Однотактный двигатель принцип работы

Содержание

Чем отличается двухтактный двигатель от четырёхтактного? Самое заметное отличие — это режимы воспламенения горючей смеси, что сразу можно заметить по звуку. Двухтактный мотор обычно издаёт пронзительный и очень громкий гул, тогда как четырёхтактному свойственно более спокойное мурлыканье.

Применение

В большинстве случаев разница состоит также в основном предназначении агрегата и его топливной эффективности. В двухтактных двигателях зажигание происходит при каждом обороте коленчатого вала, поэтому по мощности они в два раза превосходят четырёхтактные, в которых смесь воспламеняется только через оборот.

Четырёхтактные моторы экономичнее, зато тяжелее и дороже. Они обычно устанавливаются на автомобили и спецтехнику, в то время как на таких устройствах, как газонокосилки, мотороллеры и лёгкие катера, чаще встречаются более компактные двухтактные модели. А вот бензиновый генератор, например, можно найти как двухтактный, так и четырёхтактный. Двигатель скутера также может относиться к любому типу. Принцип работы этих двигателей в основном один и тот же, отличие только в способе и эффективности преобразования энергии.

Что такое такт?

Переработка топлива в обеих разновидностях моторов осуществляется посредством последовательного выполнения четырёх различных процессов, известных как такты. Скорость, с которой двигатель через эти такты проходит, — это именно то, чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного.

Первым тактом является впрыск. При этом поршень движется вниз по цилиндру, а впускной клапан открывается, чтобы впустить воздушно-топливную смесь в камеру сгорания. Далее идёт такт сжатия. Во время этого такта впускной клапан закрывается, а поршень движется по цилиндру вверх, сжимая находящиеся там газы. Такт рабочего хода начинается, когда происходит зажигание смеси. При этом искра от свечи воспламеняет сжатые газы, что приводит к взрыву, энергия которого толкает поршень вниз. Последним тактом является выпуск: поршень поднимается вверх по цилиндру, а выпускной клапан открывается, позволяя выхлопным газам выйти из камеры сгорания, чтобы можно было начать процесс снова. Возвратно-поступательные движения поршня вращают коленчатый вал, крутящий момент от которого передаётся на рабочие части устройства. Так происходит преобразование энергии сгорания топлива в поступательное движение.

Работа четырёхтактного двигателя

В стандартном четырёхтактном двигателе зажигание смеси происходит на каждом втором обороте коленчатого вала. Вращение вала приводит в действие сложный набор механизмов, обеспечивающих синхронное выполнение последовательности тактов. Открытие впускных или выпускных клапанов осуществляется с помощью кулачкового вала, который попеременно нажимает на коромысла. Возврат клапана в закрытое положение выполняется с помощью пружины. Чтобы избежать потери компрессии, необходимо, чтобы клапаны плотно прилегали к головке блока цилиндров.

Работа двухтактного двигателя

Теперь посмотрим, чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного по принципу работы. В двухтактных двигателях все четыре действия выполняются за один оборот коленчатого вала, во время хода поршня от верхней мёртвой точки к нижней, а затем обратно вверх. Выпуск отработанных газов (продувка) и впрыск горючего интегрированы в один такт, в конце которого происходит воспламенение смеси, и полученная энергия толкает поршень вниз. Такая конструкция устраняет необходимость использования клапанного механизма.

Место клапанов занимают два отверстия в стенках камеры сгорания. Когда поршень за счёт энергии сгорания перемещается вниз, выпускной канал открывается, позволяя отработанным газам выйти из камеры. При движении вниз в цилиндре образуется разрежение, за счёт которого через расположенный ниже впускной канал внутрь втягивается смесь воздуха и топлива. При движении вверх поршень перекрывает каналы и сжимает находящиеся в цилиндре газы. В этот момент срабатывает свеча зажигания, и весь описанный выше процесс повторяется снова. Важно то, что в двигателях такого типа зажигание смеси происходит при каждом обороте, что позволяет извлечь из них больше мощности, по крайней мере, в краткосрочной перспективе.

Соотношение массы и мощности

Двухтактные двигатели лучше подходят для устройств, от которых требуются быстрые и резкие всплески энергии, а не равномерная работа в течение длительного времени. Например, гидроцикл с двухтактным двигателем разгоняется быстрее, чем грузовик с четырёхтактным, однако он предназначен для кратковременных поездок, в то время как грузовик может проехать сотни километров, прежде чем ему понадобится отдых. Невысокая длительность работы двухтактников компенсируется низким отношением массы к мощности: такие двигатели обычно весят намного меньше, поэтому быстрее запускаются и достигают рабочей температуры. Для их перемещения также требуется меньше энергии.

Какой мотор лучше

В большинстве случаев четырёхтактные двигатели могут работать только в одном положении, тогда как двухтактные в этом отношении менее требовательны. Это во многом связано со сложностью движущихся частей, а также конструкцией масляного поддона. Такой поддон, обеспечивающий смазку двигателя, обычно присутствует только в четырёхтактных моделях и имеет огромную важность для их работы. У двухтактных двигателей обычно нет такого поддона, поэтому их можно эксплуатировать практически в любом положении без риска выплёскивания масла или прерывания процесса смазки. Для таких устройств, как бензопилы, циркулярные пилы и другие переносные инструменты, такая гибкость очень важна.

Топливная эффективность и экологическая составляющая

Часто выясняется, что компактные и быстрые двигатели сильнее загрязняют воздух и потребляют больше топлива. В нижней точке движения поршня, когда камера сгорания наполняется горючей смесью, некоторое количество топлива теряется, попадая в выпускной канал. Это можно увидеть на примере подвесного лодочного мотора; если присмотреться, вы разглядите вокруг него разноцветные маслянистые пятна. Поэтому двигатели такого рода считаются неэффективными и загрязняющими окружающую среду. Хотя четырёхтактные модели несколько тяжелее и медленнее, зато в них топливо сжигается полностью.

Стоимость приобретения и обслуживания

Меньшие по размеру двигатели обычно являются менее дорогими, как с точки зрения первоначальной покупки, так и в техническом обслуживании. Однако они рассчитаны на менее длительный срок службы. Хотя есть некоторые исключения, большинство из них не предназначено для непрерывной работы в течение более чем нескольких часов и рассчитано на не очень длительный срок эксплуатации. Отсутствие отдельной системы смазки также приводит к тому, что даже лучшие моторы такого типа относительно быстро изнашиваются и приходят в негодность из-за повреждения движущихся деталей.

Отчасти из-за отсутствия системы смазки в бензин, предназначенный для заливки в двухтактный двигатель скутера, например, необходимо добавлять определённое количество специального масла. Это ведёт к дополнительным затратам и хлопотам, а также может стать причиной поломки (если вы забудете подлить масла). Мотор 4-тактный в большинстве случаев требует минимума обслуживания и ухода.

Какой мотор лучше

В этой таблице кратко описывается, чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного.

Один такт рабочего хода на каждые два оборота коленчатого вала.

Один такт рабочего хода на каждый оборот коленчатого вала.

Приходится использовать тяжёлый маховик для компенсации вибраций, возникающих при работе двигателя из-за неравномерного распределения крутящего момента, так как воспламенение горючей смеси происходит только на каждом втором обороте.

