Двотактний двигун: принцип роботи, пристрій, перспективні ДВС і технічні характеристики

Ера двигунів внутрішнього згоряння налічує вже більше одного століття. Якщо в наші дні поняття «мотор» більш ніж звично вуху, то ще в позаминулому столітті така техніка не була відома ще нікому. І яким би складним винаходом ДВС не здавалося спочатку, насправді, двигун влаштований досить примітивно, і його пристрій може зрозуміти навіть людина, далека від автомобільної техніки. Сьогодні ми розглянемо принцип роботи двотактного двигуна, вивчимо діаграми його роботи і розберемося, яка фізика протікають в ньому процесів.

Принцип роботи

Винахід найпростішого 2-х тактного ДВС датується кінцем 19 століття. За весь час існування подібних агрегатів їх конструкція зазнала значних змін, стала більш досконалий і надійніше. Проте, сама схема роботи не зазнали істотних змін, а діаграма, що описує обидва такту, виглядає так само, як і раніше.

Така діаграма описує такти, які називаються впускним і випускним.

Впускний такт 2-х тактного двигуна передбачає подачу в циліндр свіжої паливної суміші з карбюратора. Другий — випуск відпрацьованої суміші, яка тут же надходить в глушник, що зменшує шумовий ефект і нейтралізує частина токсичних виділень.

Найменший тиск газу в поршні, що відображається на початку діаграми, знаменує перший такт роботи 2-х тактного ДВС. Протягом цього проміжку часу поршень прагне до своєї верхній мертвій точці з крайньої нижньої. По-перше, тут варто відзначити стан випускного вікна поршня, яке в цей момент знаходиться у відкритому стані. Відпрацьована суміш виводиться в сторону глушника. На діаграмі в цей момент відзначається різке підвищення тиску, яке незабаром доходить до свого піку.

Логічно, що при зниженні тиску у верхній камері 2-х тактного ДВС відбувається сильне розрідження в камері згоряння, що на діаграмі роботи відображається у вигляді різкого зниження вихідного тиску. Поява такого вакууму сприяє тому, що суміш, приготована карбюратором, прагне з області високого тиску в область низького, що є особливістю пристрою ДВС подібного типу.

В результаті поршень досягає своєї верхньої точки, і починає працювати свічка запалювання. Тут відбувається розпал надійшла свіжої суміші, що змушує виконати її роботу на розширення і дати поштовх поршню, негайно переміщається вниз.

Другий такт роботи ДВС знаменується тим, що при русі поршня вниз не тільки запалюється суміш, а й відкривається так зване продувні вікно. Через нього в камеру згоряння надходить свіжа суміш, якої тільки належить згоріти. У той же момент відпрацьована і згоріла суміш виводиться через випускне вікно назовні, приймається випускним колектором, а потім вирушає в глушник і в атмосферу.

механічна складова

Тепер, коли докладним чином вивчена фізична складова роботи ДВС, варто дізнатися внутрішнє розташування механічних елементів двигуна, що складають єдиний механізм, яким володіють двотактні двигуни.

Основна складова такого двигуна — це циліндр. Цей порожній усередині металевий резервуар з товстими стінками виконує функції не тільки камери, в якій згорає паливна суміш, а й пристрої обміну свіжою і відпрацьованої суміші в процесі роботи.

Усередині циліндра працює і сам поршень. Основна його частина має систему гумових кілець, які забезпечують рівномірний розподіліть мастила всередині мотора і запобігають змішання свіжої і відпрацьованої суміші між собою.

Поршень з’єднаний з шатуном, який має форму металевого вузького циліндра і з’єднує поршень з колінчастим валом. Основна ідея подібного винаходу — перетворення штовхального руху в обертальний. До слова, саме завдяки цьому механізму вдалося перетворити кожен рух поршня вгору або вниз в постійне обертання ведучого колеса.

Остання, але не менш важлива складова, яка включена в двотактний двигун — це колінчастий вал. Така деталь являє собою не що інше, як механізм передачі енергії двигуна колесам. Завдяки своїй формі і особливостям роботи шатуна, частота обертання коленвала повністю збігається з оборотами двигуна, а тому звичне додавання газу дає ефект різкого прискорення.

