Kilka kwestii:

Jak wspomniałeś, wysokie jednostkowe zużycie paliwa. Mniej więcej tak jak w przypadku silników turbośmigłowych, ale bez niezawodności. Jeśli masz zamiar żyć z tym SFC, równie dobrze możesz wybrać turbiny.

Słaba niezawodność. Są bardzo wrażliwe na strojenie i synchronizację. Czterosuwowy silnik lotniczy tłokowy będzie działał z różnymi problemami. Płaty krzywkowe zużyte prawie do guzków. Luźne prowadnice zaworów. Straszna kompresja. Mogą mieć odczyty kompresji, które spowodują, że większość mechaników je uziemi, ale nadal będą wytwarzać znamionową moc (Continental przeprowadził testy, aby to znaleźć). Są bardzo „niedostrojone”, jak traktor lub silnik przemysłowy. Chcesz tego w lotnictwie. Prawie jedyną rzeczą, która spowoduje, że czterosuwowy silnik samolotu wybuchnie ci w twarz, jest coś w rodzaju pręta rzuconego z wirowanego łożyska lub cylindra, który pęka, a który w większości przypadków wymaga złej konserwacji lub zaniedbania. 2 suwowe, w ultralekkim świecie, w którym są szeroko stosowane, cieszą się reputacją odpuszczania w dowolnym momencie (jedyny dwusuwowy silnik lotniczy, który nawet zbliża się do 4 suwów, to Rotax 582 - ale tylko blisko i są niezawodny tylko przez kilkaset godzin).

2 skoki wymagają dociśniętych do siebie korb z łożyskami kulkowymi, ponieważ muszą one polegać na smarowaniu olejem zmieszanym z paliwem. Więc nie możesz mieć kutej jednoczęściowej korby (radialne unika się z głównymi łożyskami kulkowymi, ale jest tylko jeden lub dwa skoki korby, a nadal mają dedykowane smarowanie olejem). Ponieważ jedyny olej pochodzący z tego, co jest rozcieńczane w paliwie w 2 suwach, smarowanie pierścieni tłokowych jest znikome, a ich żywotność jest niska.

Co zapewnia nam długowieczność. Chociaż ma oficjalny TBO wynoszący 2000 godzin, jeśli odpowiednio się nim zajmiesz, Lycoming O-320 będzie działał 3-4000 godzin. Łożyska ślizgowe w 4 suwach widzą zużycie tylko podczas uruchamiania; nie ma żadnego zużycia, gdy znajdują się pod ciśnieniem, ponieważ nie ma kontaktu metalu z metalem, a jeśli nigdy nie wyłączysz go i nie zmienisz oleju w ruchu, łożyska teoretycznie będą działać wiecznie. Łożyska kulkowe smarowane rozcieńczonym olejem mają ograniczoną żywotność, a to oraz słabo nasmarowane pierścienie ograniczają żywotność. Nigdy nie marzyłbyś o dwusuwach trwających tak długo w żadnej galaktyce w tym wszechświecie.

Dwa uderzenia są popularne w ultralekkim świecie prawie całkowicie, ponieważ są tanie i mają doskonały stosunek mocy do masy. Prawie dostaniesz moc turbiny do wagi i minimalne koszty, a warto żyć z gównianą niezawodnością. Ultralightom uchodzi to na sucho, ponieważ rozbijają się przy prędkości 30 mil na godzinę, a nie 70.

Problem polega na tym, że wiele problemów jest wbudowanych w konfigurację i nie można ich zaprojektować. Połącz z biznesem, który jest z konieczności konserwatywny, ponieważ twoje życie zależy od konserwatyzmu i nie jest to niespodzianką.

Głównym powodem, dla którego istnieje niewiele dwusuwowych silników lotniczych, jest prawdopodobnie powód, dla którego ogólnie jest niewiele dwusuwowych silników benzynowych o pojemności powyżej 125 cm3: mają niską wydajność paliwową i niską emisję. Zauważasz, że silniki lotnicze nadal wykorzystują paliwo ołowiowe i sugerujesz, że jest to większe obawy, ale obawy wymienione powyżej zwiększają zanieczyszczenie ołowiem z powodu większego zapotrzebowania na paliwo i emisji niespalonego paliwa. Mówisz, że można to rozwiązać za pomocą dobrego projektu, ale wiąże się to z kosztami i złożonością. Po pewnym czasie próbując zaprojektować dwusuwowy cylinder, który nie omija mieszanki paliwowo-powietrznej z portu wlotowego do wylotowego, rezygnujesz i zamiast tego projektujesz czterosuwowy. Będzie ważył więcej, ale mniejsze zużycie paliwa rekompensuje utratę wagi dla wszystkiego, co leci na większe odległości niż ultralekki.

