Вчем отличие двухтактного мотора от четырехтактного?
Двухтактный двигатель, двигатель внутреннего сгорания, в котором рабочий цикл совершается за один оборот коленчатого вала, т. е. наполнение цилиндра горючей смесью (или воздухом), сжатие и сгорание, а также расширение и выпуск газов происходят за два хода поршня.
Недостатки двухтактных двигателей:
Недостатком являются высокая термическая нагруженность поршневой группы, снижающая надёжность двигателя, и сложность осуществления продувки.
Преимущества двухтактных двигателей:
В двухтактных двигателях все рабочие циклы (процессы впуска топливной смеси, выпуска отработанных газов, продувки) происходят в течении одного оборота коленвала за два основных такта. У двигателей такого типа отсутствуют клапаны (как в четырехтактных ДВС), их роль выполняет поршень, который при своем перемещении закрывает впускные, выпускные и продувочные окна. Поэтому они более просты в конструкции.
Мощность двухтактного двигателя при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения вала теоретически в два раза больше четырехтактного за счет большего числа рабочих циклов. Однако неполное использование хода поршня для расширения, худшее освобождение цилиндра от остаточных газов и затраты части вырабатываемой мощности на продувку приводят практически к увеличению мощности только на 60…70%.
Четырёхтактный двигатель, двигатель внутреннего сгорания, цикл работы которого состоит из четырёх тактов (ходов поршня), происходящих за два оборота коленчатого вала двигателя. При его первом обороте осуществляется впуск и сжатие. Впуск рабочей смеси (у карбюраторного двигателя, или двигателя с воспламенением от искры) или воздуха (у дизеля) происходит при движении поршня от верхней мёртвой точки (в. м. т.) к нижней мёртвой точке (н. м. т.). Сжатие рабочей смеси или воздуха осуществляется при движении поршня от н. м. т. к в. м. т. При втором обороте коленчатого вала совершается рабочий ход (поршень движется так же, как при впуске) и выпуск (поршень движется так же, как при сжатии). Рабочий ход (сгорание — расширение) осуществляется под действием давления на поршень продуктов сгорания топлива. Выпуск — последний такт; во время него отработавшие продукты сгорания удаляются из цилиндра двигателя.
Недостатки четырёхтактных двигателей:
Все холостые ходы (впуск, сжатие, выпуск) совершаются за счёт кинетической энергии, запасённой коленчатым валом и связанными с ним деталями во время рабочего хода, в процессе которого химическая энергия топлива превращается в механическую энергию движущихся частей двигателя. Поскольку сгорание происходит в доли сек, то оно сопровождается быстрым увеличением нагрузки на крышку (головку) цилиндра, поршень и другие детали двигателя. Наличие такой нагрузки неизбежно приводит к необходимости увеличить массу движущихся деталей (для повышения прочности), что в свою очередь сопровождается ростом инерционных нагрузок на движущиеся детали. Уступают по мощности двухтактным.
К незначительным недостаткам, которые с лихвой окупаются достоинствами, можно отнести работы по регулировке теплового зазора клапанов и время разгона скутера с места, которое несколько больше, чем у двухтактных мопедов.
Преимущества четырёхтактных двигателей:
-экономичность расхода топлива;
-надежность;
-простота обслуживания;
-четырехтактный двигатель работает тише и устойчивей.
В отличие от двухтактного двигателя, в котором смазка коленвала, подшипников коленвала, компрессионных колец, поршня, пальца поршня и цилиндра осуществляется благодаря добавлению масла в топливо; коленвал четырехтакного двигателя находится в маслянной ванне. Благодаря этому Вам не надо смешивать бензин с маслом или доливать масло в специальный бачок (на моделях двухтактных скутеров с раздельной системой смазки).
Так же на зеркале поршня и стенках глушителя и выхлопной трубы образуется значительно меньше нагара. К тому же, в 2-тактном двигателе происходит выброс топливной смеси в выхлопную трубу, что объясняется его конструкцией.
