Что такое однотактный и двухтактный двигатель

ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к двухтактным двигателям внутреннего сгорания. Техническим результатом является уменьшение вибраций. Сущность изобретения заключается в том, что двухтактный двигатель внутреннего сгорания выполнен симметричным относительно центральной поперечной плоскости, проходящей через камеру воспламенения, и включает, по меньшей мере, два соосно расположенных цилиндра, к торцам которых с одной стороны примыкают кривошипные камеры. Другими торцами цилиндры соосно сопряжены с общей головкой, в которой размещена камера воспламенения со свечей зажигания, а камеры сгорания цилиндров имеют полусферическую форму. 1 ил.

Двухтактный двигатель внутреннего сгорания, включающий, по меньшей мере, два соосно расположенных цилиндра, к торцам которых с одной стороны примыкают кривошипные камеры, другие торцы соосно сопряжены с общей головкой, в которой размещена камера воспламенения со свечей зажигания, сообщающаяся с одной стороны с камерой сгорания одного из цилиндров, имеющего впускной и выпускной каналы, а с другой стороны — с другим цилиндром, имеющим впускной канал и устройство приготовления смеси, отличающийся тем, что он выполнен симметричным относительно центральной поперечной плоскости, проходящей через камеру воспламенения, для чего один из цилиндров дополнительно включает устройство приготовления смеси, другой из цилиндров дополнительно включает выпускной канал и камеру сгорания, камеры сгорания цилиндров имеют полусферическую форму, при этом соотношение площади поперечного сечения камеры воспламенения к площади поперечного сечения цилиндра составляет 0,1-0,2, а отношение объема камеры воспламенения к суммарному объему камеры воспламенения и камер сгорания двух цилиндров составляет 0,2-0,4.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано при конструировании, изготовлении и эксплуатации для беспилотных и сверхлегких летательных аппаратов, например мотопарапланов.

Известен двухтактный двигатель внутреннего сгорания с противоположно движущимися поршнями в цилиндрах разного диаметра, расположенных на одной оси. Каждый цилиндр снабжен кривошипно-камерной продувкой, при этом в цилиндр малого диаметра поступает обогащенная топливно-воздушная смесь, в цилиндр большого диаметра поступает воздух. Эти два цилиндра сопряжены с камерой сгорания, имеющей свечу зажигания (Двухтактные карбюраторные двигатели внутреннего сгорания. / В.М.Кондратов, Ю.С.Григорьев, В.В.Тупов и др. — М.: Машиностроение, 1990 с.49-50).

Недостатком известного двигателя является повышенная вибрация, связанная с большой неуравновешенностью двигателя, вызванная разноразмерными цилиндро-поршневыми группами и кривошипно-шатунными механизмами. Таким образом, невозможно повышение мощности двигателя за счет увеличения частоты вращения коленчатого вала. Кроме того, наличие двух разноунифицированных комплектов деталей затрудняет изготовление двигателя и его последующую эксплуатацию.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является двухтактный двигатель внутреннего сгорания с противоположно движущимися поршнями в цилиндрах, сопряженных с общей головкой, расположенной на одной оси. Каждый цилиндр снабжен кривошипно-камерной продувкой, при этом в первый цилиндр поступает воздух, во второй цилиндр — обогащенная топливно-воздушная смесь. Головка цилиндров имеет камеру воспламенения, в которой свеча зажигания расположена под углом к оси цилиндров. Камера воспламенения соединена центральным каналом с камерой сгорания, имеющей тороидальную форму. Поршень второго цилиндра снабжен каналами для прохождения топливно-воздушной смеси. Кроме того, коленчатые валы двигателя имеют разные радиусы кривошипов (патент США №4359017, кл. F02B1/08, F02B25/12, F02B33/04, 1982 г.).

Недостатком известного двигателя внутреннего сгорания также является повышенная вибрация, связанная с большой неуравновешенностью двигателя, вызванная разноразмерными поршневыми группами и кривошипно-шатунными механизмами. Таким образом, также невозможно повышение мощности двигателя за счет увеличения частоты вращения коленчатого вала. Наличие центрального канала и каналов в поршне повышают гидравлическое сопротивление потоку топливно-воздушной смеси, уменьшают механический КПД и в целом, мощность двигателя. Наличие двух разноунифицированных комплектов деталей затрудняет изготовление двигателя и его последующую эксплуатацию. Кроме того, камера сгорания имеет сложную тороидальную форму и трудна в изготовлении. Выполнение свечного отверстия наклонно к оси цилиндра усложняет технологию изготовления.

Задачей изобретения является создание для сверхлегких и беспилотных летательных аппаратов двухтактного двигателя внутреннего сгорания повышенной мощности и с уменьшенной вибрацией.

Поставленная задача решается тем, что двухтактный двигатель внутреннего сгорания, включающий, по меньшей мере, два соосно расположенных цилиндра, к торцам которых с одной стороны примыкают кривошипные камеры, другие торцы соосно сопряжены с общей головкой, в которой размещена камера воспламенения со свечей зажигания, сообщающаяся с одной стороны с камерой сгорания одного из цилиндров, имеющего впускной и выпускной каналы, а с другой стороны — с другим цилиндром, имеющим впускной канал и устройство приготовления смеси, согласно изобретению, выполнен симметричным относительно;центральнои поперечной плоскости, проходящей через камеру воспламенения, для чего один из цилиндров дополнительно включает устройство приготовления смеси, другой из цилиндров дополнительно включает выпускной канал и камеру сгорания, при этом камеры сгорания цилиндров выполнены полусферической формы.