Нужен гораздо более лёгкий маховик и двигатель работает достаточно сбалансировано, так как крутящий момент распределяется намного равномернее из-за того, что воспламенение горючей смеси происходит при каждом обороте.

Большой вес двигателя

Вес двигателя намного меньше

Конструкция двигателя усложнена за счёт клапанного механизма.

Конструкция двигателя гораздо проще за счёт отсутствия клапанного механизма.

Дешевле, чем четырёхтактный.

Невысокий механический КПД из-за трения большого количества деталей.

Более высокий механический КПД из-за уменьшения трения за счёт небольшого количества деталей.

Более высокая производительность благодаря полному удалению отработанных газов и впрыскиванию свежей смеси.

Сниженная высокая производительность из-за смешивания остатков отработанных газов со свежей смесью.

Более низкая рабочая температура.

Более высокая рабочая температура.

Меньший расход и полное сгорание топлива.

Более высокий расход топлива и смешивание свежего впрыска с остатками выхлопных газов.

Занимает много места.

Занимает меньше места.

Сложная система смазки.

Гораздо более простая система смазки.

Более высокая шумность.

Система газораспределения с клапанным механизмом.

Вместо клапанов используются впускные и выпускные каналы.

Высокая тепловая эффективность.

Менее высокая тепловая эффективность.

Низкое потребление масла.

Более высокое потребление масла.

Меньший износ движущихся деталей.

Повышенный износ движущихся деталей.

Устанавливается в автомобили, автобусы, грузовики и т. д.

Используется в мопедах, скутерах, мотоциклах и т. д.

В ней также приведены положительные и отрицательные качества каждого из этих двух типов.

Автор: Рябов Сергей, Орлов Алексей. Наставник: Щербинин Александр Николаевич
Город: Москва
Место учебы: ГБОУ СПО Московский строительный техникум

Самый распространенный тип современного двигателя — двигатель внутреннего сгорания. ДВС устанавливают на автомобилях, танках, самолетах, тракторах, моторных лодках и т.д.

Двигатель внутреннего сгорания (сокращённо ДВС) — это тип двигателя, тепловой машины, в которой химическая энергия топлива (обычно применяется жидкое или газообразное углеводородное топливо), сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую энергию. По рабочему циклу различают 2-х и 4-х тактные; по способу приготовления горючей смеси-с внешним (напр., дизели) смесеобразованием; по виду преобразователя энергии-поршневые дурбинные, реактивные и комбинированные.

Главное достоинство двигателя внутреннего сгорания, обеспечившее ему огромную популярность во всех видах транспорта на долгие годы вперед — это автономность работы. Двигатель способен работать практически в любых условиях в течение очень долго времени. Ресурс современного двигателя без капитального ремонта составляет 150-200 тысяч километров. Высокая энергия топлива обеспечивает расход топлива на уровне

10 литров на 100 км.пройденного пути, что позволяет обходиться без частых дозаправок.В настоящее время усилия ученых и инженеров направлены на создание экологически безопасных, высокоэффективных и надежных двигателей.Совершенствование ДВС связано с проблемой устранения

недостатков характерных для этого типа машинвысокого уровня шума,невозможности непосредственно соединять двигатель с колесамидоксичности отработавших газов, вибрации,значительных потерь теплоты в окружающую среду,потерь на трение в движущихся деталей.

Наш авторский коллектив предлагает новое веяние в двигателестроении. которое связано с существенными конструктивными изменениями в поршневом двигателе внутреннего сгорании.

Конструктивные изменения поршня позволяют за один его ход совершить полный рабочий цикл что дало название нашему двигателю полный цикл за один ход поршня. Топливная смесь (топливо) подаётся в камеру под давлением, выброс отработавших газов осуществляется с помощью глубокого вакуума, который создается в выпускном тракте. Моменты впуска топливной смеси (топлива) и выпуск отработанных газов контролируются электронной системой.

Перед тем ,как произвести запуск двигателя необходимо включить насосы:

— вакууметрический насос-предназначенный для создания вакуума в выхлопном тракте для освобождения рабочего объема от продуктов сгорания;

— насос избыточного давления-связанный с выпускным трактом. Основное назначение создавать давление воздуха во впускном тракте в пределах 6-20 атмосфер (к Па) в зависимости от вида используемого топлива. После чего включают систему зажигания и систему пуска, за счет проворачивания коленчатого вала происходит воспламенение горючей смеси (карбюратор — от искры, дизель- от сжатия). Открытие впускных и выпускных клапанов происходит электро-магнитным способом. Cигнал для исполнения подают датчики установленные на фланце коленчатого вала в зависимости от нахождения поршня. Удаление отработанных газов производится вакуумом, с дальнейшей передачей их в распределительный и отчистительный узел, с целью предотвращения попадания вредных выбросов в атмосферу.

Наш «Однотактный двигатель внутреннего сгорания» имеет существенные преимущества перед другими Д.В.С.:

— маленький вес, при большей мощности;

— уменьшенный расход топлива на единицу мощности;

Следует отметить, во всех традиционных двигателях мощность механических потерь примерно 55% расходуется на трение поршней и эти потери сокращены приблизительно до 10 %, так как рабочий цикл совершается за одно движение поршня от одной мертвой точки к другой. Оценка доли индикаторной мощности, затраченной на механические потери, производится по величине механического КПД .который представляет отношение эффективной мощности к индикаторной нашего двигателя. Двигатель наш может иметь КПД=0,98 по сравнению с 0,7-0,87

Литровая мощность, оценивающая использование рабочего объёма является технико-экономическим показателем двигателя может доходить до 100 кВт/л сегодня 15-40 кВт/л. Теоретически расход топлива на 100 км, 1 литр. За счет рационального использования выделяемого тепла при сгорании горючей смеси, и строгой дозировки топлива при смесеобразовании на различных режимах его работы, а также электронная система газораспределительного механизма позволяет более плотно очищать рабочий объем от продуктов сгорания в предыдущем цикле. Использование инновационного двигателя в автомобилестроении позволит полностью исключить вредные выбросы получаемые от автомобилей .окружающая среда станет намного чище, расход топлива сократится в разы.

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.

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

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.

Принцип работы двухтактного бензинового двигателя

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

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.

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).

