Устройство двухтактного и четырехтактного двигателей скутеров, принцип работы, сравнение

Сравнение преимуществ двухтактных и четырехтактных двигателей

Преимущества четырёхтактных двигателей

— Б́ольшая экономичность
— Более чистый выхлоп (экологически чище)
— Не требуется сложная выхлопная система
— Меньший шум, вибрация
— Отсутствие необходимости постоянного контроля уровня масла

Преимущества двухтактных двигателей

— Отсутствие громоздких систем смазки и газораспределения
— Б́ольшая мощность в пересчёте на 1 литр рабочего объёма
— Проще и дешевле в изготовлении
— Меньший вес

Четырёхтактный двигатель

Рабочий цикл четырёхтактного двигателя состоит из четырёх основных этапов — тактов.
Поршень — металлический стакан, опоясанный пружинящими кольцами (поршневые кольца), вложенными в канавки на поршне. Поршневые кольца не пропускают газов, образующихся при сгорании топлива, в промежутке между поршнем и стенками цилиндра. Поршень снабжен металлическим стержнем — пальцем, соединение с шатуном. Шатун передаёт прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Впуск — четырёхтактный двигатель

В процессе впуска поршень четырёхтактного двигателя идёт из верхней мёртвой точки (ВМТ) в нижнюю мёртвую точку (НМТ). Одновременно кулачком распредвала открывается впускной клапан, — в цилиндр четырёхтактного двигателя затягивается свежая топливно-воздушная смесь.

Сжатие — четырёхтактный двигатель

Поршень четырёхтактного двигателя поднимается из НМТ в ВМТ, сжимая рабочую топливную смесь. Одновременно и значительно поднимается температура горючей смеси. Отношение рабочего объёма цилиндра в НМТ и объёма камеры сгорания в ВМТ называется степенью сжатия (не путать с компрессией). Степень сжатия — очень важный параметр, обычно, чем она больше, тем больше топливная экономичность двигателя. Но, для четырёхтактного двигателя с б́ольшей степенью сжатия требуется топливо с б́ольшим октановым числом, которое дороже.

Сгорание и расширение (рабочий ход поршня) — четырёхтактный двигатель

Незадолго до окончания такта сжатия горючая смесь воспламеняется искрой от свечи зажигания. Во время следования поршня из ВМТ в НМТ топливо сгорает, и под действием тепла сгоревшего топлива рабочая смесь расширяется, толкая поршень. Степень «недоворота» коленчатого вала двигателя до ВМТ при поджигании смеси именуется углом опережения зажигания. Опережение зажигания необходимо для того, чтобы давление газов достигло максимальной величины когда поршень будет находиться в ВМТ. Тогда использование энергии сгоревшего топлива будет максимальным. Скорость горения топлива практически не меняется, то есть занимает фиксированное время, следовательно чтобы достичь максимальной производительности двигателя нужно увеличивать угол опережения зажигания пропорционально уровню оборотов коленвала. В старых двигателях эта регулировка производилась механическим устройством (центробежным и вакуумным регулятором воздействующим на прерыватель). В более современных двигателях для регулировки угла используется электронное опережение зажигания.

Выпускная система — четырёхтактный двигатель

После НМТ такта рабочего хода поршня четырёхтактного двигателя открывается выпускной клапан, и поднимающийся поршень вытесняет отработанные газы из цилиндра двигателя. При достижении поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается и четырёхтактный цикл начинается сначала. Необходимо также помнить, что следующий процесс (например, впуск), необязательно должен начинаться в тот момент, когда закончится предыдущий (например, выпуск). Такое положение, когда открыты сразу оба клапана (впускной и выпускной), называется перекрытием клапанов. Перекрытие клапанов необходимо для лучшего наполнения цилиндра/-ов горючей смесью, а также для лучшей очистки цилиндра/-ов четырёхтактного двигателя от отработанных газов.

Четырехтактный двигатель скутера:
1 — цилиндр с головкой
2 — крышка головки цилиндра
3 — карбюратор
4 — впускной патрубок
5 — электростартер.

Для ещё большей наглядности посмотрите видеоролик, наглядно показывающий работу четырёхтактного двигателя. На этом видео демонстрируется автомобильный четырёхцилиндровый шестнадцатиклапанный (то есть, в каждом цилиндре по два впускных и выпускных клапана, для лучшей продувки) двигатель, однако сути это не меняет.

