Что такое двухтактный мотор. Двухтактный двигатель: устройство и принцип работы, отличия от четырехтактного

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.

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.

Поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) широко используются в разных сферах человеческой жизни. Однако не все они работают одинаково. Между ними есть одно принципиальное отличие. В зависимости от конструкции рабочий цикл двигателя может состоять из двух или четырёх тактов. Поэтому и называется он соответственно двухтактным двигателем или четырехтактным. Это справедливо как для бензинового мотора, так и для дизеля.

Основные термины и определения

Принцип работы всех поршневых двигателей заключается в превращении энергии сгорания топлива в механическую энергию. Передаточным звеном является кривошипно-шатунный механизм. Для описания их работы используются следующие понятия:

Рабочий цикл - это определённая последовательность взаимосвязанных событий, вследствие которых происходит преобразование энергии теплового расширения сгорающего топлива в механическую энергию перемещения поршня и поворота коленчатого вала.
Такт - последовательность изменения состояния узлов и механизмов, происходящая в течение одного хода поршня.
Ход поршня - это расстояние, которое проходит поршень внутри цилиндра между его крайними точками.
Верхняя мёртвая точка (ВМТ) - это наивысшее положение поршня в цилиндре, при этом объем камера сгорания имеет минимальный объем.
Нижняя мёртвая точка (НМТ) - максимально удалённое от ВМТ положение поршня.
Впуск - заполнение цилиндра топливовоздушной смесью.
Сжатие - уменьшение объёма смеси и сжатие её под давлением поршня.
Рабочий ход - перемещение поршня под давлением газов сгорающего топлива.
Выпуск - выталкивание из цилиндра продуктов горения топлива.

Принцип работы четырехтактного двигателя

Четырехтактным называется такой поршневой двигатель, в котором один рабочий цикл состоит из четырёх тактов. Они имеют следующие названия:

впуск;
сжатие;
рабочий ход;
выпуск.

За один цикл поршень два раза двигается от ВМТ к НМТ и обратно, а коленчатый вал проворачивается на два полных оборота. События, которые происходят за это время в двигателе, имеют чётко определённую последовательность.

Впуск. Поршень перемещается вниз, к НМТ. Под ним образуется разрежение, благодаря которому через открытую тарелку впускного клапана из впускного коллектора в цилиндр затягивается топливо, смешанное с воздухом. Поршень проходит нижнюю мёртвую точку, после чего впускной клапан закрывает впускной коллектор.

Такт сжатия. Продолжающий двигаться вверх поршень сжимает воздушную смесь.

В верхней мёртвой точке над поршнем происходит поджог горючей смеси. Сгорая, оно вызывает значительное увеличение давления на поршень. Начинается такт рабочего хода. Под действием давления сгорающих газов поршень снова движется к НМТ, выполняя при этом полезную работу.

После прохождения поршнем НМТ открывается тарелка выпускной клапан. Поршень, двигаясь к ВМТ, выталкивает выхлопные газы в выпускной коллектор. Это такт выпуска.

Затем снова начинается такт впуска и так бесконечно.

Рабочий цикл из двух тактов

Одноцилиндровый двухтактный двигатель работает по-другому. Здесь все четыре действия происходят за один полный оборот коленвала. При этом поршень делает только два такта (расширения и сжатия), двигаясь от ВМТ к НМТ и обратно. А впуск и выпуск являются частью этих двух тактов. Подробней принцип работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания можно описать следующим образом.

Газы от сгорания топливной смеси толкают поршень вниз от ВМТ. Примерно на середине хода поршня в гильзе цилиндра открывается выпускное отверстие, через которое часть газов выбрасывается в патрубок глушителя. Продолжая двигаться вниз, поршень создаёт давление, благодаря которому в цилиндр поступает новая порция топлива, одновременно продувая его от остатков сгоревших газов. Подходя к ВМТ, поршень сжимает смесь и система зажигания воспламеняет её. Снова начинается такт расширения.

В авиамоделестроении широко используется двухтактный дизельный двигатель, его принцип работы тот же, что и у бензинового. Разница в том, что смесь топлива с воздухом самостоятельно воспламеняется в конце цикла сжатия. Горючим для таких моторов служит смесь эфира с авиационным керосином. Воспламенение этого горючего происходит при гораздо меньшей степени сжатия, чем у двигателей на традиционном дизельном топливе.

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.

Эксплуатационные показатели в сравнении

Сопоставляя двухтактный двигатель и четырехтактный двигатель, разницу между ними можно заметить не только в устройстве, но и в эксплуатационных характеристиках. Сравнивать их можно по следующим показателям:

литровая мощность;
удельная мощность;
экономичность;
экологичность;
шумность;
ресурс работы;
простота обслуживания;
цена.