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.

crast.ru

его принцип работы и отличия от четырехтактного

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;
вес;
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.

pochini.guru

Тульский пенсионер изобрел однотактный двигатель с внешней камерой сгорания

В частности, в однотактном двигателе процесс сгорания топлива происходит во внешней камере. А уже из нее продукты сгорания поступают в цилиндр. Таким образом, за один ход поршней реализуются все четыре такта четырехтактного ДВС: такт всасывания, сжатия, рабочий ход и выброс отработавших продуктов сгорания.
Как уверяет А. Рыбаков, однотактный двигатель будет обладать максимальным крутящим моментом на малых и сверхмалых оборотах при вращении коленвала в любом задаваемом направлении. Изобретатель напоминает также, что коэффициент трения зависит не только от материалов самих пар, но и от скорости скольжения: при нулевой – максимален, а с возрастанием – убывает. Такой же зависимости подчиняется и пробуксовка колеса автомобиля на скользком участке дороги. Следовательно, вероятность пробуксовки убывает при уменьшении оборотов колеса. Более того, проект предусматривает охлаждение двигателя с приводом насоса прокачки охлаждающей жидкости энергией выхлопных газов, энергией сжимаемого в полостях поршней воздуха и электроэнергией.
«Эту идею я вынашивал около 40 лет, – рассказал корреспонденту РЖД-Партнера Анатолий Рыбаков, чья работа долгие годы была связана с ракетными двигателями и вооружением. – У однотактного двигателя высокая удельная мощность. Он может работать на любом топливе. А процесс сгорания, или КПД, постоянен почти во всем диапазоне нагрузок на двигатель. В целом за последние 18 лет я получил уже 109 патентов и еще несколько заявок подал на их получение. Примерно на 60% они посвящены именно двигателям, включая не только их разработку, но и усовершенствование уже существующих».
Остается добавить лишь то, что А. Рыбаков уже обратился к гендиректору холдинга «Руспромавто» Александру Юшкевичу с предложением рассмотреть возможность реализации вышеупомянутого изобретения.

Принципиальная схема однотактного двигателя с внешней камерой сгорания (см. рисунок):

1 – внешняя камера сгорания; 2 – форсунка; 3 – свеча зажигания; 4, 5 – поршень; 6, 11, 19, 29, 30, 35, 37, 38, 43, 44, 47, 48, 50, 51 – канал; 7, 14, 17, 18 – клапан; 8, 9 – шток; 10, 13, 20, 21, 23, 24 – обратный клапан; 12 – клапан продувки; 15 – шатун; 16 – коленвал; 22 – пневмоаккумулятор; 25, 26, 27 – перепускной клапан; 28 – клапан подачи выхлопных газов; 31 – турбина; 32 – насос прокачки охлаждающей жидкости; 33 – вентилятор; 34 – канал трубы охлаждения поршней и штоков; 36 – вентилятор; 39 – полость между цилиндром двигателя и рубашкой цилиндра; 40 – цилиндр; 41 – рубашка цилиндра; 42 – датчик температуры охлаждающей жидкости; 45,46 – термостат; 49 – клапан подачи воздуха; 52 – обратимый электрогенератор-электродвигатель.

Автор: Степан Ратников

Если Вы заметили ошибку, выделите, пожалуйста, необходимый текст и нажмите Ctrl+Enter, чтобы сообщить об этом редактору.

www.rzd-partner.ru

Чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного

Применение

Что такое такт?

Работа четырёхтактного двигателя

Работа двухтактного двигателя

Соотношение массы и мощности

Какой мотор лучше

Топливная эффективность и экологическая составляющая

Стоимость приобретения и обслуживания

Какой мотор лучше

В этой таблице кратко описывается, чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного.

№	Четырёхтактный двигатель	Двухтактный двигатель
1.	Один такт рабочего хода на каждые два оборота коленчатого вала.	Один такт рабочего хода на каждый оборот коленчатого вала.
2.	Приходится использовать тяжёлый маховик для компенсации вибраций, возникающих при работе двигателя из-за неравномерного распределения крутящего момента, так как воспламенение горючей смеси происходит только на каждом втором обороте.	Нужен гораздо более лёгкий маховик и двигатель работает достаточно сбалансировано, так как крутящий момент распределяется намного равномернее из-за того, что воспламенение горючей смеси происходит при каждом обороте.
3.	Большой вес двигателя	Вес двигателя намного меньше
4.	Конструкция двигателя усложнена за счёт клапанного механизма.	Конструкция двигателя гораздо проще за счёт отсутствия клапанного механизма.
5.	Высокая стоимость.	Дешевле, чем четырёхтактный.
6.	Невысокий механический КПД из-за трения большого количества деталей.	Более высокий механический КПД из-за уменьшения трения за счёт небольшого количества деталей.
7.	Более высокая производительность благодаря полному удалению отработанных газов и впрыскиванию свежей смеси.	Сниженная высокая производительность из-за смешивания остатков отработанных газов со свежей смесью.
8.	Более низкая рабочая температура.	Более высокая рабочая температура.
9.	Водяное охлаждение.	Воздушное охлаждение.
10.	Меньший расход и полное сгорание топлива.	Более высокий расход топлива и смешивание свежего впрыска с остатками выхлопных газов.
11.	Занимает много места.	Занимает меньше места.
12.	Сложная система смазки.	Гораздо более простая система смазки.
13.	Низкая шумность.	Более высокая шумность.
14.	Система газораспределения с клапанным механизмом.	Вместо клапанов используются впускные и выпускные каналы.
15.	Высокая тепловая эффективность.	Менее высокая тепловая эффективность.
16.	Низкое потребление масла.	Более высокое потребление масла.
17.	Меньший износ движущихся деталей.	Повышенный износ движущихся деталей.
18.	Устанавливается в автомобили, автобусы, грузовики и т. д.	Используется в мопедах, скутерах, мотоциклах и т. д.

В ней также приведены положительные и отрицательные качества каждого из этих двух типов.

fb.ru

однотактный роторно-компрессорный двигатель внутреннего сгорания — патент РФ 2470167

Изобретение относится к двигателестроению. Однотактный роторно-компрессорный двигатель внутреннего сгорания содержит компрессор, зубчатый двухроторный двигатель, систему газораспределения, питания, охлаждения, смазки и управления. Впуск, сжатие воздуха и выпуск отработанных газов осуществляются одновременно с рабочим ходом. На каждом роторе зубчатого двухроторного двигателя внутреннего сгорания установлено по одному рабочему зубу. Перед входом в камеру сгорания расположен газораспределительный барабан в виде пустотелого цилиндра с закрепленной внутри крыльчаткой, которые вращаются в воздушной подушке. Сжатый воздух, поступающий из ресивера винтового компрессора, подается в газораспределительный барабан через отверстие в торцевой стенке, откуда через перепускной канал, расположенный вдоль цилиндрической стенки газораспределительного барабана, поступает в камеру сгорания. После запуска и прогрева двигателя возможно использование экологически чистых рабочих ходов, служащих для дополнительного охлаждения двигателя, за счет подачи в камеру сгорания вместо топлива распыленной воды. Вода способна после теплообмена с раскаленными внутренними частями двигателя превращаться в пар. Давление пара, воздействуя на площадь сечения двух рабочих зубьев, преобразуется в полезную работу в виде вращательного движения с положительным крутящим моментом на выходных валах двигателя. Изобретение направлено на повышение экономичности, удельной мощности, надежности и экологичности двигателя. 1 ил.

