汽車中的二衝程發動機

汽車世界在動力系統方面取得了很多發展。 其中一些由於設計師沒有資金用於其後代的進一步發展而被及時凍結。 其他的結果被證明是無效的，因此這種發展沒有光明的前景。

除了經典的直列式或V形發動機外，製造商還生產採用其他動力裝置設計的汽車。 在某些型號的引擎蓋下可以看到 汪克爾發動機, 拳擊手（或拳擊手）, 氫發動機. 一些汽車製造商可能仍在他們的車型中使用這種奇特的動力系統。 除了這些修改之外，歷史還知道一些更成功的非標電機（其中一些是 單獨的文章).

現在讓我們來談談幾乎沒有一個駕車者遇到的這種發動機，如果不談論需要用割草機割草或用電鋸砍樹的話。 這是一個二衝程動力裝置。 基本上，這種類型的內燃機用於機動車輛、坦克、活塞式飛機等，但很少用於汽車。

此外，二衝程發動機在賽車運動中非常受歡迎，因為這些裝置具有顯著的優勢。 首先，它們小排量卻擁有巨大的動力。 其次，由於設計簡化，這些發動機重量輕。 這些因素對於運動兩輪車來說非常重要。

考慮此類修改的設備的功能，以及是否可以在汽車中使用它們。

什麼是二衝程發動機？

1880 衝程內燃機的發明專利首次出現於 XNUMX 年代初。 該開發成果由工程師道格拉德·克勒克 (Douglad Klerk) 介紹。 他的後代的裝置包括兩個氣缸。 一個是工人，另一個則推動了軍事技術合作的新部分。

10年後，出現了帶有腔室吹掃的改進型，其中不再有壓力活塞。 該電機由約瑟夫·戴設計。

與此同時，卡爾·本茨 (Karl Benz) 創建了自己的燃氣裝置，並於 1880 年獲得了生產專利。

顧名思義，二衝程發動機在曲軸轉動一圈時執行空氣燃料混合物的供應和燃燒以及將燃燒產物清除到車輛排氣系統中所需的所有循環。 這種能力是由裝置的設計特徵提供的。

活塞在氣缸中的一個衝程會執行兩個衝程：

1. 當活塞處於下止點時，氣缸被吹掃，即燃燒產物被去除。 該循環是通過吸入 VTS 的新鮮部分來確保的，這會將廢氣排入排氣道。 與此同時，開始用新鮮的 VTS 填充腔室的循環。
2. 上升到上止點，活塞關閉入口和出口，這保證了VTS在活塞上方空間的壓縮（沒有這個過程，混合物和動力裝置所需的輸出就無法有效燃燒）。 同時，另一部分空氣和燃料的混合物被吸入活塞下方的空腔中。 在活塞的上止點處產生火花，點燃空氣燃料混合物。 工作流程開始。

電機重複此循環。 事實證明，在二衝程循環中，所有衝程都是在活塞的兩個衝程中執行的：當活塞上下移動時。

二衝程發動機？

經典的二衝程內燃機包括：

• 卡特. 這是結構的主要部分，其中曲軸用滾珠軸承固定。 根據氣缸-活塞組的尺寸，曲軸上會有適當數量的曲柄。
• 活塞。 這是一個玻璃形式的部件，固定在連桿上，類似於四衝程發動機中使用的類似部件。 它具有用於壓縮環的凹槽。 與其他類型的發動機一樣，VTS 燃燒期間的裝置效率取決於活塞配合的密度。
• 入口和出口開口。 它們是在進氣歧管和排氣歧管相連的 ICE 殼體內製造的。 這種發動機沒有氣體分配機構，因此二衝程發動機重量輕。
• 閥門。 該部件可防止空氣燃料混合物被拋回到裝置的進氣道中。 當活塞上升時，其下方會產生真空，從而移動阻尼器，VTS 的新鮮部分通過阻尼器進入腔體。 一旦發生動力衝程（發出火花並點燃混合物，將活塞移動到下止點），該閥門就會關閉。
• 壓縮環。 這些細節與任何其他內燃機相同。 它們的尺寸是根據特定活塞的尺寸嚴格選擇的。