Литровой называется мощность, снимаемая с литра объёма цилиндра. Теоретически она должна быть в два раза больше у двухтактного. Однако на деле этот показатель составляет 1,5−1,8. Сказывается неполное использование рабочего хода газов, затраты энергии на продувку, неполное сгорание и потери топлива.

Удельная мощность представляет собой величину отношения мощности мотора к его весу. Она также выше у двухтактных. Для них нужен менее тяжёлый маховик и не нужны дополнительные системы (газораспределения и смазки), утяжеляющие конструкцию. КПД у них также выше.

Экономичность (расход топлива на единицу мощности) выше у четырехтактных. Двигатели с двумя тактами часть топлива теряют впустую при продувке цилиндра.

Экологичность двухтактных ниже, опять-таки из-за потери несгоревшего топлива и масла. Убедиться в этом можно на примере двухтактного лодочного мотора. Он всегда оставляет на воде тонкую плёнку из несгоревшего топлива.

Шумность выше у двухтактных. Это связано с тем, что выхлопные газы из цилиндра вырываются с большой скоростью.

Ресурс работы выше у четырехтактных. Отдельная система смазки и меньшая оборотистость двигателя положительно сказываются на сроке его службы.

Проще обслуживать, безусловно, двухтактные моторы из-за меньшего количества вспомогательных систем. Масса больше у четырехтактных. Двухтактные дешевле.

В некоторых механизмах применение двухтактных двигателей является однозначным. Это, например, бензопилы. Высокая удельная мощность, маленький вес и простота делают его здесь безусловным фаворитом.

Двухтактные двигатели используются также в мототехнике, лодочных моторах, газонокосилках, скутерах, авиамоделировании. В большинстве самодельных машин и механизмов умельцы также используют двухтактный мотор.

Однотактные и трехтактные силовые агрегаты

Существуют также одно- и трехтактные двигатели. Однотактные двигатели делают с внешней камерой сгорания. Такая схема реализует все четыре такта за один ход поршня. Трехтактный двигатель Ванкеля является роторно-поршневым. Из-за сложности конструкции и чрезвычайной требовательности к качеству обработки поверхностей такие моторы не получили широкого распространения.

Сегодня рассмотрим двухтактный дизельный двигатель. К сожалению, большинство людей нашего времени связывают работу дизельных моторов с тракторами, поездами, КамАЗами, строительной и сельскохозяйственной техникой.

Все давно привыкли, что они сильно загрязняют окружающую среду характерными черными выбросами с выхлопной трубы (хотя в наше время, благодаря системе прохождения воздуха, все уже давно не так катастрофично), но даже факт превосходства современных дизельных моторов над бензиновыми двигателями мало кого способен переубедить.

Главным же их преимуществом, многие автолюбители называют меньший расход топлива по сравнению с бензиновыми собратьями. Секрет этого кроется в плотности состава дизельного топлива, которое вырабатывает на 15% больше энергии чем бензин. Если копнуть еще глубже и взглянуть на молекулярный уровень, то увидим, что происходит это благодаря более длинной цепочке углеродов. Кроме того, по эксплуатационным характеристикам и принципу работы они также ничуть не уступают двигателям с другими топливными системами. Давайте попробуем в этом убедиться на примере уже упомянутого двухтактного дизельного мотора.

1. Двухтактный дизельный двигатель – принцип работы и устройство

Данный вид двигателей, в настоящее время меньше распространен чем аналогичный четырехтактный, но все же имеет право на существование. Составляющими частями двухтактного дизельного двигателя являются такие два механизма как газовая турбина (служит для преобразования энергии из тепловой в механическую) и специальный нагнетатель (за счет повышения давления в цилиндрах позволяет повысить мощность, снизив при этом количество потребляемого горючего).

Цилиндры данного устройства располагаются горизонтально, друг напротив друга, а процесс работы в каждом из них проходит за один оборот коленчатого вала, включающего в себя два хода поршня. Когда поршень опускается непосредственно к нижней мертвой точке, цилиндр очищается и наполняется свежим воздухом. Происходит это так: вначале, через открывшийся выпускной клапан, отработанные газы выходят из цилиндра, уступая место чистому воздуху, попадающему сюда через открытые поршнем нижние окна.

Окна цилиндров двухтактных двигателей используются как для впуска свежего воздуха, так и для выпуска уже отработанных газов (оконная или щелочная продувка). Если же отработанные газы выпускаются через клапан в цилиндре, а окна предназначены только для впуска чистого воздуха, то такую продувку называют клапанно-щелевой.