Двухтактный двигатель

В двухтактных двигателях все рабочие циклы (процессы впуска топливной смеси, выпуска отработанных газов, продувки) происходят в течении одного оборота коленвала (а не двух, как в четырёхтактных) за два (а не четыре) основных такта. У двухтактных двигателей отсутствуют клапаны (как в четырехтактных ДВС), их роль выполняет сам поршень, который в процессе перемещения то закрывает, то открывает впускные, выпускные и продувочные окна. Поэтому двухтактный двигатель более прост в конструкции.

Мощность двухтактного двигателя при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения вала теоретически в два раза больше четырехтактного за счет большего в 2 раза числа рабочих тактов. Однако неполное использование хода поршня двухтактного двигателя для расширения, худшее освобождение цилиндра от остаточных газов и затраты части вырабатываемой мощности на продувку приводят практически к увеличению мощности только на 60 — 70%.

Итак, рассмотрим конструкцию двухтактного ДВС, показанную на рисунке 1:
Двухтактный двигатель состоит из картера, в который на подшипниках с двух сторон установлен коленчатый вал и цилиндр.

Смазка всех трущихся поверхностей и подшипников внутри двухтактных двигателей происходит за счёт топливной смеси, — смеси бензина и масла в определённой пропорции. Из рисунка 1 видно, что топливная смесь (желтый цвет) попадает и в кривошипную камеру двухтактного двигателя (полость, где закреплен и вращается коленчатый вал), и в цилиндр. Смазки там нигде нет, а если бы и была, то смылась бы топливной смесью. Вот по этой причине масло и добавляют в определенной пропорции к бензину. Тип масла используется специальный, именно для двухтактных двигателей. Оно должно быть способно выдерживать высокие температуры и, сгорая вместе с топливом, оставлять минимум зольных отложений, то есть нагара.

Теперь о принципе работы. Весь рабочий цикл в двухтактных двигателях осуществляется за два такта.

Такт сжатия — двухтактный двигатель

Поршень двухтактного двигателя поднимается от НМТ поршня (в таком положении он находится на рис. 2) к ВМТ поршня (положение поршня на рис.3), перекрывая сначала продувочное 2, а затем выпускное 3 окна цилиндра двухтактного двигателя. После закрытия поршнем выпускного отверстия в цилиндре начинается сжатие ранее поступившего в него топливной смеси. Одновременно в кривошипной камере 1 вследствие ее герметичности и после того как пoршень перекрывает продувочные окна 2, под поршнем создается разряжение, под действием которого из карбюратора через впускное окно и открывающийся клапан поступает горючая смесь в кривошипную камеру двухтактного двигателя.

Такт рабочего хода — двухтактный двигатель

При положении поршня около ВМТ сжатая рабочая смесь (1 на рис. 3) воспламеняется электрической искрой от свечи, после этого температура и давление смеси резко подскакивают. Под действием теплового расширения газов поршень двухтактного двигателя опускается к НМТ, в это время расширяющиеся газы сгоревшей смеси совершают полезную работу, толкая поршень. В это же время, опускаясь, поршень создает высокое давление в кривошипной камере двухтактного двигателя (сжимая топливо-воздушную смесь в ней). Под действием давления клапан закрывается, не давая таким образом горючей смеси снова попасть во впускной коллектор и затем в карбюратор.

Когда поршень двухтактного двигателя дойдет до выпускного отверстия (1 на рис. 4), оно откроется и таким образом выйдут отработавшие газы в выпускную систему, давление в цилиндре понизится. При дальнейшем перемещении поршень открывает продувочное (впускное) окно (1 на рис. 5) и горючая смесь, сжатая в кривошипной камере, поступает по каналу (2 на рис. 5), заполняя цилиндр и одновременно продувая его от остатков отработавших газов. Далее цикл повторяется.

Немного о принципе зажигания. Так как топливной смеси нужно время для воспламенения, искра на свече появляется чуть раньше, чем поршень достигает ВМТ. В идеале, чем быстрей движения поршня, тем раньше должно быть зажигание, потому что поршень от момента искры быстрее доходит до ВМТ. Существуют механические и электронные устройства, меняющие угол зажигания в зависимости от оборотов двигателя.

У большинства скутеров до 2000 г.в. таких систем не было и угол опережения зажигания был установлен в расчете на оптимальные обороты. На некоторых же скутерах, например Honda Dio ZX AF35, установлен электронный коммутатор с динамическим опережением, то есть с опережением, зависящим от оборотов коленвала. С ним расширяющаяся горючая смесь совершает работу с максимальной полезной отдачей, и двигатель развивает больше мощности.

