Принцип работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания. Устройство и принцип действия двухтактного двигателя внутреннего сгорания 2 тактовый двигатель
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.
Двухтактный цикл
Из рассмотрения четырехтактного цикла работы следует, что четырехтактный двигатель только половину времени, затраченного на цикл, работает как тепловой двигатель (такты сжатия и расширения). Вторую половину времени (такты впуска и выпуска) двигатель работает как воздушный насос.
Более полно время, отводимое на рабочий цикл, используется в двухтактных двигателях, в которых рабочий цикл совершается за два такта, т. е. за один оборот коленчатого вала.
В отличие от четырехтактных двигателей в двухтактных двигателях очистка рабочего цилиндра от продуктов сгорания и наполнение его свежим зарядом происходят только при движении поршня вблизи НМТ. При этом очистка цилиндра от выпускных газов осуществляется путем вытеснения их не поршнем, а предварительно сжатым до определенного давления воздухом или горючей смесью. Предварительное сжатие воздуха или смеси производится в специальном продувочном насосе или компрессоре, выполняемых в виде отдельного агрегата. В небольших двигателях в качестве продувочного насоса иногда используются внутренняя полость картера (кривошипная камера) и поршень двигателя.
В процессе газообмена в двухтактных двигателях некоторая часть воздуха или горючей смеси неизбежно удаляется из цилиндра вместе с выпускными газами через выпускные органы. Эта утечка воздуха или горючей смеси учитывается при выборе производительности продувочного насоса или компрессора.
На рис. 4 показана схема работы двухтактного двигателя с внутренним смесеобразованием и прямоточной клапанно-щелевой схемой газообмена.
Рабочий цикл в двигателе осуществляется следующим образом.
Первый такт. Первый такт соответствует ходу поршня от ВМТ к НМТ (рис. 4, а). В цилиндре только что произошло сгорание (линия cz на индикаторной диаграмме) и начался процесс расширения газов, т. е. осуществляется рабочий ход. Несколько раньше момента подхода поршня к впускным окнам открываются выпускные клапаны 4 в крышке цилиндра, и продукты сгорания начинают вытекать из цилиндра в выпускной патрубок; при этом давление в цилиндре резко падает (участок тп на индикаторной диаграмме). Впускные окна 8 открываются поршнем, когда давление в цилиндре становится примерно равным давлению предварительно сжатого воздуха в ресивере или немного выше его. Воздух, поступая в цилиндр через впускные окна, вытесняет через выпускные клапаны оставшиеся в цилиндре продукты сгорания и заполняет цилиндр (продувка), т. е. осуществляется газообмен (участок па на индикаторной диаграмме).
Таким образом, в течение первого такта в цилиндре происходит сгорание топлива, расширение газов, выпуск выпускных газов, продувка и наполнение цилиндра.
Второй такт. Второй такт соответствует ходу поршня от НМТ к ВМТ (рис. 4, б). В начале хода поршня продолжаются процессы удаления выпускных газов, продувки и наполнения цилиндра свежим зарядом. Конец продувки цилиндра (ak ) определяется моментом закрытия впускных окон и выпускных клапанов. Последние закрываются или одновременно с впускными окнами, или несколько ранее.
Рис. 4. Схема работы двухтактного двигателя с внутренним смесеобразованием и прямоточной клапанно-щелевой схемой газообмена и индикаторные диаграммы:
а - первый такт (сгорание, расширение, выпуск, продувка и наполнение); б - второй такт (выпуск, продувка и наполнение, сжатие); 1 - впускной патрубок; 2 - продувочный насос; 3 - поршень; 4 - выпускные клапаны; 5 - форсунка; 6 - выпускной патрубок; 7 - воздушный ресивер; 8 - впускные окна.
Давление в цилиндре к концу газообмена в двухтактных двигателях несколько выше атмосферного и зависит от давления воздуха в ресивере. С момента окончания газообмена и полного перекрытия поршнем впускных окон начинается процесс сжатия воздуха. Когда поршень не доходит на 10-30° по углу поворота коленчатого вала до ВМТ (точка с), в цилиндр через форсунку начинает подаваться топливо.
Следовательно, в течение второго такта в цилиндре происходит окончание выпуска, продувка и наполнение цилиндра в начале хода поршня и сжатие при его дальнейшем ходе.
В отличие от четырехтактного двигателя в двухтактном двигателе отсутствуют такты впуска и выпуска как самостоятельные такты, для которых требуется один оборот коленчатого вала. В двухтактных двигателях процессы выпуска и впуска осуществляются на небольших участках хода поршня, соответствующего основным тактам расширения и сжатия.
