Современные автомобили отличаются не только марками и используемым топливом. Существует еще разница в типе двигателя. Предлагаемая публикация подробно познакомит читателей с двухтактным и четырехтактным силовыми агрегатами.
Что необходимо знать каждому автолюбителю о работе двигателя
Следует отметить, что любое современное транспортное средство представляет собой сложнейшую систему взаимосвязанных между собой механизмов. Подобно человеческому организму, в котором работа всех органов зависит от здорового сердца, нормальное функционирование автомобиля обеспечивается исправным мотором.
Чтобы четко понять, в чем состоит отличие двухтактного двигателя от четырехтактного, для начала следует ознакомиться с принципом действия нормально функционирующего механизма. Основным его предназначением является создание определенного усилия, принуждающего коленчатый вал совершать вращательные движения.
Нормальный рабочий цикл исправного ДВС представляется несколькими этапами:
- Внутреннее пространство цилиндра заполняется горючей смесью;
- Топливо, разбавленное некоторым количеством воздуха, подвергается сжатию;
- Определенными условиями вызывается воспламенение смеси;
- Разогретые газы расширяются и покидают внутреннее пространство цилиндра.
В исправно функционирующем силовом агрегате поршень совершает поступательные движения, поднимаясь вверх и опускаясь вниз. Его действия сопровождаются полным периодом вращения коленчатого вала. Движение поршня в одном определенном направлении называется тактом.
При одном из них сгоревшие газы расширяются, выполняя полезную работу. Описываемый процесс получил название рабочего хода поршня. Отдельно необходимо отметить, что полный оборот коленчатого вала совершается на протяжении двух тактов.
Что касается непосредственно темы настоящей публикации, то двухтактным называют силовой агрегат, совершающий рабочий цикл в течение одного периода вращения коленвала, состоящего из двух тактов.
Два полных оборота коленчатого вала, выполняемые на протяжении четырех тактов, характерны для другого типа двигателя, именуемого четырехтактным. Чтобы определить, в чем заключается разница между рассматриваемыми моторами, необходимо детально изучить принцип их действия.
Подробности о работе четырехтактного силового агрегата
Рассмотрим подробнее принцип действия четырехтактного мотора. В нем каждый второй период вращения коленчатого вала сопровождается воспламенением топливно-воздушной смеси. Особым кулачковым валом, последовательно нажимающим на коромысла, поочередно открываются впускные и выпускные клапаны. Специальная пружина возвращает клапан в исходное положение, закрывая его.
Необходимо обеспечить достаточно плотный контакт клапанов с головкой блока цилиндров. Это позволит не допустить нежелательной потери компрессии.
Итак, принцип действия четырехтактного силового агрегата представляется четырьмя тактами:
- Сначала происходит опускание поршня из верхнего положения до нижней мертвой точки, сопровождающееся открыванием кулачковым механизмом распределительного вала впускного клапана. Внутреннее пространство цилиндра заполняется смесью топлива с воздухом;
- Поршень начинает подниматься в обратном направлении, из нижнего положения в верхнее. Процесс сопровождается сжатием горючего при значительном увеличении его температуры;
- Выполнение полезной работы осуществляется за счет горючих газов, направляющих поршень к нижней мертвой точке. Их образование происходит в результате сгорания топливной смеси, воспламененной искрой от свечи зажигания, возникающей на завершающем этапе сжатия;
- Далее следует выпуск, представленный выталкиванием поршнем выхлопных газов из внутреннего пространства цилиндра, сопровождается открыванием выпускного клапана. Его закрытие происходит в верхней мертвой точке. Затем описываемый процесс повторяется.
Принцип действия двухтактного силового агрегата
Поставка смеси воздуха с горючим в двухтактном моторе совмещается с процессом ее сжатия, а удаление отработанных газов происходит одновременно с их расширением. Иными словами, рабочий цикл представляется всего двумя тактами и осуществляется за один период вращения коленвала.
При поднимании поршня в направлении из нижней точки в верхнюю, вначале перекрывается специальное продувочное окно, поставляющее горючую смесь в цилиндр. При закрытии выпускного отверстия, способствующего выходу отработанных газов, начинается процесс сжатия топлива вперемешку с воздухом. Благодаря разрежению, возникающему в кривошипной камере, из карбюратора подается следующая порция горючей смеси.
Газы, образованные после сгорания топлива, воспламененного от искры свечи у верхней мертвой точки хода поршня, принуждают его опуститься вниз. Коленчатый вал начинает вращение, выполняя полезную работу.
Благодаря осуществлению рабочего хода повышается давление внутри кривошипной камеры. Смесь горючего с воздухом, доставленная туда на предыдущем этапе, подвергается сжатию. Поршень поднимается до выпускного отверстия, открывая его. Отработанные газы покидают камеру, попадая в глушитель. Продолжающееся движение поршня способствует открыванию продувочного окна.
Благодаря повышенному давлению воздушно-топливная смесь из кривошипной камеры заполняет внутреннее пространство цилиндра. Одновременно вытесняются остатки отработанных газов, происходит заполнение надпоршневого пространства. При достижении поршнем крайнего нижнего положения возобновляется цикличный процесс.
