Работа двухтактного двигателя

Такт — сжатие

Такт сжатия ( рис. 1 6) происходит при движении поршня от н.м.т. к в.м.т. При такте сжатия оба клапана закрыты. Рабочая смесь сжимается поршнем и незадолго до в.м.т. поджигается электрической искрой с некоторым опережением. Опережение зажигания необходимо для того, чтобы основная масса топливного заряда успела сгореть до достижения в.м.т., а догорание происходило при незначительном повороте коленчатого вала в такте расширения. Давление газов в цилиндре автомобильного двигателя в конце такта сжатия составляет 6 — 12 кгс / см2 ( 0 6 — 1 2 МН / м2), температура 150 — 350 С.
 

Такт сжатия протекает при закрытых впускных и выпускных клапанах. Поршень движется от нижней к верхней мертвой точке. При этом происходит подготовка топлива к сгоранию. Давление в конце такта сжатия достигает 4 — 12 бар у карбюраторных двигателей и 30 — 40 бар у дизелей, температура соответственно 650 — 700 и 800 — 900 К.
 

Такт сжатия подготовляет смесь для более эффективного сгорания. При повышении давления будет лучше теплообмен между частицами топлива, что положительно сказывается на процессе сгорания.
 

Такт сжатия протекает при закрытых впускных и выпускных клапанах. Поршень движется от нижней к верхней мертвой точке. При этом происходит подготовка топлива к сгоранию. Давление в конце такта сжатия достигает 4 — 12 бар у карбюраторных двигателей и 30 — 40 бар у дизелей, температура соответственно 650 — 700 и 800 — 900 К.
 

В такте сжатия рабочее Давление сжимает Донышко манжеты и приводит к расширению ее до диаметра цилиндра. При обратном движении поршня и отсутствии давления Донышко все же остается плотно зажатым кольцами и не может вернуться в исходное состояние. Внутреннее нажимное кольцо должно обеспечивать радиальный зазор, необходимый при набухании манжеты. Для кожаных, тканевых и однородных манжет зазор равен одной трети толщины нажимного кольца.
 

При такте сжатия ( рис. 86, б) происходит сжатие поступившего в цилиндр воздуха. В конце такта сжатия давление в цилиндре возрастает до 38 — 43 кГ / см2, а температура воздуха повышается до 620 — 680 С. В этот момент в цилиндр через форсунку / при помощи топливного насоса 2 под давлением 150 кГ / см2 впрыскивается распыленное дизельное топливо.
 

При такте сжатия внутри цилиндра сжимается воздух. Благодаря высокой степени сжатия давление воздуха повышается до 30 — 40 кг / см2, а температура до 500 и выше. В конце сжатия осуществляется впрыск в цилиндр через форсунку мелко распыленного топлива, которое под действием высокой температуры воздуха воспламеняется и начинает гореть.
 

Во время такта сжатия ( рис. 34 — 2, б; впускной и выпускной клапаны закрыты, поршень движется от н.м.т. к в.м.т.) горючая смесь сжимается и по мере уменьшения ее объема давление и температура в цилиндре повышаются. Частицы топлива и воздуха при сжатии приходят в тесное соприкосновение и происходит подготовка топлива к сгоранию. Давление конца сжатия находится в пределах 500 — 700 кн / м2, температура достигает 250 — 300 С.
 

В конце такта сжатия происходит воспламенение горючей смеси электрической искрой. Быстрое сгорание паров бензина сопровождается передачей рабочему телу — воздуху — количества тепла Qlt резким возрастанием температуры и давления воздуха и продуктов сгорания. За короткое время горения смеси поршень практически не изменяет своего положения в цилиндре, поэтому процесс нагревания газа в цилиндре можно считать изохорическим и изобразить его на диаграмме р — V участком ВС.
 

