Особливості двотактного циклу двигунів. Різновиди продувок двотактних двигунів,сфери їх використання та характеристика.

Тема:Особливості двотактного циклу двигунів. Різновиди продувок двотактних двигунів,сфери їх використання та характеристика.

Улаштування та принцип дії двотактного двигуна внутрішнього згоряння

В даний час активно використовуються два основних типи двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ): двотактні та чотиритактні. У двотактних двигунах всі робочі цикли: впуск готової паливної суміші, випуск відпрацьованих газів і продування, відбуваються протягом одного обороту колінчастого валу за два основні такти. У двигунів такого типу відсутні клапани газорозподільного механізму, їх роль виконує пара поршень та гільза. Поршень при своєму переміщенні закриває собою впускні, випускні та продувні вікна. Тому такі двигуни простіші в конструкції і надійніші, а за певних умов і потужніші, раніше існували і вантажні автомобілі на двотактній тязі, але їх задавили екологічними вимогами.

Потужність двотактного двигуна при однакових розмірах літрової ємності та обертання валу приблизно на 50-70% більше чотиритактного за рахунок більшої кількості робочих циклів в одиницю часу. Однак неповне використання ходу поршня для розширення, гірше звільнення циліндра від залишкових газів і витрати частини потужності, що виробляється на продування приводять практично до збільшення потужності тільки на 60 ... 70% в порівнянні з чотиритактним ДВС.

Двигун двотактного робочого циклу складається з картера (основної його частини - бази), який на кулькових підшипниках встановлений колінчастий вал. Циліндр кріпиться до блоку через гвинти або шпильки, які проходять через тіло гільзи. Усередині циліндра рухається поршень - металевий стакан (частіше з алюмінієвого сплаву), підперезаний пружними кільцями (поршневі кільця), вкладеними в канавки на поршні нижче жарового пояса. Під час стиснення або робочого ходу поршневі кільця не пропускають гази і замикають у проміжку між днищем поршня та стінками циліндра. Поршень забезпечений металевим стрижнем - пальцем, він з'єднує поршень із шатуном. Шатун передає прямолінійний зворотно-поступальний рух поршня у обертальний рух колінчастого валу. Змащування всіх поверхонь, що труться, і підшипників усередині двотактних двигунів відбувається за допомогою паливної суміші, в яке підмішано необхідну кількість масла. З анімації видно, що паливна суміш (блакитний колір) потрапляє і в кривошипну камеру двигуна (це порожнина, де закріплений і обертається колінчастий вал), і в циліндр. Мастила там ніде немає, а якби й була, то змилася паливною сумішшю. Ось тому масло і додають у певній пропорції до бензину. Тип олії використовується спеціальний, саме для двотактних двигунів. Воно має витримувати високі температури та згоряючи разом із паливом залишати мінімум зольних відкладень.

1. Такт стискування.

Поршень переміщається від нижньої мертвої точки (НМТ) до верхньої мертвої точки (ВМТ), перекриваючи спочатку продувне, а потім випускне вікно. Після закриття поршнем випускного вікна в циліндрі починається стиск раніше горілої суміші, що надійшла в нього. Одночасно в кривошипній камері внаслідок її герметичності, і після того як поршень перекриває продувні вікна, під поршнем створюється розрядження, під дією якого з впускного колектора через впускне вікно і відкритий клапан надходить готова горюча суміш в кривошипну камеру.

2. Такт робочого ходу.

При положенні поршня біля ВМТ стиснена робоча суміш займається електричною іскрою від свічки, внаслідок чого температура та тиск газів різко зростають. Під дією теплового розширення газів поршень переміщається до НМТ (при цьому гази, що розширюються, здійснюють корисну роботу). Одночасно, опускаючись донизу, поршень створює надлишковий тиск у кривошипній камері. Під дією цього тиску клапан закривається, не даючи таким чином горючій суміші повернутися у впускний колектор та карбюратор. Коли поршень дійде до випускного вікна, воно відкривається і почнеться випуск газів, що відпрацювали, в атмосферу - тиск в циліндрі знижується. При подальшому переміщенні поршень відкриває продувне вікно і стиснута в кривошипній камері горюча суміш надходить каналом, заповнюючи циліндр і здійснюючи продування його від залишків відпрацьованих газів.

