Silnik dwusuwowy - Two-stroke engine

Animacja silnika dwusuwowego

Dwusuwowy (lub cykl dwusuwowy ) silnik jest typu wewnętrznego silnika spalinowego , który kończy cykl zasilania dwóch suwów (w górę i ruch w dół) z tłokiem w jednym cyklu zasilania, to cykl zasilania zostaje wykonany w jednym obrocie wał korbowy. Silnik czterosuwowy wymaga czterech suwów tłoka do ukończenia cyklu zasilania w ciągu dwóch obrotów wału korbowego. W silniku dwusuwowym koniec suwu spalania i początek suwu sprężania następują jednocześnie, przy czym funkcje wlotu i wydechu (lub przedmuchu ) występują jednocześnie.

Silniki dwusuwowe często mają wysoki stosunek mocy do masy , przy czym moc jest dostępna w wąskim zakresie prędkości obrotowych, zwanym pasmem mocy . Silniki dwusuwowe mają mniej ruchomych części niż silniki czterosuwowe.

Historia

Pierwszy komercyjny silnik dwusuwowy z kompresją cylindrów przypisuje się szkockiemu inżynierowi Dugaldowi Clerkowi , który opatentował jego konstrukcję w 1881 roku. Jednak w przeciwieństwie do większości późniejszych silników dwusuwowych, jego silnik miał oddzielny cylinder doładowania. Karteru -scavenged silnika, wykorzystując obszar poniżej tłoka pompy ładowania, jest ogólnie uznawany do Anglika Joseph dzień . 31 grudnia 1879 r. niemiecki wynalazca Karl Benz wyprodukował dwusuwowy silnik gazowy, na który uzyskał patent w 1880 r. w Niemczech. Pierwszy naprawdę praktyczny silnik dwusuwowy przypisywany jest człowiekowi z Yorkshire, Alfredowi Angasowi Scottowi , który w 1908 roku rozpoczął produkcję dwucylindrowych motocykli chłodzonych wodą .

Dwusuwowe silniki benzynowe z elektrycznym zapłonem iskrowym są szczególnie przydatne w lekkich lub przenośnych zastosowaniach, takich jak piły łańcuchowe i motocykle. Jednak gdy waga i rozmiar nie stanowią problemu, potencjał cyklu w zakresie wysokiej sprawności termodynamicznej sprawia, że ​​jest on idealny do silników wysokoprężnych o zapłonie samoczynnym pracujących w dużych, niewrażliwych na wagę zastosowaniach, takich jak napędy morskie , lokomotywy kolejowe i wytwarzanie energii elektrycznej . W silniku dwusuwowym spaliny przekazują mniej ciepła do układu chłodzenia niż silnik czterosuwowy, co oznacza więcej energii do napędzania tłoka i turbosprężarki, jeśli jest.

Emisje

Silniki dwusuwowe z kompresją w skrzyni korbowej, takie jak zwykłe małe silniki benzynowe, są smarowane mieszanką benzyny w układzie z całkowitą stratą . Olej jest wcześniej mieszany z paliwem benzynowym w stosunku paliwa do oleju wynoszącym około 32:1. Olej ten następnie tworzy emisje, albo spalając się w silniku, albo jako krople w spalinach, co historycznie skutkuje większą emisją spalin, zwłaszcza węglowodorów, niż silniki czterosuwowe o porównywalnej mocy. Łączny czas otwarcia otworów wlotowych i wylotowych w niektórych konstrukcjach dwusuwowych może również pozwolić na wyjście pewnej ilości niespalonych oparów paliwa w strumieniu spalin. Wysokie temperatury spalania małych silników chłodzonych powietrzem mogą również powodować emisje NO x .

Jednak dzięki bezpośredniemu wtryskowi paliwa i systemowi smarowania opartemu na misce olejowej nowoczesny silnik dwusuwowy może wytwarzać zanieczyszczenie powietrza nie gorsze niż czterosuwowy i może osiągnąć wyższą wydajność termodynamiczną .

