Дтп 

Внешняя характеристика двухтактных двигателей. Двухтактный двигатель, устройство, принцип работы, секреты мощности. Топливная эффективность и экологическая составляющая

В двухтактных двигателях все рабочие циклы (процессы впуска топливной смеси, выпуска отработанных газов, продувки) происходят в течении одного оборота коленвала (а не двух, как в четырёхтактных) за два (а не четыре) основных такта. У двухтактных двигателей отсутствуют клапаны (как в четырехтактных ДВС), их роль выполняет сам пoршень, который в процессе перемещения то закрывает, то открывает впускные, выпускные и продувочные окна. Поэтому двухтактный двигатель более прост в конструкции.

Мощность двухтактного двигателя при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения вала теоретически в два раза больше четырехтактного за счет большего в 2 раза числа рабочих тактов. Однако неполное использование хода поршня двухтактного двигателя для расширения, худшее освобождение цилиндра от остаточных газов и затраты части вырабатываемой мощности на продувку приводят практически к увеличению мощности только на 60 - 70%.

Итак, рассмотрим конструкцию двухтактного ДВС , показанную на рисунке 1:

Состоит из картера, в который на подшипниках с двух сторон установлен коленчатый вал и цилиндр.

Смазка всех трущихся поверхностей и подшипников внутри двухтактных двигателей происходит за счёт топливной смеси, - смеси бензина и масла в определённой пропорции. Из рисунка 1 видно, что топливная смесь (желтый цвет) попадает и в кривошипную камеру двухтактного двигателя (полость, где закреплен и вращается коленчатый вал), и в цилиндр. Смазки там нигде нет, а если бы и была, то смылась бы топливной смесью. Вот по этой причине масло и добавляют в определенной пропорции к бензину. Тип масла используется специальный, именно для двухтактных двигателей. Оно должно быть способно выдерживать высокие температуры и, сгорая вместе с топливом, оставлять минимум зольных отложений, то есть нагара.

Теперь о принципе работы. Весь рабочий цикл в двухтактных двигателях осуществляется за два такта.

1. Такт сжатия - двухтактный двигатель

Пoршень двухтактного двигателя поднимается от НМТ поршня (в таком положении он находится на рис. 2) к ВМТ поршня (положение поршня на рис.3), перекрывая сначала продувочное 2, а затем выпускное 3 окна цилиндра двухтактного двигателя. После закрытия поршнем выпускного отверстия в цилиндре начинается сжатие ранее поступившего в него топливной смеси. Одновременно в кривошипной камере 1 вследствие ее герметичности и после того как пoршень перекрывает продувочные окна 2, под поршнем создается разряжение, под действием которого из карбюратора через впускное окно и открывающийся клапан поступает горючая смесь в кривошипную камеру двухтактного двигателя.

2. Такт рабочего хода - двухтактный двигатель

При положении поршня около ВМТ сжатая рабочая смесь (1 на рис. 3) воспламеняется электрической искрой от свечи, после этого температура и давление смеси резко подскакивают. Под действием теплового расширения газов поршень двухтактного двигателя опускается к НМТ, в это время расширяющиеся газы сгоревшей смеси совершают полезную работу, толкая поршень. В это же время, опускаясь, пoршень создает высокое давление в кривошипной камере двухтактного двигателя (сжимая топливо-воздушную смесь в ней). Под действием давления клапан закрывается, не давая таким образом горючей смеси снова попасть во впускной коллектор и затем в карбюратор.

Когда поршень двухтактного двигателя дойдет до выпускного отверстия (1 на рис. 4), оно откроется и таким образом выйдут отработавшие газы в выпускную систему, давление в цилиндре понизится. При дальнейшем перемещении пoршень открывает продувочное (впускное) окно (1 на рис. 5) и горючая смесь, сжатая в кривошипной камере, поступает по каналу (2 на рис. 5), заполняя цилиндр и одновременно продувая его от остатков отработавших газов.


