Четырехтактный двигатель. Работа четырехтактного двигателя
В цилиндре четырехтактного поршневого двигателя циклическая последовательность энергетических преобразований начинается с реакции горения ТВ-заряда, когда поршень находится в ВМТ. В результате сгорания химическая энергия топлива переходит в тепловую энергию сильно сжатых газов.
Так в камере сгорания образуется газообразное рабочее тело теплового двигателя. Далее тепловая энергия рабочего тела за счет его интенсивного расширения переходит в механическую работу по перемещению поршня из ВМТ в НМТ. Следующим этапом преобразований является кинематическое превращение линейного перемещения поршня в возвратно-поступательное его движение и получение вращательного движения на выходном валу двигателя. Это преобразование реализуется с помощью кривошипно-шатунного механизма, коленчатого вала и его маховика. При этом сам коленчатый вал и навешенные на него детали (массы) получают значительный импульс движения, за счет которого совершается полезная работа двигателя, а поршень переходит через НМТ и начинает обратное движение к ВМТ.
Эта часть энергетического цикла соответствует рабочему такту двигателя «рабочий ход» и заканчивается в НМТ. С этого момента (от нижней мертвой точки) на полезную нагрузку одноцилиндрового двигателя и на последующие вспомогательные процессы энергетических преобразований начинает работать кинетическая энергия инерционных масс коленчатого вала, ранее разогнанных рабочим ходом поршня. Вслед за процессом «рабочий ход» в любом поршневом двигателе должны быть выполнены два насосных процесса: выпуск отработавших газов и впуск свежего топливовоздушного заряда.
В четырехтактном одноцилиндровом двигателе такты выпуска, впуска и сжатия реализуются инерционным вращением коленвала с массивным маховиком (тремя ходами поршня между НМТ и ВМТ). В многоцилиндровом двигателе поршни поочередно работают на один общий коленвал, и процессы выпуска, впуска и сжатия в цилиндре реализуются не только инерционным вращением коленвала, но и рабочими ходами поршней в других цилиндрах, на выполнение насосных процессов затрачивается часть энергии рабочего хода.
Чем продолжительнее насосные процессы в общей продолжительности рабочего цикла, тем ниже КПД двигателя. Именно поэтому двухтактные двигатели эффективнее четырехтактных, а четырехтактные — эффективнее шеститактных.
После завершения насосных процессов, сразу вслед за впуском, в цилиндре четырехтактного двигателя начинается энергетический процесс сжатия. Этот процесс реализуется четвертым (последним) в данном цикле ходом поршня (вверх).
Рассмотрев последовательность основных процессов энергетического преобразования и сопутствующие им вспомогательные процессы в четырехтактном двигателе, можно перейти к рассмотрению рабочих тактов в четырехтактном цикле.
Четырехтактным циклом называется последовательность из четырех рабочих тактов двигателя: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. За начало цикла обычно принимают такт впуска.
Следует предварительно заметить, что хотя по определению рабочий такт включает в себя несколько рабочих процессов, приходящихся на один ход поршня, в четырехтактном двигателе каждому такту присваивается наименование только одного (основного) рабочего процесса.
Например, рабочий такт «сжатие» (ход поршня из НМТ в ВМТ после впуска) включает в себя не только само сжатие, но и внутреннее перемешивание ТВ-смеси, формирование ТВ-заряда, воспламенение ТВ-заряда перед его сгоранием, начало формирования газообразного рабочего тела. Но называется данный такт — тактом сжатия.
То же самое можно показать на примерах других тактов. Но главное здесь то, что довольно продолжительная последовательность различных процессов, имеющих место в каждом такте, в целях упрощения «раскладывается» только на четыре рабочих такта. Эти такты: ВПУСК, СЖАТИЕ, РАБОЧИЙ ХОД, ВЫПУСК Таким образом, для четырехтактного двигателя рабочим циклом можно считать не совокупность рабочих процессов, приходящихся на один акт сгорания ТВ-заряда, а последовательность четырех конкретных рабочих тактов.
Рассмотрение четырехтактного цикла удобнее проводить с помощью индикаторной диаграммы, которая отображает изменение давления в цилиндре по ходу поршня за рабочий цикл.
Индикаторная диаграмма состоит из четырех характерных участков:
1.
Участок (71) — впуск ТВ-смеси под разрежением от всасывания (Р = 0,8 атм). Температура ТВ-смеси в конце впуска Ti = 10О°С. Имеет место вентиляционное охлаждение цилиндра.
2. Участок (123) — сжатие. При степени сжатия еа = 10 (для бензинового ДВС) давление в конце сжатия Рс = 15 атм, температура Тс = 500°С.
3. Участок (3456) — сгорание ТВ-заряда и расширение (рабочий ход). Воспламенение ТВ-зарядв в точке 2. Окончание процесса сгорания ТВ-заряда в точке 3. Дааление газов Р4 = 40 атм, температура Т4 & 2800°С. К концу расширения (точка 5) давление Р5 = 4 атм, Т5 = 1000°С. В точке 6 давление Р6 = 1,3 атм (остаточное давление газов), Т6 = 800°С.
4. Участок (67) — выпуск отработавших газов. Выпускной клапан открывается в точке 5.