Dwusuwowe silniki Diesla generalnie mają zbyt słaby stosunek mocy do masy jak na lotnictwo, ale są bardzo skuteczne. w innych dziedzinach. Paliwo jest wtryskiwane tylko wtedy, gdy tłok jest w podniesionym położeniu, dzięki czemu silnik pobiera tylko świeże powietrze do kolektora dolotowego, a jeśli jakieś obejdzie do wydechu, nie marnuje paliwa.

https://en.wikipedia.org/wiki/Category:Aircraft_piston_engines wymienia 79 silników dwusuwowych, ponad połowę liczby silników radialnych w 146, a więc oczywiście znaczących, iz jakiegoś powodu wspomniane silniki Junkers są wymienione jako wysokoprężne, ale nie dwusuwowe.

Problemy wspomniane przez OP i innych respondentów są charakterystyczne dla kilku konkretnych silników, które nie są ze sobą porównywalne i przeważnie nie dotyczą aplikacji napędowych. Nikt nie zaprojektowałby 2-suwowego zamiennika Lycoming, jak opisano. Wyglądałby bardzo podobnie i byłby skonfigurowany bardzo podobnie do czterosuwowego. Problemem jest konkretna moc i jednostkowe zużycie paliwa przez napęd śmigła przy danym nakładzie kapitałowym i operacyjnym. Gęstość mocy nie ma dużego znaczenia i może być znacznie niższa niż wymagana na przykład w sektorze motoryzacyjnym.

Dwusuw byłby nieco bardziej skomplikowany, ponieważ wymagałby dmuchawy do zarządzania ładowaniem powietrza. Miałby zasadniczo taki sam układ olejowy i układ paliwowy jak czterosuw. Może używać zaworów grzybkowych w głowicy do wlotu i wylotu lub może używać portów. Istnieje co najmniej 10 podstawowych sposobów zasysania powietrza, zapalania go i usuwania spalin z dwusuwu. Ale tylko trzy lub cztery warte są tutaj poważnego rozważenia. I prawdopodobnie nie ma wystarczającej różnicy między tymi, którymi należy się martwić, jeśli chodzi o to pytanie, więc załóżmy, że dmuchawa korzeniowa podaje powietrze doładowujące do silnika z zaworem grzybkowym. Może to wtrysk bezpośredni, a może wtrysk pośredni.

Specyficzne zużycie paliwa sprzyja dwusuwowi w szerokim zakresie rozmiarów i prędkości, ale prawdopodobnie nie w tak małej skali. To prawdopodobnie pranie w rozmiarze Lycoming. Oszczędności w tarciu wewnętrznym przewyższają straty dmuchawy w przypadku cylindrów o większych rozmiarach. Ale w przypadku lekkiego samolotu dmuchawa nie byłaby najlepsza. Agregaty działające przy porównywalnych obrotach nadal preferują 4-suwowe.

Jednym z największych czynników wpływających na wagę jest stopień kompresji. Ponieważ możemy zamienić gęstość mocy na moc określoną, mamy duże i niskie CR oraz cienkościenne. To obniża wagę, zwłaszcza gdy nie możesz na początku pracować z dużymi obrotami. To może być, gdy 2 uderzenie traci swoją przewagę. To dobrze, gdy potrzebujesz mocnego, lekkiego i małego, ale jeśli nie potrzebujesz małej części, nie ma dużej korzyści. Będzie nieco mniejszy, ale niekoniecznie lżejszy, jeśli zostanie zbudowany do napędzania tego samego śmigła.

Rodzaj konstrukcji cylindra i architektura silnika, który chcesz, jest prawie całkowicie zdeterminowany przez aplikację, a nie przez to, czy pracują na 2-taktach lub 4-taktach. W większości przypadków możesz wziąć dowolny czterosuw i zmienić go na dwusuwowy bez większych problemów. Mój kumpel zaczął przerabiać złomowane silniki Cadillaca 500 cid na 2-suwowe, gdy miał 14 lat. Kupił dom i zbudował warsztat mechaniczny, gdy miał 16 lat.

Powiedziałbym więc, że nie ma żadnego prawdziwego powodu, aby nie opracowywać dwusuwu do małych samolotów, ale że żaden z twoich z góry założonych pojęcia o różnicach między tymi dwoma typami dotyczą tej aplikacji. Myślę, że dynamika powietrza dolotowego może być trudniejsza do opanowania (czytaj droższa i bardziej wymagająca w utrzymaniu) w 2-suwowym w porównaniu z 4-suwowym. Wymóg rozsądnie ustalonej mocy przy rozsądnie stałych obrotach, biorąc pod uwagę bardzo zmieniające się warunki ładowania, jest zupełnie innym problemem niż ten, z którym boryka się sektor motoryzacyjny, który ma stabilne warunki ładowania i bardzo zmieniające się wymagania dotyczące mocy i obrotów.