Немного о принципе зажигания. Так как топливной смеси нужно время для воспламенения, искра на свече появляется чуть раньше, чем пoршень достигает ВМТ. В идеале, чем быстрей движения поршня, тем раньше должно быть зажигание, потому что пoршень от момента искры быстрее доходит до ВМТ. Существуют механические и электронные устройства, меняющие угол зажигания в зависимости от оборотов двигателя.

У большинства скутеров до 2000 г.в. таких систем не было и угол опережения зажигания был установлен в расчете на оптимальные обороты. На некоторых же скутерах, например Honda Dio ZX AF35, установлен электронный коммутатор с динамическим опережением, то есть с опережением, зависящим от оборотов коленвала. С ним расширяющаяся горючая смесь совершает работу с максимальной полезной отдачей, и двигатель развивает больше мощности.

Преимущества и недостатки двух- и четырехтактных двигателей.

Двухтактные преимущества

1. Меньший вес. Пример: 15 л.с. Двухтактный 36 кг четырёхтактный 45 кг.

2. Цена. Четырёхтактные двигатели сложнее в производстве, состоят из большего количества деталей, поэтому всегда дороже двухтактников.

3. Удобство перевозки двухтактника. Можно возить в любом положении, перед началом эксплуатации не требует отвешивания. Т.е. достал из багажника, поставил, завел, поехал.

4. Двухтактный двигатель живее реагирует на ручку газа. В четырёхтактных для совершения полного рабочего цикла поршню необходимо сделать 2 полных оборота в то время как в двухтактных только один. Частый вопрос: А правда ли что четырёхтактный 15 л.с. бежит быстрее чем такой же двухтактный? Ответ: нет не правда. У обоих этих двигателей мощность на валу 15 л.с. При прочих равных условиях почему один двигатель должен ехать быстрее второго?

Двухтактные недостатки

1. Больший расход топлива. Напомним, примерный расход можно высчитать по формуле: для двухтактного 300 грамм на одну лошадинную силу, для четырёхтактного 200 грамм.

2. Шумность. На максимальных оборотах двухтактные двигатели как правило работают немного громче четырёхтактных.

3. Комфорт. Четырёхтактные двигатели не так вибрируют на малых оборотах (Касается только двухцилинровых двигателей. Одноцилиндровые и двух и четырёхтактные вибрируют примерно одинаково) и не так дымят как двухтактные.

4. Долговечность. Довольно спорный пункт. Бытует мнение, что двухтактные двигатели 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 четырёхтактных двигателей где трущиеся элементы буквально плавают в масле. Но с другой стороны четырёхтактный двигатель по конструкции намного сложнее конкурента, состоит иззначительно большего числа деталей, а золотой принцип механики "Чем проще тем надежнее" еще никто не отменял.

Какой же двигатель выбрать?

Взвесь все за и против изложенные выше и сделай выбор самостоятельно. Однозначного ответа на вопрос: какой из двигателей лучше ты не найдешь ни в одной из книг ни на одном из форумов. И у тех и у других типов двигателей есть свои поклонники.

Сегодня невозможно представить современную жизнь без . Передвижение на собственном авто, поездки на общественном транспорте, покупка товаров, полет на самолете и другие действия. Эти процессы, так или иначе, связаны с двигателем.

Несмотря на количество всевозможных конструкций, и разновидностей силовых установок, поршневые моторы, на сегодня, распространены больше остальных. Количество тактов для выполнения рабочего цикла, делит агрегат на двухтактный и четырёхтактный двигатель. Эти типы моторов составляют большинство, среди разнообразия выпускаемой техники.

Разница между моторами возникает с точки зрения применения. Для установки на автомобильную технику, чаще используют четырехтактный агрегат, двухтактный двигатель применяют в том случае, если габариты и вес играют решающую роль.

Мотоцикл Suzuki RM125 с одноцилиндровым двухтактным двигателем

Создание двухтактного двигателя

Много предположений о том, кто первым создал двигатель внутреннего сгорания. Доподлинно известно, что первый двухтактный двигатель, работающий на газу, изобретен и сконструирован бельгийцем Жаном Жозефом Этьеном Ленуаром, произошло это событие в 1858 году.

