Чем отличается двухтактный двигатель от четырёхтактного? Самое заметное отличие - это режимы воспламенения горючей смеси, что сразу можно заметить по звуку. Двухтактный мотор обычно издаёт пронзительный и очень громкий гул, тогда как четырёхтактному свойственно более спокойное мурлыканье.

Применение

В большинстве случаев разница состоит также в основном предназначении агрегата и его топливной эффективности. В двухтактных двигателях зажигание происходит при каждом обороте коленчатого вала, поэтому по мощности они в два раза превосходят четырёхтактные, в которых смесь воспламеняется только через оборот.

Четырёхтактные моторы экономичнее, зато тяжелее и дороже. Они обычно устанавливаются на автомобили и спецтехнику, в то время как на таких устройствах, как газонокосилки, мотороллеры и лёгкие катера, чаще встречаются более компактные двухтактные модели. А вот бензиновый генератор, например, можно найти как двухтактный, так и четырёхтактный. Двигатель скутера также может относиться к любому типу. Принцип работы этих двигателей в основном один и тот же, отличие только в способе и эффективности преобразования энергии.

Что такое такт?

Переработка топлива в обеих разновидностях моторов осуществляется посредством последовательного выполнения четырёх различных процессов, известных как такты. Скорость, с которой двигатель через проходит, — это именно то, чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного.

Первым тактом является впрыск. При движется вниз по цилиндру, а впускной клапан открывается, чтобы впустить воздушно-топливную смесь в камеру сгорания. Далее идёт такт сжатия. Во время этого такта впускной клапан закрывается, а поршень движется по цилиндру вверх, сжимая находящиеся там газы. Такт рабочего хода начинается, когда происходит зажигание смеси. При этом искра от свечи воспламеняет сжатые газы, что приводит к взрыву, энергия которого толкает поршень вниз. Последним тактом является выпуск: поршень поднимается вверх по цилиндру, а выпускной клапан открывается, позволяя выхлопным газам выйти из камеры сгорания, чтобы можно было начать процесс снова. Возвратно-поступательные движения поршня вращают коленчатый вал, крутящий момент от которого передаётся на рабочие части устройства. Так происходит преобразование энергии сгорания топлива в поступательное движение.

Работа четырёхтактного двигателя

В стандартном четырёхтактном двигателе зажигание смеси происходит на каждом втором обороте коленчатого вала. Вращение вала приводит в действие сложный набор механизмов, обеспечивающих синхронное выполнение последовательности тактов. Открытие впускных или выпускных клапанов осуществляется с помощью кулачкового вала, который попеременно нажимает на коромысла. Возврат клапана в закрытое положение выполняется с помощью пружины. Чтобы избежать потери компрессии, необходимо, чтобы клапаны плотно прилегали к головке блока цилиндров.

Работа двухтактного двигателя

Теперь посмотрим, чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного по принципу работы. В все четыре действия выполняются за один оборот коленчатого вала, во время хода поршня от верхней мёртвой точки к нижней, а затем обратно вверх. Выпуск отработанных газов (продувка) и впрыск горючего интегрированы в один такт, в конце которого происходит воспламенение смеси, и полученная энергия толкает поршень вниз. Такая конструкция устраняет необходимость использования клапанного механизма.

Место клапанов занимают два отверстия в стенках камеры сгорания. Когда поршень за счёт энергии сгорания перемещается вниз, выпускной канал открывается, позволяя отработанным газам выйти из камеры. При движении вниз в цилиндре образуется разрежение, за счёт которого через расположенный ниже впускной канал внутрь втягивается смесь воздуха и топлива. При движении вверх поршень перекрывает каналы и сжимает находящиеся в цилиндре газы. В этот момент срабатывает и весь описанный выше процесс повторяется снова. Важно то, что в двигателях такого типа зажигание смеси происходит при каждом обороте, что позволяет извлечь из них больше мощности, по крайней мере, в краткосрочной перспективе.