Рассмотренная выше прямоточная клапанно-щелевая схема газообмена (рис. 4) не является единственной. В двухтактных двигателях применяются различные схемы газообмена.
Петлевая схема газообмена значительно упрощает конструкцию двигателя по сравнению с клапанно-щелевой, но при этом ухудшается качество газообмена, и возникают потери воздуха или смеси при наполнении.
Петлевая схема газообмена отличается большим разнообразием конструктивного выполнения. Например, для предварительного сжатия горючей смеси или воздуха, как было указано выше, в двухтактных двигателях может быть использована внутренняя полость картера (кривошипная камера). Такие двигатели называются двигателями с кривошипно-камерной продувкой (рис. 5).
Рис. 5. Двухтактный ДВС с кривошипно-камерной продувкой:
1 – свеча зажигания; 2 – перепускной канал; 3 – выпускной канал; 4 – кривошипная камера; 5 – карбюратор; 6 – впускной клапан.
Они имеют герметически закрытый картер, который и служит продувочным насосом. При движении поршня от НМТ к ВМТ объем пространства под ним увеличивается и давление падает ниже атмосферного, т.е. в кривошипной камере создается разрежение. Вследствие этого наружный воздух устремляется в смесеобразующее устройство 5 и далее в картер через автоматически действующий впускной клапан 6 . При дальнейшем движении поршня до момента открытия впускных окон происходит сжатие топливно-воздушной смеси в кривошипной камере. После открытия впускных окон топливно-воздушная смесь через перепускной канал 2 вытесняется из кривошипной камеры в цилиндр.
При обратном движении поршня от НМТ к ВМТ он последовательно перекрывает впускные и выпускные окна, после чего происходит сжатие топливно-воздушной смеси в цилиндре. При подходе поршня к ВМТ смесь поджигается от свечи зажигания. Сгорание и расширение газов в цилиндре при движении поршня вниз обуславливают рабочий ход ДВС. Далее цикл повторяется.
Преимущество двухтактных двигателей с кривошипно-камерной схемой газообмена - простота устройства. В их конструкции отсутствует клапанный механизм газораспределения и его привод, а также система смазки. Для смазывания деталей кривошипно-шатунного механизма в топливо добавляется небольшое количество моторного масла (двухтактная смесь). Естественное охлаждение ДВС производится атмосферным воздухом за счет ребер охлаждения, размещенных на головке и цилиндре ДВС.
Однако при данном способе газообмена очистка цилиндра и наполнение его свежим зарядом по сравнению с другими способами происходят значительно хуже с потерей части заряда через выпускные окна, в результате чего ухудшается топливная экономичность двигателя. Поэтому эти простейшие и маломощные ДВС используются в основном на дешевых двухколесных транспортных средствах (легких мотоциклах, мопедах и т.п.).
Из рассмотрения рабочего цикла двухтактного двигателя (индикаторная диаграмма на рис. 6) видно, что на части хода поршня S пот , когда происходит газообмен, полезная работа не совершается.
Объем V h(пот) , соответствующий этой части хода поршня S пот = S геом - S дейс (рис.7), называется потерянным :
.
Объем, описываемый поршнем при движении от точки 5 , характеризующий момент начала сжатия, до ВМТ, называется действительным рабочим объемом:
V h(дейс) = V h(геом) - V h(пот)
где V h (геом) - геометрический рабочий объём цилиндра:
С учетом сказанного геометрическая степень сжатия равна:
геом = (V h(геом) + V c )/V c ,
а действительная степень сжатия:
дейс = (V h (дейс) + V c )/ V c
Отношение потерянного объема к геометрическому рабочему объему представляет собой долю потерянного объёма на процесс газообмена:
= V h (пот) / V h (дейс .
Рис. 6. Индикаторная диаграмма PV для двухтактного цикла:
1 – момент открытия выпускного канала; 2 – момент открытия продувочного (перепускного) канала; 3 – НМТ; 4 – момент закрытия продувочного (перепускного) канала; 5 – момент закрытия выпускного канала.
Для двухтактных двигателей обычно = 0,1…0,3 или 10…30%.
S
геом
S
пот
Рис.7. К определению доли потерянного хода (объема).