Двигатель Ленуара (выставлен в музее)


На тот момент уже создана паровая машина, и изобретение бельгийца превосходило её по характеристикам. Мотор намного легче, проще, потреблял меньше топлива. Несмотря на преимущества, силовая установка имела много недоработок и уступала в надёжности. После того как Николас Отто, презентовал четырёхтактный двигатель, который на тот момент продуман детальней, о моторе работающем по принципу двух тактов, забыли, и длительный период времени нигде не использовали.

Во время Великой Отечественной войны силовая установка устанавливалась на самолёты. В нашем регионе моторы известны благодаря использованию на мотто технике. Трёхцилиндровые агрегаты, выполняющие два такта, используются на мотоциклах компаний Suzuki и Kawasaki. Сегодня двигатели эксплуатируются в авиации, здесь лидер австрийская фирма Rotax, выпускающая моторы для использования на небольших самолетах.

Двухтактный двухцилиндровый двигатель Rotax 582 UL

После ужесточения требований к экологическим нормам и выбросам двухтактный двигатель перестал применяться для установки на классический автомобильный транспорт. Однако, на лёгкой технике, как: скутера, снегоходы, катера заменить маленький и лёгкий агрегат не просто. Здесь конкурентов у двухтактной установки попросту нет.

Особенности двухтактного двигателя

Силовой агрегат, использующий два такта, хорош, поскольку прост и надёжен. Отличие двухтактного и четырехтактного двигателя заключается в выполнении рабочего цикла. Этот цикл заключается в двух тактах: сжатие и расширение, тогда как в четырёхтактном моторе присутствует такт впуска нового топлива и такт выпуска отработанного топлива. Интересен тот факт, что два эти такты присутствуют и у двухтактной силовой установки, иначе агрегат не смог бы работать, однако они объединены с процессами сжатия и расширения.

Выполняемый цикл наглядно демонстрирует, чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного мотора. Процесс двухтактного мотора проходит за оборот вала. Такая особенность добивается установки в сравнении с оппонентом, в полтора раза. Несмотря на увеличение мощности, показатель отдачи занижен, а это отрицательный момент.

Кроме того, особенность приводит к выделению объёма тепла в процессе работы, что сильно перегревает мотор. Двухтактные силовые агрегаты нуждаются в интенсивном охлаждении. Положительный момент, работая, поршень совершает в два раза меньше движений, чем поршень четырехтактного механизма, это сокращает износ деталей и элементов.

Особенность агрегата, не присутствует механизм смазки. Масло подаётся непосредственно с горючим. С этой целью в бензобак добавляют смесь бензина и масла, соотношение один к пятидесяти, либо смешивают смазку с горючим в трубопроводе при впуске. Масло сгорает с бензином и выводится с продуктами отработки.

Отличительный момент и само горение. У четырёхтактного агрегата на это отводится один такт. В двухтактных установках сгорание происходит за доли секунды, поэтому для достижения эффекта механизм нуждается в настройках.

Двухтактные моторы нашли себя еще в одной отрасли, судостроение. Так же цилиндровые силовые установки применяют на скутерах, выпускаемых в больших количествах.

Принцип работы двухтактного двигателя

Что бы понять, почему четырёхтактные моторы вытеснили младших братьев на автомобильной технике, разберемся, как работает двухтактный двигатель.

Последовательность действий рабочего цикла силовой установки:

  • Такт сжатия.

    Процесс сопровождается перемещением поршня снизу вверх. Движение провоцирует поступление горючего через отверстия продувки в агрегат, впоследствии, юбка поршня перегораживает эти отверстия. Дальнейшее движение сопровождается закрытием каналов выпуска, в которые выталкивались отходы горения. Между поршнем и верхней частью цилиндра, образуется пространство сгорания, в котором создаётся избыточное давление. Одновременно, в пространстве под поршнем, возникает разряжение, и пространство используется для перетекания обновлённой дозы горючего. Достигнув верхней точки, заряд загорается.

Схема двухтактного двигателя


  • Такт расширения.

