Mesin dua langkah di dalam mobil

Dunia mobil telah melihat banyak perkembangan powertrain. Beberapa dari mereka membeku dalam waktu karena fakta bahwa perancang tidak memiliki sarana untuk mengembangkan gagasannya lebih lanjut. Yang lainnya terbukti tidak efektif, jadi perkembangan seperti itu tidak memiliki masa depan yang menjanjikan.

Selain mesin klasik berbentuk in-line atau V, pabrikan juga memproduksi mobil dengan desain unit tenaga lainnya. Di bawah kap beberapa model yang bisa Anda lihat Mesin Wankel, boxer (atau boxer), motor hidrogen. Beberapa pembuat mobil masih dapat menggunakan powertrains eksotis seperti itu dalam model mereka. Selain modifikasi ini, sejarah mengetahui beberapa motor non-standar yang lebih sukses (beberapa di antaranya adalah artikel terpisah).

Sekarang mari kita bicara tentang mesin seperti itu, yang hampir tidak ada pengendara motor, jika bukan untuk berbicara tentang perlunya memotong rumput dengan mesin pemotong rumput atau memotong pohon dengan gergaji mesin. Ini adalah unit daya dua langkah. Pada dasarnya, mesin pembakaran internal jenis ini digunakan pada kendaraan bermotor, tank, pesawat piston, dll., Tetapi sangat jarang digunakan pada mobil.

Selain itu, mesin dua tak sangat populer di olahraga balap mobil, karena unit ini memiliki keunggulan yang signifikan. Pertama, mereka memiliki kekuatan yang sangat besar untuk perpindahan kecil. Kedua, karena desainnya yang disederhanakan, motor ini ringan. Faktor-faktor tersebut sangat penting untuk olahraga kendaraan roda dua.

Pertimbangkan fitur perangkat modifikasi tersebut, serta apakah mungkin menggunakannya di mobil.

Apa itu mesin dua tak?

Untuk pertama kalinya, paten untuk pembuatan mesin pembakaran internal dua langkah muncul pada awal tahun 1880-an. Perkembangan tersebut dipresentasikan oleh insinyur Douglad Clerk. Perangkat gagasannya termasuk dua silinder. Yang satu adalah seorang pekerja, dan yang lainnya sedang memompa gelombang baru kerja sama teknis-militer.

10 tahun kemudian, modifikasi dengan chamber blowdown muncul, di mana tidak ada lagi piston discharge. Motor ini dirancang oleh Joseph Day.

Sejalan dengan perkembangan ini, Karl Benz menciptakan unit gasnya sendiri, yang paten untuk produksinya muncul pada tahun 1880.

Dvigun dua langkah, sesuai dengan namanya, dalam satu putaran poros engkol melakukan semua gerakan yang diperlukan untuk pasokan dan pembakaran campuran bahan bakar udara, serta untuk membuang hasil pembakaran ke dalam sistem pembuangan kendaraan. Kemampuan ini disediakan oleh fitur desain unit.

Selama satu langkah piston, dua langkah dilakukan di dalam silinder:

1. Ketika piston berada di titik mati bawah, silinder dibersihkan, yaitu produk pembakaran dihilangkan. Langkah ini disediakan oleh pemasukan bagian baru dari VTS, yang memindahkan gas buang ke saluran pembuangan. Pada saat yang sama, ruangan tersebut diisi dengan bagian VTS yang baru.
2. Naik ke pusat mati atas, piston menutup saluran masuk dan keluar, yang memastikan kompresi BTC di ruang piston di atas (tanpa proses ini, pembakaran campuran yang efisien dan keluaran unit daya yang diperlukan tidak mungkin dilakukan). Pada saat yang sama, bagian tambahan dari campuran udara dan bahan bakar tersedot ke dalam rongga di bawah piston. Di TDC piston, percikan tercipta yang menyalakan campuran udara-bahan bakar. Stroke kerja dimulai.

