Первый работающий 2-х тактный двигатель сконструировал француз Эжен Ленуар в 1860 году. Его двигатель работал на газе.
В 1876 году немецкий инженер Николас Отто создал 4-х тактный двигатель. Совершенствование ДВС (двигателей внутреннего сгорания)продолжается по сей день.
В 1897 году конструктор Рудольф Дизель разработал прототип сегодняшнего дизеля, где воспламенение топливной смеси происходит за счет сильного сжатия. В данной статье не описываются газовые турбины, двигатель Ванкеля.
На фото показана принципиальная схема работы двигателей.
Описание работы двигателей.
Описание принципа действия 2-х тактного двигателя.
Сам двигатель состоит из картера, коленчатого вала,цилиндра. У двухтактных двигателей коленчатый вал установлен на подшипниках. (Установка на подшипниках обусловлена системой смазки) Цилиндр представляет собой чугунный, отполированный внутри, стакан стакан, внутри которого двигается поршень (Как правило выполненный из дюралюминия).
В канавки на поршне вставлены пружинящие поршневые кольца. Кольца служат для уплотнения между цилиндром и поршнем, что бы не пропускать газы, образующиеся при сгорании топлива. Поршень соединен с шатуном пальцем.Поршень двигается возвратно-поступательно. С помощью шатуна возвратно-поступательное движение преобразуется во вращательное коленчатого вала. Все трущиеся поверхности 2-х тактного двигателя смазываются с помощью топливной смеси в которую добавлено масло.
Рабочий цикл происходит за 2 такта.
1. Возвращаясь в верхнее положение поршень сжимает горючую смесь. При движении он перекрывает сначала продувочное окно, а затем и выпускное. Когда поршень достигает верхней точки происходит воспламенение смеси с помощью свечи зажигания и поршень идет вниз, как видно из рисунка.
2. Второй такт начинает после воспламенения смеси. Дойдя до выхлопного окна в цилиндре падает давление и двигаясь дальше поршень создает разрежение и из впускного окна происходит засасывание горючей смеси.
Это очень краткое описание работы двухтактного двигателя и дает лишь общее представление о работе двигателей.
Описание принципа действия 4-х тактного двигателя.
Основная конструкция двигателя напоминает конструкцию двухтактного двигателя. Но добавлена система газораспределения, в которую входит распредвал и клапана. Смазка всех движущихся частей осуществляется чистым маслом, подаваемым маслонасосом.
Весь рабочий цикл состоит из четырех тактов:
Первый такт.(Такт впуска). Впускной клапан открыт, а поршень идет вниз.
За счет разрежения топливо поступает в цилиндр.При достижении нижней точки
впускной клапан закрывается.
Второй такт.(Такт сжатия). Движение поршня вверх вверх, горючая смесь сжимается. При положении поршня в верхней точке происходит воспламение. (Реально воспламениение проиходит не доходя верхней точки)
Третий такт. (Такт рабочего хода). Воспламененная смесь толкает поршень вниз (впускной и выпускной клапаны закрыты).
Четвертый такт.(Такт выпуска). Как только поршень начинает движение вверх выпускной клапан открывается выпуская отработанные газы и остается открытым пока поршень не дойдет до верхней точки. При достижении верхней точки поршнем происходит закрытие выпускного клапана.
Основные преимущества четырехтактного двигателя:
1. Меньший шум.
2. Экономичность. (до 30%)
3. Долговечность.(За счет лучшей смазки движущихся деталей)
Недостатки:
1. Больший вес на единицу мощности.
2. Более сложен.
3. Дороже.
Основные преимущества двухтактного двигателя:
1. Меньший вес на единицу мощности.
2. Дешевле.
3. Простота
4. Быстрее набирает обороты.
Недостатки:
1.Больший шум.
2.Больший расход топлива.
Исходя из отличий двухтактного двигателя от четырехтактного рекомендуемое применение 2-х тактных:
1. Лодочные моторы до 5 л.с (Легче, можно транспортировать в любом положении)
Однозначное применение в спортивных мотоциклах, в авиамоделях, сенокосилках, бензопилах. То есть в тех случаях, где вес имеет большое значение.