Что может двухтактный двигатель
Мой хороший знакомый, очень уважаемый мною моторист и бывший мотогонщик когда то сказал фразу о двухтактном моторе, которая мне очень запомнилась: «Жизнь двухтактного мотора как у бабочки, очень яркая, но недолгая».
Эта фраза мне вспомнилась после того как, я наткнулся на статью о гоночном двухтактном двигателе Honda-NSR500.
Ведь действительно автомобилисты редко сталкиваются с двухтактными двигателями и поэтому мало о них знают. А ведь двухтактники обладают двумя огромными преимуществами — огромная литровая мощность и очень малый вес. Эти характиристики идеально подходят для гоночных мотоциклов.
Технические характеристики HONDA NSR500.
Год выпуска: 1992
Мощность двигателя: до 200 лс при 14000 оборотов в минуту на 2000 год.
Крутящий момент: 106 н/м при 11450 оборотов в минуту
Рабочий объем: 498 куб. см.
Двухтактный, 60-градусный, 4 цилиндровый, V образный
Ширина двигателя 300 мм
Масса двигателя 45 кг
Масса мотоцикла без топлива 135 кг
Запас топлива 32 литра
Максимальная скорость более 320 км/час
Разгон до 100 около 2 сек. Сильно зависит от массы пилота и топлива.
HONDA NSR500 был самым успешным из полулитровых двухтактных Гран при мотоциклов, и зачастую наиболее опасным из всех. Это было связано главным образом из-за его двигателя V4, который был вообще самый мощным на гоночной сетке. Норов и мощность его была настолько жесткой, что лучшие гонщики мира в том числе и Валентино Росси, не всегда могли его полностью контролировать.
NSR дебютировал в 1984 году и с тех пор на этом мотоцикле за 18 лет, было выиграно 10 Гран-При в классе 500 и 130 отдельных гонок. Такой успех прежде всего связан с устройством двигателя и малым весом самого болида. Двухтактный двигатель HONDA NSR500 с одним коленвалом, без дополнительных балансиров, получился очень легким и обладал малым гироскопическим эффектом, что позволяло улучшить маневренность мотоцикла в поворотах. Огромная мощность позволяла быстро разгоняться.
Мощность двигателя постоянно росла и в 1989 году она составляла уже 190 лс а в 2000г 200 лс. Около 18 лет мотоциклы HONDA, оснащенные этим безумным двигателем состязались и выигрывали на гоночных трассах по всему миру. По сей день двигатель NSR500 является одним из самых безумных двигателей из когда либо созданных.
Но за все надо платить. В данном случае охренительный расход топлива (это вообще особенность двухтактных моторов обусловленная гениально простой системой газораспределения), а у гоночных моторов так тем более, и очень малый моторесурс.
Получается фраза бывалого мотогонщика очень точно отображает жизнь двухтактного двигателя — как у бабочки, очень яркая, но недолгая.
Двухтактный двигатель внутреннего сгорания
Двухтактным называется двигатель внутреннего сгорания, завершающий полный рабочий цикл за один оборот коленвала.
История создания двухтактного двигателя
Во многих источниках создание первого двигателя внутреннего сгорания приписывают Готтлибу Даймлеру, другие считают изобретателем Николаса Отто. Однако существует версия, что и те, и другие ошибаются. Еще в 1858 году бельгиец Жан Жозеф Этьен Ленуар создал двухтактный двигатель внутреннего сгорания на газовом топливе.
В отличии от паровой машины он был проще и экономичнее. Однако двигатель бельгийского инженера был далек от совершенства. Это доказал Николас Отто, представив свой четырехтактный мотор. Его КПД был гораздо выше, чем у мотора Ленуара, а сам двигатель имел меньшие габариты. Двухтактный двигатель резко потерял популярность, и до начала ХХ века почти полностью исчез.
В России хорошо известны мотоциклы ИЖ «Планета» и «Юпитер» с двухтактными двигателями. В Германии в период Второй мировой двухтактные двигатели активно применялись в самолетостроении. В наше время, к примеру, моторы марки Rotax, широко используются в малой авиации.
