В настоящее время активно используются два основных типа двигателей внутреннего сгорания (ДВС): двухтактные и четырехтактные. В двухтактных двигателях все рабочие циклы: впуск готовой топливной смеси, выпуск отработанных газов и продувки, происходят в течении одного оборота коленчатого вала за два основных такта. У двигателей такого типа отсутствуют клапаны газораспределительного механизма, их роль выполняет пара поршень и гильза. Поршень при своем перемещении закрывает собой впускные, выпускные и продувочные окна. Поэтому такие двигатели более просты в конструкции и надежны, а при определенных условиях и более мощные, ранее существовали и грузовые автомобили на двухтактной тяге, но их задавили экологическими требованиями.
Двухтактные дизели
Мало кто знает, что не так давно существовали и двухтактные дизели с сухим картером, которые успешно эксплуатировались в СССР до самых 90-х годов. Отличительной особенностью такого двухтактного двигателя являлось наличие газораспределительного механизма, который имел всего пару (или один) выпускных клапанов, а вот впуск осуществлялся классическим способом для двух тактов — через продувочные окна. К таким двигателям относятся ЯАЗ-204 и ЯАЗ-206 [1], танковые двигатели 5ТДФ (700 л.с) и 6ТДФ-2 (1200 л.с.) [2]. Еще одно привлекательное отличие от бензинового собрата — продувка дизеля осуществлялась воздухом, а не рабочей смесью, как у бензинового варианта, поэтому экономичность дизельного двухтактника была сравнима с четырехтактным вариантом.
Чертежи двигателей тут
Мощность двухтактного двигателя при одинаковых размерах литровой ёмкости и частоте вращения вала примерно на 50-70% больше четырехтактного за счет большего числа рабочих циклов в единицу времени. 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% по сравнению с четырехтактным ДВС.
Особенности мотора с двумя тактами
Двухтактный двигатель совершает полный цикл за один оборот коленвала, это позволяет получить большую удельную литровую мощность чем у 4-х тактного движка при тех же оборотах двигателя. Однако, кпд двухтактника будет ниже из-за несовершенства механизма фаз газораспределения, неизбежных потерь топливной смеси в процессе продувки и неполного рабочего хода поршня.
Двухтактный двигатель сильно греется, потому что во время работы высвобождается большая тепловая энергия. Иногда может потребоваться дополнительное охлаждение. В мотоциклах редко используются двухтактные моторы с большим количеством цилиндров, чаще всего применяется одноцилиндровый мотор с воздушным охлаждением.
При работе по двухтактному циклу поршень совершает меньше движений за один такт, а нагрузка вспомогательных газораспределительных, смазочных и охлаждающих систем на коленвал ниже или отсутствует совсем. Поэтому износ поршневой группы у них будет ниже. Если для легкой техники это не является решающим фактором, то тихоходный двухтактный дизельный двигатель может иметь в несколько раз больший ресурс, чем все остальные двс. Поэтому они нашли широкое распространение в тепловозах, генераторах, судовых двигателях.
Двухтактный бензиновый двигатель быстрее набирает обороты максимальной мощности. Этим активно пользуются мотоспортсмены, особенно в кроссовых дисциплинах, когда необходим мгновенный отклик на рукоятку газа. Кроме того, он проще в обслуживании, дешевле и легче четырехтактного.
Расход топлива у двухтактника будет выше на 25-30 %, шумность и вибрации тоже. Двигатель невозможно вписать в жесткие экологические нормы, даже если использовать инжекторные системы впуска и наддув. Большой расход воздуха требует применения специальных воздушных фильтров.
Общее краткое устройство двигателя
Двигатель двухтактного рабочего цикла состоит из картера (основной его части — базы), в который на шариковых подшипниках установлен коленчатый вал. Цилиндр крепится к блоку через винты или шпильки, которые проходят через все тело гильзы. Внутри цилиндра движется поршень — металлический стакан (чаще из алюминиевого сплава), опоясанный пружинящими кольцами (поршневые кольца), вложенными в канавки на поршне ниже жарового пояса. Во время сжатия или рабочего хода поршневые кольца не пропускают газы и запирают в промежутке между днищем поршня 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.
Смазка всех трущихся поверхностей и подшипников внутри двухтактных двигателей происходит с помощью топливной смеси, в которое подмешано необходимое количество масла. Из анимации видно, что топливная смесь (голубой 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.
Стандарты и характеристики
Действующими стандартами предусмотрено применение масел двух марок. Эти марки обозначаются, как 2Т или ТС-W3.
Масло 2Т для смазки двухтактных двигателей применяется на механизмах, у которых двигателя имеют воздушное охлаждение. Это может быть стационарная пила с цепной передачей или бензопила, газонокосилка, мотоцикл или скутер.
Масло ТС-W3 применяется для двигателей, которые рассчитаны на водяное охлаждение. Например, лодочный привод «Меркурий». Если у лодки привод воздушного охлаждения, то можно использовать моторное масло 2Т для смазки лодочных моторов.
В районах с низкими атмосферными температурами для приводов таких агрегатов, как снегоход, используется специальная смазка, которая обладает маленькой вязкостью.
