Чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного?

Цикл работы ДВС (двигателя внутреннего сгорания) состоит из нескольких процессов, продуктом производства которых является выделение мощности (энергии), а мощность, в свою очередь, воздействует на коленчатый вал (коленвал) двигателя.

Оглавление:

Цикл работы ДВС включает в себя:

• наполнение цилиндра топливом;
• сжатие топливной смеси;
• воспламенение топлива;
• расширение газов с последующей очисткой цилиндра от них.

Движение поршня, совершаемое в одном направлении (вниз или вверх), называется тактом двигателя. За время одного оборота коленвала происходит два такта. Рабочим ходом поршня называется такт, при котором происходит полезная работа в результате расширения сгоревших газов.

Те двигатели, у которых рабочий цикл состоит из двух тактов (за один оборот коленвала), называют двухтактными. Те же двигатели, у которых рабочий цикл состоит из четырех тактов (за два оборота коленчатого вала), называют четырехтактными. Четырех- и двухтактные двигатели могут быть как дизельными, так и бензиновыми (карбюраторными). Так каковы же основные конструктивные и эксплуатационные особенности четырехтактных и бензиновых двухтактных двигателей внутреннего сгорания? Ознакомление с принципом работы каждого из них поможет лучше это понять.

Принцип работы четырехтактного двигателя

Работа в четырехтактном двигателе совершается за 4 такта: впрыскивание топлива, сжатие топливной жидкости, воспламенение жидкости и расширение рабочего хода, выпуск продуктов горения.

Из ВМТ (верхняя мертвая точка) опускается поршень в НМТ (нижняя мертвая точка) при впрыскивании топливной жидкости. В этом такте также происходит открытие впускного клапана при помощи кулочка распредвала (распределительного вала). Именно через этот клапан в цилиндр двигателя попадает топливная смесь.

Когда поршень совершает обратный ход (из НМТ в ВМТ), топливная смесь сжимается и ее температура стремительно возрастает.

Между электродов свечи (за долю секунды до конца сжатия) образуется искра. Топливная смесь поджигается и в процессе горения выделяет горючие газы, которые под действием высокого давления толкают вниз поршень. Это и называется рабочим ходом двигателя. Вся полезная работа совершается именно в этом такте.

Когда поршень вернется с нижней мертвой точки произойдет открытие впускного клапана и движущийся поршень сможет вытолкнуть из цилиндра продукты горения (отработанные газы). После того как произойдет выпуск, в ВМТ клапан закроется и цикл повторится снова.

Принцип работы двухтактного двигателя

Рабочий процесс двухтактного двигателя включает в себя два такта: сжатие топлива и расширение (рабочий ход ДВС). Во время расширения и сжатия в двухтактном двигателе происходит выпуск продуктов горения (отработанных газов) и впрыскивание топливной жидкости. Именно в этом главное отличие двухтактного ДВС от четырехтактного.

Поршень совершает движение из НМТ в ВМТ в процессе сжатия. Однако для начала должно закрыться продувочное окно (через него топливная смесь поступает в цилиндр), а затем и выпускное окно (через него происходит выброс отработанных газов). Когда все условия будут выполнены произойдет сжатие смеси из бензина и воздуха (воздушно-бензиновая смесь). Параллельно этому процессу в кривошипной камере происходит разряжение, которое засасывает следующую порцию бензина из карбюратора. Как только поршень подойдет к ВМТ смесь воспламениться от искры, которая образуется от свечи. Затем поршень двигается вниз под действием образовавшихся газов, а заодно производит полезную работу, вращая коленвал.

При рабочем ходе в кривошипной камере повышается давление, которое сжимает топливо, попавшее в нее во время предыдущего такта. Как только верхняя поверхность поршня (его уплотнительное кольцо) достигнет выпускного окна, произойдет его открытие и выпуск в глушитель отработанных газов. Двигаясь дальше, поршень откроет продувочное окно и в цилиндр поступит топливная смесь, которая находилась до этого в кривошипной камере под давлением. В процессе впуска смесь вытеснит все остатки продуктов горения и осуществит так называемую продувку, заполняя собой все надпоршневое пространство. Рабочий цикл повторится вновь, как только поршень достигнет НМТ.

Конструктивные и эксплуатационные отличия

Основное отличие этих сложных устройств состоит в том, что у них различаются механизмы газообмена, то есть механизмы выделения отработавших газов и подачи топливо-воздушной смеси. В четырехтактном двигателе существует специальный газораспределительный механизм, который в определенное время закрывает и открывает выпускные и впускные клапана. С его помощью и происходит заполнение и очистка цилиндра.

В двухтактном же двигателе такого механизма нет и все процессы очистки и заполнения совершаются параллельно с тактами расширения и сжатия. Поршень же все это время находится вблизи НМТ. Для этих процессов в стенках цилиндра расположены два отверстия: продувочное и впускное. Продувочное отверстие отвечает за выпуск продуктов сгорания, а впускное — за подачу топлива в цилиндр. Газораспределительный механизм, как мы уже говорили, в таком двигателе отсутствует, а значит и отсутствует и сложная система клапанов. Это делает двухтактный двигатель значительно легче и проще.

Литровая мощность. В четырехтактном двигателе весь рабочий ход совершается когда коленвал сделает два оборота, а в двухтактном каждый оборот коленвала подразумевает собой рабочий ход. Теоретически двухтактный двигатель должен иметь большую (в 2 раза) литровую мощность двигателя внутреннего сгорания, нежели четырехтактный. Литровой мощностью принято называть отношение мощности двигателя к его литражу.

