Двухтактный двигатель

Конструкция и принцип работы двухтактного двигателя

two-stroke-engine-echo-01.jpg

Двигатель состоит из следующих систем и механизмов: картер (1), кривошипно-шатунный механизм (2), цилиндр (3), система запуска (4), система зажигания (5), система очистки воздуха (6), топливная система (7), сцепление (8), глушитель (9).

Двигатель является основным и самым сложным узлом любой техники ECHO и определяет ее самые важные технические характеристики. Все агрегаты оборудованы двухтактным одноцилиндровым карбюраторным двигателем с воздушным охлаждением.

Относительно простая конструкция двигателя определяет малый вес, низкую стоимость и легкое обслуживание.

Масло, входящее в состав топливной смеси, смазывает трущиеся детали двигателя и позволяет обходиться без сложной системы смазки. Подробнее о топливной смеси.

Картер - металлический или пластиковый корпус, в котором расположены системы и механизмы двигателя. Одновременно с этим картер является основанием, на котором смонтированы основные узлы агрегата (бензопилы, мотокосы и т. д.). Он может быть цельным или состоящим из двух половинок. Принципиальное отличие двигателя с профессиональной схемой компоновки - это наличие металлического картера, состоящего из двух половин, в которых с большой точностью выполнены посадочные места опорных подшипников коленчатого вала.

Опорные подшипники имеют точную жесткую фиксацию в своих посадочных местах и, тем самым, значительно увеличивают запас прочности и моторесурс двигателя.

Кривошипно-шатунный механизм. Основным его назначением является преобразование возвратно-поступательных движений поршня во вращательные движения коленчатого вала. Состоит из поршня, шатуна и коленчатого вала с маховиком.

Цилиндр выполняет роль камеры сгорания воздушно-топливной смеси. В двухтактном двигателе отсутствует впускной и выпускной клапан, их функции выполняет поршень, который в процессе движения поочередно открывает впускные, выпускные и перепускные окна и каналы цилиндра. Снаружи цилиндра имеются ребра, с помощью которых отводится избыток тепла при работе двигателя.

Система запуска (стартер) обеспечивает раскручивание коленчатого вала двигателя из неподвижного состояния до оборотов, необходимых для обеспечения степени сжатия и воспламенения воздушно-топливной смеси. Подробнее о системе запуска.

Система зажигания создает электрическую искру, необходимую для воспламенения воздушно-топливной смеси бензинового двигателя в нужный момент. Подробнее о системе зажигания.

Система очистки воздуха обеспечивает поступление чистого воздуха в карбюратор. Подробнее о системе очистки воздуха.

Топливная система. Состоит из бака, топливного фильтра и шланга, по которому топливо поступает в карбюратор. Карбюратор готовит воздушно-топливная смесь, от качества которой зависит легкость запуска, мощность и стабильность работы двигателя. Для облегчения запуска, двигатели могут быть оборудованы ручным топливным насосом (праймером). Перед запуском карбюратор заполняется топливом (излишек топлива стекает обратно в бак), что облегчает запуск двигателя.

Для того чтобы в процессе расходования смеси, в топливном баке не создавалось отрицательное давление и он заполнялся воздухом, в корпусе бака установлен сапун.

Сцепление. Большинство агрегатов ECHO (за исключением воздуходувных устройств, опрыскивателей и распылителей) оснащены сцеплением центробежного типа, срабатывающим автоматически при увеличении скорости вращения коленчатого вала двигателя.

Глушитель предназначен для отвода выхлопных газов и снижения издаваемого двигателем шума. Глушитель может оснащаться катализатором, который снижает токсичность выхлопных газов.


Система запуска

Для запуска двигателя используется ручной стартер. По конструкции различают четыре типа стартера.

1. Простой стартер

two-stroke-engine-echo-02.jpg

Стартер состоит из корпуса (крышки), в которую устанавливается катушка, возвратная спиральная пружина, ручка и шнур для запуска. Возвратная пружина обычно устанавливается в крышку стартера, но может устанавливаться и в катушку. Служит для наматывания шнура на катушку при возврате ручки в первоначальное положение.

При такой конструкции стартера между катушкой и коленчатым валом осуществляется жесткий контакт при запуске двигателя.