Ini mengulangi siklus motor. Ternyata dalam dua langkah, semua pukulan dilakukan dalam dua pukulan piston: saat bergerak naik dan turun.

Perangkat mesin dua tak?

Mesin pembakaran internal dua langkah klasik terdiri dari:

• Tukang gerobak. Ini adalah bagian utama dari struktur di mana poros engkol dipasang dengan bantalan bola. Bergantung pada ukuran grup silinder-piston, akan ada jumlah engkol yang sesuai pada poros engkol.
• Piston. Ini adalah bagian dalam bentuk kaca, yang dipasang pada batang penghubung, mirip dengan analog yang digunakan pada mesin empat tak. Ini memiliki alur untuk cincin kompresi. Efisiensi unit selama pembakaran MTC bergantung pada kepadatan piston, seperti pada jenis motor lainnya.
• Inlet dan outlet. Mereka dibuat di rumah mesin pembakaran internal itu sendiri, di mana manifold masuk dan keluar terhubung. Tidak ada mekanisme distribusi gas di mesin seperti itu, karena dua langkahnya ringan.
• Katup. Bagian ini mencegah campuran udara / bahan bakar terlempar kembali ke saluran masuk unit. Saat piston naik, ruang hampa dibuat di bawahnya, yang menggerakkan flap, di mana bagian baru BTC memasuki rongga. Segera setelah ada pukulan langkah kerja (percikan api dipicu dan campuran menyala, menggerakkan piston ke titik mati bawah), katup ini menutup.
• Cincin kompresi. Ini adalah bagian yang sama seperti di mesin pembakaran internal lainnya. Dimensinya dipilih secara ketat sesuai dengan dimensi piston tertentu.

Desain dua langkah Hofbauer

Karena banyak kendala teknik, gagasan untuk menggunakan modifikasi dua langkah pada kendaraan ringan belum dimungkinkan hingga saat ini. Pada tahun 2010, terobosan dibuat dalam hal ini. EcoMotors mendapat investasi yang layak dari Bill Gates dan Khosla Ventures. Alasan pemborosan ini adalah presentasi mesin boxer asli.

Meski modifikasi semacam itu sudah ada sejak lama, Peter Hofbauer menciptakan konsep dua tak yang bekerja berdasarkan prinsip petinju klasik. Perusahaan menyebut karyanya OROS (diterjemahkan sebagai silinder lawan dan piston berlawanan). Unit seperti itu tidak hanya dapat bekerja pada bensin, tetapi juga pada diesel, tetapi pengembang sejauh ini telah memilih bahan bakar padat.

Jika kita mempertimbangkan desain klasik dua tak dalam kapasitas ini, maka secara teori dapat digunakan dalam modifikasi serupa dan dipasang pada kendaraan penumpang roda 4. Hal itu dimungkinkan jika bukan karena standar lingkungan dan biaya bahan bakar yang tinggi. Selama pengoperasian mesin pembakaran internal dua langkah konvensional, bagian dari campuran udara-bahan bakar dikeluarkan melalui lubang pembuangan selama proses pembersihan. Selain itu, dalam proses pembakaran BTC, minyak juga ikut terbakar.

Meskipun para insinyur sangat skeptis dari pembuat mobil terkemuka, mesin Hofbauer membuka peluang bagi dua pukulan untuk masuk ke dalam kap mobil mewah. Jika kita bandingkan perkembangannya dengan petinju klasik, maka produk baru ini 30 persen lebih ringan, karena desain bagiannya lebih sedikit. Unit ini juga menunjukkan produksi energi yang lebih efisien selama operasi dibandingkan dengan petinju empat langkah (efisiensi meningkat dalam 15-50 persen).

Model kerja pertama menerima tanda EM100. Menurut pengembangnya, bobot motor tersebut 134 kg. Tenaganya 325 hp, dan torsinya 900 Nm.

