車のXNUMXストロークエンジン
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自動車の世界では、多くのパワートレインが開発されています。 それらのいくつかは、デザイナーが彼の発案をさらに発展させる手段を持っていなかったという事実のために時間内に凍結しました。 他のものは効果がないことが判明したので、そのような開発には有望な未来がありませんでした。
クラシックなインラインまたはV字型エンジンに加えて、メーカーは他のデザインのパワーユニットを搭載した車も製造しました。 いくつかのモデルのボンネットの下で見ることができました ワンケルエンジン, ボクサー（またはボクサー）, 水素モーター. 一部の自動車メーカーは、モデルでそのようなエキゾチックなパワートレインを使用できます。 これらの変更に加えて、歴史はいくつかのより成功した非標準モーターを知っています（それらのいくつかは 別の記事).
それでは、芝刈り機で草を刈ったり、チェーンソーで木を切ったりする必要性について話さない限り、ほとんどのドライバーが遭遇しないそのようなエンジンについて話しましょう。 XNUMXストロークパワーユニットです。 基本的に、このタイプの内燃エンジンは、自動車、タンク、ピストン航空機などで使用されますが、自動車では非常にまれです。
また、XNUMXストロークエンジンはモータースポーツで非常に人気があります。これらのユニットには大きな利点があるからです。 第一に、それらは小さな変位に対して巨大な力を持っています。 第二に、それらの単純化された設計のために、これらのモーターは軽量です。 これらの要素は、スポーツ二輪車にとって非常に重要です。
そのような変更のデバイスの機能、およびそれらを車で使用できるかどうかを検討してください。
XNUMXストロークエンジンとは
1880ストローク内燃エンジンの作成に関する特許がXNUMX年代初頭に初めて登場しました。 開発はエンジニアのダグラッドクラークによって発表されました。 彼の発案による装置にはXNUMXつのシリンダーが含まれていました。 XNUMX人は労働者であり、もうXNUMX人は軍事技術協力の新たなバッチを汲み上げていました。
10年後、チャンバーブローダウンによる改造が登場し、排出ピストンがなくなりました。 このモーターはジョセフデイによって設計されました。
これらの開発と並行して、カールベンツは独自のガスユニットを作成し、その製造に関する特許は1880年に登場しました。
XNUMXストロークdvigunは、その名前が示すように、クランクシャフトのXNUMX回転で、混合気の供給と燃焼、および車両の排気システムへの燃焼生成物の除去に必要なすべてのストロークを実行します。 。 この機能は、ユニットの設計機能によって提供されます。
ピストンのXNUMXストローク中に、シリンダー内でXNUMXつのストロークが実行されます。
- ピストンが下死点にあるとき、シリンダーはパージされます。つまり、燃焼生成物が除去されます。 このストロークは、排気を排気管に移動させるBTCの新しい部分の吸気によって提供されます。 同時に、チャンバーはVTSの新しい部分で満たされます。
- 上死点まで上昇すると、ピストンが入口と出口を閉じ、ピストンより上のスペースでVTSを確実に圧縮します（このプロセスがないと、混合気の効率的な燃焼とパワーユニットの必要な出力は不可能です）。 同時に、空気と燃料の混合物の追加部分がピストンの下の空洞に吸い込まれます。 ピストンのTDCで火花が発生し、空気と燃料の混合気に点火します。 作業ストロークが始まります。
これはモーターサイクルを繰り返します。 XNUMXストロークでは、すべてのストロークがピストンのXNUMXストロークで実行されます。ピストンが上下に移動している間です。
XNUMXストロークエンジンの装置？
古典的なXNUMXストローク内燃エンジンは次のもので構成されています。
- カーター。 これが構造の主要部分であり、クランクシャフトはボールベアリングで固定されています。 シリンダーピストングループのサイズに応じて、クランクシャフトには対応する数のクランクがあります。