霍夫鮑爾二衝程設計

由於諸多工程障礙，在乘用車上使用二衝程改裝的想法直到最近才得以實現。 2010年，這方面取得了突破。 EcoMotors 獲得了比爾蓋茨和科斯拉風險投資公司的巨額投資。 造成這種浪費的原因是最初的水平對置發動機的出現。

儘管這種修改已經存在很長時間了，彼得·霍夫鮑爾還是根據經典拳擊手的原理創造了二衝程的概念。 該公司將他們的產品命名為OROS（翻譯為對置氣缸和對置活塞）。 這種裝置不僅可以使用汽油，還可以使用柴油，但開發商迄今為止已選擇使用固體燃料。

如果我們考慮這種容量的經典二衝程設計，那麼理論上它可以用於類似的改裝並安裝在四輪客車上。 如果沒有環境標準和高昂的燃料成本，這是可能的。 在傳統二衝程內燃機的運行期間，部分空氣-燃料混合物在掃氣過程中通過排氣口被去除。 另外，在VTS燃燒的過程中，油也會被燃燒。

儘管領先汽車製造商的工程師對此表示極大懷疑，霍夫鮑爾發動機還是為二衝程進入豪華汽車的引擎蓋開闢了道路。 如果我們將其開發與經典平角褲進行比較，那麼新穎性會輕 30%，因為其設計中的備件較少。 與四衝程水平對置發動機相比，該裝置在運行過程中還表現出更高效的能源生產（效率提高了 15-50%）。

第一個工作模型被標記為 EM100。 據開發商介紹，電機重量為134公斤。 其功率為325馬力，扭矩為900牛米。

新型拳擊手的設計特點是兩個活塞位於一個氣缸內。 它們安裝在一根曲軸上。 VTS 的燃燒發生在它們之間，因此釋放的能量同時影響兩個活塞。 這就解釋瞭如此巨大的扭矩。

相對的氣缸被配置為與相鄰氣缸異步點火。 這確保了曲軸平穩旋轉，無衝擊且扭矩穩定。

在下面的視頻中，Peter Hofbauer 親自演示了他的電機的工作原理：

opoc 引擎如何工作.mp4

讓我們更詳細地考慮其內部結構和總體工作方案。

渦輪增壓

渦輪增壓由葉輪提供，葉輪的軸上安裝有電動機。 雖然它的部分動力來自廢氣流，但電動增壓可以讓葉輪更快地獲得動量並產生氣壓。 為了補償葉輪旋轉的能源成本，當排氣壓力施加到葉片上時，該裝置會發電。 電子設備還控制廢氣流量以減少污染。

創新二衝程中的這個元素頗有爭議。 為了快速產生必要的氣壓，電動機將消耗相當多的能量。 為此，未來使用該技術的汽車必須配備更高效的發電機和容量更大的電池。

迄今為止，電動助力的效率仍停留在紙面上。 製造商聲稱，這樣的系統可以改善氣缸掃氣，同時讓您從二衝程循環中獲得最大的好處。 理論上，與四衝程同類產品相比，此設置可以使裝置的升容量增加一倍。

引入此類設備肯定會讓發電廠變得更加昂貴，這就是為什麼使用強大而貪婪的經典ICE仍然比新的輕型拳擊手更便宜。

鋼連桿

該裝置的設計類似於 TDF 發動機。 僅在這一修改中，即將到來的活塞驅動的不是兩個曲軸，而是由於外活塞的長連桿而驅動一個曲軸。

電機中的外活塞安裝在連接到曲軸的長鋼連桿上。 它不像用於軍事裝備的經典拳擊手修改那樣位於邊緣，而是位於氣缸之間。

內部元件也連接到曲柄機構。 這樣的裝置可以讓您從空氣燃料混合物的燃燒過程中提取更多的能量。 電機的工作方式就好像它具有提供增加的活塞衝程的曲柄，但同時軸保持緊湊且重量輕。

曲軸

Hofbauer 電機採用模塊化設計。 電子裝置能夠關閉部分氣缸，使汽車在內燃機處於最小負載時（例如在平坦軌道上以巡航速度行駛）時能夠更加經濟。

在直噴式四衝程發動機中（有關噴射系統類型的詳細信息，請閱讀 在另一則評論中) 通過切斷燃油供應來確保停缸。 在這種情況下，由於曲軸的旋轉，活塞仍然在氣缸中移動。 他們只是不燃燒燃料。