Fitur desain dari boxer baru ini adalah dua piston berada dalam satu silinder. Mereka dipasang di poros engkol yang sama. Pembakaran VTS terjadi di antara mereka, karena energi yang dilepaskan secara bersamaan bekerja pada kedua piston. Ini menjelaskan torsi yang begitu besar.

Silinder yang berlawanan dikonfigurasi untuk bertindak secara tidak sinkron dengan silinder yang berdekatan. Ini memastikan putaran poros engkol mulus tanpa sentakan dengan torsi stabil.

Dalam video berikut, Peter Hofbauer sendiri mendemonstrasikan cara kerja motoriknya:

opoc engine cara kerjanya.mp4

Mari kita lihat lebih dekat struktur internal dan skema kerja umum.

Turbocharging

Turbocharging disediakan oleh impeller pada poros yang dipasang motor listrik. Meskipun sebagian akan berjalan dari aliran gas buang, impeler yang bermuatan elektronik memungkinkan impeler berakselerasi lebih cepat dan menghasilkan tekanan udara. Untuk mengimbangi biaya energi dari pemintalan impeller, perangkat menghasilkan listrik saat bilah terkena tekanan buang. Elektronik juga mengontrol aliran knalpot untuk mengurangi pencemaran lingkungan.

Elemen dalam dua langkah inovatif ini agak kontroversial. Untuk menciptakan tekanan udara yang diperlukan dengan cepat, motor listrik akan mengonsumsi energi yang cukup. Untuk melakukan ini, mobil masa depan yang akan menggunakan teknologi ini harus dilengkapi dengan generator dan baterai yang lebih efisien dengan kapasitas yang ditingkatkan.

Hingga saat ini, efisiensi pengisian daya listrik masih di atas kertas. Pabrikan mengklaim sistem ini meningkatkan pembersihan silinder sambil memaksimalkan manfaat siklus dua langkah. Secara teori, pemasangan ini memungkinkan Anda menggandakan kapasitas liter unit jika dibandingkan dengan unit empat tak.

Pengenalan peralatan semacam itu pasti akan membuat pembangkit listrik lebih mahal, itulah mengapa masih lebih murah untuk menggunakan mesin pembakaran internal klasik yang bertenaga dan rakus daripada petinju ringan baru.

Batang penghubung baja

Berdasarkan desainnya, unit ini menyerupai mesin TDF. Hanya dalam modifikasi ini, piston counter yang digerakkan bukan dua poros engkol, tetapi satu karena batang penghubung piston luar yang panjang.

Piston luar pada mesin dipasang pada batang penghubung baja panjang yang dihubungkan ke poros engkol. Letaknya bukan di pinggir, seperti pada modifikasi petinju klasik, yang digunakan pada peralatan militer, melainkan di antara silinder.

Elemen internal juga terhubung ke mekanisme engkol. Perangkat semacam itu memungkinkan Anda mengekstraksi lebih banyak energi dari proses pembakaran campuran udara-bahan bakar. Motor berperilaku seolah-olah memiliki engkol yang meningkatkan langkah piston, tetapi porosnya kompak dan ringan.

Poros engkol

Motor Hofbauer memiliki desain modular. Alat elektronik tersebut mampu mematikan sebagian silinder, sehingga mobil bisa lebih irit saat ICE di beban minimal (misalnya saat kecepatan jelajah di jalan datar).

Pada mesin 4 tak dengan injeksi langsung (untuk detail tentang jenis sistem injeksi, baca di review lain) Penutupan silinder dipastikan dengan menghentikan pasokan bahan bakar. Dalam hal ini, piston masih bergerak di dalam silinder akibat putaran poros engkol. Mereka hanya tidak membakar bahan bakar.

Adapun pengembangan inovatif Hofbauer, penutupan sepasang silinder disediakan oleh kopling khusus yang dipasang pada poros engkol di antara pasangan silinder-piston yang sesuai. Saat modul dilepas, kopling cukup melepas bagian crankshaft yang bertanggung jawab untuk bagian ini.