В конце такта сжатия давление в цилиндре сильно возрастает, маслосъемное действие компрессионных колец усиливается, и избыточное количество масла перемещается в сторону камеры сгорания. Если толщина масляной пленки велика, перед первым компрессионным кольцом образуется валик масла, который в момент остановки поршня у верхней мертвой точки силой инерции выбрасывается в зазор между цилиндром и головкой поршня. На количество масла, поступающего в камеру сгорания через ЦП Г, определенное влияние оказывает насосное действие поршневых колец ( рис. 10.1), но оно играет существенную роль только при высокой частоте вращения коленчатого вала, когда силы инерции достаточны для отрыва компрессионных колец от нижних торцов канавок и их перемещения к верхним торцам. В дизельных двигателях при высоких давлениях сжатия и сгорания насосное действие проявляется в меньшей степени.
 

Расширенная классификация термометров

Оговоримся, что в рамках обзора не отделяем от темы пирометры. Это чуть иной класс приборов, активно используется для аналогичных целей, что и датчики температуры. Итак, принято различать:

Термометры расширения. Базируются на способности тел менять геометрические размеры:

1. Стеклянные жидкостные термометры — за окном. Уже считаются датчиками температуры. Чаще в качестве жидкости используется ртуть по ряду причин: сохраняет агрегатное состояние в широком диапазоне условий окружающей среды, не смачивает стекло, легко извлекается из природных компонентов. К недостаткам относятся токсичность, малый коэффициент температурного расширений и застывание уже при минус 35 градусах Цельсия. Это напоминает о пользе спиртовых термометров.
2. Манометрические термометры основаны на зависимости давления паров вещества в рабочей камере от температуры. Подобные системы охотно применяются в качестве термостатов стареньких холодильников, где нет электроники. Плюсы: система не нуждается в питании электрическим током, что сильно упрощает конструкцию прибора. Эти температурные датчики размещаются в районе испарителя, через трубку соединяются с регулятором (находится в холодильном отсеке), где стоит реле.

Термометрические датчики и термометры сопротивления включают в состав термопары и термисторы. Это избитая тема, коснёмся чуть ниже. В качестве материалов для указанных датчиков температуры применяются металлы, полупроводники, прочие классы таблицы Менделеева.

Термометр сопротивления

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.

1. 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
2. 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
3. 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
4. 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.

Принцип работы двигателя

Принцип работы классических двигателей внутреннего сгорания основан на преобразовании энергии вспышки топлива — тепловой энергии, освобождённой от сгорания топлива, в механическую.

При этом сам процесс преобразования энергии может отличаться.

Самый распространённый вариант такой:

• Поршень в цилиндре движется вниз.
• Открывается впускной клапан.
• В цилиндр поступает воздух или топливно-воздушная смесь. (под воздействием поршня или системы поршня и турбонаддува).
• Поршень поднимается.
• Выпускной клапан закрывается.
• Поршень сжимает воздух.
• Поршень доходит до верхней мертвой точки.
• Срабатывает свеча зажигания.
• Открывается выпускной клапан.
• Поршень начинает двигаться вверх.
• Выхлопные газы выдавливаются в выпускной коллектор.

Важно! Если используется дизельное топливо, то искра не принимает участие в запуске двигателя, дизельное топливо зажигается при сжатии само. При этом для понимания принципа работы важно не просто учитывать физическую последовательность, а держать под контролем всю систему управления

Наглядно понять её помогает схема учебного модуля ELECTUDE

При этом для понимания принципа работы важно не просто учитывать физическую последовательность, а держать под контролем всю систему управления. Наглядно понять её помогает схема учебного модуля ELECTUDE

Обратите внимание, в дистанционных курсах обучения на платформе ELECTUDE при изучении системы управления дизельным двигателем она сознательно разбирается обособленно от системы регулирования впрыска топлива. Очень грамотный подход

Многим учащимся действительно сложно сразу разобраться и с системой управления, и с системой впрыска. И для того, чтобы хорошо усвоить материал, грамотно двигаться именно пошагово.

Но вернёмся к работе самого двигателя. Рассмотренный принцип работы актуален для большинства ДВС, и он надёжен для любого транспорта, включая грузовые автомобили.