Процесс выпуска протекает при даалении, которое превышает атмосферное. К концу выпуска температура падает до Т7 = 700°С, и далее там. Здесь же показаны схемы текущего положения порш-при впуске — до Т± = 100°С.
ня в четырехтактном двигателе.
Управление клапанами в поршневых двигателях осуществляется от специального вала, который называется распределительным. Распределительный вал механически жестко сочленен с коленчатым валом через цепную, шестеренчатую или зубчатую ременную передачу. В двигателях с четырехтактным рабочим циклом передвточное отношение такой передачи равно один к двум. То есть за два оборота коленчатого вала распределительный вал делает один оборот.
Третьим рабочим тактом поршневого двигателя является такт рабочий ход. Он начинается сразу после того, как поршень 6 начнет перемещаться из верхней мертвой точки снова вниз. Такт «рабочий ход» наиболее важный в работе двигателя. Именно в этом такте происходит главное энергетическое преобразование ДВС — превращение тепловой энергии сгоревшего топливовоздушного заряда в механическую работу.
В бензиновых поршневых ДВС этот такт происходит следующим образом. В зоне, близкой к ВМТ, еще в такте сжатия топливовоздушный заряд принудительно воспламеняется от электрической искры в свече 13 зажигания.
Топливовоздушный заряд быстро сгорает, и к началу такта рабочий ход давление в образовавшихся газах достигает максимального значения (точка Z). Газы, образовавшиеся в результате сгорания топливовоздушного заряда, с этого момента выполняют роль сильно разогретого рабочего тела, сжатого в объеме камеры сгорания. Как только поршень за ВМТ начинает перемещаться вниз, рабочее тело, интенсивно расширяясь, высвобождает приобретенную тепловую энергию, которая превращается в механическую работу в виде движения поршня вниз под действием расширения газов.
Последний (четвертый) рабочий такт поршневого двигателя называется тактом выпуска, так как в нем осуществляется эвакуация из объема цилиндра отработавших газов.
Важно понимать, что из всех четырех тактов четырехтактного двигателя только такт «рабочий ход» полезно работает на нагрузку ДВС, так как только в нем коленчатый вал 10 получает от поршня 6 через шатун 7 и кривошип 8 разгонное механическое усилие. Во всех остальных рабочих тактах двигатель не вырабатывает, а потребляет часть механической энергии от коленчатого вала.
Описанные четыре рабочих такта во время работы ДВС чередуются друг за другом и образуют полный четырехтактный рабочий цикл двигателя.
Следует иметь в виду, что строгого соответствия между рабочими тактами (ходами поршня) и тактовыми рабочими процессами в четырехтактных (так же, как и в двухтактных) поршневых двигателях нет. Это объясняется тем, что при работе двигателя фазы клапанного газораспределения и фазовые состояния клапанов накладываются на рабочие ходы поршня в разных конструкциях двигателей по-разному.
Работа многоцилиндровых ДВС происходит по цилиндрам последовательно, в каждом из которых рабочие процессы протекают так же, как и в вышеописанном одноцилиндровом двигателе. Все цилиндры в многоцилиндровом ДВС работают на один коленчатый вал, который воспринимает рабочие усилия от разных цилиндров через заданный числом цилиндров угол поворота.
Чередование срабатываний цилиндров в многоцилиндровых двигателях носит наименование — порядок работы.
Порядок работы ДВС задается конструктивно соответствующим исполнением распределительного и коленчатого валов и не может быть изменен в процессе эксплуатации.
Реализуется порядок работы ДВС чередованием искр зажигания, поступающих на свечи цилиндров от системы зажигания. К примеру, порядок работы четырехцилиндровых двигателей может быть либо 1342, либо 1243
Газораспределительные механизмы в современных поршневых двигателяхПри различных режимах работы двигателя газообмен в его цилиндрах происходит по-разному. На оборотах холостого хода, когда скорость движения газообразных масс в двигателе низкая, отработавшие газы не успевают эвакуироваться из цилиндров и двигатель, «задыхаясь», может остановиться. Чтобы этого не произошло, горючую смесь обогащают, что приводит к дополнительному расходу топлива и повышенному образованию СО в отработавших газах. Оптимальные условия работы двигателя нарушаются. Однако эффект задымления цилиндров на холостом ходу можно свести к минимуму более ранним открытием выпускного клапана в такте «рабочий ход».
Тогда часть энергии расширения рабочего тела будет затрачиваться на принудительную и интенсивную эвакуацию отработавших газов. Мо при высоких оборотах двигателя под большой нагрузкой раннее открытие выпускного клапана приводит к значительной потере развиваемой двигателем мощности. Получается так: фазу начала открытия выпускного клапана желательно иметь разной, а жесткий распредвал этого не обеспечивает.
Другой пример. Когда двигатель работает на очень высоких оборотах, скорость движения топливовоздушной смеси на входе цилиндра и выхлопных газов на его выходе тоже очень высокая. Это придает газовым потокам значительную дополнительную энергию движения за счет инерции. Поэтому одновременное открытие впускного и выпускного клапанов (перекрытие клапанов) в цилиндрах в конце выпуска и в начале впуска является крайне желательным явлением.