Преимущества и недостатки двух и четырехтактных двигателей

Двухтактные преимущества
1. Меньший вес. Пример: 15 л.с. Двухтактный 36 кг четырёхтактный 45 кг.
2. Цена. Четырёхтактные двигатели сложнее в производстве, состоят из большего количества деталей, поэтому всегда дороже двухтактников.
3. Удобство перевозки двухтактника. Можно возить в любом положении, перед началом эксплуатации не требует отвешивания. Т.е. достал из багажника, поставил, завел, поехал.
4. Двухтактный двигатель живее реагирует на ручку газа. В четырёхтактных для совершения полного рабочего цикла поршню необходимо сделать 2 полных оборота в то время как в двухтактных только один. Частый вопрос: А правда ли что четырёхтактный 15 л.с. бежит быстрее чем такой же двухтактный? Ответ: нет не правда. У обоих этих двигателей мощность на валу 15 л.с. При прочих равных условиях почему один двигатель должен ехать быстрее второго?

Двухтактные недостатки
1. Больший расход топлива. Напомним, примерный расход можно высчитать по формуле: для двухтактного 300 грамм на одну лошадиную силу, для четырёхтактного 200 грамм.
2. Шумность. На максимальных оборотах двухтактные двигатели как правило работают немного громче четырёхтактных.
3. Комфорт. Четырёхтактные двигатели не так вибрируют на малых оборотах (Касается только двухцилинровых двигателей. Одноцилиндровые и двух и четырёхтактные вибрируют примерно одинаково) и не так дымят как двухтактные.
4. Долговечность. Довольно спорный пункт. Бытует мнение, что двухтактные двигатели менее долговечны. С одной стороны это понятно, потому как масло для смазки трущихся элементов двигателя подается вместе с бензином, а значит работает не так эффективно в отличие от четырёхтактных двигателей где трущиеся элементы буквально плавают в масле. Но с другой стороны четырёхтактный двигатель по конструкции намного сложнее конкурента, состоит из значительно большего числа деталей, а золотой принцип механики «Чем проще тем надежнее» еще никто не отменял.

Какой же двигатель выбрать?
Взвесь все за и против изложенные выше и сделай выбор самостоятельно. Однозначного ответа на вопрос: какой из двигателей лучше, вы не найдёте ни в одной из книг ни на одном из форумов. И у тех и у других типов двигателей есть свои поклонники.

Устройство двигателя для мопеда

Получили запчасти на весь сезон 2020!

В ассортименте нашего интернет-магазина теперь есть снегоход Dingo T110 . Данная модель отличается простотой сборки, удобством транспортировки, улучшенной проходимостью и плавностью хода на неровностях.

В этой статье отвлечемся немного от темы мототехники и перенесем свой взгляд на автомобили. Рассмотрим новинки, которые предсталяет компания Lifan.

Люди, считающие, что выбирать мотошлем стоит исходя лишь из собственных эстетических предпочтений или подчинившись авторитету продавца мотоэкипировки (как вариант — друзей-знакомых «специалистов»), регулярно портят статистику ГАИ.

В настоящее время подавляющее большинство производителей предлагают своим покупателям двигатели двух разных видов:

Хотя конечно же сейчас появляются и более совершенные и экологичные модели с электрическими и гибридными двигателями, но они еще пока находятся в стадии становления и не получили широкого распространения для того, чтобы выделить их в отдельную категорию.

Каждая из этих двух категорий имеет свои положительные и отрицательные моменты в зависимости от сферы применения, именно поэтому скажем на крупногабаритных скутерах устанавливают преимущественно 4-х тактные двигатели, а на мокиках – 2-х тактные модели.

Для начала попробуем проиллюстрировать общую модель двигателя

На рисунке показаны:

1. Картер.
2. Коленчатый вал.
3. Шатун.
4. Цилиндр.
5. Поршень.
6. Головка цилиндра.
7. Свеча зажигания.

Четырехтактный двигатель

Для начала остановимся поподробнее на особенностях четырехтактного двигателя. Свое название он берет именно из числа тактов, которые необходимы для совершения полного рабочего цикла. Начало этого цикла идет с момента впуска, в это время поршень двигателя находится в верхней мертвой зоне (ВМТ), при этом клапаны находятся в закрытом состоянии. Затем при повороте вала поршень идет вниз, в результате чего происходит открытие впускного клапана и смесь попадает в цилиндр. Когда поршень проходит в свою очередь нижнюю мертвую точку (НМТ) впускной клапан закрывается, тем самым ограничивая объем смеси, которая попадает в цилиндр. Именно на этом цикл впуска заканчивается.

