Двутактов двигател

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към: навигация, търсене

Двутактовият двигател е бутален двигател с вътрешно горене. Наименованието двутактов (на немски Zweitaktmotor) е дадено на основание на работния цикъл на двигателя. За два хода на буталото, т.е. за един оборот на коляновия вал, се извършват отделните работни фази-запълване с въздух или горивна смес, компресиране, възпламеняване и работен ход на буталото, и изхвърляне на отработените газове. Този двигател е построен на принципа с използване на четирите такта на двигателя с вътрешно горене наричан цикъла на Ото на името на създателя си Николаус Ото (Nikolaus August Otto) .

Конструкция[редактиране | edit source]

Двутактовият двигател е със значително по-опростена конструкция от четиритактовия, което го прави по-евтин за производство, по-лек, с по-малки габарити и по-малко движещи се части и с по-ниски експлоатационни разходи. Разликата в конструкцията между четиритактовия и двутактовия е, че вторият няма газоразпределителен механизъм и мазителна система.

  • Функциите на газоразпределителен механизъм се изпълнява от буталото и подходящо направени всмукателен и изпускателен отвор в двигателния цилиндър. Има и тръба (наричана още преливен канал), осъществяваща връзка между картера на двигателя и надбуталното пространство. За по-добро газоразпределение в буталата на автомобилния двигател Вартбург има отвори под гнездото на буталния болт, с които конструктивно се подобрява пълненето на картерното пространство и продухването на изгорелите газове с прясна горивна смес. Този начин за пълнене на двигателя с прясна горивна смес чрез преливни канали се нарича още реверсивно продухване. Използва се и конструкция с т. нар. въртящ се шибър, при който пластина (шибър), монтиран на коляновия вал отвара достъпа до картерното пространство за пълнене на картера с горивна смес.
Цикъл на работа на двутактов двигател с резонансен ауспух

При бензиновите двигатели се използва конструктивна схема, където горивната смес постъпва в картера и при движението на буталото преминава над него по направлението на цилиндъра, т.е. по контура на цилиндъра. Това решение е просто и движението на газовата смес - засмукване и изпомпване от картера посредством коляно-мотовилковия механизъм се осъществява при не особено висока степен на сгъстяване. При двутактовите дизелови двигатели има конструкции решени по този начин, като се засмуква и компресира въздух. Възпламеняването при тях става, когато буталото е близо до горна мъртва точка (ГМТ), въздухът е компресиран с високо налягане и температура и впръскването на дизеловото гориво води до експлозивно самозапалване.

Има разработена конструкция, по-сложна от горната, при която картерът и коляно-мотовилковия механизъм не се използват за "помпа" за нагнетяване на въздух. За целта двигателят има компресор и клапани за изпускане на изгорелите газове. Това е т. нар. клапанно-компресорна система на двутактов двигател. В двигателната глава са поставени клапани, които се отварят за излизане на изгорелите газове, а продухването им се осъществява през отвори, намиращи се в цилиндъра над челото на буталото, когато е в долно положение. Компресираният въздух издухва през отворите на клапаните изгорелите газове и запълва обема на цилиндъра с атмосферен въздух, който да се компресира от движението на буталото, като се затварят компресорните отвори.

Двубутален двутактов двигател (Opposite piston engine)

Тази схема за конструиране на двутактови двигатели се използва предимно в дизеловите двутактови двигатели. Принудителното нагнетяване на повече въздух в цилиндрите на дизеловия двигател ускорява продухването на отработената смес, а така също и увеличава мощността на двигателя по отношение на неговия работен обем, при това с намален разход на гориво. Това се осъществява от помпа, наричана нагнетател на Рут, или с центробежен нагнетател. Последният се задвижва от турбина, която използва кинетичната енергия на изгорелите газове и с това не се отнема от създаваната от двигателя мощност. За тежки камиони, кораби, самолети, танкове и други, са конструирани двутактови двигатели, при които две бутала, поставени насрещно едно срещу друго в общ цилиндър (т.нар. опозитни двигатели), движейки се управляват съответно по една група всмукателни или изпускателни отвори. Продухването на изгорелите газове се осъществява с нагнетатели или турбокомпресор. Това позволява в картерното пространство да има масло, а коляновият вал да е цяла конструкция, значително по-здрава от разглобяемите колянови валове използвани в двигателите с продухване на цилиндъра от картерното пространство.