С ужесточением норм токсичности двухтактные двигатели перестали рассматриваться в качестве силовых установок для гражданского транспорта, но на скутерах, снегоходах, катерах и в авиамодельном спорте, то есть там, где требуются моторы малого объема и веса, конкурентов им по-прежнему нет.
Устройство двухтактного двигателя
Конструктивно двухтактный и четырехтактный двигатели схожи. Основное различие между ними заключено в принципе газораспределения и в том, что рабочий цикл в двухтактном двигателе совершается за один оборот коленчатого вала.
Отдельного газораспределительного механизма в двухтактном двигателе нет. Роль впускных и выпускных клапанов выполняют отверстия в стенках цилиндра, а выталкивает выхлопные газы наружу и втягивает внутрь очередную порцию рабочей смеси сам поршень. В процессе газообмена участвует и кривошипная камера.
Для наполнения цилиндра топливовоздушной смесью используется впускное окно, которое также называют продувочным. Второе, выпускное окно, служит для удаления отработавших газов из цилиндра. Оно расположено выше впускного.
В течение первого такта поршень движется вверх, перекрывая продувочное окно, а затем и выпускное. Происходит сжатие топливовоздушной смеси. В это время в кривошипной камере создается разрежение, которое используется для всасывания топливо-воздушной смеси из карбюратора в полость картера.
Далее начинается второй такт. Свеча зажигания воспламеняет сжатую топливовоздушную смесь. Расширяясь, газы толкают поршень вниз. По мере движения поршня вниз открывается выпускное окно, и часть газов удаляется из цилиндра. При движении поршня вниз в кривошипной камере создается избыточное давление. Поршень продолжает двигаться вниз, к нижней мертвой точке, и открывает продувочное отверстие. Начинается наполнение цилиндра топливовоздушной смесью из кривошипной камеры. Свежая смесь выталкивает из цилиндра остатки отработавших газов.
Описанная схема работы характерна для карбюраторных моторов. Схема работы дизельных и инжекторных бензиновых двухтактных моторов отличается тем, что топливо впрыскивается в камеру сгорания через форсунку, а в полость кривошипной камеры засасывается чистый воздух.
Преимущества и недостатки двухтактных двигателей
Самое главное преимущество двухтактных двигателей – более высокая, по сравнению с четырехтактными, литровая мощность. Дело здесь в том, что при равном количестве цилиндров и количестве оборотов коленчатого вала в минуту, каждый цилиндр совершает рабочий ход вдвое чаще. При этом, за счет того, что фактический рабочий ход двухтактного двигателя короче (он укорочен за счет процессов газообмена), реально объем двигателя увеличивается на 50-60%.
Не менее важное преимущество — компактность. Благодаря этому качеству двухтактные двигатели нашли широкое применение не только в небольших транспортных средствах наподобие снегоходов, но и в садовой технике, а также инструментах (к примеру, в бензопилах). Кроме того, отсутствие газораспределительного механизма заметно делает конструкцию проще и дешевле в производстве.
Есть у двухтактных ДВС и существенные недостатки. Они расходуют больше топлива впустую, так как при открытии выпускного окна в систему выхлопа попадает часть несгоревшей смеси. Система смазки классического двухтактного мотора крайне примитивна – бензин смешивается с маслом заранее, и оба эти вещества попадают в камеру сгорания одновременно. Обусловлено это тем, что организовать масляную ванну в картере невозможно – картер участвует в процессе газообмена. В результате масло, не пошедшее на смазывания стенок цилиндра, сгорает вместе с топливом. Ресурс двухтактного двигателя также значительно меньше, главным образом, за счет высоких оборотов коленвала. По этой причине в двигателях этого типа применяется только специальное высококачественное масло, разработанное для применения в двухтактных двигателях. Экологические параметры также оставляют желать лучшего: в выхлопе, из-за особенностей газораспределения, содержится большое количество СО и СН.
