Рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания (ДВС) - представляет собой ряд процессов, в результате которых производится порция усилия (мощности), воздействующего на коленчатый вал двигателя. Рабочий цикл состоит из:
- заполнения цилиндра топливной смесью;
- ее сжатия;
- воспламенения смеси;
- расширения газов и очистки от них цилиндра.
Такт в ДВС - это движение поршня в одном направлении (вверх или вниз). За один оборот коленчатого вала совершается два такта. Тот из них, при котором происходит расширение сгоревших газов и совершается полезная работа, называется рабочим ходом поршня.
Двухтактный бензиновый двигатель для авиамоделей. Слева прикреплен карбюратор, справа - глушитель.
Двигатели, в которых рабочий цикл совершается за 2 такта (один оборот коленчатого вала), называются двухтактными. Двигатели, в которых рабочий цикл совершается за 4 такта (два оборота коленвала), называются четырехтактным. Двух- и четырехтактные двигатели могут быть как бензиновыми (карбюраторными), так и дизельными. Каковы основные эксплуатационные и конструктивные особенности бензиновых двухтактных и четырехтактных двигателей? Чем отличается двухтактный от четырехтактного? Чтобы лучше понять это, необходимо ознакомиться с принципом их работы.
Принцип работы четырехтактного бензинового двигателя
Рабочий цикл 4-х тактного двигателя состоит из четырех тактов: впуска, сжатия, расширения (рабочего хода) и выпуска.
При впуске поршень опускается из верхней мертвой точки (ВМТ) в нижнюю (НМТ). При этом с помощью кулачков распределительного вала открывается впускной клапан, через который в цилиндр засасывается топливная смесь.
При обратном ходе поршня (из НМТ в ВМТ) происходит сжатие топливной смеси, сопровождающееся ростом ее температуры.
Перед самым концом сжатия между электродами свечи загорается искра, поджигающая топливную смесь, которая, сгорая, образует горючие газы, толкающие поршень вниз. Происходит рабочий ход, при котором совершается полезная работа.
После перехода поршня НМТ открывается выпускной клапан, позволяя двигающемуся вверх поршню вытолкнуть отработавшие газы из цилиндра. Происходит выпуск. В верхней мертвой точке выпускной клапан закрывается, и цикл повторяется снова.
Устройство четырехтактного бензинового двигателя (Honda): 1 - топливные фильтры, 2 - коленчатый вал, 3 - воздушный фильтр, 4 - часть системы зажигания, 5 - цилиндр, 6 - клапан, 7 - подшипник коленчатого вала.
Принцип работы двухтактного бензинового двигателя
Рабочий цикл 2-х тактного двигателя состоит из двух тактов: сжатия и расширения (рабочего хода). Впуск топливной смеси и выпуск отработанных газов, которые в 4-х тактных двигателях совершаются в отдельных тактах, в 2-х тактных происходят во время сжатия и расширения.
При сжатии поршень двигается из нижней мертвой точки в верхнюю. После того как перекроется сначала продувочное окно (2), через которое в цилиндр поступает топливная смесь, а затем выпускное (3), через которое выходят отработавшие газы, начинается сжатие воздушно-бензиновой смеси. Одновременно с этим в кривошипной камере (1) создается разрежение, засасывающее из карбюратора следующую порцию топлива. При подходе поршня к верхней мертвой точке смесь воспламеняется от искры свечи, и образовавшиеся газы толкают поршень вниз, вращая коленвал и производя полезную работу.
В кривошипной камере при рабочем ходе повышается давление, сжимающее топливную смесь, попавшую туда в предыдущем такте. При достижении верхней поверхности поршня (его уплотнительного кольца) выпускного окна, последнее открывается, выпуская отработавшие газы в глушитель. При дальнейшем движении поршень открывает продувочное окно, и находящаяся под давлением в кривошипной камере топливная смесь поступает в цилиндр, вытесняя остатки отработавших газов (осуществляя продувку) и заполняя надпоршневое пространство. При переходе поршня нижней мертвой точки рабочий цикл повторяется.
Эксплуатационные и конструктивные отличия двухтактных и четырехтактных бензиновых двигателей
Основное отличие двухтактного двигателя от четырехтактного обусловлено различием механизмов их газообмена - т.е. подачи воздушно-топливной смеси в цилиндр и удалении отработавших газов. В четырехтактном двигателе процессы очистки и заполнения цилиндра производятся с помощью специального газораспределительного механизма, который открывает и закрывает в определенное время рабочего цикла впускной и выпускной клапана.В двухтактном двигателе заполнение и очистка цилиндра выполняются одновременно с тактами сжатия и расширения - в то время, когда поршень находится вблизи нижней мертвой точки. Для этого в стенках цилиндра имеются два отверстия - впускное или продувочное и выпускное, через которые производится впуск топливной смеси и выпуск отработанных газа. Газораспределительный механизм с клапанами у двухтактного двигателя отсутствует, что делает его значительно проще и легче.