- ピストン。 これは、XNUMXストロークエンジンで使用されるアナログと同様に、コネクティングロッドに固定されたガラスの形の部品です。 圧縮リング用の溝があります。 MTCの燃焼中のユニットの効率は、他のタイプのモーターと同様に、ピストンの密度に依存します。
- インレットとアウトレット。 それらは、吸気マニホールドと排気マニホールドが接続されている内燃エンジンハウジング自体で作られています。 このようなエンジンにはガス分配機構がないため、XNUMXストロークが軽量です。
- バルブ。 この部分は、空気/燃料混合物がユニットの吸気管に戻されるのを防ぎます。 ピストンが上昇すると、その下に真空が発生し、フラップが移動し、そこからBTCの新しい部分がキャビティに入ります。 作動行程のストロークがあるとすぐに（火花がトリガーされ、混合気が点火され、ピストンが下死点に移動します）、このバルブは閉じます。
- 圧縮リング。 これらは他の内燃機関と同じ部品です。 それらの寸法は、特定のピストンの寸法に厳密に従って選択されます。
ホフバウアーのXNUMXストローク設計
多くの工学的障害のため、軽自動車で2010ストロークの変更を使用するというアイデアは最近まで実装できませんでした。 XNUMX年には、この点で画期的な成果が得られました。 エコモーターズはビルゲイツとコースラベンチャーズからまともな投資を受けました。 そのような無駄の理由は、オリジナルのボクサーエンジンの提示でした。
そのような変更は長い間行われてきましたが、ピーターホフバウアーは古典的なボクサーの原理に基づいて機能するXNUMXストロークの概念を作成しました。 同社はその作業をOROS（対向シリンダーおよび対向ピストンと訳されています）と呼びました。 このようなユニットはガソリンだけでなくディーゼルでも機能しますが、開発者はこれまでのところ固形燃料に定住しています。
この容量で4ストロークの古典的な設計を検討すると、理論的には、同様の変更で使用でき、乗用車に取り付けることができます。 環境基準と燃料費の高さがなければ可能だったでしょう。 従来の２ストローク内燃機関の運転中、混合気の一部は、パージプロセス中に排気ポートから除去される。 また、BTCの燃焼過程で油が燃焼します。
大手自動車メーカーのエンジニアの大きな懐疑論にもかかわらず、ホフバウアーエンジンは、30ストロークが高級車のボンネットの下に入る機会を開きました。 その開発を従来のボクサーと比較すると、設計の部品数が少ないため、新製品は15％軽量化されています。 また、このユニットは、50ストロークボクサーと比較して、動作中のエネルギー生成がより効率的であることを示しています（効率はXNUMX〜XNUMX％向上します）。
最初の作業モデルはEM100マーキングを受けました。 開発者によると、モーターの重量は134kgです。 そのパワーは325馬力で、トルクは900Nmです。
新しいボクサーの設計上の特徴は、XNUMXつのピストンがXNUMXつのシリンダーに配置されていることです。 それらは同じクランクシャフトに取り付けられています。 VTSの燃焼はそれらの間で発生します。これにより、放出されたエネルギーが両方のピストンに同時に作用します。 これはそのような巨大なトルクを説明しています。
反対側のシリンダーは、隣接するシリンダーと非同期に動作するように構成されています。 これにより、安定したトルクでけいれんすることなく、スムーズなクランクシャフトの回転が保証されます。
次のビデオでは、PeterHofbauer自身がモーターの動作を示しています。
その内部構造と一般的な作業スキームについて詳しく見ていきましょう。
ターボチャージ
ターボチャージャーは、電気モーターが取り付けられているシャフトのインペラーによって提供されます。 一部は排気ガスの流れで作動しますが、インペラを電子的に充電することで、インペラをより速く加速し、空気圧を発生させることができます。 インペラの回転によるエネルギー消費を補うために、ブレードが排気圧にさらされると、デバイスは電気を生成します。 電子機器はまた、環境汚染を減らすために排気の流れを制御します。
革新的なXNUMXストロークのこの要素はかなり物議を醸しています。 必要な空気圧をすばやく作り出すために、電気モーターはかなりの量のエネルギーを消費します。 これを行うには、この技術を使用する将来の車には、より効率的な発電機と容量を増やしたバッテリーを装備する必要があります。