Сравнение рабочих циклов четырех- и двухтактных двигателей показывает, что при одинаковых размерах цилиндра и частотах вращения мощность двухтактного двигателя значительно больше. Учитывая увеличение числа рабочих циклов в 2 раза, следовало бы ожидать и увеличения мощности в 2 раза. В действительности мощность двухтактного двигателя увеличивается приблизительно в 1,5-1,7 раза вследствие потери части рабочего объема, ухудшения очистки и наполнения.
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) в свое время сделал большой переворот в истории промышленных технологий. Двигатель, работающий на солярке или бензине впервые был изобретен в 19 веке французским изобретателем по имени Жан Этьен Ленуар. Прежде чем двигатель внутреннего сгорания начал работать, изобретателю потребовалось несколько попыток запуска и переустройства двигателя. Поняв, почему двигатель перестает работать, Жан добавил систему жидкостного охлаждения и смазки. Сегодня же двигатели заметно скакнули вперед по ступеням эволюции. Однако не каждый из мотоциклистов знает, устройство и принцип работы двухтактного двигателя. Прочитав статью, вы узнаете, как же работает двухтактный двигатель.
Устройство двухтактного двигателя
Прежде чем разбирать принцип работы двухтактного двигателя мотоцикла, необходимо разобраться в его устройстве: из чего он состоит, как сделан и какие детали наиболее важные. Вообще, устройство двухтактного двигателя не так сложно, как кажется на первый взгляд. Обратите внимание на картинку. Из рисунка мы можем видеть, что двигатель представляет собой картер, в котором установлены такие важные детали как коленчатый вал с подшипниками и цилиндр. Поршень вращается и доводит горючую жидкость до свечи зажигания, которая дает искру.
Во всем устройстве двигателя очень важны зазоры между трущимися деталями. Из первых опытов Жана, о котором мы говорили ранее, можно понять, что двигатель не будет работать без смазки. Именно для этого, в двухтактный двигатель требуется заливать бензин, разбавленный с маслом. Пропорции у всех мотоциклов и масел разные, но главное качество хорошего масла, — сгорание его в двигателе с минимальным остатком нагара или зольных отложений.
Цилиндр и сам корпус двигателя внутреннего сгорания сделаны так, чтобы получать наилучшее воздушное охлаждение. Несмотря на то, что большинство двигателей имеют водяное охлаждение, дополнительное охлаждение встречными потоками ветра никто не отменял. Такое устройство двухтактного двигателя обеспечивают наилучшую производительность на всех этапах работы.
Принцип работы двухтактного двигателя
Работа двухтактного двигателя достаточно проста, хоть на первый взгляд и кажется, что для того чтобы разбираться в ДВС, нужно освоить профессию автомеханика. На самом деле все гораздо проще, ведь его работа основана на основных физических законах. Итак, как работает двухтактный двигатель?
Как вам уже известно, работа двигателя внутреннего сгорания происходит за два этапа (такта). Во время первого такта происходит сжатие. В этот момент поршень находится в самой низкой или как ее еще называют мертвой точке, вверх. Пока поршень находится в нижнем положении, в камеру поступает бензин и воздух. В это же время через выпускное окно выходят все выхлопные газы, образовавшиеся за один полный ход поршня. Как только горючее поступило в камеру сгорания, поршень посредством инерции поднимается вверх и доставляет туда попавшую в камеру жидкость.
Дальше наступает второй этап, называемый расширением. Теперь мы имеем поршень, находящийся в верхней мертвой точке. Так как поршень доставляет вместе с собой горючее, доходя до верхней мертвой точки оно воспламеняется. Из-за чего и происходит работа двигателя. Так и происходит работа двухтактного двигателя.
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.
Заключение
Разобрав и поняв, как работает двухтактный двигатель, можно сделать определенные выводы. Теперь, вы знаете устройство двухтактного двигателя и можете решить, какой ДВС подходит вам больше.
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:
- сжатие;
- 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.
Для того, чтобы ответить на этот вопрос, нужно разобраться, что такое 2-х тактный двигатель, где он используется и какие преимущества и недостатки перед 4-х тактным.
Начнем по порядку. 2-х тактный двигатель - разновидность поршневого двигателя, в котором рабочий процесс совершается за два хода поршня. У такого двигателя всего 2 такта, такт сжатия и такт рабочего хода. Причем очистка и наполнения цилиндра горючий смеси осуществляется не отдельными тактами, как в 4-х тактном двигателя, а совместными. При этом число ходов поршня у двух тактного двигателя больше.
Рассмотрим принцип работы 2-х тактного двигателя.
1. Такт сжатия.