Фаза перекрытия клапанов в таком случае должна быть расширена по сравнению с режимами работы двигателя в менее скоростных режимах, так как это способствует дополнительной продувке цилиндра под напором быстрых впускных газов и под сильным разрежением быстро вылетающих отработавших газов.
Однако подобное расширение фазы перекрытия клапанов в режиме холостого хода недопустимо, т.к. приводит к нарушению процесса внешнего смесеобразования из-за обратного выхлопа части отработавших газов во впускной коллектор. Из этого примера следует, что и фазу перекрытия клапанов жесткий распредвал формирует неоптимально.
Ясно, что каждому виду фазовой диаграммы соответствует определенная форма кулачков на распредвале. Так, для впускного и выпускного клапанов в идеальном двигателе кулачки симметричные, с идеальным профилем; у двигателя ЗИЛ кулачки гармонические, впускной с разворотом в сторону опережения, выпускной — почти симметричный; двигатель оптимальный по холостому ходу имеет тангенциальные кулачки — выпускной кулачок со значительным разворотом в сторону отставания, а впускной — в сторону опережения; у двигателя, работающего в форсированном режиме с расширенной фазой перекрытия клапанов, впускной кулачок гармонический и должен давать опережение по открытию клапана, а выпускной тангенциальный — отставание по закрытию.
Опережение или отставание фазовых состояний клапана определяется и формируется разворотом кулачка против вращения распредвала (отставание) или по направлению (опережение). Важно также заметить, что в реальных двигателях с жестким распредвалом фазы впуска и выпуска почти никогда не бывают симметричными (их середина сдвинута относительно середины рабочего такта — хода поршня от одной мертвой точки к другой).
• Из рассмотрения диаграмм ясно, что жесткая привязка фаз газораспределения к вращению коленчатого вала, даже при их расширении и (или) смещении относительно рабочих тактов двигателя, не является оптимальным способом формирования процессов газораспределения в реальных ДВС. Получается так: изменился режим работы двигателя, надо бы соответственно изменить и фазы газораспределения. Но газораспределительный механизм с жесткими кинематическими связями не позволяет этого сделать. Приходится искать «золотую середину». Компромиссное среднее положение фаз газораспределения относительно нижней и верхней мертвых точек для каждого конкретного двигателя определяется опытным путем на специальном экспериментальном стенде.
Найденные таким способом фазы газораспределения называются установочными. До недавнего времени опытный подбор установочных фаз был единственной возможностью подогнать жесткий распредвал под реальные процессы газообмена в ДВС на различных режимах его работы.
При подборе установочных фаз имеют в виду следующие соображения. Фазы, раскрыв угла которых более 180°, могут быть сдвинуты относительно мертвых точек, а также относительно друг друга. Манипулируя шириной фаз впуска и выпуска и их сдвигом, можно подгонять рабочие параметры двигателя под заданные условия эксплуатации. Такая возможность обусловлена тем, что эффективность газообмена в цилиндрах ДВС определяется степенью их наполнения свежим зарядом и степенью их очистки от отработавших газов. А наполнение и очистка цилиндров непосредственно зависят от продолжительности фаз впуска и выпуска, и от фазы их взаимного наложения друг на друга (фаза перекрытия клапанов).
Можно детально объяснить, почему так происходит, но здесь ограничимся тем, что укажем на три основных момента:
1.
В высокоскоростном двигателе наполнение цилиндра свежим зарядом несколько увеличивается (примерно на 10…15%) за счет напора газов со стороны впускного коллектора, если впускной клапан остается открытым на некоторое время после НМТ (50е…80° по углу поворота KB).
2. При раннем открытии выпускного клапана (за 40°…70° до НМТ, в такте «рабочий ход») большая часть отработавших газов (до 60%) эвакуируется из цилиндра достаточно высоким (4…5 атм) давлением газов. (Поршень в такте выпуска вытесняет из цилиндра всего 40…50% отработавших газов.)
3. Одновременное открытие выпускного и впускного клапанов (перекрытие клапанов) в конце такта выпуска (за 20…30° до ВМТ) и в начале такта впуска (20…50° после ВМТ) способствует продувке камеры сгорания, из которой вытесняются остаточные отработавшие газы. Продувка происходит за счет инерционного движения газовых потоков во впускном и выпускном коллекторах.
Используя эти три фактора воздействия на эффективность газообмена, можно создавать двигатели с различными рабочими характеристиками.
Для двигателей обычного назначения фазы газораспределения устанавливаются таким образом, чтобы они наиболее оптимально соответствовали применяемому на данном двигателе способу смесеобразования и конструкции газопропускных каналов и тем самым обеспечивали устойчивую работу двигателя при всех возможных режимах его работы.
Однако усредненный подбор фаз газораспределения не является единственным способом улучшения характеристик двигателя внутреннего сгорания с жестким распредвалом. Так, современные двигатели теперь стали оборудовать многоклапанным газораспределительным механизмом, в котором на один цилиндр приходится до четырех и даже до пяти клапанов. Клапаны приводятся в действие от двух распределительных валов группами по два или три клапана.
Такая конструкция газораспределительного механизма дает возможность значительно увеличивать суммарную площадь пропускных щелей клапанов во время одновременного их открытия сравнительно небольшим ходом.