Соотношение массы и мощности

Двухтактные двигатели лучше подходят для устройств, от которых требуются быстрые и резкие всплески энергии, а не равномерная работа в течение длительного времени. Например, гидроцикл с двухтактным двигателем разгоняется быстрее, чем грузовик с четырёхтактным, однако он предназначен для кратковременных поездок, в то время как грузовик может проехать сотни километров, прежде чем ему понадобится отдых. Невысокая длительность работы двухтактников компенсируется низким отношением массы к мощности: такие двигатели обычно весят намного меньше, поэтому быстрее запускаются и достигают рабочей температуры. Для их перемещения также требуется меньше энергии.

Какой мотор лучше

В большинстве случаев четырёхтактные двигатели могут работать только в одном положении, тогда как двухтактные в этом отношении менее требовательны. Это во многом связано со сложностью движущихся частей, а также конструкцией масляного поддона. Такой поддон, обеспечивающий смазку двигателя, обычно присутствует только в четырёхтактных моделях и имеет огромную важность для их работы. У двухтактных двигателей обычно нет такого поддона, поэтому их можно эксплуатировать практически в любом положении без риска выплёскивания масла или прерывания процесса смазки. Для таких устройств, как бензопилы, циркулярные пилы и другие переносные инструменты, такая гибкость очень важна.

Топливная эффективность и экологическая составляющая

Часто выясняется, что компактные и быстрые двигатели сильнее загрязняют воздух и потребляют больше топлива. В нижней точке движения поршня, когда камера сгорания наполняется горючей смесью, некоторое количество топлива теряется, попадая в выпускной канал. Это можно увидеть на примере подвесного лодочного мотора; если присмотреться, вы разглядите вокруг него разноцветные маслянистые пятна. Поэтому двигатели такого рода считаются неэффективными и загрязняющими окружающую среду. Хотя четырёхтактные модели несколько тяжелее и медленнее, зато в них топливо сжигается полностью.

Стоимость приобретения и обслуживания

Меньшие по размеру двигатели обычно являются менее дорогими, как с точки зрения первоначальной покупки, так и в техническом обслуживании. Однако они рассчитаны на менее длительный срок службы. Хотя есть некоторые исключения, большинство из них не предназначено для непрерывной работы в течение более чем нескольких часов и рассчитано на не очень длительный срок эксплуатации. Отсутствие отдельной системы смазки также приводит к тому, что даже лучшие моторы такого типа относительно быстро изнашиваются и приходят в негодность из-за повреждения движущихся деталей.

Отчасти из-за отсутствия системы смазки в бензин, предназначенный для заливки в двухтактный двигатель скутера, например, необходимо добавлять определённое количество специального масла. Это ведёт к дополнительным затратам и хлопотам, а также может стать причиной поломки (если вы забудете подлить масла). Мотор 4-тактный в большинстве случаев требует минимума обслуживания и ухода.

Какой мотор лучше

В этой таблице кратко описывается, чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного.

	Четырёхтактный двигатель	Двухтактный двигатель
	Один такт рабочего хода на каждые два оборота коленчатого вала.	Один такт рабочего хода на каждый оборот коленчатого вала.
	Приходится использовать тяжёлый маховик для компенсации вибраций, возникающих при работе двигателя из-за неравномерного распределения крутящего момента, так как воспламенение горючей смеси происходит только на каждом втором обороте.	Нужен гораздо более лёгкий маховик и двигатель работает достаточно сбалансировано, так как крутящий момент распределяется намного равномернее из-за того, что воспламенение горючей смеси происходит при каждом обороте.
	Большой вес двигателя	Вес двигателя намного меньше
	Конструкция двигателя усложнена за счёт клапанного механизма.	Конструкция двигателя гораздо проще за счёт отсутствия клапанного механизма.
	Высокая стоимость.	Дешевле, чем четырёхтактный.
	Невысокий механический КПД из-за трения большого количества деталей.	Более высокий механический КПД из-за уменьшения трения за счёт небольшого количества деталей.
	Более высокая производительность благодаря полному удалению отработанных газов и впрыскиванию свежей смеси.	Сниженная высокая производительность из-за смешивания остатков отработанных газов со свежей смесью.
	Более низкая рабочая температура.	Более высокая рабочая температура.
	Водяное охлаждение.	Воздушное охлаждение.
	Меньший расход и полное сгорание топлива.	Более высокий расход топлива и смешивание свежего впрыска с остатками выхлопных газов.
	Занимает много места.	Занимает меньше места.
	Сложная система смазки.	Гораздо более простая система смазки.
	Низкая шумность.	Более высокая шумность.
	Система газораспределения с клапанным механизмом.	Вместо клапанов используются впускные и выпускные каналы.
	Высокая тепловая эффективность.	Менее высокая тепловая эффективность.
	Низкое потребление масла.	Более высокое потребление масла.
	Меньший износ движущихся деталей.	Повышенный износ движущихся деталей.
	Устанавливается в автомобили, автобусы, грузовики и т. д.	Используется в мотоциклах и т. д.