Конструктивные отличия
Из рассмотренного выше принципа действия двух типов двигателей можно определить, чем отличается двухтактный от четырехтактного силового агрегата. Основная разница заключается в конструктивных особенностях механизмов.
Принципиальное отличие состоит в системе газообмена, снабжающей мотор воздушно-топливной смесью и отвечающей за удаление отработанных газов из внутреннего пространства цилиндров.
Осуществляет процесс за счет специального газораспределительного устройства, дополненного особым клапанным механизмом. Подача и выпуск осуществляется во время отдельных тактов. Это несколько усложняет конструкцию силового агрегата.
Двухтактные двигатели устроены намного проще. В них такты сжатия и расширения совмещены с заполнением и опустошением цилиндров. Система клапанов заменена двумя специальными отверстиями в стенках, через которые в камеру поставляется топливно-воздушная смесь и удаляются отработанные газы. Отсутствие газораспределительного механизма не только значительно упрощает конструкцию силового агрегата, но и существенно снижает его вес.
Сравнительный анализ двухтактного и четырехтактного моторов
Чтобы лучше понять, чем отличаются рассматриваемые типы силовых агрегатов, следует ознакомиться с их основными характеристиками, представленными в виде таблицы.
| Четырехтактный двигатель | Двухтактный двигатель |
| Количество тактов рабочего хода поршня на полный оборот коленчатого вала | |
| 2 | 1 |
| Сбалансированность работы | |
| Компенсировать вибрации, вызванные неравномерностью распределения крутящего момента, приходится тяжелым маховиком | Мотор работает достаточно равномерно, что позволяет применять маховик гораздо меньшего веса |
| Масса двигателя | |
| Тяжелый за счет дополнительного оборудования | Намного легче |
| Конструкция | |
| Достаточно сложная из-за необходимости применения газораспределительного устройства с клапанным механизмом | Упрощенная благодаря отсутствию клапанной системы |
| Стоимость | |
| Высокая | Ниже, чем у четырехтактного |
| Механический КПД | |
| Пониженный из-за большого числа трущихся деталей | Высокий за счет уменьшения количества подвижных элементов, подвергающихся трению |
| Производительность | |
| Высокая, объясняемая полной заменой отработанных газов свежей топливно-воздушной смесью | Несколько ниже из-за перемешивания отработанных газов с новой порцией горючей смеси |
| Рабочая температура | |
| Низкая | Более высокая |
| Охлаждение | |
| Жидкостное | Воздушное |
| Расход топлива | |
| Пониженный за счет полного сгорания | Завышенный из-за перемешивания нового впрыска с остатками отработанных газов |
| Габариты | |
| Такой двигатель имеет большие размеры | Двухтактным моторам свойственны меньшие габариты |
| Система смазки | |
| Сложная | Упрощенная |
| Звуковые характеристики | |
| Сравнительно тихая работа | Более шумный |
| Потребление смазки | |
| Низкое | Повышенное |
| Тепловая эффективность | |
| Высокая | Пониженная |
| Подверженность износу | |
| Трущиеся детали изнашиваются меньше, что продлевает срок службы силового агрегата | Более быстрое изнашивание подвижных элементов способствует сокращению срока эксплуатации мотора |
Некоторые позиции приведенной таблицы требуют детального рассмотрения.
Система смазки рассматриваемых моделей двигателей
Принцип смазки является очередным существенным различием, характеризующим работу двухтактных и четырехтактных моделей силовых агрегатов. Первые из них предполагают перемешивание определенного количества моторного масла с бензином. Существуют установленные пропорции такой смеси.
Чаще всего на одну часть масла приходится от 25 до 50 частей бензина. При возгорании горючей смеси смазка, представленная в виде мельчайших распыленных частиц, сгорает вместе с топливом. Вещества, образующиеся в результате сгорания, удаляются совместно с выхлопными газами.
Существует два способа получения масляно-бензиновой смеси:
- обычное механическое перемешивание при непосредственной подаче горючего в топливный бак;
- все необходимые компоненты поставляются внутрь системы по отдельности. Для получения требуемой топливно-масляной смеси предназначен специальный патрубок. Располагается деталь в пространстве, отделяющем цилиндр от карбюратора.
Для четырехтактного мотора применяется исключительно раздельная подача бензина и масла. Топливо не перемешивается со смазкой, независимо выполняя предписанные функции. Поэтому конструкция двигателя несколько усложняется за счет необходимости существования отдельной системы, снабжающей силовой агрегат требуемым количеством масла. Дополнительным оборудованием для смазки является масляный бачок, фильтр, помпа, клапаны и трубопроводная магистраль.
Требования к маслу, применяющемуся для двухтактных двигателей, ужесточаются из-за его полного сгорания. Необходимым условием является минимальное количество продуктов горения в виде нагара и сажи.
Смазка четырехтактного двигателя обязана обеспечивать стабильные характеристики на протяжении долгого периода времени эксплуатации.