Aplikacje

1966 Saab Sport
Minirower dwusuwowy
Widok z boku dwusuwowego silnika zaburtowego British Seagull z serii Forty , numer seryjny datuje go na lata 1954/1955

Dwusuwowe silniki benzynowe są preferowane, gdy priorytetem projektowym jest prostota mechaniczna, niewielka waga i wysoki stosunek mocy do masy . Mieszając olej z paliwem, mogą pracować w dowolnej orientacji, ponieważ zbiornik oleju nie zależy od grawitacji.

Wielu głównych producentów samochodów stosowało w przeszłości silniki dwusuwowe, w tym szwedzki Saab i niemieccy producenci DKW , Auto-Union , VEB Sachsenring Automobilwerke Zwickau , VEB Automobilwerk Eisenach oraz VEB Fahrzeug- und Jagdwaffenwerk „Ernst Thälmann . Japońscy producenci Suzuki i Subaru zrobili to samo w latach 70-tych. Produkcja samochodów dwusuwowych zakończyła się w latach 80. na Zachodzie, ze względu na coraz bardziej rygorystyczną regulację zanieczyszczenia powietrza . Kraje bloku wschodniego trwały do ​​około 1991 roku, z Trabantem i Wartburgiem w Niemczech Wschodnich. Silniki dwusuwowe wciąż znajdują zastosowanie w różnych małych zastosowaniach napędowych, takich jak silniki zaburtowe , małe motocykle drogowe i terenowe , motorowery , skutery , tuk-tuki , skutery śnieżne , gokarty , ultralekkie i modele samolotów.

Ze względu na wysoki stosunek mocy do masy i możliwość stosowania w dowolnej orientacji, silniki dwusuwowe są powszechne w ręcznych elektronarzędziach przeznaczonych do użytku na zewnątrz, takich jak dmuchawy do liści , piły łańcuchowe i przycinarki żyłkowe .

Dwusuwowe silniki wysokoprężne znajdują zastosowanie głównie w dużych zastosowaniach przemysłowych i morskich, a także w niektórych ciężarówkach i ciężkich maszynach.

Różne typy konstrukcji dwusuwowych

Motocykl dwusuwowy z układem wydechowym komory rozprężnej, który zwiększa naładowanie cylindra

Chociaż zasady pozostają takie same, szczegóły mechaniczne różnych silników dwusuwowych różnią się w zależności od typu. Rodzaje konstrukcji różnią się w zależności od sposobu wprowadzenia ładunku do cylindra, sposobu przedmuchu cylindra (wymiana spalonych spalin na świeżą mieszankę) oraz sposobu opróżniania cylindra.

Port wlotowy sterowany tłokiem

Port tłokowy jest najprostszą z konstrukcji i najczęściej spotykaną w małych silnikach dwusuwowych. Wszystkimi funkcjami steruje wyłącznie zakrywanie i odsłanianie tłoka podczas ruchu w górę iw dół cylindra. W latach 70. Yamaha opracowała kilka podstawowych zasad tego systemu. Odkryli, że ogólnie poszerzenie otworu wylotowego zwiększa moc o taką samą wartość, jak podniesienie portu, ale pasmo mocy nie zwęża się, jak ma to miejsce, gdy port jest podniesiony. Jednakże istnieje mechaniczne ograniczenie szerokości pojedynczego otworu wylotowego, przy około 62% średnicy otworu, co zapewnia rozsądną żywotność pierścienia. Poza tym pierścienie wybrzuszają się w otworze wydechowym i szybko się zużywają. Maksymalnie 70% szerokości otworu jest możliwe w silnikach wyścigowych, w których pierścienie są zmieniane co kilka wyścigów. Czas trwania spożycia wynosi od 120 do 160°. Czas portu transferu jest ustawiony na minimum 26°. Silny impuls niskiego ciśnienia w wyścigowej dwusuwowej komorze rozprężnej może obniżyć ciśnienie do -7 psi, gdy tłok znajduje się w dolnym martwym punkcie, a porty transferowe są prawie szeroko otwarte. Jedną z przyczyn wysokiego zużycia paliwa w silnikach dwusuwowych jest to, że część wchodzącej mieszanki paliwowo-powietrznej pod ciśnieniem jest przepychana przez górną część tłoka, gdzie działa chłodząco, i prosto przez rurę wydechową. Komora rozprężna z silnym impulsem wstecznym zatrzymuje ten wychodzący przepływ. Zasadnicza różnica w porównaniu z typowymi silnikami czterosuwowymi polega na tym, że skrzynia korbowa dwusuwu jest uszczelniona i stanowi część procesu indukcji w silnikach benzynowych i z gorącymi żarówkami . Dwusuwowe silniki wysokoprężne często dodają dmuchawę Rootsa lub pompę tłokową do oczyszczania.

