В чем преимущество двухтактного двигателя перед четырехтактным

Любой двигатель внутреннего сгорания имеет поршень, который через шатун крутит коленчатый вал (и в конечном итоге колеса), движимый энергией сгорания паров топлива в смеси с воздухом (горючей смеси).

В 2Т двигателе процесс наполнения цилиндра свежей горючей смесью, сжатия ее, воспламенения, рабочего хода (когда энергия сгорания с силой движет поршень вниз, вращая коленчатый вал) и выпуска выхлопных газов происходит за два такта.

Первый такт — поршень идет вверх, сжимая топливную смесь, происходит воспламенение горючей смеси.

Второй такт, рабочий ход — расширяющиеся газы толкают поршень вниз, когда он находится внизу, он открывает выпускные и впускные окна в стенках цилиндра, выхлопные газы выходят в глушитель, их место занимает свежая топливная смесь и повторяется первый цикл.

Все это происходит за один оборот коленчатого вала.

В 4Т двигателе процесс наполнения цилиндра свежей горючей смесью, сжатия ее, воспламенения, рабочего хода и выпуска выхлопных газов происходит за четыре такта.

Первый такт, впуск — поршень идет вниз, клапан впуска открывается, и топливная смесь поступает в цилиндр, когда поршень достигает нижнего положения, клапан впуска закрывается.

Второй такт, сжатие — поршень идет вверх, оба клапана закрыты, топливная смесь сжимается, когда поршень находится вверху, свеча воспламеняет горючую смесь.

Третий такт, рабочий ход (расширение) — горячие газы быстро расширяются, толкая поршень вниз (оба клапана закрыты).

Четвертый такт, выпуск — по инерции коленвал продолжает свое вращение (для равномерности вращения на коленвале установлены грузы — щеки коленвала), поршень идет наверх, одновременно открывается выпускной клапан, и отработавшие газы выходят в выхлопную трубу, в верхнем положении поршня выпускной клапан закрывается.

Эти 4 такта происходят за два оборота коленчатого вала.

Сравнение двухтактного и четырехтактного двигателя

Сравним преимущества двух типов двигателей по нескольким параметрам.

• Вес. Двухтактный двигатель весит гораздо меньше своего четырехтактного собрата, соответственно меньше перегружает корму.
• Динамика. Здесь также первенство за двухтактным мотором, который разгоняется быстрее чем четырехтактный.
• Цена. Опять же первый вариант практически всегда стоит дешевле.
• Ремонт и обслуживание. Меньше запчастей и простота конструкции позволяет владельцам двухтактных моторов расходовать меньше денег на поддержание аппарата в рабочем состоянии.
• Надежность. Та же простота конструкции обеспечивает большую надежность и долгий срок работы двухтактного мотора, но и качество четырехтактного устройство тоже обычно на высоте.
• Уровень шума. Четырехтактный двигатель работает тише.
• Расход топлива. Также владельцы четырехтактного двигателя экономят на горючем.

Это было то, чем в основном отличается лодочный мотор двухтактный от четырехтактного. Обычно при споре одним из доводов в пользу четырех тактов становится то, что не нужно мешать бензин с маслом перед заправкой. Мы это не стали учитывать как преимущество, потому что есть модели двухтактники, которые также не нуждаются в этой процедуре.

Силовая установка имеет заполненный маслом картер. Цилиндр не оборудован окнами для запуска смеси горючего и выпуска отработанных газов. Газообмен осуществляется при помощи механизма распределения газов. Он выполнен в виде клапанов сообщающих полость камеры сгорания с карбюратором и выхлопной трубой. На инжекторных двигателях карбюратор отсутствует. Горючее во впускной тракт подается через форсунки.

Поршневой элемент оснащен компрессионными и маслосъемными кольцами. Компрессионные кольца необходимы для предотвращения утечки смеси воздушной массы с горючим в картер во время сжатия. Маслосъемные кольца защищают цилиндровую полость от попадания смазочного материала.

Силовой агрегат имеет отдельную систему смазки. Кривошипно-шатунный механизм оснащен подшипниками скольжения. Они смазываются маслом, подаваемым под давлением. Во избежание возникновения давления в результате движения поршневых элементов и нагрева смазочного материала картер оборудован дыхательным клапаном. Он сообщает полость картера с атмосферой.

