Регистрация Войти
Вопрос

Почему двухтактные двигатели с прямым впрыском встречаются редко?

Традиционно существовало два типа двигателей: двухтактные и четырёхтактные, а дизельные двигатели были исключительно четырёхтактными (за исключением, возможно, очень больших судовых дизелей).


Двухтактный двигатель имеет ряд преимуществ:



  • Простота и низкая стоимость

  • Высокое соотношение мощности и веса благодаря тому, что рабочий ход совершается в два раза чаще


А также некоторые недостатки:



  • Неэффективное использование топлива из-за того, что часть топлива прогорает в цилиндре и попадает в выхлопную систему

  • Неприятный запах выхлопных газов из-за высокого содержания углеводородов, которые попадают в выхлопную систему как из-за смешивания смазочного масла с топливом, так и из-за того, что топливо и смазочное масло попадают прямо в выхлопную систему

  • Недостаточная смазка приводит к сокращению срока службы

  • Необходимость добавления смазочного масла в топливо, что может привести к немедленному повреждению двигателя в случае его отсутствия

  • Необходимость установки свободного хода на автомобилях, движущихся под уклон, и торможения двигателем для обеспечения достаточной смазки


Однако при непосредственном впрыске и использовании картера в качестве масляного поддона все недостатки двухтактных двигателей исчезают:



  • Топливо больше не попадает напрямую в выхлопную систему

  • Выхлопные газы больше не пахнут, потому что в них нет несгоревшего топлива и масла

  • Смазка будет такой же качественной, как и при четырёхтактном двигателе, что обеспечит долгий срок службы

  • Смазочное масло больше не нужно добавлять в топливо

  • Обгонная муфта больше не нужна, так как система смазки идентична четырёхтактной


Мне вот что интересно: почему мы не видим ни одного двухтактного двигателя с прямым впрыском в автомобилях? Может быть, такой двигатель можно было бы установить на высокотехнологичный 50-кубовый мопед (вероятно, из-за ограничения в 50 кубических сантиметров, так как всё, что больше, считается мотоциклом).


Пожалуй, единственными недостатками двухтактных двигателей с прямым впрыском являются:



  • Топливо должно впрыскиваться под очень высоким давлением, потому что впрыск происходит после закрытия выпускного отверстия, а давление в этот момент очень высокое. Однако современным дизельным двигателям это удаётся.

  • Возможно, ограниченная скорость испарения топлива может влиять на число оборотов в минуту, если двигатель бензиновый. Обычно в бензиновых двигателях с непосредственным впрыском топливо подается на такте впуска, а не на такте сжатия

  • Турбокомпрессор необходим для продувки цилиндра, но он не повышает давление воздуха в цилиндре, как это обычно делают турбокомпрессоры. Это увеличивает вес и стоимость.

  • Турбокомпрессоры несовместимы с двухтактными двигателями с непосредственным впрыском, поскольку впускные и выпускные отверстия открыты одновременно, и воздух просто проходит через двигатель


На самом деле двухтактный двигатель с непосредственным впрыском может быть более экономичным, чем эквивалентный четырёхтактный двигатель, потому что у него высокое соотношение мощности и веса, поэтому можно использовать двигатель меньшего размера.


Я не предлагаю заменить бензопилы на двигатели с непосредственным впрыском, поскольку система впрыска и нагнетатель увеличивают вес и стоимость. Тем не менее я считаю, что такой двухтактный двигатель с непосредственным впрыском мог бы идеально подойти для автомобилей. Однако мы не видим таких двигателей в автомобилях, они используются только в больших судовых дизельных двигателях. Почему? Есть ли какой-то фатальный недостаток, который я просто не замечаю?
Авто и транспорт

Перевод вопроса с Mechanics Stack Exchange
Лицензия: CC BY-SA (2.5–4.0)
Оригинальный вопрос: https://mechanics.stackexchange.com/questions/92297/why-are-two-stroke-direct-injection-engines-uncommon
1
+ Читать

5 Комментариев

  1. Вот интересное видео. Хотя в названии видео говорится «однотактный», не сомневайтесь, это двухтактный двигатель. Он также работает по принципу непосредственного впрыска.


    Обратите внимание, что в этом двигателе не используется масло в топливе, поэтому уровень выбросов значительно ниже. Вы также можете использовать принудительное впрыскивание, что значительно повысит выходную мощность по сравнению с обычными двухтактными двигателями.


    Они существуют? Конечно, но я не думаю, что они приедут к вам на машине.

  1. Существует множество причин, по которым их нет в автомобилях, но я расскажу о некоторых из них.



    1. Что касается выбросов, то в Европе действует стандарт выбросов EURO 6, с которым производителям приходится изрядно повозиться. Если вкратце, то двигатель автомобиля, соответствующий стандарту EURO 6, контролируется системой выхлопа.
      На двухтактных двигателях добиться этого очень сложно.



    2. Диапазон оборотов. Автомобили ежедневно ездят с самыми разными оборотами двигателя, и вам нужен максимальный крутящий момент во всем диапазоне оборотов. (Двигатели BMW отлично справляются с этой задачей.)
      --- Еще одна причина, по которой они используются только в локомотивных или судовых двигателях, заключается в том, что они постоянно работают на фиксированной частоте вращения. На которой они и были спроектированы.



    3. Расход топлива.
      Бензин: даже при непосредственном впрыске нельзя допускать слишком бедной или слишком богатой смеси. Трудно добиться правильного соотношения воздух-топливо в традиционной двухтактной конструкции.
      Дизель: даже судовые двигатели двухтактные, потому что, как вы и сказали, они в два раза мощнее. Трудно точно рассчитать количество топлива для разных оборотов и нагрузок двигателя, даже если у двухтактного двигателя преимущество в соотношении веса и мощности, это едва заметно в небольших устройствах, таких как автомобили. Ах да... турбокомпрессор — вот почему дизель стал популярен в автомобилях.




    Есть ещё много причин, но эти должны дать вам более полное представление.


    Кроме того, все эти судовые двигатели имеют выпускной клапан, поэтому, даже если вы хотите использовать двухтактный двигатель в автомобиле, вы не сможете сделать его работоспособным без какой-либо системы клапанов. Традиционные (мотоциклетные) двухтактные бензиновые двигатели всасывают воздух только потому, что в картере создаётся вакуум, когда поршень движется вверх. В таких двигателях нельзя использовать принудительную подачу воздуха.


    Хотите использовать непосредственный впрыск и принудительную индукцию? Тогда вам подойдёт судовой двигатель. Хотите использовать их в автомобилях? Что ж, расход топлива будет таким же, как у четырёхтактных двигателей, а уровень выбросов — соответствующим.
  1. Кроме того, вы не увидите ни прямого, ни даже непрямого (или через порт) впрыска в небольших двухтактных двигателях из-за их стоимости и простоты конструкции.
  1. Ваше утверждение о том, что дизельные двигатели бывают только четырёхтактными, ошибочно. Помимо популярных двигателей Detroit Diesel, многие, а возможно, и большинство крупных дизельных двигателей, используемых на судах, электростанциях и локомотивах, являются двухтактными.
  1. Дизельные двигатели Detroit 71-й серии были двухтактными двигателями с непосредственным впрыском. Я думаю, от них отказались, потому что обычные четырёхтактные дизельные двигатели были более экономичными и мощными. В них использовались выпускные клапаны, а не прямые каналы, но это всё равно были двухтактные двигатели.
Вы уже ответили на этот вопрос