Zawór wlotowy Reed

Silnik Cox Babe Bee 0,049 cala 3 (0,80 cm 3 ) z zaworem trzcinowym, zdemontowany, wykorzystuje zapłon ze świecą żarową. Jego masa to 64 g.

Zawór kontaktronowy jest prostą, ale bardzo skuteczną formą zaworu zwrotnego, powszechnie montowaną w torze wlotowym portu sterowanego tłokiem. Umożliwia asymetryczny pobór wsadu paliwa, poprawiając moc i ekonomię, jednocześnie poszerzając zakres mocy. Takie zawory są szeroko stosowane w silnikach zaburtowych motocykli, ATV i okrętów.

Obrotowy zawór wlotowy

Ścieżka wlotowa jest otwierana i zamykana przez element obrotowy. Znanym typem czasami spotykanym na małych motocyklach jest tarcza z rowkiem przymocowana do wału korbowego , która zakrywa i odsłania otwór na końcu skrzyni korbowej, umożliwiając wprowadzenie ładunku podczas jednej części cyklu (nazywanej zaworem tarczowym).

Inna forma obrotowego zaworu wlotowego stosowana w silnikach dwusuwowych wykorzystuje dwa cylindryczne człony z odpowiednimi wycięciami ustawionymi tak, aby obracały się jeden w drugim - rura wlotowa ma przejście do skrzyni korbowej tylko wtedy, gdy dwa wycięcia pokrywają się. Sam wał korbowy może stanowić jeden z elementów, jak w większości modeli silników ze świecą żarową. W innej wersji tarcza korbowa jest umieszczona tak, aby pasowała z ciasnym luzem w skrzyni korbowej i jest wyposażona w wycięcie, które w odpowiednim czasie pokrywa się z kanałem wlotowym w ściance skrzyni korbowej, tak jak w skuterach silnikowych Vespa .

Zaletą zaworu obrotowego jest to, że umożliwia on asymetryczny rozrząd wlotowy silnika dwusuwowego, co nie jest możliwe w przypadku silników typu tłokowego. Rozrząd ssania silnika typu tłokowo-portowego otwiera się i zamyka przed i za górnym martwym punktem przy tym samym kącie korby, dzięki czemu jest symetryczny, podczas gdy zawór obrotowy umożliwia wcześniejsze rozpoczęcie i zamknięcie otwierania.

Silniki z zaworami obrotowymi można dostosować tak, aby dostarczały moc w szerszym zakresie prędkości lub większą moc w węższym zakresie niż silniki tłokowe lub zaworowe. Tam, gdzie część zaworu obrotowego jest częścią samej skrzyni korbowej, szczególnie ważne jest, aby nie doszło do zużycia.

Oczyszczanie w przepływie krzyżowym

Tłok deflektora z przepływem krzyżowym

W silniku z przepływem krzyżowym porty przesyłowy i wydechowy znajdują się po przeciwnych stronach cylindra, a deflektor na górze tłoka kieruje świeży ładunek wlotowy do górnej części cylindra, spychając resztki spalin w dół drugiej stronie deflektora i na zewnątrz portu wydechowego. Deflektor zwiększa masę tłoka i jego odsłoniętą powierzchnię, a fakt, że utrudnia chłodzenie tłoka i uzyskanie efektywnego kształtu komory spalania, powoduje, że po latach 60-tych konstrukcja ta została w dużej mierze wyparta przez jednokierunkowe oczyszczanie, zwłaszcza dla motocykli, ale dla mniejszych lub wolniejsze silniki wykorzystujące wtrysk bezpośredni, tłok deflektora może być nadal akceptowalnym podejściem.