Соотношение площади поперечного сечения камеры воспламенения к площади поперечного сечения цилиндра составляет 0,1-0,2.

Отношение объема камеры воспламенения к суммарному объему камеры воспламенения и камер сгорания двух цилиндров составляет 0,2-0,4.

Свеча зажигания расположена на оси симметрии центральной поперечной плоскости.

Устройство приготовления смеси выполнено в виде карбюратора.

Устройство приготовления смеси выполнено в виде форсунки.

В камере воспламенения установлен декомпрессор.

В камере воспламенения дополнительно установлена свеча зажигания.

На фиг.1 представлен заявляемый двухтактный двигатель внутреннего сгорания (продольный разрез).

Двухтактный двигатель внутреннего сгорания содержит, по меньшей мере, два соосно расположенных цилиндра 1 и 2, к торцам которых с одной стороны примыкают кривошипные камеры 3, а другие торцы соосно сопряжены с общей головкой 4. В головке 4 размещена камера 5 воспламенения со свечами 6 зажигания и декомпрессором 7, сообщающаяся с камерами 8 сгорания полусферической формы цилиндров 1 и 2. Двигатель имеет впускные 9, выпускные 10 и продувочные 11 каналы, устройства приготовления смеси (не показаны) цилиндров. В цилиндрах 1 и 2 расположены поршни 12, кинематически связанные с коленчатыми валами 13, соединенными между собой при помощи зубчатых колес (не показаны).

Работа двухтактного двигателя внутреннего сгорания заключается в следующем.

При синхронном движении поршней 12 навстречу друг другу в кривошипных камерах 3 создается разряжение, и через впускные 9 каналы в кривошипные камеры 3 поступают заряды смеси определенного состава. В кривошипную камеру 3 цилиндра 1 поступает смесь от мощностного до экономического состава, с коэффициентом избытка воздуха а от 0,75 до 1,2. В кривошипную камеру 3 цилиндра 2 поступает смесь от мощностного состава до чистого воздуха, с α>0,75. При движении поршней 12 в направлении друг от друга в кривошипных камерах 3 создается сжатие, и через продувочные 11 каналы потоки смеси направляются сначала к верхней стенке цилиндров 1 и 2, затем вдоль полусферической поверхности камеры 8 сгорания, проникая в камеру 5 воспламенения, поворачивают, образуя петлю, вытесняют отработавшие газы из всего объема цилиндра 1 и 2 и достигают выпускных 10 каналов. При движении поршней 12 навстречу друг другу выпускные 10 каналы закрываются, и смесь, поступившая в цилиндры 1 и 2, сжимается.

К концу процесса сжатия в камере 5 воспламенения создаются благоприятные условия для зажигания смеси от искры свечей 6 зажигания вследствие глубокого проникновения более тяжелой, обогащенной топливом смеси в эту камеру.

После воспламенения заряда от свечей 6 зажигания в камере 5 воспламенения в камере 8 сгорания цилиндра 1 начинается горение. Горящие газы в виде факела выбрасываются в камеру 8 сгорания цилиндра 2. Факельное зажигание осуществляет зажигание в цилиндре 2 обедненной смеси или воздуха с высокой скоростью. Оптимальный эффект факельного зажигания получен при отношении площади поперечного сечения камеры 5 воспламенения к площади поперечного сечения цилиндра, равном 0,1-0,2.

Уменьшение соотношения приводит к увеличению скорости горения заряда, задуванию пламени в камере 5 воспламенения, а также к жесткой и шумной работе двигателя. Увеличение соотношения вызывает при петлевой продувке появление застойных зон в цилиндрах 1, 2 и плохое перемешивание смеси в камерах 8 сгорания, вследствие уменьшения скорости потока смеси, а также уменьшает скорость горения заряда в камере 5 воспламенения.

После развития горения в камере 8 сгорания цилиндра 2 начинается обратное перетекание заряда в камеру 8 сгорания цилиндра 1, происходит дожигание несгоревшего топлива за счет избыточного кислорода, находящегося в цилиндре 2. Затем открываются выпускные 10 каналы, и отработавшие газы удаляются из цилиндров 1 и 2.

На режиме максимальной мощности (взлет летательного аппарата) в цилиндры 1 и 2 подается смесь мощностного состава, например, α=0,75-0,85. По мере снижения мощности (горизонтальный полет или посадка) в цилиндре 1 смесь постепенно обедняется до экономичного состава, например, α=1,1-1,2, а в цилиндре 2 смесь постепенно обедняется вплоть до чистого воздуха.

Организация раздельного смесеобразования в цилиндрах 1 и 2 возможна при оптимальном отношении объема камеры 5 воспламенения к суммарному объему камеры 5 воспламенения и камер 8 сгорания двух цилиндров 1 и 2, которое составляет 0,2-0,4. Увеличение отношения приводит к увеличению степени сжатия, вызывает детонационное горение, что приводит к снижению мощности двигателя. Уменьшение отношения приводит к уменьшению степени сжатия, уменьшению термического КПД и, как следствие, к снижению мощности двигателя.