    Воспламенившись, порция создаёт избыточное давление, которое жмёт на дно поршня и заставляет перемещаться. Процесс сопровождается поочерёдным открытием окон, сначала на выпуск, потом на продувку. Спуск создаёт избыточное давление под поршневой камеры, под его воздействием горючее снова поступает в цилиндр, выдавливая оставшуюся отработку и наполняя пространство для повторения предыдущего такта.

Принцип работы двухтактного двигателя позволяет обходиться без системы газораспределения, делая легче и надёжней конструкцию агрегата. Обратная сторона, качество процесса газообмена. Двухтактный режим невозможен без продувки, процесс которой сопровождается выходом не сгоревшего топлива вместе с отработанными газами наружу. Это ведет к перерасходу горючего и повышенной токсичности выхлопа агрегата.

Стоит заметить, что выше описанная схема характерна для карбюраторных моторов. В случае с дизелем или , в цилиндр через отверстия продувки подаётся чистый воздух. Горючая смесь поступает посредством впрыска, эту работу выполняют форсунки.

Способы продувки цилиндров

Очевидно, что процесс продувки, механизм, квалифицирующийся, как сложный. Правильно выполненная продувка напрямую влияет на показатели мощности и коэффициента полезного действия. Для улучшения характеристик, конструкторы постоянно стараются усовершенствовать и довести процесс до идеала.

Как можно продуть цилиндр:

  • «Контурная» продувка.Вид продувки прост и поэтому распространён. Недостаток то, что применение связано с перерасходом топлива. Разновидности контурной продувки: возвратно-петлевая, дефлекторная, высотная.


  • «П-образная» продувка.Принцип «П-образной» заключается в применении только на моторах с двумя цилиндрами. При проведении, один цилиндр участвует в процессе впуска газов, второй выпускает отработку. Эффект продувки ощущается в топливной экономичности, процесс сопровождается неравномерным нагревом пары, отвечающей за выпуск.

  • «Клапанно-щелевая» продувка.Отличается тем, что требует наличия газораспределительного механизма для управления клапанами. Клапан используется, как для предоставления горючего, так и для вывода отработанных паров. Продувка предусматривает отвод отработки посредством клапана в головке цилиндров и поступление горючего через отверстия. Преимущество, что продувка повышает топливную экономичность и минимизирует показатель токсичности выпускаемых паров. Недостаток, сложность конструкции и нарушения режимов, связанных с повышением температуры работы агрегата.

  • «Прямоточная» продувка.Используется в силовых установках с количеством поршней равным двум. При этом расположение цилиндра находится в горизонтальном положении. Поршни двигаются, друг навстречу другу. В движении каждый поршень освобождает и перекрывает клапан: один поршень впускает порцию горючего, второй удаляет порцию отработки из цилиндра. Камера сгорания образуется в момент сближения поршней друг с другом. Эффект этого варианта продувки максимален: удаляет сгоревшие газы и экономит горючее. Минус, требуется сложный механизм кривошипов и шатунов, показатели требуют применения охладителей и устойчивых материалов для изготовления деталей.

Двухтактный двигатель 5 ТДФ с прямоточной продувкой



Отличие двухтактного двигателя от четырёхтактного

Авто владельцы задаются вопросом: что лучше двухтактный или четырехтактный двигатель. Однозначного ответа нет, у каждого механизма положительные и отрицательные стороны, зависящие от предъявляемых к мотору требований.

Казалось бы, мощность мотора выполняющего два такта, в сравнении с равнозначным мотором, выполняющим четыре такта, больше, а значит он лучше. Однако, реальность сложней. На практике, возникают дополнительные утраты: частичное попадание и смешивание газовой отработки со свежим горючим, выброс части топлива при продувке. Результат, при выполнении одинакового цикла, агрегат, выполняющий два такта, по показателю экономичности уступает агрегату с четырьмя тактами.

Различен способ смазки силовых установок на четыре и два такта. Установка на два такта смазывается посредством смешивания масла для мотора и бензина. В четырёхтактном агрегате предусмотрен механизм смазки с использованием насоса, который расходует масла столько, сколько требует эксплуатация установки.