Литровая мощность . В отличие от четырехтактного двигателя, в котором один рабочий ход приходится на два оборота коленчатого вала, в двухтактном рабочий ход совершается при каждом обороте коленвала. Это означает, что 2-х тактный двигатель должен иметь (теоретически) вдвое большую литровую мощность (отношение мощности к литражу двигателя), чем 4-х тактный. На практике, однако, превышение составляет всего 1,5-1,8 раза. Это происходит из-за неполного использования хода поршня при расширении, худшего механизма освобождения цилиндра от отработавших газов, траты части мощности на продувку и прочих явлений, связанных с особенностями газообмена 2-х тактных двигателей.
Потребление топлива . Превосходя четырехтактный двигатель в литровой и удельной мощности, двухтактный двигатель уступает ему в экономичности. Вытеснение отработавших газов осуществляется в нем воздушно-топливной смесью, поступающей в цилиндр из кривошипно-шатунной камеры. При этом часть топливной смеси попадает в выхлопные каналы, удаляясь вместе с отработавшими газами и не производя полезной работы.
Смазка . Двухтактные и четырехтактные двигатели имеют различный принцип смазки двигателя. В 2-х тактных моделях она осуществляется смешиванием в определенных пропорциях (обычно 1:25-1:50) моторного масла с бензином. Воздушно-топливно-масляная смесь, циркулируя в кривошипной и поршневой камерах, смазывает подшипники шатуна и коленчатого вала, а также зеркало цилиндра. При возгорании топливной смеси масло, существующее в виде мельчайших капель, сгорает вместе с бензином. Продукты его сгорания удаляются вместе с отработанными газами.
Применяются два способа смешивания масла с бензином. Простое перемешивание перед заливкой топлива в бак и раздельная подача, при которой топливно-масляная смесь образуется во впускном патрубке, находящемся между карбюратором и цилиндром.
Раздельная система смазки двухтактного двигателя: 1 - масляный бак; 2 - карбюратор; 3 -разделитель троса газа; 4 - ручка газа; 5 - трос управления подачей масла; 6 - плунжерный насос-дозатор; 7 - шланг, подводящий масло во впускной патрубок.
В последнем случае двигатель имеет масляный бачок, трубопровод которого соединен с плунжерным насосом, подающим масло во впускной патрубок ровно в том количестве, которое требуется в зависимости от количества воздушно-бензиновой смеси. Производительность насоса зависит от положения ручки подачи "газа". Чем больше подается топлива, тем больше поступает масла, и наоборот. Раздельная система смазки двухтактных двигателей является более совершенной. При ней отношение масла к бензину при малых нагрузках может достигать 1:200, что приводит к уменьшению дымности, снижению образования нагара и расхода масла. Эта система используется, например, на современных скутерах с двухтактными двигателями.
В четырехтактном двигателе масло не смешивается с бензином, а подается отдельно. Для этого двигатели оснащены классической системой смазки, состоящей из масляного насоса, фильтра, клапанов, трубопроводной магистрали. Роль масляного бачка может выполнять картер двигателя (система смазки с "мокрым" картером) или отдельный бачок (система с "сухим" картером).
Система смазки четырехтактного двигателя с мокрым и сухим картером: 1 - поддон картера; 2 - маслозаборник; 3 - масляный насос; 4 - масляный фильтр; 5 - предохранительный клапан.
При смазке с "мокрым" картером насос 3 всасывает масло из поддона, нагнетает его в выходную полость и далее по каналам подает к подшипникам коленвала, деталям кривошипно-шатунной группы и газораспределительного механизма.
При смазке с "сухим" картером масло заливается в бачок, откуда с помощью насоса подается к трущимся поверхностям. Та часть масла, которая стекает в картер, откачивается дополнительным насосом, возвращающем ее в бачок.
Для очистки масла от продуктов износа деталей двигателя имеется фильтр. При необходимости устанавливается и охлаждающий радиатор, так как в процессе работы температура масла может подниматься до высоких температур.
Поскольку в двухтактных двигателях масло сгорает, а в четырехтактных нет, требования к его свойствам сильно разнятся. Масло, используемое в двухтактных двигателях, должно оставлять минимум нагара в виде золы и сажи, в то время как масло для четырехтактных двигателей должно обеспечивать стабильность характеристик в течение как можно более длительного времени.
Сравнение основных параметров двухтактных и четырехтактных двигателей :
- Литровая мощность. У 2-х тактных двигателей выше в 1,5-1,8 раза, чем у 4-х тактных.
- Удельная мощность (отношение мощности к массе двигателя). Также выше у 2-х тактных.
- Обеспечение подачи топлива и очистки цилиндра. 4-х тактные двигатели оснащены газораспределительным механизмом, который отсутствует у 2-х тактных двигателей.