В ней также приведены положительные и отрицательные качества каждого из этих двух типов.

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.

Двигатель внутреннего сгорания работает по давно изученным принципам. Мы будем рассматривать поршневые моторы, поскольку роторные, и прочие экзотические агрегаты, преобразующие энергию горения в кинетическую, не так распространены.

Для лучшего понимания процесса, определимся с техническими терминами:

• Рабочий цикл двигателя – цепочка чередующихся процессов, в результате которых энергия сгорания топлива трансформируется во вращение колес (при использовании в транспортном средстве)
• Впуск – наполнение цилиндра смесью паров бензина и воздуха (в бензиновых моторах) или воздухом в дизельных моторах
• Сжатие – спрессовывание топливной смеси в цилиндре
• Рабочий ход – расширяющиеся газы, после воспламенения горючей смеси, стремительно гонят поршень вниз
• Выпуск – проветривание полости цилиндра от порции отработанных газов.

В ходе рабочего цикла, процессы следуют в строго определенном порядке. Каждый из них называется тактом. С механической точки зрения, такт – это движение поршня от одной мертвой точки до второй. В зависимости от конструкции мотора, тактов может быть два или четыре.

Что из себя представляет двухтактный двигатель – видео

Чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного?

За каждый поворот коленвала на 180° совершается два такта (разные, в зависимости от типа двигателя). Отработка процесса двухтактного ДВС осуществляется за один оборот, а четырехтактного – за два оборота коленвала. Непонятно? Рассмотрим вопрос подробнее.

Важно! Есть пассивные и активные такты. Точнее активный цикл один – рабочий ход. Остальные движения цилиндра происходят по инерции маховика, закрепленного на оси мотора. Это касается одноцилиндрового мотора, каждый следующий цилиндр работает со сдвигом по фазе, и тяжелый маховик более не нужен. Поэтому его роль выполняет шестерня, за которую цепляется стартер.

Современный мотор достаточно сложен с инженерной точки зрения. Процессы обеспечиваются различными вспомогательными механизмами, их работа должна быть синхронизирована. Кроме того, компоненты двигателя имеют определенную массу, соответственно присутствует инерция.

Трущиеся детали замедляются сопротивлением. Это замедляет процесс и отбирает дополнительную мощность. Все поправки надо учитывать при проектировании мотора.

Запрограммировать алгоритм управления сложно, условия эксплуатации постоянно меняются. Если последовательность смены циклов даст сбой – произойдет потеря мощности или остановка двигателя. Поэтому для бесперебойной работы нужно так много приспособлений вокруг пары: поршень, цилиндр.

Как только верхняя часть поршня перекроет выпускное окно (1), смесь начинает сжиматься, вплоть до достижения поршнем верхней мертвой точки.

Такт 1. Процесс 2

На свече зажигания вспыхивает искра, топливовоздушная смесь взрывается, поршень получает толчок и стремительно движется вниз.

Важно! Понятия «вверх», «верхняя мертвая точка», «вниз», «нижняя мертвая точка» – достаточно условны. Цилиндры могут располагаться горизонтально (оппозитники «Порше» и мотоцикла «Днепр») или даже вверх ногами (самолетный двигатель типа «звезда»).

Напор газов сохраняется до момента открытия выпускного отверстия (1).

Рабочий ход

Такт 2. Процесс 4

В открытый выпуск устремляются отработанные газы. Грамотно рассчитанная аэродинамика позволяет даже создать небольшое разрежение. Тем не менее, часть выхлопа остается в цилиндре.

Важно! В этот момент энергия сгорания смеси уже не действует. Все движение происходит по инерции .

