Всем доброго времени суток, уважаемые читатели! Несмотря на то, что большинство из Вас являются владельцами четырехколесных транспортных средств, есть среди подписчиков и ценители мотоциклов, мопедов, скутеров. Если Вы еще не знаете принцип работы двухтактного двигателя, то самое время ознакомиться с этой интересной темой.
Подобный тип силового агрегата стал базовым для различных типов устройств и техники благодаря своей простоте и надежности. В рабочем цикле такого мотора всего два такта, в отличие от 4-х тактных, которые устанавливаются на большинстве автомобилей. Эта пара тактов - сжатие и расширение. Читатель может вполне справедливо поинтересоваться: а куда деваются впуск и выпуск рабочей смеси. Дело в том, что они объединены с указанными выше сжатием и расширением.
В отличие от мотора на 4 такта, в 2-хтактном всего за один оборот коленчатого вала происходит весь рабочий цикл. Это позволяет повысить мощностные качества двигателя в 1,5 и более раза при равносильном рабочем объеме. Однако это приводит к снижению коэффициента полезного действия, иначе такими силовыми агрегатами оснащались бы все без исключения самоходные механизмы. Зато в судостроении они нашли самое широкое применение. Одноцилиндровый двухтактный мотор - также неотъемлемая составляющая каждого скутера с малым объемом двигателя, которые вовсю колесят по нашим дорогам.
Еще одной важной особенностью таких механизмов является их склонность к перегреву. Это связано с выделением больших объемов тепла во время работы. Для решения данной проблемы может потребоваться подведение принудительного охлаждения. Зато есть и преимущества у такого моторчика: работа поршня ограничивается 2-мя тактами, а это значит, что он совершает вдвое меньше перемещений. За счет этого, сокращается износ ключевых деталей силового агрегата.
Принцип функционирования
Рассмотрим, как на практике происходит работа такого движка (см. видео):
- Поршень начинает двигаться от нижней точки, которая еще называется «мертвой», вверх. Одновременно с этим процессом происходит доставка топлива вместе с воздухом. Приоткрывается выпускное окно, и через него наружу беспрепятственно уходят выхлопные газы. При этом, происходит момент сжатия рабочей смеси.
- Как только начинает осуществляться сжатие, в кривошипной камере формируется пространство на основе разреженного воздуха. Высвобождается место для поступления свежей порции топлива. При достижении верхней точки движения поршнем свечи зажигания выдают искру, которая воспламеняет рабочую смесь.
- Вследствие возгорания рабочей смеси возникает энергия, которая вынуждает поршень двигаться уже вниз. Избыточное давление, создаваемое в кривошипной камере, заставляет сжиматься горючее. В верхней точке движения поршня выпускное окно открывается, освобождая выход отработанных газов, откуда они направляются прямиком в глушитель.
- Дальнейшее движение поршня приводит к открытию продувочного окна. Топливо из кривошипной камеры перемещается в рабочий цилиндр. Как только поршень опустится в нижнюю точку, это означает, что полный цикл работы двигателя состоялся. И все начинается снова, но это будет уже начало нового цикла.
Сравнение двигателей на 2 и 4 такта
Поскольку мощность равноценного мотора на два такта больше, чем у 4-тактного собрата, он, по идее, должен быть более экономичным. На практике этого не происходит из-за возникающих дополнительных потерь. Происходит частичное смешивание отработанных газов с вновь поступающим топливом, и вся эта смесь благополучно уходит через выхлопную трубу. Поэтом на то же самое количество циклов карбюратор двухтактника требует больше горючего.
Существуют различия и в системе смазки. В случае с мотором на 2 такта она осуществляется за счет смешивания и . В 4-тактном предусмотрена система смазки с шестеренным насосом. Смазка попадает во впускной патрубок системы, и ее поставляется именно столько, сколько необходимо.
В таких движках нет клапанов, которые присущи четырехтактным моторам внутреннего сгорания. За них ту же самую работу делает поршень, который при последовательном движении вверх и вниз открывает и закрывает продувочные, впускные и выпускные окна. Благодаря этому они считаются более конструктивно простыми и легкими в обслуживании. Считается, что показатель мощности у них примерно в 2 раза выше, чем у тех, что рассчитаны на 4 такта, за счет большего количества прошедших циклов.