至於 Hofbauer 的創新開發，一對氣缸的停用是通過安裝在曲軸上相應氣缸-活塞對之間的特殊離合器來實現的。 當模塊斷開時，離合器只是斷開負責該部分的曲軸部分。

由於經典二衝程內燃機在怠速時移動的活塞仍會吸入 VTS 的新鮮部分，因此在這種修改中，該模塊完全停止工作（活塞保持不動）。 一旦動力裝置上的負載增加，在某一時刻離合器連接曲軸的空轉部分，並且電動機增加功率。

汽缸

經典的二衝程發動機在氣缸通風過程中將部分未燃燒的混合物排放到大氣中。 因此，配備這種動力裝置的車輛無法滿足環保標準。

為了糾正這個缺點，二衝程拳擊手的開發者設計了特殊的氣缸設計。 它們也有入口和出口，但它們的位置可以減少有害排放。

二衝程發動機的工作原理

經典二衝程改裝的一個特點是曲軸和活塞位於充滿空氣燃料混合物的空腔中。 入口處安裝有入口閥。 當活塞開始向下移動時，它的存在可以在活塞下方的空腔中產生壓力。 該壓力加速了氣缸的淨化和廢氣的去除。

當活塞在氣缸內移動時，它交替打開/關閉進氣口和排氣口。 因此，該裝置的設計特點使得可以不使用氣體分配機構。

為了使摩擦元件不會過度磨損，它們需要高質量的潤滑。 由於這些電機結構簡單，因此缺乏複雜的潤滑系統來將油輸送到內燃機的每個部件。 因此，燃料中添加了一些機油。 為此，使用了二衝程裝置的特殊品牌。 這種材料必須在高溫下保持其潤滑性能，並且當與燃料一起燃燒時，不得留下積碳。

儘管二衝程發動機尚未在汽車中廣泛使用，但歷史記載，這種發動機曾在某些卡車（！）汽車的引擎蓋下使用過。 YaAZ 柴油動力裝置就是一個例子。

1947年，這種設計的直列7缸柴油發動機被安裝在200噸卡車YaAZ-205和YaAZ-4上。 儘管重量重（約800公斤），但該裝置的振動比許多國內乘用車的內燃機要小。 原因是該改型的裝置包括兩個同步旋轉的軸。 這種平衡機制減弱了大部分發動機的振動，否則會導致卡車的木質車身很快崩潰。

有關二衝程電機操作的更多信息，請觀看以下視頻：

2 中風。 讓我們試著理解...

哪裡需要二衝程發動機

二衝程發動機的裝置比四衝程發動機更簡單，因此它們用於重量和體積比油耗和其他參數更重要的行業。

因此，此類電機安裝在輕型輪式割草機和園丁手動修剪機上。 手中拿著沉重的電機使園藝變得非常困難。 同樣的概念可以追溯到鏈鋸的製造過程中。

水路和航空運輸的重量也會影響其效率，因此製造商在高燃料消耗方面做出了妥協，以創造更輕的結構。

然而，兩輪車不僅用於農業和某些類型的飛機。 在汽車/摩托車運動中，重量與滑翔機或割草機一樣重要。 為了使汽車或摩托車具有更快的速度，設計者在製造此類車輛時使用輕質材料。 了解有關車身製造材料的更多信息。 這裡。 因此，這些發動機比重型且技術複雜的四衝程發動機具有優勢。

這是一個小例子，展示了內燃機的二衝程改裝在運動中的有效性。 從1992年開始，MottoGP摩托車比賽使用的部分摩托車使用了日本本田NSR4 500缸V型雙缸發動機。 該裝置的體積為 0.5 升，可產生 200 馬力，曲軸轉速高達每分鐘 14 轉。

扭矩為 106 Nm。 已經達到11.5。 這樣的嬰兒能夠發展的峰值速度超過每小時320公里（取決於騎摩托車的人的體重）。 發動機本身的重量僅為45公斤。 一公斤的運輸重量幾乎相當於一馬力半。 大多數跑車都會羨慕這種功率重量比。