- Экономичность. Выше у 4-х тактных, расход топлива у которых примерно на 20-30 % ниже, чем у 2-х тактных.
| Двигатель | Количество тактов | Мощность, л.с. | Расход топлива (бензина), кг/час |
| Briggs&Stratton | 4 | 3,5 | 0,9 |
| Minarelli | 2 | 3,5 | 1,5 |
| Tecumzeh | 4 | 3,7 | 0,9 |
| Briggs&Stratton | 4 | 5,0 | 1,0 |
| Tecumzeh | 4 | 5,0 | 1,0 |
| Briggs&Stratton | 4 | 6,0 | 1,1 |
| Lombardini | 4 | 7,0 | 1,6 |
| Minsel | 2 | 7,0 | 2,1 |
- Система смазки. Масло для 2-х тактных двигателей разводится в бензине или (значительно реже) подается из масляного бака во впускной коллектор и сгорает вместе с топливом в поршневой камере. У 4-х тактных двигателей реализована полноценная система, обеспечивающая качественную смазку двигателя и длительное использование масла.
- Экологичность. У 4-х тактных выше. Выхлоп 2-х тактных двигателей обладает большей токсичностью.
- Шумность работы. 4-х тактные двигатели менее шумные.
- Сложность конструкции. 2-х тактные двигатели значительно проще 4-х тактных.
- Ресурс работы. Выше у 4-х тактных из-за более совершенной системы смазки и меньшей частоты вращения коленвала.
- Скорость набора оборотов. 2-х тактные двигатели набирают обороты быстрее.
- Обслуживание. Сложнее у 4-х тактных из-за наличия газораспределительного механизма и более сложной системы смазки.
- Вес. 2-х тактные значительно легче.
- Цена. 2-х тактные дешевле.
Благодаря своей высокой удельной мощности, небольшому весу, простоте обслуживания двухтактные двигатели имеют достаточно широкую область применения. В отношении некоторой бензотехники вопрос, какой двигатель использовать - двухтактный или четырехтактный - даже не возникает. В бензопилах, например, двухтактный двигатель благодаря своему небольшому весу и высокой удельной мощности находится вне конкуренции по сравнению с четырехтактным. Широко используются 2-х тактные двигатели также в скутерах, мототехнике, авиамоделестроении.
И все же из-за токсичности выхлопа и шумности 2-х тактные двигатели сдают свои позиции перед 4-х тактными. Большая их конкурентоспособность возможна при использовании новых технологических решений. Таких, например, как идея компаний Aprilia и Orbital использовать для продувки двухтактного двигателя чистый воздух. Топливо в их модели подается через форсунку, расположенную в головке двигателя, а масло добавляется в продувочный воздух. Такой двигатель по экономичности даже превосходит четырехтактный, его экологичность также соответствует современным требованиям. Вот только главное достоинство 2-х тактных двигателей - простота их конструкции - несколько страдает от нововведения.
При использовании содержания данного сайта, нужно ставить активные ссылки на этот сайт, видимые пользователями и поисковыми роботами.
Часть шестая: Что лучше?
На предыдущих страницах мы попытались разобраться в общих принципах работы двух- и четырехтактных моторов . Сегодня попробуем подойти к главному, а именно, сравнить преимущества каждого типа мотора, разумеется, подвесного. Поэтому любителей мотоциклов и самолетов просим не волноваться, так как у – своя специфика.
Если перелистать все каталоги, соответствующую литературу и справочники, а также немного покопаться в теории, то автоматически напрашиваются следующие выводы: подвесные двухтактные моторы легче, имеют меньший рабочий объем и более приемистые. Их проще перевозить (речь в данном случае о моторах мощностью до 40 л. с.), и в ремонте они доставляют, как правило, меньше хлопот.
Четырехтактные моторы потребляют меньше топлива, во время работы выделяют меньше вредных веществ и не требуют постоянно расхода масла. Это общепринятые достоинства и недостатки. Однако, если попробовать проанализировать некоторые конкретные данные, то картина получится не столь радикальная.
Приведем таблицы, из которых становится очевидной более или менее усредненная разница между «классическими» двухтактными и четырехтактными моторами мощностью до 40 л. с., что облегчает выбор типа мотора (табл. 1–2). Попробуем тщательно во всем разобраться.