Недоліки двотактних двигунів:

1. Більша витрата палива. Нагадаємо, приблизну витрату можна вирахувати за формулою: для двотактного 300 грамів на одну кінську силу, для чотиритактного 200 грамів.

2. Гучність. На максимальних оборотах двотактні двигуни як правило працюють трохи голосніше за чотиритактні.

3. Комфорт. Чотирьохтактні двигуни внутрішнього згоряння не так вібрують на малих оборотах (стосується тільки двоциліндрових двигунів - одноциліндрові двох і чотиритактні вібрують приблизно однаково) і не так димлять як двотактні.

4. Довговічність. Досить спірний пункт. Існує думка, що двотактні двигуни менш довговічні. З одного боку це зрозуміло, тому як масло для змащення елементів двигуна, що труться, подається разом з бензином, а значить працює не так ефективно на відміну від чотиритактних двигунів де тертьові елементи буквально плавають в маслі. Але з іншого боку чотиритактний двигун по конструкції набагато складніший за конкурента, складається значно більшої кількості деталей, а золотий принцип механіки “Чим простіше тим надійніше” ще ніхто не скасовував.

5. Висока температура та перегрів окремих деталей, за рахунок частішого спалаху робочої суміші в циліндрах. Потрібно більш інтенсивне охолодження.

6. Підвищена витрата повітря (дворазова), що призводить до швидкого виходу з ладу фільтрів системи очищення повітря. Така проблема була у танків Т-64 та Т-80УД (Т-84).

Переваги 2-х тактних ДВС:

1. Вища потужність на одиницю робочого обсягу, приблизно 50-70%.

2. Простіша конструкція з відсутністю (у дизеля частково) газорозподільного механізму.

3. Більш плавна робота з мінімум вібрацій у порівнянні з 4-х тактами.

4. Велика рівномірність ходу, за рахунок моменту, що крутить, по куту повороту колінчастого валу, який змінюється більш плавно.

Різновиди продувок 

Клапанно-щілинне продування

Клапанно-щілинна продування: внизу — вікна продувки, випускний клапан вгорі відкритий

Найбільш якісне наповнення циліндрів можливе при прямоточному продуванні, коли потік повітря (суміші) рухається вздовж осі циліндра. У цьому можливе досягнення ККД 50% і від.

Клапанно-щілинна продування - один з видів прямоточної продування, при якій впуск здійснюється через продувні вікна, розташовані по колу в нижній частині циліндра, а випуск - через вихлопний клапан в головці. Крім оптимальної траєкторії руху газів, завдяки якій обсяг непродувних областей циліндра зводиться до мінімуму, порівняно з контурним продуванням, така схема дозволяє закривати випускний клапан раніше, ніж впускні вікна перекриваються поршнем, що дозволяє знизити втрати свіжого заряду і здійснювати наддув.

Поперечна щілинна продування (фіг. 74 а). Тут випускні вікна розташовані проти продувних, причому по висоті (в напрямку ходу поршня) випускні вікна перевищують продувні. Це зроблено для кращого очищення циліндра від газів, що відпрацювали. Часткове витіснення поршнем через випускні вікна повітря після закриття вікон продувки служить, однак, причиною витоку свіжого заряду, що веде до зменшення потужності двигуна. Перевагою цього типу продування є простота конструкції, експлуатації (немає клапанів) та надійність роботи. Тому розглянутий тип продування широко застосовується у сучасних двигунах.

Петлева продування (фіг. 74, б). Випускні - верхні та продувні - нижні вікна розташовані в два ряди один над одним. Наприкінці робочого ходу кромкою днища поршня спочатку відкриваються випускні вікна, а при подальшому ході продувні. Продувні вікна нахилені вниз, чому повітря, що надходить в циліндр, прямує вниз, обтікає увігнуту поверхню поршня і далі, рухаючись у верхню частину циліндра і описуючи петлю, витісняє продукти згоряння через випускні вікна. При русі поршня вгору спочатку закриваються продувні вікна, а потім випускні, тобто так само як і при поперечному щілинному продуванні. Переваги та недоліки цих двох типів продувок однакові. Розглянутий тип продування поширений у двигунах великої потужності.

