Что делает двухтактные двигатели менее экономичными, чем четырехтактные?

Широко распространено мнение, что двухтактные двигатели менее экономичны, чем четырехтактные, и некоторые примеры показателей BSFC также подтверждают это.

Но что делает двухтактные двигатели менее экономичными?

Раньше я считал, что это происходит из-за того, что такт впуска происходит один раз за два оборота в четырехтактном двигателе, в отличие от двухтактного двигателя, но сейчас я не уверен.

Эта статья Evinrude предполагает, что разница в эффективности использования топлива заключается в способе подачи топлива, поэтому различия в экономии топлива обусловлены несправедливым сравнением более старых двухтактных двигателей с более новыми четырехтактными.

Итак, какие факторы объясняют различия в экономии топлива между двумя типами двигателей?

Просто на той же странице, как работают два мазка, вот картинка. Я должен был искать это, потому что у меня была неправильная картина в моей голове.

При взгляде на то, как на самом деле работает цикл, рабочий ход отключается, образуя продукты сгорания и мощность. Когда начинается ход вниз, давление в цилиндре становится высоким, что позволяет выхлопным газам выходить и принудительно закрывать впускной клапан. Когда происходит движение вверх, давление в цилиндре становится низким, поскольку выходящие выхлопные газы вызывают небольшую волну давления выходящего газа, которая теперь открывает значение тростника и втягивает новую топливно-воздушную смесь.

Кажется, что некоторые ключевые причины неэффективности двигателя:

• Цилиндры не очищаются от выхлопных газов поршнем, выталкивая их, они просто выходят из-за того, что давление наружного воздуха ниже, чем давление в цилиндре после того, как искра зажжет топливо. Это приведет к неполному выбросу выхлопных газов. Объем, потребляемый этими оставшимися газами, предотвращает попадание большего количества смеси воздуха и топлива.
• Когда происходит движение вверх, для некоторой части пути смесь воздуха и топлива также удаляется. Таким образом, впустую тратит топливо, поскольку это выгоняется.
  
  Возможно, эти проблемы решаются двумя большими ходами, но маленькие приводят в движение такие вещи, как косилки, снегоуборщики, газонокосилки и т. Д., Небольшие двигатели для ограниченного применения. Не вождение по пересеченной местности. Для этих небольших двигателей количество деталей и их стоимость гораздо важнее, поэтому они действительно хорошо работают для этих применений.

Эффективность любого двигателя внутреннего сгорания напрямую связана с его эффективностью по Карно, где эффективность равна температуре воздуха на входе минус температура воздуха на выходе, деленная на температуру на входе. Это напрямую зависит от степени расширения газов. Дизельный двигатель имеет степень расширения, приближающуюся к 30: 1, тогда как бензиновый двигатель редко может превышать 13: 1 из-за соображений детонации со средними значениями октанового числа топлива. В обычном двухтактном двигателе выхлопная труба должна открываться очень рано во время рабочего такта, чтобы давление в цилиндре падало значительно ниже давления входящего заряда, чтобы избежать попадания отработавших газов в каналы переноса и смешивания со свежим зарядом. Чем выше рабочая частота вращения, тем больше необходим вывод отработавших газов (называемый «продувка»). Обычно, Коэффициент расширения равен коэффициенту расширения в поршневых двухтактных двигателях. В четырехтактных двигателях выпускные отверстия обычно открываются непосредственно перед положением поршня в нижней мертвой точке, что дает максимальную степень расширения. В двухтактном выхлопе может открываться до 90 градусов до нижней мертвой точки, тратя таким образом 50% рабочего хода и резко снижая эффективность за счет высокой выходной мощности при более высоких оборотах в минуту.

Я должен согласиться и не согласиться с вашими утверждениями в вопросе и в статье.

Более высокий расход топлива у двухтактного двигателя в основном связан с тем, что он имеет рабочий такт на оборот коленчатого вала.

Я, однако, должен не согласиться со статьей, в которой говорится, что подача топлива играет важную роль в топливной эффективности более старых 2-тактных двигателей.

Я поддерживаю мои заявления, взяв пример разницы в эффективности использования топлива между карбюраторным 2-тактным и карбюраторным 4-тактным двигателем. Даже не принимая во внимание EFI, когда оба карбюратора все еще имеют 4-тактный ход, он выполняет 2-тактный ход в значительной степени.

• Yamaha 125cc 2-тактный двигатель дает около 70 миль на галлон
• 4-тактный двигатель Honda 125cc дает около 153 миль на галлон

Теперь очевидно, что EFI, будь то прямой впрыск или впрыск через порт, улучшит эффективность и выхлоп любого двигателя, независимо от того, будет ли он двухтактным или четырехтактным.

Технология E-TEC, показанная на видео, является GDI на двухтактном двигателе, она повысит эффективность, но будет ли она равна 4-тактному двигателю GDI такой же мощности? Я очень сомневаюсь, например, в этом

• Версия EFI вышеупомянутого 125-кубового двигателя Honda дает приблизительно 166 миль на галлон

То есть, если двухтактный двигатель Suzuki с GDI может производить более чем в два раза больше FE, то я согласен с концепцией, но с моими знаниями о том, как работает GDI, я не уверен в этом.