二衝程和四衝程發動機的比較

問題是，為什麼機器不能有這樣的生產單元呢？ 首先，經典的二衝程是機動車輛中使用的所有單元中最不經濟的單元。 其原因在於氣缸的吹掃和填充特性。 其次，對於像本田NSR500這樣的賽車改裝，由於轉速較高，機組的工作壽命很小。

與 2 衝程發動機相比，二衝程發動機的優點包括：

• 曲軸旋轉一圈即可消除功率，比帶有氣體分配機構的經典發動機高出 1.7 至 XNUMX 倍。 該參數對於低速船用設備和活塞飛機模型更為重要。
• 由於內燃機的設計特點，其尺寸和重量較小。 這個參數對於輕型車輛來說非常重要，比如踏板車。 此前，這種動力裝置（通常其體積不超過1.7升）安裝在小型汽車上。 在此類修改中，提供了曲柄室吹掃。 一些卡車型號還配備了二衝程發動機。 通常，這種內燃機的容積至少為4.0升。 這種改進中的吹掃是通過直流式進行的。
• 它們的零件磨損較少，因為為了達到與四衝程同類產品相同的效果，移動元件執行的運動次數是四衝程元件的一半（兩個衝程合併在一個活塞衝程中）。

四衝程馬達

儘管有這些優點，但發動機的二衝程改裝具有顯著的缺點，因此在汽車中使用它尚不實際。 以下是其中一些缺點：

• 化油器模型在淨化氣缸室的過程中會損失 VTS 的新鮮充量。
• 在四衝程版本中，廢氣的去除程度比所考慮的類似版本更大。 原因是，在二衝程循環中，吹氣時，活塞沒有到達上止點，並且只有在其小衝程期間才能保證這一過程。 因此，一些空氣燃料混合物進入排氣道，而更多的廢氣留在氣缸本身中。 為了減少排氣中未燃燒的燃料量，現代製造商已經開發了噴射系統的改進，但即使在這種情況下，也不可能完全清除氣缸中的燃燒殘留物。
• 與具有相同排量的四衝程改裝相比，這些發動機更加強大。
• 為了淨化噴射發動機的氣缸，使用了高性能渦輪增壓器。 在這種電機中，空氣消耗量是其一倍半到兩倍。 因此，需要安裝特殊的空氣過濾器。
• 二衝程裝置在達到最大速度時會發出更大的噪音。
• 他們抽煙更多。
• 在低速時，它們會產生強烈的振動。 四衝程和二衝程的單缸發動機在這方面沒有區別。

至於二衝程發動機的耐用性，有一種觀點認為，由於潤滑不良，它們失效得更快。 但是，如果您不考慮運動摩托車的裝置（高速會很快使零件失效），那麼關鍵規則就適用於機械原理：機構的設計越簡單，其使用壽命就越長。

四衝程發動機有更多的小零件，特別是在氣體分配機構中（有關氣門正時的工作原理，請閱讀 這裡），隨時可能中斷。

正如你所看到的，內燃機的發展還沒有停止，所以誰知道工程師們會在這個領域做出什麼突破。 新開發的二衝程發動機的出現給人們帶來了希望，即在不久的將來汽車將配備更輕、更高效的動力裝置。

總之，我們建議考慮對活塞相互移動的二衝程發動機進行另一種修改。 誠然，這項技術不能像 Hofbauer 版本那樣被稱為創新，因為這種內燃機在 1930 世紀 2 年代開始用於軍事裝備。 然而，此類二衝程發動機尚未用於乘用車：

令人驚嘆的反活塞發動機 2018

問題與解答：

二衝程發動機是什麼意思？ 與四衝程發動機不同，所有衝程都在曲軸旋轉一圈內完成（兩個衝程在一個活塞衝程內完成）。 在其中，將填充氣瓶和給氣瓶通風的過程結合在一起。

二衝程發動機如何潤滑？ 發動機的所有摩擦內表面都由燃料中的油潤滑。 因此，這種發動機中的油必須不斷加滿。

二衝程發動機如何工作？ 在這台內燃機中，明確表達了兩個衝程：壓縮（活塞移至上止點並逐漸關閉先吹掃然後排氣口）和工作衝程（BTC 點火後，活塞移至下止點，打開相同的端口進行清除）。