Клапанна поперечна продування (фіг. 74, в). Тут продувні та випускні вікна розташовуються один проти одного, а висота цих вікон однакова.

Вікна для продування нахилені вгору і з'єднані з автоматичним клапаном 4, що регулює впуск повітря в циліндр. Кромкою днища поршня відкриваються одночасно випускні 2 і продувні 3 вікна, починається випуск газів, що відпрацювали; повітря піде лише тоді, коли тиск в циліндрі зробиться дещо нижче тиску в ресивері 5 і коли клапан відкриє вікна 3 внаслідок різниці тисків. При русі поршня вгору продування припиниться одночасно з припиненням випуску, тобто з моменту, коли поршень перекриє ці вікна; після цього починається стиск.

У зв'язку з пізнішим закриттям продувних вікон порівняно з вищеописаними продувками, витрата повітря при даній продувці менше, а кількість свіжого заряду, що надходить за цикл, а отже, і потужність, будуть більшими.

Клапанна поперечна продування з висотою продувних вікон більшою, ніж випускних (фіг. 74, г). Тут випускні та продувальні вікна розташовані проти один одного, причому продувне повітря надходить через подвійний ряд вікон, нахилених догори. Верхній ряд продувних окоп 3 закривається автоматичним клапаном 4. Коли при русі поршня вниз відкриється верхній ряд вікон продувних, а потім випускні вікна 2, то відпрацьовані гази почнуть витікати в атмосферу, а повітря подаватися не буде, так як клапан при цьому буде закритий.При подальшому русі поршень відкриває нижні продувні вікна 3 і одночасно відкривається автоматичний клапан 4, так як до цього часу тиск в ресивері 5 виявиться більше тиску, що знизився в циліндрі. Тому повітря почне надходити в циліндр одночасно через обидва ряди продувних оком, витісняючи гази, що відпрацювали. При русі поршня вгору спочатку закриються нижні продувні вікна, а потім випускні. Верхні ж продувні вікна залишаться відкритими, і через них повітря продовжує надходити доти, доки поршень їх не закриє; потім починається процес стискування.

При цьому способі продування в циліндр надходить додаткова порція свіжого заряду повітря при тиску, що відповідає тиску в ресивері, що за інших рівних умов підвищує потужність двигуна в порівнянні з розглянутими вище типами продувки.

'Двотактні бензинові двигуни кращі, коли при проектуванні пріоритетами є простота механіки, мала вага та високе відношення потужності до маси. Завдяки традиційній технології мастила, що полягає у змішуванні олії з паливом, вони також мають перевагу роботи у будь-якій орієнтації, оскільки масляний резервуар не залежить від сили тяжіння; це важлива властивість для ручних електроінструментів, наприклад, бензопил.

Низку основних виробників автомобілів використовували в минулому двотактні двигуни, у тому числі шведські Saab та німецькі виробники DKW, Auto-Union, VEB Sachsenring Automobilwerke Zwickau, VEB Automobilwerk Eisenach та VEB Fahrzeug-und Jagdwaffenwerk „Ernst Th. Японські виробники Suzuki та Subaru зробили те саме в 1970-х роках. Виробництво двотактних автомобілів на Заході припинилося в 1980-х роках через все більш жорстке регулювання забруднення повітря. Країни Східного блоку тривали приблизно до 1991 року з Трабантом і Вартбургом у Східній Німеччині. Двотактні двигуни як і раніше використовуються в різних малих силових установках, таких як підвісні мотори, високопродуктивні мотоцикли малої потужності, мопеди, мотоцикли для бездоріжжя, скутери, самокати, тук-туки, снігоходи, карт, надлегкі літаки, а також моделі транспортних засобів. Вони також поширені в електроінструментах, що використовуються на відкритому повітрі, таких як газонокосарки, бензопили та лопатки.