Сфера применения
Отдельно следует отметить, что с точки зрения экономичности четырехтактный двигатель несколько выгоднее двухтактного мотора. Это объясняется пониженным расходом топлива, что немаловажно при нынешней стоимости горючего. Несмотря на это, значительные габариты позволяют использовать такое оборудование только для крупной техники, наподобие грузовых и легковых автомобилей, автобусов и пр.
Небольшие размеры, дополненные пониженной массой агрегата, допускают применения двухтактных двигателей для мопедов, скутеров, мотоциклов и прочих мелкогабаритных устройств. Используется такая модель мотора и в газонокосилках, моторных лодках и т.д.
Заключение
Проведенное исследование позволило определить достоинства и недостатки двух типов двигателей. Невзирая на неоспоримые преимущества двухтактных моторов, они все же несколько проигрывают четырехтактным из-за токсичности выхлопа и чрезвычайно шумной работы.
Однако, предприимчивые производители нашли способ нивелировать эти досадные недочеты. Несколько усложнив конструкцию дополнительным оборудованием, они предлагают использовать для продувки мотора чистый воздух. Такое нововведение позволит значительно повысить экономичность двухтактного силового агрегата наряду с экологичностью.
Двигатель внутреннего сгорания работает по давно изученным принципам. Мы будем рассматривать поршневые моторы, поскольку роторные, и прочие экзотические агрегаты, преобразующие энергию горения в кинетическую, не так распространены.
Для лучшего понимания процесса, определимся с техническими терминами:
- Рабочий цикл двигателя – цепочка чередующихся процессов, в результате которых энергия сгорания топлива трансформируется во вращение колес (при использовании в транспортном средстве)
- Впуск – наполнение цилиндра смесью паров бензина и воздуха (в бензиновых моторах) или воздухом в дизельных моторах
- Сжатие – спрессовывание топливной смеси в цилиндре
- Рабочий ход – расширяющиеся газы, после воспламенения горючей смеси, стремительно гонят поршень вниз
- Выпуск – проветривание полости цилиндра от порции отработанных газов.
В ходе рабочего цикла, процессы следуют в строго определенном порядке. Каждый из них называется тактом. С механической точки зрения, такт – это движение поршня от одной мертвой точки до второй. В зависимости от конструкции мотора, тактов может быть два или четыре.
Что из себя представляет двухтактный двигатель – видео
Чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного?
За каждый поворот коленвала на 180° совершается два такта (разные, в зависимости от типа двигателя). Отработка процесса двухтактного ДВС осуществляется за один оборот, а четырехтактного – за два оборота коленвала. Непонятно? Рассмотрим вопрос подробнее.
Важно! Есть пассивные и активные такты. Точнее активный цикл один – рабочий ход. Остальные движения цилиндра происходят по инерции маховика, закрепленного на оси мотора. Это касается одноцилиндрового мотора, каждый следующий цилиндр работает со сдвигом по фазе, и тяжелый маховик более не нужен. Поэтому его роль выполняет шестерня, за которую цепляется стартер.
Современный мотор достаточно сложен с инженерной точки зрения. Процессы обеспечиваются различными вспомогательными механизмами, их работа должна быть синхронизирована. Кроме того, компоненты двигателя имеют определенную массу, соответственно присутствует инерция.
Трущиеся детали замедляются сопротивлением. Это замедляет процесс и отбирает дополнительную мощность. Все поправки надо учитывать при проектировании мотора.
Запрограммировать алгоритм управления сложно, условия эксплуатации постоянно меняются. Если последовательность смены циклов даст сбой – произойдет потеря мощности или остановка двигателя. Поэтому для бесперебойной работы нужно так много приспособлений вокруг пары: поршень, цилиндр.
Что можно добавить к тоннам материала написанного по данной тематике? Очередную банальность?
Тем не менее, наткнувшись на очередное форумное сражение в рамках перманентной войны «остроконечников и тупоконечников», решил высказаться и привести кое-какие цифры.
Давайте попробуем быстренько разобраться.
Преимущества
Какие преимущества у 4-х и 2-хтактных двигателей?
Плюсы двухтактных лодочных моторов
- меньший вес;
- лучшая динамика;
- меньшая цена;
- простота обслуживания и ремонта (как следствие простоты конструкции);
- бо льшая надёжность (тоже как следствие простоты конструкции);
Плюсы четырехтактных лодочных моторов
- меньший шум при работе (особенно на низких оборотах);
- меньший расход топлива.
Не для всех 2-тактных двигателей нужно предварительно мешать бензин с маслом. Поэтому отсутствие данной процедуры при эксплуатации 4-тактников я не стал записывать им в преимущества. Традиционный довод о сногсшибательном ресурсе 4-х тактов я так же не привожу по причине отсутствия как веских доказательств данного утверждения, так и неактуальности данной проблемы для подавляющего числа водномоторников.
Так же ничего не стал упоминать, касающееся экологичности двигателей. Неактуально это пока у нас. Хорошо это или плохо, но вопрос ребром не ставится, и нет поводов думать, что в ближайшем обозримом будущем что-то здесь изменится.
Сухой остаток
Итак, на вопрос зачем нам сильно переплачивать за четыре такта мы, получается, можем ответить: «Он тихий и экономичный».