| Таблица 1. Характеристики моторов «Yamaha» | |||
|---|---|---|---|
| Модель* | Вес, кг | ||
| «4 ACMHS» | 1/83 | 21 | 2.2 |
| «F 4 AMHS» | 1/112 | 22 | 1.6 |
| «8 CMHS» | 2/165 | 27 | 4.5 |
| «F 8 CMHS» | 2/197 | 37 | 3.3 |
| «15 FMHS» | 2/246 | 36 | 7.3 |
| «F 15 CMHS» | 2/362 | 51.7 | 5.4 |
| «25 NMHOS» | 2/395 | 49 | 12.0 |
| «25 BMHS» | 2/496 | 53 | 10.7 |
| «F 25 AMHS» | 2/498 | 62 | 9.2 |
| «40 XWS» | 2/703 | 74.6 | 20.0 |
| «40 VEOS» | 3/698 | 74.5 | 18.5 |
| «F 40 BETS» | 3/747 | 86.1 | 15.0 |
| * Марки модели с литерой F в начале относятся к четырехтактным моторам, без литеры – к двухтактным. | |||
| Таблица 2. Характеристики моторов «Tohatsu» | |||
|---|---|---|---|
| Модель* | Количество цилиндров/рабочий объем, см³ | Вес, кг | Максимальный расход топлива, л/ч |
| «М 3.5 B» | 1/74.6 | 13 | 1.7 |
| «MFS 3.5» | 1/85.5 | 17.5 | 1.12 |
| «M 9.8» | 2/169 | 25 | 5.1 |
| «MFS 9.8» | 2/209 | 37 | 4.9 |
| «M 18» | 2/294 | 41 | 8.5 |
| «MFS 18» | 2/328 | 52 | 5.7 |
| «M 30» | 2/429 | 52 | 15.0 |
| «MFS 30» | 2/526 | 71.5 | 10.4 |
| * М – двухтактные модели, MFS – четырехтактные модели. | |||
Расход топлива и вес. Напрямую величины максимального расхода моторов «Yamaha» и «Tohatsu» сравнивать некорректно, но тенденция прослеживается четко. Разница в рабочем объеме у некоторых современных четырехтактных моторов «Yamaha» по сравнению с аналогами из двухтактных серий сведена к минимуму. Но это вовсе не означает, что объем перестает быть преимуществом двухтактников этой марки. Что касается веса, то четырехтактные моторы пока в любом случае тяжелее двухтактных. У «Tohatsu», конструкция которого более традиционна, эти тенденции более ярко выражены. Это же справедливо и для некоторых моторов с логотипом «Mercury», которые выпускает фирма «Tohatsu».
Что касается расхода топлива, то, несомненно, четырехтактные моторы экономичнее, чем «классические» двухтактные. Прорыв в экономии начался с появлением двухтактников «Mercury OptiMax», у которых установлены системы впрыска топлива и масла. Сегодня впрысковые двухтактники по этому показателю почти вплотную подошли к четырехтактным моторам, однако, если внимательно проанализировать результаты замеров расхода топлива, то окажется, что и моторы с системами OptiMax, и TLDI, и HPDI и даже с E-Tec экономичнее только при средних оборотах коленчатого вала. При этом общий расход топлива немного (у разных моделей поразному) превышает расход некоторых четырехтактных аналогов. Но мы отвлеклись…
По идее, расход топлива надо рассчитывать каждый раз для конкретного случая, так как один и тот же мотор, установленный на разные лодки, будет показывать разную скорость. Иными словами, заявленный максимальный часовой расход топлива, разумеется, будет неизменяемым, однако, если интересует расход в «литрах на километры», что более привычно, то он у разных комплектов «мотор–лодка–загрузка» будет разным. Те, кому необходимо преодолевать большие расстояния, по достоинству оценят четырехтактный мотор, особенно, если он эксплуатируется не «в полный газ». Правда, надо учесть, что стоимость его превышает стоимость двухтактного, и оправдать ее удастся через пять-шесть лет или более. Вот тут и подумаешь…
Надо заметить, что новые впрысковые четырехтактные моторы, оснащенные «мозгами», оказываются на треть экономичнее «классических» двухтактных, т. е. разрыв между ними и двухтактниками по расходу топлива становится еще более значительным, чем у карбюраторных версий.
Итак, двухтактные моторы мощностью до 40 л. с. включительно легче, имеют больший крутящий момент на сопоставимых оборотах коленчатого вала (при одинаковом рабочем объеме с четырехтактником), но менее экономичные и более «грязные», чем двухтактные. У моторов большей мощности картина примерно такая же, только все в увеличенном размере. Разница в расходе топлива «на круг» составляет примерно 15–30% в зависимости от конструкции моторов, т. е. есть более «прожорливые» и двухтактные, и четырехтактные моторы.
Если сравнить те же моторы аналогичной мощности «на разгон», то тут двухтактные моторы явно «резвее». Разница в разгоне до 30 км/ч у моторов малой и средней мощности может достигать 5–10% (в некоторых случаях и более). «Большие» моторы, особенно числящиеся в разряде «для спорта», также раскручиваются быстрее (порой более чем на 20%). В данном случае не стоит путать гонки и спорт: моторы для гонок, как правило, проходят специальную подготовку и не всегда годятся для «гражданской» эксплуатации.
Теперь о том, что же выбрать? Однозначный ответ найти трудно. Кто-то по ряду причин предпочитает только двухтактные моторы, а кто-то любит относительную тишину и редкие заезды на заправку, а значит, четырехтактные моторы.