Двигател Napier deltic
  • Мазителната система е заменена със специален дозатор, впръскващ масло в двигателя или с поставяне на масло в горивото. Липсата на масло в картера налага лагеруването на коляновия вал и на биелите да е от сачмени лагери и мазането се осъществява от маслото в горивната смес, което обикновено е в съотношение от 1:16 до 1:50. При опозитните дизелови двигатели с принудително продухване на цилиндрите, се използва стандартно мазане с масло в картерното пространство.
  • Принципът на работа на двутактовия двигател позволява да се разработят екзотични конструкции, като дизеловия двигател Napier deltic. Цилиндрите разположени под формата на гръцката буква делта са вариант на редови опозитен двигател.

Работен цикъл на двутактови бензинови двигатели[редактиране | edit source]

Първи такт[редактиране | edit source]

Ходът на буталото между долна мъртва точка (ДМТ) и горна мъртва точка (ГМТ) се нарича такт. Ако буталото е в ГМТ, то картерното пространство се запълва с прясна горивна смес, поради отвореният всмукателен отвор. Сместа се образува в карбуратора и се всмуква благодарение на полученият вакуум при движението на буталото от ДМТ към ГМТ.При това състояние на буталото, изпускателния и преливния отвор за продухване на цилиндъра са затворени от буталото, горивната смес е компресирана и на свещта се подава високо напрежение за възпламеняване на сместа. В резултат на изгарянето на газовата смес, температурата рязко се увеличава, газовете се разширяват и тласкат буталото към ДМТ като резултат от създаденото от тях налягане. Движейки се надолу, буталото отваря изпускателния отвор, закрива всмукателния отвор и компресира газовата смес в картера (налягането там достига стойност от 10 до 25% по-висока от атмосферното). През отворения преливен канал до достигане на ДМТ компресираната смес запълва надбуталното пространство и продухва изгорелите газове. Последното е недостатък на този вид двигатели, защото прясна горивна смес излиза през изпускателния отвор без да бъде използвана.

Процесите протекли през първия такт при движение на буталото надолу обобщено са: изгаряне и разширение, изпускане на изгорелите газове и запълване на двигателния цилиндър с прясна горивна смес. Под буталото се завършва пълненето с нова горивна смес.

Втори такт[редактиране | edit source]

Може да се приеме, че вторият такт започва след преминаването на буталото през ДМТ. В тази позиция всмукателния отвор е затворен, надбуталното пространство вече е с прясна горивна смес. Ходът на буталото към ГМТ затваря отвора на тръбата, която е връзка между картера и надбуталното пространство. Буталото затваря изпускателния отвор, отваря всмукателния отвор и по-ниското налягане на газовете в картера са предпоставка въздуха да премине с висока скорост през дифузьора на карбуратора и от разпръсквача под формата на мъгла бензин да се смеси с въздуха. Движението на буталото компресира горивната смес между челото на буталото и главата. Няколко градуса преди достигане ГМТ се подава запалителна искра. Този параметър, наричан изпреварване (аванс) на запалването, ъгъл на изпреварване или още предверение на запалването е различен за различните двигатели и е пряко свързан с качеството на използвания бензин. Обикновено линейно измерено в цилиндъра, предверението е от 2,5 до 4,5 mm от челото на буталото до ГМТ. Това изпреварване е необходимо, поради това, че процеса на избухване на горивото не е моментален. Процеса на горене се развива лавинообразно с продължителност от 0,002 до 0,003 s и с предварителното запалване се постига по-пълно изгаряне и по ефективно използване на горивото.

Особености и предимства на двутактния двигател[редактиране | edit source]

Автомобил Титан на фирмата Круп
  • За единица време при еднакъв обем на цилиндрите и честота на въртене на коляновия вал, двутактовия двигател има два пъти повече работни цикли от четиритактовия двигател, поради което е и по-високата литрова мощност на двигателя. Реално мощността обаче не е два пъти по-голяма, а достига увеличение до 60-75% от тази на четиритактовия двигател. Причината за това е, че част от хода на буталото и цилиндровия обем се използва за процесите на изпускане и продухване на газовите смеси.
  • Бързо се форсира до достигане на необходимата мощност за сметка на повишаване на оборотите.
  • Опростена конструкция, което определя ниска производствена цена, лесно техническо обслужване и ремонт.
  • Равномерна работа на двигателя, поради двойно повече работни ходове за единица време.
  • По-благоприятна работа на коляно-мотовилковия механизъм, поради еднопосочност на натоварването му.