Таким образом, многоклапанная система позволяет реализовать более эффективный газообмен в цилиндрах ДВС при высокой степени сжатия и при высоких оборотах без применения искусственного наддува цилиндров свежей порцией воздуха и без значительного расширения фаз.
Это существенно повышает выход мощности ДВС с единицы его конструктивного объема. Как следствие, многоклапанные двигатели меньше по весу и габаритам в сравнении с классическими моделями ДВС.
«Audi-A4» с двадцатью клапанами работает без наддува и развивает мощность в 125 л.с. уже при 5800 об/мин. Он имеет плавный ход за счет «длинной полочки» в характеристике крутящего момента (крутящий момент в 165 Нм развивается на 3500 об/мин и в 173 Нм — на 3950 об/мин). Три впускных и два выпускных клапана своим коротким ходом и малой длительностью открытия позволяют приблизить продолжительность и место нахождения фаз газораспределения к их соответствию с рабочими тактами идеального теоретического двигателя. Перекрытие клапанов в такой конструкции минимальное. Это значительно улучшает такие показатели работы ДВС, как бесшумность и плавность хода, динамичность и расход топлива. Вращение коленчатого вала вначале передается зубчатым ремнем на выпускной распределительный вал (в передней части двигателя), а с него — на впускной распределительный вал цепной передачей (сзади двигателя).
В настоящее время многоклапанные системы находят широкое применение на ДВС для современных легковых автомобилей.
Еще одно новшество в современном механизме газораспределения — это гидравлические толкатели. Существуют две разновидности гидравлических толкателей: с подачей масла под давлением от системы смазки и с герметичной масляной подушкой, находящейся под давлением пружины или сжатого газа. Такие толкатели передают усилие от распределительных валов непосредственно на клапаны без промежуточных коромысел, что исключает необходимость регулировки клапанов в процессе эксплуатации ДВС.
Но самым перспективным направлением в повышении эффективности работы газораспределительного механизма является гибкое программное управление работой клапанов, что может быть реализовано несколькими способами: поворотом составного распредвала относительно коленчатого вала на соответствующий угол, создавая тем самым опережение или отставание распредвала с одновременным расширением вершин кулачков; изменением профиля кулачка по заданному закону управления: или, например, сделать кулачок вращающимся на распредвалу с жесткой его фиксацией в нужный момент от электронной автоматики.
Наиболее активно и плодотворно в направлении внедрения электроники в управление механизмом газораспределения работали японские автомобилестроители. Так, в 1992 году две японские фирмы «Honda» и «Mitsubishi» объявили о своих намерениях выпустить двигатель с автотронной системой управления клапанами. С 1993 года фирма «Honda» действительно освоила серий ный выпуск таких двигателей, на которых получила широкую и выпуклую характеристику для крутящего момента и значительную удельную мощность — 75 кВт/л. Не менее интересны достижения фирмы «Mitsubishi». Эта фирма оснастила автотронной системой «Mivec» двигатель автомобиля «Lanser». Этот двигатель объемом 1600 см3 до модернизации развивал мощность 83 кВт при 6000 об/мин и максимальный крутящий момент 137 Нм. После замены обычной головки блока цилиндров на головку с автотронным управлением клапанами двигатель стал мощнее на 40 кВт, а максимальный крутящий момент достиг значения в 167 Нм.
С этим же двигателем более легкий автомобиль «Mit-Colt» показал расход топлива 3,75 л/100 км при постоянной скорости движения 60 км/ч.
Такие показатели получены за счет применения в автотронной системе управления клапанами, в системе впрыска топлива и в системе цифрового зажигания единой гибко интегрированной программы управления, заложенной в память центрального бортового компьютера, тем самым достигнута высокая точность срабатывания всех систем.
В этом механизме два верхних распредвала впускной и выпускной. На каждую пару одноименных клапанов работают не два одинаковых, а два разнопрофильных кулачка: один пологий, другой острый. Толкающие действия клапанам могут сообщаться или от острого, или от пологого кулачка попеременно или от обоих кулачков сразу. Режимы работы кулачков, зависящие от режима работы двигателя, заложены в программу бортового компьютера и реализуются с помощью электрогидраалического или электромагнитного управления системой передаточных коромысел. Такой работой механизма реализуется автоматическое управление фазами и высотой хода клапанов.
Функциональная модель узла с электронным упраалением механизмом газораспределения работает следующим образом.
Если по программе требуется, чтобы клапан открывался и закрывался по синусоидальному закону, в работу включается гармонический (пологий) кулачок. Для этого сигнал управления от ЭБУ подается на соленоид 2, который выталкивает шток 3, а тот в свою очередь надавливает на фиксатор 4. Происходит жесткая фиксация толкателя 6 на промежуточном валу 5, который одновременно является поворотной осью для Т-образного коромысла 8. Пологий кулачок 13 набегает на левый ролик 9, и спаренные клапаны 7 открываются наклоном Т-образного коромысла. Так как в это время правый толкатель 6 не зафиксирован на оси 5, то он никакого действия на коромысло 8 не оказывает. Аналогично работает и острый кулачок 11 или оба кулачка сразу.
