Спортивный двухтактный двигатель

Мой хороший знакомый, очень уважаемый мною моторист и бывший мотогонщик когда то сказал фразу о двухтактном моторе, которая мне очень запомнилась: "Жизнь двухтактного мотора как у бабочки, очень яркая, но недолгая". Эта фраза мне вспомнилась после того как, я наткнулся на статью о гоночном двухтактном двигателе Honda-NSR500.
Ведь действительно автомобилисты редко сталкиваются с двухтактными двигателями и поэтому мало о них знают. А ведь двухтактники обладают двумя огромными преимуществами — огромная литровая мощность и очень малый вес. Эти характиристики идеально подходят для гоночных мотоциклов.
HONDA NSR500 двигатель
Технические характеристики HONDA NSR500. • Год выпуска: 1992 • Мощность двигателя: до 200 лс при 14000 оборотов в минуту на 2000 год. • Крутящий момент: 106 н/м при 11450 оборотов в минуту • Рабочий объем: 498 куб. см. • Двухтактный, 60-градусный, 4 цилиндровый, V образный • Ширина двигателя 300 мм • Масса двигателя 45 кг • Масса мотоцикла без топлива 135 кг • Запас топлива 32 литра • Максимальная скорость более 320 км/час • Разгон до 100 около 2 сек. Сильно зависит от массы пилота и топлива. HONDA NSR500 был самым успешным из полулитровых двухтактных Гран при мотоциклов, и зачастую наиболее опасным из всех. Это было связано главным образом из-за его двигателя V4, который был вообще самый мощным на гоночной сетке. Норов и мощность его была настолько жесткой, что лучшие гонщики мира в том числе и Валентино Росси, не всегда могли его полностью контролировать. NSR дебютировал в 1984 году и с тех пор на этом мотоцикле за 18 лет, было выиграно 10 Гран-При в классе 500 и 130 отдельных гонок. Такой успех прежде всего связан с устройством двигателя и малым весом самого болида. Двухтактный двигатель HONDA NSR500 с одним коленвалом, без дополнительных балансиров, получился очень легким и обладал малым гироскопическим эффектом, что позволяло улучшить маневренность мотоцикла в поворотах. Огромная мощность позволяла быстро разгоняться.
Мощность двигателя постоянно росла и в 1989 году она составляла уже 190 лс а в 2000г 200 лс. Около 18 лет мотоциклы HONDA, оснащенные этим безумным двигателем состязались и выигрывали на гоночных трассах по всему миру. По сей день двигатель NSR500 является одним из самых безумных двигателей из когда либо созданных.
Получается литровая мощность 200 лс на 0,5 литра то есть 400 сил на 1 литр объема и при этом вес мотоцикла 135 кг. Энерговооруженность не слабая 1,48 лс на 1 кг веса!
Но за все надо платить. В данном случае охренительный расход топлива (это вообще особенность двухтактных моторов обусловленная гениально простой системой газораспределения), а у гоночных моторов так тем более, и очень малый моторесурс. Получается фраза бывалого мотогонщика очень точно отображает жизнь двухтактного двигателя — как у бабочки, очень яркая, но недолгая.

