Отличия двухтактного двигателя от четырехтактного
Рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания (ДВС) — представляет собой ряд процессов, в результате которых производится порция усилия (мощности), воздействующего на коленчатый вал двигателя. Рабочий цикл состоит из:
- заполнения цилиндра топливной смесью;
- ее сжатия;
- воспламенения смеси;
- расширения газов и очистки от них цилиндра.
Такт в ДВС — это движение поршня в одном направлении (вверх или вниз). За один оборот коленчатого вала совершается два такта. Тот из них, при котором происходит расширение сгоревших газов и совершается полезная работа, называется рабочим ходом поршня.
Двигатели, в которых рабочий цикл совершается за 2 такта (один оборот коленчатого вала), называются двухтактными. Двигатели, в которых рабочий цикл совершается за 4 такта (два оборота коленвала), называются четырехтактным. Двух- и четырехтактные двигатели могут быть как бензиновыми (карбюраторными), так и дизельными. Каковы основные эксплуатационные и конструктивные особенности бензиновых двухтактных и четырехтактных двигателей? Чем отличается двухтактный от четырехтактного? Чтобы лучше понять это, необходимо ознакомиться с принципом их работы.
Принцип работы четырехтактного бензинового двигателя
При впуске поршень опускается из верхней мертвой точки (ВМТ) в нижнюю (НМТ). При этом с помощью кулачков распределительного вала открывается впускной клапан, через который в цилиндр засасывается топливная смесь.
При обратном ходе поршня (из НМТ в ВМТ) происходит сжатие топливной смеси, сопровождающееся ростом ее температуры.
Перед самым концом сжатия между электродами свечи загорается искра, поджигающая топливную смесь, которая, сгорая, образует горючие газы, толкающие поршень вниз. Происходит рабочий ход, при котором совершается полезная работа.
После перехода поршня НМТ открывается выпускной клапан, позволяя двигающемуся вверх поршню вытолкнуть отработавшие газы из цилиндра. Происходит выпуск. В верхней мертвой точке выпускной клапан закрывается, и цикл повторяется снова.
Принцип работы двухтактного бензинового двигателя
При сжатии поршень двигается из нижней мертвой точки в верхнюю. После того как перекроется сначала продувочное окно (2), через которое в цилиндр поступает топливная смесь, а затем выпускное (3), через которое выходят отработавшие газы, начинается сжатие воздушно-бензиновой смеси. Одновременно с этим в кривошипной камере (1) создается разрежение, засасывающее из карбюратора следующую порцию топлива. При подходе поршня к верхней мертвой точке смесь воспламеняется от искры свечи, и образовавшиеся газы толкают поршень вниз, вращая коленвал и производя полезную работу.
В кривошипной камере при рабочем ходе повышается давление, сжимающее топливную смесь, попавшую туда в предыдущем такте. При достижении верхней поверхности поршня (его уплотнительного кольца) выпускного окна, последнее открывается, выпуская отработавшие газы в глушитель. При дальнейшем движении поршень открывает продувочное окно, и находящаяся под давлением в кривошипной камере топливная смесь поступает в цилиндр, вытесняя остатки отработавших газов (осуществляя продувку) и заполняя надпоршневое пространство. При переходе поршня нижней мертвой точки рабочий цикл повторяется.
Эксплуатационные и конструктивные отличия двухтактных и четырехтактных бензиновых двигателей
В двухтактном двигателе заполнение и очистка цилиндра выполняются одновременно с тактами сжатия и расширения — в то время, когда поршень находится вблизи нижней мертвой точки. Для этого в стенках цилиндра имеются два отверстия — впускное или продувочное и выпускное, через которые производится впуск топливной смеси и выпуск отработанных газа. Газораспределительный механизм с клапанами у двухтактного двигателя отсутствует, что делает его значительно проще и легче.