з прямим упорскуванням палива та системою мастила на основі піддону. , Двотактний двигун виробляє забруднення повітря не гірше, ніж чотиритактний, і може досягти більш високої термодинамічної ефективності. Тому цикл історично також використовувався у великих дизельних двигунах, в основному у великих промислових та суднових двигунах, а також у деяких вантажних автомобілях та важкій техніці. Декілька експериментальних зразків призначені для використання в автомобілях.

Украинские двигатели на турецкую бронетехнику вместо немецких дизелей #Сухопутная техника Роман Барский 30 сентября 2021, 06:00 5467 1 Украина предлагает Турции устанавливать украинские двигатели на танк Altay и САУ Firtina. Изначально турецкий танк и САУ должны были быть оснащены немецкими двигателями от компании MTU.   Представители завода имени Малышева  ведут переговоры по оснащению турецкой бронетехники харьковскими двигателями 6ТД-2 и 6ТД-4, о котором упоминают крайне редко. Украинские двигатели 6ТД-2 и 6ТД-3 на виставке IDEF-2021 / Фото: ТСН В рамках международной выставки IDEF-2021, которая проходила с 17 по 20 августа 2021 года в Турции, на украинской экспозиции были выставлены двигатели семейства 6ТД, двумя версиями которых (6ТД-2 и 6ТД-4) предлагают оснастить турецкую САУ Fırtına Howitzer и танк Altay.   Эту информацию корреспонденту местного издания Turdef сообщил генеральный конструктор по направлению двигателестроения на ГП "Завод имени В. А. Малышева" Егор Овчаров.     По его словам, один из двигателей (6ТД-2 мощностью 1200 л. с.) может быть установлен на модернизированную версию САУ Fırtına Howitzer (или T-155 Fırtına II) от компании MKE.   Турецкая 155-мм САУ Firtina создана на основе корейской K9 Thunder "Этот двигатель, который мы привезли на выставку, предназначен для модернизации турецкой САУ Fırtına. При этом он уже применяется в пакистанском танка Al-Khalid, в Таиланде в танке "Оплот", а также в украинском Т-84. Поскольку он уже проверен, мы можем предложить его турецкой стороне", - рассказал Егор Овчаров.   Однако турецкого журналиста более заинтересовал двигатель для перспективного танка Altay-6ТД-4 (мощностью 1500 л. с.), презентацию которого на выставке IDEF-2021 в июле с. г. обещал гендиректор зим Василий Крылас. Однако на выставке этот двигатель представлен не был. ТТХ нового 6ТД-4 мощностью 1500 л. с. Как сообщил генеральный конструктор Егор Овчаров, сейчас турецкая сторона получила все технические характеристики этого украинского двигателя и решает, как развивать общий проект дальше. При этом он отметил, что особых технических проблем с установкой 6ТД-4 на Altay не видит. Перспективный турецкий танк Altay на выставке IDEF "Мы сейчас на стадии объединения проектов. Поскольку танк Altay уже существует и двигатель в металле тоже существует, мы должны совместить две эти вещи. Если понадобится, то мы с турецкими инженерами все это объединим. Это не сложно", - отметил Егор Овчаров.   Интересно, что о двигателе 6ТД-4 упоминается крайне не часто - несмотря на то, что его ТТХ представлены на сайте ГП СЗФ "Укроборонэкспорт". Можно предположить, что речь идет об экспериментальных образцах мощностью 1500 л. с., которые разработаны в Украине и имеют отношение к разработке танков нового поколения еще во времена СССР по направлению "Молот/Боксер/Нота", однако в них не применялись.     Главным визуальным отличием этого двигателя являются большие габариты, чем у двигателя 6ТД-3. Также этот двигатель имеет увеличенный диаметр цилиндров - до 140 мм по сравнению со 120 мм в двигателях 6ТД-1,2,3. Правда, на сайте ГП СЗФ "Укроборонэкспорт" о 6ТД-4 написано, что этот дизель "используется как силовая установка в моторно-трансмиссионных отделениях для модернизации локомотивов и морских судов". Вместе с тем, есть и другое толкование: 6ТД-4 - как усовершенствованная версия 6ТД-3. Так что интрига сохраняется... Изначально турецкий танк и САУ должны были быть оснащены немецкими двигателями от компании MTU Стоит добавить, что информация о возможности оснащения турецких САУ и танков украинскими двигателями распространяется уже не первый год. Основной причиной такого интереса с турецкой стороны является эмбарго на поставки немецких двигателей MTU Friedrichshafen GmbH мощностью 1500 л. с. (Для Altay) и STX-MTU MT881Ka-500 (для Fırtına), которыми должны были быть оснащены эти машины в первоначальном проекте. Турецкий ОБТ создан на базе Корейского танка K2 Black Panther, однако существенно тяжелее его-65 тонн против 55 Из-за этого турецкие производители бронетехники вынуждены искать замену немецким силовым установкам, что, однако не делает украинские предприятия единственным возможным из поставщиков. Рендер танкового двигателя Batu Так, в начале этого года появилась информация о завершении разработки собственного турецкого двигателя Batu для танка Altay. Кроме того, на поставку силовых установок для этой машины претендовала и Южная Корея с двигателем Doosan Infracore DV27K.     Похожая история и с САУ Fırtına. Даже на IDEF-2021 был представлен образец самоходной артиллерийской установки с инновационным гибридным двигателем мощностью 1300 л. с.

