Co sprawia, że ​​silniki dwusuwowe są mniej wydajne paliwowo niż czterosuwowe?

Powszechnie uważa się, że silniki dwusuwowe są mniej wydajne paliwowo niż silniki czterosuwowe, a niektóre przykłady BSFC również to potwierdzają.

Ale co powoduje, że dwusuw jest mniej oszczędny?

Kiedyś uważałem, że wynika to z faktu, że skok wlotowy występuje raz na dwa obroty w silniku czterosuwowym, w przeciwieństwie do raz na obrót silnika dwusuwowego, ale teraz nie jestem tego taki pewien.

Ten artykuł Evinrude sugeruje, że różnica w zużyciu paliwa zależy od metody dostarczania paliwa, więc różnice w zużyciu paliwa wynikają z niesprawiedliwego porównania starszych dwusuwów z nowszymi czterosuwami.

Jakie czynniki wyjaśniłyby różnice w zużyciu paliwa między dwoma typami silników?

Właśnie dlatego jesteśmy na tej samej stronie, jak działają dwa pociągnięcia, oto zdjęcie. Musiałem to sprawdzić, bo miałem zły obraz w głowie.

Patrząc na to, jak faktycznie działa ten cykl, udar elektryczny przestaje wytwarzać produkty spalania i moc. Gdy rozpoczyna się ruch w dół, ciśnienie w cylindrze jest wysokie, co pozwala na ucieczkę spalin i wymusza zamknięcie zaworu kontaktronowego. Gdy następuje skok w górę, ciśnienie w cylindrze jest teraz niskie, ponieważ ulatniające się spaliny powodują małą falę ciśnienia ulatniającego się gazu, która teraz otwiera wartość kontaktronu i pobiera nową mieszankę paliwowo-powietrzną.

Wydaje się, że niektóre kluczowe przyczyny nieefektywności silnika:

• Tłoki nie usuwają spalin przez tłok, który je wypycha, po prostu uciekają, ponieważ ciśnienie powietrza na zewnątrz jest niższe niż ciśnienie w cylindrze po tym, jak iskra zapali paliwo. Doprowadziłoby to do niepełnego wydalenia spalin. Objętość zużywana przez te pozostałe gazy zapobiega spożyciu większej ilości mieszanki paliwowo-powietrznej.
• W miarę przesuwania w górę, przez pewną część podróży, mieszanka paliwowo-powietrzna jest również usuwana. W ten sposób marnowanie paliwa podczas jego wydalania.
  
  Być może te problemy są rozwiązywane przy większych dwóch suwach, ale te małe napędzają takie rzeczy, jak kosiarki do chwastów, odśnieżarki, kosiarki do trawy itp., Małe silniki do ograniczonych zastosowań. Nie jeżdżę przez cały kraj. W przypadku tych małych silników liczenie i koszt części są znacznie ważniejsze, więc działają naprawdę dobrze w tych zastosowaniach.

Sprawność każdego silnika spalinowego jest bezpośrednio związana z jego wydajnością Carnota, gdzie sprawność jest równa temperaturze powietrza dolotowego minus temperatura spalin podzielona przez temperaturę powietrza dolotowego. Ma to bezpośredni wpływ na współczynnik rozszerzalności gazów. Silnik wysokoprężny ma współczynnik rozszerzalności zbliżony do 30: 1, podczas gdy silnik benzynowy rzadko może przekraczać 13: 1 ze względu na względy detonacji przy średnich ocenach liczby oktanowej paliwa. W konwencjonalnym dwusuwowym silniku wydech musi otwierać się bardzo wcześnie podczas suwu zasilania, aby ciśnienie w cylindrze spadło znacznie poniżej ciśnienia wchodzącego ładunku, aby uniknąć przedostawania się zużytych gazów do portów przesyłowych i mieszania się ze świeżym ładunkiem. Im wyższe obroty robocze, tym większy niezbędny przewód wydechowy (zwany „przedmuchiwaniem”). Ogólnie, współczynnik rozszerzenia jest równy współczynnikowi rozszerzenia w dwusuwowych silnikach z tłokiem. W silnikach czterosuwowych porty wydechowe są na ogół otwierane tuż przed położeniem dolnego martwego punktu tłoka, co daje maksymalny stopień rozszerzalności. W dwusuwowym wydechu wydech może otworzyć się nawet o 90 stopni przed dolnym martwym punktem, marnując w ten sposób 50% skoku mocy i drastycznie zmniejszając wydajność kosztem wysokiej mocy wyjściowej przy wyższych obrotach.

