Dvoutaktní motor

Tento článek může obsahovat nepublikovanou práci nebo neověřená prohlášení (Duben 2021).

Můžete pomoci přidáním odkazů nebo odebráním nepublikovaného obsahu. Další podrobnosti najdete na diskusní stránce .

Dvoutaktní motor má jeden nebo více pístů , které pohybují skrz válce a dokončit úplný spalovacího cyklu během dvou lineárních pohybů. Pohyb pístu ve válci prostřednictvím kanálů otvorů mezi spodní částí klikové skříně a horní částí válce umožňuje evakuaci spálených plynů a naplnění válce čerstvým plynem (palivové páry a okysličovadlo). pomocí véčkové skříně . Další technika dvoutaktních motorů se spoléhá na sací a výfukové ventily, například Cummins Diesel. Do klikové skříně neprochází žádný plyn, zametání se provádí přímo ve válci, vstřikování se provádí po zavření ventilů.

Původ

První dvoutaktní motor, který byl inspirován dílem Pierra Hugona , navrhl belgický inženýr Étienne Lenoir v roce 1859. Tento motor vylepšil skotský inženýr Dugald Clerk v roce 1878.

Dvoutaktní motor zhruba ve stejné podobě, jaký známe dnes, byl navržen dalším anglickým inženýrem Josephem Dayem v roce 1889.

Motor Ixion vynalezl v roce 1897 Léon Cordonnier a označil počátky dvoutaktního motoru s rotačním rozdělovačem.

Motocykl

Dvoutaktní cyklus spalovacího motoru se liší od cyklu Beau de Rochas tím, že má cyklus pouze dvou lineárních pohybů pístu místo čtyř, i když jsou vždy prováděny stejné čtyři operace (nasávání, komprese, spalování / expanze a výfuk). ven. Existuje tedy jeden motor cyklus na otáčku namísto jednoho každé dvě otáčky na čtyřtaktním motorem . Cyklus se rozpadá následovně:

  1. Komprese, spalování, expanze a výfuk s přenosem čerstvé hořlavé směsi přes přenosové okno;
  2. Vstup, sání a stlačení směsi ve spodní části motoru.

Jednotlivé fáze jsou následující:

Pracovní diagram dvoutaktního motoru.

Zvláštnosti

Evoluce

Dvoutaktní motor neměl vždy takový výkon, jaký známe dnes. Byl to dokonce dříve jemný a pomalý motor se zoufale nízkou účinností. Velmi brzy provedli inženýři změny, aby čelili hlavnímu problému dvoutaktního motoru. Skutečnost, že sací a výfukové kanály nejsou během fáze stoupání pístu úplně uzavřeny, způsobuje dva jevy:

V průběhu času se proto vyvíjí několik změn. Některé jsou nyní rozšířené, jiné okrajové.

Hlavní vývoj spotřebitelských motorů je následující:

