Работа двухтактного двигателя

Работа двухтактного двигателя

Помимо всем известных четырехтактных двигателей, которые используются в автомобилях, есть еще двигатели двухтактного действия, которые устанавливают на технические агрегаты: бензопилы, мотоциклы, газонокосилки, квадроциклы, скутеры, моторные лодки и т.д. Основное отличие двухтактного от четырехтактного двигателя — это принцип работы ДВС. Кроме этого, 2-х тактные моторы меньше по габаритам, способны развивать меньшую мощность и, следовательно, имеют меньший КПД.

  1. Устройство двухтактного двигателя.
  2. Принцип работы 2-х тактного ДВС.
  3. Как увеличить мощность двигателя своими руками?
  4. Как увеличить тягу?
  5. Проблема с продувкой после увеличения мощности.
  6. Видео.

Принцип функционирования

Рассмотрим, как на практике происходит работа такого движка (см. видео):

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.

Достоинства и недостатки двухтактных двигателей

Зная, как работает двухтактный двигатель, уже можно предсказать чем он будет выгодно отличаться от четырёхтактного, а в чём безнадёжно проиграет. Основными плюсами такой конструкции стали:

  • простота и малое количество деталей, что позволяет создавать достаточно мощные моторы при малой массе;
  • наличие рабочего хода в каждом цилиндре при одном обороте коленчатого вала обеспечивает вдвое большую отдачу при том же рабочем объёме, то есть пространстве, описываемом поршнями за один ход;
  • широкий диапазон возможных оборотов двигателя при отдаче им максимальной мощности, что обусловило применение таких моторов как в качестве сверхтихоходных дизелей прямого привода винтов в судостроении, так и на гоночных мотоциклах, где обороты превышают десяток тысяч в минуту ;
  • нет необходимости в тяжёлом маховике для запасания энергии на выполнение пассивных тактов;
  • отсутствует потребность в отдельной системе смазки с насосами, теплообменниками и фильтрацией;
  • дешевизна при изготовлении.

Но недостатков значительно больше:

  • низкая топливная экономичность из-за трудностей с полной очисткой цилиндров от выхлопных газов;
  • напряжённый тепловой режим, каждый второй такт нагревает поршни и цилиндры;
  • трудности с обеспечением экологичности, если совершенствовать двигатель в этом направлении, то он, скорее всего, станет сложнее четырёхтактного, придётся применять прямой впрыск и систему наддува;
  • необходимость смешивать масло с бензином, поскольку иначе его в картер не доставить, оно будет вымываться;
  • эффективность масел при их растворении в топливе снижается, что вынуждает для обеспечения долговечности использовать специальные двухтактные масла, но и это плохо помогает;
  • двухтактные двигатели работают шумно, поскольку они очень требовательны к низкому аэродинамическому сопротивлению выпускного тракта, что не позволяет совмещать мощность и экономичность с малошумностью;
  • дымный выхлоп из-за постоянного горения масла в цилиндрах.

Как видно, применение двухтактных двигателей возможно лишь в особых случаях, когда их немногочисленные достоинства особенно важны.

Что лучше двухтактный или четырехтактный двигатель?

Как показывает принцип работы двухтактного двигателя, такой ДВС довольно эффективен. Но многие мотоциклисты при выборе новой модели задаются вопросом, что же эффективнее – двухтактный или четырехтактный мотор? Попробуем ответить на этот вопрос.

Итак, как показывают многочисленные эксперименты и практика мотопроизводителей в целом, четырехтактные двигатели все-таки менее эффективны. На первый взгляд это непонятно, но двигатели одного и того же объема, но при разных тактах работы выдают разные мощности. Посредством нехитрых расчетов удалось понять, что работа двухтактных двигателей внутреннего сгорания эффективнее четырехтактных двигателей в среднем в 1,5 раза.

Если вновь рассматривать принцип их работы, то можно понять почему так происходит. Все дело в том, что четырехтактные двигатели имеют немного другое устройство, в связи с чем процессы подачи топлива и выброса газов происходят дольше, нежели у двухтактников. Главная особенность двухтактных моторов и заключается в том, что у них эти процессы происходят во время сжатия, то есть они совмещены с основными этапами работы двигателя. Так и получается, что КПД четырехтактного двигателя меньше, чем у двигателя, работающего на двух тактах.

Конструктивные особенности и различия

Двухтактный двигатель отличается от четырехтактного не только тем, за сколько тактов работы происходит газообмен.