Выполнение заявляемого двигателя симметричным относительно центрально расположенной вертикальной оси, проходящей через камеру воспламенения, позволяет организовать раздельное смесеобразование с петлевой продувкой в каждом цилиндре. Для этого один из цилиндров дополнительно включает устройство приготовления смеси, другой из цилиндров дополнительно включает выпускной канал и камеру сгорания, при этом камеры сгорания цилиндров выполнены полусферической формы.

При соотношении площади поперечного сечения камеры воспламенения к площади поперечного сечения цилиндра, равном 0,1-0,2, достигается оптимальный эффект факельного зажигания.

При отношении объема камеры воспламенения к суммарному объему камеры воспламенения и камер сгорания двух цилиндров, равном 0,2-0,4, достигается максимальная мощность двигателя.

Раздельное смесеобразование в двигателе обеспечивается при помощи устройств внешнего смесеобразования (карбюратора) или внутреннего смесеобразования (форсунки).

Организация газообмена с применением в каждом цилиндре петлевой продувки позволяет упростить конструкцию предлагаемого двигателя, изготавливать все необходимые детали по технологии, традиционной для производства двухтактных двигателей, а наличие унифицированных комплектов деталей облегчит технологию изготовления двигателя и его последующую эксплуатацию.

Выполнение конструкции двигателя с противоположно движущимися поршнями и применение одноразмерных деталей цилиндропоршневой группы и кривошипно-шатунных механизмов позволит уравновесить двигатель и снизить вибрацию.

Уравновешенный двухтактный двигатель позволит повысить частоту вращения и тем самым увеличить его мощность.

Применение раздельного смесеобразования в каждом цилиндре позволит уменьшить расход топлива и повысить экономичность двигателя, а дожигание обогащенной смеси позволит снизить токсичность отработавших газов.

Выполнение камер сгорания полусферической формы, а также расположение свечи зажигания вертикально на оси симметрии ведет к упрощению технологии изготовления.

Установка декомпрессора в камере воспламенения облегчает пуск двигателя, а также позволит освободить от богатой топливно-воздушной смеси камеру воспламенения.

Установка дополнительно второй свечи зажигания в камере воспламенения позволит повысить стабильность циклов работы двигателя за счет более надежного воспламенения, что повлечет увеличение мощности двигателя.

При создании опытного образца настоящего технического решения использовались детали и узлы от двигателя бензомоторной пилы МП-5 «Урал-2» с рабочим объемом 109 см 3 , диаметром цилиндра 55 мм и ходом поршня 46 мм. Двигатель с искровым зажиганием, воздушного охлаждения был оснащен карбюраторами КМП-100У с воздушной заслонкой, потребляемое топливо — бензин АИ-92. При испытаниях этого образца подтверждается указанный технический результат.

Предложенное техническое решение позволит использовать его при конструировании, изготовлении и эксплуатации двигателей и сделает комфортной эксплуатацию сверхлегких летательных аппаратов, а для беспилотных аппаратов позволит без искажений передавать информацию.

В чем заключается отличие двухтактного двигателя от четырехтактного. Урок начинающему автолюбителю

Современные автомобили отличаются не только марками и используемым топливом. Существует еще разница в типе двигателя. Предлагаемая публикация подробно познакомит читателей с двухтактным и четырехтактным силовыми агрегатами.

Что необходимо знать каждому автолюбителю о работе двигателя

Следует отметить, что любое современное транспортное средство представляет собой сложнейшую систему взаимосвязанных между собой механизмов. Подобно человеческому организму, в котором работа всех органов зависит от здорового сердца, нормальное функционирование автомобиля обеспечивается исправным мотором.

Чтобы четко понять, в чем состоит отличие двухтактного двигателя от четырехтактного, для начала следует ознакомиться с принципом действия нормально функционирующего механизма. Основным его предназначением является создание определенного усилия, принуждающего коленчатый вал совершать вращательные движения.

Нормальный рабочий цикл исправного ДВС представляется несколькими этапами:

1. Внутреннее пространство цилиндра заполняется горючей смесью;
2. Топливо, разбавленное некоторым количеством воздуха, подвергается сжатию;
3. Определенными условиями вызывается воспламенение смеси;
4. Разогретые газы расширяются и покидают внутреннее пространство цилиндра.

В исправно функционирующем силовом агрегате поршень совершает поступательные движения, поднимаясь вверх и опускаясь вниз. Его действия сопровождаются полным периодом вращения коленчатого вала. Движение поршня в одном определенном направлении называется тактом.

При одном из них сгоревшие газы расширяются, выполняя полезную работу. Описываемый процесс получил название рабочего хода поршня. Отдельно необходимо отметить, что полный оборот коленчатого вала совершается на протяжении двух тактов.

Что касается непосредственно темы настоящей публикации, то двухтактным называют силовой агрегат, совершающий рабочий цикл в течение одного периода вращения коленвала, состоящего из двух тактов.

Два полных оборота коленчатого вала, выполняемые на протяжении четырех тактов, характерны для другого типа двигателя, именуемого четырехтактным. Чтобы определить, в чем заключается разница между рассматриваемыми моторами, необходимо детально изучить принцип их действия.

Подробности о работе четырехтактного силового агрегата

Рассмотрим подробнее принцип действия четырехтактного мотора. В нем каждый второй период вращения коленчатого вала сопровождается воспламенением топливно-воздушной смеси. Особым кулачковым валом, последовательно нажимающим на коромысла, поочередно открываются впускные и выпускные клапаны. Специальная пружина возвращает клапан в исходное положение, закрывая его.