В таблице сведены характеристики, которыми обладает масло моторное 2Т и ТС-W3.
| Наименование | Единица измерения | Показатель | |
| Марка 2Т | МаркаТС-W3 | ||
| Кинематическая вязкость, t=100°С | мм2/с | 13.5-15.5 | 6.8-7.1 |
| Минимальный индекс вязкости | 90 | 85 | |
| Максимальная t загорания в открытом тигле | °C | 210 | 110 |
| Минимальная t застывания | °C | 16 | 19 |
| Минимальное щелочное число | мг КОН/1г масла | 2.0 | 1.8 |
| Плотность при t=20°С, не более | г/см3 | 0.9 | 0.86 |
| Зольность сульфатная, не более | % | 0.16 | 0.11 |
Четырехтактные двигатели экономичнее. Также они обеспечивают хороший контроль циклов впуска и выпуска воздуха, что приводит к более чистой работе.
При двухтактном цикле часть топлива расходуется впустую, поскольку оно выходит во время такта впуска и сжатия. И наоборот, в четырехтактном цикле топливо не расходуется во время впуска воздушно-топливной смеси, поскольку топливо втягивается в замкнутую систему.
Использование нефтегазовых смесей в двухтактных двигателях также снижает эффективность сгорания и увеличивает вредные выбросы (сгоревшее масло).
Принцип действия
Такт сжатия.
Поршень перемещается от нижней мертвой точки (НМТ) к верхней мертвой точке (ВМТ), перекрывая сначала продувочное, а затем и выпускное окно. После закрытия поршнем выпускного окна в цилиндре начинается сжатие ранее поступившей в него горючей смеси. Одновременно в кривошипной камере вследствие её герметичности, и после того как поршень перекрывает продувочные окна, под поршнем создается разряжение, под действием которого из впускного коллектора через впускное окно и приоткрытый клапан поступает готовая горючая смесь в кривошипную камеру.
Такт рабочего хода.
При положении поршня около ВМТ сжатая рабочая смесь 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 избыточное давление в кривошипной камере. Под действием этого давления клапан закрывается, не давая таким образом горючей смеси вернуться во впускной коллектор и карбюратор. Когда поршень дойдет до выпускного окна, оно открывается и начнется выпуск отработавших газов в атмосферу нашей любимой Земли — давление в цилиндре понижается. При дальнейшем перемещении поршень открывает продувочное окно и сжатая в кривошипной камере горючая смесь поступает по каналу, заполняя цилиндр и осуществляя продувку его от остатков отработавших газов.
Тепловой и динамический расчет двигателей внутреннего сгорания
Принцип зажигания. Так как топливной смеси нужно время для воспламенения, искра на свече появляется чуть раньше, чем поршень достигает ВМТ. В идеале, чем быстрей движется поршень, тем раньше должно быть зажигание — поршень от момента искры быстрее доходит до ВМТ. Существуют механические и электронные устройства, меняющие угол зажигания в зависимости от оборотов двигателя. Практически у мотороллеров до 2000 г.в. таких систем не было и угол опережения зажигания был установлен в расчете на оптимальные обороты статично.
Порядок работы
Описанные этапы составляют рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя. Нужно понимать, что каких-либо строгих соответствий между тактами и процессами в поршневых двигателях нет. Это легко объяснить тем, что при эксплуатации силового агрегата фазы газораспределительного механизма и то, в каком состоянии находятся клапаны, будет накладываться на движения поршней в различных моторах совершенно по-разному.
В любом цилиндре рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя протекает именно таким образом. Каждая камера сгорания в двигателе нужна для вращения единственного коленчатого вала, воспринимающего усилие от поршней.
Это чередование называют порядком работы. Такой порядок задается на этапе конструирования силового агрегата через особенности распределительного и коленчатого валов. Он не изменяется в процессе эксплуатации механизма.
Реализация порядка работы осуществляется чередованием искр, которые поступают на свечи от системы зажигания. Так, четырехцилиндровый мотор может работать в следующих порядках – 1, 3, 4, 2 и 1, 2, 4, 3.
Смотреть галерею
Узнать порядок, в котором работают цилиндры двигателя, можно из инструкции к автомобилю. Иногда порядок работы указан на корпусе блока.
Вот как протекает рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя или любого другого. Система питания никак не влияет на принцип действия агрегата. Разница лишь в том, что карбюратор – это механическая система питания, имеющая определенные недостатки, а в случае с инжекторами этих недостатков в системе нет.
Ремонт двухтактных двигателей внутреннего сгорания
Ремонт двухтактных ДВС осуществляется только квалифицированными рабочими по технологическим и маршрутным картам, которые разрабатывают инженеры и проектировщики. Эти инструкции дают рабочему понять, где и когда использовать ту или иную операцию, как и каким порядком устанавливать детали, а также в какой последовательности и с усилием их затягивать.
Сами «двухтактники» устанавливаются в специальные стенды-кантователи, которые позволяют с большим удобством и правильно, доступно визуально осуществить правильную сборку и протяжку его узлов.