Эксплуатация двухтактного двигателя
Для смазывания поршневой группы двухтактного двигателя необходимо добавлять масло непосредственно в топливо. Причем, бензин и масло, перед тем как залить в бак, нужно предварительно смешать. Правда, некоторые производители избавляют владельцев от этой проблемы установкой отдельного бачка для масла. В этом случае оно добавляется в топливо автоматически в нужной пропорции.
Не следует забывать, что картер мотора также участвует в газораспределении и должен быть герметичен. Поэтому необходимо тщательно следить за состоянием прокладок.
Двухтактный чудо-мотор для пикапа: его придумали русские, выпускали немцы, а довели до ума американцы
Американский разработчик двухтактных оппозитных двигателей Achates Power Inc. испытывает прототип бензинового ДВС с воспламенением от сжатия. Решение, позволяющее значительно сократить объемы вредных выбросов, будет адресовано сегменту LCV.
Недавно сформированное стратегическое партнерство компаний Ricardo и Achates Power Inc. (API) может оказаться полезным для мировой автоиндустрии. Калифорнийский альянс получил грант ARPA-E (Advanced Research Projects Agency-Energy, Агентство передовых исследований в области энергетики) на разработку решений по повышению энергоэффективности и снижению вредных выбросов ДВС полноразмерных пикапов.
Двухтактный 2,7‑литровый двигатель OP-3 мощностью 270 л. с. разработки Achates Power. 
Новая программа под условным наименованием Gen II основывается на конструкторских решениях двигателя первой генерации (API Gen I) с встречно движущимися поршнями, делая упор на совершенствование характеристик мощности, крутящего момента, оптимизацию весовых и габаритных параметров, а также снижение вредных выбросов. Упомянутая конфигурация представляет собой ДВС с расположением поршней в два ряда, один напротив другого в общих цилиндрах таким образом, что поршни каждого цилиндра движутся навстречу друг другу и образуют общую камеру сгорания. Компоновка обеспечивает прямоточную продувку — самую совершенную для двухтактного цикла.
Стендовые испытания показали сравнительно низкий уровень вредных выбросов.
Интересно, что идея использования моторов со встречным движением поршней отнюдь не нова. Создателем подобного силового агрегата является российский инженер Раймонд Корейво, который запатентовал свое изобретение в 1907 году. А известным примером реализации этого решения в промышленных масштабах является двухтактный авиационный дизель Junkers Jumo, разработанный в конце 20‑х годов и находившийся в производстве по 1943 год. Однако впоследствии идея не получила ожидаемого отклика со стороны автопрома (одна из причин — в высоком уровне вредных выбросов, что обусловлено неполным окислением продуктов сгорания). Среди тех, кто снова взялся за разработку редких поршневых оппозитников, — вышеупомянутая API. Недавно компания опубликовала технический документ, в котором говорилось о 30 %‑ном улучшении экономии топлива, когда ее двигатель был сравнен с дизелем современного поколения.
Двухтактные авиационные дизели Junkers Jumo с встречно движущимися поршнями были разработаны в конце 20‑х годов, производились по 1943 год.
Разрабатываемый API трехцилиндровый мотор будет иметь рабочий процесс с воспламенением от сжатия бензина — версия OP-3 GCI (Gasoline Cоmpression Ignition). Такой двигатель сочетает в себе характеристики бензинового и дизельного двигателей. Так же как в бензиновом ДВС, в GCI впрыск топлива происходит на такте впуска. Однако вместо использования электрической искры для зажигания части топливной смеси GCI сжимает смесь целиком и сразу, увеличивая ее плотность и температуру, пока она одновременно не воспламенится по всему объему. При этом выбросы NOx, несмотря на чрезвычайно бедную топливную смесь, останутся, как обещают разработчики, на сравнительно низком уровне.
В моторах с встречным движением поршней последние располагались вертикально друг над другом. Из-за того что они находятся в одном цилиндре, создается единая камера сгорания.