Nie ma nic gorszego w silnikach dwusuwowych, co zabraniałoby ich stosowania w samochodach lub samolotach.

Jak stwierdził OP, 2-suwowe mają wiele właściwości, które powinny być wartościowe w samolotach , w szczególności wyższy stosunek mocy do masy przy generowaniu suwu mocy przy każdym obrocie. Mogą być również zaprojektowane z myślą o prostocie i małej liczbie ruchomych części, jak kosiarka: bez zaworów, ale porty, wstępnie zmieszane paliwo i olej bez oddzielnej pompy olejowej, co powoduje silnik o słabej zużycie paliwa i duża liczba zanieczyszczeń. Ale oczywiście w przypadku współczesnych samochodów i samolotów ten projekt nie będzie używany. Na przykład z tego artykułu (druga odpowiedź):

Za jednym pociągnięciem porty przesyłu i porty wylotowe są otwarte w tym samym czasie. Przy niektórych obrotach silnika porcje mieszanki paliwowej wychodzą prosto z otworów transferowych na wydech, nie ulegając spaleniu. Prowadzi to do wysokiego zużycia paliwa i wyrzucania niespalonych węglowodorów. Rozwiązaniem jest zastosowanie wtrysku bezpośredniego, w którym paliwo jest wtryskiwane do cylindra dopiero po zamknięciu portów. To drastycznie zmniejsza oba problemy.

Drugie źródło zanieczyszczeń pochodzi z całkowitego smarowania stratnego, w którym niespalony olej do silników dwusuwowych wypływa bezpośrednio przez otwory wydechowe. Rozwiązaniem jest zastąpienie układu całkowitej utraty oleju pełnym smarowaniem skrzyni korbowej, jak w silnikach czterosuwowych. Aby to zrobić, skrzynia korbowa nie może być już używana do oczyszczania, dlatego do dostarczania powietrza oczyszczającego należy używać sprężarki doładowującej.

Tak więc silnik dwusuwowy nie mocny> zaprojektowany z myślą o prostocie i niskich kosztach, nie będzie zawierał niespalonego paliwa ani całkowitej utraty oleju. Nadal będzie miał dwukrotnie większą siłę uderzenia niż porównywalny czterosuw. I nadal będzie miał mniejszą liczbę części niż czterosuwowy z miską olejową i doładowaniem. Kilka przykładów:

1. Zdjęcie powyżej pochodzi z artykułu w NYTimes na temat nowoczesnego projektu dwusuwowego silnika samochodowego. Z zaworami zamiast portów. Ze współczynnikiem sprężania, który można zmieniać: niższy stopień sprężania benzyny z powodu zapobiegania stukom, wysoki stopień sprężania dla oleju napędowego dla wyższej wydajności cyklu Carnota.
2. Junkers Jumo 205 wspomniany w OP był 2-suwowym dieslem z dolotem i porty wydechowe, ze sprytnym układem umożliwiającym lepsze synchronizowanie cyklu paliwo / wydech. Zaprojektowany i wyprodukowany w latach 30-tych XX wieku (!). Następnie porzucono, zgodnie z tym artykułem, ponieważ dwa wały korbowe połączone z jedną śrubą napędową stwarzały złożoność, a ponadto musiał być zainstalowany pionowo, aby pomieścić system usuwania oleju.
3. Marine 2- silniki wysokoprężne z wtryskiwaczami, zaworami i układem dwusuwowym, używane i eksploatowane od dziesięcioleci.

Dlaczego więc nie używa się już dwusuwów do napędu samolotów?

• Przemysł lotniczy jest bardzo konserwatywny, a nowe rozwiązania wymagają dużo czasu i inwestycji, zanim zostaną zaakceptowane przez główny nurt. Jak ilustruje niewypłacalność Thielerta - jeśli zastosowanie dojrzałej technologii silników wysokoprężnych do samolotów GA doprowadzi do bankructwa, gdzie miałoby to oznaczać dla firm opracowanie nowej technologii dwusuwowej? Nowo opracowany 2-suwowy silnik tłokowy byłby używany w mniejszych samolotach, które po prostu nie mogą generować przychodów i liczb pozwalających uzyskać znaczny zwrot z inwestycji. Rozwój dwusuwowego benzyny wielkości samochodu / samolotu GA został po prostu zatrzymany wiele dziesięcioleci temu, podczas gdy 4-suwowy był nadal udoskonalany.
• Istnieje nieodłączne ograniczenie technologii dwusuwowej: jest znacznie mniej czasu na usunięcie spalin i zasysanie paliwa, ponieważ każdy suw jest suwem mocy. Ogranicza to objętość cylindra lub maks. RPM. Nie stanowi to problemu dla diesli, diesle okrętowe pracują bardzo wolno z prędkością 150 obr./min. Benzyna czterosuwowa nie ma tego ograniczenia. Diesel może pracować z bardzo wysokimi stopniami sprężania, generując olbrzymi moment obrotowy na suw, czego benzyna nie może. Tak więc 2-suwowe silniki benzynowe powodują ograniczenie mocy na cylinder. Które można również rozwiązać za pomocą nowej technologii - kolejna saga Thielerta?