Необходимо обеспечить достаточно плотный контакт клапанов с головкой блока цилиндров. Это позволит не допустить нежелательной потери компрессии.

Итак, принцип действия четырехтактного силового агрегата представляется четырьмя тактами:

1. Сначала происходит опускание поршня из верхнего положения до нижней мертвой точки, сопровождающееся открыванием кулачковым механизмом распределительного вала впускного клапана. Внутреннее пространство цилиндра заполняется смесью топлива с воздухом;
2. Поршень начинает подниматься в обратном направлении, из нижнего положения в верхнее. Процесс сопровождается сжатием горючего при значительном увеличении его температуры;
3. Выполнение полезной работы осуществляется за счет горючих газов, направляющих поршень к нижней мертвой точке. Их образование происходит в результате сгорания топливной смеси, воспламененной искрой от свечи зажигания, возникающей на завершающем этапе сжатия;
4. Далее следует выпуск, представленный выталкиванием поршнем выхлопных газов из внутреннего пространства цилиндра, сопровождается открыванием выпускного клапана. Его закрытие происходит в верхней мертвой точке. Затем описываемый процесс повторяется.

Принцип действия двухтактного силового агрегата

Поставка смеси воздуха с горючим в двухтактном моторе совмещается с процессом ее сжатия, а удаление отработанных газов происходит одновременно с их расширением. Иными словами, рабочий цикл представляется всего двумя тактами и осуществляется за один период вращения коленвала.

При поднимании поршня в направлении из нижней точки в верхнюю, вначале перекрывается специальное продувочное окно, поставляющее горючую смесь в цилиндр. При закрытии выпускного отверстия, способствующего выходу отработанных газов, начинается процесс сжатия топлива вперемешку с воздухом. Благодаря разрежению, возникающему в кривошипной камере, из карбюратора подается следующая порция горючей смеси.

Газы, образованные после сгорания топлива, воспламененного от искры свечи у верхней мертвой точки хода поршня, принуждают его опуститься вниз. Коленчатый вал начинает вращение, выполняя полезную работу.

Благодаря осуществлению рабочего хода повышается давление внутри кривошипной камеры. Смесь горючего с воздухом, доставленная туда на предыдущем этапе, подвергается сжатию. Поршень поднимается до выпускного отверстия, открывая его. Отработанные газы покидают камеру, попадая в глушитель. Продолжающееся движение поршня способствует открыванию продувочного окна.

Благодаря повышенному давлению воздушно-топливная смесь из кривошипной камеры заполняет внутреннее пространство цилиндра. Одновременно вытесняются остатки отработанных газов, происходит заполнение надпоршневого пространства. При достижении поршнем крайнего нижнего положения возобновляется цикличный процесс.

Конструктивные отличия

Из рассмотренного выше принципа действия двух типов двигателей можно определить, чем отличается двухтактный от четырехтактного силового агрегата. Основная разница заключается в конструктивных особенностях механизмов.

Принципиальное отличие состоит в системе газообмена, снабжающей мотор воздушно-топливной смесью и отвечающей за удаление отработанных газов из внутреннего пространства цилиндров.

Четырехтактный двигатель осуществляет процесс за счет специального газораспределительного устройства, дополненного особым клапанным механизмом. Подача и выпуск осуществляется во время отдельных тактов. Это несколько усложняет конструкцию силового агрегата.

Двухтактные двигатели устроены намного проще. В них такты сжатия и расширения совмещены с заполнением и опустошением цилиндров. Система клапанов заменена двумя специальными отверстиями в стенках, через которые в камеру поставляется топливно-воздушная смесь и удаляются отработанные газы. Отсутствие газораспределительного механизма не только значительно упрощает конструкцию силового агрегата, но и существенно снижает его вес.

Сравнительный анализ двухтактного и четырехтактного моторов

Чтобы лучше понять, чем отличаются рассматриваемые типы силовых агрегатов, следует ознакомиться с их основными характеристиками, представленными в виде таблицы.

Некоторые позиции приведенной таблицы требуют детального рассмотрения.

Система смазки рассматриваемых моделей двигателей

Принцип смазки является очередным существенным различием, характеризующим работу двухтактных и четырехтактных моделей силовых агрегатов. Первые из них предполагают перемешивание определенного количества моторного масла с бензином. Существуют установленные пропорции такой смеси.

Чаще всего на одну часть масла приходится от 25 до 50 частей бензина. При возгорании горючей смеси смазка, представленная в виде мельчайших распыленных частиц, сгорает вместе с топливом. Вещества, образующиеся в результате сгорания, удаляются совместно с выхлопными газами.

Существует два способа получения масляно-бензиновой смеси:

• обычное механическое перемешивание при непосредственной подаче горючего в топливный бак;
• все необходимые компоненты поставляются внутрь системы по отдельности. Для получения требуемой топливно-масляной смеси предназначен специальный патрубок. Располагается деталь в пространстве, отделяющем цилиндр от карбюратора.

Для четырехтактного мотора применяется исключительно раздельная подача бензина и масла. Топливо не перемешивается со смазкой, независимо выполняя предписанные функции. Поэтому конструкция двигателя несколько усложняется за счет необходимости существования отдельной системы, снабжающей силовой агрегат требуемым количеством масла. Дополнительным оборудованием для смазки является масляный бачок, фильтр, помпа, клапаны и трубопроводная магистраль.