Но из-за недостаточно полного использования хода поршня, остатков в цилиндре скопившихся газов и частичной потери производимой мощности для продувки, фактическое увеличение полезной мощности будет не более, чем на 60–70 процентов. Искра на таких движках появляется на доли секунды раньше, чем поршень достигает верхней мертвой точки, а для изменения угла зажигания предусмотрены различные устройства механического и электронного типа действия. На прежних моделях момент воспламенения устанавливался, исходя из оптимального числа оборотов.
Итак, подытожим основные достоинства рассматриваемого силового агрегата:
- отличается малыми габаритами;
- обладает простым устройством;
- выдает большую мощность при том же рабочем объеме.
При этом, его применение ограничивается из-за особенностей конструкции и значительных потерь. Однако на сегодняшний день именно таким типом двигателя по-прежнему оснащается большое число разнообразных механизмов, которые могут использовать как одно-, так и двухцилиндровый двигатель внутреннего сгорания на 2 такта. Зная особенности и принцип функционирования такого движка, можно самостоятельно находить возникающие в нем неполадки. В ряде случаев такие знания позволяют определиться с выбором между 2-х и 4-х тактным силовым агрегатом.
В сегодняшнем обзоре мы постарались рассмотреть устройство 2-х тактного силового агрегата, которым оснащается практически любой современный мотоцикл или мопед, а также другая техника. Друзья, буду благодарен за Ваши рекомендации моего блога в кругу своих друзей. В ближайших выпусках блога мы обязательно рассмотрим новые интересные темы из области автомобилей, . А пока несколько слов о и какой смысл в их использовании. Оставайтесь с нами и до новых встреч!
Первый работающий 2-х тактный двигатель сконструировал француз Эжен Ленуар в 1860 году. Его двигатель работал на газе.
В 1876 году немецкий инженер Николас Отто создал 4-х тактный двигатель. Совершенствование ДВС (двигателей внутреннего сгорания)продолжается по сей день.
В 1897 году конструктор Рудольф Дизель разработал прототип сегодняшнего дизеля, где воспламенение топливной смеси происходит за счет сильного сжатия. В данной статье не описываются газовые турбины, двигатель Ванкеля.
На фото показана принципиальная схема работы двигателей.
Описание работы двигателей.
Описание принципа действия 2-х тактного двигателя.
Сам двигатель состоит из картера, коленчатого вала,цилиндра. У двухтактных двигателей коленчатый вал установлен на подшипниках. (Установка на подшипниках обусловлена системой смазки) Цилиндр представляет собой чугунный, отполированный внутри, стакан стакан, внутри которого двигается поршень (Как правило выполненный из дюралюминия).
В канавки на поршне вставлены пружинящие поршневые кольца. Кольца служат для уплотнения между цилиндром и поршнем, что бы не пропускать газы, образующиеся при сгорании топлива. Поршень соединен с шатуном пальцем.Поршень двигается возвратно-поступательно. С помощью шатуна возвратно-поступательное движение преобразуется во вращательное коленчатого вала. Все трущиеся поверхности 2-х тактного двигателя смазываются с помощью топливной смеси в которую добавлено масло.
Рабочий цикл происходит за 2 такта.
1. Возвращаясь в верхнее положение поршень сжимает горючую смесь. При движении он перекрывает сначала продувочное окно, а затем и выпускное. Когда поршень достигает верхней точки происходит воспламенение смеси с помощью свечи зажигания и поршень идет вниз, как видно из рисунка.
2. Второй такт начинает после воспламенения смеси. Дойдя до выхлопного окна в цилиндре падает давление и двигаясь дальше поршень создает разрежение и из впускного окна происходит засасывание горючей смеси.
Это очень краткое описание работы двухтактного двигателя и дает лишь общее представление о работе двигателей.
Описание принципа действия 4-х тактного двигателя.