Литровая мощность. В отличие от четырехтактного двигателя, в котором один рабочий ход приходится на два оборота коленчатого вала, в двухтактном рабочий ход совершается при каждом обороте коленвала. Это означает, что 2-х тактный двигатель должен иметь (теоретически) вдвое большую литровую мощность (отношение мощности к литражу двигателя), чем 4-х тактный. На практике, однако, превышение составляет всего 1,5-1,8 раза. Это происходит из-за неполного использования хода поршня при расширении, худшего механизма освобождения цилиндра от отработавших газов, траты части мощности на продувку и прочих явлений, связанных с особенностями газообмена 2-х тактных двигателей.
Потребление топлива. Превосходя четырехтактный двигатель в литровой и удельной мощности, двухтактный двигатель уступает ему в экономичности. Вытеснение отработавших газов осуществляется в нем воздушно-топливной смесью, поступающей в цилиндр из кривошипно-шатунной камеры. При этом часть топливной смеси попадает в выхлопные каналы, удаляясь вместе с отработавшими газами и не производя полезной работы.
Смазка. Двухтактные и четырехтактные двигатели имеют различный принцип смазки двигателя. В 2-х тактных моделях она осуществляется смешиванием в определенных пропорциях (обычно 1:25-1:50) моторного масла с бензином. Воздушно-топливно-масляная смесь, циркулируя в кривошипной и поршневой камерах, смазывает подшипники шатуна и коленчатого вала, а также зеркало цилиндра. При возгорании топливной смеси масло, существующее в виде мельчайших капель, сгорает вместе с бензином. Продукты его сгорания удаляются вместе с отработанными газами.
Применяются два способа смешивания масла с бензином. Простое перемешивание перед заливкой топлива в бак и раздельная подача, при которой топливно-масляная смесь образуется во впускном патрубке, находящемся между карбюратором и цилиндром.
В последнем случае двигатель имеет масляный бачок, трубопровод которого соединен с плунжерным насосом, подающим масло во впускной патрубок ровно в том количестве, которое требуется в зависимости от количества воздушно-бензиновой смеси. Производительность насоса зависит от положения ручки подачи «газа». Чем больше подается топлива, тем больше поступает масла, и наоборот. Раздельная система смазки двухтактных двигателей является более совершенной. При ней отношение масла к бензину при малых нагрузках может достигать 1:200, что приводит к уменьшению дымности, снижению образования нагара и расхода масла. Эта система используется, например, на современных скутерах с двухтактными двигателями.
В четырехтактном двигателе масло не смешивается с бензином, а подается отдельно. Для этого двигатели оснащены классической системой смазки, состоящей из масляного насоса, фильтра, клапанов, трубопроводной магистрали. Роль масляного бачка может выполнять картер двигателя (система смазки с «мокрым» картером) или отдельный бачок (система с «сухим» картером).
При смазке с «мокрым» картером насос 3 всасывает масло из поддона, нагнетает его в выходную полость и далее по каналам подает к подшипникам коленвала, деталям кривошипно-шатунной группы и газораспределительного механизма.
При смазке с «сухим» картером масло заливается в бачок, откуда с помощью насоса подается к трущимся поверхностям. Та часть масла, которая стекает в картер, откачивается дополнительным насосом, возвращающем ее в бачок.
Для очистки масла от продуктов износа деталей двигателя имеется фильтр. При необходимости устанавливается и охлаждающий радиатор, так как в процессе работы температура масла может подниматься до высоких температур.
Поскольку в двухтактных двигателях масло сгорает, а в четырехтактных нет, требования к его свойствам сильно разнятся. Масло, используемое в двухтактных двигателях, должно оставлять минимум нагара в виде золы и сажи, в то время как масло для четырехтактных двигателей должно обеспечивать стабильность характеристик в течение как можно более длительного времени.
Сравнение основных параметров двухтактных и четырехтактных двигателей:
- Литровая мощность. У 2-х тактных двигателей выше в 1,5-1,8 раза, чем у 4-х тактных.
- Удельная мощность (отношение мощности к массе двигателя). Также выше у 2-х тактных.
- Обеспечение подачи топлива и очистки цилиндра. 4-х тактные двигатели оснащены газораспределительным механизмом, который отсутствует у 2-х тактных двигателей.