Требования к маслу, применяющемуся для двухтактных двигателей, ужесточаются из-за его полного сгорания. Необходимым условием является минимальное количество продуктов горения в виде нагара и сажи.

Смазка четырехтактного двигателя обязана обеспечивать стабильные характеристики на протяжении долгого периода времени эксплуатации.

Сфера применения

Отдельно следует отметить, что с точки зрения экономичности четырехтактный двигатель несколько выгоднее двухтактного мотора. Это объясняется пониженным расходом топлива, что немаловажно при нынешней стоимости горючего. Несмотря на это, значительные габариты позволяют использовать такое оборудование только для крупной техники, наподобие грузовых и легковых автомобилей, автобусов и пр.

Небольшие размеры, дополненные пониженной массой агрегата, допускают применения двухтактных двигателей для мопедов, скутеров, мотоциклов и прочих мелкогабаритных устройств. Используется такая модель мотора и в газонокосилках, моторных лодках и т.д.

Заключение

Проведенное исследование позволило определить достоинства и недостатки двух типов двигателей. Невзирая на неоспоримые преимущества двухтактных моторов, они все же несколько проигрывают четырехтактным из-за токсичности выхлопа и чрезвычайно шумной работы.

Однако, предприимчивые производители нашли способ нивелировать эти досадные недочеты. Несколько усложнив конструкцию дополнительным оборудованием, они предлагают использовать для продувки мотора чистый воздух. Такое нововведение позволит значительно повысить экономичность двухтактного силового агрегата наряду с экологичностью.

Однотактный двигатель внутреннего сгорания

Владельцы патента RU 2665766:

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано в качестве силовых установок в транспортных средствах, в мобильных и стационарных устройствах, вырабатывающих энергию. Двигатель внутреннего сгорания имеет, по меньшей мере, один рабочий цилиндр с движущимся внутри него поршнем, имеющим два противоположно расположенных днища, устройство для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение вала, которое производит данное преобразование через технологические прорези в цилиндре при помощи нескольких шатунов, две прикрепленные к противоположным торцам рабочего цилиндра камеры сгорания, устройство нагнетания, обеспечивающее сжатие атмосферного воздуха для последующего приготовления горючей смеси и заполнения ей камер сгорания с заданными параметрами температуры и давления, газораспределительный механизм, обеспечивающий прохождение за время одного такта процессов выпуска отработанных газов и впуска сжатого заряда горючей смеси с одной стороны рабочего цилиндра и процессов сгорания и перепуска расширяющихся газов из внутреннего объема камеры сгорания во внутренний объем рабочего цилиндра с противоположной стороны этого рабочего цилиндра. Техническим результатом является повышение КПД двигателя. 4 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано в качестве силовых установок, как в транспортных средствах (катерах и кораблях, легковых и грузовых автомобилях, автобусах самолетах и пр.) так и в мобильных и стационарных устройствах, вырабатывающих энергию и (или) совершающих работу (бензогенераторы, компрессоры, насосы и пр.).

Известен классический четырехтактный поршневой двигатель внутреннего сгорания (ДВС), состоящий из кривошипно-шатунного механизма, поршневой пары (поршень в цилиндре), устройства смесеобразования и механизма газораспределения (Политехнический словарь. Гл. ред. акад. И.И. Артоболевский. М.: Советская энциклопедия, 1976, с. 132). В цилиндре, во время вращения коленвала, по очереди протекают 4 такта: впуск, сжатие, сгорание смеси с выполнением полезной механической работы (т.н. рабочий ход) и выпуск.

Недостатками устройства являются: недостаточная эффективность процесса использования энергии сгорающих газов (низкая степень расширения), обусловленная одинаковым числом степени сжатия и степени расширения, низкая литровая мощность, обусловленная только одним рабочим ходом из четырех ходов поршня (тактов), необходимость использования топлива с высокой детонационной стойкостью из за увеличения температуры рабочей смеси при увеличении степени сжатия.

Известен также классический двухтактный двигатель внутреннего сгорания (Политехнический словарь. Гл. ред. акад. И.И. Артоболевский. М.: Советская энциклопедия, 1976, с. 132) содержащий цилиндр с возвратно-поступательно движущимся поршнем, совмещающий в половине одного такта поршня впуск — сжатие, в половине другого рабочий ход, в следующей половине второго и первой половине следующего (т.е. первого) такта выпуск и перепуск с продувкой объема цилиндра и создание разряжения для обеспечения впуска.

Достоинствами данного двигателя являются простота и относительно высокая литровая мощность. Недостатками: очень низкий КПД, необходимость введения смазки в топливо и, соответственно, низкая экономичность, экологичность и долговечность.

Из указанных типов двигателей, более близким предлагаемому, является четырехтактный ДВС.

Цель изобретения: повысить коэффициент полезного действия поршневого двигателя внутреннего сгорания, более чем двукратно повысить литровую мощность, обеспечить возможность работы двигателя на различных сортах топлива, а также упростить и удешевить его конструкцию.

Для достижения этой цели, предлагается конструкция двигателя внутреннего сгорания, работающего по циклу Карно и совершающего полный рабочий цикл за один последовательный ход поршня из одной мертвой точки (МТ) в другую МТ соответственно (один такт).