Основная конструкция двигателя напоминает конструкцию двухтактного двигателя. Но добавлена система газораспределения, в которую входит распредвал и клапана. Смазка всех движущихся частей осуществляется чистым маслом, подаваемым маслонасосом.
Весь рабочий цикл состоит из четырех тактов:
Первый такт.(Такт впуска). Впускной клапан открыт, а поршень идет вниз.
За счет разрежения топливо поступает в цилиндр.При достижении нижней точки
впускной клапан закрывается.
Второй такт.(Такт сжатия). Движение поршня вверх вверх, горючая смесь сжимается. При положении поршня в верхней точке происходит воспламение. (Реально воспламениение проиходит не доходя верхней точки)
Третий такт. (Такт рабочего хода). Воспламененная смесь толкает поршень вниз (впускной и выпускной клапаны закрыты).
Четвертый такт.(Такт выпуска). Как только поршень начинает движение вверх выпускной клапан открывается выпуская отработанные газы и остается открытым пока поршень не дойдет до верхней точки. При достижении верхней точки поршнем происходит закрытие выпускного клапана.
Основные преимущества четырехтактного двигателя:
1. Меньший шум.
2. Экономичность. (до 30%)
3. Долговечность.(За счет лучшей смазки движущихся деталей)
Недостатки:
1. Больший вес на единицу мощности.
2. Более сложен.
3. Дороже.
Основные преимущества двухтактного двигателя:
1. Меньший вес на единицу мощности.
2. Дешевле.
3. Простота
4. Быстрее набирает обороты.
Недостатки:
1.Больший шум.
2.Больший расход топлива.
Исходя из отличий двухтактного двигателя от четырехтактного рекомендуемое применение 2-х тактных:
1. Лодочные моторы до 5 л.с (Легче, можно транспортировать в любом положении)
Однозначное применение в спортивных мотоциклах, в авиамоделях, сенокосилках, бензопилах. То есть в тех случаях, где вес имеет большое значение.
Сейчас выпускаются 2-х тактники с прямым вспрыском и лодочные моторы больших мощностей конкурируют. Реклама утверждает, что их экономичность равна 4-х тактным моторам.
А в остальных случаях, если позволяет бюджет, предпочтительней 4-х тактники.
При выборе силового оборудования необходимо уделить особое внимание типу двигателя. Существует два типа двигателей внутреннего сгорания: 2-х тактный и 4-х тактный.
Принцип действия двигателя внутреннего сгорания основан на использовании такого свойства газов, как расширение при нагревании, которое осуществляется за счет принудительного воспламенения горючей смеси, впрыскиваемой в воздушное пространство цилиндра.
Зачастую можно услышать, что 4-х тактный двигатель лучше, но чтобы понять, почему, необходимо более подробно разобрать принципы работы каждого.
Основными частями двигателя внутреннего сгорания, независимо от его типа, являются кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы, а также системы, отвечающие за охлаждение, питание, зажигание и смазку деталей.
Передача полезной работы расширяющегося газа осуществляется через кривошипно-шатунный механизм, а за своевременный впрыск топливной смеси в цилиндр отвечает механизм газораспре6деления.
Четырехтактные двигатели - выбор компании Honda
Четырехтактные двигатели экономичные, при этом их работа сопровождается более низким уровнем шума, а выхлоп не содержит горючей смеси и значительно экологичней чем у двухтактного двигателя. Именно поэтому компания Honda при изготовлении силовой техники использует только четырехтактные двигатели. Компания Honda уже многие годы представляет свои четырехтактные двигатели на рынке силовой техники и добилась высочайших результатов, при этом их качество и надежность ни разу не подвергались сомнению. Но всё же, давайте рассмотрим принцип работы 2х и 4х тактных двигателей.
Принцип работы двухтактного двигателя
Рабочий цикл 2-х тактного двигателя состоит из двух этапов: сжатие и рабочий ход.
Сжатие . Основными положениями поршня являются верхняя мертвая точка (ВМТ) и нижняя мертвая точка (НМТ). Двигаясь от НМТ к ВМТ, поршень поочередно перекрывает сначала продувочное, а затем выпускное окно, после чего газ, находящийся в цилиндре, начинает сжиматься. При этом через впускное окно в кривошипную камеру поступает свежая горючая смесь, которая будет использована в последующем сжатии.