В последнем случае может быть получена сколько угодно сложная форма управления клапанами. Достоинством системы является возможность выключения клапанов. Недостатки — конструктивная сложность и низкая надежность механизма фиксации толкателя 6 на оси 5. Сравнительно быстрый износ фиксаторов приводит не только к нарушению программы работы двигателя, но и к полной его остановке.
Возможны и другие варианты исполнения фиксаторов, например с электромагнитным гидрофиксатором.
Однако идеальный по газораспределению двигатель внутреннего сгорания пока еще не создан, хотя изобретен профессором МАДИ В.М. Архангельским еще в пятидесятых годах XX века. По идее Архангельского идеальный двигатель должен управляться не механическими клапанами с приводом от распределительного вала, а электромагнитными клапанами с электрическим управлением процессами их открывания и закрывания. Ясно, что если клапаны будут включаться и выключаться по электрическим сигналам, то можно будет создать программу идеального газораспределения и управления клапанами так, как это делается в современных системах зажигания при формировании момента новообразования.
Главной проблемой реализации идеи электромагнитного управления газораспределительными клапанами является пока непреодолимая сложность создания малогабаритных, мощных и быстродействующих электрических клапанов с тихой работой. Когда это станет возможным, процессы газораспределения в поршневом ДВС будут осуществляться не газораспределительным механизмом с распредвалом, а электромагнитными клапанами с управлением от электронной автоматики или от центрального бортового компьютера.
10 вещей, которые нужно знать о кроссовых мотоциклах 2Т и 4Т
10 вещей, которые нужно знать о кроссовых мотоциклах 2Т и 4Т
1. Классификация. Двигатели в кроссовых мотоциклах классифицируются по способу осуществления рабочего цикла — четырехтактные и двухтактные. Двухтактные двигатели обладают большей мощностью на единицу объёма, однако меньшим КПД.
2. Рабочий цикл. У четырёхтактного двигателя рабочий цикл состоит из 4-х этапов: впуск, сжатие, сгорание и расширение, и выпуск. В двухтактном двигателе рабочий цикл полностью происходит в течение одного оборота коленчатого вала. При этом от цикла четырёхтактного двигателя остаётся только сжатие и расширение. Впуск и выпуск заменяются продувкой цилиндра вблизи НМТ (нижней мертвой точки) поршня, при которой свежая рабочая смесь вытесняет отработанные газы из цилиндра.
3. Преимущества. Начнем с преимущества двухтактных двигателей. Первое и самое главное — отсутствие громоздких систем смазки и газораспределения, большая мощность на литр рабочего объема, чуть меньше ресурс, но проще и дешевле в обслуживании.
Четырехтактные двигатели отличаются отсутствием вибрации, большим ресурсом, экономичностью, более чистым выхлопом и не нужно смешивать масло с бензином. Но в тоже время они дороже и сложнее в обслуживании. На жестких трассах с большим количеством поворотов преимущество будет у четырехтактного двигателя, в то время как 2Т будет более быстрым на скоростном и суглинистом треке.
4. Максимальная мощность. Это самая большая разница между этими двумя типами двигателей. На обоих типах максимальная мощность примерно одинакова, но достигается на разном числе оборотов. Для всех начинающих и большинства средних гонщиков показатель мощности имеет мало значения, так как мало кто из них способен использовать хотя бы половину потенциала мотора. Но можно отметить, что мощность на 4Т более удобна в использовании и более ровная, а на 2Т она взрывная и мотоцикл более резкий.
5. Крутящий момент. Существует аксиома, что главное не мощность, а крутящий момент.
У четырехтактного двигателя он выше. Это позволяет реже переключать передачи, не так экстремально проходить повороты и разгоняться более плавно, исключая пробуксовки.
6. Максимальные обороты. На 4Т выше. Это позволяет дольше разгоняться на одной передаче. На 2Т – узкий рабочий диапазон.
7. Вес. Двухтактный кроссовый мотоцикл легче, чем четырехтактный. Также стоит учитывать, что на 4Т присутствует торможение двигателем, в то время как на 2Т оно полностью отсутствует.
8. Управляемость. Эта вещь иногда может казаться весьма субъективной, и то, что работает для одного гонщика, не будет одинаковым для другого. Многие проблемы, связанные с управляемостью, могут быть решены с помощью хорошей настройки подвески и различных частей тюнинга. Естественно, 4-тактный мотоцикл тяжелее, но его легче контролировать на треке.
9. Ремонт. Когда дело доходит до ремонта, 2Т имеют преимущество просто потому, что 4 такта имеют больше компонентов, требующих более частого планового технического обслуживания.
Стоимость восстановления 4-тактного двигателя намного дороже, чем восстановление 2-тактного.
10. 2Т или 4Т? Выбор двухтактного или четырехтактного мотоцикла – это личное предпочтение каждого. Конечно каждый скажет, что преимущество 2-тактов против 4-х очевидно: у него более быстрое ускорение, он легче, имеет более низкую стоимость обслуживания и ремонта. Но как точно заметил Роджер Де Костер, по-настоящему ехать на двухтактном мотоцикле может только очень талантливый спортсмен, так как 2Т требует от гонщика лучшей реакции, навыков и физических сил. Поэтому выбор полностью зависит от вашей квалификации.