Relaxační hrnec vyladěn Tento hrnec zlepšuje zametání tím, že tlačí čerstvé plyny zpět do válce. Termín „expanzní trubka“ je rozšířený, ale nesprávný název (používá se také pro před tlumič výfukových systémů automobilů); technicky je správnější mluvit o rezonátoru. Ladění spouštěcího rezonátoru je složitá a částečně empirická věda, kdy tunery vyvíjejí opravdové knihovny výfukového potrubí, některé vhodné pro klikaté obvody a jiné pro obvody s dlouhými přímkami, hrající jemné rozdíly ve čtyřech prvcích: výfukové potrubí, rozbíhající se kužel, konvergující protikužel a koncová trubka. Aniž bychom zacházeli do podrobností, krátký břišní rezonátor podporuje maximální výkon, ale v úzkém rozsahu otáček, zatímco tenčí a delší rezonátor podporuje plynulost motoru a univerzálnost na úkor maximálního výkonu. Šíření tlakových a protitlakových vln ve dvoutaktním rezonátoru je docela podobné těm, které se vyskytují v pulsoreaktoru, který byl vyvinut během druhé světové války pro rakety V1 . Výpočty pro projektování hrnce relaxační brát v úvahu rychlost vlny v řádu 510 metrů za sekundu na teplotu 700  ° C . Tento koncept, který v roce 1955 vyvinula společnost CZ (československá značka motocyklů), byl jedním z hlavních vylepšení dvoutaktního motoru. Sací ventily Tyto ventily mohou být ploché nebo ve tvaru střechy, aby byl sací cyklus v klikové skříni asymetrický. Obvykle je umístěn na klikové skříni (někdy na válci). Samotné sání ventilu představuje malou revoluci: umožňuje přidání převodu na zadní část válce, čímž je motor efektivnější, a eliminuje problém zpětného toku plynu do karburátoru, což také umožňuje snazší startování za studena a lepší sběrače (vylepšená předlisování). Tyto ploché ventily se " řetězem " byly poprvé použity v sérii výrobci přívěsných motorů (Kiekhafer-Mercury, OMC-Johnson-Evinrude). Japonská firma Yamaha a švédská Husqvarna zdokonalili tento systém pomocí „střešních“ ventilů komerčně nazývaných „  jazýčkový ventil  “, které umožňují lepší tok a skutečnou kontrolu rezonančních jevů. Další vývoj bude spočívat v nahrazení lamel první generace epoxidovými nebo uhlíkovými. Jako každý cyklický systém může rezonanční frekvence narušit správné fázování zavírání a otevírání. Uvědomte si, že o těchto systémech neexistuje žádná studie, s výjimkou oblasti chladicích kompresorů. Bylo však zjištěno, že uhlíkové ventily jsou vhodnější pro vysoké provozní rozsahy, zatímco epoxidové ventily upřednostňují nízkou a střední rychlost. Nevýhodou těchto ventilových skříní je pokles tlaku, který neumožňuje zcela optimalizované plnění. Je to však nejlepší systém sání, protože se zcela přizpůsobuje.

Jiné přijímací systémy

Výhodou rotačního rozdělovače je, že nevytváří tlakové ztráty, a umožňuje tak optimální plnění v daném rozsahu otáček.

Na rozdíl od ventilových skříní je rozsah použití omezenější. Přesto je stále možné používat toto zařízení pro vysoké rychlosti (s vysokou otevírací dobou) a v oblasti rychlosti se široce používá.

Variace výfukového kanálu podle rychlosti To umožňuje prodloužit dobu výfuku při vysokých otáčkách. Vzácné na mopedech, ale rozšířené na strojích s větším posunem. Tento systém je však velmi rozšířený v oblasti jet-sky, sky-doo (velmi dobře známý u Bombardier), ale také ve světě motocyklových závodů, protože se stal nezbytným. Otevírací systém (elektronický nebo odstředivý) tedy umožňuje měnit výšku výfukového otvoru. Výhody: Otevření výfukového ventilu se musí shodovat s rezonancí expanzní trubky. Zapalování s proměnlivým předstihem Umožňuje maximální výkon při různých rychlostech (usnadněný příchodem elektronického zapalování). Všimněte si také příchodu digitálních zapalování umožňujících lepší přizpůsobení postupu podle podmínek. Na rozdíl od většiny čtyřtaktů musí postup během zvyšování rychlosti značně klesat, protože se zlepšením plnění zvyšuje nárůst rychlosti. Další okrajový vývojKvalita oleje

použití

Tento typ motoru je běžný zejména u menších motorů, zejména skútrů. Má výhody jednoduchosti, hmotnosti a malých rozměrů, stejně jako provoz v jakékoli poloze bez nutnosti mazání suchou jímkou . Používá se také na lodních motorech s vysokým výkonem, jako je například kontejnerová loď CMA CGM Jules Verne , 14válcový řadový motor, vrtání 960  mm , výkon 108 000  hp . Některé nedávné velké nosiče LNG používají dvoutaktní motory na plyn a topný olej, jejichž plyn pochází z odpařování kapalného metanu z nádrží, což zabraňuje uvolňování plynného metanu do atmosféry a také snižuje vypouštění obsažených znečišťujících látek . v kapalných palivech, která se poté používají v malém množství. Pokud se však jedná také o dvoutaktní motory, jedná se o vznětové motory na těžký topný olej, vybavené kompresorem (kompresory), s nepřímým nebo dokonce přímým vstřikováním a pro některé ventily regulujícími palivovou fázi. Tyto motory mají zjevně málo společného s motory našich dvou kol malého nebo středního zdvihového objemu.