Шум. Существует мнение, что двухтактные моторы очень шумные, но это справедливо только, когда речь идет о низких и средних оборотах. На максимальных оборотах четырехтактные моторы шумят, если и меньше, то на два-три децибела. Но это еще не повод отказываться от двухтактного мотора с хорошим крутящим моментом. Обычно современные моторы имеют «шумовое давление» при максимальных оборотах от 88 (очень хорошо) до 94 дБ(А) (не слишком хорошо). Это шум, замеренный в метре от работающего двигателя, как правило, на достаточно тихой лодке. В действительности для человеческого уха важен не столько сам шум (суммарное давление), сколько его спектр. Звонкие шумы хуже, чем низкие. Поэтому часто «тихий» мотор утомляет больше, чем более громкий. На малых и средних оборотах четырехтактные моторы работают обычно тише и имеют «правильный» спектр шума.
Следовательно, если человек планирует ходить в режиме «около трех четвертей газа», то четырехтактник получает преимущество по этому показателю. Если же большую часть мотор будет работать в более высоком темпе, то смысл приобретать четырехтактник теряется.
Автономность. Это – не последний фактор, влияющий на выбор мотора, особенно если ему уготована работа в удаленных от цивилизации местах. «Четыре такта» могут реже заправляться, им надо меньше масла. В выигрыше окажутся обладатели четырехтактного мотора и в тех случаях, когда он эксплуатируется в режиме «дорожки». В этом случае и расход невелик и, самое важное, – отсутствует специфический запах «горелого масла».
Вес. В большинстве случаев вес четырехтактного мотора больше веса двухтактного аналогичной мощности примерно на 20%. Очевидно, что не все лодки смогут «нести» на себе дополнительные 20% веса. При этом нарушается центровка, возникают нежелательные явления типа «дельфинирования», уменьшается уровень безопасности и т. д. Если лодка рассчитана на мотор мощностью 40 л.с. и на транец допускается нагрузка, к примеру, 60 кг, то мотор весом в 80 кг – уже перебор. Порой даже разница в 10 кг может оказать на малых лодках (длиной до 4.5 м) негативное влияние на управляемость.
Принцип работы 2-х и 4-х тактных двигателей
Прежде чем говорить какой двигатель лучше рассмотрим устройство двигателей.
Тактом рабочего цикла ДВС является ход поршня от одной мёртвой точки до другой. Один такт соответствует 180-градусному повороту (полуобороту) коленчатого вала. При 4-тактном процессе рабочий цикл осуществляется за два оборота вала, при 2-тактном - за один.
Присутствуют те же 4 такта: впуск - сжатие - расширение - выпуск. Сначала открывается впускной клапан, поршень идёт вниз, под действием создающегося разрежения в цилиндр поступает свежая топливовоздушная смесь или воздух - это такт впуска. Затем клапан закрывается, поршень идёт вверх - происходит сжатие. Следующий такт: сжатая смесь воспламеняется искрой, поршень под действием этого идёт вниз - это расширение, или рабочий ход поршня. Двигатель совершает полезную работу именно в течение такта расширения. Потом поршень идёт вверх, открывается выпускной клапан, через который продукты сгорания топлива выходят в атмосферу - это такт выпуска.
В случае с двухтактным процессом всё уже не так просто. Такты условно называются сжатие и расширение. Как видно, места отдельным тактам впуска и выпуска здесь не нашлось. Это не случайно. Хотя в двухтактном двигателе процессы впуска и выпуска присутствуют, для их осуществления необходимо, чтобы давление на входе в цилиндр было выше атмосферного. То есть нужен принудительный наддув. Те, кто знаком с двухтактными мотоциклетными бензиновыми двигателями, могут возразить: на мотоциклах нет никаких турбо- или механических компрессоров. Отдельного компрессора в мотоциклетном двухтактнике действительно нет. Функция компрессора возложена на картер двигателя.
В простых мотоциклетных моторах нет клапанов в головке цилиндра, вместо них существуют впускные и выпускные окна в стенках цилиндра, перекрываемые телом поршня. Впускные окна связаны с карбюратором не напрямую, а через перепускные каналы, выходящие в картер. В течение хода поршня вверх нижний край открывает окно, на котором находится карбюратор, рабочая смесь под действием разрежения, создаваемого идущим вверх поршнем, устремляется в картер. Когда поршень идёт вниз, он перекрывает это окно, рабочая смесь начинает сжиматься. Поршень идёт далее вниз, открывая перепускные окна, рабочая смесь под давлением подаётся в цилиндр, где вытесняет отработанные газы в выпускное окно. Поршень идёт снова вверх, и процессы под его днищем повторяются, а в это время в цилиндре происходит сжатие рабочей смеси. Затем сжатая смесь воспламеняется свечой, и поршень идёт вниз, совершая такт расширения, или рабочий ход.
2-х такт мотор живее реагирует на ручку газ. В 4-х тактниках для совершения полного рабочего цикла поршню необходимо сделать 2 полных оборота в то время как в 2-х тактных только один.