今日まで、電気過給の効率はまだ紙の上にあります。 製造業者は、このシステムがXNUMXストロークサイクルの利点を最大化しながらシリンダーパージを改善すると主張しています。 理論的には、この設置により、XNUMXストロークの対応物と比較してユニットのリットル容量をXNUMX倍にすることができます。
そのような機器の導入は間違いなく発電所をより高価にするでしょう、それは新しい軽量ボクサーより強力で大食いの古典的な内燃機関を使用することがまだ安い理由です。
鋼製コネクティングロッド
その設計により、ユニットはTDFエンジンに似ています。 この変更でのみ、カウンターピストンはXNUMXつのクランクシャフトではなく、外部ピストンの長いコネクティングロッドのためにXNUMXつ動き始めました。
エンジンの外側のピストンは、クランクシャフトに接続されている長い鋼製のコネクティングロッドに取り付けられています。 軍事機器で使用される古典的なボクサーの改造のように端ではなく、シリンダーの間に配置されています。
内部要素もクランク機構に接続されています。 このような装置を使用すると、混合気の燃焼プロセスからより多くのエネルギーを抽出できます。 モーターは、ピストンストロークを増加させるクランクを備えているかのように動作しますが、シャフトはコンパクトで軽量です。
クランクシャフト
Hofbauerモーターはモジュラー設計です。 電子機器は一部のシリンダーをオフにすることができるため、ICEに最小負荷がかかっているとき（たとえば、平坦な道路をクルージングしているとき）に車をより経済的にすることができます。
直接噴射を備えた4ストロークエンジンの場合（噴射システムの種類の詳細については、 別のレビューで）シリンダーのシャットダウンは、燃料供給を停止することによって保証されます。 この場合、クランクシャフトの回転により、ピストンはシリンダー内を移動します。 彼らはただ燃料を燃やしません。
ホフバウアーの革新的な開発に関しては、シリンダーのペアのシャットダウンは、シリンダー-ピストンの対応するペアの間のクランクシャフトに取り付けられた特別なクラッチによって提供されます。 モジュールが切断されると、クラッチはこのセクションを担当するクランクシャフトの部分を切断するだけです。
従来の2ストローク内燃エンジンのピストンをアイドル速度で動かすと、VTSの新しい部分が吸い込まれるため、この変更では、このモジュールは完全に機能しなくなります（ピストンは固定されたままになります）。 パワーユニットの負荷が増加するとすぐに、ある瞬間にクラッチがクランクシャフトの作動不能部分を接続し、モーターがパワーを増加させます。
シリンダー
シリンダーエアリングの過程で、古典的な2ストロークバルブは未燃混合物の一部を大気中に放出します。 このため、このようなパワーユニットを搭載した車両は環境基準を満たすことができません。
この欠点を改善するために、XNUMXストローク対向エンジンの開発者は特別なシリンダー設計を設計しました。 また、入口と出口もありますが、それらの配置により排出量が削減されます。
XNUMXストローク内燃エンジンのしくみ
古典的なXNUMXストローク修正の特徴は、クランクシャフトとピストンが混合気で満たされたキャビティ内にあることです。 インレットバルブはインレットに取り付けられています。 その存在により、ピストンが下向きに動き始めたときに、ピストンの下のキャビティに圧力をかけることができます。 このヘッドは、シリンダーのパージと排気ガスの除去を加速します。
ピストンがシリンダー内を移動すると、入口と出口が交互に開閉します。 このため、ユニットの設計上の特徴により、ガス分配メカニズムを使用しないことが可能になっています。
摩擦要素が過度に摩耗するのを防ぐために、高品質の潤滑が必要です。 これらのモーターは単純な構造であるため、内燃機関のすべての部分にオイルを供給する複雑な潤滑システムがありません。 このため、燃料にはエンジンオイルがいくらか添加されています。 このために、XNUMXストロークユニット用の特別なブランドが使用されます。 この材料は、高温で潤滑性を保持する必要があり、燃料と一緒に燃焼したときに、炭素の堆積物を残してはなりません。