V 70. letech byl dvoutaktní motor široce používán kvůli své lehkosti, jednoduchosti a výkonu a také nižším výrobním nákladům. V té době mnoho výrobců motocyklů vyvinulo modely s dvoutaktními motory, včetně motorů s velkým zdvihovým objemem, jako je Kawasaki 750 H2 . Ve Francii je Motobécane 125 z roku 1970 samotným odrazem této doby. Nárůst ceny oleje a zejména stále přísnější normy proti znečišťování však použití tohoto typu motoru postupně omezovaly.
Z důvodu nákladů, spolehlivosti a hmotnosti jsou však motocykly s dvoutaktními motory vybavenými systémem vstřikování benzínu stále častěji přítomny na startu terénních soutěží (motokros, enduro a trial).

  • 2-taktní motocykly

  • První model Kawasaki 750 H2 Mach IV.

  • Motobécane 125 LT1, připravený účastnit se Coupe Moto Légende .

V roce 2017 se přímé vstřikování objevilo na KTM 250 a 300 TPI EXC (enduro motocykly schválené pro veřejné komunikace a Euro 4 ). Palivo je stříkáno pomocí dvou vstřikovačů umístěných na levé a pravé převodovce. Pamatujte, že mazání zajišťuje samostatné mazací čerpadlo, které umožňuje plnění paliva přímo u čerpadla. V roce 2020 přišla řada TM Racing na použití velmi podobného systému také na svých Enduro 250 a 300.

Lodní motory

Dvoutaktní technologie má výhodu lehkosti a jednoduchosti, což ji od samého počátku převzalo pro přívěsné motory (tradiční Motogodille , jehož tepelnou část vyrobila firma Buchet, a americký ELTO vyvinutý americko- Švédský inženýr Ole Evinrude .) Tento typ motoru byl považován za mechanický ekvivalent vesla a musel být schopen demontáže a snadného transportu, aby byl chráněn před zloději.

Nantský průmyslník Goïot, také výrobce armatur a motocyklový jezdec během svého volného času, raději hovořil o „odnímatelném hnacím plynu“ pro přívěsné motory, které vyvinul před druhou světovou válkou pomocí vlastní slitiny hliníku. dokonale necitlivý na mořskou korozi.

Ve srovnání s motocyklovými motory, s nimiž sdílí mnoho vlastností (někteří výrobci jako Yamaha , Suzuki , Tohatsu , Honda , Sunbeam - britský Racek , Tomos, jsou nebo byli přítomni na obou trzích), je motor mimo 2-taktní hranu má některé specifické vlastnosti.

Mechanická implantace

S výjimkou starého Motogodille (šikmo) jsou klikový hřídel a hlavní převodový hřídel uspořádány svisle (z důvodu kompaktnosti), setrvačník nahoře a pokud možno obsahují jemné elektrické součásti ( šrouby potažené platinou) ) chráněné před potřísněním solenou vodou. Karburátor (y) (twin válce jsou často vybaveny jedním karburátorem se zabránilo složité úpravy časování) jsou směrem k přední části lodi, válce a zapalovací svíčky směrem dozadu (někdy zranitelné, když loď zpomaluje a jeho probudit vlny úlovků s tím).

Chlazení

Řešení přijaté téměř univerzálně je vodní chlazení (dvoutaktní motocykly byly dlouho chlazeny vzduchem, výtlakem nebo vynuceny turbínou) bez chladiče. Na přívěsných lodích je voda čerpána přímo z vody (moře nebo řeky), pod čarou ponoru pomocí průduchů připojených k rotačnímu čerpadlu připojenému ke svislé šachtě. Rotor tohoto čerpadla ( vyrobený z nitrilového kaučuku ) má tvar hvězdice a musí být měněn velmi pravidelně.

Toto je jeden z nejdůležitějších bodů tohoto typu motoru: uživatel si musí dávat pozor na řasy, plastové sáčky mezi dvěma vodami a suspendované sedimenty. Musí zkontrolovat obtokový ukazatel vodního okruhu („stlačovací láhev“) a dávat pozor na hluk motoru, pokud je suchý a kovový: ve skutečnosti slouží chladicí voda také ke snížení hluku motoru. 'vyčerpat.