Рисунки к патенту РФ 2470167

Однотактный роторно-компрессорный двигатель внутреннего сгорания предназначен для использования в качестве автономного привода в машинах и механизмах, используемых человеком в своей жизнедеятельности. Изобретение относится к области двигателестроения. Известен роторный двигатель внутреннего сгорания, номер патента RU 2150589, который в действующей редакции МПК относится к рубрике под индексом F02B 53/00. В прототипе, на мой взгляд, не просматриваются какие-либо преимущества над существующими двигателями внутреннего сгорания (ДВС) из-за низкой эффективности компрессора, встроенного в корпус двигателя. Предлагаемый однотактный роторно-компрессорный ДВС разработан с целью создания наиболее экономичного, с высокой удельной мощностью, надежного и экологически чистого двигателя, за счет полученной возможности осуществлять впуск, сжатие воздуха и выпуск отработанных газов одновременно с рабочим ходом. Для решения поставленной задачи за основу была принята конструкция, состоящая из двух относительно самостоятельных агрегатов. В качестве агрегата, выполняющего функции газораспределения, подготовки и сжигания горючей смеси, превращения энергии расширяющихся газов в полезную работу с возможностью рекуперации энергии, затрачиваемой на сжатие воздуха и охлаждение двигателя, используется специально разработанный зубчатый роторный двигатель внутреннего сгорания. Прототипом для проектирования зубчатого роторного двигателя выбрана конструкция широко известного шестеренчатого масляного насоса, работающего в режиме двигателя и способного выдерживать давление рабочего тела в сотни атмосфер. Вторым агрегатом, который предназначен для обеспечения зубчатого роторного двигателя сжатым воздухом, может служить любой внешний источник сжатого воздуха. В качестве примера предлагается винтовой компрессор с ресивером, его возможности смотрите на сайте: (www.boge/su/serew/sf/htm1).

Таким образом, однотактный роторно-компрессорный двигатель внутреннего сгорания, содержащий компрессор, зубчатый двухроторный двигатель, систему газораспределения, питания, охлаждения, смазки и управления, в котором впуск, сжатие воздуха и выпуск отработанных газов осуществляются одновременно с рабочим ходом, отличается тем, что на каждом роторе зубчатого двухроторного двигателя внутреннего сгорания установлено по одному рабочему зубу, а перед входом в камеру сгорания, образованную между линией касания цилиндрических стенок роторов, стенками корпуса, рабочими поверхностями двух зубьев и внешней цилиндрической стенкой газораспределительного барабана, расположен газораспределительный барабан, в виде пустотелого цилиндра, с закрепленной внутри крыльчаткой, которые вращаются в воздушной подушке, при этом сжатый воздух, поступающий из ресивера винтового компрессора, используемого в двигателе в качестве внешнего источника сжатого воздуха, подается в газораспределительный барабан через отверстие в торцевой стенке, откуда через перепускной канал, расположенный вдоль цилиндрической стенки газораспределительного барабана, поступает в камеру сгорания, где после запуска и прогрева двигателя возможно использование экологически чистых рабочих ходов, служащих для дополнительного охлаждения двигателя, за счет подачи в камеру сгорания вместо топлива распыленной воды, способной после теплообмена с раскаленными внутренними частями двигателя превращаться в пар, давление, которого воздействуя на площадь сечения двух рабочих зубьев, преобразуется в полезную работу в виде вращательного движения с положительным крутящим моментом на выходных валах двигателя.

Конструкция и принцип работы однотактного, роторно-компрессорного двигателя внутреннего сгорания поясняются рисунком. В корпусе 7 зубчатого роторного двигателя по всей длине камеры сгорания расположен вращающийся в воздушной подушке газораспределительный барабан 6, представляющий из себя пустотелый цилиндр, внутри которого установлена крыльчатка 10 и находится сжатый воздух, поступающий от компрессора через отверстие 9 в торцевой стенке, а перепускной канал 5, служащий для наполнения камеры сгорания сжатым воздухом, расположен вдоль цилиндрической стенки барабана. В качестве прототипа газораспределительному барабану выбран золотниковый газораспределительный механизм, конструкция которого не была применена в данном случае, из-за удлинения пути прохождения воздуха и возникновения дополнительных препятствий, увеличивающих в совокупности время заполнения камеры сгорания сжатым воздухом. Камера сгорания 2 образована в пространстве между линией касания цилиндрических поверхностей двух роторов 1 и 12, стенками корпуса 7, двумя зубьями 3, 11 и за счет объема впускного канала 4, перекрываемого вращающейся стенкой газораспределительного барабана 6.

Максимальная степень сжатия воздуха в камере сгорания определяется характеристиками давления применяемого компрессора. Снижение давления отработанных газов в конце рабочего хода возможно конструктивно путем уменьшения объема камеры сгорания по отношению к объему пространства рабочего хода. Пуск однотактного, роторно-компрессорного двигателя внутреннего сгорания осуществляется при помощи электростартера, который, вращая роторы 1 и 12, соединяет перепускной канал 5 газораспределительного барабана 6 с впускным каналом 4 камеры сгорания 2. Рабочий ход начинается с началом поступления сжатого воздуха из ресивера в камеру сгорания. После перекрытия впускного канала, стенкой вращающегося газораспределительного барабана, в камеру сгорания из форсунок, расположенных в боковых стенках корпуса двигателя, впрыскивается топливо, образующаяся при этом горючая смесь самовоспламеняется или поджигается свечами зажигания. После запуска и прогрева возможно дополнительное охлаждение двигателя за счет экологически чистых рабочих ходов, путем периодической подачи в камеру сгорания распыленной воды, которая после теплообмена с раскаленными внутренними частями двигателя превращается в пар. Давление образовавшейся горящей смеси или пара, воздействуя на площадь сечения двух рабочих зубьев, преобразуется в полезную работу в виде вращательного движения с положительным крутящим моментом на роторах. Отработанные газы или охлажденный пар выталкиваются из рабочей полости центробежными силами и обратной стороной зубьев. Управление работой отдельных узлов и механизмов двигателя осуществляется с помощью контроллера или компьютера, на основании полученной информации от следящих устройств и кругового датчика, установленного на роторе. Синхронизирующий блок 8 позволяет изменять частоту вращения газораспределительного барабана, предотвращает контактный износ боковых поверхностей зубьев роторов и допускает конструктивно изменять форму и высоту зубьев. Полный рабочий цикл двигатель совершает за один оборот. Технический результат получен в виде: обеспечения идеальных условий для полного и качественного сжигания различных видов топлива, в бесшумности работы, в высокой удельной мощности, в повышенной надежности, в достигаемом свыше 60% КПД двигателя, в способности к рекуперации и аккумулированию энергии, в высоком крутящем моменте, в широком рабочем диапазоне скоростей вращения роторов от 1000 до 12000 оборотов в минуту.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Однотактный роторно-компрессорный двигатель внутреннего сгорания, содержащий компрессор, зубчатый двухроторный двигатель, систему газораспределения, питания, охлаждения, смазки и управления, в котором впуск, сжатие воздуха и выпуск отработанных газов осуществляется одновременно с рабочим ходом, отличающийся тем, что на каждом роторе зубчатого двухроторного двигателя внутреннего сгорания установлено по одному рабочему зубу, а перед входом в камеру сгорания, образованную между линией касания цилиндрических стенок роторов стенками корпуса, рабочими поверхностями двух зубьев и внешней цилиндрической стенкой газораспределительного барабана, расположен газораспределительный барабан в виде пустотелого цилиндра с закрепленной внутри крыльчаткой, которые вращаются в воздушной подушке, при этом сжатый воздух, поступающий из ресивера винтового компрессора, используемого в двигателе в качестве внешнего источника сжатого воздуха, подается в газораспределительный барабан через отверстие в торцевой стенке, откуда через перепускной канал, расположенный вдоль цилиндрической стенки газораспределительного барабана, поступает в камеру сгорания, где после запуска и прогрева двигателя возможно использование экологически чистых рабочих ходов, служащих для дополнительного охлаждения двигателя, за счет подачи в камеру сгорания вместо топлива распыленной воды, способной после теплообмена с раскаленными внутренними частями двигателя превращаться в пар, давление которого, воздействуя на площадь сечения двух рабочих зубьев, преобразуется в полезную работу в виде вращательного движения с положительным крутящим моментом на выходных валах двигателя.

www.freepatent.ru

Чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного по конструкции и принципу работы

Практически у каждого владельца частного дома имеются бензиновые помощники, облегчающие выполнение разных работ — укос травы, распиливание деревьев, уборка снега. Во главе рассматриваемых агрегатов лежат двигатели внутреннего сгорания, созданные Этьеном Ленуаром в 1860 году. В современных бензоинструментах устанавливаются ДВС, которые делятся на два основных вида — двухтактные и четырехтактные. Какое отличие двухтактного двигателя от четырехтактного, и какие еще есть виды бензомоторов, узнаем подробно из материала.