Wiele UAV wykorzystuje silniki dwusuwowe ze względu na ich niską masę i dużą moc wyjściową. Wynikające z tego wysokie obroty są dopasowane do śmigieł o stosunkowo małej średnicy, co jest odpowiednie dla ograniczeń związanych z mocą, prędkością i wielkością. Przykłady obejmują Boeing / Insitu Scan Eagle i RQ-21A Blackjack / Integrator. Ich jednostkowe zużycie paliwa jest o 33% do 50% gorsze niż w dobrze dostrojonym czterosuwowym silniku samochodowym, ale podobne do mniejszych czterosuwowych silników, które byłyby używane w innym przypadku.

Ponieważ silniki 1-cylindrowe nie są wystarczająco mocne

W przypadku silników 2-suwowych coś się dzieje z cylindrem w dolnym martwym punkcie. Spaliny są wypychane z cylindra przez zasysane powietrze, aktywnie wtłaczane do cylindra . Nazywa się to oczyszczaniem .

Silniki dwusuwowe, jak je sobie wyobrażasz , wykorzystują skrzynię korbową jako pompę powietrza. Opuszczany tłok spręża powietrze w skrzyni korbowej, a gdy otwór wlotowy jest odsłonięty, następuje oczyszczanie.

Zgadnij, ile cylindrów możesz mieć w silniku dwusuwowym. JEDEN .

Ponieważ jeśli masz 2 cylindry, objętość powietrza w skrzyni korbowej nie zmienia się i nie można jej używać jako pompy. (Cóż, jeśli są to dokładnie dwa, możesz mieć 180-stopniową korbę, aby oba osiągały najwyższy poziom na raz, ale to prawie niweczy wszystkie zalety dwóch cylindrów.)

2 + cylindry wymagają przedmuchu

Przy 2 lub więcej cylindrach skrzynia korbowa jest bezużyteczna jako pompa, ponieważ objętość skrzyni korbowej nie zmienia się. (Z drugiej strony możesz użyć normalnego systemu olejowania i nie musisz już mieszać oleju do 2-cykli; oczywiście teraz wkradło się więcej złożoności.)

Musisz użyć powietrza jakiś rodzaj pompy w celu oczyszczenia. Więc teraz dodałeś trochę złożoności. Co gorsza, dmuchawa będzie działać dość słabo na wysokości.

„Och, znamy rozwiązanie! Użyjemy tylko turbosprężarki”. Świetny dzieciak, ale jak zamierzasz go uruchomić? Silnik musi pracować przy wszystkich prędkościach, nawet podczas rozruchu - więc turbo jest bezużyteczne przy niskich ustawieniach mocy. Potrzebujesz sprzęgła jednokierunkowego , aby silnik mógł mechanicznie napędzać turbosprężarkę przy niskich prędkościach / rozruchu. Większa złożoność.

Ponadto, jeśli wlot i wylot są portami po stronie cylindra, stwarza to poważne problemy ze zużyciem pierścienia i karbonizacją. Co więcej, zabawny kształt tłoka (zapewniający prawidłowy przepływ powietrza) znacznie komplikuje spalanie paliwa i ogranicza maksymalne sprężanie. Wkrótce, gdy twój dwusuwowy silnik stanie się większy, musisz przesunąć dolot lub wydech do zaworów , a ze względu na pierścienie i karbonizację zawory wydechowe mają więcej sensu niż dolot. Więc teraz jesteś z powrotem tam, gdzie zacząłeś z zaworami w głowicy cylindrów.

Jednak otwory wlotowe mają swoje własne problemy: mieszanka paliwowo-powietrzna będzie miała bezpośredni kontakt z pierścieniami tłokowymi, a nieodparowane paliwo będzie miało tendencję do zmywania oleju w pierścieniach , zwiększając zużycie pierścieni i rozcieńczając olej. Nie stanowi to problemu dla diesla, ponieważ wtryskują bezpośrednio do cylindra .

A więc gratulacje. Masz silnik wystarczająco mocny, aby załapać się na Continental lub Lycoming, i masz

• Pompę olejową
• Krzywki i zawory wydechowe
• Dmuchawa
• Bezpośredni wtrysk w celu rozwiązania problemu przemywania pierścieni

A więc to porażka prostoty.