Přenos

Převodovka (nebo invertorová skříň) je redukována na svůj nejjednodušší výraz: dopředu, neutrál a zpátečku nebo dokonce úplně chybí u nejmenších motorů. Konečný rychlostní stupeň lze seřídit změnou vrtule, aby bylo možné najít stoupání, které nejlépe vyhovuje lodi. Nachází se pod vodorovnou čarou v základně motoru a je zranitelný vůči nárazům na kameny a uživatel musí prokázat dobrou způsobilost k plavbě.

Technologický vývoj

Specifické výkony nižší než u motocyklových motorů (zdvihový objem 250  cm 3 s výkonem pouze 10  hp ) a navržené s požadavky na bezpečnost a spolehlivost, dvoudobé přívěsné motory nicméně prošly změnami. Techniky paralelní s jejich „bratranci“ z motocyklu: sání ventily, elektronické zapalování CDI (obvykle utěsněné pryskyřicí ve zcela utěsněném krytu), oddělené mazání (kromě malých výkonů) a v poslední době nahrazení karburátorů vstřikováním systémů, aby vyhovovaly novým pravidlům proti znečištění (evropská norma známá jako „ Bodensee “   " ).

Od začátku XXI th  století, 4-taktní motory postupně nahradil 2-čas pro vysoký výkon (což prakticky nikdy demontován z lodi), ale EVINRUDE firmy, Tohatsu a Kiekhafer Mercury pokračoval produkovat vstřikování motorů 2-mrtvice setkání moderní Anti - normy znečištění. Další silnou stránkou 2taktního přívěsného motoru je snadnost, s jakou jej lze po ponoření znovu spustit (převrácení člunu, pád do vody při manipulaci, námořní obal), jednoduché opláchnutí čerstvou vodou, propláchnutí karburátoru a postřik s pronikajícím olejem jsou dostatečné, zatímco čtyřtaktní motor vyžaduje opětovné uvedení do provozu mnohem složitější a nákladnější operace.

Automobilový průmysl

Nejznámější z dvoutaktních automobilů je řada Trabant , kterou v NDR poté vyrobila společnost VEB Sachsenring Automobilwerk Zwickau .

Firma DKW (v západním Německu) a její východoněmecký protějšek Wartburg vyrobili dvoutaktní tříválcové motorové vozy, které jsou výrazně efektivnější a umisťují se více na vrchol nabídky než zcela základní Trabant, který byl spokojen s dvojčaty.

V Polsku společnost FSO vyráběla v letech 1957 až 1983 automobil s dvoutaktním motorem: FSO Syrena .

Švédský výrobce Saab používá 2-motory mrtvice k moci své 92001 , 92 , 93 modelů , stejně jako časné 96S .

Micro-urban také použil dvoudobý motor jako Isetta navržený italskou firmou ISO Rivolta a velmi originální Vespa 400 , konkurent Fiat 500 Topolino, který používal dvoumotorový dvoudobý 400  cm 3 vybavený automatickým mixér, chytré zařízení, které, aniž by bylo skutečným samostatným mazáním, jako Yamaha Autolube, který byl předchůdcem.

  • Dvoutaktní auta

  • Trabant 601 .

  • FSO Syrena 101.

  • Saab 96 z roku 1961.

  • Isetta.

Řetězové pily a foukače listí

Dnes se malé dvoutaktní motory používají ve všech druzích strojů vyžadujících vysokou rychlost otáček v přímém pohonu, jako jsou motorové pily nebo dmychadla listí , a ve vozidlech, jako je karting , nebo mnoho skútrů (které mají spojkový systém).

  • Motorová pila.

  • Koloběžka.

Pomalé nebo exotické dieselové motory

Dvoudobý cyklus je stále široce používán v obrovských vznětových motorech při nízkých otáčkách (několik stovek otáček za minutu), jako jsou například pohony kontejnerových lodí (příklad: Wärtsilä-Sulzer 14RT-flex96C ). Výfuk se často provádí jedním nebo více ventily a vstup se provádí pomocí světel.