Muszę zarówno zgodzić się, jak i nie zgodzić się z pańskimi stwierdzeniami zawartymi w pytaniu i artykule.

Wyższe zużycie paliwa silnika dwusuwowego wynika głównie z faktu, że ma on skok mocy na obrót wału korbowego.

Muszę jednak nie zgodzić się z artykułem, w którym stwierdzono, że dostarczanie paliwa odgrywa główną rolę w wydajności paliwowej starszych silników dwusuwowych.

Popieram moje stwierdzenia, biorąc przykład różnicy efektywności paliwowej między silnikiem dwusuwowym z gaźnikiem a silnikiem czterosuwowym z gaźnikiem. Nawet nie biorąc pod uwagę EFI, gdy oba są węglowodanami, 4-suwowy nadal wykonuje 2-suwowy w znacznej ilości.

• Dwusuwowy silnik Yamaha o pojemności 125 cm3 daje około 70 mpg
• 4-suwowy silnik Hondy o pojemności 125 cm3 daje około 153 mpg

Teraz oczywiście EFI może to być wtrysk bezpośredni lub wtrysk dolotowy poprawi wydajność i wydech dowolnego silnika, niezależnie od tego, czy jest to 2-suwowy, czy 4-suwowy.

Technologia E-TEC pokazana na filmie jest prawie GDI na dwusuwowym silniku, zwiększy wydajność, ale czy będzie równa 4-suwowemu silnikowi GDI o tej samej pojemności? Na przykład bardzo w to wątpię

• Wersja EFI powyższego silnika Honda o pojemności 125 cm3 daje około 166 mpg

Oznacza to, że jeśli dwusuwowy silnik Suzuki z GDI może wytworzyć ponad dwukrotnie więcej FE, to zgadzam się z koncepcją, ale ze swoją wiedzą o tym, jak działa GDI, nie jestem tego pewien.

Uwaga: Silniki pochodzą z Yamaha RX135, Honda Stunner i Honda stunner PGM-FI i są to liczby z prawdziwego świata.

Bardzo wiele zależy od konkretnych silników dwusuwowych i czterosuwowych. Ale główną zaletą 2 suwów jest to, że można je wyprodukować niezwykle prosto i tanio. Silnik z 3 ruchomymi elementami (wał korbowy, drążek kierowniczy i tłok) prawdopodobnie nie jest dostosowany do zużycia paliwa.

Największym problemem jest prawdopodobnie to, że otwór wydechowy jest otwarty podczas pobierania mieszanki wlotowej. Stąd potencjalnie duża ilość niespalonego paliwa znika prosto w dół od wydechu, nie wykonując żadnej przydatnej funkcji (poza może trochę chłodząc silnik).

Dalszemu rozpyleniu paliwa prawdopodobnie nie pomaga dostarczanie mieszanki wlotowej przez skrzynie korbowe i porty, co daje paliwie większą szansę na tworzenie większych kropelek.

Podczas dwusuwowego silnika wydechowego układ wydechowy zostanie zaprojektowany w taki sposób, aby wyciągał mieszaninę przez silnik, zarówno spalone spaliny, jak i świeżą mieszankę. Prawdopodobnie więcej świeżej mieszanki zostanie przedostane do wydechu, zanim fale ciśnienia wypchną tę mieszaninę z powrotem do silnika . Działa to dobrze w celu uzyskania dodatkowego paliwa (a zatem i mocy), ale nie jest tak dobre dla oszczędności. Ponadto działa tylko przy określonych zakresach prędkości obrotowej.