При такой системе очистки, не весь поступивший воздух задерживается в цилиндре и поднимаясь верх какая-то его часть выходит за пределы двигателя. Данный процесс назвали прямоточной продувкой цилиндра, обеспечивающий оптимальную очистку от продуктов сгорания. Продувочный воздух попадает в цилиндры одним из трех способов: либо через специальные насосы, либо через кривошипные продувочные камеры, или же с помощью поршневых компресоров.

Когда поршень с нижней точки начинает движение в верх, первым закрывается впускной клапан, а следом и окна, через которые осуществлялась продувка, затем начинается сжатие воздуха. Топливо, подающееся форсункой, которая находится возле верхней мертвой точки, воспламеняется от горячего воздуха, начиная тем самым процесс горения и расширения продуктов сгорания при движении поршня вниз.

Пройдя описанный круг, все снова повторяется. В турбину газы попадают через коллектор, а камера сгорания формируется, тогда, когда поршни очень близко приближаются друг к другу. Коленвалы, в таких двигателях, связываются между собой с помощью шестерен основной передачи, а их движение имеет круговой характер и осуществляется по часовой стрелке.

Кроме прямоточной продувки, выделяют еще и петлевую, но ее качество очистки цилиндра значительно ниже, поэтому в наше время она применяется намного реже. Рабочие ходы в двухтактном двигателе случаются в два раза чаще, чем в аналогичном за объемом четырехтактном , но с точки зрения мощности этого особо не заметно (она увеличивается максимум в 1,6 - 1,7 раза), это происходит из-за существования продувки и более короткого рабочего хода внутри цилиндра.

2. Достоинства и особенности двухтактных двигателей

Двухтактный дизельный двигатель впервые увидел свет практически одновременно с четырехтактным, созданным в том же году Н.Отто, а вот двухтактный бензиновый мотор начали применять сравнительно недавно. На сегодняшний день, существует большое количество различных модификаций всех типов двигателей. Так, например, система зажигания двухтактного мотора может быть как бесконтактной (используется чаще всего), так и контактной, которая еще не успела полностью уйти в историю. Также, в зависимости от бренда, с его историческими традициями и оценкой нынешних рыночных тенденций, могут отличатся и схемы двухтактных двигателей.

Встречается двухтактная дизельная система в стационарных и тепловозных двигателях, на танках, в недалеком прошлом устанавливалась на самолетах, а сегодня ее не редко используют на тяжелых и габаритных грузовиках, в основном американского производства.

К основным особенностям, отличающим этот вид моторов, от четырехтактных относят: длину одного рабочего цикла (совершается за два хода поршня, один оборот вала). Благодаря этому, более плавно меняется угол поворота коленчатого вала, что в свою очередь обеспечивает меньшие нагрузки на шатуны, и некоторые детали поршневой группы, повышая запас их прочности; процесс перезарядки цилиндра (в начале сжатия, после такта расширения) с помощью части хода поршня; ограниченное время впуска свежего воздуха и выпуска продуктов горения; другую конфигурацию индикаторной диаграммы; способ продувки (удаление продуктов горения), который проходит путем замены этих продуктов на свежий заряд воздуха. К слову сказать, у аналогичных бензиновых двигателях, в этом случае, вместо воздуха поступает новый заряд горючей смеси.

Тепловой расчет двухтактных моторов проводится точно так же, как и у четырехтактных, исключение становят лишь параметры процессов продувки и впуска. Для осуществления процедуры расчета во внимание принимаются: температуры окружающей среды и остаточных газов; различные коэффициенты - использования тепла, избытка воздуха, неполноты диаграммы, остаточных газов; давление продувки и окружающей среды; показатели политропного сжатия и расширения, уровень повышения давления; политропное сжатие воздуха в системе нагнетателя.

Что касается достоинств двухтактных дизельных двигателей, то тут следует отметить следующие параметры:

- относительно малый вес двигателя (обычно такая установка весит на 50-60% меньше классического мотора с турбиной);

Довольна простая конструкция, имеющая меньшее количество дополнительных деталей и запасных частей. Этот фактор значительно упрощает принцип работы подобных двигателе, а значит обслуживание и ремонт, также, не составят никакого труда;

Оптимальные габариты, не требующие много места под капотом (отсутствует громоздкая система клапанов и распределительного вала).