Возгорание смеси воздушной массы с горючим в камере четырехтактного мотора осуществляется через один оборот коленвала. За один цикл происходит 4 такта:

• Впрыск. Поршневой элемент смещается сверху вниз, при этом открывается впускной клапан механизма распределения газов. При смещении поршневого элемента вниз образуется вакуум под действием, которого в гильзу попадает смесь воздушной массы с горючим;

ВНИМАНИЕ: В дизельных моторах через механизм впуска подается чистый воздух. Солярка попадает в камеру при помощи распылителей.

• Сжатие. Поршневой элемент смещается вверх. При этом воздушная масса с горючим достигает высокого давления. Во избежание попадания смеси в поддон силовой установки поршневой элемент оборудован компрессионными кольцами. Благодаря такой конструкции удаётся создать высокое давление;
• Рабочий ход. При нахождении поршневого элемента вверху происходит возгорание массы. Поршневой элемент под действием энергии от возгорания смещается вниз, увлекая за собой шейку коленвала;
• Выпуск. Перемещаясь вверх, поршневой элемент выталкивает из гильзы выхлопные газы. Вывод газов осуществляется через выпускной клапан механизма распределения газов.

СПРАВКА: Управление клапанами осуществляется валом с установленными на нем кулачками. Привод вала бывает ременной, цепной, или шестерёнчатый.

Двухтактный двигатель – лучше четырехтактного!

Какие бы хитроумные устройства ни получал современный поршневой двигатель внутреннего сгорания, он не очень далеко ушёл от уровня техники Второй мировой войны. О том, как важны некоторые нововведения в системы работы двигателя, без хорошей рекламы порой и не догадаться, настолько они малоэффективны. Сегодня хорошо известны все слабые места(процессы), не позволяющие поршневому мотору преодолеть существующий барьер эффективного КПД в 25-45%, но при всём этом, он самый распространённый и надёжный!

Двухтактный двух вальный поршневой двигатель внутреннего сгорания с изменённой прямоточной продувкой тот мотор, который в полной мере раскрыл потенциал поршневого ДВС. Да, схема не нова, но только подобная схема позволяет решить весь комплекс проблем сразу! На примерах недостатков существующих поршневых моторов, и того, как это устранено в новом двухтактном двигателе с изменённой схемой продувки, постараюсь объяснить суть изобретения.

Четырехтактные ДВС не эффективно используют энергию газов в фазе рабочего хода

Во время рабочего хода, т.е. сгорания и расширения газов в камере сгорания их давление действует с одинаковой силой не только на поршень, но и на головку цилиндров, что становиться причиной вибраций любого работающего мотора. Оппозитный мотор частично решет эту проблему, но не является панацея! Он конечно лучше сбалансирован, но газы по-прежнему давят на головку цилиндров, не принося двигателю полезной работы.

Моторы со встречными поршнями в цилиндре решают эту проблему, но существующие сегодня образцы имеют свои сложности и недостатки.

В двигателе новой двухвальной конструкции применили схему с изменённой прямоточной продувкой, уменьшили вдвое ход поршня, по сравнению со значениями хода в обычном четырёхтактном моторе. К примеру с 80 мм ход уменьшается до 40 мм, но в итоге с двух валов получается та, же сумма ходов 80 мм и величина крутящего момента на валу сохраняется неизменной. В результате разложение рабочего хода, конструкторы получили эффект прибавки мощности в 42%, при одинаковом давлении газов в фазе расширения, у сравниваемых моторов. Для скептиков уточним, что потери на трение у нового мотора двухтактного, в расчёте на один цилиндр, такие же, как и у четырёхтактного мотора.

Не буду вдаваться в подробности, боясь запутать. Хотите убедиться? Возьмите пружину прикрепите к ней два одинаковых груза. В первый раз, растянув пружину, отпустите груз только с одной стороны и зафиксируйте время, за которое пружина сожмётся, во второй раз, растянув пружину, до таких же размеров отпустите два груза с двух сторон одновременно и также зафиксируйте время. Сравнив, увидите, что во втором случае такая же по величине работа, будет выполнена на 29% быстрее, вот вам и прибавка к мощности, ведь мощность это работа в единицу времени. Пружина с точки зрение физики сравнима со сжатым газом, который мы имеем в процессе рабочего хода в камерах сгорания сравниваемых моторов. При одинаковых значениях давления в фазе расширения рабочий ход у нового мотора выполнится быстрее.