1.1 Перемещения поршня от нижней мертвой точки поршня (НМТ) к верхней мертвой точке поршня (ВМТ). При этом поршень перекрывает, сначала впускное окно, затем выпускное.
1.2 После этого начинается сжатие рабочий смеси. Одновременно с этим в кривошипной камере, под поршнем, создается разрежение, под действием которого через впускное окно поступает горючая смесь, в кривошипную камеру.
2. Такт рабочего хода.
2.1 Когда поршень достигает ВМТ, рабочая смесь воспламеняется, при помощи искры со свечи зажигания.
2.2 Под действием высокого давления поршень перемещается от ВМТ к НМТ, при этом расширяющиеся газы совершают полезную работу.
2.3 Опускаясь вниз, поршень создает высокое давление в кривошипной камере, клапан закрывается, не давая таким образом горючей смеси снова попасть во впускной коллектор.
2.4 Когда поршень проходит выпускное окно, оно открывается и начнется выпуск отработавших газов в атмосферу.
2.5 При дальнейшем перемещении поршень открывает впускное окно и сжатая в кривошипной камере горючая смесь поступает по каналу, заполняя цилиндр и осуществляя продувку его от остатков отработавших газов.
Для более полного представления рассмотрим видео взятое с сайта youtube:
Рассмотрим основные преимущества и недостатки 2-х тактных двигателей:
Отсутствие систем смазки и газораспределения, что в разы уменьшает размер двигателя;
Простота и дешевизна в производстве и изготовлении;
Маленький вес и компактность.
Недостатками являются:
— больший расход топлива, чем у 4-х тактных двигателей;
— больший шум;
— меньшая долговечность. Но это спорный вопрос.
Применяются двухтактные двигатели: в садовой техники (газонокосилки, триммеры, бензопилы и др.), так же в мопедах, скутерах, некоторых мотоциклах, картах и бензиновых генераторах и др.
К выбору масла для 2-х тактной техники стоит подходить очень тщательно. Как и любые моторные масла, их, нужно подбирать по допускам, которые дают заводы производители техники. Чтобы в этом разобраться, нужно знать, как классифицируются эти моторные масла.
Рассмотрим классификацию по AP I .
Так же моторные масла для двухтактных двигателей классифицируются по JASO:
От правильного выбора масла зависит, как долго прослужит техника. Выбирайте качественную и надежную продукцию. Все продукты Eurol отвечают заявленному стандарту, и проходят тщательную проверку в лаборатории. Выбирая продукцию Eurol, Вы выбираете качество!
Вернуться к списку статей
Профессия: Слесарь по ремонту автомобилей
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
НЕКОММЕРЧЕСКОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "РУССКАЯ ТЕХНИЧЕСКАЯ ШКОЛА"
"ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ"
«ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ.
ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО И РАБОТА»
Двигатели внутреннего сгорания (ДВС),
работающие по двухтактному рабочему циклу широко применяются на мототехнике и, так называемой, малой технике (мотопилы, снегоуборочная техника, газонокосилки и пр.). В автомобильной технике данный тип двигателей встречается реже, нежели четырёхтактные моторы но, тем не менее, бензиновыми двухтактниками серийно оснащали свои машины такие известные автопроизводители как, например: DKB, Trabant, SAAB, Wartburg, Barkas — в Европе и Suzuki Jimny — в Японии.
Также двухтактные двигатели с противоположно движущимися поршнями использовались в поршневой авиации, например, двигатели Юнкерса ЮМО-205. Двигатели типа Фербенкс-Морзе серии Д100 широко применялись на тепловозах ТЭ 3 и ТЭ 10. На танки Т-64, Т-80УД, Т-84 и некоторые другие, ставились двухтактные двигатели 5ТДФ. Эти же моторы использовались и в качестве судовых двигателей.
В советском автомобилестроении двухтактные четырёхцилиндровые дизельные двигатели ЯАЗ-204 устанавливались на автомобили семейства МАЗ-200, а двухтактные шестицилиндровые ЯАЗ-206 - на трёхосные грузовики семейства КрАЗ-214 и военную технику (плавающий транспортёр К-61, артиллерийский тягач АТ-Л, самоходная артиллерийская установка АСУ-85), а также на автобусах.
Назначение двигателя и требуемые рабочие характеристики определяет его конструкцию.
Двигатель состоит из корпусных деталей, кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов, обеспечивающих рабочий цикл двигателя, а также системы смазки, охлаждения, питания, зажигания, пуска и др. вспомогательных систем, обеспечивающих работу его механической части.
