Чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного - сравнительный анализ. Устройство и принцип действия двухтактного двигателя внутреннего сгорания

Дорогой друг, сегодня поговорим о том, что значит четырехтактный двигатель. О истории его изобретения, принципе работы, особенностях, технических характеристиках и сферах применения.

Конечно, если у вас есть водительское удостоверение, то вы по крайней мере слышали этот термин, когда учились в автошколе. Но вряд ли тогда стали вникать во все тонкости, поэтому сейчас самое время разобраться, что же там происходит под капотом вашего железного коня.

В 19 веке уже были двигатели, но это были в основном большие механизмы, работающие на пару. Они конечно частично обеспечивали развивающуюся промышленность, но имели много недостатков.

Были тяжелые, имели низкий КПД, большие габариты, требовалось много времени на запуск и остановку, для эксплуатации нужны были квалифицированные рабочие.

Промышленникам нужен был новый агрегат без перечисленных недостатков они уже поняли что значит четырехтактный двигатель. И как при определенных условиях с его помощью можно повысить прибыль.

Его и разработал изобретатель Эжен-Альфонс Бо де Роша, а в 1867 году воплотил в металл Николаус Август Отто.

В то время это было чудо техники. Двигатель внутреннего сгорания отличался низкими эксплуатационными расходами, небольшими размерами и не требовал постоянного присутствия обслуживающего персонала.

Работало устройство по особому алгоритму, который и сейчас называют «цикл Отто». Спустя 8 лет, после запуска первого экземпляра, компания Отто выпускала уже более 600 силовых установок в год.

Очень быстро, из-за автономности и компактности, двигатели внутреннего сгорания получили широкое распространение.

Из чего состоит двигатель

Чтобы понять принцип работы, познакомимся с основными составляющими движка:

(включает коленвал, поршни, шатуны) ‒ он необходим для преобразования поступательно-возвратных движений поршня во вращательное движение коленвала;
головка блока вместе с газораспределительным механизмом, который открывает впускные и выпускные клапаны, для того чтобы поступала рабочая смесь и выходили отработавшие газы. ГРМ может включать один или более распредвалов, которые состоят из кулачков для толкания клапанов, самих клапанов и клапанных пружин. Для стабильной работы четырехтактного движка существует ряд вспомогательных систем:
система зажигания ‒ для поджига горючей смеси в цилиндрах;
впускная система ‒ для подачи воздуха и рабочей смеси в цилиндр;
топливная система ‒ для непрерывной подачи топлива, получения смеси воздуха и горючего;
система смазки – для смазки трущихся деталей, а также одновременного удаления продуктов износа;
выхлопная система – для удаления отработанных газов из цилиндров, снижения токсичности выхлопа;
система охлаждения – для поддержки оптимальной температуры движка.

Что значит четырехтактный двигатель и почему четыре такта

Теперь, когда вы более-менее представляете устройство четырехтактного двигателя, можно рассмотреть рабочий процесс.
Он состоит из следующих этапов:впуск – поршень движется вниз, цилиндр заполняется горючей смесью из карбюратора через впускной клапан, который открываются кулачком распределительного вала.При движении поршня вниз, создается отрицательное давление в цилиндре, тем самым происходит всасывание рабочей смеси, а именно воздуха с парами топлива. Впуск продолжается пока поршень не достигнет НМТ (нижняя мертвая точка). В этот момент закрывается впускной клапан;
сжатие или компрессия – после того как будет достигнута НМТ начинает двигаться вверх к ВМТ (верхняя мертвая точка). При движении поршня вверх происходит сжатие, рабочая топливо-воздушная смесь сжимается, давление внутри цилиндра возрастает. Впускной и выпускной клапан закрыты;
рабочий ход или расширение – в конце цикла сжатия (в ВМТ), рабочая смесь воспламеняется от искры в свече зажигания. Поршень от микровзрыва устремляется к НМТ.В процессе движения поршня от ВМТ к НМТ смесь сгорает, а увеличивающиеся в объеме газы толкают поршень, выполняя полезную работу. Именно по этой причине движение поршня в этом такте назвали рабочий ход. Впускной и выпускной клапан закрыты;
выпуск выхлопных газов – в заключительном четвертом такте открывается выпускной клапан, поршень поднимается в верхнюю точку и выталкивает продукты сгорания из цилиндра в выхлопную систему, пройдя через глушитель, они попадают в атмосферу. После достижения поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается, затем цикл повторяется. Эти четыре такта представляют собой рабочий цикл мотора. Тактом же именуется движение поршня вверх или вниз. Один оборот коленчатого вала соответствует двум тактам, а два оборота – 4 тактам. Отсюда пошло название четырёхтактного двигателя.