Niektóre z tych problemów można rozwiązać za pomocą bezpośredniego wtrysku paliwa (i doszło do produkcji motocykli dwusuwowych z silnikami z bezpośrednim wtryskiem paliwa, a Ford wyprodukował partię Fiestas w latach 90. z silnikami dwusuwowymi do celów oceny). Ale bezpośredni wtrysk paliwa jest kosztownym i złożonym dodatkiem do prostego silnika. Dzięki takiemu układowi powietrze może być doprowadzane do silnika z paliwem wtryskiwanym dopiero po zamknięciu otworu wylotowego.

Silnik dwusuwowy ma istotną przewagę nad konwencjonalnym silnikiem czterosuwowym. Bez potrzeby stosowania zaworów komora spalania może być o wiele łatwiej ukształtowana, aby pasowała do celów tego konkretnego silnika.

Zobacz, jak działa silnik 4 suwowy.

a) Skok w dół - zasysa mieszankę do silnika

b) Upstroke - kompresuje gazy

c) Ogień

d) Skok w dół - silnik działa

e) Upstroke - zużyte gazy zostają wydalone

Teraz spójrz na 2 suwowy

ogień

b) Silnik w zwolnionym tempie działa (wysokie ciśnienie w cylindrze) Kompresuje mieszankę w skrzyni korbowej

c) Skok w górę - silnik musi wydmuchać gazy i uzyskać nową mieszankę - zasysa nową mieszankę do skrzyni korbowej

W ten sposób zawsze będzie mieszanka spalin i niespalonych gazów w dwusuwowym silniku. Był czas, kiedy dla zwiększenia mocy przenoszenie mieszanki z dwóch suwów z dolnej skrzyni korbowej zachodziło na otwierany otwór wylotowy. Spowodowało to przepalenie niespalonego paliwa przez silnik.

Nowoczesna konstrukcja zmniejsza, ale nie może całkowicie usunąć tych wydajności, które wydają się być bardziej obciążające niż czterosuwowa metoda dwukrotnego obracania silnika w celu uzyskania jednego suwu roboczego.

To jest bardzo proste. W dwusuwowym paliwie paliwo jest również środkiem smarnym i chłodzącym, a mieszanie oleju z benzyną zwiększa zawartość energii w paliwie, jednocześnie zmniejszając liczbę oktanową, dlatego dwusuw musi przebiegać zgodnie z ustalonym czasem zapłonu i bardzo bogatą mieszanką paliwowo-powietrzną wzbogaconą jeszcze przez: zmieszany z wysokoenergetycznym olejem o niskiej liczbie oktanowej. Chłodzenie powietrzem czyni je jeszcze bardziej wrażliwymi na rozrządu, temperatury cylindrów i inne zmienne, których nie są w stanie zrównoważyć ustalone czasy i układy smarowania i chłodzenia całkowitych strat. I oczywiście mają ogromne, wbudowane wycieki próżniowe, które występują w najgorszym możliwym czasie dla wydajności objętościowej, a rozrząd zaworów jest również ustalony, a nawet przy mechanicznej krzywce podnośnika rozrządu silnika czterosuwowego postępuje wraz ze wzrostem prędkości obrotowej silnika.

2-suwowe były konkurencyjne w stosunku do niskoprężnych, wolnoobrotowych silników płaskich do użytku sezonowego, dopóki postępy metalurgiczne i produkcyjne nie umożliwiły budowy tanich 4-suwowych silników OHV z elektronicznym zapłonem i wtryskiem paliwa, dzięki czemu zapłon i dostrajanie paliwa stały się automatyczne i optymalne do bardziej motoryzacyjnych i sezonowych zastosowań, takich jak skutery śnieżne, pojazdy terenowe, silniki przyczepne, zewnętrzne urządzenia zasilające, takie jak przycinarki strunowe i dmuchawy do liści oraz inne produkty konsumenckie. Ulepszenia elektronicznego układu zapłonowego oraz dedykowane, specyficzne dla aplikacji gaźniki oraz profesjonalne parametry wydajności i ceny, ledwo utrzymują konkurencyjność 2-suwów w maszynach przemysłowych / komercyjnych, takich jak przenośne narzędzia tnące. Przecinarki, piły łańcuchowe itp.