Кривошипно-шатунный механизм
двухтактного двигателя состоит из деталей цилиндропоршневой группы (цилиндр, поршень, поршневой палец, поршневые кольца и др. детали) и шатунной группы (коленчатый вал, шатун, маховик и др. детали).
Газораспределительный механизм
двигателя может иметь как клапанную или золотниковую конструкцию, типичную для автомобильных четырёхтактных ДВС, так и щелевую конструкцию, распространённую на значительной части двухтактных двигателей и схематично показанную на рисунке.
Очистка цилиндра в таких конструкциях осуществляется за счёт, так называемой, продувки
, когда отработавшие газы удаляются из надпоршневой полости двигателя за счёт вытеснения их свежим топливовоздушным зарядом, поступающим в цилиндр под давлением через специальную щель, именуемую продувочным окном.
По способу организации движения потоков продувочного воздуха (смеси) различают двухтактные двигатели с контурной
и прямоточной продувкой
.
При прямоточной продувке газы продуваются вдоль оси цилиндра в одном направлении.
При контурной продувке поток газов направлен по контуру цилиндра сначала от поршня к головке, потом в противоположном направлении. Так как воздух (смесь) в цилиндре чаще всего описывает петлю, такой тип продувки называется еще возвратно-петлевой
или просто петлевой
продувкой.
Двигатели с прямоточной продувкой по сложности могут превосходить четырёхтактные, имеют бо
льшую литровую мощность и применяются в качестве «больши
х» двигателей (судовых, тепловозных).
Если сравнивать конструкцию КШМ двухтактного и четырёхтактного двигателей, то различия не будут существенны. Конструкция самих деталей и материал их выполнения может иметь бо
льшие отличия.
Корпус двигателя
как правило, неразъёмный и имеет моноблочную конструкцию (т.е., головка блока и блок цилиндров выполнены как одно целое в виде единой отливки). В качестве материалов, используемых для изготавления корпусов двигателей, применяются алюминиевые сплавы, легированные кремнием и др. металлами и иногда (для «больши х» двигателей) специальный чугун. Внешняя часть корпуса двигателя с воздушным охлаждением оребрена для увеличения площади охлаждения и лучшего отвода тепла от цилиндров. Корпус, через уплотнительную прокладку крепится к картеру, в опорах которого устанавливается коленчатый вал. В качестве опорных подшипников одинаково широко применяются как подшипники качения, так и скольжения. Применение того или иного типа опор КВ часто обуславливает способ их смазки (под давлением или маслом, добавленным в топливо) и конструкцию системы смазки.
Цилиндры
выполняются заодно с легкосплавным алюминиевым блоком, но могут изготавливаться и в виде отдельных вставных чугунных или вплавленных в материал блока стальных тонкостенных гильз. Рабочая поверхность (зеркало) алюминиевых цилиндров покрывается слоем хрома, никасила или на поверхность наносится иное покрытие, имеющее высокую износостойкость. В стенках цилиндра выполняются впускные и выпускные отверстия (щели) системы газораспределения. Щели могут быть снабжены клапанами мембранного типа, представляющими собой тонкие, упругие металлические пластины которые под воздействием на них разряжения или давления, создаваемого поршнем, открывают или закрывают щелевые отверстия. Также, открытие и перекрытие щелей может осуществляться непосредственно телом поршня. В головке поршня выполнены кольцевые канавки для установки поршневых колец. В канавке может присутствовать вертикальная перемычка, являющаяся установочным элементом для поршневого кольца (кольцо в канавке ориентируется таким образом, чтобы перемычка находилась в разрезе кольца). На поршень устанавливается три кольца – два компрессионных и одно маслосъёмное – если детали двигателя смазываются принудительно, и два компрессионных кольца – если масло для смазки добавляется в топливо.
Двухтактные двигатели могут иметь, «привычную» для автомобильных моторов, комбинированную систему смазки или не иметь её вовсе. В последнем случае смазка деталей осуществляется маслом, добавляемым в определённой пропорции к топливу при заправке двигателя. Масла для двухтактных двигателей имеют ряд специфических свойств, определяющих их назначение. Эти свойства отличаются от свойств моторных масел для четырёхтактных двигателей в первую очередь устойчивостью к высоким температурам и пониженной зольностью.
Значительная часть двухтактных ДВС имеет воздушную систему охлаждения.