Historicky se používá na docela exotických motorech, jako jsou:

  • protilehlý pístový motor Junkers Jumo 205  ;
  • trojúhelníkové motory se třemi klikovými hřídeli uspořádané do rovnoramenného trojúhelníku (motorové čluny a lokomotivy) Napier Deltic  (de) , Fairbanks-Morse  ;
  • těžká váha Detroit Diesel. Přívod vzduchu (úklid) dvoutaktní nafty zajišťuje jeden nebo více kompresorů (často typu Roots), někdy s pomocí jednoho nebo více turbodmychadel.

Základní operace

Dvoudobý motor má jednoduchou konstrukci, ale jeho provoz je složitý.

Výhody oproti 4-taktnímu

  • Jednoduchá mechanika (mazací systém, distribuce ).
  • Snížené výrobní náklady.
  • Snadná údržba.
  • O 30% lehčí než čtyřtaktní motor se stejným zdvihovým objemem.
  • O 30% méně objemný než čtyřtaktní motor se stejným zdvihovým objemem.
  • Možnost většího výkonu na litr zdvihového objemu (řádově 430  k / l na výstupu z převodovky. Výkon představující až 2krát více než u nejrozsáhlejších 4taktních atmosférických motorů).
  • Lze použít ve všech polohách bez zvláštní úpravy.
  • Absence všech režimů dodávky čerstvého plynu na vstupu díky použití ventilové skříně.
  • Volba velmi širokého možného rozsahu použití ( zkušební motor s vysokým točivým momentem a pružný při nízkých otáčkách, nebo pro běžné veřejné motocykly při středních otáčkách řádově 3 000 až 8 000  ot./min. , Při vysokých otáčkách pro soutěž řádově vyšší než 18 000  ot / min pro motokáry nebo 35 000  ot / min v extrémních případech výroby modelu ).
  • Možnost řízení napájení přímým vstřikováním, což umožňuje velmi uklidit tento typ motoru a dosáhnout spotřeby kolem 2,85  l / 100  km (viz také přívěsné motory, které dosáhly obrovského pokroku, nebo ty, které se používají na sněhových skútrech ).
  • Jedním z důvodů úspěchu dvoutaktního vznětového motoru na výletních lodích je nižší roční poplatek za francizaci a navigaci (DAFN, dříve daň za francizaci): daň se počítá z vypočítané fiskální síly (CV). Z počtu válce, otvor a zdvih se snížením o 30% u vznětových motorů; a pro stejnou mechanickou sílu je fiskální výkon dvoutaktního vznětového motoru také nižší; tento dvoutaktní vznětový motor však znečišťuje více než čtyřtaktní motor se stejným výkonem.

Nevýhody

Tradiční dvoutaktní motor má také své nevýhody.

Hlavní nevýhody

Hlavní problémy jsou v „klasické“ verzi se sáním a výfukem pomocí světel (tyto nevýhody se nevztahují na motory se sáním / výfukem pomocí ventilů - jako nafta):

  • u karburátoru vzdálenost ujetá pístem před uzavřením výfukového kanálu, což způsobí ztrátu nespálených uhlovodíků . Rezonanční jevy vyvolané expanzní nádobou pomáhají vyřešit tento problém nebo přímé vstřikování , které umožňuje zamést válec čistým vzduchem, palivo se vstřikuje až na konci stlačení. Pokud se použije jednoduchý tlumič výfuku, během fáze sání / výfuku může dojít ke ztrátě až 30% směsi. Systémy pro změnu výšky výfukového kanálu (známé jako „výfukový ventil“) nyní umožňují vyřešit část tohoto problému a zvýšit rozsah použití (točivý moment a výkon při nízkých a vysokých rychlostech);
  • lubrikant přítomný v jeho palivo pro mazání válce, který generuje únik oleje (více či méně spálený) do atmosféry, čímž se znečišťují. Tato nevýhoda do značné míry vysvětluje jeho postupné opouštění ve prospěch čtyřtaktu . Nové dvoutaktní oleje ( standard ISO-L-EDG ) umožňují téměř úplné spalování za tepla. Nejnovější schválené verze (například KTM 250 a 300 EXC TPI) zaznamenaly díky přímému vstřikování drasticky pokles spotřeby oleje;
  • v důsledku nespálených zbytků oleje obsaženého v palivu mohou zapalovací svíčky postupně plnit mezilehlou elektrodovou mezeru („patky“). Této nevýhodě se lze vyhnout účinným chlazením (kapalinou), zlepšenou kvalitou oleje ve srovnání se 70. lety a vhodnými zapalovacími svíčkami. S vylepšením dvoutaktních olejů však dnes perlage již neexistuje;
  • dvoutaktní motor je hlavním zdrojem znečištění v důsledku vypouštění oleje a nespálených uhlovodíků, které jsou potenciálně karcinogenní. Příchod přímého vstřikování však umožní vyřešit tento problém omezením znečištění, spotřeby oleje a paliva. Specifická účinnost dokonce dosahuje v některých případech nižších hodnot spotřeby paliva než u některých čtyřtaktů. Hlavní příčinou může být to, že neexistuje žádná distribuce k trénování.