Пользователю при запуске приходится прилагать немалые усилия для проворачивания коленчатого вала, так как приходится преодолевать достаточно большую компрессию в двигателе. При запуске неизбежно возникают значительные нагрузки на все детали стартера. При нарушении правил запуска двигателя возможен эффект "обратного удара". Это ситуация, когда поршень после вспышки воздушно-топливной смеси в камере сгорания не продолжает движение дальше через верхнюю мертвую точку, а возвращается назад - в нижнюю мертвую точку. "Обратный удар" может возникнуть при использовании некачественной топливной смеси, неисправности системы зажигания и недостаточном усилии оператора при вытягивании шнура стартера.

2. Стартер с амортизирующим элементом (ElastoStart)

two-stroke-engine-echo-03.jpg

Для того, чтобы частично снять ударную нагрузку со шнура стартера, в его ручку устанавливается амортизирующий элемент, например пружину.

Усилия для запуска двигателя остаются такими же значительными, как у простого стартера, но распределены более равномерно в начальной стадии вытягивания шнура стартера. Нагрузки на детали стартера также большие. Данная конструкция может дополнять любой тип стартера.

3. Система облегченного запуска (EasyStart , ErgoStart, Smart Start®)

two-stroke-engine-echo-04.jpg

В конструкции данного типа стартера в дополнение к возвратной спиральной пружине, с другой стороны катушки установлена вторая пружина, винтовая. На винтовую пружину устанавливается храповик катушки стартера. При вытягивании шнура стартера дополнительная винтовая пружина закручивается. При достижении определенного усилия, достаточного для проворачивания коленчатого вала, закрученная винтовая пружина начинает передавать крутящий момент через храповик на коленчатый вал. При данной конструкции снимается нагрузка с деталей стартера, оператор прилагает меньше усилий при запуске и практически не ощущает рывков. Если зажигание отрегулировано и используется качественная топливная смесь, такая конструкция позволяет исключить эффект "обратного удара". Усилие при запуске снижается на 40-50%. В некоторых моделях бензопил, например CS-3700ES и CS-4200ES, вместо винтовой пружины применяется мощная спиральная, что существенно повышает долговечность стартера.

4. Система легкого запуска i-start

two-stroke-engine-echo-05.jpg

Эта система является наивысшим достижением в области снижения усилий оператора при запуске двигателя. Она разработана и запатентована корпорацией Yamabiko.

Работа стартера происходит следующим образом. При вытягивании шнура, катушка стартера поворачивается, входя в зацепление с дополнительным роликом, и закручивает мощную пружину, установленную внутри него. Во взведенном состоянии ролик с пружиной фиксируется защелками, подобно часовому механизму, которые предотвращают возможность раскручивания пружины. В ролик установлен храповик, который с одной стороны входит в зацепление с пружиной, с другой стороны - с коленчатым валом. При достижении определенного усилия пружина ролика раскручивает храповик, который, в свою очередь, проворачивает коленчатый вал.

two-stroke-engine-echo-06.jpg

Для того, чтобы взвести пружину дополнительного ролика, достаточно вытянуть шнур стартера 5-6 раз на длину 15-20 сантиметров. Запуск двигателя можно сравнить с тем, как работает механизм детской механической игрушки.

Нагрузки на детали стартерной группы при такой конструкции минимальны. Система исключает эффект "обратного удара". Усилие при запуске снижается на 60-70% по сравнению с простой конструкцией стартера.

Корпорация Yamabiko предъявляет самые высокие требования к надежности и эргономике разрабатываемой техники, поэтому устанавливает на свои двигатели запатентованные системы облегченного и легкого запуска.


Система зажигания

Основным назначением системы зажигания является подача напряжения на свечу зажигания в определённый такт работы бензинового двигателя.

В современных двухтактных бензиновых двигателях для садово-парковой и лесозаготовительной техники применяются бесконтактные системы зажигания, реализованные на базе магнето. Магнето - магнитоэлектрический генератор переменного тока с возбуждением от вращающегося постоянного магнита (магнитного ротора или якоря), создающий электрические разряды между электродами свечи зажигания для воспламенения топливной смеси в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания. Конструктивно магнето совмещает генератор и трансформатор.