Фактически у устройств, работающих по такому принципу, работа строится на 4 тактах (поэтому большинство моторов называют четырёхтактными):

• Такт выпуска.
• Такт сжатия воздуха.
• Непосредственно рабочий такт – тот самый момент, когда энергия от сгорания топлива преобразуется в механическую (для запуска коленвала).
• Такт открытия выпускного клапана – необходим для того, чтобы отработанные газы вышли из цилиндра и освободили место новой порции смеси топлива и воздуха

4 такта образуют рабочий цикл.

При этом три такта – вспомогательные и один – непосредственно дающий импульс движению. Визуально работа четырёхтактной модели представлена на схеме.

Но работа может основываться и на другом принципе – двухтактном. Что происходит в этом случае?

• Поршень двигается снизу-вверх.
• В камеру сгорания поступает топливо.
• Поршень сжимает топливно-воздушную смесь.
• Возникает компрессия. (давление).
• Возникает искра.
• Топливо загорается.
• Поршень продвигается вниз.
• Открывается доступ к выпускному коллектору.
• Из цилиндра выходят продукты сгорания.

То есть первый такт в этом процессе – одновременный впуск и сжатие, второй — опускание поршня под давлением топлива и выход продуктов сгорания из коллектора.

Двухтактный принцип работы – распространённое явление для мототехники, бензопил. Это легко объяснить тем, что при высокой удельной мощности такие устройства можно сделать очень лёгкими и компактными.

Важно! Кроме количества тактов есть отличия в механизме газообмена. В моделей, которые поддерживают 4 такта, газораспределительный механизм открывает и закрывает в нужный момент цикла клапаны впуска и выпуска

В моделей, которые поддерживают 4 такта, газораспределительный механизм открывает и закрывает в нужный момент цикла клапаны впуска и выпуска.

У решений, которые поддерживают два такта, заполнение и очистка цилиндра осуществляются синхронно с тактами сжатия и расширения (то есть непосредственно в момент нахождения поршня вблизи нижней мертвой точки).

2-тактные и 4-тактные моторы: разница, особенности, плюсы

Для начала оговоримся: мы не будем влезать в технические сложности, но поговорим о том, что нам известно не понаслышке, а из практики. В заметке постараемся подчеркнуть: чем хороши двухтактные модели – и какие плюсы есть у четырёхтактников. Плюсы двухтактных модификаций:

1) Двухтактные модели – более «резкие» (практически во всех отношениях:) Резче идёт «подхват» топлива, соответственно, быстрее достижение полного газа при старте. Выход в режим глиссирования не требует долгих прелюдий – вжух! И вы уже летите по волнам. На старте двухтактник обгонит «четвёрку» – но только на старте.

Рыбаки, которые предпочитают ловлю забросом и часто меняют точки ловли, оценят скоростные способности двухтактников, на которых за короткое время можно «окучить» большую площадь на воде. Клюёт, но как-то хиленько? Можно рвануть выше по течению и попробовать испытать удачу на новом месте!

Динамичный переход по воде с ветерком и брызгами во все поля – это радость, более чем доступная рыбаку с фирменным двухтактником. Это первый реальный плюс.

2) Второе преимущество заключается в том, что двухтактник по своей конструкции проще, поэтому и обслуживание выполняется легче, и ремонт в случае чего (на воде всякое бывает) не вызовет особых сложностей и обойдётся дешевле. Проще «внутренняя архитектура» мотора, полный рабочий цикл выполняется быстрее, за один оборот коленвала.

Заглянем под капот: метод петлевой продувки обеспечивает достаточное смазывание всех двигающихся деталей под капотом топливной смесью из бензина и масла (готовится заранее, перед выходом на воду). Главное, чтобы «нога» мотора была в воде – и всё, никакого «масляного голодания» ваш мотокрасавец не испытает. Можно спокойно наслаждаться любимой рыбалкой.