Karena piston yang bergerak pada mesin pembakaran internal 2 tak klasik pada kecepatan idle masih akan menyedot sebagian segar VTS, pada modifikasi ini modul ini berhenti bekerja sama sekali (piston tetap tidak dapat bergerak). Segera setelah beban pada unit daya meningkat, pada saat tertentu, kopling menghubungkan bagian poros engkol yang tidak beroperasi, dan motor meningkatkan tenaga.

Silinder

Dalam proses penayangan silinder, katup klasik 2 tak memancarkan sebagian dari campuran yang tidak terbakar ke atmosfer. Oleh karena itu, kendaraan yang dilengkapi dengan unit daya tidak dapat memenuhi standar lingkungan.

Untuk mengatasi kekurangan ini, pengembang mesin penentang dua tak telah merancang desain silinder khusus. Mereka juga memiliki saluran masuk dan saluran keluar, tetapi lokasinya mengurangi emisi.

Cara kerja mesin pembakaran dalam dua langkah

Keunikan dari modifikasi klasik dua langkah adalah poros engkol dan piston berada dalam rongga yang diisi campuran udara-bahan bakar. Katup saluran masuk dipasang di saluran masuk. Keberadaannya memungkinkan Anda untuk menciptakan tekanan di rongga di bawah piston saat mulai bergerak ke bawah. Kepala ini mempercepat pembersihan silinder dan pembuangan gas buang.

Saat piston bergerak di dalam silinder, piston akan membuka / menutup saluran masuk dan keluar secara bergantian. Untuk alasan ini, fitur desain unit memungkinkan untuk tidak menggunakan mekanisme distribusi gas.

Untuk mencegah elemen penggosok menjadi aus secara berlebihan, mereka membutuhkan pelumasan berkualitas tinggi. Karena motor ini memiliki struktur yang sederhana, motor ini tidak memiliki sistem pelumasan yang rumit yang akan menyalurkan oli ke setiap bagian mesin pembakaran internal. Untuk alasan ini, beberapa oli mesin ditambahkan ke bahan bakar. Untuk ini, merek khusus digunakan untuk unit dua tak. Bahan ini harus mempertahankan pelumasan pada suhu tinggi, dan jika dibakar bersama dengan bahan bakar, tidak boleh meninggalkan endapan karbon.

Meskipun mesin dua langkah tidak banyak digunakan dalam mobil, sejarah mengetahui periode ketika mesin tersebut ditempatkan di bawah kap beberapa truk (!). Contohnya adalah unit tenaga diesel YaAZ.

Pada tahun 1947, mesin diesel 7 silinder segaris dengan desain ini dipasang pada truk 200 ton YaAZ-205 dan YaAZ-4. Meskipun beratnya besar (sekitar 800 kg.), Unit ini memiliki getaran yang lebih rendah daripada banyak mesin pembakaran internal mobil penumpang domestik. Pasalnya, perangkat modifikasi ini mencakup dua poros yang berputar serempak. Mekanisme penyeimbang ini meredam sebagian besar getaran di mesin, yang dengan cepat akan menghancurkan bodi truk kayu.

Lebih detail tentang pengoperasian motor 2 tak dijelaskan dalam video berikut:

2 TAK. Mari mencoba memahami ...

Dimana motor dua tak dibutuhkan?

Perangkat mesin 2 tak lebih sederhana daripada analog 4 tak, karena itu digunakan dalam industri di mana berat dan volume lebih penting daripada konsumsi bahan bakar dan parameter lainnya.

Jadi, motor ini dipasang pada mesin pemotong rumput beroda ringan dan pemangkas tangan untuk tukang kebun. Memegang motor yang berat di tangan Anda akan menyulitkan pekerjaan di taman. Konsep yang sama dapat ditelusuri dalam pembuatan gergaji mesin.