Следует учесть, что в схеме со встречными поршнями отдача тепловой энергии топлива в энергию расширяющихся газов больше, чем у одновального мотора (нет головки цилиндров). Поэтому при одинаковых количествах сгоревшего топлива в камере сгорания, давление газов у нового мотора будет значительно выше, поэтому и рассчитывать «эффект коротких ходов» (прибавки мощности в 42%), необходимо с поправкой на это. Результат — одна и та же порция топлива выдаст мощность в два раза больше чем в обычном четырёхтактном моторе!

Почему столь весомая часть вклада в КПД нового мотора до сих пор ни как ни применялась!?

Впервые в мире этот эффект был опубликован в описании к патенту № 65547, заявленного в 1999 году в Украине! Пусть кто-то возразит, что это всё есть у американского ОПОС, кстати, он сам подтверждение преимущества схемы нового мотора, только благодаря этому эффекту он и получил приличные результаты по экономичности и мощности, проработав на стендах более 500 моточасов, Питер Хоффбауер опоздал не на один год! ДВС с изменённой схемой продувки «ДИСП», первый патент № 65547 получен в 2004году. Американский патент на ОПОС получен в 2008 году. Декабрь 2012 года принято решение на выдачу патента по заявке № а201110260, модификацию старой модели «ДИСП» (о нём и идёт рассказ).

С увеличением хода поршней у двух вального мотора, теряется эффект прибавки мощности. Увеличение крутящего момента в моторе не компенсирует потерь на трение, увеличивающиеся из-за повышения линейной скорости поршней и снижения теплового КПД, из-за неполного сгорания топлива в результате плохой продувки. Именно поэтому существующие моторы со встречными поршнями не получили такого широкого применения, как четырёхтактные поршневые моторы!

Процесс сгорания топлива у современного мотора далек от идеала. Топливо по-прежнему не сгорает полностью.

Основная причина этому: не достаточно времени в процессе сгорания смесь пребывает в сжатом виде, особенно на высоких оборотах. После прохождения В.М.Т. поршень удаляясь от головки цилиндров, увеличивает объём цилиндра, в котором в данный момент времени происходит сгорание смеси, что становится причиной медленного и не полного сгорания топлива. У разных моторов показатель различный (зависит от оборотов) 5 — 15% потерянного (недогоревшего) с выхлопом топлива, самые большие потери у двухтактных моторов и дизельных моторов.

Ощутимый довесок, чтобы побороться за него!?

Современные системы непосредственного распределённого впрыска, частично решают эту проблему, но, к сожалению, только этого не достаточно для полного сгорания топлива на высоких оборотах двигателя. Единственный мотор, в котором можно комплексно решить проблему — это новый двигатель со встречными поршнями. Механизм синхронизации вращения валов, позволяет регулировать время, в течение которого поршни будут сохранять неизменным расстояние между собой при встрече в В.М.Т., сохраняя тем самым неизменным объём камеры сгорания столько, сколько это необходимо!

Низкий тепловой КПД

Как решают эту проблему сегодня: — повышают рабочую температуру охлаждающей жидкости, а самым простым и эффективным способом решения данной проблемы, является уменьшение площади контакта горящей смеси с системой охлаждения двигателя. У двух вального двигателя камера сгорания образуется между поршнями, поэтому энергия переходит в расширяющиеся газы, а не в головку цилиндра. В двигателе с изменённой схемой продувки, площадь цилиндра в два раз меньше, площади цилиндра обычного двигателя со встречными поршнями, поэтому потери тепла в систему охлаждения у него наименьшие из всех поршневых моторов и соответственно самый высокий тепловой КПД!

По разным сведениям подобным образом можно на 10 — 15% увеличить эффективный КПД поршневого мотора, что, согласитесь не мало!

Некачественная продувка цилиндра существующих двухтактных моторов, в том числе и с прямоточной продувкой.