Рабочий цикл двигателя
осуществляется за два хода поршня (один оборот коленчатого вала), что теоретически, должно обуславливать бо
льшую литровую мощность двухтактных двигателей, нежели четырёхтактных (при условии равности сравниваемых конструкций, в частности – диаметра цилиндра, хода поршня, рабочего объёма, частоты вращения КВ, устройства ГРМ и пр.). Однако, вследствие таких причин как неполное использование хода поршня при такте расширения, относительно низкая степень очистки цилиндров от отработавших газов, малый коэффициент их наполнения, расходование части энергии на продувку цилиндров и, как следствие перечисленного, уменьшенный кпд
, приводит к преимуществу в мощности не более чем на 70%.
Особенностью двухтактных двигателей является то, что за один ход поршня (такт) в его цилиндрах одновременно совершается несколько процессов. Например, при движении поршня вверх происходит процесс удаления из цилиндра отработавших газов, сжатие смеси и впуск новой порции топливовоздушной смеси.
При движении поршня вниз происходит процесс расширения горючих газов и наполнение цилиндра топливовоздушной смесью с одновременной продувкой (очисткой) цилиндра от сгоревших газов.
Такое возможно в силу того, что при организации рабочего цикла двухтактного двигателя используется как объём надпоршневого пространства цилиндра (I
), так и объём картерной (кривошипной) полости двигателя (II
).
Рабочий цикл рассмотрим на примере двигателя фирмы "Хонда". Данный двигатель устанавливался на скутер Honda Dio ZX AF35. Конструкция двигателя показана схематично на рисунке 1 (для увеличения, кликни на рисунок)
.
При движении поршня вверх от нмт
до вмт
(Позиция 1), за счёт разрежения, создаваемого нижней частью поршня в картерной полости двигателя (II
), полость заполняется новой порцией топливовоздушной смеси, поступающей через открытое впускное отверстие (3) цилиндра.
Одновременно поршень способствует вытеснению остатков отработавших газов из надпоршневой части цилиндра (I
) через открытое выпускное отверстие (1) и сжимает топливовоздушную смесь, ранее поступившую в надпоршневое пространство через продувочное окно (2). При этом часть топливовоздушной смеси выдавливается в выпускную систему вместе с отработавшими газами.
По мере движения к вмт
поршень перекрывает сначала продувочное (2), а затем выпускное (1) отверстие. После закрытия поршнем выпускного окна в цилиндре начинается непосредственно процесс сжатия (рост давления в цилиндре).
Немногим ранее прихода поршня в вмт
(за несколько градусов, выраженных в углах поворота кривошипа КВ) смесь воспламеняется от электрической искры и сгорает (Позиция 2).
Устройство и принцип действия двухтактного двигателя внутреннего сгорания
За счёт большого количества тепла, выделяемого при горении топлива, газы расширяются, давление в цилиндре возрастает и поршень под воздействием давления начинает двигаться вниз, совершая полезную работу (вращает коленчатый вал).
При движении к нмт
под давлением газов (Позиция 3), поршень нижней частью, воздействуя на находящуюся в кривошипной полости двигателя топливовоздушную смесь, повышает в полости давление. При этом пластинчатый клапан впускного отверстия (3) закрывается, препятствуя выдавливанию топливовоздушной смеси обратно во впускной коллектор двигателя.
Когда поршень откроет выпускное отверстие (1), давление рабочих газов в цилиндре резко снижается. При последующем открытии продувочного отверстия (2) в цилиндр под давлением устремляется топливовоздушная смесь из кривошипной полости (II) и заполняет его, осуществляя продувку цилиндра от отработавших газов, которые выдавливаются в атмосферу через открытое выпускное отверстие (Позиция 4).
При дальнейшем вращении коленчатого вала процесс повторяется.
Курсы автослесарей, автоэлектриков, автожестянщиков, диагностов НОУ «Русская Техническая Школа». Пройти обучение.
Двухтактный двигатель, устройство, принцип работы, секреты мощности
При движении поршня от ВМТ к НМТ объем между поршнем и головкой цилиндра увеличивается, а объем, состоящий из объема кривошипной камеры и объема под поршнем уменьшается. При движении поршня от НМТ к ВМТ объем в кривошипной камере увеличивается, а объем над поршнем уменьшается.
При движении:
2-й такт. Поршень движется от НМТ к ВМТ . При этом газораспределение происходит в обратном порядке: закрывается перепускной канал, закрывается выпускной канал и, наконец, открывается впускной канал.
- после открытия впускного канала свежая смесь по ступает в кривошипную камеру под действием разре жения, образовавшегося там при движении поршня к ВМТ.
Примечание
Процессы, происходящие в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, совершаются в следующей последовательности: наполнение, сжатие, сгорание, расширение и выпуск.