По принципу накопления энергии для создания искры различают батарейные, конденсаторные (или тиристорные) и транзисторные (индуктивные) системы зажигания. Батарейные системы зажигания, как правило, не применяются в малогабаритной технике из-за жестких требований к весу и размерам, поэтому будем рассматривать транзисторные и конденсаторные системы.

1. Транзисторные системы зажигания T.С.I.

Transistor Controlled Ignition - дословно "зажигание, управляемое транзистором".

В такой системе зажигания всеми процессами управляет транзистор. В системах T.С.I. энергия искрообразования образуется в магнитном поле катушки зажигания.

Достоинства: система T.C.I. выдает искру длительностью на порядок больше чем конденсаторная система. Искра такой продолжительности способна воспламенить смесь с отклонениями от нормального состава. Секрет "длинной" искры в том, что ее создает не короткий "выстрел" энергии конденсатора, а накопленная катушкой зажигания солидная "порция" электромагнитной индукции.

Недостатки: система потребляет большой ток; для своей работы требует наличия специальной катушки зажигания; при загрязнении свечей амплитуда вырабатываемого напряжения может быть недостаточна для воспламенения топливной смеси в цилиндре.

2. Конденсаторные системы зажигания C.D.I.

Capacitor Discharge Ignition - дословно "зажигание разрядом конденсатора".

Все недостатки системы T.C.I. устранены в конденсаторной системе зажигания. В системах C.D.I. энергия искрообразования накапливается в конденсаторе. В блоке магнето есть две катушки. Одна, при прохождении магнита маховика мимо сердечника вырабатывает ток, который заряжает конденсатор, вторая - управляющая, она играет роль датчика, запускающего искрообразование.

Управляемый диод (тиристор) не пропускает ток, пока на него не будет подан управляющий сигнал определенной силы. Стоит магниту пройти мимо сердечника управляющей катушки, в обмотке появляется электрический импульс, отпирающий тиристор блока управления. Накопившийся в конденсаторе заряд выстреливается в первичную обмотку катушки зажигания. Та, благодаря эффекту электромагнитной индукции, возбуждает ток во вторичной обмотке. Во вторичной обмотке количество витков провода в сотни раз больше, чем в первичной обмотке, поэтому напряжение на выходе составляет 20–40 киловольт. Подача высокого напряжения на свечу и, соответственно, образование искры происходит в точно определенное время.

Достоинства:

  • Более высокая, чем у системы T.C.I. крутизна фронта импульса высокого напряжения делает систему малочувствительной к загрязнению свечей, что позволяет уменьшать трудоемкость обслуживания; срок службы свечей увеличивается.
  • Разгружается катушка зажигания (средний ток через ее первичную обмотку уменьшается почти на порядок); не требуется разработки специальной катушки.
  • Стоимость системы C.D.I., как правило, ниже, чем у транзисторной системы.

Такая система имеет один недостаток - при уменьшении оборотов коленчатого вала напряжение на конденсаторе, а значит и вторичный разряд, падает. При низкой скорости прохождения магнита мимо заряжающей катушки, появляется нестабильность искрообразования. На малых оборотах коленчатого вала возможна нестабильная работа двигателя. Необходима более тщательная настройка оборотов холостого хода.

Система C.D.I. обеспечивает мощную, но кратковременную искру. При такой системе угол опережения зажигания подбирается так, чтобы двигатель стабильно работал на всех режимах.

По мере увеличения скорости вращения коленчатого вала время, за которое должна сгореть топливная смесь, сокращается. Сама же смесь горит со стабильной скоростью. Поэтому, на высоких оборотах коленчатого вала, воспламенение должно происходить не в одной фиксированной точке (заданной начальным углом опережения), а несколько раньше. Возникает необходимость более точной регулировки угла опережения зажигания. В чистом виде система C.D.I. применяется все реже и реже.

Для контроля угла опережения используются различные системы, например C.D.I. S.A.I.S. (Step Advance Ignition System - дословно "система зажигания с пошаговым опережением"). Это конденсаторная система с установкой различного значения угла опережения зажигания для трех разных диапазонов скорости вращения коленчатого вала.