XNUMXストロークエンジンは自動車に広く適用されていませんが、歴史はそのようなエンジンが一部のトラックのボンネットの下に配置されていた時期を知っています（！）。 この例は、YaAZディーゼルパワーユニットです。
1947年、この設計の直列7気筒ディーゼルエンジンが200トントラックYaAZ-205とYaAZ-4に搭載されました。 重量が大きい（約800kg）にもかかわらず、自家用乗用車の多くの内燃機関よりも振動が少なかった。 その理由は、この変更のデバイスには、同期して回転するXNUMXつのシャフトが含まれているためです。 このバランスメカニズムは、エンジンの振動のほとんどを減衰させ、木製のトラック本体をすぐに崩しました。
2ストロークモーターの操作の詳細については、次のビデオで説明しています。
XNUMXストロークモーターはどこに必要ですか？
2ストロークエンジンの装置は4ストロークアナログよりも単純であるため、燃料消費量やその他のパラメーターよりも重量と体積が重要な業界で使用されています。
したがって、これらのモーターは、庭師用の軽量の車輪付き芝刈り機とハンドトリマーに取り付けられています。 重いモーターを手に持つと、庭での作業が非常に難しくなります。 チェーンソーの製造でも同じ概念をたどることができます。
その効率は水と航空輸送の重量にも依存するため、メーカーはより軽い構造を作成するために高い燃料消費量に妥協します。
ただし、2-tatnikは、農業用および一部の種類の航空機だけで使用されているわけではありません。 自動車/モットースポーツでは、重量はグライダーや芝刈り機と同じくらい重要です。 車や二輪車を高速で開発するために、設計者はそのような車両を作成し、軽量の素材を使用します。 車体の材質の詳細を説明します ここで..。 このため、これらのエンジンは、重くて技術的に複雑な4ストロークエンジンよりも優れています。
これは、スポーツにおける内燃エンジンの1992ストローク修正の有効性の小さな例です。 4年以来、一部のモーターサイクルは、MottoGPモーターサイクルレースで日本のホンダNSR500気筒Vタイプ0.5ストロークエンジンを使用しています。 200リッターの容量で、このユニットは14馬力を発生し、クランクシャフトは毎分XNUMX回転まで回転しました。
トルクは106Nmです。 すでに11.5千に達した。 そのような子供が成長することができた最高速度は時速320キロメートル以上でした（ライダーの体重に依存します）。 エンジン自体の重量はわずか45kgでした。 XNUMXキログラムの車両重量はほぼXNUMX馬力を占めます。 ほとんどのスポーツカーは、このパワーウェイトレシオをうらやましく思います。
XNUMXストロークエンジンとXNUMXストロークエンジンの比較
問題は、なぜ機械がそのような生産的なユニットを持つことができないのかということです。 まず、古典的な500ストロークは、車両で使用されるすべての中で最も無駄な単位です。 この理由は、シリンダーのブローと充填の特性です。 第二に、ホンダNSRXNUMXのようなレースの改造に関しては、高回転のため、ユニットの寿命は非常に短いです。
2ストロークアナログに対する4ストロークユニットの利点は次のとおりです。
- クランクシャフトの1.7回転から動力を取り除く能力は、ガス分配メカニズムを備えた従来のエンジンによって生成される能力のXNUMX〜XNUMX倍です。 このパラメータは、低速の海洋技術およびピストン航空機モデルにとってより重要です。
- 内燃機関の設計上の特徴により、寸法と重量が小さくなっています。 このパラメータは、スクーターなどの軽自動車にとって非常に重要です。 以前は、このようなパワーユニット（通常、その容量は1.7リットルを超えませんでした）は小型車に搭載されていました。 このような変更では、クランクチャンバーブローが提供されました。 一部のトラックモデルには、4.0ストロークエンジンも搭載されていました。 通常、そのような内燃機関の容量は少なくともXNUMXリットルでした。 このような改造の吹き込みは、ダイレクトフロータイプで行った。