- Экономичность. Выше у 4-х тактных, расход топлива у которых примерно на 20-30 % ниже, чем у 2-х тактных.
| Двигатель | Количество тактов | Мощность, л.с. | Расход топлива (бензина), кг/час |
| Briggs&Stratton | 4 | 3,5 | 0,9 |
| Minarelli | 2 | 3,5 | 1,5 |
| Tecumzeh | 4 | 3,7 | 0,9 |
| Briggs&Stratton | 4 | 5,0 | 1,0 |
| Tecumzeh | 4 | 5,0 | 1,0 |
| Briggs&Stratton | 4 | 6,0 | 1,1 |
| Lombardini | 4 | 7,0 | 1,6 |
| Minsel | 2 | 7,0 | 2,1 |
- Система смазки. Масло для 2-х тактных двигателей разводится в бензине или (значительно реже) подается из масляного бака во впускной коллектор и сгорает вместе с топливом в поршневой камере. У 4-х тактных двигателей реализована полноценная система, обеспечивающая качественную смазку двигателя и длительное использование масла.
- Экологичность. У 4-х тактных выше. Выхлоп 2-х тактных двигателей обладает большей токсичностью.
- Шумность работы. 4-х тактные двигатели менее шумные.
- Сложность конструкции. 2-х тактные двигатели значительно проще 4-х тактных.
- Ресурс работы. Выше у 4-х тактных из-за более совершенной системы смазки и меньшей частоты вращения коленвала.
- Скорость набора оборотов. 2-х тактные двигатели набирают обороты быстрее.
- Обслуживание. Сложнее у 4-х тактных из-за наличия газораспределительного механизма и более сложной системы смазки.
- Вес. 2-х тактные значительно легче.
- Цена. 2-х тактные дешевле.
Благодаря своей высокой удельной мощности, небольшому весу, простоте обслуживания двухтактные двигатели имеют достаточно широкую область применения. В отношении некоторой бензотехники вопрос, какой двигатель использовать — двухтактный или четырехтактный — даже не возникает. В бензопилах, например, двухтактный двигатель благодаря своему небольшому весу и высокой удельной мощности находится вне конкуренции по сравнению с четырехтактным. Широко используются 2-х тактные двигатели также в скутерах, мототехнике, авиамоделестроении.
И все же из-за токсичности выхлопа и шумности 2-х тактные двигатели сдают свои позиции перед 4-х тактными. Большая их конкурентоспособность возможна при использовании новых технологических решений. Таких, например, как идея компаний Aprilia и Orbital использовать для продувки двухтактного двигателя чистый воздух. Топливо в их модели подается через форсунку, расположенную в головке двигателя, а масло добавляется в продувочный воздух. Такой двигатель по экономичности даже превосходит четырехтактный, его экологичность также соответствует современным требованиям. Вот только главное достоинство 2-х тактных двигателей — простота их конструкции — несколько страдает от нововведения.
Какой мотор лучше для лодки: двухтактный или четырехтактный?
В этой статье попробуем разобраться, какой мотор — двухтактный или четырехтактный — лучше. На специализированных форумах не смолкает спор по этому поводу. Так что сегодня мы приведем несколько доводов, подкрепленных фактами и цифрами.
Важно. Если вы собираетесь покупать мотор для лодки, но не можете решить, какой именно. Наш специалист может помочь вам с выбором мотора для вашей лодки и подберет наилучший вариант за ваш бюджет. Обратиться к специалисту и посмотреть варианты моторов можно в нашем Интернет-магазине.
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.
Итог соревнования лодочных моторов
Итак, что получается? Плюсы 4-т мотора — низкий уровень шума и экономичный расход топлива. Рассмотрим подробнее первый пункт. Да, 2-т двигатель на малых оборотах и на холостом ходу звучит гораздо громче, но при оборотах около 4 тыс. разница практически не заметна опытному уху рыболова. Да и мотор шумит только до тех пор, пока вы не выплывете на середину водоема, где сразу же его заглушите. Так что этот довод не является веским настолько, что необходимость переплаты становится очевидной.