Некоторые из этих процессов могут быть совмещены во времени, например, наполнение и выпуск в 2-х тактных двигателях.
Рассмотрим конструкцию ДВС, показанную на рисунке 1
Смазка всех трущихся поверхностей и подшипников внутри двухтактных двигателей происходит с помощью топливной смеси, в которое подмешано необходимое количество масла. Из рисунка 1 видно, что топливная смесь (желтый цвет) попадает и в кривошипную камеру двигателя (это та полость, где закреплен и вращается коленчатый вал), и в цилиндр. Смазки там нигде нет, а если бы и была, то смылась топливной смесью. Вот по этой причине масло и добавляют в определенной пропорции к бензину. Тип масла используется специальный, именно для двухтактных двигателей. Оно должно выдерживать высокие температуры и сгорая вместе с топливом оставлять минимум зольных отложений
Теперь о принципе работы.
Весь рабочий цикл в двигателе осуществляется за два такта.
Такт сжатия
Такт рабочего хода
2. Такт рабочего хода. При положении поршня около ВМТ сжатая рабочая смесь (1 на рис. 3) воспламеняется электрической искрой от свечи, в результате чего температура и давление газов резко возрастают. Под действием теплового расширения газов поршень перемещается к НМТ , при этом расширяющиеся газы совершают полезную работу. Одновременно, опускаясь вниз, поршень создает высокое давление в кривошипной камере (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.
Стоит упомянуть о принципе зажигания. Так как топливной смеси нужно время для воспламенения, искра на свече появляется чуть раньше, чем поршень достигает ВМТ . В идеале, чем быстрей движения поршня, тем раньше должно быть зажигание, потому-что поршень от момента искры быстрее доходит до ВМТ. Существуют механические и электронные устройства, меняющие угол зажигания в зависимости от оборотов двигателя.
В отличие от 4-х тактного двигателя в 2-х тактном двигателе все процессы, составляющие рабочий цикл (наполнение, сжатие, сгорание, расширение и выпуск) происходят за 2 такта, т.е. когда поршень совершает движение от ВМТ к НМТ и от НМТ к ВМТ, — всего за 1 оборот коленчатого вала (360° его поворота).
При движении поршня от ВМТ к НМТ объем между поршнем и головкой цилиндра увеличивается, а объем, состоящий из объема кривошипной камеры и объема под поршнем уменьшается. При движении поршня от НМТ к ВМТ объем в кривошипной камере увеличивается, а объем над поршнем уменьшается.
Рассмотрим 1-й такт двигателя (в 2-х тактном двигателе такты специальных названий не имеют). Поршень движется от ВМТ к НМТ.
При движении:
сначала нижняя кромка поршня перекрывает впускное окно, соединяющее источник свежей бензо-воздушной смеси (карбюратор) с кривошипной камерой;
затем верхняя кромка поршня открывает выпускное окно;
затем верхняя кромка поршня открывает перепускной канал.
При этом происходит следующее:
сжатие свежей смеси в кривошипной камере (после закрытия впускного окна);
догорание смеси и расширение газов (до открытия выпускного окна);
выпуск отработавших газов (после открытия выпускного окна до открытия перепускного канала);
выпуск отработавших газов и наполнение цилиндра сжатой свежей смесью из кривошипной камеры через перепускной канал (после открытия этого канала).
2-й такт. Поршень движется от НМТ к ВМТ. При этом газораспределение происходит в обратном порядке: закрывается перепускной канал, закрывается выпускной канал и, наконец, открывается впускной канал.
Происходят следующие процессы:
до закрытия перепускного канала продолжается наполнение цилиндра;
до закрытия выпускного канала происходит частичный выброс свежего заряда из цилиндра;
после закрытия выпускного канала свежая смесь в цилиндре сжимается и при нахождении поршня вблизи ВМТ поджигается свечей зажигания;
после открытия впускного канала свежая смесь по ступает в кривошипную камеру под действием разре жения, образовавшегося там при движении поршня к ВМТ.
Примечание
Процессы, происходящие в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, совершаются в следующей последовательности: наполнение, сжатие, сгорание, расширение и выпуск.
Некоторые из этих процессов могут быть совмещены во времени, например, наполнение и выпуск в 2-х тактных двигателях.
Мощность двухтактного двигателя при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения вала теоретически в два раза больше четырехтактного за счет большего числа рабочих циклов. Однако неполное использование хода поршня для расширения, худшее освобождение цилиндра от остаточных газов и затраты части вырабатываемой мощности на продувку приводят практически к увеличению мощности только на 60…70%.