Двухтактные и четырехтактные двигатели: как они работают, плюсы и минусы
Недавно несколько моих приятелей по бездорожью перешли с двухтактных на четырехтактные внедорожные мотоциклы, в то время как другие пошли другим путем. Почему?
Мои друзья, которые сделали переход, говорят о различиях в тяге, торможении двигателем, подаче мощности, звуке и общем ощущении.
Итак, давайте подробнее рассмотрим, чтобы ответить на некоторые основные вопросы, например, в чем разница между четырехтактным и двухтактным двигателем? Как работают четырехтактные и двухтактные двигатели? Каковы плюсы и минусы каждого? И какой из них лучше для вас?
Четырехтактный против двухтактного: как они работают
В наши дни немногие уличные мотоциклы имеют двухтактные двигатели, так что это в основном вопрос для гонщиков по бездорожью. Чтобы не усложнять задачу в этой статье, мы будем придерживаться современных одноцилиндровых двигателей для внедорожных мотоциклов в двухтактном и четырехтактном форматах. Давайте посмотрим на сходства и различия.
И двухтактные, и четырехтактные двигатели представляют собой двигатели внутреннего сгорания, которые используют энергию, создаваемую при сгорании смеси воздуха и топлива, для толкания поршня вниз. Шатун и коленчатый вал преобразуют движение поршня вверх-вниз во вращательное движение, которое направляется к заднему колесу мотоцикла, толкая его вперед.
Пример очень популярного четырехтактного двигателя. Вы можете видеть, где в головке блока цилиндров находятся двойные верхние кулачки. фото КТМ.
Когда мы говорим «ход», мы имеем в виду движение поршня вверх или вниз внутри цилиндра. В четырехтактном двигателе первый такт — впуск, второй — сжатие, третий — сгорание, четвертый — выпуск. Учителя средней школы, пытающиеся удержать внимание подростков с гормональной зависимостью, иногда используют более запоминающиеся термины: «сосать, сжимать, хлопать, дуть», чтобы описать четыре удара. Вот что происходит при каждом ударе.
Впуск : Впускной клапан (клапаны) в головке открывается, когда поршень движется вниз, всасывая топливный заряд. Двигатель вдыхает здесь.
Компрессия : Впускной и выпускной клапаны закрыты, поршень движется вверх, сжимая топливно-воздушную смесь.
Сгорание : Впускной и выпускной клапаны остаются закрытыми, пока ваша система зажигания зажигает свечу зажигания, воспламеняя топливно-воздушную смесь и заставляя поршень опускаться, передавая мощность на заднее колесо.
Выхлоп : Выпускной клапан (клапаны) открывается, когда поршень снова движется вверх, выталкивая сгоревшую топливно-воздушную смесь через выхлопную систему. Потом сериал начинается заново.
Обратите внимание, что все это происходит над верхней частью поршня. Вот почему головки цилиндров четырехтактных двигателей намного больше головок цилиндров двухтактных двигателей. Головка должна содержать распределительные валы, клапаны, впускной и выпускной тракты, а также свечу зажигания. Ниже всего этого коленчатый вал находится в масляной ванне внутри картера. Когда кривошип вращается, он подает масло на стенки цилиндров, кривошип и шатунные подшипники, чтобы все было достаточно смазано. Большинство мотоциклов также имеют масляные системы под давлением, которые впрыскивают масло туда, где оно необходимо для смазки и охлаждения.
Пример очень популярного двухтактного двигателя. Обратите внимание на простую конструкцию головки блока цилиндров. фото КТМ.
В двухтактном двигателе выполняются те же этапы всасывания-хлюпания-выброса, но они объединяют такты впуска и сжатия, а затем объединяют такты сгорания и выпуска, так что весь процесс завершается за два такта вместо четырех. Это означает, что двухтактный двигатель создает мощность каждый раз, когда поршень опускается вниз, тогда как четырехтактный двигатель создает мощность каждый раз, когда поршень опускается вниз. Вот как.
Двухтактные двигатели используют картер как часть впускного тракта, используя объем над и под поршнем. В этом случае коленчатый вал не может находиться в масляной ванне, как четырехтактный двигатель. Вместо этого в двухтактных двигателях масло смешивается с топливом, и это остаточное масло смазывает стенки цилиндров, кривошип и шатунные подшипники.
Двухтактные двигатели легко отличить по их толстой выхлопной трубе. Форма и размер расширительной камеры имеют решающее значение для того, чтобы двигатель не только удалял сгоревшее топливо (и масло), но также создавал вакуум, помогающий втягивать свежую топливно-воздушную смесь через перепускное отверстие.
Кроме того, головка блока цилиндров на двухтактном двигателе представляет собой просто колпачок на верхней части цилиндра, используемый для удерживания свечи зажигания. В головке блока цилиндров нет ни клапанов, ни отверстий. Вместо этого в цилиндре есть отверстия, называемые портами, которые направляют поток всасываемого заряда и закрываются и открываются по мере того, как поршень поднимается и опускается в цилиндре. воздушной смеси и выхлопа, поршень в двухтактном двигателе действует как вертикально скользящая дверь, открывающая и закрывающая порты. Магия двухтактного двигателя заключается в том, как он использует движение поршня, а также пространство над и под поршнем для выполнения последовательности всасывания-хлюпания-удара. Вот как.