Разработка процесса ремонта ДВС включает в себя не только визуальный осмотр и мойку всего узла в моечной машине, но и разработку карт дефектов деталей, маршрутные карты восстановления и т.д.
Именно таким образом осуществляет ремонт двухтактных ДВС в производственных условиях АТП.
Недостатки двухтактных двигателей:
1. Больший расход топлива. Напомним, примерный расход можно высчитать по формуле: для двухтактного 300 грамм на одну лошадиную силу, для четырёхтактного 200 грамм. 2. Шумность. На максимальных оборотах двухтактные двигатели как правило работают немного громче четырёхтактных. 3. Комфорт. Четырёхтактные двигатели внутреннего сгорания не так вибрируют на малых оборотах (касается только двухцилиндровых двигателей — одноцилиндровые двух и четырёхтактные вибрируют примерно одинаково) и не так дымят как двухтактные. 4. Долговечность. Довольно спорный пункт. Бытует мнение, что двухтактные двигатели менее долговечны. С одной стороны это понятно, потому как масло для смазки трущихся элементов двигателя подается вместе с бензином, а значит работает не так эффективно в отличие от четырёхтактных двигателей где трущиеся элементы буквально плавают в масле. Но с другой стороны четырёхтактный двигатель по конструкции намного сложнее конкурента, состоит значительно большего числа деталей, а золотой принцип механики “Чем проще тем надежнее” еще никто не отменял. 5. Высокая температура и перегрев отдельных деталей, за счет более частой вспышки рабочей смеси в цилиндрах. Требуется более интенсивное охлаждение. 6. Повышенный расход воздуха (двухкратный), что приводит к быстрому выходу из строя фильтров системы очистки воздуха. Такая проблема была у танков Т-64 и Т-80УД (Т-84).
Приготовление смеси
Соотношение топливной массы должно быть точным, рассчитываться согласно рекомендациям завода-изготовителя. Разбавлять «на глаз» не рекомендуется, потому что недостаточное количество масла в смеси и равно его переизбыток повлечет поломку двигателя. Для смешивания нужно выбрать вид топлива, марку смазки и тем, сколько масла требуется лить в бензин.
Выбор бензина
Для приготовления топливной смеси используется неэтилированный бензин марок не ниже АИ-90. Ранее использовали для этого АИ-80, который был дешевле остальных, но со временем этот вид бензина ушел с топливного рынка. Самым оптимальным вариантом стал АИ-92. Нельзя использовать топливо, которое не рекомендовано заводом-изготовителем для конкретного двигателя. Это достаточно быстро выведет его из строя.
При заправке, хранении бензина необходимо учитывать ряд рекомендаций. Нельзя заливать бензин в пластиковую тару, потому что:
- Это может стать причиной возгорания, ведь пластик является материалом, способным при трении вырабатывать статическое электричество.
- При контакте бензин разрушает пластик. Его микрочастицы попадают в топливо, что приводит к приготовлению некачественной смеси для двухтактного двигателя.
Выбор масла для двухтактных двс
Для двухтактного двигателя необходимо приобретать фирменные масла класса API-TB или API-TC. В инструкции к оборудованию или бензоинструменту обязательно будет указана рекомендуемая марка масла, которое также подразделяется по вязкости и характеристикам:
- минеральные – для теплой погоды;
- полусинтетические – минеральные масла с улучшенными качествами для всесезонной погоды;
- синтетические – используются в более суровое время при низких температурах.
Приобретая масло необходимо руководствоваться тем, сколько понадобиться смеси для техники. Если планируется использование газонокосилки, то на сезон достаточно 1-2 литра. Если это скутер или мотор лодки, то количество потребуется намного больше. Ориентируясь на инструкцию можно сделать правильный расчет топлива заранее.
Пропорции бензина и масла
На вопрос о том, сколько потребуется масла на литр бензина, однозначного ответа нет. К каждому бензиновому двухтактному двигателю с учетом мощности и периодом использования предусмотрена своя пропорция. В инструкции по эксплуатации указываются показатели, при этом соотношение в период обкатки и последующей эксплуатации различается.
Например, для садовой техники – косилки (триммеры), бензопилы, пропорциональность постоянной эксплуатации составляет 1:50, обкатка 1:40. Пропорция масла и бензина для лодочного мотора также индивидуальна: 1:25 – обкатка, 1:40 – короткий период работы, 1:50 – длительная эксплуатация. Для мотоблоков, культиваторов масла нужно больше: 1:20 – обкатка, 1:30 – постоянная эксплуатация. Мотоциклам, скутерам потребуется еще больше масла. Здесь пропорции при обкатке составят 1:15, а в дальнейшем потребуется топливная смесь 1:20.
Позиция о том, что чем больше масла, тем лучше или по принципу «хуже не будет» не актуальна. Повышенная концентрация станет причиной повышенного износа двигателя, потому что будет образовываться слой нагара. Пропорциональность должна быть точной. Для удобства используется таблица смешивания топлива для двухтактных двигателей. В ней указаны показатели, позволяющие определить потребность бензина и масла для приготовления определенного количества топлива с учетом требуемой пропорции.