Необходимость сжатия воздуха для такта продувки у старых моторов со встречными поршнями дополнительным устройством, чаще всего центробежным или осевым компрессорам. Для качественной продувки этого не достаточно, да и на приведение их в действие нужно отдельно и прилично отдать механической энергии. Если начать использовать кинетическую энергию выхлопных газов для привода турбокомпрессора (как это в основном и делают), получится мультик «про Мюнхгаузена», когда он сам себя вытащил за парик из болота. Проталкивать газы в выхлопную трубу, используя их же кинетическую энергию!? Реальность не мультик, поэтому и продувка цилиндра плохая, и результат: топливо не догорает до конца. Кроме этого, подобная продувка быстро «убивает» ресурс таких моторов. В результате тепловой перегрузки коксуются кольца в поршнях, резко понижается компрессии в цилиндрах и далее по списку! Даже «свеженький» американский ОПОС не избежал этих проблем. Продувка в новом моторе выполняется воздухом, сжатым поршнями в продувочных камерах до значительно большего давления, чем в осевых компрессорах старых моторов, поршни охлаждаются воздухом во время впуска и продувки, что снимает с них тепловую перегрузку, повышая моторесурс и надёжность мотора в целом.

Существующие бензиновые поршневые моторы не экономны даже при использовании впрыска топлива

Для нормального воспламенения и горения, смесь у бензиновых моторов должна состоять из определённых пропорций бензина и воздуха. Фактическое количество воздуха и соответственно топлива, попадающего в цилиндр у большинства моторов, зависит от степени открытия дроссельной заслонки. В некоторых моторах эту функцию выполняют величиной подъёма впускного клапана. На маленьких оборотах в цилиндры бензинового мотора, поступает не большое количество воздуха, следовательно, степень его сжатия будет значительно меньше величины указанной в паспорте к мотору, с вытекающими плохими последствиями. Соответствовать номиналу степень сжатия бензинового мотора может только при максимальном нажатии на педаль газа. Известно, чем выше степень сжатия в цилиндрах поршневого мотора (до разумных пределов), тем выше эффективность его рабочего хода и КПД в целом. Пример: тот же дизельный мотор, в котором степень сжатия остается неизменно высокой. Можно конечно полечить и бензиновый ДВС, если сохранять необходимую расчётную степенью сжатия на всех режимах работы двигателя. Меняя дистанцию встречи поршней у В.М.Т. в новом моторе, выбираем необходимое, для определённых условий, оптимальное значение степени сжатия рабочей смеси, а это положительно отражается на топливной эффективности бензиновых ДВС. Конструкция двухтактного ДВС с изменённой схемой продувки позволяет изменять степень сжатия, благодаря своему механизму синхронизации вращения коленчатых валов в зависимости от режима работы мотора.

Модуль двухтактного ДВС с изменённой схемой продувки, имеет два цилиндра, коленчатые валы новой конструкции, что позволяет делать его особо компактным и лёгким, а также хорошо сбалансированным. Мощности такого модуля при объёме 1,5 — 2,0 литра, хватит для большинства транспортных средств. Моторы повышенной мощности предпочтительно собирать из двухцилиндровых модулей, что позволит даже очень большим и мощным автомобилям быть экономными, ведь высокая мощность используется редко и не очень долго. Вот и выходит, что имея старую двух вальную схему, двухтактный мотор с изменённой схемой продувки имеет абсолютно другие результаты по топливным и мощностным показателям. Не буду приводить «сногсшибательные» значения КПД, и так ясно, что он будет значительно выше КПД любого из теперешних поршневых и газотурбинных моторов.

Из устройства нового мотора исчез не нужный теперь компрессор, коленвалы выполнены не традиционно, что в несколько раз снизило их массу и массу двигателя в целом. Нет газораспределительного механизма и лишних цилиндров. Механизм синхронизация вращения коленчатых валов, позволяет управлять степенью сжатия смеси и выбирать необходимое оптимальное время сжатия топливной смеси для её полного и эффективного сгорания.

И заметьте, речь совсем не шла о супер материалах и никому неизвестных, а потому спорных, способах улучшения работы поршневого мотора!

Скажите кому выгодно, что таких моторов до сих пор нет в ваших автомобилях. Наверное, только тем, у кого топливный бак с волшебной функцией: — регенерация топлива и своя нефтяная вышка! Запасов топлива на планете Земля по прогнозам осталось лет на 50-60, благодаря такому мотору эти запасы можно растянуть на 100 -120 лет!