Современные двухтактные двигателя с непосредственным впрыском

Основным препятствием созданию мощных наддувных двухтактных моторов лёгкого топлива является тот факт что при 2х-тактном цикле тракты всасывания и выхлопа некоторое время (время продувки) сообщаются один с другим. При этом если в цилиндр подается свежая топливо-воздушная смесь, она может попасть в горячий выхлопной тракт что приведёт к пожару. Но после того как изобрели и стали применять непосредственный впрыск топлива в цилиндры, подачу топлива можно начинать уже после того как выхлопной тракт закроется. То пожар становится невозможным. Известен двухтактный двигатель с ЭСУД и установкой форсунки в камере сгорания и образованием выемки в днище поршня [патент США 6338327, МПК F02B 23/10, опубл. 15.01.2002], содержащий головку блока, корпус, форсунку, шатун, поршень, впускные и выпускные окна, свечу зажигания. В этом двигателе осуществляется раздельная подача воздуха и топлива, впрыск топлива после закрытия выпускного окна в сферическую выемку в днище поршня.
Этими конструктивными мероприятиями достигается повышение экономичности за счет ликвидации выброса топлива при продувке и делается попытка повышения экономичности и экологии за счет послойного смесеобразования. Основным недостатком установки форсунки в камере сгорания является то, что она расположена в зоне высоких температур (до 3000°С) и давлений (до 7 МПа). Это снижает ее надежность и долговечность, что подтверждается опытом эксплуатации инжекторных четырехтактных ДВС. Организация охлаждения форсунки, расположенной в головке блока, усложнят конструкцию головки блока ДВС с жидкостным и тем более двухтактных ДВС с воздушным охлаждением. Установка форсунки в зоне высоких давлений предопределяет необходимость повышения давления топлива перед сопловыми отверстиями форсунки на 0,3-0,5 МПа больше максимального давления рабочего тела в камере сгорания. Это требует создания новой аккумуляторной системы питания двигателя высокого давления (Р=8,3...8,5 МПа) и узлов, рассчитанных на это давление, например двухступенчатого электробензонасоса. Другим недостатком известного двигателя является необоснованность организации послойного объемно-пленочного смесеобразования путем впрыска топлива в сферическую выемку в днище поршня. Накопление топлива в выемке днища поршня с последующим забрасыванием его в направлении свечи за счет силы инерции Pj массы топлива - m, определяемой по уравнениям Р J=mrдвухтактный бензиновый двигатель с непосредственным впрыском топлива и электронной системой управления, патент № 2344299 2, где r - радиус кривошипа, двухтактный бензиновый двигатель с непосредственным впрыском топлива и электронной системой управления, патент № 2344299 - угловая скорость коленчатого вала, равная двухтактный бензиновый двигатель с непосредственным впрыском топлива и электронной системой управления, патент № 2344299 , где n - частота вращения коленчатого вала, 1/мин. В широком диапазоне изменения частоты вращения (n2 ) это приведет к забрасыванию свечи (на nMAX ) или к "недолету" при nMIN. Кроме это, при таком способе продувки цилиндра не организовано пленочное смесеобразование. Известно техническое решение, направленное на замену карбюраторной системы питания двухтактного двигателя инжекторной системой с электронным управлением [Двухтактные карбюраторные двигатель внутреннего сгорания. /В.М.Кондратов, Ю.С.Григорьев, В.В.Тупов и др. - М.: Машиностроение, 1990, с.47-48]. Двигатель содержит цилиндр, установленный в нем поршень, головку цилиндра с камерой сгорания, топливную форсунку, установленную наклонно в стенке цилиндра, в которой выполнены впускное и выпускное продувочные окна. В этом двигателе вместо карбюратора во впускной тракт (окно) устанавливается форсунка, подача топлива через которую осуществляется электронным блоком управления ЭСУД перед перекрытием впускного окна золотником-поршнем. Такое решение снижает сопротивление впускного тракта (отсутствует диффузор, создающий сопротивление). Это ведет к повышению коэффициента наполнения, а значит и возможности повышения мощности, но не решает экономические и экологические проблемы, т.к. не исключает выброс топлива в выхлопное окно. В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в повышении топливной экономичности и экологических показателей двигателя, надежности и долговечности работы форсунки. Указанная задача решается тем, что в двухтактном бензиновом двигателе с непосредственным впрыскиванием топлива в цилиндр и электронной системой управления, содержащем цилиндр, установленный в нем поршень, головку цилиндра с камерой сгорания, топливную форсунку, установленную наклонно в стенке цилиндра, в которой выполнены впускное и выпускное продувочные окна, согласно изобретению топливная форсунка установлена в зоне низких температур и давления в плоскости, наклоненной к плоскости днища поршня в сторону НМТ под углом 10-15°, при этом распылитель форсунки расположен выше верхней кромки выпускного окна на 7-10 мм, кроме того, профилированные, продувочные окна расположены тангенциально к стенке цилиндра с наклоном в сторону камеры сгорания. В распылителе форсунки выполнены, по крайней мере, три сопловых отверстия диаметром 0,15-0,25 мм, расположенных под разными углами к оси форсунки, два из которых направлены в сторону цилиндрической выемки в днище поршня, а одно - в околосвечную зону. Повышение топливной экономичности, надежности и долговечности форсунки обеспечивается: - раздельной подачей топлива и воздуха в цилиндр двигателя; - установкой форсунки в зоне низкой температуры и давления и впрыском топлива после закрытия выпускного окна; - профилированием впускных окон для организации завихрения воздушного потока при продувке; - организацией объемно-пленочного смесеобразования с двухтактный бензиновый двигатель с непосредственным впрыском топлива и электронной системой управления, патент № 2344299 <0,9 в околосвечном объеме и двухтактный бензиновый двигатель с непосредственным впрыском топлива и электронной системой управления, патент № 2344299 >>1 в зоне смешения паров топлива с воздухом. В стенке гильзы, на 7-10 мм выше кромки выпускного окна и с наклоном под углом 10-15° в сторону НМТ, установлена форсунка, два сопловых отверстия которой направлены в цилиндрическую (высотой 1,5-2,5 мм) выемку в днище поршня, а одно сопловое отверстие - в околосвечный объем так, чтобы при впрыске топлива свеча зажигания оказалась в зоне топливного факела с коэффициентом избытка воздуха двухтактный бензиновый двигатель с непосредственным впрыском топлива и электронной системой управления, патент № 2344299 , равной 0,9-0,95. Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором дана общая схема двигателя с форсункой в гильзе цилиндра.