Oczyszczanie pętli

Cykl dwusuwowy
  1. Górny martwy punkt (TDC)
  2. Dolny martwy punkt (BDC)
  Odp.: wlot/oczyszczanie
  B: Wydech
  C: Kompresja
  D: Ekspansja (moc)

Ta metoda oczyszczania wykorzystuje starannie ukształtowane i ustawione porty transferowe, aby kierować przepływ świeżej mieszanki w kierunku komory spalania, gdy wchodzi ona do cylindra. Mieszanka paliwowo-powietrzna uderza w głowicę cylindra , następnie podąża za krzywizną komory spalania, a następnie odchyla się w dół.

Zapobiega to nie tylko przemieszczaniu się mieszanki paliwowo-powietrznej bezpośrednio przez otwór wydechowy, ale także tworzy wirujące turbulencje, które poprawiają sprawność spalania, moc i oszczędność. Zwykle deflektor tłoka nie jest wymagany, więc to podejście ma wyraźną przewagę nad schematem z przepływem krzyżowym (powyżej).

Często określany jako „Schnuerle” (lub „Schnürle”), wymiatający pętle po Adolfie Schnürle, niemieckim wynalazcy wczesnej formy w połowie lat 20. XX wieku, został szeroko przyjęty w tym kraju w latach 30. XX wieku i rozprzestrzenił się dalej po II wojnie światowej .

Oczyszczanie pętli jest najczęstszym rodzajem transferu mieszanki paliwowo-powietrznej stosowanym w nowoczesnych silnikach dwusuwowych. Suzuki był jednym z pierwszych producentów poza Europą, który zastosował silniki dwusuwowe z oczyszczaniem pętli. Ta funkcja operacyjna została wykorzystana w połączeniu z układem wydechowym komory rozprężnej opracowanym przez niemieckiego producenta motocykli, MZ i Waltera Kaadena.

Oczyszczanie pętli, zawory tarczowe i komory rozprężne działały w wysoce skoordynowany sposób, aby znacznie zwiększyć moc wyjściową silników dwusuwowych, szczególnie japońskich producentów Suzuki, Yamaha i Kawasaki. Suzuki i Yamaha odnosiły sukcesy w wyścigach motocyklowych Grand Prix w latach 60. XX wieku dzięki zwiększonej mocy zapewnianej przez zmiatanie pętli.

Dodatkową zaletą oczyszczania pętli było to, że tłok mógł być prawie płaski lub lekko wypukły, co pozwoliło mu być znacznie lżejszym i mocniejszym, a w konsekwencji tolerować wyższe prędkości obrotowe silnika. Tłok z „płaską górą” ma również lepsze właściwości termiczne i jest mniej podatny na nierównomierne nagrzewanie, rozszerzanie, zacieranie się tłoka, zmiany wymiarów i straty sprężania.

Firma SAAB zbudowała trzycylindrowe silniki o pojemności 750 i 850 cm3 w oparciu o konstrukcję DKW, która okazała się dość skuteczna przy użyciu ładowania pętlowego. Oryginalny SAAB 92 miał dwucylindrowy silnik o stosunkowo niskiej wydajności. Przy prędkości przelotowej blokowanie otworów wylotowych i fali odbitej występowało przy zbyt niskiej częstotliwości. Zastosowanie asymetrycznego trójdrożnego kolektora wydechowego zastosowanego w identycznym silniku DKW poprawiło oszczędność paliwa.

