Эра двигателей внутреннего сгорания насчитывает уже более одного столетия. Если в наши дни понятие «мотор» более чем привычно уху, то еще в позапрошлом веке такая техника не была известна еще никому. И каким бы сложным изобретением ДВС не казался поначалу, на самом деле, двигатель устроен достаточно примитивно, и его устройство может понять даже человек, далекий от автомобильной техники. Сегодня мы рассмотрим принцип работы двухтактного двигателя, изучим диаграммы его работы и разберемся, какова физика протекающих в нем процессов.
Принцип работы
Изобретение простейшего 2-х тактного ДВС датируется концом 19 столетия. За все время существования подобных агрегатов их конструкция подверглась значительным изменениям, стала совершеннее и надежнее. Тем не менее, сама схема работы не подверглась значительным изменениям, а диаграмма, описывающая оба такта, выглядит так же, как и раньше.
Такая диаграмма описывает такты, которые называются впускным и выпускным.
Впускной такт 2-х тактного мотора предполагает подачу в цилиндр свежей топливной смеси из карбюратора. Второй — выпуск отработанной смеси, которая тут же поступает в глушитель, уменьшающий шумовой эффект и нейтрализующий часть токсичных выделений.
Наименьшее давление газа в поршне, отображаемое в начале диаграммы, знаменует первый такт работы 2-х тактного ДВС. В течение этого промежутка времени поршень стремится к своей верхней мертвой точке из крайней нижней. Во-первых, здесь стоит отметить состояние выпускного окна поршня, которое в этот момент находится в открытом состоянии. Отработавшая смесь выводится в сторону глушителя. На диаграмме в этот момент отмечается резкое повышение давления, которое вскоре доходит до своего пика.
Логично, что при понижении давления в верхней камере 2-х тактного ДВС происходит сильнейшее разрежение в камере сгорания, что на диаграмме работы отображается в виде резкого понижения исходного давления. Появление такого вакуума способствует тому, что смесь, приготовленная карбюратором, стремится из области высокого давления в область низкого, что является особенностью устройства ДВС подобного типа.
В итоге поршень достигает своей верхней точки, и начинает работать свеча зажигания. Здесь происходит розжиг поступившей свежей смеси, что заставляет выполнить ее работу на расширение и дать толчок поршню, немедленно перемещающемуся вниз.
Второй такт работы ДВС знаменуется тем, что при движении поршня вниз не только воспламеняется смесь, но и открывается так называемое продувочное окно. Через него в камеру сгорания поступает свежая смесь, которой только предстоит сгореть. В тот же момент отработанная и сгоревшая смесь выводится через выпускное окно наружу, принимается выпускным коллектором, а затем отправляется в глушитель и в атмосферу.
Механическая составляющая
Теперь, когда подробным образом изучена физическая составляющая работы ДВС, стоит узнать внутреннее расположение механических элементов двигателя, составляющих единый механизм, которым обладают двухтактные двигатели.
Основная составляющая такого двигателя — это цилиндр. Этот полый внутри металлический резервуар с толстыми стенками выполняет функции не только камеры, в которой сгорает топливная смесь, но и устройства обмена свежей и отработанной смеси в процессе работы.
Внутри цилиндра работает и сам поршень. Основная его часть имеет систему резиновых колец, которые обеспечивают равномерное распределите смазки внутри мотора и предотвращают смешение свежей и отработанной смеси между собой.
Поршень соединен с шатуном, который имеет форму металлического узкого цилиндра и соединяет поршень с коленчатым валом. Основная идея подобного изобретения — превращение толкательного движения во вращательное. К слову, именно благодаря этому механизму удалось превратить каждое движение поршня вверх или вниз в постоянное вращение ведущего колеса.
Последняя, но не менее важная составляющая, которая включена в двухтактный двигатель — это коленчатый вал. Такая деталь представляет собой не что иное, как механизм передачи энергии двигателя колесам. Благодаря своей форме и особенностям работы шатуна, частота вращения коленвала полностью совпадает с оборотами двигателя, а потому привычное добавление газа дает эффект резкого ускорения.