Примечание: двигатели от Yamaha RX135, Honda Stunner и Honda stunner PGM-FI, и это реальные цифры.

Очень многое зависит от конкретных двухтактных и четырехтактных двигателей. Но главное преимущество двухтактных двигателей в том, что их можно производить невероятно просто и так дешево. Двигатель с тремя движущимися компонентами (коленчатый вал, шатун и поршень), вероятно, не настроен на расход топлива.

Самая большая проблема, вероятно, заключается в том, что выпускное отверстие открыто во время всасывания впускной смеси. Следовательно, потенциально большое количество несгоревшего топлива исчезает прямо в выхлопе, не выполняя никакой полезной функции (кроме, возможно, небольшого охлаждения двигателя).

Дальнейшему распылению топлива, вероятно, не поможет подача впускной смеси через картеры и отверстия, что дает топливу больше шансов для образования более крупных капель.

В двухтактном исполнении выхлопная система будет спроектирована так, чтобы вытягивать смесь через двигатель, как сгоревший выхлопной газ, так и свежую смесь. Вероятно, более свежая смесь будет втягиваться в выхлопную трубу, прежде чем волны давления вытолкнут эту смесь обратно в двигатель. , Это хорошо работает для получения дополнительного топлива (и, следовательно, мощности), но не так хорошо для экономии. Кроме того, он работает только на определенных диапазонах оборотов.

Некоторые из этих проблем могут быть исправлены с помощью прямого впрыска топлива (и были произведены двухтактные мотоциклы с двигателями с непосредственным впрыском топлива, и в 1990-х Форд выпустил партию Fiestas с двухтактными двигателями для оценки). Но прямой впрыск топлива - дорогое и сложное дополнение к простому двигателю. При такой системе воздух может поступать в двигатель, а топливо впрыскивается только после закрытия выпускного отверстия.

Двухтактный двигатель имеет большое преимущество перед обычным четырехтактным двигателем. Без необходимости в установке клапанов, камера сгорания может быть намного легче сформирована в соответствии с целями этого конкретного двигателя.

Посмотрите, как работает 4-х тактный двигатель.

а) Вниз - всасывает смесь в двигатель

б) ход вверх - сжимает газы

в) огонь

г) ход вниз - двигатель работает

д) ход вверх - использованные газы удаляются

Теперь посмотрим на 2 хода

огонь

b) Двигатель с понижающей передачей работает (высокое давление в цилиндре) Сжимает смесь в картере

в) ход вверх - двигатель должен как выхлопные газы, так и ввести новую смесь - всасывает новую смесь в картер

Таким образом, в двухтактном двигателе всегда будет смесь выхлопных газов и несгоревших газов. Раньше также было время, когда для увеличения мощности двухтактный перенос смеси из нижнего картера перекрывал открытое выпускное отверстие. Это привело к тому, что несгоревшее топливо проходило прямо через двигатель.

Современный дизайн снижает, но не может полностью устранить эту эффективность, которая, как представляется, еще более обременительна, чем четырехтактный метод двухкратного вращения двигателя для получения одного рабочего такта.

Это очень просто. В двухтактных двигателях топливо также является смазочным материалом и охлаждающей жидкостью, а смешивание масла с бензином увеличивает энергосодержание топлива при одновременном снижении октанового числа, поэтому двухтактные двигатели должны работать с фиксированным временем зажигания, а сверхбогатые топливно-воздушные смеси становятся еще богаче высокоэнергетическое низкооктановое масло, смешанное с воздухом. Воздушное охлаждение делает их еще более чувствительными к синхронизации, температурам цилиндров и другим переменным, которые не могут компенсировать их фиксированная синхронизация и системы смазывания и охлаждения при полной потере. И, конечно же, они имеют огромные встроенные утечки вакуума, которые происходят в наихудшее возможное время для объемной эффективности, и синхронизация клапанов также фиксируется, в то время как даже с кулачком механического подъема синхронизация клапанов четырехтактного двигателя увеличивается с увеличением частоты вращения двигателя.

Двухтактные двигатели конкурировали с низкооборотными низкооборотными двигателями с плоской головкой для сезонного использования, пока достижения в металлургии и производстве не позволили создать дешевые 4-тактные OHV-двигатели с электронным зажиганием и впрыском топлива, поэтому зажигание и настройка топлива стали автоматическими и оптимальными. для более автомобильных и сезонных применений, таких как снегоходы, квадроциклы, подвесные моторы, наружное силовое оборудование, такое как триммеры для струн и воздуходувки для листьев, и другие потребительские товары. Усовершенствования электронной системы зажигания и специальные, ориентированные на конкретное применение карбюраторные системы, а также ожидаемые эксплуатационные характеристики и ценовые показатели едва удерживают двухтактный двигатель на конкурентоспособных в промышленных / коммерческих машинах, таких как переносные режущие инструменты. Отрезные пилы, бензопилы и т. Д.