Двухтактные моторы не имеют клапанов, роль детали играет поршень, он открывает и закрывает отверстия впуска и выпуска. Отсутствие механизмов газораспределения упрощает силовой агрегат, делая обслуживание простым. Мощность установки, выполняющей два такта, считается выше, так как её цикличность выше. Однако, не полностью используя поршневой ход, потери мощности при продувке и остатках отработанных газов снижают показатель мощности.

Что бы было легче определить, какой двигатель лучше, двухтактный или четырёхтактный, представим краткое описание обоих силовых установок в виде таблицы:

Четырёхтактная силовая установка Двухтактная силовая установка
Рабочий процесс – оборотов коленчатого вала два. Рабочий процесс – оборотов коленчатого вала один.
Воспламенение рабочей жидкости происходит каждый раз при совершении второго оборота, как следствие, неравномерное распределение импульса и использование противовеса для устранения биений. Воспламенение рабочей жидкости происходит каждый раз при совершении оборота, как следствие, равномерное распределение импульса, работа мотора сбалансирована лучше.
Агрегат тяжёлый. Агрегат лёгкий.
Сложная конструкция силовой установки, присутствует газораспределительный механизм. Простота конструкции, отсутствие клапанов.
Агрегат дорогой. Стоимость ниже четырёхтактного.
Сложные устройства и механизмы приводят к заниженному показателю механического коэффициента полезного действия. Механический коэффициент полезного действия выше, чем у агрегата с четырьмя тактами.
Полное удаление паров отработки, следствие, повышенный показатель производительности. Остатки отработки смешиваются с новым горючим, из-за чего производительность мотора ниже.
Рабочая температура ниже. Рабочая температура мотора выше из-за нарушения смесеобразования.
Охлаждение жидкостное. Охлаждение воздушное.
Расход топлива ниже. Показатель расхода топлива увеличен, обусловлено смесеобразованием и продувкой.
Габариты силовой установки увеличены. Габариты силовой установки ниже.
Требует применения сложных механизмов смазки. Механизм смазки прост.
Работа агрегата менее шумная. Агрегат работает с большим шумом.
Клапанный механизм газораспределения. Функцию механизма газораспределения выполняет поршень и каналы.
Показатель использования тепла эффективен. Показатель использования тепла не эффективен.
Расход масла занижен. Показатель расхода масла завышен, поскольку часть смазки выбрасывается с отработанными газами.

Применять двигатель, выполняющий два такта при работе, целесообразно в моменты, когда речь не идёт об экономии топлива и смазки, а на первом месте стоят габариты и вес установки.

В то же время, в конструкции двухтактного двигателя кроется потенциал, который никак не удается реализовать на практике. Расчетный показатель мощности и экономичности в этом агрегате высок, сложность реализовать возникает из-за тонкости настроек. Возможно, в скором будущем благодаря применению электронных датчиков и механизмов контроля и настроек, двухтактным агрегатам удастся занять лидирующие позиции на автомобильном рынке.

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.

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).

Принцип работы двухтактного двигателя

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.

Принцип работы четырехтактного двигателя

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.

Видео «как работает 4х тактный двигатель»

FAQ по вопросам связанным с 2т и 4т двигателями

Говорят, двухтактный двигатель мощнее и мотоцикл с ним динамичнее. Так ли это?

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).

4Т двигатель менее мощный, значит, на таком мотоцикле 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 мотоциклу «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.

4Т двигатель более надежен?

Безусловно. Ведь в 2Т двигателе поршень, поршневые кольца и цилиндр фактически являются расходным материалом из-за особенностей конструкции - в цилиндре-то отверстия. Многие мотоциклисты 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.

Для составления статьи были использованы материалы с сайта vd-sc.clan.su , изображения взяты с сайта

Хотя из-за жёстких стандартов Евро двухтактные двигатели почти полностью исчезли из автомобильного и мотоциклетного производства, однако и сейчас используются большие дизельные двигатели для тепловозов, грузовиков, самолётов и морских судов. Из-за их высокой эффективности двухтактные большие дизельные двигатели относятся к числу наиболее экономичных тепловых двигателей.