Что такое ДВС на бензоинструментах

Двигателем внутреннего сгорания именуется агрегат, осуществляющий трансформацию топлива в механическую энергию. Сегодня ДВС применяется везде — от инструментов до автомобилей и прочих видов техники. Принцип работы ДВС обусловлен тем, что в конструкцию подается горючая смесь, основывающаяся на бензине с воздухом. За создание нужной консистенции горючей смеси отвечает карбюратор.

Горючая смесь подается в цилиндр, где осуществляется ее воспламенение. Сгорание смеси способствует тому, что создается полезная энергия, снимаемая с коленчатого вала в виде вращательных движений. Главное достоинство ДВС в том, что он обладает высокой мощностью, если сопоставить с электродвигателями. Большинство бензоинструментов — триммеры, мотокосы, мотоблоки, бензопилы и т.п., оснащаются двигателями внутреннего сгорания двухтактного типа. Более мощные бензоинструменты оснащаются ДВС четырехтактного типа. Чем же отличаются двухтактные и четырехтактные двигатели, какой принцип работы они имеют, а также их плюсы и минусы описаны в материале.

Что называют тактом в ДВС

Тактом на ДВС называется действие, которое совершается внутри механизма. Перемещение поршня в верхнем или нижнем направлении — это и есть такты. Причем один такт — когда поршень движется вверх, выполняя соответствующую работу. Движение поршня вниз, который возвращается от силы, возникающей при сгорании топлива, называется рабочим ходом.

Первый такт, с которого начинается работа мотора — это заполнение цилиндра топливной смесью. Следующий этап — это сжатие поступившей смеси в двигатель. Далее происходит воспламенение, и в завершении отвод сгоревших газов. Это четыре такта, которые выполняются в двигателях четырехтактного типа. Коленвал в четырехтактных агрегатах совершает два оборота при одном воспламенении топлива.

Двухтактные моторы функционируют в два цикла — транспортировка топливной смеси в цилиндр с последующим ее воспламенением, и отведение выхлопных газов из цилиндра. В двухтактных агрегатах коленвал совершает один оборот при сжигании одной порции топливной смеси. Это главное отличие рассматриваемых агрегатов друг от друга.

ДВС 2-х и 4-х тактного типа по виду топлива бывают бензиновыми и дизельными. Чтобы выяснить подробно, какие достоинства и недостатки имеются в рассматриваемых двигателях 2-х и 4-х тактного типа, рассмотрим их конструкцию и принцип работы.

Двухтактный ДВС его конструктивные особенности и описание принципа работы

Большинство бензопил и бензокос оснащаются приводными устройствами двухтактного типа. Два такта — это этап сжатия топливной смеси и рабочий ход поршня (когда он опускается вниз). Чтобы понять, чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного, рассмотрим изначально строение мотора. Основные детали двигателя — это цилиндр, поршень, коленчатый вал и шатун. За сжигание топлива отвечает свеча зажигания, а транспортировка смеси и отвод газов происходит посредством впускного и выпускного каналов. Конструктивная схема двухтактного двигателя отображена на фото ниже.

Двигатель двухтактного типа имеет упрощенное строение в отличие от четырехтактного. Принцип работы у него простой, и начинается с того, что осуществляется перемещение поршня из нижней мертвой точки в верхнюю. В стенках цилиндра присутствует три отверстия — впускной, выпускной и продувочный канал. Впускной расположен ниже, чем выпускной, а продувочный находится между ними, как показано на фото выше. Впускной и продувочный канал соединяется с кривошипно-шатунной камерой. Далее подробное описание принципа работа ДВС.

Первый такт. Первоначально топливо из карбюратора транспортируется в камеру КШМ. Через продувочное отверстие в цилиндр из камеры КШМ засасывается предварительно-поступившая топливно-воздушная смесь. Прекращается подача смеси тогда, когда поршень перекрывает отверстие продувочного канала. Далее движение поршня осуществляет перекрытие выпускного канала. Часть топливно-воздушной смеси при этом уходит в выпускной канал. После перекрытия выпускного канала начинается процесс сжатия горючей смеси. Эта смесь состоит из бензина, масла и воздуха. При достижении поршнем верхней мертвой точки, происходит воспламенение смеси за счет создания искры свечей зажигания.

В тот момент, когда в верхней части цилиндра осуществляется сжатие, в нижней части камеры КШМ создается разрежение. Это разрежение позволяет засосать очередную порцию топлива из карбюратора для следующего воспламенения. Засасываемое топливо в камеру кривошипно-шатунного механизма одновременно выполняет смазывание коленчатого вала и шатуна. Именно поэтому в состав горючей смеси добавляется специальное масло для двухтактного мотора. Двухтактные двигатели не имеют масляного картера, что является одним из главных их отличий от четырехтактных. Все эти процессы совершаются в один такт.

Второй такт. Сгоревшие газы толкают поршень вниз, тем самым осуществляется рабочий ход. Когда открывается выпускное отверстие, в него выходят выхлопные газы, поступающие по каналу в глушитель. Опускающийся вниз поршень создает давление в камере КШМ. За счет этого давления осуществляется выдавливание топливно-воздушной смеси ТПС из камеры КШМ в продувочный канал. В цилиндр следующая порция ТПС выталкивается сразу при открытии доступа к продувочному отверстию. При заполнении рабочей камеры цилиндра порцией топливной смеси происходит одновременное вытеснение оставшихся отработанных газов. Заканчивается второй такт при достижении поршнем нижней мертвой точки.

Визуальный процесс работы двухтактного двигателя представлен на анимированном изображении ниже.

У такого типа ДВС есть свои достоинства и недостатки, которые описаны ниже. Зная строение и принцип работы двухтактного двигателя, разберемся с четырехтактными моторами.

Четырехтактный двигатель его устройство и как он работает

Агрегаты четырехтактного типа имеют более сложное строение, но при этом они отличаются высокой производительностью и большим сроком службы. Их работа состоит из 4 циклов, о чем упоминалось выше. Это такт впуска топливной смеси, ее сжатие, рабочий ход и выпуск сгоревших газов. В отличие от двухтактных, на 4-х тактных моторах имеется масляный картер, посредством которого осуществляется смазывание вращающихся и трущихся деталей. Чтобы понимать, о чем идет речь, ниже представлена схема устройства четырехтактного двигателя внутреннего сгорания.