Efisiensi juga tergantung pada berat transportasi air dan udara, jadi pabrikan berkompromi dengan konsumsi bahan bakar yang tinggi untuk membuat struktur yang lebih ringan.

Namun, 2-tatnik tidak hanya digunakan di bidang pertanian dan beberapa jenis pesawat terbang. Dalam olahraga otomotif / moto, bobot sama pentingnya dengan glider atau mesin pemotong rumput. Agar mobil atau sepeda motor berkembang dengan kecepatan tinggi, para perancang, yang membuat kendaraan semacam itu, menggunakan bahan ringan. Rincian bahan pembuatan bodi mobil dijelaskan di sini... Untuk alasan ini, mesin ini memiliki keunggulan dibandingkan analog 4 tak yang berat dan rumit secara teknis.

Berikut adalah contoh kecil efektivitas modifikasi dua langkah mesin pembakaran internal dalam olahraga. Sejak tahun 1992, beberapa sepeda motor telah menggunakan mesin dua langkah tipe V 4 silinder Honda NSR500 Jepang di balapan motor MottoGP. Dengan volume 0.5 liter, unit ini menghasilkan 200 tenaga kuda, dan poros engkol berputar hingga 14 ribu putaran per menit.

Torsinya 106 Nm. sudah mencapai 11.5 ribu. Kecepatan puncak yang bisa dikembangkan oleh anak seperti itu adalah lebih dari 320 kilometer per jam (tergantung pada berat pengendara). Bobot mesinnya sendiri hanya 45kg. Satu kilogram berat kendaraan menyumbang hampir satu setengah tenaga kuda. Kebanyakan mobil sport akan iri dengan rasio power-to-weight ini.

Perbandingan mesin dua tak dan empat tak

Pertanyaannya adalah mengapa mesin tidak dapat memiliki unit yang produktif? Pertama, dua tak klasik adalah unit paling boros dari semua yang digunakan dalam kendaraan. Alasannya adalah kekhasan meniup dan mengisi silinder. Kedua, untuk modifikasi balap seperti Honda NSR500, karena putarannya yang tinggi, masa pakai unit sangat kecil.

Keunggulan unit 2 tak dibandingkan analog 4 tak meliputi:

• Kemampuan mengeluarkan tenaga dari satu putaran poros engkol 1.7-XNUMX kali lebih tinggi dibandingkan yang dihasilkan oleh mesin klasik dengan mekanisme distribusi gas. Parameter ini lebih penting untuk teknologi kelautan kecepatan rendah dan model pesawat piston.
• Karena fitur desain mesin pembakaran internal, ia memiliki dimensi dan berat yang lebih kecil. Parameter ini sangat penting untuk kendaraan ringan seperti skuter. Sebelumnya, unit daya seperti itu (biasanya volumenya tidak melebihi 1.7 liter) dipasang di mobil kecil. Dalam modifikasi tersebut, tiupan ruang engkol disediakan. Beberapa model truk juga dilengkapi dengan mesin dua tak. Biasanya volume mesin pembakaran internal setidaknya 4.0 liter. Hembusan dalam modifikasi seperti itu dilakukan dengan tipe aliran langsung.
• Bagian-bagiannya lebih sedikit aus, karena elemen yang bergerak, untuk mencapai efek yang sama seperti pada analog 4-tak, lakukan gerakan dua kali lebih sedikit (dua pukulan digabungkan dalam satu langkah piston).