3. Недостатки двухтактных двигателей

Как видим, двухтактные дизельные двигатели обладают приличным количеством положительных характеристик, так почему же тогда они не завоевали должную популярность и с каждым годом все больше и больше прекращают эксплуатироваться? Ответ простой. Несмотря на все положительные моменты, эти силовые агрегаты обладают также существенными недостатками, что делает их менее привлекательными по сравнению с четырехтактными собратьями.

В первую очередь, к минусам (по мнению большинства посетителей различных автомобильных форумов) следует отнести большую прожорливость относительно масла, значительная часть которого либо остается в уголках продувочных окон, а затем попадает в выпускную систему, либо сгорает вместе с топливом. Еще одним отрицательным фактором является слишком высокая температура процесса, происходящего в таком двигателе. А по другому и быть не может, ведь вспышка в цилиндрах моторов этого вида случается в 2 раза чаще, что соответственно влечет за собой тепловое перенапряжение поршней, головки блока цилиндра и гильз, требующее более серьезного охлаждения, с применением поршней особой конструкции: с жаростойкими вставками и возможностью разбора.

По сравнению с четырехтактными двигателями, условия работы подшипников и коренных, шатунных вкладышей двухтактных моторов более тяжелые, виной чему недостаточный отвод теплоты от соприкасающихся поверхностей. Характерная для двухтактного дизельного двигателя односторонняя система нагрузок, также, уменьшает количество масла, прокачиваемого между рабочими поверхностями. Справится с этим можно применив более мощный масляный насос, но из-за его габаритов и веса это довольно непрактично.

Следующий недостаток двухтактных дизелей - это повышенный расход воздуха , проявивший себя при использовании танков советского времени Т-64 и Т-80УД (Т-84), которые были оснащены подобными моторами 5ТДФ (имеющие 700 л.с.) и 6ТДФ-2 (обладающий 1200 л.с.). Если место эксплуатации сильно запыленное, это приведет к довольно быстрому засорению фильтров.

Кроме того, двухтактные дизельные двигатели, несмотря на свою относительную простоту, требуют более сложных расчетов проектирования, а учитывая, что работы с ними, во многих странах прекращены еще со средины 60-х годов, некоторые части происходящих в них процессов остаются малоизученными. Вышеописанные недостатки дизельных двухтактных двигателей кратко можно выразить в следующих пунктах:

- высокая стоимость, как двигателя в целом, так и отдельных его деталей, за счет ограниченного количества компаний, занимающихся их производством;

Полное отсутствие соответствующих станций технического обслуживания, специалисты которого могли бы осуществить полноценный ремонт таких моторов;

Высокое потребление масла, особенно при интенсивном использовании;

Отсутствие запасных частей и сменных деталей в свободной продаже.

Спектр применения распространяется на моторизованные агрегаты, бензопилы, небольшие моторные лодки, мотоциклы. Двухтактный двигатель обладает небольшими габаритами, большой мощностью и малым коэффициентом полезного действия. Для данного типа агрегатов топливная экономичность принципиально не имеет значения. Ныне таковые используются как пусковые моторы для приведения во вращение крупных дизельных ДВС, например, тракторов.

Устройство

Двухтактный двигатель отличается простотой конструкции, отсутствием газораспределительного механизма, малыми габаритами. Конструктивно схема представляет собой блок цилиндра, внутри которого на подшипниках размещен коленчатый вал. На шейку вала ложится головка шатуна с вкладышами и фиксируется корончатыми гайками. Верхняя же головка шатуна соединяется с поршнем посредством металлической полой втулки (пальца). Поршень с расположенными на нем компрессионными кольцами исключает проникновение сгоревших газов в камеру сгорания.

За счет перемещения поршня вверх-вниз происходит вращение вала. Далее вращение передается к главной передаче того или иного агрегата.

Двухтактный двигатель охлаждается через наружные ребра блока.

Охлаждение происходит и за счет топлива, содержащего определенное количество масла. То есть смазка сочленений поршень–цилиндр и коленвал – шатун осуществляется смесью, которая заранее разбавлена специальным маслом. Оно, сгорая с топливом не должно оставлять выхлопных отложений под поршнем.

Принцип работы

Процесс зиждется на рабочем цикле, который происходит за оборот коленчатого вала. Принцип работы двухтактного двигателя заключается в том, что при перемещении вверх, поршень сжимает имеющуюся под поршнем смесь, попавшую туда через впускное окно. Искра от свечи зажигания как бы взрывает горючее, резко повышая температуру и давление газов. В результате такого теплового давления поршень принудительно перемещается вниз. При этом открываются выпускное и чуть позже переходное окно, впрыскивая свежую порцию топлива. Кстати, горючее в двухтактный двигатель обязательно дополняют маслом, составляя смесь бензина и масла определенной пропорции. Делается это для смазки поршня, стенки цилиндра и кривошипно–шатуного узла. Топливная смесь попадает в картер через окно, которое открывается за счет вакуума, создаваемого движением поршня от НМТ к ВМТ. Одновременно поршень открывает отверстие, выбрасывая отработанные выхлопные газы. В определенный период посредством поршня открывается продувочное окно для заполнения цилиндра свежей порцией топливной смеси.