Что же насчет экономичности — это факт, с которым бессмысленно спорить. Действительно четырехтактник поглощает гораздо меньше топлива. Это значит, что загрузка лодки также будет меньше, и стоимость выезда снизится.
Но стоит учесть, что цена на него значительно выше, а вес больше. Так что, чтобы уверенно заявлять об экономии, необходимо узнать: покрывает ли экономия на топливе разницу цен, и весит ли мотор меньше, чем его более легкий аналог с запасом топлива.
На официальный сайте Ямаха, публикуются замеры производительности моторов. Для сравнения были взяты 2 ПЛМ средней мощности:
представитель лагеря двухтактных двигателей — Yamaha 50TLR;
его оппонент — Yamaha F50TLR.
Yamaha 50TLR проходил испытания на лодке Sundance FX 17 Flicker (полный вес во время поездки 710 кг). Yamaha F50TLR испытывали на лодке Key West 166 SK (полный вес 623 кг).
Как вы видите, условия не идеальные — разный вес и параметры лодок. Просто учтем, что 4-т двигатель немного впереди уже на старте.
Данные по результатам сравнения мы свели в таблицу:
Большинство владельцев судов предпочитают движение на оборотах от перехода на глиссер до 5 000. Это оптимальный диапазон, чтобы развить хорошую скорость, но при этом не расходовать слишком много топлива. Из таблицы видно, что на этом отрезке 4-т мотор экономит примерно 20,27%. Перейдем в абсолютную величину и получим разницу расхода в 2,65 л/ч.
Теперь переведем результаты в денежный эквивалент. Актуальная цена на сегодняшний день для Yamaha 50TLR 356 400 руб., Yamaha F50TLR — 436 000 руб. Значит, 4-т двигатель дороже на 79 600 руб., зато расходует меньше бензина.
Теперь подсчитаем, когда же мотор окупится. Итак, ежечасно экономия составляет 2,65 л бензина. Сегодня стоимость 92 составляет примерно 42,40 руб/л. Считаем экономию в рублях:
42,4 * 2,65 = 112,36 руб.
Теперь рассчитаем, за сколько моточасов окупится переплата за 4-т ПЛМ:
79 600 / 112,36 = 708 часов.
То есть Yamaha F50TLR должен продержаться 708 часов только чтобы экономия на топливо покрыла разницу в ценах!
В среднем за сезон заядлый рыболов может проехать 50 моточасов, так что возьмем немного усредненное значение: 40 часов. Таким образом, двигатель вернет потраченный излишек за:
708 / 40 = 17,7 сезона.
То есть должно пройти 18 лет, чтобы покупка 4-т ПЛМ стала оправданной. Это можно назвать экономией? Ну это естетсвенно по фактору «Экономии топлива».
Где же выгода?
Покупатель приходит в магазин за хорошим, надежным двигателем. Его встречает менеджер, который начинает расхваливать бесшумную, экономичную модель, деликатно умалчивая о тяжести и дороговизне. И вот появляется еще один «счастливый» обладатель четырехтактника.
Выгодно ли вам переплачивать солидную сумму за мотор? Нет, зато производителю выгодно продать более дорогую модель.
Выгодно ли вам тратить деньги на сложный ремонт и дорогие комплектующие? Нет, зато производителю выгодно выпускать дорогие запчасти, которые обязательно вам пригодятся.
Выгодно ли производителю осовременить дизайн более дешевых двухтактных моторов? Конечно, нет, ведь тогда 4-т двигатели лишатся огромного преимущества — стильного внешнего вида.
Подведем итог: покупка 4-т двигателя выгодна в большей мере производителю, и производителю запчастей, но не покупателю.
Конечно, бывают случаи, когда четырехтактный двигатель выгоднее. Например, для профессиональных перевозчиков. Здесь экономия на топливе должна сыграть свою роль гораздо раньше 18 сезонов. Или для любителя скорости и высоких оборотов, который никогда не останавливается. Но для мирных выходных с удочкой, проведенных в одиночестве или в приятной компании предпочтительнее и проще купить двухтактный мотор, а сэкономленные деньги еще несколько лет тратить на топливо.
Источник