Рабочий ход . После того, как горючая смесь максимально сжата, она воспламеняется при помощи электрической искры, образуемой свечой. При этом температура газовой смеси резко возрастает и объем газа стремительно растет, осуществляя давление, при котором поршень начинает движение к НМТ. Опускаясь, поршень открывает выпускное окно, при этом продукты горения горючей смеси выбрасываются в атмосферу. Дальнейшее движение поршня приводит к сжатию свежей горючей смеси и открытию продувочного отверстия, через которое горючая смесь поступает в камеру сгорания.
Основным недостатком двухтактного двигателя является большой расход топлива, причем часть топлива не успевает принести пользу. Это связано с наличием момента, при котором продувочное и выпускное отверстие одновременно открыты, что приводит к частичному выбросу горючей смеси в атмосферу. Еще идёт постоянный расход масла, так как 2х тактные двигатели работают на смеси бензина и масла. Очередное неудобство - в необходимости постоянно готовить топливную смесь. Главными преимуществами двухтактного двигателя остаются его меньшие размеры и вес по сравнению с 4х тактным аналогом, но размеры силовой техники позволяют использовать на них 4х тактные двигатели и испытывать намного меньше хлопот в ходе эксплуатации. Так что уделом 2х тактных моторов осталось различное моделирование, в частности, авиамоделирование, где даже лишних 100г имеют значение.
Принцип работы четырехтактного двигателя
Работа четырехтактного двигателя значительно отличается от работы двухтактного. Рабочий цикл четырехтактного двигателя состоит из четырех этапов: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск, что стало возможным за счет применения системы клапанов.
Во время впускного этапа поршень двигается вниз, открывается впускной клапан, и в полость цилиндра поступает горючая смесь, которая при смешении с остатками отработанной смеси образует рабочую смесь.
При сжатии поршень движется от НМТ к ВМТ, оба клапана закрыты. Чем выше поднимается поршень, тем выше давление и температура рабочей смеси.
Рабочий ход четырехтактного двигателя представляет собой принудительное движение поршня от ВМТ к НМТ за счет воздействия резко расширяющейся рабочей смеси, воспламененной искрой от свечи. Как только поршень достигает НМТ, открывается выпускной клапан.
Во время выпускного этапа продукты сгорания, вытесняемые поршнем, движущимся от НМТ к ВМТ, выбрасываются в атмосферу через выпускной клапан.
За счет применения системы клапанов четырехтактные двигатели внутреннего сгорания более экономичны и экологичны - ведь выброс неиспользованной топливной смеси исключен. В работе они значительно тише, чем 2х тактные аналоги, и в эксплуатации намного проще, ведь работают на обычном АИ-92, которым вы заправляете свою машину. Нет необходимости в постоянном приготовлении смеси масла и бензина, ведь масло в данных двигателях заливается отдельно в масляный картер, что значительно уменьшает его потребление. Вот именно поэтому компания Honda производит только 4х тактные двигатели и достигла в их производстве колоссальных успехов.
Ход поршня между двумя мертвыми точками называется тактом, который равняется повороту коленчатого вала на 180 градусов. Соответственно, различают двухтактные моторы (рабочий цикл происходит за один такт) и четырехтактные (цикл за два такта). Различия между двумя типами моторов довольно серьезные, и, как следствие, это напрямую влияет на их применение в различных механизмах.
Двухтактные моторы
В двухтактном двигателе одного оборота коленчатого вала хватает для завершения рабочего цикла. Этот оборот в свою очередь осуществляется в два этапа (такта) – сжатие и расширение, отсюда мотор и получил свое название. Двухтактные двигатели отличает отсутствие клапанов, роль которых выполняет поршень. Вообще значение поршня в таких моторах очень велико: перемещаясь, он открывает и закрывает продувочные окна (как впускные, так и выпускные). Если внешне сравнивать двухтактный и четырехтактный двигатель, то конструкция первого варианта гораздо проще. В этом можно убедиться, почитав ниже определение четырехтактного мотора.