3) Стоимость

Вопрос тонкий, важный, вызывающий понятное внимание. Двухтактные модели в среднем стоят меньше, своих четырёхтактных аналогов по мощности

Это разница может достигать отметки и 15%, и 20%. Чтобы не оперировать «общими фразами», добавим конкретный пример (по состоянию цен в сети «Лодки-Питер» на 25 декабря 2021 года) ► двухактный мотор Mercury 5 M → 61 200 р. ► четырёхтактный мотор Mercury F 5 M → 66 500 р. (разница = 5300 р.)

● двухтактный мотор Tohatsu M 5 BD-S → 61 900 р. ● четырёхтактный мотор Tohatsu MFS 5 C S-S → 66 900 р. (разница = 5000 р.)

★ двухтактный мотор Mercury 9.9 MH (169 cc) → 88 900 р. ★ четырёхтактный мотор Mercury F 9.9 M → 135 900 р. (разница 46 000 р.)

Как мы с вами можем увидеть, разница между моторами малой мощности (3-5 л.с.) не такая большая, а вот, начиная от 10 л.с., может быть весьма и весьма значительной, выбирая «два такта» рыбак всегда экономит несколько тысяч, так сказать, в начале истории использования ПЛМ.

4) Вопрос массы. Двухтактный мотор всегда весить меньше, чем его собрат из группы четырёх тактов. Не будем говорить вхолостую, приведём пример: ► двухактный мотор Mercury 5 M → 20 кг ► четырёхтактный мотор Mercury F 5 M → 25 кг (разница = 5 кг)

● двухтактный мотор Tohatsu M 5 BD-S → 20 кг ● четырёхтактный мотор Tohatsu MFS 5 C S-S → 25,6 кг (разница = 5,6 кг)

★ двухтактный мотор Mercury 9.9 MH (169 cc) → 26 кг ★ четырёхтактный мотор Mercury F 9.9 M → 38,1 кг (разница = 12,1 кг)

Как говорится: «чем дальше в лес – тем больше дров и толще партизаны»:) Больше мощность – больше разница по весу между двумя тактами и «четвёркой». Если вы предпочитаете «сольную» рыбалку или возможности подъезда на водоём ограничены (что вынуждает рыбаков тащить всё снаряжение собственными силами), то это может быть для вас существенным фактором выбора. В отличие от Терминатора, спина у рыбака не железная

Четыре такта: недостатки и достоинства

Основной и «жирный» плюс таких агрегатов – это экономичность. К тому же они не слишком шумные.

Применение вместе с ними катализаторов позволяет снизить токсичность выброса отработанных газов.

Еще одно преимущество — это, конечно же, высокая надежность. Ресурс может доходить до миллиона километров, и это далеко не предел. Ремонт четырехтактного двигателя нужно делать не так часто.

Среди недостатков – сложная конструкция, дорогое производство, требовательность в эксплуатации. Этим агрегатам обязательно нужно качественное топливо и масло. Осуществить ремонт самостоятельно практически невозможно.

Чтобы с этими моторами никогда не было проблем, «кормите» их только качественным бензином. И тогда они будут работать долго, надежно и исправно. Конструкция, которая столько лет не меняется, – это показатель надежности и эффективности.

Конструктивные и эксплуатационные отличия четырехтактных двухтактных бензиновых двигателей

Главное отличие четырехтактного двигателя от двухтактного обусловлено разными механизмами газообмена, а именно: удалением отработанных газов и подачей топливно-воздушной смеси в цилиндр.

Процессы заполнения цилиндра и его очистки в четырехтактном двигателе происходят с помощью газораспределительного специального механизма, который в определенное время открывает и закрывает рабочий цикл.

Очистка цилиндра и его заполнение в двухтактном двигателе выполняется в одно время с с расширением и сжатием при нахождении поршня поблизости мертвой нижней точки. В стенках цилиндра для этого имеется два отверстия: продувочное или впускное и выпускное. Через выпускное отверстие поступает топливная смесь, и выходят отработанные газы.