Одно из перспективных направлений развития систем зажигания двухтактных двигателей - разработка систем со встроенным цифровым блоком управления Digital C.D.I. (микропроцессорные системы зажигания). Цифровой блок использует матрицу данных угла опережения зажигания в зависимости от скорости вращения коленчатого вала. Эта матрица может быть реализована в виде набора данных, или в виде алгоритма расчета угла опережения зажигания, и зашита в микросхему. Например, система Digital C.D.I. V.S.T. (Variable Slope Ignition Timing System - дословно "система выбора времени зажигания с переменной наклонной характеристикой"). Это конденсаторная система с цифровым блоком управления временем угла зажигания (опережения и запаздывания) для оптимального режима работы. Дополнительным преимуществом данной системы является то, что она не допускает превышения максимально допустимых оборотов двигателя.

Достоинства систем с цифровым блоком управления:

  • Стабильная работа двигателя на любых оборотах, отсутствие провалов в работе, улучшение динамических характеристик двигателя.
  • Более полное сгорание топливной смеси, что ведет к выработке максимальной мощности двигателя на любой скорости вращения коленчатого вала двигателя и снижает токсичность выхлопных газов.
  • Возможность предотвращения превышения максимально допустимых оборотов двигателя.

Корпорация Yamabiko устанавливает на свои двигатели запатентованные системы зажигания Digital C.D.I., что делает технику более эффективной, надежной и экологичной.


Система очистки воздуха

В современных двухтактных бензиновых двигателях система очистки воздуха состоит из воздушного фильтра и системы предварительной очистки воздуха.

Воздушные фильтры

Фильтры выполняются в виде плоских прокладок или объемных конструкций. Для повышения механической прочности они могут быть снабжены бандажом, армированием или разделительными элементами. Фильтрующий элемент может быть выполнен из различных материалов: бумаги, фетра, нейлона или поролона.

Бумажные воздушные фильтры. Наиболее распространенными моделями воздушных фильтров являются фильтры, где главным фильтрующим элементом выступает специальная бумага гофрированной формы. К явным достоинствам такого фильтра можно причислить его невысокую стоимость. Среди основных недостатков можно отметить то, что бумажные фильтры являются одноразовыми. Кроме этого бумажный фильтр очень чувствителен к механическим нагрузкам и влажности, а по мере загрязнения фильтрующего элемента пропускная способность фильтра быстро уменьшается, что негативно сказывается на динамике работы двигателя.

Фетровые воздушные фильтры. Степень очистки воздуха у фетровых фильтров выше, чем у бумажных. Это преимущество следует использовать при работе в запыленных условиях. Например, при работе бензопилой с сухой или горелой древесиной. Устойчивость к механическим воздействиям выше, чем у бумажных фильтров. Стоимость фетрового фильтра, как правило, выше, чем у бумажного. Фильтр является одноразовым.

Нейлоновые воздушные фильтры. Эти фильтры многоразового использования, они лишены основных недостатков бумажных и фетровых воздушных фильтров, а именно чувствительности к механическим нагрузкам и влажности. При загрязнении фильтр достаточно промыть в теплом мыльном растворе. Стоимость нейлонового фильтра сопоставима со стоимостью бумажного фильтра. Технология изготовления позволяет создавать конструкции с ребрами жесткости, что увеличивает прочность фильтра к механическим воздействиям.

Поролоновые воздушные фильтры также предназначены для многоразового использования. Однако они обладают большей пропускной способностью и соответственно более низкой степенью очистки. Поролоновые фильтры применяются в условиях невысокой запыленности и большого объема потребляемого воздуха. При механическом воздействии на поролон происходит его деформация, если воздействие прекращается, то фильтр восстанавливает свою первоначальную форму, поэтому у поролонового фильтра отсутствуют бандажи или армирование.

Система предварительной очистки воздуха

Существуют различные виды систем предварительной очистки воздуха:

  • система продувки камеры воздушного фильтра;
  • система центробежной предварительной очистки воздуха;
  • система предварительной очистки воздуха за счет разрежения.

Воздух в системе предварительной очистки циркулирует по специальным каналам, предназначенным для разделения чистого и загрязненного воздуха.

В системах продувки камеры воздушного фильтра поток воздуха, создаваемый крыльчаткой маховика, через специальный патрубок поступает к воздушному фильтру, сдувая с него частицы пыли. Недостатком этой системы является низкая эффективность очистки воздуха и опасность попадания снега в камеру воздушного фильтра в зимнее время.