Четырехтактный требует наличия системы газораспределения (впускные и выпускные клапаны, распределительный вал с кулачковым механизмом и т. д. ). В двухтактном такой системы нет, благодаря этому он гораздо проще.

Двигатель с четырьмя тактами работы требует полноценной системы смазки из-за большого количества движущихся и трущихся частей. Для смазки двигателя с двумя тактами работы можно использовать масло просто разводя его вместе с топливом.

Преимущества и недостатки двух и четырех тактных ЛОДОЧНЫХ моторов.

Двухтактные преимущества

1. Меньший вес. Пример: 15 л.с. 2х тактный 36 кг 4-х тактный 45 кг. Казалось — бы 45 кг. — легко. Все не так просто. Вес мотора распределен крайне неравномерно. Примерно 90% весит голова (сам двигатель) 10% нога. Не нужно также забывать и о большем у 4-х тактников размере головы. Все это + одна маленькая не всегда удобная ручка для переноски делает этот процесс крайне затруднительным.

2. Цена. 4-х тактные двигатели сложнее в производстве, состоят из большего количества деталей, поэтому всегда дороже 2-х тактников.

3. Удобство перевозки 2-х тактника. Можно возить в любом положении, перед началом эксплуатации не требует отвешивания. Т.е. достал из багажника, поставил, завел, поехал.

4. 2-х такт мотор живее реагирует на ручку газ. В 4-х тактниках для совершения полного рабочего цикла поршню необходимо сделать 2 полных оборота в то время как в 2-х тактных только один. Частый вопрос: А правда ли что 4-х такная 15 л.с. бежит быстрее чем такая же 2-х тактная? Ответ: нет не правда. У обеих этих двигателей мощность на валу 15 л.с. При прочих равных условиях почему один мотор должен ехать быстрее второго?

Двухтактные недостатки

1. Больший расход топлива. Напомним, примерный расход можно высчитать по формуле: для 2х такта 300 грамм на одну лошадинную силу для 4х такта 200 грамм.

2. Шумноcть. На максимальных оборотах 2-х тактные моторы как правило работают немного громче 4х тактников.

Читайте также  Замена батарей в ноутбуке

3. Комфорт. 4-х тактные моторы не так вибрируют на малых оборотах (Касается только двухцилинровых двигателей. Одноцилиндровые и 2-х и 4-х тактники вибрируют примерно одинаково) и не так дымят как 2-х тактники. Дымность важный момент, особенно если вы любите тролить.

4. Долговечность. Довольно спорный пункт. Бытует мнение, что 2-хтактные моторы менее долговечны. С одной стороны это понятно, потому как масло для смазки трущихся элементов двигателя подается вместе с бензином, а значит работает не так эффективно в отличие от 4-х тактных двигателей где трущиеся элементы буквально плавают в масле. Но с другой стороны 4-х тактный мотор по конструкции намного сложнее конкурента, состоит из значительно большего числа деталей, а золотой принцип механики «Чем проще тем надежнее» еще никто не отменял.

Какой же лодочный мотор выбрать?

Взвесьте все за и против изложенные выше и сделайте выбор самостоятельно. Однозначного ответа на вопрос: какой из моторов лучше Вы не найдете ни в одной из книг ни на одном из форумов. И у тех и у других типов двигателей есть свои поклонники. Личное мнение автора: мотор до 40 л.с. должен быть 2-х тактным, а свыше 40 л.с. — четырехтактником.

Особенности мотора с двумя тактами

Двухтактный двигатель совершает полный цикл за один оборот коленвала, это позволяет получить большую удельную литровую мощность чем у 4-х тактного движка при тех же оборотах двигателя. Однако, кпд двухтактника будет ниже из-за несовершенства механизма фаз газораспределения, неизбежных потерь топливной смеси в процессе продувки и неполного рабочего хода поршня.

Двухтактный двигатель сильно греется, потому что во время работы высвобождается большая тепловая энергия. Иногда может потребоваться дополнительное охлаждение. В мотоциклах редко используются двухтактные моторы с большим количеством цилиндров, чаще всего применяется одноцилиндровый мотор с воздушным охлаждением.

При работе по двухтактному циклу поршень совершает меньше движений за один такт, а нагрузка вспомогательных газораспределительных, смазочных и охлаждающих систем на коленвал ниже или отсутствует совсем. Поэтому износ поршневой группы у них будет ниже. Если для легкой техники это не является решающим фактором, то тихоходный двухтактный дизельный двигатель может иметь в несколько раз больший ресурс, чем все остальные двс. Поэтому они нашли широкое распространение в тепловозах, генераторах, судовых двигателях.