На схеме выше обозначены основные конструктивные элементы двигателя внутреннего сгорания 4-тактного типа:

Цилиндр — основание, в котором осуществляется перемещение поршня
Поршень — главный рабочий элемент всех двигателей внутреннего сгорания. Поршень имеет кольца, посредством которых обеспечивается сжатие топливной смеси
Шатун — соединительный элемент между коленчатым валом и поршнем
Коленчатый вал — находится в кривошипно-шатунной камере
Палец шатуна — соединительный элемент между коленчатым валом и шатуном
Камера сгорания — в этой камере происходит сжатие топлива и его воспламенение
Впускной клапан — при его открытии в камеру сгорания поступает топливная смесь из карбюратора
Выпускной клапан — открывается для выведения выхлопных газов из камеры сгорания
Свеча зажигания — воспламеняет топливную смесь

Принцип работы аналогичен с двухтактными моторами, но есть некоторые отличительные особенности. Рассмотрим далее принцип работы четырехтактного мотора по циклам.

Первый такт. Транспортировка воздушно-топливной смеси в камеру сгорания выполняется при открытии впускного клапана. Поршень при этом находится в верхней мертвой точке. Открытие клапана выполняется посредством кулачков газораспределительного механизма. Засасывание топливной смеси происходит до момента, пока поршень не достигнет нижней мертвой точки. Коленчатый вал при этом совершает пол оборота.

Второй такт. Начинается он с того, что поршень движется с нижней мертвой точки в верх. При этом осуществляется сжатие поступившей на предыдущем этапе топливно-воздушной смеси. Как только поршень достигает верхней мертвой точки, возникает искра, создаваемая свечой зажигания. Вместе с первым тактом, коленчатый вал совершает один оборот.

Третий такт. От силы давления, сформировавшегося от сжигания смеси, обеспечивается перемещение поршня из верхней мертвой точки в нижнюю. Такое перемещение поршня после сгорания газов называется рабочим ходом. Выхлопные газы на третьем этапе находятся в камере до момента, пока поршень не достигнет нижней мертвой точки. После этого начинается завершающий этап.

Четвертый такт. Поршень перемещается с нижней мертвой точки в верхнюю, тем самым осуществляя высвобождение камеры сгорания от находящихся в ней выхлопных газов. Для этого происходит открытие выпускного клапана, который также при помощи кулачка соединен с газораспределительным механизмом. После этого цикл повторяется.

Анимированное изображение принципа работы четырехтактного двигателя показано на схеме ниже.

Четырехтактные моторы являются более совершенными, выносливыми и надежными по сравнению с двухтактными.

Основные отличия между двухтактным и четырехтактным ДВС

Одно из основных отличий рассматриваемых агрегатов в наличии газораспределительного механизма на 4-тактном моторе. На 2-тактных устройствах газораспределительного механизма нет. Вместо него имеются отверстия в стенках цилиндра, через которые и происходит подача готовой топливно-воздушной смеси, а также отвод выхлопных газов.

ГРМ не только увеличивает вес и размер двигателя, но еще и существенно влияет на его стоимость. Отсутствие ГРМ приводит к тому, что двигатель имеет только два цикла работы. Наличие каналов в стенках цилиндра приводит к увеличенному износу колец и поршня двигателя. Именно поэтому двухтактные двигатели имеют небольшой ресурс работы. Далее рассмотрим конструктивные отличия между 2-тактным и 4-тактным моторами.

Потребление топлива — несмотря на то, что двухтактный агрегат имеет простое строение, в плане потребления бензина он проигрывает четырехтактному. Связано это с количеством тактов. В то время, как 4-цикловый агрегат совершает 2 оборота коленчатого вала, потребляя при этом одну порцию топлива, двухтактный двигатель при этом делает только один оборот. Увеличение расхода топлива составляет примерно 1,5 раза. Кроме того, не стоит забывать, что 2-тактный агрегат имеет несовершенную систему, и в процессе работы наблюдается потеря топливной смеси, выбрасываемой в глушитель. Это часть смеси, которая «вылетает в трубу» при движении поршня вверх в момент сжатия
Тип топлива — моторы 4-тактного типа работают на чистом бензине, который в карбюраторе смешивается с воздухом. Агрегаты 2-тактного типа работают на смеси масла с бензином. Использование чистого бензина недопустимо, что повлечет за собой быстрый выход из строя цилиндропоршневой группы
Система смазки — многие знают, что именно по этому принципу рассматриваемые агрегаты отличаются. В 4-тактном моторе имеется отдельная система смазки, состоящая не только из емкости, но еще и масляного насоса, фильтров и трубопроводной магистрали. Система смазки не взаимосвязана с механизмом подачи топлива, что говорит не только об эффективности, но и продолжительном сроке службы. Двухтактные моторы работают на бензине с маслом. Пропорции смешивания бензина с маслом для бензопилы и бензокосы описаны на сайте. Бензин вместе с малом подается в двигатель, где осуществляется смазка механизма. Стоит отметить, что далеко не все двухтактные моторы имеют общую систему смазки, но встречаются еще и агрегаты с раздельным механизмом, где смешивание происходит автоматически в зависимости от количества оборотов
Тип смазывающих веществ или отличие масла для двухтактного мотора от 4-тактного. Для двухтактных двигателей используются специальные масла «сгорающего» типа. Это масло смешивается с бензином, и попадают в систему КШМ, обеспечивая смазку движущихся деталей. После этого масло в составе с бензином поступает в цилиндр, где воспламеняется и сгорает. Это масло называется двухтактным, и выпускается оно красного или зеленого цвета. Цвет не играет большой роли, и говорит о применении присадок в составе. Четырехтактные моторы работают на чистом бензине, так как они имеют отдельный механизм, отвечающий за смазку КШМ. В таких моторах используется обычное моторное масло, которое нельзя смешивать с бензином, и заливать в двухтактные агрегаты. Это приведет к быстрому засорению электродов свечи и выходу из строя ДВС. Получается, что отличие масла для двухтактных двигателей от четырехтактных заключается в консистенции и составе. На 2-цикловых ДВС используются сгораемые типы масел, которые перед тем, как сгореть, смазывают всю систему

По системе смазки четырехтактных двигателей нужно отметить, что они бывают двух типов — с сухим и мокрым картером. Различаются они по способу смазки. В мокром типе происходит подача масла из картера на КШМ. Насос перекачивает масло из картера, являющегося частью двигателя.

На ДВС с сухим картером используется отдельный бак с маслом. Из него масло насосом перекачивается в систему КШМ, обеспечивая смазку деталей. Скапливающееся масло обратно транспортируется в бак при помощи дополнительного насоса.

Зная основные конструктивные и принципиальные отличия рассматриваемых механизмов, следует разобраться с их достоинствами и недостатками, которые имеются у обоих вариантов.