На рисунке показаны:

1. Впускной клапан.
2. Свеча зажигания.
3. Выпускной клапан.

Следующий такт – это сжатие. Оно происходит следующим образом: коленчатый вал продолжает свое вращение, в результате чего поршень снова поднимается вверх до ВМТ, при этом сжимая смесь в цилиндре.
После этого цикла смесь является сильно сжата в ограниченном пространстве камеры сгорания. Именно в этот момент и происходит срабатывание свечи зажигания, которая поджигает смесь. В результате этого газы расширяются с огромной силой и действуют на окружающие детали, т.к. единственной деталью, что может двигаться является поршень, то высвобождающееся давление перемещает поршень до НМТ – это называется тактом рабочего хода.

Но ведь в результате горения образуются остатки топливной смеси, которые необходимо удалить из камеры сгорания, именно для этой цели открывается выпускной клапан, при этом поршень двигается вверх до ВМТ, и выталкивает все отработавшие газы наружу. Затем они попадают в выходную трубу, а затем в глушитель. В тот момент, когда поршень достигает ВМТ, закрывается выпускной клапан, тем самым заканчивается такт выпуска.

Двухтактный двигатель

Мы подробно рассмотрели работу 4-х тактного двигателя, теперь пришло время перейти к устройству и принципу действия двухтактного двигателя, который в отличии от своего «коллеги» имеет всего лишь два такта:

• первый: всасывание топливной смеси в кривошипную камеру сгорания и сжатие смеси, находящейся в цилиндре, рабочий ход;
• второй: зажигание смеси в камере сгорания, очищение камеры от продуктов сгорания и отработавших газов, а также продувка ее свежей топливной смесью.

Пожалуй главным отличием двухтактного двигателя от своего собрата можно считать отсутствие клапанов и механизма их привода. В качестве клапанов здесь служит именно сам поршень, которые открывает и закрывает окна на зеркале цилиндра. Также в этой модели двигателя кривошипная камера используется для газообмена.

На рисунке показаны:

1. Автоматический пластинчатый впускной клапан.
2. Впускной канал.
3. Кривошипная камера (картер).
4. Продувочные (или перепускные) каналы (окна).
5. Выпускной канал (окно).
6. Свеча зажигания.
7. Ну и, пожалуй, вторым существенным отличием двухтактного двигателя является то, что он не требует дополнительной смазки деталей двигателя, ведь масло попадается внутрь вместе с топливной смесью.

Способов подачи масла в двухтактный двигатель несколько:

• из отдельного бачка – раздельная смазка;
• непосредственно из топливной смеси, если заранее смешать ее в определенной пропорции.

Способ подачи масла в четырехтактном двигателе:

Масло находится непосредственно в картере и его циркуляция происходит раздельно с топливной смесью.

Преимущества двухтактного двигателя:

• меньшее количество движущихся частей;
• простота устройства;
• дешевизна;
• рабочий ход происходит при каждом обороте коленчатого вала.

Недостатки двухтактного двигателя:

• менее экономные;
• более шумные;
• выделяют больше загрязняющих веществ;
• меньший ресурс работы двигателя, т.к. смазка деталей происходит топливной смесью.

Стоит отметить, что в последние годы производители стали отдавать предпочтение именно 4-х тактным моделям двигателей, т.к. они отвечают абсолютно всем современным стандартам, предъявляемым в двигателям внутреннего сгорания.

Но также стоит заметить, что благодаря некоторым техническим усовершенствованиям, таким как система организации двухтактного рабочего процесса DiTech, созданная компанией Aprilia совместно с Orbital интерес к двухтактным двигателям не угасает полностью.

Эта система отличается тем, что продувка происходит чистым воздухом, а топливная смесь поступает под большим давлением через форсунку в головке цилиндра, после того, как происходит закрытие выпускных окон. Чтобы бензин лучше распылялся он подается в струю воздуха, которые нагнетается маленьким компрессором.

В данном двигателе смазка деталей проводится маслом, которое подается «электронным» насосом в продувочный воздух.

В результате таких усовершенствований двигатель становится значительно более сложным, но повышается его экономичность (лучше, чем у четырехтактников), и токсичность соответствует всем существующим стандартам.

Что касается компоновки современных двигателей для скутеров, то они вполне стандартны – один горизонтальный и один наклонный цилиндры. Хотя встречаются двухцилиндровые рядные, либо V-образные конструкции у крупнокубовых двигателей.

У многих современных двигателей имеется системы впрыска, 4-х клапанные головки цилиндров с 2-мя распредвалами, на которые устанавливают каталитические нейтрализаторы.