Standardowy silnik o pojemności 750 cm3 wytwarzał od 36 do 42 KM, w zależności od roku modelowego. Wariant rajdowy Monte Carlo o pojemności 750 cm3 (z wypełnionym wałem korbowym dla wyższej kompresji podstawowej) generował 65 KM. Wersja o pojemności 850 cm3 była dostępna w SAAB Sport z 1966 roku (standardowy model wyposażenia w porównaniu z luksusowym wyposażeniem Monte Carlo). Kompresja podstawowa stanowi część całkowitego stopnia sprężania silnika dwusuwowego. Prace opublikowane w SAE w 2012 r. wskazują, że oczyszczanie w pętli jest w każdych okolicznościach wydajniejsze niż oczyszczanie w przepływie krzyżowym.

Oczyszczanie Uniflow

Oczyszczanie Uniflow
Cykl dwusuwowy uniflow
  1. Górny martwy punkt (TDC)
  2. Dolny martwy punkt (BDC)
  A: Wlot (skuteczne oczyszczanie, 135–225 °; koniecznie symetryczne względem BDC; wtrysk oleju napędowego jest zwykle inicjowany przy 4° przed TDC)
  B: Wydech
  C: Kompresja
  D: Ekspansja (moc)

W silniku jednoprzepływowym mieszanina lub „powietrze doładowania” w przypadku oleju napędowego wchodzi na jednym końcu cylindra sterowanego przez tłok, a wydech wychodzi na drugim końcu sterowanym przez zawór wydechowy lub tłok. Przepływ gazu oczyszczającego odbywa się zatem tylko w jednym kierunku, stąd nazwa uniflow. Układ zaworów jest powszechny w dwusuwowych silnikach drogowych, terenowych i stacjonarnych ( Detroit Diesel ), niektórych małych dwusuwowych silnikach morskich ( Grey Marine ), niektórych kolejowych dwusuwowych lokomotyw Diesla ( Electro-Motive Diesel ). oraz duże morskie dwusuwowe silniki napędu głównego ( Wärtsilä ). Typy przeniesione są reprezentowane przez przeciwstawną konstrukcję tłoka, w której w każdym cylindrze znajdują się dwa tłoki, pracujące w przeciwnych kierunkach, takie jak Junkers Jumo 205 i Napier Deltic . Popularna niegdyś konstrukcja typu split-single należy do tej klasy, będąc skutecznie złożonym uniflow. Dzięki zaawansowanemu kątowi rozrządu wydechu silniki jednokierunkowe można doładować za pomocą dmuchawy napędzanej wałem korbowym (tłokowej lub typu Roots).

Stopniowy silnik tłokowy

Tłok tego silnika ma kształt „top-hat”; górna sekcja tworzy regularny cylinder, a dolna sekcja pełni funkcję oczyszczającą. Agregaty pracują parami, przy czym dolna połowa jednego tłoka ładuje sąsiednią komorę spalania.

Górna część tłoka nadal opiera się na smarowaniu stratnym, ale pozostałe części silnika są smarowane miską olejową, co zapewnia czystość i niezawodność. Masa tłoka jest tylko o około 20% większa niż tłoka silnika oczyszczonego w pętli, ponieważ grubość płaszcza może być mniejsza.

Systemy zaworów zasilania

Wiele nowoczesnych silników dwusuwowych wykorzystuje system zaworów zasilania . Zawory znajdują się zwykle w otworach wylotowych lub wokół nich. Działają na dwa sposoby; albo zmieniają otwór wydechowy, zamykając górną część portu, co zmienia jego rozrząd, np. Rotax RAVE, Yamaha YPVS, Honda RC-Valve, Kawasaki KIPS, Cagiva CTS lub Suzuki AETC, albo zmieniając głośność układu wydechowego, który zmienia częstotliwość rezonansową komory rozprężnej , np. system Suzuki SAEC i Honda V-TACS. Rezultatem jest silnik o lepszej mocy na niskich obrotach bez poświęcania mocy na wysokich obrotach. Ponieważ jednak zawory mocy znajdują się w strumieniu gorącego gazu, wymagają regularnej konserwacji, aby działały prawidłowo.

Bezpośredni wtrysk

Wtrysk bezpośredni ma znaczne zalety w silnikach dwusuwowych. W dwusuwowych silnikach gaźnikowych, głównym problemem jest to, że część mieszanki paliwowo-powietrznej wychodzi bezpośrednio, niespalona, ​​przez otwór wydechowy, a wtrysk bezpośredni skutecznie eliminuje ten problem. Stosowane są dwa systemy: niskociśnieniowy wtrysk wspomagany powietrzem i wtrysk wysokociśnieniowy.