Однако практика показывает, что это не всегда так. Как правило, такое соотношение находится в пределах от 1,5 до 1,8. Такое происходит по ряду причин: поршень не полностью использует свой ход из-за расширения, механизм освобождения отработавших газов в цилиндре уступает механизму четырехтактного двигателя, часть мощности тратится на продувку цилиндра и прочие особенности газообмена двухтактного двигателя.

Потребление топлива. Хотя двухтактный двигатель и превосходит четырехтактный по удельной и литровой мощности, он значительно проигрывает ему по экономичности. Поступающая из кривошипно-шатунной камеры в цилиндр топливная жидкость, смешанная с воздухом, вытесняет собою отработавшие газы. Поэтому какая-то часть топлива удаляется с отработавшими газами, попадая в выхлопные каналы, и соответственно двигатель теряет часть полезной работы.

Смазка. Двухтактные двигатели отличаются в принципах смазки двигателя от четырехтактных. Чтобы смазать 2-х тактную модель, необходимо создать специальную смесь из бензина и моторного масла (5:1, как правило). Такая смесь из бензина, воздуха и масла отлично смазывает все элементы двигателя: зеркало цилиндра, подшипники коленвала и шатуна, ведь она циркулирует не только в кривошипной, но и поршневой камере. Когда произойдет возгорание смеси, масло, которое на данный момент имеет вид мелких капель, сгорит так же быстро, как и бензин. Все продукты горения удалятся с отработанными газами.

Как правильно проводить смазку

Для того чтобы смешать бензин с маслом можно использовать два способа. Простой — перемешать масло с топливом перед заливкой в бак и сложный — подразумевает раздельную подачу топлива и масла. В последнем случае масло-топливная смесь будет образовываться в находящемся между цилиндром и карбюратором впускном патрубке.

Также во втором случае в дизельном или бензиновом двигателе должен быть предусмотрен масляной бачок, а также трубопровод, который должен быть соединен вместе с плунжерным насосом. Такой насос будет подавать масло в нужном количестве (зависит от количества бензина и воздуха). Положение ручки подачи «газа» напрямую влияет на производительность насоса. Чем меньше топлива подается, тем меньше поступит масла и наоборот.

Производители двигателей утверждают, что такая система смазки является более правильной и совершенной. При ней снижается расход масла, уменьшается количество дыма, снижается образование нагара, поскольку при малых нагрузках соотношение бензина к маслу достигает лишь 200:1. Такую систему активно используют производители двухтактных скутеров или мотоциклов малой кубатуры.

В четырехтактных моделях масло подается отдельно от бензина и не смешивается с ним. Для этого используется классическая система смазки, которая состоит из: фильтра, клапанов, масляного насоса и трубопроводной магистрали. Вместо масляного бочка здесь может находиться картер («мокрая» система смазки) или отдельностоящий бачок («сухая» система смазки).

• При наличии «мокрого» картера из поддона насосом всасывается масло, попадает в выходную полость идет по каналам к деталям кривошипно-шатунной камеры, подшипникам коленвала и газораспределительному механизму.
• При наличии «сухого» картера в бачок заливается масло. Оттуда оно подается с помощью насоса к трущимся поверхностям. Те излишки масла, что стекут в картер, со временем будут откачены дополнительным насосом и вернутся в бачок.

Почти во всех двигателях существуют фильтры очистки масла, которые очищают жидкость от продуктов износа различных деталей. Для охлаждения масла (оно имеет свойство нагреваться в процессе работы) можно установить охлаждающий радиатор.

Так как в двухтактных двигателях в процессе работы масло имеет свойство сгорать (в отличие от четырехтактных), то оно должно обладать особыми свойствами. К примеру, масло для двухтактных моделей не должно оставлять много нагара, в виде сажи и золы, в то время как масло, используемое в четырехтактных двигателях, должно как можно более продолжительное время обеспечивать стабильность характеристик.

Сравнение параметров

• Литровая мощность. Выше у двухтактных в 1,5-1,8 раза, чем у 4-х тактных двигателей.
• Удельная мощность. Также выше у двухтактных.
• Обеспечение очистки цилиндра и подачи топлива. Четырехтактные ДВС могут похвастаться наличием газораспределительного механизма.
• Экономичность. Расход топлива на 20-30% ниже у 4-х тактных.
• Система смазки. У четырехтактных двигателей имеется полноценная система двигателя, у двухтактных — масло чаще всего смешивается с бензином.
• Экологичность. Выхлоп 2-х тактных ДВС более токсичен, чем у 4-х тактных.
• Шумность работы. Четырехтактные работают значительно тише.
• Ресурс работы. Благодаря совершенной системе смазки и уменьшенной частоте вращения коленвала, 4-х тактные двигатели считаются более совершенными.
• Скорость по набору оборотов. Преимущество за двухтактными.
• Обслуживание. Благодаря наличию газораспределительного механизма, 4-х тактные движки обслуживать намного сложнее.
• Вес. Из-за несложной конструкции, двухтактные намного легче.
• Цена. Четырехтактные дороже.

Благодаря небольшому весу, простоте обслуживания и высокой удельной мощности двухтактные модели обладают широкой областью применения. Во многих бензиновых устройствах (косилках, бензопилах) даже не возникает вопроса о том, какую модель ДВС использовать. Однако двухтактные сдают свои позиции из-за высокой таксичности и шумности. Поэтому принято считать, что в каждой модели есть свои плюсы и минусы и выбирать, какой двигатель лучше использовать в том или ином случае, лучше по обстоятельствам.