Сейчас выпускаются 2-х тактники с прямым вспрыском и лодочные моторы больших мощностей конкурируют. Реклама утверждает, что их экономичность равна 4-х тактным моторам.
А в остальных случаях, если позволяет бюджет, предпочтительней 4-х тактники.
Какой лодочный мотор выбрать? (сравнение двух и четырехтактных моторов.)
Извечный спор, какой мотор лучше двухтактный или четырех, то и дело разгорается вновь и вновь на разных рыболовных ресурсах. Одни водомоторники с пеной у рта доказывают, что двухтактник это «то, что доктор прописал!» Другие же наоборот утверждают, что лучше четырехтактника и быть не может!
Скажу сразу, что оба вида моторов имеют свои преимущества и недостатки, а исходить при покупке ПЛМ нужно из того, что необходимо именно вам под ваши условия использования. То есть после сравнения 2 и 4-тактников, выбор должен остаться за вами. А я в свою очередь постараюсь привести веские доводы «за» и «против» обоих конструкций.
Экологичность.
Двухтактный лодочный мотор сконструирован таким образом, что масло смазывающие коленвал, неизбежно попадает в камеру сгорания. В идеале оно должно там сгорать вместе с бензином и сгоревшее выходить как выхлопной газ. Но, как говориться, идеального в мире ничего нет, и конструктора тоже люди, поэтому в реальности все немного по другому. Новое топливо попадает в камеру сгорания практически в то же время, когда выводятся выхлопные газы. Это то и приводит к попаданию в выхлопной газ рабочей или не до конца сгоревшей смеси, которая в конечном итоге оказывается в водоеме.
Относительно норм закона в США и странах евросоюза вроди как запрещена продажа и использование двухтактных моторов из-за повышенных норм загрязнения окружающей среды. Так что если вы покупаете мотор и хотите пройти под ним всю Европу, то однозначно берите четырехтактный. В России предпосылок для принятия таких норм и законов пока нет, наше правительство больше интересует зимнее - летнее время и всякая прочая лабуда, экология и запрет на продажу сетей в их планы не входит, как и многие другие аспекты улучшения экологии и повышения уровня жизни населения. Отсюда следует, что мы смело можем ходит и с двухтактными моторами. Тут остался еще один немаловажный момент, если вы ярый защитник окружающей среды, то ответ какой мотор лучше вы уже получили.
Вес мотора
В четырехтактных моторах каждый четвертый такт является рабочим. У двухтактников, соответственно рабочим будет каждый второй. В идеале должно быть так, что двухтактные моторы мощней четырехтактных в два раза (при одинаковых объемах камер сгорания). На деле все немного по другому. Конструктивные недочеты, такие, как например, попадание в рабочую смесь отработанной и свежей смеси в выхлоп, понижает этот показатель где-то в 1.7 раза. Но, так или иначе, получается, чтоб добиться одинаковой мощности на валу (а именно она нам интересна), нужен двухтактный двигатель меньшего размера, чем четырехтактный. А раз размер меньше, то и мотор легче. То есть, если основным критерием при выборе мотора является его вес, то тут следует склоняться к покупке двухтактного мотора. Собственно где важен вес? В том случае если ваша лодка стоит на лодочной станции или в гараже на прицепе в собранном состоянии, и вы повесили мотор на транец, забыв об этом до момента обслуживания или ремонта…В этом случае вес мотора имеет значение? Думаю, нет!
А вот если вы каждый раз надуваете лодку на берегу, каждый раз устанавливая мотор на транец, и снимаете его после рыбалке или прогулки, да еще и храните комплект на балконе… тут, думаю, каждый согласится, что вес имеет значение.
Чем короче лодка, тем большую роль имеет вес на корме, и в этом случае вам придется постоянно нагружать нос, чтоб безопасно подойти к мотору или выйти в режим глиссирования.