В это время, поршень сжимает подготовленный свежий заряд топливной смеси, повышая давление в кривошипной камере (II). Одновременно перекрывается клапан (3).
Такт 2. Процесс 4

Поршень продолжает опускаться. Когда освободится перекрытое продувочное отверстие (2), топливная смесь под давлением устремится в надпоршневую камеру (I). Далее снова зависимость от аэродинамики.

Грамотно спроектированная форма камеры и поршня, не позволяет смешиваться свежему заряду и выхлопным газам. Однако на деле, потери готовой смеси неизбежны. Этот процесс еще называют продувкой.

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.

Рассмотрим принцип работы двухтактного двигателя. Все рабочие циклы в двухтактном (процесс впуска топлива и выпуск выхлопных газов, продувка) осуществляются за два основных такта за один оборот коленвала. У данного типа двигателей отсутствуют впускной и выпускной клапаны. Эту роль выполняет поршень, который при своих движениях поочередно закрывает продувочные, выпускные и впускные окна. Это делает данный тип двигателей конструктивно более простыми.

Возможности и преимущества двухтактных

Теоретически мощность двигателя данного типа, при одинаковых размерах цилиндра и скорости вращения вала, в два раза выше, чем у 4х-тактного благодаря увеличению числа рабочих циклов. Но в связи с неполным использованием хода поршня при расширении, худшее освобождение цилиндра от выхлопных газов и частичной затраты мощности на продувку приводят к увеличению мощности двигателя лишь на 60-70 процентов.

Как он устроен

Устройство двигателя состоит из картера, в котором с двух сторон на подшипниках установлен коленвал и цилиндр. В цилиндре перемещается поршень, который представляет из себя металлический стакан, на котором в канавки вложены пружинные поршневые кольца. Эти кольца не пропускают газы между стенкой цилиндра и поршнем. В поршне имеется металлический стержень — палец, который соединяет его с шатуном. Шатун передает возвратно-поступательные движения поршня во вращательные движения коленвала.

Для смазки подшипников и трущихся поверхностей двухтактного двигателя используется топливная смесь , в которую подмешивают немного масла. Смесь топлива с маслом попадает как в кривошипную камеру, так и в цилиндр. В этих узлах смазки нигде нет, так как она бы все равно смылась топливной смесью. Именно поэтому масло добавляют к бензину в определенной пропорции. Для этого используется специальный тип масла, предназначенный специально для двухтактных двигателей. Такое масло способно выдерживать высокую температуру, а при сгорании с топливом оставлять после себя наименьшее количество зольных отложений.

Как он работает

Рассмотрим принцип работы. Полный рабочий цикл в двухтактном двигателе внутреннего сгорания происходит за два такта:

1. сжатие;
2. рабочий ход.

Такт первый

Сжатие. Поршень двигается из положения нижней мертвой точки в положение к верхней, при этом закрывает сначала продувочное, а потом выпускное окно. После этого в цилиндре происходит сжатие поступившей в него раннее топливной смеси. Вместе с этим в кривошипной камере под поршнем, после перекрывания продувочного окна, создается разряженное пространство. Под действием этого разряжения через впускное окно в кривошипную камеру из карбюратора попадает горючая смесь.

Такт второй

Рабочий ход. Когда поршень установлен в положении верхней точки, сжатая топливная смесь поджигается от свечи электрическим разрядом, в результате чего давление и температура газов резко увеличивается. Под действием этого расширения поршень двигается в положение нижней мертвой точки — расширившийся газ осуществляет полезную работу. При этом, опускаясь вниз, он образует большое давление в кривошипной камере, закрывающее клапан. После закрытия клапана газы не могут повторно попасть во впускной коллектор и карбюратор.

При достижении поршнем выпускного окна, оно откроется и начинается выпуск выхлопных газов, давление их в цилиндре снижается. Двигаясь дальше, поршень открывает продувочное окно, и сжатые горючие газы в кривошипной камере проходит по каналу в цилиндр, продувая его от остатка газов. После этого цикл повторяется заново.

Заключение

Стоит сказать пару слов о зажигании. В связи с тем, что топливу для воспламенения необходимо время, разряд на свече зажигания должен появиться раньше, чем поршень дойдет до верхней точки, поэтому, чем быстрее двигается поршень, тем раньше должна быть искра. Бывают электронные и механические устройства, способные изменять угол зажигания, изменяющейся при разных частотах вращения.