Впуск и сжатие : Когда поршень движется вверх, под поршнем создается вакуум, и топливно-воздушная смесь всасывается в картер.
Такт сжатия также происходит одновременно над поршнем, когда он движется вверх. Во впускном тракте между картером и источником топлива в двухтактном двигателе есть язычковый клапан. Это вакуумный односторонний клапан, позволяющий двухтактно всасывать топливо и воздух через них, когда поршень движется вверх, но закрываться, когда поршень движется вниз, предотвращая движение топливно-воздушной смеси назад, в сторону от камера сгорания.
Система сгорания и выхлоп : Свеча зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь и толкает поршень вниз, создавая мощность, в то время как топливно-воздушная смесь под поршнем проталкивается через перепускное отверстие снизу в верхнюю часть двигателя. . Когда поршень движется вниз к нижней части такта сгорания, поршень открывает выпускное отверстие в стенке цилиндра. Все это идеально расположено, чтобы позволить давлению под поршнем внутри картера выталкивать сгоревшие выхлопные газы, одновременно заменяя их свежей, несгоревшей топливно-воздушной смесью через перепускные отверстия.
Вы, вероятно, думаете: «Хорошо, что угодно, ботаник! Оба двигателя крутят колесо, так что, черт возьми, такого особенного в том, чтобы один работал над другим?»
Плюсы и минусы четырехтактных и двухтактных двигателей
У обоих типов двигателей есть свои плюсы и минусы, и они обеспечивают разные ощущения от вождения, поэтому некоторые из моих приятелей перешли на них.
Honda не производила двухтактные модели с 2007 года, но их линейка четырехтактных двигателей впечатляет. фото Хонды.
Плюсы четырехтактных двигателей : Четырехтактные двигатели развивают мощность только в четверть времени по сравнению с половиной времени, как двухтактные, но более длинный рабочий ход обеспечивает гораздо больший крутящий момент, поэтому четырехтактные двигатели обеспечивают лучшую мощность при более низких оборотах и т. д. линейная и предсказуемая тяга во всем диапазоне оборотов. Для завершения четырех фаз четырехтактным двигателям требуется более тяжелый маховик, чтобы придать кривошипу инерцию, необходимую для его вращения между тактами сгорания.
Комбинация менее частых импульсов мощности на заднее колесо и более тяжелого маховика дает четырехтактным двигателям лучшее сцепление с дорогой в определенных условиях бездорожья. Кроме того, четырехтактные двигатели обычно предлагают гораздо больше торможения двигателем, что предпочитают многие гонщики. В частности, в четырехтактных двигателях масло не смешивается с бензином, поэтому выбросы выхлопных газов у них чище.
Четырехтактные минусы : Исторически сложилось так, что четырехтактные двигатели были тяжелее двухтактных просто потому, что для их работы требовалось больше деталей, хотя разница исчезает по мере того, как четырехтактные двигатели становятся легче. Более тяжелые маховики могут привести к изменению управляемости велосипеда и сделать его более устойчивым к изменению направления. Четырехтактные двигатели также сложнее обслуживать, поскольку они более сложные. В моей книге это промывка, потому что, хотя двухтактные двигатели намного проще восстановить, они чаще нуждаются в обслуживании.
Я лично предпочитаю ощущение двухтактного двигателя. Для меня мотоцикл кажется очень легким и недостаточно нагруженным. Фото Сперджена Данбара.
Плюсы двухтактных двигателей : Как упоминалось ранее, двухтактные двигатели исторически легче и проще. Меньше изнашиваемых движущихся частей, а первоклассный ремонт можно выполнить утром перед дневной поездкой. Двухтактные двигатели, как правило, имеют умопомрачительную мощность при увеличении оборотов. Современные двухтактные двигатели более управляемы и лучше работают на низких оборотах благодаря улучшениям в силовых клапанах, которые по сути представляют собой небольшие клапаны, которые могут открывать или закрывать размер выпускного отверстия в зависимости от скорости двигателя.
Двухтактные минусы : Предварительное смешивание масла и газа — это небольшая проблема, которая начинает утомлять вас из-за беспорядка, который она влечет за собой. Этот мошенник скоро станет историей из-за популярности велосипедов TPI (инжекционный порт передачи).
Если вы ездите на двухтактном автомобиле с карбюратором, вы будете предварительно смешивать масло с бензином, чтобы обеспечить достаточную смазку внутренних частей двигателя. В современных мотоциклах TPI масло для двухтактных двигателей добавляется в собственный резервуар, поэтому вы можете заправить свой топливный бак чистым бензином. Ревзилла фото.
Поскольку для продолжения работы двухтактных двигателей требуется скудная смазка, их поршни, кольца, цилиндры и кривошипы изнашиваются быстрее, поэтому вам следует планировать замену деталей чаще на двухтактных, чем на четырехтактных. Двухтактные двигатели также имеют очень уникальную конструкцию выхлопа с большими тонкостенными трубами, которые довольно легко вдавливаются и повреждаются препятствиями на бездорожье.