Двухтактные недостатки
1. Больший расход топлива. Напомним, примерный расход можно высчитать по формуле: для 2х такта 300 грамм на одну лошадинную силу для 4х такта 200 грамм.
2. Шумноть. На максимальных оборотах 2-х тактные моторы как правило работают немного громче 4х тактников.
3. Комфорт. 4-х тактные моторы не так вибрируют на малых оборотах (Касается только двухцилинровых двигателей. Одноцилиндровые и 2-х и 4-х тактники вибрируют примерно одинаково) и не так дымят как 2-х тактники. Дымность важный момент, особенно если вы любите тролить.
4. Долговечность. Довольно спорный пункт. Бытует мнение, что 2-хтактные моторы менее долговечны. С одной стороны это понятно, потому как масло для смазки трущихся элементов двигателя подается вместе с бензином, а значит работает не так эффективно в отличие от 4-х тактных двигателей где трущиеся элементы буквально плавают в масле. Но с другой стороны 4-х тактный мотор по конструкции намного сложнее конкурента, состоит из значительно большего числа деталей, а золотой принцип механики "Чем проще тем надежнее" еще никто не отменял.
И еще раз, но более подробно:
В чем разница между 2Т и 4Т двигателями?
Начнем с принципа действия. Любой двигатель внутреннего сгорания имеет поршень, который через шатун крутит коленчатый вал (и в конечном итоге колеса), движимый энергией сгорания паров топлива в смеси с воздухом (горючей смеси).
В 2Т двигателе процесс наполнения цилиндра свежей горючей смесью, сжатия ее, воспламенения, рабочего хода (когда энергия сгорания с силой движет поршень вниз, вращая коленчатый вал) и выпуска выхлопных газов происходит за два такта.
Первый такт. Поршень идет вверх, сжимая топливную смесь. Происходит воспламенение горючей смеси. Второй такт, рабочий ход. Расширяющиеся газы толкают поршень вниз. Когда он находится внизу, он открывает выпускные и впускные окна в стенках цилиндра. Выхлопные газы выходят в глушитель, их место занимает свежая топливная смесь и повторяется первый цикл. Все это происходит за один оборот коленчатого вала.
В 4Т двигателе процесс наполнения цилиндра свежей горючей смесью, сжатия ее, воспламенения, рабочего хода и выпуска выхлопных газов происходит за четыре такта.
Первый такт, впуск. Поршень идет вниз, клапан впуска открывается, и топливная смесь поступает в цилиндр. Когда поршень достигает нижнего положения, клапан впуска закрывается.
Второй такт, сжатие. Поршень идет вверх, оба клапана закрыты, топливная смесь сжимается. Когда поршень находится вверху, свеча воспламеняет горючую смесь.
Третий такт, рабочий ход (расширение). Горячие газы быстро расширяются, толкая поршень вниз (оба клапана закрыты).
Четвертый такт, выпуск. По инерции коленвал продолжает свое вращение (для равномерности вращения на коленвале установлены грузы - щеки коленвала), поршень идет наверх. Одновременно открывается выпускной клапан, и отработавшие газы выходят в выхлопную трубу. В верхнем положении поршня выпускной клапан закрывается. Эти 4 такта происходят за два оборота коленчатого вала.
Говорят, двухтактный двигатель мощнее и скутер с ним динамичнее. Это верно?
Да. 2Т двигатель за два оборота коленчатого вала успевает два раза использовать энергию сгорания топлива. Многие считают, что он в два раза мощнее двигателя 4Т. Но обратите внимание, в 2Т двигателе часть цилиндра занимают впускные и выпускные окна, значит количество горючего, которое потом сгорит, меньше в объеме, чем у двигателя 4Т, где цилиндр цельный. В двигателе 2Т из-за простоты конструкции смазка коленчатого вала производится маслом, добавленным в бензин. Масло в рабочей смеси снижает выделяемую энергию (масло горит хуже). Из-за особенностей впуска-выпуска горючей смеси и выхлопных газов в двигателе 2Т больше горючей смеси «улетает в трубу», не сгорая. В 4Т двигателе этот процесс за счет более сложного механизма впуска-выпуска минимален. В результате - 2Т двигатели, действительно, мощнее (но не в два раза), но более высокая мощность у них достигается в более узком рабочем диапазоне оборотов коленчатого вала (то есть вы стартуете с места, скутер еле разгоняется, потом наступает так называемый «подхват», скутер «выстреливает», но быстро увядает) и вам для динамичной езды все время придется поддерживать определенные обороты двигателя. Как Вы понимаете, чем мощнее 2Т двигатель, тем уже диапазон оборотов, тоньше настройки и двигатель дороже. Насладиться в полной мере преимуществами 2Т двигателя могут или спортсмены (где важнее выжать все и сейчас), или обладатели бензопил и газонокосилок (которым чем проще и дешевле, тем лучше). Если Вам хочется улучшить динамические характеристики Вашего скутера, можно установить комплект для увеличения рабочего объема двигателя до 70 куб.с.м. После переделки Ваш скутер не уступит 2Т модели и удовольствия от езды будет больше.