Плюсы и минусы ДВС

Для начала рассмотрим все имеющиеся достоинства и недостатки двухтактных моторов, которые несмотря на свою конструкцию, пользуются большой популярностью. К их преимуществам относятся:

Простота конструкции
Высокая скорость набора оборотов
Невысокая стоимость, что делает инструменты, оснащенные такими агрегатами очень популярными
Простота обслуживания, что обусловлено отсутствием ГРМ и отдельной системы смазки
Малый вес и габариты, что делает инструменты с такими ДВС удобными и практичными

Теперь разберемся со всеми недостатками, которые имеются у двухтактных двигателей:

Шумность работы
Низкая экологичность, что обусловлено выделением в атмосферу не сгоревшего топлива
Низкий ресурс работы
Необходимость смешивания бензина с маслом при каждой дозаправке. Кроме того, нельзя долго хранить разведенное топливо, иначе происходит его порча
Большой расход топлива
Небольшая мощность в сравнении с четырехтактными

У 4-тактных агрегатов достоинств намного больше, однако такие недостатки, как сложность конструкции, большой вес и цена оставляют негативный отпечаток. Далеко не каждый может позволить себе покупку, к примеру, снегоуборщика с 4-тактным мотором, который стоит в 2 раза больше, чем аналог с более примитивным агрегатом. Все недостатки 2-тактных моторов — это есть преимущества четырехтактных.

В силу большого количества недостатков обоих видов двигателей, производители запатентовали выпуск модернизированных моделей ДВС, которые получили название 4-MIX и 2-MIX. Наверняка вы сталкивались с тем, что при ремонте или замене деталей двигателя бензопилы или бензокосы, обнаруживалось наличие механизма ГРМ, но при этом инструмент заправляется разведенным бензином с маслом, как указывает производитель. Все верно, это говорит о том, что ваш инструмент оснащен двигателем 4-mix. Более подробно об этих типах двигателей узнаем далее.

Что такое ДВС 4-mix и для чего он предназначен

Если вы задаетесь вопросом, что такое двигатель 4-mix или почему бензокоса Штиль заправляется бензино-масляной смесью, а в инструкции указано, что она четырехтактная, то именно здесь вы найдете ответ. Компания Stihl запатентовала новый тип двигателя, который получил название 4-MIX. Его особенность в том, что он совмещает в себе достоинства двухтактного и четырехтактного моторов. Как же устроен такой тип двигателя, и самое интересное, как обеспечивается смазка КШМ, узнаем в деталях. Ниже представлена схема ДВС 4-mix.

На схеме видно, что такой двигатель оснащен ГРМ, и работает агрегат в 4 такта. При этом, чтобы сэкономить на стоимости бензоинструмента, производители не используют отдельную систему смазки. Смазка КШМ осуществляется вместе с топливом, как это свойственно для двухтактных моторов. Поступление бензина с маслом в камеру КШМ осуществляется из емкости, где располагаются коромысла впускного и выпускного клапанов.

Эта емкость соединяется с камерой КШМ при помощи каналов, в которых располагаются направляющие клапанов, соединенные одной частью с коромыслом, а второй с кулачком на распредвале.

В герметичную камеру клапанов засасывается топливно-воздушная смесь из карбюратора, которая направляется по каналам к кривошипно-шатунному механизму. Чтобы иметь представление, как работает ДВС 4-mix, рассмотрим пошаговую работу каждого такта.

Первый такт начинается с того, что поршень из верхней мертвой точки движется вниз, одновременно всасывая через открывающийся впускной клапан порцию топливно-воздушной смеси. Эта смесь всасывается из карбюратора и камеры клапанов. Двигающийся поршень вниз создает давление в камере КШМ, что позволяет выдавливать скопившуюся топливно-воздушную смесь через каналы направляющих клапанов. В итоге цилиндр заполняется смесью бензина с маслом и воздухом
Когда поршень достигает нижней точки, начинается процесс сжатия топлива. Смесь воспламеняется от искры, создаваемой свечой зажигания, как только поршень достигает верхней мертвой точки. В то время, как в цилиндре сжимается смесь, под поршнем создается разрежение или вакуум. За счет вакуума происходит засасывание очередной порции топлива из карбюратора в камеру КШМ через емкость клапанов. Поступившая смесь в камеру КШМ осуществляет смазку рабочих деталей
После сгорания топлива, поршень движется вниз — происходит рабочий ход. В это время под поршнем возрастает давление, которое выталкивает засосавшую смесь обратно в камеру клапанов. Смесь заполнить рабочую часть цилиндра не может, так как впускной клапан закрыт. От избытка давления смесь в некотором количестве выталкивается обратно в карбюратор. Это приводит к тому, что часто на двигателях 4-mix воздушные фильтры влажные. Это вовсе не проблема с карбюратором, а нормальное явление. Количество выбрасываемой смеси не такое большое, как на двухтактных двигателях, где выталкивание смеси происходит через выпускной канал. Кроме того, оседающее топливо на фильтре не выбрасывается в атмосферу, а конденсируясь, снова всасывается в двигатель. Рабочий ход или третий такт заканчивается когда поршень достигает нижней мертвой точки
Завершающий этап — открытие выпускного клапана. Через клапан выдавливается сгоревшее топливо в виде выхлопных газов. Под поршнем снова создается разрежение, вследствие которого происходит засасывание очередной порции топливно-воздушной смеси из карбюратора, поступающего в камеру КШМ

Так происходит работа ДВС 4-микс, которые получили большую популярность. Среди преимуществ таких моторов следует выделить следующие факторы:

Практически полное сгорание топлива, что положительно влияет на норму токсичности
Простая система смазки, исключающая необходимость использования масляного картера и насоса
Сниженный вес, который немного больше, чем весит двухтактный агрегат
Пониженный уровень шума по сравнению с двухтактными моторами
Высокая мощность
Низкое потребление топлива
Хорошее ускорение и тяговое усилие

Это интересно! Бензоинструменты от компании Stihl, оснащенные ДВС 4-mix, имеют улучшенную систему запуска за счет применения механизма декомпрессии. Эта система реализуется за счет приоткрытия впускного клапана во время старта. Обеспечивается приоткрытие клапана при помощи металлического выступа на кулачке механизма ГРМ. Работает система декомпрессии только при запуске мотора, а когда он уже запущен, то язычок за счет центробежной силы скрывается в кулачке.

В итоге компании Stihl удалось совместить все достоинства 4-х и 2-х тактных двигателей, создав при этом агрегат под названием 4-mix. Простота конструкции, неприхотливость, доступная стоимость, высокая мощность и прочие достоинства присущи для этого современного типа двигателей внутреннего сгорания.

Что такое двигатели внутреннего сгорания 2-MIX и X-torq

Компания Stihl предлагает также бензиновые инструменты с двухтактным двигателем модернизированной версии. Этот двигатель получил название 2-mix – двухтактная модель усовершенствованного типа. Аналогичную модель двигателя выпустила компания Husqvarna, и назвала его X-torq. Принцип работы двигателей одинаков, а отличия присутствуют только в конструкции. Схема работы ДВС 2-MIX представлена ниже.

На схеме видно, что топливно-воздушная смесь, поступающая от карбюратора, разделяется на два потока. Зеленой стрелкой показана смесь, которая всасывается в камеру КШМ, осуществляя тем самым смазку деталей. Ее всасывание происходит во время движения поршня вверх, когда создается разрежение. Поток смеси, указанный стрелкой синего цвета, подается непосредственно в камеру цилиндра, где происходит его сжатие и воспламенение. Всасывание топливно-воздушной смеси в цилиндр происходит при движении поршня вниз. Что примечательного в такой схеме работы двигателя?