Система центробежной очистки работает следующим образом. При вращении крыльчатки маховика за счет действия центробежных сил более тяжелые частицы пыли отбрасываются в сторону от воздухозаборных каналов и удаляются, как правило, через ребра цилиндра. Очищенный воздух поступает через воздушный фильтр в карбюратор. На низких оборотах двигателя значение центробежных сил невелико, поэтому существует вероятность попадания частиц пыли в камеру воздушного фильтра.

Принцип работы предварительной системы очистки воздуха за счет разрежения заключается в том, что, за счет особой конструкции лопастей крыльчатки, в нижней части крышки стартера создается разрежение, которое по специальному каналу распространяется в камеру воздушного фильтра. Под воздействием разряжения частицы пыли удаляются из камеры воздушного фильтра через канал к крыльчатке. При этом эффективность очистки растет с увеличением скорости вращения коленчатого вала и позволяет удалить частицы пыли, которые не получилось удалить на малых оборотах.

Запатентованная корпорацией Yamabiko система предварительной очистки функционирует выше описанным образом. Дословно название G-FORCE означает "система предварительной очистки воздуха за счет сил гравитации" (буква G в названии системы является первой буквой слова Gravity - гравитация).

Данная система наиболее эффективно очищает воздух. В эффективности можно наглядно убедиться, заполнив камеру воздушного фильтра бензопилы опилками. Буквально через минуту работы камера становится чистой!


Топливная смесь для двухтактного двигателя

Двухтактный двигатель работает на топливной смеси, состоящей из бензина и масла. Он не имеет отдельного масляного картера, и все трущиеся детали внутри двигателя смазываются маслом, которое содержится в топливной смеси. Масло должно смазывать все трущиеся поверхности внутри двигателя и сгорать без образования нагара. Именно в этом принципиальное отличие масел для двухтактных и четырехтактных двигателей.

Кроме вышеперечисленных функций масло должно:

  • уплотнять зазоры, в первую очередь, между деталями цилиндро-поршневой группы, не допуская или сводя к минимуму прорыв газов из камеры сгорания;
  • отводить тепло, образующееся в результате сгорания топлива и трения;
  • предотвращать коррозию деталей двигателя.
two-stroke-engine-echo-07.jpg

Классификация масел для двухтактных двигателей в Японии

Уровень требований к маслам для 2-тактных двигателей в Японии определяется классификацией JASO (Japanese Automobile Standarts Organization). Огромный опыт по эксплуатации и производству двухтактных и четырехтактных двигателей накоплен в Японии, поэтому стандарты-спецификации JASO (в частности стандарт для двухтактных моторных масел JASO М345:2004) используется производителями масел во всем мире.

Особое внимание в перечне требований к маслу уделено снижению дымообразования. По уровню требований масла делятся на следующие классы качества:

  • JASO FB - для двухтактных двигателей (минимальные требования для применения в Японии).
  • JASO FC - для двухтактных двигателей, бездымное моторное масло (основное масло для применения в Японии).
  • JASO FD - для двухтактных двигателей, бездымное моторное масло с улучшенными характеристиками по сравнению с FC (наивысшие требования к 2-тактным маслам в Японии).

В России применяется масло для двухтактных двигателей ECHO класса JASO FD.

Масло ECHO POWER BLEND

Под брендом ECHO было специально разработано масло Power Blend® Xtended Life OIL TM - полусинтетическое низко дымное масло, рекомендованное для использования во всех двухтактных двигателях с воздушным охлаждением.

Соответствует самым высоким стандартам качества масел ISO-L-EGD и JASO M345/FD. Масло Power Blend® Xtended Life OIL TM сгорает без образования нагара на деталях двигателя и глушителя, обеспечивает низкий уровень токсичности выхлопных газов.

Работаем по схеме: склад дилера курьер покупатель

Курьерская доставка с 12.00 до 20.00 (в будние дни)

Бесплатная доставка по Санкт-Петербургу от 5000 рублей

Минимальная сумма заказа 1000 рублей

Корзина

Нажмите на заголовок для показа корзины
0 товаров 0 руб.