Ponieważ paliwo nie przechodzi przez skrzynię korbową, potrzebne jest oddzielne źródło smarowania.

Diesel

Dwusuwowy silnik wysokoprężny Brons V8 napędzający generator NV Heemaf

Silniki Diesla do zapłonu wykorzystują wyłącznie ciepło sprężania. W przypadku silników z portami Schnuerle i silnikami z pętlą, wlot i wydech odbywają się przez porty sterowane tłokiem. Jednoprzepływowy silnik wysokoprężny pobiera powietrze przez otwory przedmuchowe , a spaliny wychodzą przez górny zawór grzybkowy . Wszystkie dwusuwowe diesle są oczyszczane przez wymuszone doładowanie . Niektóre konstrukcje wykorzystują dmuchawę Rootsa napędzaną mechanicznie, podczas gdy morskie silniki wysokoprężne zwykle wykorzystują turbosprężarki napędzane spalinami, z napędzanymi elektrycznie dmuchawami pomocniczymi do pracy przy niskich prędkościach, gdy turbosprężarki spalinowe nie są w stanie dostarczyć wystarczającej ilości powietrza.

Morskie dwusuwowe silniki wysokoprężne bezpośrednio połączone ze śrubą napędową mogą uruchamiać się i pracować w dowolnym kierunku zgodnie z wymaganiami. Wtrysk paliwa i rozrząd zaworów są mechanicznie regulowane za pomocą innego zestawu krzywek na wałku rozrządu. W ten sposób silnik można uruchomić na odwrót, aby cofnąć statek.

Smarowanie

Silniki dwusuwowe wykorzystują skrzynię korbową do zwiększania ciśnienia mieszanki paliwowo-powietrznej przed przeniesieniem do cylindra. W przeciwieństwie do silników czterosuwowych nie mogą być smarowane olejem zawartym w skrzyni korbowej i misce olejowej: olej smarujący zostałby zamieciony i spalony razem z paliwem. Paliwa dostarczane do silników dwusuwowych są mieszane z olejem, aby mógł pokryć cylindry i powierzchnie łożysk na swojej drodze. Stosunek benzyny do oleju waha się od 25:1 do 50:1 objętościowo.

Olej pozostający w mieszance spala się wraz z paliwem i powoduje znajomy niebieski dym i zapach. Oleje do silników dwusuwowych, które stały się dostępne w latach 70., są specjalnie zaprojektowane do mieszania z benzyną i spalania z minimalną ilością niespalonego oleju lub popiołu. Doprowadziło to do znacznego zmniejszenia zanieczyszczenia świec zapłonowych, które wcześniej stanowiło problem w silnikach dwusuwowych.