Если вы используете большую лодку ПВХ и вам приходиться собирать - разбирать её на берегу, а на транец при этом вешаете 15 кобыл, то тридцати килограммовый мотор (двухтактный) еще можно подцепить одному, а 50кг (четырехтактный) прикрутить без посторонней помощи будет не просто, если вы не занимаетесь бодибилдингом или не штангист тяжеловес.
Экономия
При одинаковой мощности четырехтактные лодочные моторы стоят дороже своих двухтактных собратьев. Разница в цене может составлять до 50%. Все это обусловлено конструктивными особенностями четырехтактника.
Топливо
Не секрет что КПД четырехтактного мотора выше, он кушает меньше бензина и масла. Опять же все дело в конструкции моторов. Насколько это важно именно вам, решайте сами. Если вы выходите на водоем пару раз в месяц, то возможно ваши внуки окупят разницу цен, но если вы каждый день выходите на воду и мотор отдыхает лишь в период ледостава, то затраты на топливо будут ощутимыми и тут необходимо задуматься какой мотор лучше.
Бытует мнение, что у четырехтактного мотора ресурс гораздо больше, чем у двухтактного конкурента. На самом деле эти утверждения сплошная теория. Допустим, что моторесурс двигателя заявлен в 2000м.ч. Чтоб установить это практически, необходимо весь сезон «жидкой воды» ходить по водоему туды-сюды, при чем круглосуточно. Невзирая на отдых и погодные условия. Либо ездить три сезона, каждый день, по восемь часов в сутки. Для полноты данных необходимо использовать несколько лодочных моторов. Какова будет стоимость такой проверки, даже трудно представить. На самом деле, если и были какие-то испытания, то они слишком условны, так как скорей всего спонсировались производителем ПЛМ, а значит судить о достоверности данных сложно. Так что о моторесурсе лодочных моторов судить сложно, так как просчитывались они скорей всего только на компьютере или бумаге. В этом плане очень проблематично с уверенностью сказать, какой мотор лучше.
Обслуживание и ремонт
Любой механизм со временем требует ремонта. И тут думаю понятно, что чем больше стоимость мотора, тем дороже на него запчпсти. Если у вас руки растут, откуда надо, и вы способны сами разбираться в механизмах, обслуживать и ремонтировать двигатель, то предпочтительней остановиться на покупке двухтактного мотора. Эти моторы просты, по ним больше специалистов, они дольше не снимаются с производства. Есть умельцы способные прекрасно настраивать двухтактники прямо на воде.
Прочие нюансы
Шум мотора. Уровень шума у двухтактных моторов выше, чем у четырехтактных собратьев. Особенно это заметно на полном и на самом малом ходу. Поэтому, если вы собираетесь троллинговать, то предпочтительней будет четырехтактный мотор. Так же двухтактник больше дымит, из-за присутствия в смеси масла, что превращает троллинг при попутном ветре в не комфортное времяпрепровождение. Тут вы быстро определитесь с выбором лодочного мотора, если вес не имеет ключевого значения.
Масло. Для двухтактного мотора применяется смесь бензина и масла, а четырехтактный работает на чистом бензине. И некоторые при выборе мотора видят в смешивании масла с бензином какие-то большие трудности. Для обкатки ПЛМ пропорции 1 к 25, а по окончании обкатки 1 к 50. У кого с арифметикой проблемы на столько, что не могут поделить литр на 25 или на 50. Многие сразу на заправке льют необходимое количество масла в канистру, и пока добираются до водоема, бензин с маслом смешивается, а при движении по водоему смесь продолжает перебультыхиваться. Да и сейчас те масла, которые производят для двухтактных моторов, самосмешивающиеся.
Транспортировка. Четырехтактные моторы необходимо перевозить в определенном положении, в то время как двухтактники можно транспортировать, как душа пожелает, хоть вверх винтом. Это обусловлено тем, что в четырехтактниках присутствует масло в картере и при неправильной транспортировке оно может вытечь. Многие сторонники двухтактов упоминают этот факт как очень значимый при выборе мотора, хотя на самом деле это ни на скорость, ни на мощность мотора не влияет, да и вообще не припоминаю, кому так сильно доставляла неудобство транспортировка четырехтактного мотора, чтобы стоило на этом заострять внимание.