Двухтактный двигатель содержит корпус 1, расположенный в нем цилиндр 2, в котором выполнены профилированные тангенциальные наклонные впускные окна 3, создающие закрученный поток воздуха, выпускное окно 4 для очистки цилиндра от продуктов сгорания и форсунка 5, расположенная в стенке гильзы цилиндра 2, поршень 6, выполняющий функцию золотника с цилиндрической выемкой 7 в днище. Топливная форсунка 5 установлена в стенке цилиндра 2 в зоне низких температур и давления в плоскости, наклоненной к плоскости днища поршня под углом двухтактный бензиновый двигатель с непосредственным впрыском топлива и электронной системой управления, патент № 2344299 =10-15°, таким образом, чтобы распылитель форсунки 5 был расположен выше верхней кромки выпускного окна 4 на величину h=7-10 мм. Двигатель работает следующим образом. При перемещении поршня 6 от ВМТ к НМТ на такте расширения (рабочего хода) открывается выпускное окно 4 и продукты сгорания под давлением начинают выбрасываться в атмосферу. При понижении давления в цилиндре 2 до величины, меньшей величины давления во впускных окнах 3, через них под давлением продувочного насоса (или из картера) поступает воздух, который закручивается профилированными впускными окнами 3 по поверхности зеркала цилиндра в сторону головки блока 8, вытесняя продукты сгорания. Процесс продувки цилиндра двигателя «чистым» воздухом продолжается при движении поршня 6 от НМТ к ВМТ до перекрытия им сначала впускных окон 3, а затем и выпускных окон 4. Начинается процесс сжатия. Максимальная температура выхлопных газов при продувке в начале выхлопа в месте расположения форсунки 5 по расчетам не превышает 1000°С, а давление не более 0,25...0,3 МПа, что ниже силы затяжки пружины форсунки. Это предотвращает заброс газов в форсунку. После перекрытия выпускных окон 4 по сигналу датчика положения коленчатого вала (не указан), а значит, и поршня, электронный блок управления (ЭБУ) включает подачу топлива форсункой. Цикловая подача топлива, определяемая ЭБУ в зависимости от скоростного и нагрузочного режимов, задается временем «открытия» форсунки при заданной постоянной скорости истечения топлива через сопловые отверстия, т.е. длина и форма факела топлива, подаваемого через каждое из сопловых отверстий, не зависит от скоростного режима двигателя, что обеспечивает возможность ориентации факела 9 относительно свечи 10 так, чтобы обеспечить в этой зоне коэффициент избытка воздуха 0,9-0,95 без забрызгивания ее во всем скоростном режиме двигателя. Топливо, подаваемое двумя сопловыми отверстиями форсунки 5 в цилиндрическую выемку 7 днища поршня, равномерно распределяется по поверхности выемки, образуя тонкую пленку одинаковой толщины со значительной поверхностью, с которой начинается интенсивное испарение ее в закрученный воздушный поток, обеспечивая значение коэффициента избытка воздуха в нем двухтактный бензиновый двигатель с непосредственным впрыском топлива и электронной системой управления, патент № 2344299 >>1. В момент впрыска топлива в зоне установки форсунки 5 температура и давление не велики и практически не зависят от режима работы двигателя после начала повышения давления на такте сжатия, т.к. поршень 6 перекрывает сопловые отверстия форсунки, защищая ее компрессионными кольцами от высокого давления и температуры при сгорании. Такое конструктивное решение и организация послойного объемно-пленочного смесеобразования обеспечивает выполнение поставленной цели - повышение экономичности, улучшение экологии, а также и повышение надежности и долговечности форсунки. Повышение экономичности достигается как за счет ликвидации выброса топлива при продувке цилиндра воздухом и впрыском топлива после продувки, так и увеличением коэффициента избытка воздуха до двухтактный бензиновый двигатель с непосредственным впрыском топлива и электронной системой управления, патент № 2344299 =1,5-1,6, что позволяет запрограммировать ЭБУ на получение характеристики двухтактный бензиновый двигатель с непосредственным впрыском топлива и электронной системой управления, патент № 2344299 =f(Neun)=onm.
Улучшение экологических показателей достигается: - снижением выброса топлива при продувке; - за счет реакции окисления окисла углерода СО до CO2 кислородом окислов азота NOx вида СО+NOxдвухтактный бензиновый двигатель с непосредственным впрыском топлива и электронной системой управления, патент № 2344299 СО2+N2 в зоне высоких температур около свечи при двухтактный бензиновый двигатель с непосредственным впрыском топлива и электронной системой управления, патент № 2344299 <1; - за счет снижения температуры в закрученном топливно-воздушном потоке с двухтактный бензиновый двигатель с непосредственным впрыском топлива и электронной системой управления, патент № 2344299 >>1, при которой инертный азот не окисляется. Повышение надежности и долговечности форсунки, а также исключение необходимости создания аккумуляторной системы питания высокого давления достигается установкой форсунки в зоне низких температур и давления.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ НА САЙТЕ