В значительной степени двухтактный двигатель по-прежнему используется в подвесных двигателях, цепных пилах и других переносных или даже самодельных устройствах, которые должны быть лёгкими, а с другой стороны, имеют независимую от положения смазку двигателя.

Двухтактный двигатель представляет собой возвратно-поступательный двигатель внутреннего сгорания, который обеспечивает механические характеристики при сжигании топлива. Два цикла приводят к циклической циркуляции процесса (360° оборотов коленчатого вала). Двухтактный двигатель завершает цикл работы двумя ходами поршня во время одного оборота коленчатого вала. Это его главное отличие от четырехтактного двигателя, который требует четырёх ходов для завершения цикла при двух оборотах вала.

В 2х-тактном двигателе одновременно происходит торможение хода и начало действия сжатия, при этом одновременно возникают функции впуска и выпуска. Как и четырехтактный двигатель, он может работать на бензиновом или дизельном топливе.

Термин «двухтактный» относится к бесступенчатому агрегату со смешанной смазкой и свечой зажигания, который является простым, недорогим и лёгким. Примерами применения такого двигателя являются:

  • мотоциклы;
  • мопеды;
  • бензопилы;
  • скутеры.

В легковых автомобилях он устанавливался:

  • на DKW;
  • Aero;
  • Saab;
  • IFA (Trabant, Wartburg);
  • Lloyd;
  • Suzuki;
  • Mitsubishi.

История появления

Дугалд Клерк считается изобретателем двухтактного двигателя. Он разработал в 1878 году двигатель с отдельным промывным насосом, который требовал только одного оборота коленчатого вала за ход. Этот принцип двигателя был впервые использован в 1887 году в бензиновом цикле Эдварда Батлера для автомобиля.

В 1891 году Юлий Сонлейн получил патент на промывку картера, в котором нижняя часть рабочего поршня выступала в качестве поршня промывающего насоса. Как и современных двухтактных агрегатов, у него были входные и выходные пазы и канал перелива. В то же время Джозеф Дейв разработал аналогичный принцип с перегородкой на поршне.

В 1904 году Альфред Ангас Скотт успешно разработал двухцилиндровый 2х тактный агрегат и установил усовершенствованную версию на мотоцикл. В 1909 году он основал компанию Scott Motor Cycle, которая производила до 1966 года двухтактные мотоциклы.

Хьюго Руппе разработал свой двигатель до Первой мировой войны; его патенты отправились в DKW. Важнейшим шагом в развитии стала запатентованная обратная очистка Адольфа Шнюрля, которая заменила двухточечную очистку с поперечным потоком с 1932 года. В 1952 году Даниэль Циммерманн разработал пластинчатый поворотный клапан, а Yamaha в 1978 — выходное управление.

До 1950 годов двухтактный агрегат обещал большой потенциал развития. Однако оказалось, что присущие ему недостатки не могут быть устранены. В автомобильной промышленности двухтактный процесс не смог успешно утвердиться, в течение 1950-х / 60-х годов производители автомобилей, такие как Saab, Borgward и DKW, отказались от двухтактного процесса. Потери при промывке вызвали довольно высокий расход топлива, а также проблему высокого потребления масла и вытекающего загрязнения выхлопными газами.

В течение очень долгого времени двухтактный мотор использовался в автомобильной промышленности ГДР. Более продолжительное существование двухтактного мотора сохранилось при производстве мотоциклов. Недостатки, такие как высокий уровень шума и выбросы выхлопных газов считались не столь значительными для спортивных мотоциклов.

В мотоциклетных гонках 2х тактный агрегат имел свои принципиальные преимущества перед четырёхтактными двигателями и был смещён только с помощью запретов, которые постепенно осуществлялись с 1994 года. В области мопедов двухтактные моторы были недавно выведены из рынка с помощью правовых мер, основанных на выбросах выхлопных газов.

Сегодня двигатель этого типа работает только там, где преимущества процесса, такие как независимость места, простота или малый вес, очень важны. К ним относятся небольшие мобильные устройства, лодки и моделирование. Двухтактный дизельный мотор по-прежнему используется для морских судов, поскольку выбросы выхлопных газов в судоходстве не регулируются законом до сегодняшнего дня.