Недостатъци на двутактовия двигател[редактиране | edit source]

  • Има по-висок разход на гориво и двутактово масло за еднаква мощност сравнен с четиритактовия двигател, поради особеностите при цилиндровото продухване и пълнене с прясна горивна смес. При едноцилиндровите мотоциклетни двигатели се поставя резонансен ауспух с обем подобряващ работата на двигателя при определени обороти. Посредством подбраните си размери и форма в определена степен се дроселира потока от изгорелите газове.
  • Необходимо е добро херметизиране на картера, в противен случай двигателят работи с обеднена горивна смес.
  • Когато коляно-мотовилковия механизъм работи като сгъстителна помпа, в картера не се налива масло. Мазането се осъществява от наличното в горивото масло и затова за лагеруването на коляновия вал и биелите се използват сачмени лагери. Недоброто мазане и прегряването намаляват срока на експлоатация на двигателя.
  • Поради изгарянето на двутактовото масло при работния такт, в атмосферата се изхвърлят отработени газове с по-високо съдържание на отровни вещества.
  • Поради два пъти повече работни ходове, отделянето на топлина е значително, поради което цилиндърът, буталото и целият двигателен механизъм трябва да издържи значителни температурни натоварвания. Това намалява работния ресурс на двигателя до основен ремонт.
  • Поради необходимостта от добавяне на смазочно масло в горивото при използването на АГУ на автомобили с двутактови двигатели е необходимо да се добави механизъм за впръскване на масло разделно от горивото.

Приложение[редактиране | edit source]

Двутактов двигател S15-150 монтиран на автомобил Сирена, полско производство
Трицилиндров двутактов двигател на автомобил Вартбург

По-високия специфичен разход на гориво е наложил тези двигатели да намерят приложение в превозни средства с относително нисък общ разход на гориво - мотопеди, мотоциклети, а от 1928 година и в малолитражни автомобили. Леките и лесно обслужвани двутактови двигатели се използват за вграждане в преносими уреди и машини като верижни триони, ръчни и колесни косачки, къртачи, електрогенератори за малки мощности, двигатели за лодки и др.

Като пример могат да се посочат известните мотоциклети DKW произвеждан в Германия, JAWA, произвеждана в Чехословакия, MZ произвеждан в ГДР, Husqvarna произвеждан в Швеция, Suzuki, Yamaguchi и Yamaha произвеждани в Япония и Иж произвеждан в Русия. В завод Балкан- Ловеч са произвеждани мотопеди Балкан 50 и мотоциклети Балкан 250 с двутактови двигатели. В България са популярни малолитражните автомобили с двутактови двигатели Вартбург и Трабант , произвеждани в ГДР. В Полша е популярен произвеждания там автомобил Сирена с трицилиндров двутактов двигател.

Самолетен двутактов двубутален двигател Junkers Jumo 205

Двутактови дизелови двигатели се използват в тежкотоварни камиони. Известни са камионите ЯАЗ, съветско производство и Титан на фирмата Круп-Германия. Намират приложение като бавноходни корабни двигатели (200-300 об/мин) без редуктор, поради възможността им при необходимост бързо да се форсират за преодоляване на голямо натоварване. Това качество на двигателите е наложило използването им като самолетни мотори (Юнкерс) и като двигатели за железопътни мотриси. Поради тяхната непретенциозност по отношение на използваното гориво са използвани като танкови двигатели. Двигателят 5ТДФ се влага в танк Т-64, а 6ТД с мощност 1 000 hp се монтира в Т-64, Т-80УД и Т-84.

Вижте също[редактиране | edit source]

Източници[редактиране | edit source]

  • Райхе, Вернер, Книга за автомобила, Държавно издателство "Техника", София, 1974
  • Хлебаров, инж Любомир Г. и др., Двигатели с вътрешно горене, Държавно издателство "Техника", София, 1987
  • Peter Henshaw, The Encyclopedia of the Motorcycle, Chartwell Booksq Inc., 2000, USA