Четырехтактные моторы
Рабочий цикл четырехтактного мотора имеет четыре этапа (такта). Помимо сжатия и расширения (второй и третий этап соответственно) добавляются впуск (первый такт) и выпуск (четвертый такт). На первом этапе поршень осуществляет движение из одной мертвой точки в другую – из нижней в верхнюю. Впускной клапан открывается, и в цилиндр мотора попадает необходимое количество свежей топливно-воздушной смеси. На финальном этапе (выпуск) поршень достигает верхней мертвой точки, и выпускной клапан закрывается. После чего рабочий цикл четырехтактного мотора начинается заново.
Четырехтактный двигатель
Сравнение
Различие в количестве тактов – очень важное, но далеко не единственное отличие между двухтактными и четырехтактными моторами. Существует еще целый ряд отличий, которые исходят из преимуществ и недостатков того или другого двигателя.
Вот основные признаки отличия:
- Двухтактные двигатели весят на порядок меньше, даже при условии, что количество лошадиных сил одинаково. Яркий пример: при пятнадцати лошадиных силах двухтактный двигатель будет весить 36 килограмм, а четырехтактный – почти на десять килограмм больше.
- Конструкция четырехтактных двигателей заметно сложнее, и процесс производства дольше. Все эти факторы оказывают прямое влияние на цену – четырехтактные моторы стоят дороже.
- Перевозка и эксплуатация двухтактного двигателя заметно проще. Его можно перевозить практически в любом положении, а чтобы использовать, достаточно достать, установить и завести.
- Расход топлива двухтактного двигателя примерно в полтора раза больше (при одинаковых лошадиных силах).
- Четырехтактные моторы, если завести их на полную мощность, работают чуть тише, нежели двухтактный вариант. Разница в шуме незначительна, однако она существует, и здесь преимущество у четырехтактных двигателей.
- Еще одно преимущество четырехтактников – меньшая вибрация и дым. Причем второе отличие крайне важно именно для двигателей, потому большинство людей выбирает мотор, при работе которого образуется меньше дыма (не так вредно для здоровья человека и меньшее загрязнение для окружающей среды).
Выводы сайт
- Двухтактные двигатели весят меньше.
- Четырехтактные двигатели имеют более сложную конструкцию и стоят дороже.
- Разная сложность в перевозке и эксплуатации.
- Разный расход топлива при одинаковом количестве лошадиных сил.
- Четырехтактные моторы издают меньший шум при работе.
- Двухтактные двигатели при работе выделяют больше дыма.
Это преобразователь энергии теплового расширения топлива в энергию механического движения вала. Его смысл в том, что в некое замкнутое пространство попадает топливо, которое там же сгорает и за счет того, что при нагревании жидкости и газы увеличиваются в объеме, это топливо двигает одну из подвижных стенок этого пространства, или поршень. В этом и заключается суть работы ДВС-ов
Первый такой двигатель был создан в начале девятнадцатого века французом Ленуаром, а его мощность равнялась двенадцати лошадиным силам. Он был очень слабым с низким КПД (всего около 5 процентов), но несмотря на это, для того времени это было большим шагом вперед. Двигатель Ленуара нельзя было использовать практически нигде, так как он был достаточно громоздким, хоть и состоял всего из одного цилиндра, но при этом выдавал очень низкую полезную мощность. Тем не менее, его какое-то время использовали на кораблях.
В дальнейшем, технология ДВС-ов совершенствовалась, и вскоре появились уже более эффективные и практичные модели, в результате чего, сегодня 90 процентов всего наземного транспорта работает на двигателях внутреннего сгорания. Исключения — это троллейбусы, трамваи, поезда и очень модные сегодня электромобили, которые, хоть и менее удобны чем автомобили, но гораздо экологичнее.
Почему ДВС-ы разделяются на 2-тактные и 4-тактные?
Как мы уже говорили, основной особенностью работы ДВС является заполнение объема цилиндра топливом. Но дело в том, что осуществлять это заполнение можно двумя способами — можно сделать для введения и выведения бензина отдельные такты, как это осуществлено в 4-тактном двигателе, а можно впрыскивать его в конце второго такта, и в это же время, новое топливо само вытеснит отработанный газ. Этот принцип имеет место в 2-тактном ДВС-е.