Прототип Gen II также получил усовершенствованную систему турбонаддува, электрооборудование напряжением 48 В, проведена оптимизация массогабаритных параметров агрегата. Сообщается, что тестовый пикап Ford F150, оснащенный 2,7‑литровым мотором GCI мощностью 270 л. с., в ходе испытаний показал расход топлива 6,3 л/100 км, что вписывается в нормы американского стандарта CAFÉ до 2025 года.
Двухтактный двигатель в автомобиле [легче, чище, ниже расход топлива]
Когда двухтактный двигатель заменит четырехтактный
Двухтактные двигатели скоро заменят в автомобилях четырехтактные. Идея, которая пришла в голову инженеру Петеру Хофбауеру сделает маленькую революцию в мировом автомобилестроении. Он доказал, что двухтактный движок может применяться не только в газонокосилках и подвесных лодочных моторах, но и в автомобилях. По своим показателям двухтактный движок способен превзойти автомобильный четырехтактный.
Двухтактный двигатель в автомобилях – еще лучше, еще легче, еще эффективнее
Идея двухтактного двигателя для автомобилей не нова, но до сих пор никому не удавалось ее реализовать из-за инженерных препятствий. Однако Петер Хофбауер сделал прорыв в этой области, за что и получил награду в 2011 году за конструкцию двухтактного двигателя, который лучше и эффективнее традиционного четырехтактного.
Относительно простые и легкие, двухтактные движки, используемые в бензопилах и навесных лодочных моторах, прекрасно подошли бы легковым машинам. Подошли, если бы не их минусы – двухтактники сильнее загрязняют окружающую среду, в сравнении с четырехтактными. Плюс ко всему они требуют более качественного масла, у них больше расход топлива. Зато на высоких оборотах двухтактники более приемистые. При меньших чем у черехтактника размерах, в двухтактниках камера сгорания больше, а движение поршня медленнее, из-за чего ТВГ (температура выхлопных газов) выше. Атмосфера страдает, Greenpeace протестует. «Я потратил как минимум 50 миллионов долларов компании GM, чтобы доказать, что двухтактники никогда не будут использоваться в легковых машинах», говорит ветеран General Motors Дон Ранкл. Однако движок со встречным движением поршней, разработанный Петером Хофбауером, изменил точку зрения Ранкла.
Как и в других двигателях со встречным движением поршней или плоских движках, поршни в созданном Петером двухтактнике движутся горизонтально. «Момент истины» для Хофбауера настал, когда бывший инженер компании Volkswagen обдумывал, в чем же слабые места встречного движения поршней мотора VW. «И в тот момент я подумал, Боже, ведь все настолько просто! Нужно заменить головку блока цилиндров на головку с движущимся поршнем и впускным окном!».
Теперь о конструкции прототипа двухтактного двигателя, которым Хофбауер пытается оснастить автомобили будущего.
Конструкция двухтактника Хофбауера
1.Турбонаддув
Электрический мотор установлен на вал вентилятора и быстро набирает обороты; в обратном направлении он вырабатывает электроэнергию от выхлопных газов. Кроме того, он управляет давлением выхлопных газов, чтобы минимизировать выбросы.
2.Стальные шатуны
Длинные стальные шатуны присоединяют внешние поршни к коленчатому валу. С двумя поршнями, за один рабочий ход, движок ведет себя так, как будто у него длинный ход поршня – получается большее число доступной энергии и повышается эффективность. В то же время, коленчатый вал остается таким же компактным, и соответственно легким.
3.Коленчатый вал
Двигатель является модульным, и коленчатый вал пары цилиндров может быть соединен муфтой. Во время поездки по скоростному шоссе, ненужные цилиндры просто остаются бездейственными, а затем, при необходимости, снова включаются в работу.
4.Цилиндр
Учитывая изначальный недостаток двухтактных дизельных двигателей, которые конструктивно выбрасывают более насыщенные газы в атмосферу, Петер Хофбауер, изменил конструкцию впускной, выпускной систем и камеры сгорания, что предотвратило выход излишков несгоревшего топлива с вредными газами в атмосферу. Газы входят и выходят из цилиндра через специальные окна в его стенках.