А вот теперь давайте определимся стоит ли эта «тихая и скромная девушка» расходов на свадьбу?
Легко рассказывать про «тишину» человеку, не знакомому с предметом обсуждения. Да, на малых, до 1000-1200, оборотах четырёхтактник тихий, а на холостых даже почти не слышный, — помню пару раз, поначалу, уже работающий движок пытался запустить ключом. 🙂
Однако, каждый, кто эксплуатировал и 2-т, и 4-т ПЛМ, вам скажет, что начиная с 4000 об. разница в шумности исчезает и к верхнему пределу максимальных становится незначительна.
Да буде она значительна (есть среди 2-тактников и «тракторы»), сколько времени мы слушаем шум нашего мотора? Большую часть отдыха\выезда мотор стоит заглушенный.
Но малошумность никогда не была решающим доводом апологетов четырёх тактов. Железобетонным аргументом в споре с мыслителями из противоположного лагеря всегда являлась экономичность.
Экономика должна быть экономной
Четырёхтактные двигатели расходуют меньше бензина, — и это неоспоримый факт. Меньше бензина — меньше загрузка лодки, меньше стоимость выезда.
Однако, 4-тактные двигатели той же мощности, как правило, тяжелее своих двухтактных собратьев и, так же, дороже их. Таким образом, как ни крути, мы должны знать:
- окупает ли экономия топлива дороговизну стоимости самого мотора;
- компенсирует ли разница в весе необходимого топлива разницу в весе моторов.
Ямаха, как и некоторые другие производители, публикует сообщения с результатами оценки производительности своих ПЛМ. В Интернете эта информация находится в свободном доступе по адресу http://yamahaoutboards.com/owner-resources/performance-bulletins
Для оценки экономического эффекта от использования четырехтактного двигателя мне нужны были данные по расходу пары 2-т и 4-т ПЛМ с одинаковым числом лошадей. Выбор я остановил на двух двигателях средней мощности:
- 2-т: Yamaha 50TLR (у нас известен как Yamaha 50HETOL).
- 4-т: Yamaha F50TLR (у нас Yamaha F50HETL).
Двухтактный «полтинник» испытывался на лодке Sundance FX 17 Flicker (длина 5,21м; ширина 1,98м; полный вес при испытаниях 710 кг).
Четырехтактный — на лодке Key West 166 SK (длина 4,95м; ширина 1,83м; полный вес при испытаниях 623 кг).
Обратите внимание, что лодка, на которой установлен двухтактник (Sundance FX 17) немного длиннее и шире другой и также тяжелее её на 83 кг. Но это наиболее близкие по параметрам и типу плавсредства, что мне удалось найти для данной мощности. Ладно, дадим немного форы четырём тактам. 🙂
Результаты испытаний были таковы:
| Yamaha 50TLR | Yamaha F50TLR | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| об\мин | скорость км\ч |
расход л\ч |
расход л\100 км |
об\мин | скорость км\ч |
расход л\ч |
расход л\100 км |
| 1000 | 6,28 | 1,89 | 30,16 | 1000 | 6,44 | 1,51 | 23,52 |
| 1500 | 8,53 | 3,41 | 39,94 | 1500 | 7,72 | 2,27 | 29,40 |
| 2000 | 10,94 | 4,54 | 41,51 | 2000 | 9,17 | 3,79 | 41,27 |
| 2500 | 12,07 | 6,44 | 53,32 | 2500 | 11,59 | 4,92 | 42,47 |
| 3000 | 19,31 | 7,95 | 41,16 | 3000 | 16,74 | 6,81 | 40,71 |
| 3500 | 29,29 | 9,46 | 32,31 | 3500 | 28,97 | 6,81 | 23,52 |
| 4000 | 37,82 | 10,98 | 29,03 | 4000 | 35,89 | 8,71 | 24,26 |
| 4500 | 44,42 | 11,73 | 26,42 | 4500 | 42,16 | 10,60 | 25,14 |
| 5000 | 51,98 | 16,28 | 31,31 | 5000 | 46,99 | 13,25 | 28,19 |
| 5500 | 57,78 | 21,58 | 37,35 | 5500 | 51,34 | 17,79 | 34,66 |
| 5600 | 58,26 | 21,96 | 37,69 | 5950 | 54,88 | 18,93 | 34,49 |
Давайте немного преобразуем табличку, чтобы можно было оперировать как абсолютными, так и относительными величинами:
| об\мин | расход, л\ч
Yamaha 50 |
расход, л\ч
Yamaha F50 |
разница
в расходе, % |
| 1000 | 1,89 | 1,51 | 25,00 |
| 1500 | 3,41 | 2,27 | 50,00 |
| 2000 | 4,54 | 3,79 | 20,00 |
| 2500 | 6,44 | 4,92 | 30,77 |
| 3000 | 7,95 | 6,81 | 16,67 |
| 3500 | 9,46 | 6,81 | 38,89 |
| 4000 | 10,98 | 8,71 | 26,09 |
| 4500 | 11,73 | 10,60 | 10,71 |
| 5000 | 16,28 | 13,25 | 22,86 |
| 5500 | 21,58 | 17,79 | 21,28 |
Диапазон оборотов от глиссирования до ~5000 является предпочтительным для судоводителя, который не любит тащиться в пол-газа, но и не намерен тратить лишнего. Золотая середина. И в этом диапазоне четырёхтактник, как вы можете подсчитать, расходует в среднем на 20,27% меньше, чем его двухтактный собрат. В абсолютной величине эта экономия составит примерно 2,65 л\час. На такую величину F50 будет меньше расходовать бензина, работая в режиме оптимальных оборотов.