Виталий Лошаков

Способы продувки цилиндров

Очевидно, что процесс продувки, механизм, квалифицирующийся, как сложный. Правильно выполненная продувка напрямую влияет на показатели мощности и коэффициента полезного действия. Для улучшения характеристик, конструкторы постоянно стараются усовершенствовать и довести процесс до идеала.

Как можно продуть цилиндр:

• «Контурная» продувка.Вид продувки прост и поэтому распространён. Недостаток то, что применение связано с перерасходом топлива. Разновидности контурной продувки: возвратно-петлевая, дефлекторная, высотная.

• «П-образная» продувка.Принцип «П-образной» заключается в применении только на моторах с двумя цилиндрами. При проведении, один цилиндр участвует в процессе впуска газов, второй выпускает отработку. Эффект продувки ощущается в топливной экономичности, процесс сопровождается неравномерным нагревом пары, отвечающей за выпуск.

• «Клапанно-щелевая» продувка.Отличается тем, что требует наличия газораспределительного механизма для управления клапанами. Клапан используется, как для предоставления горючего, так и для вывода отработанных паров. Продувка предусматривает отвод отработки посредством клапана в головке цилиндров и поступление горючего через отверстия. Преимущество, что продувка повышает топливную экономичность и минимизирует показатель токсичности выпускаемых паров. Недостаток, сложность конструкции и нарушения режимов, связанных с повышением температуры работы агрегата.

• «Прямоточная» продувка.Используется в силовых установках с количеством поршней равным двум. При этом расположение цилиндра находится в горизонтальном положении. Поршни двигаются, друг навстречу другу. В движении каждый поршень освобождает и перекрывает клапан: один поршень впускает порцию горючего, второй удаляет порцию отработки из цилиндра. Камера сгорания образуется в момент сближения поршней друг с другом. Эффект этого варианта продувки максимален: удаляет сгоревшие газы и экономит горючее. Минус, требуется сложный механизм кривошипов и шатунов, показатели температуры двигателя требуют применения охладителей и устойчивых материалов для изготовления деталей.

Двухтактный двигатель 5 ТДФ с прямоточной продувкой

Какой двигатель мощнее 2 тактный или 4 тактный

Теперь давайте разберем, какой из этих движков мощнее. По мощности двухтактный не превосходит первый вдвое, как может показаться вначале. Разница в мощи составляет всего 1,5 раза, вместо двух как казалось бы.

Двухтактный двигатель плохо сжигает топливную смесь, поэтому у него не получается преодолеть ту силу, на которую способен в работе четырехтактный движок. Не выработанная смесь забирает вместе с собой мощь мотора. Поэтому двухтактный проигрывает перед четырех тактным.

Опытные механики говорят, что сейчас во всех машинах стоит в основном четырехтактный движок. А двухтактные используют в мотопилах и других механических инструментах для сада и огорода.

В каких видах техники используются четырехтактные и двухтактные двигатели

Основная область применения четырехтактников — это автомобилестроение. Серийных машин с 2Т двигателями (как и топлива для них) на данный момент не существует. В середине 20 века выпускались модели с циклом на 2 такта, но из-за большого количества масла в выхлопе, низкой экологичности, повышенного расхода топлива и других сложностей их производство было прекращено. Гоночные автомобили с 2Т мотором встречаются, но это прототипы или машины, сделанные в единственном экземпляре.

Бортовой грузовик ЯАЗ-200 с четырехцилиндровой 2Т-установкой ЯАЗ-М 204, который выпускался в Ярославле с 1945 года.

2Т-моторы из-за их простоты, небольшого веса и способности быстро набирать мощность чаще используются в строительной, уборочной или садовой технике, а также на небольшом транспорте, от которого не требуется преодолевать длинные расстояния.

Как двухтактные, так и четырехтактные моторы можно встретить на:

• мотоциклах;
• скутерах;
• квадроциклах;
• моторных лодках;
• бензопилах;
• триммерах;
• снегоуборочных машинах;
• другой садовой или обслуживающей технике.

В таком случае выбор силового агрегата остается за владельцем: 4Т моторы мощнее и дороже, 2Т — дешевле и легче.

Двухтактный мотор оперативнее реагирует на нажатие ручки газа, так как ему для полного цикла достаточно всего одного оборота поршня.