Начнем, пожалуй, с 4-х тактного, так как он проще для понимания. Итак, весь цикл его работы разделен на 4 части. Цикл — это когда топливо воспламеняется один раз. Если топливо воспламенилось два раза, говорят, что прошло два рабочих цикла. Итак, 4 части цикла — это:
- За счет открытия клапана давлением бензина, осуществляется его впрыскивание в цилиндр. Поршень под давлением бензина движется вниз За это время коленчатый вал делает оборот в 180 градусов.
- Коленчатый вал поворачивается еще на 180 градусов, и увлекает за собой поршень, который теперь уже начинает двигаться вверх. Как только он доходит до крайней точки вверху, вспыхивает зажигалка, или как ее еще называют — свеча, которая воспламеняет топливо, которое, находясь в сжатом виде дает больше энергии теплового расширения.
- Вспышка свечи, и последующее за этим зажигание бензина в цилиндре приводит к выталкиванию поршня обратно вниз до мертвой точки. Это движение и является основным толчком, который обеспечивает вращение колес автомобиля, то есть, нужно понять, что машина едет благодаря этой третьей фазе рабочего цикла. Коленчатый вал при этом поворачивается еще на 180 градусов.
- И последний этап — это удаление из цилиндра продуктов сгорания топлива, которые уже ни на что не годятся. Они удаляются при помощи специального клапана. Как вы уже, наверное, догадались, к цилиндру подведено два разных клапана, через один бензин входит, а через второй — покидает. Далее, после окончания вывода, начинается снова первый этап.
Данный способ реализации впрыскивания топлива в цилиндр предполагает собой, что на смену рабочей среды(то есть бензина) не отводится по отдельному такту, а ввод осуществляется в короткий промежуток времени, когда поршень находится на самом дальнем расстоянии от противоположного края цилиндра, в мертвой точке. Одновременно со вводом происходит вывод продуктов горения. То есть процедура смены рабочей среды происходит в конце второго такта, а называют ее продувкой.
Продувка происходит не через клапаны, а через специальные отверстия, которые находятся внизу цилиндра, и практически все время их закрывает поршень. Но когда поршень уходит в мертвую точку, искусственно созданный вакуум втягивает в себя отработанное топливо, и под действием разности давлений, в рабочий объем входит свежий бензин.
Каждый из этих двух видов ДВС имеет друг перед другом определенные преимущества, о которых мы сейчас подробно поговорим.
Основные отличия этих двух видов двигателей
- Масса двигателя. Первое отличие в том, что 2-х тактовые двигатели легче (имеют меньший вес), чем 4-х тактовые. Это значит, что если требуется максимально уменьшить массу автомобиля, что бывает очень актуально, например, для гоночных болидов, то выгоднее использовать двухтактные.
- Стоимость двигателя. Двухтактные дешевле, поэтому в бюджетных вариантах машин, как правило, стоят именно они.
- Шумность работы. Четырехтактные более тихие, и во время работы их почти не слышно. Это одна из причин, по которой их ставят в дорогие машины.
- Экологичность. Четырехтактные более экологичны, так как их рабочий цикл дает меньше продуктов сгорания, а значит и меньше дыма.
- Расход смазки . Двухтактные ДВС расходуют больше машинного масла, так как его приходится разбавлять с бензином, в то время как у 4- тактовых есть для этого отдельная система.
- Сложность изготовления. Сделать двухтактный ДВС гораздо проще, этим и обусловлена его дешевизна.
- Скорость разгона. Двухтактные разгоняются быстрее, поэтому их используют в спортивных и гоночных авто.
- Эксплуатация. 4-тактные тяжелее обслуживать и ремонтировать, так как они сложнее и у них есть множество дополнительных систем, которые отсутствуют у двухтактных.
- Срок службы. 4-тактные служат гораздо дольше.
Это основные их отличия, но если вы покопаетесь в теме и хорошенько в ней разберетесь, то непременно найдете еще целую кучу отличий.