Двигатель ВАЗ 11183

Двигатель ВАЗ 11183 представляет собой продукт модернизации известного мотора 2111. Как и все предшествующие модели, двигатель ВАЗ 11183 – это классический четырехтактный, рядный, 4-х цилиндровый силовой агрегат с верхним расположением распределитель...

Двигатель Д-245

Все модификации дизельного двигателя «Д-245» Минского моторного завода – это 4-х тактные поршневые четырехцилиндровые моторы. Расположение цилиндров в них рядное, вертикальное, впрыск дизтоплива непосредственный, с воспламенением от сжатия. Первонач...

Спортивный двухтактный двигатель

Мой хороший знакомый, очень уважаемый мною моторист и бывший мотогонщик когда то сказал фразу о двухтактном моторе, которая мне очень запомнилась: "Жизнь двухтактного мотора как у бабочки, очень яркая, но недолгая". Эта фраза мне вспомнилась после то...

Роторно-поршневой двигатель с турбонаддувом

В последний раз Mazda продавала роторный двигатель с турбонаддувом в RX-7 третьего поколения. (RX-8, который поддерживал ротор до 2012 года, никогда не имел турбо.) Автопроизводитель неоднократно дразнил...

Передний или задний привод: плюсы и минусы каждой

Заднеприводные автомобили «лучше», чем переднеприводные? Прежде чем мы перейдем к плюсам и минусам каждого из них, давайте определимся, что означают эти термины. Передний и задний привод относятся к ведомым колесам автомобиля. Итак, передние означает...

Принцип работы двигателя Стирлинга

Двигатель Стирлинга - это тепловой двигатель, который сильно отличается от двигателя внутреннего сгорания в вашем автомобиле. Изобретенный Робертом Стирлингом в 1816 году, двигатель Стирлинга обладает потенциалом быть намного более эффективным, чем б...

Двигатели Hemi

Если вы любите автомобили, то вы наверняка слышали о двигателе HEMI. Если вы родились в 1960-х годах или раньше, вы помните феномен, созданный двигателями Chrysler HEMI в 1950-х, 60-х и 70-х годах. Если вы любите мускул-кары или драг-рейсинг, вы знае...

Двигатели Hyundai серии Gamma 1.6

Версия 1.6L семейства двигателей Gamma имеет следующие версии - G4FA, G4FC, G4FD, G4FG и G4FJ. Первым 1,6-литровым гамма-двигателем Hyundai был G4FC - 1,6-литровый четырехцилиндровый бензиновый двигатель с многоточечным впрыском топлива, представленн...