мастило

Однією з особливостей, якими володіє двотактний двигун, є унікальна система мастила, яка не є новою, але як і раніше викликає чимало запитань у недосвідчених механіків або тих, хто зіткнувся з необхідністю розібратися в пристрої подібних ДВС вперше.

В першу чергу, варто зрозуміти, де знаходиться масляний картер.

Як відомо, у більшості сучасних автомобілів двигун має внутрішню порожнину, в яку і заливається масло. Його обсяг становить близько декількох літрів, а тип, консистенція і марка виробника залишаються на розсуд власника і залежать від багатьох факторів.

Принцип роботи подібної системи змащення полягає в наступному. При переміщенні поршня відбувається активна циркуляція масла по спеціальних каналах високого і низького тиску. Структура цієї системи досить складна, а тому вона постійно модифікується і змінюється, щоб досягти кращих технічних показників і надійності силового агрегату.

Циркулюючи по цій системі каналів, масло розподіляється не рівномірно, а таким чином, щоб в більшій кількості перебувати в місцях сильного тертя. Це дозволяє усунути багато типові неполадки ДВС застарілого типу: постійний знос поршня і маслос’емних ковпачків, перегрів і інші дрібні і великі неприємності, що вимагають втручання і ремонту.

У випадку з двотактними силовими агрегатами, технічна схема практично аналогічна наведеної вище. Головною особливістю і відмінністю є те, що тут масло являє собою єдину суміш з паливом.

Тобто тут немає окремого картера, призначеного для заливки моторного масла в спеціальний резервуар.

На даному етапі виникає закономірне питання: як же тоді здійснюється мастило всіх рухомих механізмів і яким чином маслу вдається не згоряти?

Насправді, все набагато простіше, ніж може здатися на перший погляд. По-перше, варто уточнити: масло згорає точно так же, як і надходить паливо, в циліндрі. Виходить так, що, вступаючи з карбюратора в камеру згоряння, суміш проробляє досить складний шлях, який пролягає через складну систему каналів. У цей проміжок часу і здійснюється мастило рухомих деталей, що запобігає їх псуванню і передчасний знос, а також поліпшує характеристики силового агрегату.

Найчастіше, пропорції палива і масла приблизно рівні, а ось в’язкість та інші характеристики останнього дещо відрізняються від рідин для чотиритактних моторів: властивості будуть спрямовані на те, щоб забезпечити найменший ефект від горіння і засмічення сажею випускної системи транспортного засобу.

охолодження

Ще один важливий момент, який визначає характеристики двигуна і його властивості, — це система охолодження.

Такі системи бувають лише двох типів — рідинного і повітряного. У чому полягає їх принцип роботи? У рідинної системі основний компонент охолодження — це вода, тосол або антифриз. За системою трубок рідина проходить через корпус двигуна, забираючи у нього частину теплової енергії і переносячи її на себе.

Далі розігріта рідина через систему індикаторних пристроїв надходить в радіатор, де вся її теплова енергія виділяється в навколишнє середовище і розріджується.

Перегін рідини здійснює помпа, яка має ремінний привід з маховиком, приєднаним до колінчастого валу двигуна.

Проте, на двотактних моторах така система застосовується не так часто через свою громіздкість і дорожнечі. Найчастіше на двотактний двигун встановлюється повітряна система охолодження. Так, радіатор обдуває вентилятор, приєднаний до коленвалу за допомогою пасової передачі. Також під час руху відбувається обдув розпеченого корпусу за допомогою потоків повітря, що надходять через систему дефлекторів.

На жаль, не можна не сказати про недоліки подібної системи: часто мотор перегрівається, і в спеку доводиться вдаватися до певних хитрощів, які, тим не менш, не повністю вирішують проблему. Відсутність індикаторного обладнання не завжди дозволяє визначити неполадку на око.

Підбиваючи підсумки

Двотактний двигун — це примітивна система, яка має непогані властивостями, а тому широко застосовується на техніці. Завдяки невеликій кількості складових і щодо простим принципом роботи, самостійний ремонт таких агрегатів не представляє великих труднощів і під силу навіть людині, далекій від техніки і не знає всіх тонкощів роботи силових агрегатів.