От чего зависит мощность четырехтактного ДВС

Тут вроде бы всё ясно — мощность поршневого двигателя в основном определяется:

объёмом цилиндров;
степенью сжатия рабочей смеси;
частотой вращения.

Поднять мощность четырехтактного двигателя также можно повысив пропускную способность тактов всасывания и выхлопа, увеличив диаметр клапанов (особенно впускных).

Так же максимальная мощность получается при максимальном заполнении цилиндров, для этого используют турбины принудительной подкачки воздуха в цилиндр. В следствии чего повышается давление в цилиндре и соответственно КПД двигателя значительно возрастает.

Применение в настоящее время

Четырёхтактные двигатели бывают бензиновыми и дизельными. Применяются эти двигатели на транспортных или стационарных энергоустановках. Использовать такой двигатель рекомендуется в случаях, когда есть возможность регулировать соотношение оборотов, мощности и крутящего момента.

Например, если двигатель, работает в паре с электрогенератором, то нужно выдерживать нужный диапазон оборотов. А при использование промежуточных передач, четырёхтактный двигатель можно адаптировать к нагрузкам в достаточно широких пределах. То есть использовать в автомобилях.

Вернёмся к истокам его создания. В группе изобретателя Отто работал очень талантливый инженер Готлиб Даймлер, он понял что значит четырехтактный двигатель, его перспективы развития, и предложил на базе четырёхтактного двигателя построить автомобиль. Но шеф не посчитал нужным что-то менять в двигателе, и Даймлер, увлеченный своей идеей, покинул мэтра.

И через некоторое время, вместе с другим энтузиастом Карлом Бенцом в 1889 году создали автомобиль, который приводился в движение именно бензиновым четырехтактным двигателем внутреннего сгорания изобретателя Отто.

Эта технология с успехом используется и сегодня. В случаях, когда силовая установка работает на переходных режимах или режимах со снятием частичной мощности ‒ она незаменима, так как обеспечивает стабильную устойчивость процесса.

Теперь, дорогой друг, ты в общих чертах знаешь что значит четырехтактный двигатель, где он используется. Теперь ты стал на голову выше. Но не скупись полученой информацией, поделись с друзьями. К твоим услугам кнопки социальных сетей.

Да и подписаться можно на наш блог, чтобы всегда быть в курсе интересного материала, а его всегда много и будет еще больше.

До новых встреч!

Двигатели классифицируются по способу осуществления рабочего цикла, двухтактные и четырехтактные, рассмотрим их.

Двухтактный двигатель

Рабочий цикл происходит в течение одного оборота коленвала, работает только сжатие и расширение. Вместо впуска и выпуска происходит продувка вблизи поршня, при этом свежая рабочая смесь вытесняет отработанные газы из цилиндра
Поршень идёт вверх, происходит сжатие рабочей смеси в цилиндре, открывается клапан впускного коллектора и свежая порция рабочей смеси засасывается в кривошипную камеру.
По сравнению с четырехтактным двигателем двухтактный имеет мощность почти в два раза выше при одинаковых объёмах. Но полностью мощность не реализуется, из-за недостаточной продувки.
Также двухтактный двигатель обладает таким преимуществом, как отсутствие громоздкой системы клапанов и распределительного вала, как следствие, техника с 2 тактным двигателем дешевле.
Другие плюсы двухтактного двигателя:
Отсутствие громоздких систем смазки и газораспределения у бензиновых вариантов.
Более высокая мощность в пересчёте на 1 литр рабочего объёма.
Проще и дешевле в изготовлении и обслуживании.