Наконец, два удара грязные. Их выхлоп дымный и содержит изрядное количество несгоревшего газа, что довольно вредно для окружающей среды.
Что хорошего в двух и четырех
В любом случае ваш двигатель срабатывает тысячи раз в минуту, когда вы едете, сочетая идеальное время зажигания, подачу топлива и продувку, чтобы обеспечить невероятную выходную мощность при небольшом и легком корпусе. Они вырабатывают собственное электричество для подзарядки батарей и/или питания своих катушек зажигания. Они включают водяные насосы, обеспечивая оптимальную рабочую температуру с помощью термостатов. Я баловался с двигателями внутреннего сгорания лет с пяти. Сейчас мне 41 год, и я до сих пор восхищаюсь тем, как они работают.
KTM 300 XC-W TPI 2021 года, или Cross Country, с широким передаточным числом и впрыском в порт передачи, является популярной двухтактной машиной как для воинов выходного дня, так и для профессиональных гонщиков. фото КТМ.
Как насчет звука? Если вы зашли так далеко, вы знаете, что четырехтактный двигатель идет брааап , а двухтактный — звон-а-динь-динь .
Мне лично нравится звук двухтактных двигателей. От звука и запаха волосы у меня на шее встают дыбом, а глаза слезятся. Для меня чувство привыкания вызывает не больше, чем когда двухтактный двигатель «на трубе».
Четырехтактные тоже звучат великолепно, за исключением случаев, когда это двойной гонщик, привязывающий ограничитель позади меня в заячьей схватке, что обычно заставляет меня немного помочиться, потому что это очень страшно.
KTM 350 EXC-F 2021 года или Enduro (уличный) Cross Country — Four — одна из самых легких и мощных четырехтактных двухспортивных машин на рынке. фото КТМ.
В любом случае, двухтактные или четырехтактные мотоциклы потрясающие. Катайтесь на том, что вам больше подходит, или просто катайтесь на том, до чего сможете дотянуться, и получайте удовольствие.
Галерея изображений
2-тактный и 4-тактный — что лучше и в чем разница?
На протяжении всей истории автомобилестроения и проектирования двигателей существовало два основных типа сгорания, приводимых в действие бензином, — 2-тактный (или 2-тактный) и 4-тактный (или 4-тактный).
Хотя вы, возможно, слышали об этих терминах, они, возможно, заставили вас задуматься, в чем разница? Если вы ищете новый двигатель, вот что вам нужно знать об эффективности и обслуживании.
Сравнение 2-тактных и 4-тактных двигателей
Когда речь заходит об основных различиях, связанных с 2- и 4-тактными двигателями, основное различие заключается в том, как они работают. Что касается того, как работает двигатель, вы должны сначала понять концепцию сгорания в маленьком двигателе.
В этом случае для того, чтобы двигатель производил энергию, должно происходить сгорание, то есть процесс сжигания чего-либо. Хотя и 2-тактный, и 4-тактный двигатель завершают цикл в отношении сгорания, они различаются в отношении поршня. Точнее, количество ходов, которое требуется от поршня.
Например, для того, чтобы двухтактный двигатель завершил полный цикл сгорания, состоящий из пяти функций (впуск, сжатие, зажигание, сгорание и выпуск), весь этот цикл завершается после двух ходов поршня.
Для сравнения, цикл четырехтактного двигателя завершается после четырех ходов поршня — или одного оборота коленчатого вала против двух оборотов коленчатого вала соответственно.
С точки зрения их применения, 4-тактный двигатель будет использоваться в автобусах, легковых и грузовых автомобилях, тогда как 2-тактный двигатель будет использоваться в большей степени в скутерах и мопедах. Тем не менее, некоторые инструменты для работы с небольшими двигателями и некоторые триммеры в настоящее время предлагаются либо с 2-тактными, либо с 4-тактными двигателями — в этом случае есть ли существенная разница в их производительности и общем требуемом техническом обслуживании?
Что лучше: двухтактный или четырехтактный двигатель для небольших инструментов и машин?
При сравнении этих двух типов двигателей у каждого есть свои плюсы и минусы.
Начнем с того, что двухтактные двигатели намного легче и дешевле в производстве. По сравнению с 4-тактными двигателями их также легче ремонтировать.
Однако ремонт, как правило, требуется чаще, если только вы не проводите активное техническое обслуживание двигателя.
В этом смысле, если вы хотите снизить затраты и получить выгоду от эффективной машины или инструмента, вам необходимо применять упреждающий подход, обеспечивая техническое обслуживание его частей. Если вы выберете двухтактный двигатель, знайте, что, исходя из его конструкции, его легче починить, но если вам необходимо сделать регулярное техническое обслуживание приоритетом, он не прослужит так долго, как четырехтактный двигатель. Изучите свой двигатель и примите меры против предотвратимых проблем.
Представляем STA-BIL® 2-Cycle Oil
Если вы хотите повысить производительность и продлить срок службы вашего 2-тактного двигателя, STA-BIL® 2-Cycle Oil станет идеальным решением. Будучи более экономичным, чем расфасованное топливо, это масло обеспечивает дополнительную смазку, что делает его идеальным выбором для газонокосилки, мотоцикла, квадроцикла, снегохода, бензопилы или любой другой небольшой машины.