Основным отличием предлагаемого двигателя от традиционных, является конструкционная изоляция (отделение) внутреннего объема рабочего цилиндра от внутренних объемов двух расположенных с противоположных сторон (торцов) рабочего цилиндра камер сгорания, при том, что внутренний объем каждой из камер сгорания имеет сообщение с внутренним объемом рабочего цилиндра через перепускное устройство (например, клапан). Дополнительно, каждая камера сгорания имеет впускное устройство (например, клапан), через который производится ее заполнение зарядом сжатой горючей смеси под необходимым для данного топлива и режима работы двигателя давлением и температурой (в последующем данный процесс будет называться нагнетанием), а рабочий цилиндр имеет два расположенных с разных сторон выпускных устройства (клапана), предназначенных для осуществления процессов выпуска выхлопных газов при поступательном движении поршня от одной из мертвых точек (МТ) к другой.

Для выполнения функции нагнетания, предлагается использовать специальное устройство, которым может быть, как отдельное (внешнее) устройство (например: каскад турбин, компрессор …), так и дополнительная цилиндропоршневая группа, выполненная в одном блоке с рабочим цилиндром рассматриваемого двигателя.

Приготовление горючей смеси, для последующего ее нагнетания в камеру сгорания и воспламенение этой горючей смеси, предлагается производить различными известными из современного уровня техники устройствами (механический или электронный впрыск, карбюратор, батарейная, электронная или любая другая система зажигания и т.д.).

Для смазки трущихся деталей и охлаждения двигателя, а также для выпуска отработанных газов, так же могут использоваться любые из известных систем смазки, охлаждения и выпуска традиционных ДВС.

Так как в конструкции предлагаемого двигателя степень расширения газов определяется геометрическими размерами цилиндропоршневой группы, камер сгорания и величиной хода поршня, а степень сжатия рабочей смеси определяется параметрами нагнетательного устройства и не зависит от геометрических параметров двигателя, то при работе такого ДВС степень расширения может существенно отличаться от степени сжатия.

В конечном итоге, реализация в двигателе различия степеней сжатия и расширения (за счет передачи функции сжатия (нагнетания) отдельному устройству), совместно с выводом процесса впуска уже сжатой горючей смеси в отделенную от объема рабочего цилиндра камеру сгорания, позволили выполнить за один проход поршня (такт) все процессы цикла работы традиционного ДВС, а именно:

— процесс заполнения при закрытом перепускном устройстве объема камеры сгорания сжатой топливовоздушной смесью (аналогично процессам впуска и сжатия в классическом, 4-тактном ДВС);

— процесс выпуска (выхлоп), происходящего в этот момент в смежном с объемом заполняемой камеры сгорания объеме рабочего цилиндра (при закрытом перепускном устройстве);

— процесс сгорания и расширения (рабочего хода), происходящего в этот момент в противоположных объемах камеры сгорания и рабочего цилиндра (при открытом перепускном устройстве).

Все это, в совокупности, предназначено обеспечить достижение следующих результатов:

1. Повышение КПД за счет более полного использования тепловой энергии сгорания топлива в рабочем цикле (совершение большей полезной работы расширяющимися газами за счет высокой степени расширения).

2. Повышение литровой мощности более чем в два раза (относительно традиционного четырехтактного ДВС) — происходящее за счет совершения полезной работы в каждом такте, что в четыре раза чаще, чем в традиционном четырехтактном ДВС, а также за счет более полного использования теплоты сгорания топлива при высокой степени расширения.

3. Возможность использования дешевого топлива с низким октановым числом, без ухудшения экономических и экологических характеристик двигателя, обеспечиваемое возможностью уменьшения температуры нагнетаемого в камеру сгорания воздуха, за счет выполнения процесса сжатия отдельным устройством.

4. Удешевление конструкции двигателя, осуществляемое за счет уменьшения массы, габаритов и количества деталей, при одинаковой с традиционным двигателем мощности.

Для описания конструкции и принципа работы предлагаемого ДВС, из известных устройств и механизмов, обеспечивающих работу двигателя, будут взяты следующие:

— в качестве устройства нагнетания горючей смеси под давлением — воздушный компрессор с приводом от электродвигателя;

— в качестве устройства для приготовления горючей смеси — электронный впрыск бензина;

— в качестве устройства воспламенения рабочей смеси — запальная искровая свеча;

— в качестве устройства преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение вала — кривошипно-шатунный механизм (коленчатый вал) с системой шатунов;

— в качестве устройства, регулирующего газодинамические процессы двигателя -газораспределительный механизм, состоящий из распределительных валов и клапанов.

Устройство и порядок работы предлагаемого ДВС поясняют прилагаемые эскизы (см. фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4).

Для пояснения устройства двигателя на эскизах (фиг. 1, фиг. 4) изображены:

1. Камера сгорания

2. Форсунка топливная

3. Впускное устройство (впускной клапан)

4. Запальная свеча

5. Перепускное устройство (перепускной клапан)

6. Выпускное устройство (выпускной клапан)

7. Поршневой палец

8. Рабочий цилиндр

9. Выхлопной патрубок

10. Шатунная вилка

11. Шатун опорный

12. Шатун кривошипа

13. Кривошип (коленчатый вал)

14. Технологическая прорезь в цилиндре (в данном варианте рабочий цилиндр имеет две прорези с противоположных сторон, для обеспечения свободы движения поршня с поршневым пальцем и шатунной вилкой в цилиндре)

15. Внутренний объем рабочего цилиндра

16. Корпус камеры сгорания (головка цилиндра)

17. Поршень с противоположно расположенными днищами (далее — поршень)

Для пояснения принципа работы двигателя на эскизах (фиг. 2, фиг. 3) стрелками изображены направления движения деталей и газов.