Разделение потока позволило снизить выбросы топливной смеси в атмосферу, выходящей вместе с выхлопными газами. Это достигается за счет того, что рабочая область цилиндра заполняется смесью, обогащенной воздухом. Этот воздух выталкивает выхлопные газы, и в некотором количестве также выводится из камеры сгорания. Более насыщенный топливом поток поступает в камеру КШМ, обеспечивая эффективную смазку деталей.

В итоге модернизация двухтактного мотора способствовала тому, что снились потери топлива, а значит и уменьшился расход. Кроме того, выхлоп стал более чистым, так как в составе смеси отсутствует бензин с маслом, а система КШМ получила более эффективную систему смазки. При этом стоимость такого двигателя не сильно отличается от обычного двухтактного. Схема работы такого типа агрегата показана на видео.

Есть ли особые требования к качеству топлива для обычного двухтактного мотора и 2-mix? Разницы нет никакой, кроме того, на таких двигателях применяются одинаковые типы карбюраторов. Отличие карбюратора только в наличии дополнительной проставки, посредством которой происходит разделение потока топливной смеси на 2-MIX моторах.

Подводя итог, надо отметить, что отличия между рассматриваемыми типами двигателей имеются, и они достаточно существенные. Однако менее надежные 2-тактные агрегаты продолжают активно пользоваться популярностью за счет своей простой конструкции и невысокой стоимости. Зная конструкцию и принцип работы, не составит большого труда произвести ремонт двигателя таких инструментов, как бензопилы, мотокосы, мотоблоки, снегоуборщики, лодочные моторы и прочие.

Публикации по теме

moiinstrumentu.ru

Двухтактный двигатель внутреннего сгорания — принцип работы и устройство + Видео

Современное машиностроение готово представить различные виды двигателей и механизмов, которые, так или иначе, облегчают жизнь человека. Одним из таких силовых агрегатов считается двухтактный двигатель внутреннего сгорания. В этой статье мы рассмотрим его подробный принцип действия, устройство, достоинства и недостатки, а также применение.

Устройство и принцип работы двухтактного двигателя

Двухтактный ДВС – это поршневой мотор, в котором сгорание топливовоздушной происходит не в камере сгорания, как в четырехтактных, а непосредственно в самом рабочем цилиндре. Устройство такого двигателя мало чем отличается от конструкции четырехтактного. В своем составе он имеет все те же детали, что и обычный, поршневой ДВС – это поршень, цилиндр и кривошипно-шатунный механизм.

В блоке цилиндров устанавливается поршень, внутрь которого посредством специальной втулки вмонтирован шатун. в нижней части шатуна также располагается коленчатый вал. Коленвал подвешивается посредством двух подшипников и погружается в специальный картер. Главное особенностью такого двигателя можно называть то, что смазывающий компонент и топливо смешиваются в одну смесь и подаются наравне с воздухом в камеру сгорания.

Принято считать, что мощность двухтактного двигателя значительно выше, чем у четырехтактного, однако если учесть, какую работу двигатель совершает на такой короткий ход поршня, то можно сделать вывод о его слишком низком коэффициенте полезного действия.

Работа двухтактного двигателя внутреннего сагорания

Как уже понятно из названия, такой двигатель имеет всего два рабочих такта, которые будут описаны ниже.

Первый такт (сжатие). Поршень находится в нижней мертвой точке двигателя и начинает движение вверх. В процессе подъема через продувное отверстие в цилиндр попадает определенное количество топлива, которое смешано с маслом и воздухом. Как только поршень достигает отверстия, оно перекрывается и подача смеси прекращается. На этом же этапе перекрывается и выпускное отверстие. Поршень движется в верхнюю мертвую точку и сжимает смесь.
Второй такт (рабочего хода поршня). В верхней мертвой точке происходит сжатие и воспламенение смеси. В результате небольшого взрыва, поршень под действием высокого давления начинает движение вниз, тем самым, открывает выпускное отверстие и дает возможность освободить цилиндр от отработавших газов. Часть масла, находящаяся в смеси остается на стенках цилиндра, а другая часть попросту выходит вместе с отработавшими газами. Поршень достигается самой нижней мертвой точки, и цикл начинается сначала.

Стоит отметить, что для более удачного искрообразования искра должна возникать чуть раньше, чем поршень достигнет верхней мертвой точки. Идеальным зажиганием можно назвать то, которое с увеличением числа оборотов двигателя дает искру еще раньше. Такая система напрочь отсутствовала до 2000-х годов. В те времена искрообразование было настроено под оптимальные обороты, а потому двигатель работал малоэффективно. В настоящее же время применяются специальные электронные коммутаторы, в которых имеется динамическое опережение в момент зажигания. Оно изменяется с увеличением или уменьшением числа оборотов двигателя.

Преимущества двухтактного двигателя от четырехтактного

Небольшие габариты силовой установки. Для такого двигателя нужно совсем мало место, что легко объясняет их применение на мотоциклах.
Меньшая масса, по сравнению с обычным четырехтактным двигателем.
Экономичный расход топлива. Это относится только к дизельному двигателю, когда расход топлива составляет всего 50% от среднего.
Простота и эргономичность установки. Конструкция двухтактного двигателя не представляет собой ничего сложного, а потому поддается легкому обслуживанию и ремонту.

Недостатки двухтактных моторов

С уменьшением расхода топлива существенно увеличивается расход масла, так как заливается он наравне с топливом в бензобак двигателя. Дело в том, что конструкция подобной силовой установки не позволяет иметь специальный резервуар для хранения смазывающего вещества. В связи с чем, возникает необходимость добавления масло в топливовоздушную смесь.
Так как потребление воздуха в таких двигателях серьезно возрастает, то возникает необходимость применение воздушных фильтров особой конструкции.
Из-за особенностей впускной и выпускной системы есть огромная вероятность непреднамеренной смеси отработанных газов со свежей смесью.
Выбор двухтактных двигателей на рынке серьезно ограничен. Это делает их стоимость достаточно высокую.
Неэффективная работа двигателя. Данная конструкция не позволяет создавать высокий коэффициент полезного действия.

Применение двухтактных двигателей

Наибольшее применение двухтактные двигатели нашли в мототранспорте. Имея весьма небольшие размеры, такой мотор можно применять на мопедах, мотоциклах и мотороллерах. Кроме того, двигатели таких габаритов нашли широкое применение в бензиновых пилах. Дело в том, что для приведения цепи в действия совсем не нужны высокие характеристики, главное создать определенную частоту вращения, при которой бензопила будет способна справиться со своими основными обязанностями.

Помимо мотоциклетной техники, двухтактными двигателями малоактивно оснащали и автомобили. Как правило, это были небольшие малолитражки, предназначенные для поездок на небольшие расстояния по городу. Двухтактные двигатели применяются и по сей день на многих моторных лодках.

Это все, что необходимо знать о двухтактных двигателях внутреннего сгорания. При всех преимуществах и недостатках данного мотора, многие конструкторы отдают предпочтение именно четырехтактным двигателям, поэтому малообъемный мотор не нашел широкого распространения.

vipwash.ru