Давайте теперь считать деньги. Оговорюсь сразу, я не беру в расчет масло для 2-т и масло и 2 фильтра для F50. Введение в расчет этих переменных не сильно повлияет на конечный результат, но для F50, в таком случае, придётся строить целый график функции.
Итак, считаем бензин. На момент написания статьи стоимость «участников» теста была такова: Yamaha 50HETOL — 346000 руб., Yamaha F50HETL — 423000 руб. Четырёхтактник стоит на 77000 руб. дороже, но он экономит бензин.
Итак, мы решаем делать ставку на экономию. Давайте подсчитаем, когда наши «инвестиции» для начала просто к нам вернутся.
Как уже говорилось, для данной пары моторов экономия бензина составляет ~2,65 л\час в пользу F50. Стоимость 92-го бензина на момент написания статьи ~36 руб\л. Переведём литры в деньги: 2,65Х36=95,4. Т.о., средняя экономия в рублях в час составит 95,4 руб.
Посчитаем сколько нам понадобится моточасов, чтобы на сэкономленном бензине вернуть деньги, переплаченные за четырёхтактный мотор:
77000:95,4=807,1.
807 моточасов! Вы ощущаете размах? Именно столько должен проработать F50, чтобы переплата при покупке, по сравнению с 50 2-т, полностью вернулась к Вам в карман.
Что такое 807 м/ч? Думаю Вы не станете возражать, что немного найдётся людей, накатывающих за сезон более 50 моточасов. И это ещё довольно оптимистично, — лично я последнее время и 40 не набираю… Считаем сезоны: 807:50=16,14. Вдумайтесь в эту цифру: 16 лет! Столько должно пройти времени, чтобы разница в стоимости рассматриваемой пары моторов окупилась.
И это экономный мотор!?
Я правду об тебе порасскажу такую, что хуже всякой лжи
Смотрите что получается. Мы пришли в магазин для покупки мотора мощностью 50 л.с. Наслушавшись сказок менеджера про тихий, экономный мотор, берем «четыре такта» вместо двух. Т.е. от нетяжёлого, динамичного мотора мы отказываемся в пользу более тяжелого и более дорогого мотора. Главное, что он расходует на 20% меньше бензина. Вот он, маркетинг в действии.
Шутки-шутками, но ведь именно так зачастую и принимаются решения. Начитался покупатель форумов, потом еще продавец песен напел — и всё, «клиент созрел».
Давайте ответим на простые вопросы.
Производителю моторов выгоднее продавать какой мотор, — простой и дешёвый или сложный и дорогой? Конечно дорогой!
В каком моторе больше деталей: в простом 2-тактном или в более сложном? В сложном. Где вероятность поломки больше? В сложном. Выгодно производителю продавать запчасти для ремонта? Да!
Ещё один очень интересный вопрос: почему большинство 2-тактных двигателей в плане дизайна выглядят как несуразные гости из прошлого века, как какие-то гадкие утята, а четырехтактные все чуть ли не ультрадизайновые? Что, «двушкам» нельзя нормальные колпаки хотя бы сделать? Непонятно это, как минимум, непонятно.
Ну, и наконец, дилеру и всем кого он кормит, какой выгоднее Вам продать мотор дорогой или не очень?
И кому же выгодна «4-тактная» философия? Ответ: выгодна всем в цепочке от производителя до кассирши, но, увы, только не Вам.
Выводы
Четырёхтактник иногда бывает предпочтителен для некоторых видов использования, а иногда бывает безальтернативен. Например, для известных видов рыбалки на низких оборотах 4-тактный двигатель больше подходит (хотя, и тут есть о чём поспорить). Для постоянных многочасовых передвижений по воде, будь-то пенсионер, которому нефиг больше делать по жизни, или рыбанутый, который рыбачит сутками, от последнего льда до первого, — этим людям 4 такта также могут оказаться более удобными. И, конечно, не стоит забывать о профессиональных пассажироперевозчиках — вот кому важен и ресурс, и экономия.
Но что дадут «четыре такта» обычному небогатому водномоторнику, отдыхающему на речке по погожим, тихим выходным, обладающему плавсредством, рассчитанным для моторов 30-60 л.с.? Ничего, кроме чувства облегчения кармана от лишних денег. Как бы при этом стильно и престижно не смотрелось на транце «экономно-дорогое» приобретение.
Таким образом, выбор для небольших сезонных пробегов 4-тактного лодочного мотора, если он значительно дороже 2-тактного такой же мощности, выглядит убыточным и нерациональным. Во всяком случае, для тех, кто считает деньги.