KTM Freeride 250 R в настоящее время является единственным двухтактным мотоциклом, разрешённым в Германии.

Текущие события

В настоящее время двухтактный мотор испытывает определённый ренессанс в области морских перевозок, водных мотоциклов или сверхлёгких полётах. Примерами являются агрегаты BRP Rotax, которые стали более экологически чистыми, используя систему прямого впрыска (Ficht FFI), такую ​​как серия Rotax, используемая в снегоходах. Yamaha имеет так называемую систему HPDI (прямое впрыскивание под высоким давлением).

Кроме того, с 2007 года был разработан проект Envirofit International для преобразования обычных двухтактных двигателей в агрегаты с прямым впрыском с использованием орбитального впрыска топлива с более экологически чистыми выбросами. Это достигается заменой головки цилиндров. Цель этого проекта — произвести миллионы лёгких мотоциклов в Азии.

Технические принципы

В двухтактном моторе масло добавляется к топливу. В результате масляный компонент сгорает во время процесса горения. Недостатком является то, что в процессе сгорания образуется уголь, который осаждается в рабочем пространстве и в выхлопной системе и влияет на работу агрегата. Удаление отложений в выхлопной системе может быть осуществлено путём «выгорания» или химического растворения.

В начале 1930 годов соотношение смешивания составляло 1 (масло): 10 (бензин), позже оно уменьшилось до 1:15 и 1:18. Для обычных мотоциклов или скутеров соотношение 1:25 было обычным в течение многих лет. Благодаря использованию высокоэффективных масел соотношение масла было сокращено в течение 3 лет от 1:33 (Trabant P50) до 1:50 (Trabant 601) и 1:100. Современные бензопилы и другие переносные электроинструменты работают со смешением 1:50 (2% масла).

В случае отдельной смазки требуемое смазочное масло поставляется отдельно от топлива. Первый мотоцикл Скотта (базовая модель 3 ¾, построенная в 1908 году) уже имел отдельную смазку.

Suzuki предложила «настоящую» отдельную смазку для производства мотоциклов в 1971 году с GT 750, в которой дозирующий насос транспортирует масло непосредственно в точки смазки (подшипники, стенки цилиндров). Насос несёт масло в зависимости от нагрузки положением рукоятки дроссельной заслонки, системы, которая позднее была также применена Kawasaki.

Большие двухтактные моторы могут быть построены с замкнутым контуром смазочного масла, сравнимым с четырехтактным двигателем.

Большие двухтактные агрегаты, такие как судовые дизельные двигатели, могут быть спроектированы с поперечной головкой, особенно с более старыми типами с потерей смазки. Для этой цели точки смазки, такие как основные и шатунные подшипники или крейцкопфа, поставляются непосредственно с помощью смазки через масляную линию рядом с подшипником.

Применение в качестве бензинового двигателя

Один цилиндр : в портативных устройствах двухтактный агрегат обычно сконструирован как одноцилиндровый с вентилятором.

Двухцилиндровый : двухцилиндровый ряд, коленчатый вал в поперечном направлении был первоначально воздушно-водяным DKW; с управлением поворотным клапаном. Первичный привод находится между цилиндрами. Автомобили с двухцилиндровым двухтактным мотором: DKW F1 до DKW F8 и их преемник; в ФРГ DKW F89 и в GDR IFA F8, P70 и автомобили марки Trabant.

Три цилиндра : мотоцикл Scott 3S 1934 года имел трёхцилиндровый двухтактный мотор, установленный продольно.

DKW представил в 1939 году трёхцилиндровый DKW F9,

В 1969 году Kawasaki 500 H1 (с воздушным охлаждением) и 1971 Suzuki G. T. 750 (с водяным охлаждением) представили трёхцилиндровые линейные моторы для мотоциклов в стандартной комплектации;

Четырехцилиндровый : четырехцилиндровый четырехтактный агрегат с четырьмя цилиндрами использовался в модели мотоцикла Suzuki R. G. 500 Gamma и с двумя коленчатыми валами 50° V в Yamaha R. D. 500 LC.