Drobné nevýhody

  • Nízké brzdění motorem .
  • U "lehkých" motorů dochází k rychlejšímu opotřebení segmentace, pístu a válce, segmenty se deformují při průchodu různými sacími a výfukovými otvory během pohybu ve válci, na rozdíl od čtyřtaktů, které mají hladký válec.

Poznámky a odkazy

Poznámky

  1. Tyto kombinované akce neumožňují optimální směs plynů, protože čerstvé plyny tlačí spálené plyny, a proto existuje riziko jejich smíchání. U velkých motorů se však tomuto problému přímé vstřikování vyhýbá.
  2. Vakuum vytvořené zvednutím pístu spouští otevření ventilu a vstup palivové směsi plus vzduch plus mazací olej.
  3. Kvůli současnému otevření sacího otvoru čerstvého plynu a výfukového otvoru.
  4. Vzhledem k tomu, že u čtyřtaktů dochází k explozi na otáčku, místo každých dvou otáček (podobně, šestiválec vydává vyšší zvuk než dvojče nebo čtyřválce).
  5. Původní výfukové potrubí na mopedech schválené ve Francii má záměrně nízký průtok, aby omezil motor a nepřekročil 45  km / h .
  6. Yamaha byla průkopníkem rotačního výfukového ventilu (spojeného s rukojetí škrticí klapky) s názvem „YPVS“ (Yamaha Power Valve System).
  7. Podle americké studie:
    • konvenční dvoutaktní motor emituje 151  g uhlovodíků na kWh  ;
    • dvoutaktní motor s přímým vstřikováním kolem 40  g / kWh  ;
    • čtyřtaktní motor se stejným výkonem vydává 4  g / kWh .

Reference

  1. Dvoutaktní cyklus , na super-soupape.com .
  2. motor , na universalis.fr .
  3. Patent FR 4404E Rotační plynový nebo ropný motor, nazývaný „ixion engine“. (Priorita FRT263851 - 1897-02-10). Léon Cordonnier.
  4. Émile Berthier, Letecké motory , Paříž, Letecké knihkupectví,1912( číst online ).
  5. „Valčík ve dvou krocích!“ » , Na tract-old-engines.com .
  6. „  Dvoutaktní aplikace motoru a potřeby mazání  “ , na amsoil.com ,1 st 07. 2001(zpřístupněno 18. srpna 2019 ) .
  7. Arnaud Vibien, „  Injekce KTM Enduro 2T přichází!  » , Na moto-station.com ,16. března 2017(zpřístupněno 22. dubna 2021 ) .
  8. (in) Velký jednotaktní dvoutaktní vznětový motor typu crosshead (evropská patentová specifikace)8. října 2008( číst online [PDF] ).
  9. (in) Paul H. Wilkinson Diesel Engines Aviation , Aircraft Engine Historical Society, Inc.1942( OCLC  1283275 , LCCN  43008155 ) , „4 Dieselový motor Junkers Jumo 205“.
  10. (en) Jean-Pierre Pirault a Martin Flint, Opposed Piston Engines: Evolution, Use, and Future Applications , SAE International,2009, 576  s. ( ISBN  0768018005 ).
  11. „  Zapalovací svíčka  “ na super-soupape.com (přístup 17. listopadu 2016 ) .
  12. „Konvenční dvoutaktní motor (ten, který je vybaven karburátorem): zcela zastaralá technologie“ , na lacbowker.org (přístup 12. listopadu 2013).

Podívejte se také

Související články

externí odkazy