Inne silniki dwusuwowe mogą pompować smar z oddzielnego zbiornika oleju do dwusuwów. Dopływ tego oleju jest kontrolowany przez położenie przepustnicy i prędkość obrotową silnika. Przykłady można znaleźć w Yamaha PW80 (Pee-wee) i wielu dwusuwowych skuterach śnieżnych. Technologia ta jest określana jako auto-lube . Jest to nadal system totalnie stratny, w którym olej spalany jest tak samo, jak w systemie premiksu. Biorąc pod uwagę, że olej podczas spalania w komorze spalania nie jest odpowiednio wymieszany z paliwem, zapewnia nieco wydajniejsze smarowanie. Ta metoda smarowania eliminuje potrzebę mieszania benzyny przez użytkownika przy każdym tankowaniu, sprawia, że ​​silnik jest znacznie mniej podatny na warunki atmosferyczne (temperatura otoczenia, wysokość) i zapewnia prawidłowe smarowanie silnika, przy mniejszej ilości oleju przy lekkich obciążeniach (np. na biegu jałowym) i więcej olej przy dużych obciążeniach (pełna przepustnica). Niektóre firmy, takie jak Bombardier, stosowały niektóre konstrukcje pomp olejowych bez wtrysku oleju na biegu jałowym w celu zmniejszenia poziomu zadymienia, ponieważ obciążenie części silnika było na tyle lekkie, że nie wymagało dodatkowego smarowania poza niskimi poziomami zapewnianymi przez paliwo. Ostatecznie wtrysk oleju jest nadal taki sam jak w przypadku premiksu benzyny w tym sensie, że olej jest spalany w komorze spalania (choć nie tak całkowicie jak premiks), a gaz jest nadal mieszany z olejem, chociaż nie tak dokładnie jak w premiksie. Ta metoda wymaga dodatkowych części mechanicznych do pompowania oleju z oddzielnego zbiornika do gaźnika lub korpusu przepustnicy. W zastosowaniach, w których liczy się wydajność, prostota i/lub sucha masa, prawie zawsze stosuje się metodę smarowania mieszanką wstępną. Na przykład silnik dwusuwowy w motocyklu motocrossowym zwraca szczególną uwagę na osiągi, prostotę i wagę. Piły łańcuchowe i wykaszarki muszą być jak najlżejsze, aby zmniejszyć zmęczenie użytkownika i zagrożenie.

Silniki dwusuwowe cierpią głód oleju, jeśli obracają się z dużą prędkością z zamkniętą przepustnicą. Przykładem są motocykle zjeżdżające z długich wzniesień i być może podczas stopniowego zwalniania z dużej prędkości poprzez zmianę biegów w dół. Samochody dwusuwowe (takie jak te, które były popularne w Europie Wschodniej w połowie XX wieku) były zwykle wyposażone w mechanizmy wolnobiegowe w układzie napędowym , pozwalające na pracę silnika na biegu jałowym przy zamkniętej przepustnicy i wymagające użycia hamulców w celu zwolnienia.

Duże silniki dwusuwowe, w tym silniki wysokoprężne, zwykle wykorzystują układ smarowania miski olejowej podobny do silników czterosuwowych. Cylinder musi być pod ciśnieniem, ale nie odbywa się to ze skrzyni korbowej, ale przez pomocniczą dmuchawę typu Rootsa lub specjalistyczną turbosprężarkę (zwykle układ turbosprężarki), która ma „zablokowaną” sprężarkę do rozruchu (i podczas której jest napędzana wałem korbowym silnika), ale która jest „odblokowana” do pracy (a podczas której jest napędzana spalinami z silnika przepływającymi przez turbinę).

Dwutaktowa odwracalność

Na potrzeby tej dyskusji wygodnie jest myśleć w kategoriach motocyklowych, gdzie rura wydechowa jest skierowana w strumień powietrza chłodzącego, a wał korbowy zwykle obraca się w tej samej osi i kierunku, co koła, czyli „do przodu”. Niektóre z rozważanych tutaj rozważań dotyczą silników czterosuwowych (które nie mogą odwrócić kierunku obrotów bez znacznej modyfikacji), z których prawie wszystkie obracają się również do przodu.

Zwykłe dwusuwowe silniki benzynowe mogą pracować do tyłu przez krótkie okresy i przy niewielkim obciążeniu z niewielkim problemem, co zostało wykorzystane do zapewnienia możliwości cofania w mikrosamochodach , takich jak Messerschmitt KR200 , w których brakowało biegu wstecznego. Jeżeli pojazd ma rozruch elektryczny, silnik jest wyłączany i ponownie uruchamiany do tyłu przez przekręcenie kluczyka w przeciwnym kierunku. Podobny system zastosowano w dwusuwowych wózkach golfowych . Tradycyjne zamachowego prądnic (przy użyciu punktów kontaktu automatyczny, lecz nie cewka zewnętrzna) działał równie dobrze w odwrotnej ponieważ krzywka kontrolę punktów jest symetryczny, zerwanie kontaktu przed górnym martwym punktem równie dobrze czy działa do przodu lub do tyłu. Silniki z zaworem Reed pracują do tyłu tak samo dobrze, jak porty sterowane tłokiem, chociaż silniki z zaworem obrotowym mają asymetryczny rozrząd wlotowy i nie pracują zbyt dobrze.