4Т двигатель менее мощный, значит, на таком скутере неинтересно ездить?
Из предыдущего ответа следует, что даже несколько менее мощный 4Т двигатель обладает более благоприятной характеристикой - он «эластичен». Сразу с начала движения, он обеспечит скутеру «паровозную тягу», то есть Вы плавно и уверенно без «провалов» и «подхватов» набираете скорость, и уверенный набор скорости будет доступен Вам во всем диапазоне оборотов коленчатого вала. Недостаток мощности скажется только в верхнем рабочем диапазоне оборотов двигателя, то есть когда Вы «шпарите» на пределе. Как раз близко к этому режиму движения 2Т двигатель и выдаст максимальную мощность. Скажите, долго ли прослужит техника, эксплуатируемая на пределе возможностей? Вам не жаль денег на внеплановый ремонт?
4Т двигатель более надежен?
Безусловно.
В 2Т двигателе поршень, поршневые кольца и цилиндр фактически являются расходным материалом из-за особенностей конструкции - в цилиндре-то отверстия. Многие скутеристы укатывают поршень 2Т двигателя за сезон, а цилиндр - за два. В 4Т двигателе Вы об этом забудете. 4-5 сезонов на одном поршне 4Т двигателя - норма.
Из-за более качественной смазки (масло подается к ответственным частям не в смеси с бензином, а путем разбрызгивания или подачи под давлением), 4Т двигатель рассчитан на больший ресурс. Более сложный клапанный механизм впуска-выпуска газов четче работает, требует несложного и не частого обслуживания.
4Т двигатель экономичнее?
Конечно. 50-кубовая 2Т модель с приличными характеристиками (мощность 4-5 л.с), потребляет 3.5 л бензина на 100 км. Плюс масло. А 4Т двигатель мощностью 3 л.с. «съест» 2.2 л. бензина. Масло не расходуется вообще.
От этого зависит не только скорость опустошения Вашего кошелька, но и пробег на одной заправке. Так как баки у скутеров примерно одинаковые, то 6 литрового бака Вам хватит, чтобы проехать на 100 км больше на 4Т скутере без остановок.
Кому Вы посоветуете купить такой скутер?
Прежде всего тем, кто будет ездить на даче, в лес и по полям для прогулок и на рыбалку, в городе на работу в час пик. Скутер даст возможность почувствовать себя свободным. Для подростка это игрушка, являющаяся первым шагом в освоении мира двухколесных транспортных средств и тех удовольствий, которые это сулит. Начать в любом случае лучше с надежной, экономичной и недорогой техники, чтобы радость обладания скутером не омрачилась высокой ценой, частыми ремонтами, высокими расходами на бензин.
Дорогой друг, сегодня поговорим о том, что значит четырехтактный двигатель. О истории его изобретения, принципе работы, особенностях, технических характеристиках и сферах применения.
Конечно, если у вас есть водительское удостоверение, то вы по крайней мере слышали этот термин, когда учились в автошколе. Но вряд ли тогда стали вникать во все тонкости, поэтому сейчас самое время разобраться, что же там происходит под капотом вашего железного коня.
В 19 веке уже были двигатели, но это были в основном большие механизмы, работающие на пару. Они конечно частично обеспечивали развивающуюся промышленность, но имели много недостатков.
Были тяжелые, имели низкий КПД, большие габариты, требовалось много времени на запуск и остановку, для эксплуатации нужны были квалифицированные рабочие.
Промышленникам нужен был новый агрегат без перечисленных недостатков они уже поняли что значит четырехтактный двигатель. И как при определенных условиях с его помощью можно повысить прибыль.
Его и разработал изобретатель Эжен-Альфонс Бо де Роша, а в 1867 году воплотил в металл Николаус Август Отто.
В то время это было чудо техники. Двигатель внутреннего сгорания отличался низкими эксплуатационными расходами, небольшими размерами и не требовал постоянного присутствия обслуживающего персонала.
Работало устройство по особому алгоритму, который и сейчас называют «цикл Отто». Спустя 8 лет, после запуска первого экземпляра, компания Отто выпускала уже более 600 силовых установок в год.
Очень быстро, из-за автономности и компактности, двигатели внутреннего сгорания получили широкое распространение.
