ubrent drivstoff i eksosen har moderne produsenter utviklet modifikasjoner med et injeksjonssystem, men selv i dette tilfellet er det umulig å fjerne forbrenningsrester helt fra sylinderen.
• Disse motorene er mer sultne enn 4-taktsversjoner med identisk slagvolum.
• Turboladere med høy ytelse brukes til å tømme sylindrene i injeksjonsmotorer. I slike motorer forbrukes luft en og en halv til to ganger mer. Av denne grunn er det nødvendig å installere spesielle luftfiltre.
• 2-taktsenheten genererer mer støy når den når maksimalt turtall.
• De røyker hardere.
• Ved lave turtall genererer de sterke vibrasjoner. Det er ingen forskjell i ensylindrede motorer med fire og to slag i denne forbindelse.

Når det gjelder holdbarheten til totaktsmotorer, antas det at de mislykkes raskere på grunn av dårlig smøring. Men hvis du ikke tar hensyn til enhetene for sports motorsykler (høye turtall deaktiverer raskt deler), så fungerer en nøkkelregel innen mekanikk: jo enklere utformingen av mekanismen, jo lenger vil den vare.

Firetaktsmotorer har et større antall små deler, spesielt i gassfordelingsmekanismen (les hvordan ventiltimingen fungerer her), som kan gå i stykker når som helst.

Som du ser har ikke utviklingen av forbrenningsmotorer stoppet så langt, så hvem vet hvilket gjennombrudd på dette området vil bli gjort av ingeniører. Fremveksten av en ny utvikling av totaktsmotoren gir håp om at bilene i nær fremtid vil bli utstyrt med lettere og mer effektive drivlinjer.

Avslutningsvis foreslår vi å se på en annen modifikasjon av en totaktsmotor med stempler som beveger seg mot hverandre. Det er sant at denne teknologien ikke kan kalles nyskapende, som i Hofbauer-versjonen, fordi slike forbrenningsmotorer begynte å bli brukt på 1930-tallet i militært utstyr. For lette biler har slike totaktsmotorer ennå ikke blitt brukt:

Fantastisk mottrafikkmotor 2018

Spørsmål og svar:

Hva betyr en 2-takts motor? I motsetning til en 4-taktsmotor, utføres alle slag i en omdreining av veivakselen (to slag utføres i ett stempelslag). I den kombineres prosessen med å fylle sylinderen og ventilere den.

Hvordan smøres en totaktsmotor? Alle gnide indre overflater av motoren smøres av oljen i drivstoffet. Derfor må oljen i en slik motor hele tiden etterfylles.

Hvordan fungerer en 2-takts motor? I denne forbrenningsmotoren er to slag tydelig uttrykt: kompresjon (stempelet beveger seg til TDC og lukker gradvis først rensingen og deretter eksosporten) og arbeidsslaget (etter tenning av BTC, beveger stempelet seg til BDC, åpne de samme portene for rensing).