Четырехтактный двигатель

Рабочий цикл двигателя состоит из 4 этапов (тактов):
а) Впуск, поршень опускается до нижней мёртвой точки, в это время в цилиндр поступает свежая топливно-воздушная смесь.
б) Сжатие, поршень поднимается до верхней мёртвой точки, сжимая рабочую смесь.
в) Сгорание и расширение, рабочий ход поршня Незадолго до конца цикла сжатия топливовоздушная смесь поджигается искрой от свечи зажигания. Во время пути поршня из ВМТ в НМТ топливо сгорает, и под действием тепла сгоревшего топлива рабочая смесь расширяется, толкая поршень. Степень «недоворота» коленчатого вала двигателя до ВМТ при поджигании смеси называется углом опережения зажигания. Опережение зажигания необходимо для того, чтобы сгорание топлива успело полностью закончится к моменту достижения поршнем нижней мертвой точки.
г) Выпуск, после нижней мёртвой точки рабочего цикла открывается выпускной клапан, и движущийся вверх поршень вытесняет отработанные газы из цилиндра двигателя. При достижении поршнем верхней мёртвой точки выпускной клапан закрывается и цикл начинается сначала

Плюсы четырехтактного двигателя:
Больший ресурс.
Более высокая экономичность.
Более чистый выхлоп.
Не требуется сложная выхлопная система.
Меньше шума
Не нужно предварительно смешивать масло с бензином

Для завершения сравнения двухтактных и четырехтактных двигателей отметим следующее:
Двухтактные двигатели обладают большей мощностью на единицу объёма, однако меньшим КПД. По этой причине двухтактные двигатели применяются там, где очень важны небольшие размеры, но относительно неважна топливная экономичность, например, на мотоциклах, небольших моторных лодках, бензопилах и моторизованых инструментах.
Четырёхтактные же двигатели устанавливаются на абсолютное большинство остальных транспортных средств, в том числе на мотоциклы.

Поскольку ответов у вопроса оснащения лодки бензиновым силовым агрегатом есть только два, ни на секунду не умолкают дискуссии о том, двухтактный или четырехтактный лодочный мотор следует выбирать.

Понятно, что оба они обладают разными характеристиками, имеют как недостатки, так и преимущества. Поэтому для совершения правильного выбора следует понимать, с чем вы имеете дело. Давайте подробнее поговорим об этом чуде техники.

Характерные отличия

Сначала перечислим главные отличия 2-ухтактных моторов:

рабочий цикл - пара тактов
простое и недорогое обслуживание
несложное устройство
удобен в смысле частых перевозок
быстрый набор оборотов при работе
небольшая масса

Ввиду небольшой массы подобные агрегаты имеют не слишком высокую стоимость. Примеры агрегатов с указанием производителя, модели и цены приведены в таблице:

Производитель	Модель	Стоимость, тыс. рублей

Что касается 4-рехтактных, им присущи:

рабочий цикл - четыре такта
более сложное (а потому и более дорогое) обслуживание
экологическая чистота
экономный расход топлива
низкий уровень создаваемого при работе шума
стабильность работы независимо от количества оборотов
большой вес

Видимо, говорить о том, что цена в данном случае будет выше, не стоит. Таблица с производителями и прочей информацией о моделях:

Производитель	Модель	Стоимость, тыс. рублей

Об особенностях работы

Как известно, в "двойках" процессы впуска свежей и удаления использованной рабочей смеси происходят параллельно. Причем первая вытесняет собой вторую. По причине того, что полное замещение невозможно, показатель эффективности сгорания у них хуже, чем у "четверок". Поэтому имеем: снижение КПД такта (рабочего), более высокий расход горючего, повышение содержания вредных веществ в выхлопе. Однако, в связи с тем, что у "двоек" такт происходит вдвое чаще, их мощность (литровая) выше. В большинстве случаев. Кроме того, у первых нет механизма газораспределения, поэтому они проще в обслуживании и имеют меньший вес.