Предлагаемый к рассмотрению двигатель работает следующим образом.

Так как при работе ДВС с разных сторон рабочего цилиндра происходят одинаковые, но сдвинутые по времени на один такт процессы, детальное рассмотрение происходящих процессов будет произведено только для одной, а именно для правой стороны рабочего цилиндра.

При подходе поршня 17 к мертвой точке МТ-1 (фиг. 1, часть цилиндра справа) на величину опережения зажигания, искрой запальной свечи 4 в камере сгорания 1 производится воспламенение предварительно поданной туда сжатой горючей смеси, образованной за счет смешивания подаваемых под давлением воздуха из нагнетателя и топлива из форсунки топливной 2. В этот момент, впускное устройство 3 газораспределительного механизма камеры сгорания 1 и выпускное устройство 6 закрываются, а перепускное устройство 5 продолжает находиться в закрытом положении.

При прохождении поршнем положения МТ-1, начинает открываться перепускное устройство 5, которое перепускает горящие, расширяющиеся газы во внутренний объем правой стороны рабочего цилиндра 15. Поступающие в этот внутренний объем рабочего цилиндра 15 продукты сгорания, начинают давить на поршень 17 и производят полезную работу цикла расширения при поступательном движении поршня к положению МТ-2 (фиг. 2, правая часть ДВС).

При подходе поршня 17 к МТ-2, на величину угла опережения открытия выпускного устройства 6 и впускного устройства 3, последние начинают открываться. При этом, закрытие перепускного устройства 5, происходит несколько позднее прохождения поршнем МТ-2. Так как процессы открытия впускного устройства 3 и выпускного устройства 6 начинаются немного ранее прохождения поршнем МТ-2, то в момент прохождения поршнем МТ-2 в двигателе начинает производиться продувка камеры сгорания 1 и выпуск отработавших газов из цилиндра (для правой стороны, как, см. фиг. 1 — положение устройств газораспределения (клапанов) слева).

После прохождения поршнем МТ-2, выпускное устройство 6 рабочего цилиндра 8 и впускное устройство 3 камеры сгорания 1 остаются открытыми, а перепускное устройство 5 закрывается. Этим обеспечивается выпуск отработанных газов из внутреннего объема рабочего цилиндра 15 и нагнетание горючей смеси в камеру сгорания 1 (фиг. 3, правая часть ДВС). В дальнейшем, при подходе поршня к МТ-1, происходит закрытие выпускного и впускного устройств и цикл повторяется. С противоположной стороны поршня, в это время, происходят точно такие же процессы, но со сдвигом фазы на 180° поворота кривошипа (один такт).

Таким образом, за каждые пол оборота коленчатого вала (такт), в предлагаемом ДВС будет производиться полный цикл работы.

Двигатель внутреннего сгорания, совершающий полный рабочий цикл за один последовательный ход поршня из одной мертвой точки в другую, имеющий, по меньшей мере, один рабочий цилиндр с движущимся внутри него и имеющим два противоположно расположенных днища поршнем,

имеющий устройство для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение вала, которое производит данное преобразование через технологические прорези в цилиндре при помощи нескольких шатунов,

имеющий две прикрепленные к противоположным торцам рабочего цилиндра камеры сгорания, внутренний объем каждой из которой сообщается со смежным внутренним объемом рабочего цилиндра через перепускное устройство,

имеющий устройство нагнетания, которое сообщается с внутренними объемами камер сгорания через впускные устройства, обеспечивающее сжатие атмосферного воздуха для последующего приготовления горючей смеси и заполнения ей камер сгорания с заданными параметрами температуры и давления,

имеющий газораспределительный механизм, который осуществляет управление перепускными, впускными и выпускными устройствами, обеспечивающими прохождение за время одного такта процессов выпуска отработанных газов и впуска сжатого заряда горючей смеси с одной стороны рабочего цилиндра и процессов сгорания и перепуска расширяющихся газов из внутреннего объема камеры сгорания во внутренний объем рабочего цилиндра с противоположной стороны этого рабочего цилиндра.

Двухтактный и четырехтактный двигатель – устройство, особенности

Товар по теме:

Присадка для двигателя мототехники. Супротек MOTOTEC 2

Присадка для обработки двухтактных двигателей снегоходов, снегоуборщиков, мотобуксировщиков, мотоциклов, мопедов, квадроциклов и другой мототехники, в том числе двигателей с раздельной системой смазки.

Стоит отметить, что такие важные составляющие как пуск и выпуск рабочей смеси как раз и объединены с обозначенными выше сжатием и расширением.

Если сравнивать двухтактный или четырёхтактный мотор, то в первом варианте всего 1 оборот коленчатого вала на 1 рабочий цикл. Это дает возможность увеличить мощность силовой установки в 2 раза, по сравнению с аналогом того же кубического объема. Но сразу же стоит отметить, что коэффициент полезного действия значительно снижается.

Как видно из формулы коэффициент тактности 1 или 2. А за счет снижения к.п.д. мощность увеличивается приблизительно в 1,5 раза.