Смазка
Одной из особенностей, которыми обладает двухтактный двигатель, является уникальная система смазки, которая не является новой, но по-прежнему вызывает немало вопросов у неопытных механиков или тех, кто столкнулся с необходимостью разобраться в устройстве подобных ДВС впервые.
В первую очередь, стоит понять, где находится масляный картер.
Как известно, у большинства современных автомобилей двигатель имеет внутреннюю полость, в которую и заливается масло. Его объем составляет порядка нескольких литров, а тип, консистенция и марка производителя остаются на усмотрение владельца и зависят от многих факторов.
Принцип работы подобной системы смазки заключается в следующем. При перемещении поршня происходит активная циркуляция масла по специальным каналам высокого и низкого давления. Структура этой системы довольно сложна, а потому она постоянно модифицируется и изменяется, дабы достичь лучших технических показателей и надежности силового агрегата.
Циркулируя по этой системе каналов, масло распределяется не равномерно, а таким образом, чтобы в большем количестве находиться в местах сильнейшего трения. Это позволяет устранить многие типичные неполадки ДВС устаревшего типа: постоянный износ поршня и маслосъемных колпачков, перегрев и прочие мелкие и крупные неприятности, требующие вмешательства и ремонта.
В случае с двухтактными силовыми агрегатами, техническая схема практически аналогична приведенной выше. Главной особенностью и отличием является то, что здесь масло представляет собой единую смесь с топливом.
То есть здесь нет отдельного картера, предназначенного для заливки моторного масла в специальный резервуар.
На данном этапе возникает закономерный вопрос: как же тогда осуществляется смазка всех подвижных механизмов и каким образом маслу удается не сгорать?
На самом деле, все гораздо проще, чем может показаться на первый взгляд. Во-первых, стоит уточнить: масло сгорает точно так же, как и поступающее топливо, в цилиндре. Выходит так, что, поступая из карбюратора в камеру сгорания, смесь проделывает достаточно сложный путь, пролегающий через сложную систему каналов. В этот промежуток времени и осуществляется смазка подвижных деталей, предотвращающая их порчу и преждевременный износ, а также улучшающая характеристики силового агрегата.
Чаще всего, пропорции топлива и масла примерно равны, а вот вязкость и прочие характеристики последнего несколько отличаются от жидкостей для четырехтактных моторов: свойства будут направлены на то, чтобы обеспечить наименьший эффект от горения и засорение сажей выпускной системы транспортного средства.
Охлаждение
Еще один немаловажный момент, определяющий характеристики двигателя и его свойства, — это система охлаждения.
Такие системы бывают всего двух типов — жидкостного и воздушного. В чем состоит их принцип работы? В жидкостной системе основной компонент охлаждения — это вода, тосол или антифриз. По системе трубок жидкость прогоняется через корпус двигателя, забирая у него часть тепловой энергии и перенося ее на себя.
Далее разогретая жидкость через систему индикаторных устройств поступает в радиатор, где вся ее тепловая энергия выделяется в окружающую среду и разрежается.
Перегон жидкости осуществляет помпа, которая имеет ременной привод с маховиком, подсоединенным к коленчатому валу двигателя.
Тем не менее, на двухтактных моторах такая система применяется не столь часто из-за своей громоздкости и дороговизны. Чаще всего на двухтактный двигатель устанавливается воздушная система охлаждения. Так, радиатор обдувает вентилятор, подсоединенный к коленвалу посредством ременной передачи. Также при движении происходит обдув раскаленного корпуса при помощи потоков воздуха, поступающих через систему дефлекторов.
К сожалению, нельзя не сказать о недостатках подобной системы: часто мотор перегревается, и в жару приходится прибегать к определенным ухищрениям, которые, тем не менее, не полностью решают проблему. Отсутствие индикаторного оборудования не всегда позволяет определить неполадку на глаз.
Подводя итоги
Двухтактный двигатель — это примитивная система, которая обладает неплохими свойствами, а потому широко применяется на технике. Благодаря небольшому количеству составляющих и относительно простому принципу работы, самостоятельный ремонт подобных агрегатов не представляет большого труда и под силу даже человеку, далекому от техники и не знающему всех тонкостей работы силовых агрегатов.