- 可動要素が4ストロークアナログと同じ効果を達成するために、それらの部品の摩耗が少なく、XNUMX倍少ない動きを実行します（XNUMXつのストロークがXNUMXつのピストンストロークに結合されます）。
これらの利点にもかかわらず、XNUMXストロークエンジンの改造には重大な欠点があり、そのため、自動車での使用はまだ実用的ではありません。 これらの短所のいくつか：
- キャブレターモデルは、シリンダーチャンバーのパージ中にVTSの新しいチャージが失われた場合に機能します。
- 4ストロークバージョンでは、排気ガスは考慮されているアナログよりも大幅に除去されます。 その理由は、2ストロークでは、パージ中にピストンが上死点に到達せず、このプロセスはその小さなストローク中にのみ保証されるためです。 このため、混合気の一部が排気管に入り、より多くの排気ガスがシリンダー自体に残ります。 排気ガス中の未燃燃料の量を減らすために、現代のメーカーは噴射システムの変更を開発しましたが、この場合でも、シリンダーから燃焼残留物を完全に除去することは不可能です。
- これらのモーターは、同じ排気量の4ストロークバージョンと比較して、より多くの電力を消費します。
- 高性能ターボチャージャーは、噴射エンジンのシリンダーをパージするために使用されます。 このようなモーターでは、空気はXNUMX倍からXNUMX倍多く消費されます。 このため、特殊なエアフィルターの設置が必要です。
- 2ストロークユニットは、最大回転数に達すると、より多くのノイズを生成します。
- 彼らはより激しく喫煙します。
- 低回転では、強い振動が発生します。 この点で、XNUMXストロークとXNUMXストロークの単気筒エンジンに違いはありません。
XNUMXストロークエンジンの耐久性については、潤滑不良により故障が早いとの意見があります。 ただし、スポーツバイクのユニットを考慮しない場合（高回転ではパーツがすぐに無効になります）、メカニックでは重要なルールが機能します。メカニズムの設計が単純であるほど、長持ちします。
4ストロークエンジンには、特にガス分配メカニズムにおいて、より多くの小さな部品があります（バルブタイミングの仕組みについては、以下をお読みください）。 ここで）、いつでも壊れることがあります。
ご覧のとおり、内燃機関の開発は今のところ止まっていないので、この分野でエンジニアがどのようなブレークスルーを達成するかは誰にもわかりません。 XNUMXストロークエンジンの新開発の出現は、近い将来、自動車に軽量でより効率的なパワートレインが装備されることを期待しています。
結論として、ピストンが互いに向かって移動する1930ストロークエンジンの別の変更を検討することをお勧めします。 確かに、このような内燃機関は2年代に軍事機器で使用され始めたため、この技術はホフバウアーバージョンのように革新的とは言えません。 ただし、軽自動車の場合、このようなXNUMXストロークエンジンはまだ使用されていません。
質問と回答：
2ストロークエンジンとはどういう意味ですか？ 4ストロークエンジンとは異なり、すべてのストロークはクランクシャフトのXNUMX回転で実行されます（XNUMXストロークはXNUMXピストンストロークで実行されます）。 その中で、シリンダーを充填し、それを換気するプロセスが組み合わされています。
XNUMXストロークエンジンはどのように潤滑されますか？ エンジンのすべての摩擦内面は、燃料中のオイルによって潤滑されます。 したがって、このようなエンジンのオイルは常に補充する必要があります。
2ストロークエンジンはどのように機能しますか？ この内燃機関では、圧縮（ピストンがTDCに移動し、最初にパージ、次に排気ポートを徐々に閉じる）と作動ストローク（BTCの点火後、ピストンがBDCに移動する）のXNUMXつのストロークが明確に表現されます。パージのために同じポートを開きます）。
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大言壮語
RIP 2T 自動車メーカー: Saab、Trabant、Wartburg。
2T Car maker 現存(2T車のみレストア) : Melkus
オートバイ メーカーはまだ 2T オートバイを製造しています: Langen、Maico-Köstler、Vins。