Представники заводу імені Малишева ведуть переговори щодо оснащення турецької бронетехніки харківськими двигунами 6ТД-2 та 6ТД-4, про яке згадують вкрай рідко.

У рамках міжнародної виставки IDEF-2021, яка проходила з 17 по 20 серпня 2021 року в Туреччині, на українській експозиції були виставлені двигуни сімейства 6ТД, двома версіями яких (6ТД-2 та 6ТД-4) пропонують оснастити турецьку САУ Fırtına Howitzer та танк . Цю інформацію кореспондентові місцевого видання Turdef повідомив генеральний конструктор у напрямку двигунобудування на ДП "Завод імені В. А. Малишева" Єгор Овчаров. За його словами, один із двигунів (6ТД-2 потужністю 1200 к.с.) може бути встановлений на модернізовану версію САУ Fırtına Howitzer (або T-155 Fırtına II) від компанії MKE.

Турецька 155-мм САУ Firtina створена на основі корейської K9 Thunder “Цей двигун, який ми привезли на виставку, призначений для модернізації турецької САУ Fırtına. також в українському Т-84. Оскільки його вже перевірено, ми можемо запропонувати його турецькій стороні", - розповів Єгор Овчаров. Проте турецького журналіста найбільше зацікавив двигун для перспективного танка Altay-6ТД-4 (потужністю 1500 к.с.), презентацію якого на виставці IDEF-2021 у липні ц.р. м. обіцяв гендиректор зим Василь Крилас. Однак на виставці цей двигун не представлений.

Як повідомив генеральний конструктор Єгор Овчаров, зараз турецька сторона отримала всі технічні характеристики цього українського двигуна та вирішує, як розвивати спільний проект далі. При цьому він зазначив, що особливих технічних проблем із встановленням 6ТД-4 на Altay не бачить.

Цікаво, що про двигун 6ТД-4 згадується вкрай не часто - незважаючи на те, що його ТТХ представлені на сайті ДП СЗФ "Укроборонекспорт". Можна припустити, що йдеться про експериментальні зразки потужністю 1500 л. с., які розроблені в Україні та мають відношення до розробки танків нового покоління ще за часів СРСР за напрямом "Молот/Боксер/Нота", однак у них не застосовувалися. Головною візуальною відмінністю цього двигуна є більші габарити, ніж у двигуна 6ТД-3. Також цей двигун має збільшений діаметр циліндрів – до 140 мм порівняно зі 120 мм у двигунах 6ТД-1,2,3. Щоправда, на сайті ДП СЗФ "Укроборонекспорт" про 6ТД-4 написано, що цей дизель "використовується як силова установка у моторно-трансмісійних відділеннях для модернізації локомотивів та морських суден".

Опрацюйте теорію та дайте відповіді на питання.

1.Чим відрізняється двотактний двигун від четерьох тактного ?

2.Які є типи продувки?

3.На ваш погляд яка продувка більш ефективна ?

4.Яка продувка використовується в скутерах?

5.Які двигуни ставлять на українські танки і чому?