Глиссирование. Для выхода на глисс необходима «правильная лодка», спроектированная не для тихих прогулок в водоизмещающем режиме. Попытка вывести такую лодку в режим глиссирования не приведет не к чему хорошему.
Так же выход в режим глиссирования зависит от веса лодки со всем ее содержимым и количеством лошадей под колпаком. Расчет примерно такой, что на одну кобылу должно приходиться 25-30 кг веса. Так как вес мотора тоже учитывается при подсчете выхода в режим глиссирования, то чем меньше его вес, тем больше шансов выйти на глисс. Другая сторона медали – чем меньше вес, тем меньше лошадей. Приблизительно можно сказать так- если у вас небольшая ПВХ лодка с транцем, то лучше взять пятерку в 2 такта, с ним наиболее вероятно выйти на глисс, чем с 4 тактником. Если речь идет о десяти кобылах или пятнадцати, то в этом случае вес не играет большой роли и если по другим параметрам вам вес не важен, то и заморачиваться нет смысла.
Надеюсь, статья вам оказалась полезной и многие вопросы по выбору ПЛМ у вас отпали.
С уважением, Мамба!
Поскольку ответов у вопроса оснащения лодки бензиновым силовым агрегатом есть только два, ни на секунду не умолкают дискуссии о том, двухтактный или четырехтактный лодочный мотор следует выбирать.
Понятно, что оба они обладают разными характеристиками, имеют как недостатки, так и преимущества. Поэтому для совершения правильного выбора следует понимать, с чем вы имеете дело. Давайте подробнее поговорим об этом чуде техники.
Характерные отличия
Сначала перечислим главные отличия 2-ухтактных моторов:
- рабочий цикл - пара тактов
- простое и недорогое обслуживание
- несложное устройство
- удобен в смысле частых перевозок
- быстрый набор оборотов при работе
- небольшая масса
Ввиду небольшой массы подобные агрегаты имеют не слишком высокую стоимость. Примеры агрегатов с указанием производителя, модели и цены приведены в таблице:
|
Производитель |
Модель |
Стоимость, тыс. рублей |
Что касается 4-рехтактных, им присущи:
- рабочий цикл - четыре такта
- более сложное (а потому и более дорогое) обслуживание
- экологическая чистота
- экономный расход топлива
- низкий уровень создаваемого при работе шума
- стабильность работы независимо от количества оборотов
- большой вес
Видимо, говорить о том, что цена в данном случае будет выше, не стоит. Таблица с производителями и прочей информацией о моделях:
|
Производитель |
Модель |
Стоимость, тыс. рублей |
Об особенностях работы
Как известно, в "двойках" процессы впуска свежей и удаления использованной рабочей смеси происходят параллельно. Причем первая вытесняет собой вторую. По причине того, что полное замещение невозможно, показатель эффективности сгорания у них хуже, чем у "четверок". Поэтому имеем: снижение КПД такта (рабочего), более высокий расход горючего, повышение содержания вредных веществ в выхлопе. Однако, в связи с тем, что у "двоек" такт происходит вдвое чаще, их мощность (литровая) выше. В большинстве случаев. Кроме того, у первых нет механизма газораспределения, поэтому они проще в обслуживании и имеют меньший вес.
Очень много вопросов вызывает такой параметр, как создаваемые вибрации. Независимо от типа силовой установки, максимальная вибрация наблюдается на частоте, величина которой кратна частоте вращения коленвала. Самое сильное влияние на этот показатель оказывают гармоники, точнее, первая и вторая из них. Большинство "четверок" выполнены по 2-ухцилиндровой схеме. В них движение поршней происходит синфазно, а у "двоек" - противофазно. Для уменьшения первой гармоники "четверки" оснащают дополнительными валами (балансировочными). Очевидно, что данная мера способствует увеличения массы и усложнению процесса обслуживания.