Повышение мощности

Чтобы повысить мощность двигателя нужно:

Повысить площадь выпускного отверстия с условием продолжительного пребывания его в открытом положении, чтобы выпустить максимальное количество газов.
Повысить эффективность продувки. Это нужно для того, чтобы через впускные отверстия горючее успевало впрыскиваться в камеру сгорания. Иначе в картере будет наблюдаться скопление топливной смеси. Во избежание оного, рекомендуется выпускные окна увеличить, что приведет к качественной наполняемости цилиндра.
Использовать на карбюраторе вихревой (нулевой) диффузор, который за меньший период времени подаст больше смеси.
Установить на глушителе, так называемый резонатор, соответствующий оборотам мотора. Этот узел способствует возврату доли смеси назад в цилиндр. Подобные нюансы возникают, когда двухтактный двигатель выбрасывает часть горючего из камеры через выпускное отверстие (окно).

Для полного заполнения подпоршневого объема следует просмотреть и состояние каналов впускных, выпускных на предмет уменьшения всевозможных заусенец, рисок, шероховатостей. Эти изъяны литья способствуют торможению потока, уменьшению наполнения камеры, снижению мощности.

Эффективным увеличением мощности двигателя считается фрезерование с последующим тонким шлифованием головки блока. Трудоемкость процедуры сводится к измерению объема литража, подбору октанового числа топлива.

Ради повышения мощности мотора можно было бы уменьшить вес вращающихся деталей, например, маховика, коленвала, срезав элементы противовеса. Но горький опыт подсказывает не идти на авось, поскольку самодеятельность приведет к биению маховика, его вибрации, особенно во время низких оборотов мотора. Но если очень хочется, можно снять тонкую стружку с последующей обязательной балансировкой махового колеса. Что касается коленчатого вала, то есть риск потерять центр тяжести вала со всеми вытекающими последствиями.

Тяговые возможности

Итак, двухтактные двигатели и их тяговые возможности соотносятся с открытием заслонки дросселя. То есть с ускорением оборотов возрастает его тяговая способность, что существенно действует на разгон. Значит, чтобы нарастить разгон нужно увеличить рабочий объем цилиндра. Конечно, тяга может привести к максимальной скорости. Работая на низких скоростях, хорошая тяга обеспечивает приемистость, быстрый разгон с легким преодолением дорожных препятствий, поворотов. Все это относится к повышению тяги на низких оборотах. Одним из предпосылок увеличения тяги следует отнести установку специальных клапанов и увеличение продолжительности пребывания их в открытом состоянии.

Проблема с продувкой камеры сгорания

Однако известно, что повышенные обороты свидетельствуют о большей мощности. В двухтактных моторах из-за больших скоростей вращения, камера сгорания не может качественно и быстро продуваться, поскольку окна остаются открытыми непродолжительное время.

Использование камерной продувки предусматривает впрыскивание топлива в цилиндр из картера. Топливо всасывается и находится в картере при перемещении поршня вверх. При движении же вниз вырабатываемое избыточное давление производит продувку камеры сгорания. Такая схема целесообразна с точки зрения малого количества используемых деталей, например, отсутствие: газораспределительного вала, клапанов, продувочного насоса, узлов смазки.

Другая особенность продувки камеры связана с режимом холостого хода мотора, при котором имеет место небольшой угол открытой заслонки. Эта ситуация не обеспечивает полную очистку от выхлопных газов за оборот вала. Поэтому на холостом ходу двигатель демонстрирует неустойчивую работу. Дело в том, что вспышка смеси приводит к дополнительным холостым оборотам. Но смесь под цилиндром от искры не воспламеняется из-за бедности топлива.

В двигателях с одним поршнем нашло широкое применение контурная продувка (щелевая). Схема предусматривает газораспределение через щели в стенке внизу цилиндра. То есть впускные и продувочные отверстия при такте сжатия и рабочего хода поршня должны находиться в закрытом положении. Контурная продувка камеры сгорания (подпоршневое пространство) представляет собой своеобразный продувочный насос. Этот фактор приводит к сокращению узлов двигателя, создавая предпосылки использования их на газонокосилках, мотоблоках, лодках, прочих легких мобильных устройствах.