Основные отличия двухтактных и четырехтактных двигателей:

1. Литровая мощность. В четырехтактном двигателе на два оборота коленчатого вала приходится один рабочий ход. Поэтому теоретически двухтактный двигатель должен иметь литровую мощность вдвое больше, чем четырехтактный. Но на практике превышение составляет около 1,8 раза, благодаря использованию поршня при расширении хода, а также наличия худшего механизма освобождения цилиндра от отработанных газов и больших затрат на продувку части мощности.
2. Потребление топлива. Двухтактный двигатель превосходит четырехтактный в удельной и литровой мощности, но уступает в экономичности. Отработанные газы вытесняются воздушно — топливной смесью, которая поступает в цилиндр из шатунно-кривошипной камеры. Часть топливной смеси при этом поступает в выхлопные каналы и удаляется с отработанными газами.
3. У двухтактного и четырехтактного двигателей принцип смазки двигателя существенно отличается. Двухтактные модели характеризуются необходимостью смешивания бензина с моторным маслом в определенных пропорциях. Масляная воздушно-топливная смесь циркулирует в поршневой и кривошипной камерах, смазывая подшипники коленчатого вала и шатуна. Мельчайшие капли масла при возгорании топливной смеси сгорают вместе с бензином. Продукты сгорания уходят вместе с отработанными газами.

Смешивают бензин с маслом двумя способами. Это может быть простое перемешивание, которое проводится перед тем, как залить в бак топливо и раздельная передача. Во втором случае масляно-топливная смесь образуется во впускном патрубке, расположенном между цилиндром и карбюратором.

Двигатель в последнем случае оснащен масляным бачком с трубопроводом, соединенным с плунжерным насосом. Насос подает масло во впускной патрубок в том количестве, которое необходимо. Производительность насоса зависит от того, как расположена ручка подачи «газа». Поступление масла тем больше, чем больше подается топливо. Более совершенной является раздельная система смазки двухтактного двигателя. Отношение бензина к маслу при ней может достигать 200:1. Это приводит к снижению расхода масла и к уменьшению дымности. Такую систему используют, например, на современных скутерах.

В четырехтактных двигателях бензин с маслом не смешивают, а подают отдельно, для чего двигатели имеют классическую систему смазки, которая состоит из фильтра, масляного насоса, трубопроводной магистрали и клапанов. В качестве масляного бачка может выступать картер двигателя (смазка с «мокрым «картером) либо отдельный бачок («сухой» картер).

В первом случае насос всасывает из поддона масло, направляет его во входную полость, а затем по каналам -к деталям шатунно-кривошипной группы, к подшипникам коленвала и газораспределительному механизму.

В случае смазки с «сухим» картером масло заливают в бочок. Оттуда оно при помощи насоса попадает к трущимся поверхностям. Стекающую в картер часть масла откачивают дополнительным насосом и возвращают в бачок.

Для очищения масла от разных продуктов износа двигатель имеет фильтр. Кроме того при необходимости устанавливают охлаждающие фильтра, потому как температура масла в процессе работы может очень сильно подниматься.

Особенности работы системы смазки четырехтактного мотора

В конструкцию четырехтактного силового агрегата включен масляный картер с поддоном, в котором постоянно находится смазочная жидкость на определенном уровне. При помощи масляного насоса моторная смазка поступает в систему и распределяется по внутренним поверхностям стенок цилиндров.

Тонкая масляная пленка существенно уменьшает силу трения контактирующих подвижных элементов. Кольца маслосъемные тщательно отводят моторное масло от камеры сгорания.

Благодаря меньшим нагрузкам, испытываемым 4-тактным двигателем, обеспечивается систематическое поступление смазочного материала в требуемых объемах на трущиеся поверхности рабочих деталей и узлов. За счет этого ресурс двигателя существенно увеличивается. Полную замену машинного масла следует производить один раз в сезон.

На современных моделях автомобилей производители устанавливают специальные контрольные датчики, при помощи которых производятся проверка уровня машинной смазки и незамедлительное информирование водителя о потребности полной замены смазочного материала.