Поршневые моторы заняли ведущие позиции в хозяйственной деятельности человека. Попытка заставить 4ех тактный двигатель работать более эффективно, приводило к разработке всевозможных вероятных и невероятных конструкторских схем двигателя и процесса их работы. Одна из этого разнообразия поршневых схем с измененным процессом работы оказалась жизнеспособной и широко внедрилась в технику.
В зависимости от количества тактов рабочего цикла ДВС делятся на две основные группы: двухтактные и четырехтактные двигатели. В двухтактных моторах их есть только два: такт сжатия и такт расширения или рабочий ход. В четырехтактных их четыре: впуск, сжатие, расширение или рабочий ход и выпуск. На первый взгляд может показаться, что первый вариант более выигрышный, ведь рабочий цикл повторяется при каждом обороте коленчатого вала и энергия вырабатывается в два раза интенсивнее, но на самом деле это не совсем так, о чем напрямую свидетельствует ограниченное применение двухтактных двигателей особенно в крупных машинах, установках и агрегатах с высоким уровнем потребления топлива. Чтобы понять причины потери энергии во время рабочего цикла, нужно рассмотреть работу двигателя.
Процесс работы двигателя
Рабочий цикл 2-хтактного двигателя включает в себя следующую последовательность действий:
— на такте сжатия поршень в цилиндре перемещается из нижней мертвой точки (НМТ) к верхней (ВМТ). Через продувочное окно топливный заряд попадает в надпоршневое пространство – камеру сгорания, после чего поршень перекрывает собой это окно. Поднимаясь выше, он постепенно перекрывает и выпускное окно, через которое удаляются продукты сгорания. При этом в пространстве под поршнем (кривошипной камере) образуется разрежение, и оно заполняется новой порцией топлива. При достижении поршнем ВМТ сжатый топливный заряд воспламеняется;
— на такте расширения газы, образовавшиеся при сгорании топлива, давят на поршень, он опускается вниз, открывая сначала выпускное окно, а затем продувочное. Через первое окно расширенные газы попадают в глушитель и выводятся наружу. Одновременно при движении поршня вниз в кривошипной камере, заполненной топливом, повышается давление. Топливо выталкивается вверх в цилиндр, заполняя надпоршневое пространство и выталкивая остатки отработанных газов. После чего цикл повторяется.
Такой принцип работы позволяет двухтактным двигателям обойтись без газораспределительной системы, характерной для четырехтактных моторов, которая управляет впускным и выпускным клапанами. С одной стороны это упрощает конструкцию и уменьшает вес, но с другой газообмен в камере сгорания далеко не идеальный. При двухтактном режиме работы при продувке цилиндра вместе с отработанными газами в глушитель попадает и определенное количество несгоревшего топлива, что влечет за собой его перерасход и повышает токсичность выхлопных газов.
Виды газораспределительной системы
Так как продувочные окна в цилиндре порой располагаются на одном уровне, то газообмен внутри цилиндра затруднен, не весь объем цилиндра продувается свежей порцией воздушной смеси, и часть отработанных газов остается в цилиндре. Для того, чтобы сменить отработанные газы на свежую порцию воздуха более эффективно и быстро, существует конструктивные особенности поршня и расположения продувочных окон в цилиндре. Различают несколько вариантов осуществления продувки цилиндров:
Контурная продувка
Контурная продувка в свою очередь делится на возвратно-петлевую, дефлекторную и высотную. Во всех этих видах есть один существенный недостаток: перерасход топлива из-за удаления несгоревшего топливного заряда во время продувки.
П- или Л-образная продувка
П- или Л-образная продувка более эффективная в плане экономии топлива, но при этом температура около выпускного окна значительно повышается. Конструктивная особенность в том, что для ее осуществления необходимы двухцилиндровое исполнение мотора. Одна пара цилиндр — поршень выступает в роли впускающих газы, а другая пара в роли выпускающая газы.
Клапанная или клапанно-щелевая продувка
Клапанная или клапанно-щелевая продувка в отличие от других видов требует наличия ГРМ, который управляется клапанами. Клапан может использоваться и для подачи заряда, и для удаления продуктов сгорания. При клапанно-щелевой продувке через клапан в головке цилиндра удаляются отработанные газы, а через окна (щели) поступает свежий заряд. Это уменьшает расход топлива и снижает токсичность отработанных газов, но усложняет конструкцию двигателя и может нарушить нормальный режим сгорания заряда из-за повышенной температуры.
Прямоточная продувка
Прямоточная продувка используется в двигателях с двумя поршнями, расположенными напротив друг друга в горизонтальном положении. В этом случае каждый поршень по ходу своего движения открывает и закрывает «свой» клапан: один поршень отвечает за впуск заряда, а второй – за удаление газов. Камерой сгорания в этом случае является пространство между поршнями. Этот вариант предусматривает наличие более сложного КШМ, а высокая температура внутри цилиндров требует дополнительного охлаждения и более прочных элементов. В то же время, это наиболее эффективный способ продувки, который обеспечивает полное удаление отработанных газов с минимальными потерями топливного заряда.