Poważne wady istnieją w przypadku uruchamiania wielu silników do tyłu pod obciążeniem przez dowolny czas, a niektóre z tych powodów są ogólne i dotyczą zarówno silników dwusuwowych, jak i czterosuwowych. Ta wada jest akceptowana w większości przypadków, w których głównymi czynnikami są koszt, waga i rozmiar. Problem pojawia się, ponieważ podczas biegu „do przodu” główna powierzchnia oporowa tłoka znajduje się na tylnej powierzchni cylindra, co szczególnie w przypadku dwusuwu jest najchłodniejszą i najlepiej smarowaną częścią. Przednia powierzchnia tłoka w silniku bagażnika jest mniej odpowiednia jako główna powierzchnia ciągu, ponieważ zakrywa i odsłania otwór wylotowy w cylindrze, najgorętszą część silnika, w której smarowanie tłoka jest najbardziej marginalne. Przednia powierzchnia tłoka jest również bardziej wrażliwa, ponieważ otwór wydechowy, największy w silniku, znajduje się w przedniej ścianie cylindra. Spódnice tłokowe i pierścienie ryzykują wtłoczenie do tego portu, więc ich najsilniejsze naciskanie na przeciwległą ścianę (gdzie są tylko porty transferowe w silniku z przepływem krzyżowym) jest zawsze najlepsze, a wsparcie jest dobre. W niektórych silnikach mały koniec jest przesunięty w celu zmniejszenia ciągu w zamierzonym kierunku obrotowym, a przednia powierzchnia tłoka została cieńsza i lżejsza, aby to zrekompensować, ale podczas jazdy do tyłu ta słabsza przednia powierzchnia podlega zwiększonym naprężeniom mechanicznym, której nie zaprojektowano stawiać opór. Można tego uniknąć, stosując poprzeczki, a także stosując łożyska oporowe w celu odizolowania silnika od obciążeń końcowych.

Czasami duże dwusuwowe diesle okrętowe są odwracalne. Podobnie jak czterosuwowe silniki okrętowe (niektóre z nich są również odwracalne), wykorzystują zawory uruchamiane mechanicznie, więc wymagają dodatkowych mechanizmów wałka rozrządu. Silniki te wykorzystują poprzeczki w celu wyeliminowania bocznego ciągu na tłoku i odizolowania przestrzeni pod tłokiem od skrzyni korbowej.

Poza innymi względami, pompa olejowa nowoczesnego dwusuwu może nie działać na biegu wstecznym, w którym to przypadku silnik cierpi na głód oleju w krótkim czasie. Cofanie silnika motocykla jest stosunkowo łatwe do zainicjowania, aw rzadkich przypadkach może zostać uruchomione przez cofnięcie się ognia. Nie jest to wskazane.

Silniki modeli samolotów z zaworami trzcinowymi można montować w konfiguracji ciągnika lub pchacza bez konieczności zmiany śmigła. Są to silniki o zapłonie samoczynnym, więc nie widać problemów z synchronizacją zapłonu i niewielką różnicą między biegiem do przodu a biegiem wstecz.

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

  • Frank Jardine (Alcoa): „Rozszerzenie termiczne w projektowaniu silników samochodowych”, papier SAE 300010
  • Lekarz pierwszego kontaktu Blair i in. (Univ of Belfast), R Fleck (Mercury Marine), „Przewidywanie charakterystyki pracy silników dwusuwowych wyposażonych w zawory indukcyjne Reed”, dokument SAE 790842
  • G Bickle i in. (ICT Co), R. Domesle i in. (Degussa AG): „Kontrola emisji z silników dwusuwowych”, Automotive Engineering International (SAE) luty 2000:27-32.
  • BOSCH, "Instrukcja Motoryzacyjna", 2005, Sekcja: Mechanika Płynów, Tabela "Odprowadzanie ze złóż wysokociśnieniowych".

Zewnętrzne linki