Двухтактный бензиновый двигатель быстрее набирает обороты максимальной мощности. Этим активно пользуются мотоспортсмены, особенно в кроссовых дисциплинах, когда необходим мгновенный отклик на рукоятку газа. Кроме того, он проще в обслуживании, дешевле и легче четырехтактного.

Расход топлива у двухтактника будет выше на 25-30 %, шумность и вибрации тоже. Двигатель невозможно вписать в жесткие экологические нормы, даже если использовать инжекторные системы впуска и наддув. Большой расход воздуха требует применения специальных воздушных фильтров.

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.

Принцип работы двухтактного двигателя

Последовательность работы:
, а — сжатие в цилиндре, впуск в кривошипную камеру;
б — воспламенение и сгорание в цилиндре;
в — выброс выхлопных газов и продувание горючей смесью;
1 — канал продувки;
2 — выпускной канал;
3 — свечка;
4 — клапан впускного канала;
5 — канал впуска;
6 — кривошипная камера Принцип работы состоит из такта сжатия и такта рабочего хода. При такте сжатия, смесь сжимается, создается давление в камере сгорания, потом происходит сгорание, и начинается такт рабочего хода, являющийся основой движущей силой.

Теперь взглянем на эти процессы детальнее. На рис. 1 показана работа двухтактного двигателя. Желтым цветом показано топливо — бензин с маслом.

  • цилиндр, поршень (работает в цилиндре)
  • свеча (поджигает топливо)
  • выпускной коллектор (соединяет цилиндр с выхлопной трубой для отвода отработанных газов)
  • впускной коллектор (соединяет цилиндр и карбюратор)
  • клапана в головке цилиндра не дают газам и рабочей смеси попадать в карбюратор

В двигателях этого типа, смазка рабочих частей — поршня и целиндра, осуществляется топливной смесью, т. е. бензином смешанным с маслом.

В скутерах установлен отдельный бачок для масла, а его количество регулируется маслонасосом. Топливная смесь, перед сгоранием смазывает камеру сгорания, а отдельного масла, как в четырех тактном двигателе, не предусмотрено. Масло сжигается вместе с бензином, поэтому должно иметь следующие параметры: хорошо смазывать все детали, хорошо гореть, не оставлять нагара после сгорания. Последнее требование наиболее важно, плохое масло приводит к образованию нагара в цилиндре и снижает его мощность.

На рис. 2 поршень расположен в «нижней мертвой точке сокращенно НМТ».

В этом положении нет давления в камере сгорания, а клапан открытый. Затем, поршень двигается вверх и закрывает впускной клапан, а потом и выпускной.

При достижении поршнем «верхней мертвой точки ВМТ» (см. рис. 2), в цилиндре сжимается горючая смесь.

В этот момент свеча поджигает сжатое топливо, взрыв которого толкает поршень вниз. При закрытии поршнем впускного коллектора, в кривошипной камере образуется разряжение, под его воздействием открывается клапан, и в камеру сгорания поступает новая порция топлива.

После этого, поршень, при движении вниз, освобождает выпускное окно, в которое выходят выхлопные газы. В этот момент клапан под действием давления, которое образует поршень, закрывается, и когда цилиндр достигает впускного окна, в камеру сгорания поступает горючая смесь. При этом двигатель постоянно смазывается маслобензиновой смесью.

Плюсы и минусы двухтактного двигателя

Теперь перейдем к плюсам и минусам двухтактных двигателей в сравнении с четырехтактными.

Плюсы двухтактного двигателя:

  • двухтактник прост в ремонте
  • простота в изготовлении
  • невысокая стоимость
  • небольшие габариты и масса
  • мало рабочих деталей
  • высокая мощность

Минусы двухтактного двигателя:

  • большой расход;
  • любит высокие обороты;
  • больше выброс вредных газов;
  • менее долговечный

Есть как преимущества, так и недостатки, но факт есть факт, и, внедряя четырехтактные двигатели в 50-ти кубовые скутеры, производители делают свою продукцию дороже, и лишают покупателей динамических возможностей, которые предоставляют мощные двухтактные двигатели.

Все сказанное актуально только для двигателей с маленькой камерой сгорания, до пятидесяти кубических сантиметров, для моделей свыше ста кубических сантиметров, установка четырехтактного двигателя более рациональна. Это стало ясно в 80-х годах, и почти всю кубатуру начали комплектовать четырехтактниками. Но для полтинников это увеличивает только долговечность, а насладиться динамикой и скоростью можно будет только в моделях класса спорт, в которых установлены двухтактные двигатели.