Рассмотрим конструкцию ДВС, показанную на рисунке 1
Двигатель состоит из картера, в который на подшипниках с двух сторон установлен коленчатый вал и цилиндра. Внутри цилиндра движется поршень — металлический стакан, опоясанный пружинящими кольцами (поршневые кольца), вложенными в канавки на поршне. Поршневые кольца не пропускают газов, образующихся при сгорании топлива, в промежутке между поршнем и стенками цилиндра. Поршень снабжен металлическим стержнем — пальцем, он соединяет поршень с шатуном. Шатун передаёт прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Далее уже, в частности на мотороллере, вращательное движение передается на вариатор, принцип работы которого описан в статье: Устройство и принцип работы вариатора.
Смазка всех трущихся поверхностей и подшипников внутри двухтактных двигателей происходит с помощью топливной смеси, в которое подмешано необходимое количество масла. Из рисунка 1 видно, что топливная смесь (желтый цвет) попадает и в кривошипную камеру двигателя (это та полость, где закреплен и вращается коленчатый вал), и в цилиндр. Смазки там нигде нет, а если бы и была, то смылась топливной смесью.
Вот по этой причине масло и добавляют в определенной пропорции к бензину. Тип масла используется специальный, именно для двухтактных двигателей. Оно должно выдерживать высокие температуры и сгорая вместе с топливом оставлять минимум зольных отложений
Теперь о принципе работы.
Весь рабочий цикл в двигателе осуществляется за два такта.
Такт сжатия
1. Такт сжатия. Поршень перемещается от нижней мертвой точки поршня (в этом положении поршень находится на рис. 2, далее это положение называем сокращенно НМТ) к верхней мертвой точке поршня (положение поршня на рис.3, далее ВМТ), перекрывая сначала продувочное 2, а затем выпускное 3 окна. После закрытия поршнем выпускного окна в цилиндре начинается сжатие ранее поступившей в него горючей смеси. Одновременно в кривошипной камере 1 вследствие ее герметичности и после того как поршень 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.
Такт рабочего хода
Такт рабочего хода. При положении поршня около ВМТ сжатая рабочая смесь (1 на рис. 3) воспламеняется электрической искрой от свечи, в результате чего температура и давление газов резко возрастают. Под действием теплового расширения газов поршень перемещается к НМТ, при этом расширяющиеся газы совершают полезную работу.
Принцип работы 2-х тактного двигателя
Одновременно, опускаясь вниз, поршень создает высокое давление в кривошипной камере (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 дойдет до выпускного окна (1 на рис. 4), оно открывается и начнется выпуск отработавших газов в атмосферу, давление в цилиндре понижается. При дальнейшем перемещении поршень открывает продувочное окно (1 на рис. 5) и сжатая в кривошипной камере горючая смесь поступает по каналу (2 на рис. 5), заполняя цилиндр и осуществляя продувку его от остатков отработавших газов.
Стоит упомянуть о принципе зажигания. Так как топливной смеси нужно время для воспламенения, искра на свече появляется чуть раньше, чем поршень достигает ВМТ. В идеале, чем быстрей движения поршня, тем раньше должно быть зажигание, потому-что поршень от момента искры быстрее доходит до ВМТ. Существуют механические и электронные устройства, меняющие угол зажигания в зависимости от оборотов двигателя.
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 2т 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.
Поршень идет вверх, сжимая топливную смесь. Происходит воспламенение горючей смеси.
- Второй такт, рабочий ход.
Расширяющиеся газы толкают поршень вниз. Когда он находится внизу, он открывает выпускные и впускные окна в стенках цилиндра. Выхлопные газы выходят в глушитель, их место занимает свежая топливная смесь и повторяется первый цикл.
Все это происходит за один оборот коленчатого вала.
В 4Т двигателе процесс наполнения цилиндра свежей горючей смесью, сжатия ее, воспламенения, рабочего хода и выпуска выхлопных газов происходит за четыре такта.
Принцип работы 4т двигателя
Поршень идет вниз, клапан впуска открывается, и топливная смесь поступает в цилиндр. Когда поршень достигает нижнего положения, клапан впуска закрывается.
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).
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.
Принцип работы, устройство и особенности двухтактного двигателя
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 honda-electric.ru
Принцип работы 2х тактных и 4х тактных двигателей
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.
Какой принцип работы 2-х тактного (двухтактного) двигателя?
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.