Особенности двухтактных двигателей
Особенность двухтактных двигателей – отсутствие системы смазки. Масло для смазки рабочих поверхностей трущихся деталей доставляется к ним прямо с топливной смесью. Есть два варианта получения такой смеси: изначально заливать в бак заранее приготовленный «коктейль» из топлива и моторного масла или же смешивать их во впускном патрубке, куда они поступают раздельно. Соотношение топлива и масла находится в пределах от 1:25 до 1:50. Моторное масло, как и топливо, сгорает во время рабочего такта, а продукты его сгорания выводятся вместе с отработанными газами.
Что касается мощности, двухтактные двигатели действительно мощнее своих четырехтактных конкурентов. В идеале их мощность при одинаковом литраже должна составлять 2:1 соответственно, но на деле из-за некачественного газообмена в цилиндрах это соотношение составляет 1,5:1. Удельная мощность или соотношение мощности и массы двигателя тоже выше у двухтактных моторов, ведь их вес намного легче, да и конструкция проще.
А вот расход топлива в двухтактных двигателях выше, чем у четырехтактных. Из-за несовершенной системы продувки цилиндров часть топливной смеси в прямом смысле слова вылетает в трубу. По этой причине такие двигатели практически не используются в автомобилях, тяжелой технике или мощных силовых установках, потребляемых большое количество топлива.
Еще один момент, отличающий двухтактный двигатель от четырехтактного – процесс сжигания топлива. Поскольку выпускное окно открывается практически сразу после воспламенения заряда, необходимо обеспечить достаточное время для его полного сгорания. В четырехтактном двигателе на процесс сгорания отводится целый рабочий цикл, а здесь – всего доли секунды. Чтобы добиться максимальной эффективности, в бензиновых моторах нужно точно определять углы опережения зажигания, а в дизельных – контролировать время подачи топлива. В современных моделях это достигается путем использования электроники.
Двухтактные двигатели могут быть как бензиновыми (карбюраторными или инжекторными), так и дизельными. Разница в принципе их работы заключается в том, что в первом случае в цилиндры сразу подается топливный заряд (смесь воздуха с топливом), а во втором – сначала воздух, а в конце первого такта – топливо, которое воспламеняется при контакте с горячим воздухом. Бензиновые двигатели широко используются в мотоциклах, малолитражных автомобилях, а также в газонокосилках, бензопилах и других агрегатах с ДВС. Дизельные моторы нашли применение в судостроении, раньше они также использовались на тепловозах, танках и с успехом применялись в авиации на бомбардировщиках Юнкерс. Сейчас же судостроение – чуть ли не единственная сфера их применения, где пришлась кстати их тихоходность и мощность, не превышающая 100 тыс. л.с. В отличие от четырехтактных двухтактные дизели не имеют разделенных камер сгорания, что дополнительно усложнило бы их конструкцию, так что дизельное топливо подается и смешивается с воздухом прямо в камере сгорания.
Итак, двухтактные двигатели имеют ряд преимуществ:
— простую конструкцию;
— небольшой вес;
— меньшие нагрузки на элементы конструкции;
— отсутствие системы смазки и ГРМ;
— большую литровую мощность в сравнение с четырехтактными.
В то же время, у двухтактных моторов есть и недостатки:
— повышенный расход топлива;
— токсичность выхлопных газов;
— меньший ресурс в сравнение с четырехтактным;
— шум во время работы;
— необходимость приготовления топливо-масляной смеси, что не только усложняет систему подачи топлива, но и повышает расход масла.
Выводы
Из вышесказанного можно сделать вывод, что двухтактные двигатели можно использовать в тех случаях, когда расход топлива не имеет значения, а важны такие характеристики, как небольшая масса и простота конструкции. Это идеальные варианты для переносных агрегатов, небольших автомобилей, а также мотоциклов и мопедов. Компактные размеры двухтактных двигателей позволило им основательно занять место в сфере, казалось бы совершенно далекой от той сферы, для которой были созданы ДВСы — в моделировании.
В последнее время двухтактные двигатели становятся все более популярными за счет использования в их конструкции электронных систем. Это позволяет снизить токсичность выхлопных газов, регулировать процессы подачи и сгорания топлива, что делает моторы более экологичными. Так что в скором будущем их сфера применения может значительно расшириться. Еще в начале 20 века начались разработка дизельных двухтактных двигателей. Одну из наиболее удачных схем разработал Хуго Юнкерс, а в 60-ых годах 20 века и советские моторостроители выдали образец инженерного чуда — оппозитный 2ух тактный дизельный мотор 5ТДФ с мощностью 700 л.с.
В конструкции двухтактных двигателей заложены огромные резервы по мощности и экономичности. Но из-за конструктивных особенностей их не удавалось реализовать в механическом виде. Вполне возможно электронные системы помогут «двухтактникам» занять лидирующую позицию среди двигателей внутреннего сгорания в ближайшее время.