Из чего состоит двигатель
Чтобы понять принцип работы, познакомимся с основными составляющими движка:
- (включает коленвал, поршни, шатуны) ‒ он необходим для преобразования поступательно-возвратных движений поршня во вращательное движение коленвала;
- головка блока вместе с газораспределительным механизмом, который открывает впускные и выпускные клапаны, для того чтобы поступала рабочая смесь и выходили отработавшие газы. ГРМ может включать один или более распредвалов, которые состоят из кулачков для толкания клапанов, самих клапанов и клапанных пружин. Для стабильной работы четырехтактного движка существует ряд вспомогательных систем:
- система зажигания ‒ для поджига горючей смеси в цилиндрах;
- впускная система ‒ для подачи воздуха и рабочей смеси в цилиндр;
- топливная система ‒ для непрерывной подачи топлива, получения смеси воздуха и горючего;
- система смазки – для смазки трущихся деталей, а также одновременного удаления продуктов износа;
- выхлопная система – для удаления отработанных газов из цилиндров, снижения токсичности выхлопа;
- система охлаждения – для поддержки оптимальной температуры движка.
Что значит четырехтактный двигатель и почему четыре такта
- Теперь, когда вы более-менее представляете устройство четырехтактного двигателя, можно рассмотреть рабочий процесс.
Он состоит из следующих этапов:впуск – поршень движется вниз, цилиндр заполняется горючей смесью из карбюратора через впускной клапан, который открываются кулачком распределительного вала.При движении поршня вниз, создается отрицательное давление в цилиндре, тем самым происходит всасывание рабочей смеси, а именно воздуха с парами топлива. Впуск продолжается пока поршень не достигнет НМТ (нижняя мертвая точка). В этот момент закрывается впускной клапан; - сжатие или компрессия – после того как будет достигнута НМТ начинает двигаться вверх к ВМТ (верхняя мертвая точка). При движении поршня вверх происходит сжатие, рабочая топливо-воздушная смесь сжимается, давление внутри цилиндра возрастает. Впускной и выпускной клапан закрыты;
- рабочий ход или расширение – в конце цикла сжатия (в ВМТ), рабочая смесь воспламеняется от искры в свече зажигания. Поршень от микровзрыва устремляется к НМТ.В процессе движения поршня от ВМТ к НМТ смесь сгорает, а увеличивающиеся в объеме газы толкают поршень, выполняя полезную работу. Именно по этой причине движение поршня в этом такте назвали рабочий ход. Впускной и выпускной клапан закрыты;
- выпуск выхлопных газов – в заключительном четвертом такте открывается выпускной клапан, поршень поднимается в верхнюю точку и выталкивает продукты сгорания из цилиндра в выхлопную систему, пройдя через глушитель, они попадают в атмосферу. После достижения поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается, затем цикл повторяется. Эти четыре такта представляют собой рабочий цикл мотора. Тактом же именуется движение поршня вверх или вниз. Один оборот коленчатого вала соответствует двум тактам, а два оборота – 4 тактам. Отсюда пошло название четырёхтактного двигателя.
От чего зависит мощность четырехтактного ДВС
Тут вроде бы всё ясно — мощность поршневого двигателя в основном определяется:
- объёмом цилиндров;
- степенью сжатия рабочей смеси;
- частотой вращения.
Поднять мощность четырехтактного двигателя также можно повысив пропускную способность тактов всасывания и выхлопа, увеличив диаметр клапанов (особенно впускных).
Так же максимальная мощность получается при максимальном заполнении цилиндров, для этого используют турбины принудительной подкачки воздуха в цилиндр. В следствии чего повышается давление в цилиндре и соответственно КПД двигателя значительно возрастает.
Применение в настоящее время
Четырёхтактные двигатели бывают бензиновыми и дизельными. Применяются эти двигатели на транспортных или стационарных энергоустановках. Использовать такой двигатель рекомендуется в случаях, когда есть возможность регулировать соотношение оборотов, мощности и крутящего момента.
Например, если двигатель, работает в паре с электрогенератором, то нужно выдерживать нужный диапазон оборотов. А при использование промежуточных передач, четырёхтактный двигатель можно адаптировать к нагрузкам в достаточно широких пределах. То есть использовать в автомобилях.
Вернёмся к истокам его создания. В группе изобретателя Отто работал очень талантливый инженер Готлиб Даймлер, он понял что значит четырехтактный двигатель, его перспективы развития, и предложил на базе четырёхтактного двигателя построить автомобиль. Но шеф не посчитал нужным что-то менять в двигателе, и Даймлер, увлеченный своей идеей, покинул мэтра.
И через некоторое время, вместе с другим энтузиастом Карлом Бенцом в 1889 году создали автомобиль, который приводился в движение именно бензиновым четырехтактным двигателем внутреннего сгорания изобретателя Отто.
Эта технология с успехом используется и сегодня. В случаях, когда силовая установка работает на переходных режимах или режимах со снятием частичной мощности ‒ она незаменима, так как обеспечивает стабильную устойчивость процесса.
Теперь, дорогой друг, ты в общих чертах знаешь что значит четырехтактный двигатель, где он используется. Теперь ты стал на голову выше. Но не скупись полученой информацией, поделись с друзьями. К твоим услугам кнопки социальных сетей.
Да и подписаться можно на наш блог, чтобы всегда быть в курсе интересного материала, а его всегда много и будет еще больше.
До новых встреч!
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.