Motor 4 tak

Meski memiliki kelebihan tersebut, modifikasi mesin dua tak memiliki kekurangan yang cukup signifikan, karena masih belum praktis untuk digunakan pada mobil. Beberapa kontra ini:

• Model karburator beroperasi dengan hilangnya muatan baru VTS selama pembersihan ruang silinder.
• Dalam versi 4-tak, gas buang dibuang lebih banyak daripada di analog yang dianggap. Alasannya adalah dalam 2 langkah, piston tidak mencapai titik mati atas selama pembersihan, dan proses ini dipastikan hanya selama langkah kecilnya. Karena itu, beberapa campuran udara-bahan bakar masuk ke saluran pembuangan, dan lebih banyak gas buang yang tertinggal di silinder itu sendiri. Untuk mengurangi jumlah bahan bakar yang tidak terbakar di knalpot, pabrikan modern telah mengembangkan modifikasi dengan sistem injeksi, tetapi bahkan dalam kasus ini tidak mungkin untuk sepenuhnya menghilangkan sisa pembakaran dari silinder.
• Motor ini lebih haus tenaga dibandingkan dengan versi 4-tak dengan perpindahan yang identik.
• Turbocharger berkinerja tinggi digunakan untuk membersihkan silinder di mesin injeksi. Pada motor seperti itu, udara dikonsumsi satu setengah hingga dua kali lebih banyak. Untuk itu, diperlukan pemasangan filter udara khusus.
• Unit 2-tak menghasilkan lebih banyak noise saat mencapai rpm maksimum.
• Mereka merokok lebih keras.
• Pada putaran rendah, mereka menghasilkan getaran yang kuat. Tidak ada perbedaan pada mesin satu silinder dengan empat dan dua langkah dalam hal ini.

Sedangkan untuk ketahanan mesin dua tak, diyakini karena pelumasan yang buruk, mereka gagal lebih cepat. Tetapi, jika Anda tidak memperhitungkan unit untuk sepeda motor sport (putaran tinggi dengan cepat menonaktifkan bagian), maka aturan kuncinya berlaku dalam mekanik: semakin sederhana desain mekanismenya, semakin lama akan bertahan.

Mesin 4 tak memiliki jumlah suku cadang kecil yang lebih banyak, terutama pada mekanisme distribusi gas (untuk cara kerja valve timing, baca di sini), yang dapat rusak kapan saja.

Seperti yang Anda lihat, pengembangan mesin pembakaran internal belum berhenti sejauh ini, jadi siapa yang tahu terobosan apa yang akan dilakukan oleh para insinyur di bidang ini. Munculnya perkembangan baru mesin dua tak memberikan harapan bahwa dalam waktu dekat mobil akan dilengkapi dengan powertrains yang lebih ringan dan lebih efisien.

Sebagai kesimpulan, kami menyarankan untuk melihat modifikasi lain dari mesin dua langkah dengan piston yang bergerak ke arah satu sama lain. Benar, teknologi ini tidak bisa disebut inovatif, seperti versi Hofbauer, karena mesin pembakaran internal semacam itu mulai digunakan kembali pada tahun 1930-an dalam peralatan militer. Namun, untuk kendaraan ringan, mesin 2 tak seperti itu belum pernah digunakan:

Mesin Lalu Lintas Penghitung Menakjubkan 2018

Pertanyaan dan Jawaban:

Apa yang dimaksud dengan mesin 2 tak? Tidak seperti mesin 4-tak, semua langkah dilakukan dalam satu putaran poros engkol (dua langkah dilakukan dalam satu langkah piston). Di dalamnya, proses pengisian silinder dan ventilasi digabungkan.

Bagaimana pelumasan mesin dua tak? Semua permukaan bagian dalam mesin yang bergesekan dilumasi oleh oli dalam bahan bakar. Karena itu, oli di mesin seperti itu harus terus diisi ulang.

Bagaimana cara kerja mesin 2 tak? Dalam mesin pembakaran internal ini, dua langkah dinyatakan dengan jelas: kompresi (piston bergerak ke TMA dan secara bertahap menutup pembersihan terlebih dahulu dan kemudian saluran buang) dan langkah kerja (setelah penyalaan BTC, piston bergerak ke BDC, membuka port yang sama untuk pembersihan).