Сегодня решил порассуждать на тему, какие мотоциклы лучше: двухтактные или четырехтактные. Как ни крути, а простые и надёжные двухтактники потихоньку уступают место продвинутым и мощным четырехтактным двигателям – такая тенденция и никуда от этого не деться. И с этим можно было бы и смириться (но это для меня слишком скучно), потому что я все равно считаю, что в тарахтении двухтактного мотора есть определённый смысл. Нет, я не стану сейчас, как в школе, с указкой разбирать принцип работы того и другого мотора, это ты знаешь и так, а если не знаешь – учи матчасть. Дело в другом – большинство мототехники для дорожной эксплуатации уже переведено на четыре такта. Это удобно, экономно и с каждым годом все доступнее (одни китайские моторы чего стоят). Но двухтактный двигатель может выжать из тебя за одну тренировку столько всего, сколько комфортный четырехтактник не выжмет за весь сезон. Дело говорю, смотри сам.
Питбайки – идеальный 4Т вариант для тренировок, доступный вид техники, который быстро набрал популярность в РФ, во многом благодаря JMC. .
Два-четыре, какая разница?
Огромная. В зависимости от того какой техникой ты пользуешься и для каких целей, и тот, и другой тип двигателя может быть незаменим в определённых условиях. Это зависит и от уровня владением мотоциклом. Для скутера, который мы обычно используем при перемещении из точки “дом” в точку “работа/учеба/магазин”, безусловно, четырехтактный двигатель будет идеальным вариантом. Хотя бы потому, что не нужно смешивать бензин и масло в определённой пропорции, не говоря уже о касторке. Залил – и поехал. Даже в том случае, если твой 2Т мотор имеет раздельную подачу масла и бензина, суть одна – в камере сгорания работает масляно-бензиновая смесь. Да и ресурс четырехтактного мотора побольше будет.
Но есть одно “но”. Четырехтактный мотор имеет полноценную газораспределительную систему, которую банально нужно приводить в движение, а это лишний расход мощности. Для двигателя объёмом 350 кубов, к примеру, разница в мощности между 2Т и 4Т двигателем будет примерно 40-60%. Для полтинника это уже более чем ощутимо. Это огромная цифра. А теперь представь, что на твой гоночный байк установили мотор в половину мощнее, чем ты привык. Страшно? То-то. Это одна из причин, по которой тренировочная техника может иметь двухтактный двигатель. А кроме этого, двухтактный мотор имеет меньшую кинетическую инерцию, то есть быстрее раскручивается до максимальных оборотов и быстрее их сбрасывает, то есть он – гибче, эластичнее четырехтактного мотора.
К примеру, двухтактник Suzuki RM85 (картинка выше) – практически в 2 раза быстрее, чем четырехтактник Honda CRF100 (картинка ниже).
Теперь такая немаловажная штука, как вес. Четырехтактный мотор тяжелее и это не обсуждается. С одной стороны, справиться с мотоциклом с низким центром тяжести проще. Но чтобы быть готовым к любым неожиданностям, не только на гоночной трассе, но и на простой дороге, желательно представить, что вес мотора уменьшился в половину, а это уже заставит тебя работать телом, а не полагаться на вес двигателя. Ещё один довод в пользу двухтактника, как тренировочной техники.
Двухтактные тонкости
Одно дело – , совсем другое – и здесь надо понимать, что когда надо копать грунт, двухтактный мотоцикл всегда будет иметь преимущество. Он эластичнее раскручивается, тем не менее, когда заднему колесу хвататься не за что, оно срывается в юз. В этом случае четыре такта в выигрыше. Чтобы не сорвать двухтактник в пробуксовку на пике крутящего момента, нужен опыт и острое чувство достаточности, что ли. Но пиковая мощность – это то, что привлекает в двухтактниках в первую очередь. Вот пример – Yamaha YZ 250 отдаст тебе 47 сил на 8,5 тысячах оборотов, в то время, как YZF 250 – всего 36, но на 11,3 тысячах оборотов. А по крутящему моменту тут и вовсе говорить нечего. Двухтактная YZ обходит YZF-ку чуть ли не на 35%, но при этом нужно умело дозировать газ, ведь рабочий коридор у неё в пределах 3,5 тысячи, а это очень тонкий диапазон, примерно на три четверти ручки.
Та самая мощная двухтактная Yamaha YZ250. На жестком грунте заднее колесо всегда в пробуксовке. Кайф!
Двухтактный мотор зря упрекают в ненадёжности и слишком быстром износе поршневой. К примеру, новая поршневая двухтактника должна отработать не менее 30 моточасов в жёстком режиме. Представь, сколько это – и тренировки, и прогревы, и квалификации, и бог знает что ещё. На четырехтактниках поршневая меняется примерно раз в сезон, это примерно 40-45 моточасов, так что слухи о сроке жизни даже спортивного двухтактника сильно преувеличены.
Я веду к тому, что научившись контролировать двухтактный мотоцикл, ты совершенно по-другому станешь относиться как к треку, так и к обычной дороге, да и форму потерять двухтактная жужжалка тебе не даст. Поэтому подумай, может, стоит купить двухтактник если не для гонок, ?
Не забудь оставить свой комментарий для тех, кто еще только начинает свой путь мотоциклиста! Делись опытом, что лучше 2Т или 4Т, ну и если что – задавай вопросы. Всем отвечу!
————————————–