Не будем также забывать о том, что с каждым годом требования к экологичности моторов ужесточаются. Поэтому в развитых странах большим спросом пользуются четырехтактные, так как они более экономичны и экологически чисты. Однако недостатки - высокая стоимость, возможность перевозки агрегата только в единственном положении (чтобы масло не вытекало) и дорогой процесс обслуживания - несколько снижают их привлекательность в глазах покупателя.
Как показывает статистика продаж, чаще всего покупаются "двойки" мощностью 5-15 "лошадей", оснащенные румпельным управлением. Этот вариант наиболее прост и удобен в эксплуатации.
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.
Эра двигателей внутреннего сгорания насчитывает уже более одного столетия. Если в наши дни понятие «мотор» более чем привычно уху, то еще в позапрошлом веке такая техника не была известна еще никому. И каким бы сложным изобретением ДВС не казался поначалу, на самом деле, двигатель устроен достаточно примитивно, и его устройство может понять даже человек, далекий от автомобильной техники. Сегодня мы рассмотрим принцип работы двухтактного двигателя, изучим диаграммы его работы и разберемся, какова физика протекающих в нем процессов.
Принцип работы
Изобретение простейшего 2-х тактного ДВС датируется концом 19 столетия. За все время существования подобных агрегатов их конструкция подверглась значительным изменениям, стала совершеннее и надежнее. Тем не менее, сама схема работы не подверглась значительным изменениям, а диаграмма, описывающая оба такта, выглядит так же, как и раньше.
Такая диаграмма описывает такты, которые называются впускным и выпускным.
Впускной такт 2-х тактного мотора предполагает подачу в цилиндр свежей топливной смеси из карбюратора. Второй - выпуск отработанной смеси, которая тут же поступает в глушитель, уменьшающий шумовой эффект и нейтрализующий часть токсичных выделений.
Наименьшее давление газа в поршне, отображаемое в начале диаграммы, знаменует первый такт работы 2-х тактного ДВС. В течение этого промежутка времени поршень стремится к своей верхней мертвой точке из крайней нижней. Во-первых, здесь стоит отметить состояние выпускного окна поршня, которое в этот момент находится в открытом состоянии. Отработавшая смесь выводится в сторону глушителя. На диаграмме в этот момент отмечается резкое повышение давления, которое вскоре доходит до своего пика.
Логично, что при понижении давления в верхней камере 2-х тактного ДВС происходит сильнейшее разрежение в камере сгорания, что на диаграмме работы отображается в виде резкого понижения исходного давления. Появление такого вакуума способствует тому, что смесь, приготовленная карбюратором, стремится из области высокого давления в область низкого, что является особенностью подобного типа.
В итоге поршень достигает своей верхней точки, и начинает работать свеча зажигания. Здесь происходит розжиг поступившей свежей смеси, что заставляет выполнить ее работу на расширение и дать толчок поршню, немедленно перемещающемуся вниз.
Тем не менее, на двухтактных моторах такая система применяется не столь часто из-за своей громоздкости и дороговизны. Чаще всего на двухтактный двигатель устанавливается воздушная система охлаждения. Так, радиатор обдувает вентилятор, подсоединенный к коленвалу посредством ременной передачи. Также при движении происходит обдув раскаленного корпуса при помощи потоков воздуха, поступающих через систему дефлекторов.
К сожалению, нельзя не сказать о недостатках подобной системы: часто мотор перегревается, и в жару приходится прибегать к определенным ухищрениям, которые, тем не менее, не полностью решают проблему. Отсутствие индикаторного оборудования не всегда позволяет определить неполадку на глаз.
Подводя итоги
Двухтактный двигатель - это примитивная система, которая обладает неплохими свойствами, а потому широко применяется на технике. Благодаря небольшому количеству составляющих и относительно простому принципу работы, самостоятельный ремонт подобных агрегатов не представляет большого труда и под силу даже человеку, далекому от техники и не знающему всех тонкостей работы силовых агрегатов.