Двухтактный двигатель нашел широкое применение в бензопилах, триммерах, моторных лодках, скутерах и мотоциклах.

Одной из отрицательных особенностей данного типа двигателя является склонность к перегреву. При работе агрегата выделяется большое количество тепла. Охлаждение происходит в принудительном порядке. Но стоит подчеркнуть преимущества, всего два такта – это меньший физический износ ключевых деталей силового агрегата.

Перегрев мотоцикла – причины

Если сравнивать двухтактные и четырёхтактный двигатели, то первые более подвержены перегреву чем вторые, из-за своих конструктивных особенностей. При этом, помимо функциональных недоработок могут быть и другие причины вызывающие повышение температуры. Перегрев мотоцикла – это дорогостоящий ремонт и длительный срок простоя. Подробно обсудим причины и постараемся впредь их избегать.

• Неоткалиброванная работа карбюратора.

В этом случае в камеру сгорания попадает обедненная смесь, то есть топлива по отношению к воздуху меньше, чем положено по норме. Вообще не рекомендуется поднимать или опускать иглу карбюратора в своем скутере или мотоцикле самостоятельно, желательно оставить все на базовых, заводских настройках. Карбюратор необходимо лишь периодически чистить и контролировать обороты на холостом ходу. Дальнейшие работы желательно выполнять, имея специальные технические знания.

• Вторая причина перегрева двухтактного мотора – грязь и пыль.

Она скапливается на ребрах охлаждения. Таким образом, цилиндр перегревается. Кроме этого, некоторые «Кулибины» намеренно изменяют форму и размер кожуха закрывающего двигатель. И внешнее охлаждение перестаёт быть эффективным.

• Третья возможная причина – это использование несоответствующий марки бензина.

Если по инструкции двухтактного двигателя положено заливать 92-й, то не нужно заправлять силовой агрегат 95-м. Бензин данной марки сгорает более медленно и часть газовоздушной смеси может догорать уже на выпуске мотора, тем самым перегревая силовой агрегат. Внимательно читайте инструкцию по эксплуатации вашего двухтактного или четырёхтактного мотора.

В данном аспекте четырёхтактные двигатели перегреваются значительно реже, так как имеет отдельную систему охлаждения. И повышенная температура может быть причиной утечки охлаждающей жидкости.

Присадка для двигателя мототехники. Супротек MOTOTEC 2

Присадка для обработки двухтактных двигателей снегоходов, снегоуборщиков, мотобуксировщиков, мотоциклов, мопедов, квадроциклов и другой мототехники, в том числе двигателей с раздельной системой смазки.

Четырех и двухтактные двигатели – самостоятельное устранение перегрева

Чтобы ваш двухтактный или четырёхтактный двигатель эффективно и безаварийно служил вам десятки лет используйте простые правила, устраняющие основные причины перегрева силовой установки:

• следите за тем, чтобы системы принудительного охлаждения, ребра цилиндра были в чистом виде. Отсутствовала грязь и остатки травы, если дело касается бензотриммера или косы;
• в процессе работы делайте паузы и давайте двигателю остыть;
• соблюдайте точные пропорции при заливе бензино-масляной смеси в двухтактный двигатель;
• не превышайте обороты силовой установки, предусмотренные заводом изготовителем;
• следите за состоянием воздушного фильтра, периодически производите его прочистку;
• соблюдайте инструкцию по эксплуатации.

Перегрев двигателя мотоцикла – помогут ли триботехнические составы?

Продлить эксплуатационный срок двухтактного и четырёхтактного мотора смогут триботехнические составы. Они добавляются в масло, но по своей сути не являются присадками в масло, так как не влияют на физические и химические свойства последнего. «MOTOTEC-2» и «MOTOTEC-4» специально созданы как для восстановления и протекции давно эксплуатируемых, так и защиты новых двухтактных силовых установок авто и мото средств и специальной техники: триммеров, бензиновых кос и т.д..

Присадка для двигателя мотоциклов. Супротек MOTOTEC 4

Присадка «MOTOTEC 4» от компании «СУПРОТЕК» предназначена для восстановления и защиты от износа четырехтактных двигателей снегоходов, снегоуборщиков, мотобуксировщиков, мотоциклов, мопедов, квадроциклов и другой мототехники.

Триботехнический состав СУПРОТЕК частично восстанавливает геометрию и размеры изношенных деталей, оптимизирует зазоры и сохраняет на поверхностях трения плотный масляный слой.

Таким образом, достигаются:

повышение мощности, из-за улучшенной компрессии и полного сгорания бензина;

экономия – на 5-6 % по бензину и на 8-9% по маслу;

снижение вибрации и уровня шума, из-за плавного и мягкого хода трущихся элементов;

уменьшение гула в кпп, из-за восстановления геометрии подшипников и прочих движущихся элементов.

По стоимости триботехнические составы СУПРОТЕК находятся в бюджетном диапазоне, однако его покупка поможет сэкономить значительные суммы на ремонте двухтактного или четырёхтактного двигателя в будущем. Что будет если перегреть мотоцикл – дорогой и продолжительный ремонт!

Все показатели были получены в результате независимых исследований в промышленности и автоиндустрии. Соответствующий акт испытаний можно посмотреть на официальном сайте производителя.

Забота о вашем двухтактном или четырёхтактном двигателе начинается с малого – с соблюдения правил эксплуатации и применения ресурсосберегающей технологии СУПРОТЕК.