Шестицилиндровый : разработан и используется как V6 в секторе гоночных лодок.

Восемь цилиндров : разработан компанией Galbusera.

Теоретически разница в мощности двухтактного агрегата в два раза превосходит четырехтактный мотор при тех же условиях (кубическая мощность) поэтому правилами Формулы 1 запрещается использование 2х тактных двигателей с 1984 года.

Эпоха 2хтактных двигателей в гоночных мотоциклах длилась с 1911 по 2011 год.

Принцип работы

Двухтактными дизельными двигателями с выпускными клапанами в головке цилиндров были серии 53, 71, 92, 149 (кубический дюйм) от Detroit Diesel Corporation (DDC). Они использовали вентилятор Roots — в некоторых случаях с турбонагнетателями и промежуточными охладителями с водяным охлаждением.

Двухтактные дизельные агрегаты для грузовых автомобилей с регулируемыми выпускными клапанами выпускали Kruppwerke до 1950 годов.

Многие из современных моторов имеют регулируемые выпускные клапаны и впускные пазы. Они промываются отдельными нагнетательными насосами. В результате достигается чистый обмен газом. Больше нет необходимости в смешанной смазке, коленчатый вал работает как в четырехтактных двигателях в подшипниках скольжения с масляной смазкой.

Эта конструкция особенно подходит для двигателей с медленным ходом с большим объёмом (морской дизель), так как низкая скорость всегда оставляет достаточно времени для газообмена, а вес не имеет значения.

Большой двухтактный морской дизельный двигатель с турбонаддувом превосходит тепловую эффективность только среди стационарных комбинированных газовых и паровых турбин, с точки зрения теплового КПД. Морское дизельное топливо с потреблением менее 160 г/кВт может превращать до 55% химически связанной энергии топлива в полезные механические работы. Четырехтактные дизельные двигатели достигают только 40−42% эффективности, четырехтактный четырехцилиндровый турбодизель 4%, четырехтактные турбобензиновые двигатели 35−37%.

Преимущества и недостатки

Некоторые особенности двухтактного агрегата могут быть преимуществом или недостатком, например, более низким тормозным эффектом. 2х тактный двигатель имеет в два раза больше ходов за единицу времени в виде четырехтактных хомутов, хотя из-за использования части хода для фазы продувки (впускной и выпускной) используется только от 70 до 80% от энергии на ход. Это само по себе создаёт ряд преимуществ:

Недостатки:

  • В зависимости от конструкции большой уровень выхлопного газа.
  • В случае смешанной смазки может произойти переполнение захват поршня или повреждение подшипника во время переполнения из-за недостаточной масляной смеси.
  • Высокая тепловая нагрузка на поршень из-за низкого внутреннего охлаждения.
  • В зависимости от конструкции более или менее высокий расход масла.
  • Проблемы с выбросами.
  • Высокий механический износ поршневых колец.

В принципе, хорошие значения выбросов могут быть достигнуты при использовании больших двигателей. Простые и маленькие двигатели обычно имеют больше выбросов, чем более крупные четырехтактные агрегаты.

Юридические ограничения

Для двухколёсных транспортных средств с января 2016 года применяются нормы выбросов Euro 4, независимо от того, используется ли двухтактный двигатель или четырехтактный двигатель. Это привело к общему запрету на установку 2х тактных двигателей в области мопедов, для которых с 2016 года также применяется стандарт Euro 4 (ранее Euro 2).

Особое применение

Японский танк типа 90 оснащён двухтактным агрегатом Mitsubishi 10ZG с непосредственным впрыском дизельного топлива и воздуходувкой Roots для зарядки.

Бронетранспортёр США M113 оснащён 2х тактным дизельным двигателем V6 с водяным охлаждением General Motors. Он обеспечивает 156 квт (M113A1 и M113A2) или 202 квт (M113A3).

Однотактный и трехтактный двигатели не получили распространения из-за различных недостатков конструкций и в это время находятся в стадии разработок, хотя несколько патентов было выдано ещё в начале прошлого века.