Очень много вопросов вызывает такой параметр, как создаваемые вибрации. Независимо от типа силовой установки, максимальная вибрация наблюдается на частоте, величина которой кратна частоте вращения коленвала. Самое сильное влияние на этот показатель оказывают гармоники, точнее, первая и вторая из них. Большинство "четверок" выполнены по 2-ухцилиндровой схеме. В них движение поршней происходит синфазно, а у "двоек" - противофазно. Для уменьшения первой гармоники "четверки" оснащают дополнительными валами (балансировочными). Очевидно, что данная мера способствует увеличения массы и усложнению процесса обслуживания.

Не будем также забывать о том, что с каждым годом требования к экологичности моторов ужесточаются. Поэтому в развитых странах большим спросом пользуются четырехтактные, так как они более экономичны и экологически чисты. Однако недостатки - высокая стоимость, возможность перевозки агрегата только в единственном положении (чтобы масло не вытекало) и дорогой процесс обслуживания - несколько снижают их привлекательность в глазах покупателя.

Как показывает статистика продаж, чаще всего покупаются "двойки" мощностью 5-15 "лошадей", оснащенные румпельным управлением. Этот вариант наиболее прост и удобен в эксплуатации.

При выборе силового оборудования необходимо уделить особое внимание типу двигателя. Существует два типа двигателей внутреннего сгорания: 2-х тактный и 4-х тактный.

Принцип действия двигателя внутреннего сгорания основан на использовании такого свойства газов, как расширение при нагревании, которое осуществляется за счет принудительного воспламенения горючей смеси, впрыскиваемой в воздушное пространство цилиндра.

Зачастую можно услышать, что 4-х тактный двигатель лучше, но чтобы понять, почему, необходимо более подробно разобрать принципы работы каждого.

Основными частями двигателя внутреннего сгорания, независимо от его типа, являются кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы, а также системы, отвечающие за охлаждение, питание, зажигание и смазку деталей.

Передача полезной работы расширяющегося газа осуществляется через кривошипно-шатунный механизм, а за своевременный впрыск топливной смеси в цилиндр отвечает механизм газораспре6деления.

Четырехтактные двигатели - выбор компании Honda

Четырехтактные двигатели экономичные, при этом их работа сопровождается более низким уровнем шума, а выхлоп не содержит горючей смеси и значительно экологичней чем у двухтактного двигателя. Именно поэтому компания Honda при изготовлении силовой техники использует только четырехтактные двигатели. Компания Honda уже многие годы представляет свои четырехтактные двигатели на рынке силовой техники и добилась высочайших результатов, при этом их качество и надежность ни разу не подвергались сомнению. Но всё же, давайте рассмотрим принцип работы 2х и 4х тактных двигателей.

Принцип работы двухтактного двигателя

Рабочий цикл 2-х тактного двигателя состоит из двух этапов: сжатие и рабочий ход.

Сжатие . Основными положениями поршня являются верхняя мертвая точка (ВМТ) и нижняя мертвая точка (НМТ). Двигаясь от НМТ к ВМТ, поршень поочередно перекрывает сначала продувочное, а затем выпускное окно, после чего газ, находящийся в цилиндре, начинает сжиматься. При этом через впускное окно в кривошипную камеру поступает свежая горючая смесь, которая будет использована в последующем сжатии.

Рабочий ход . После того, как горючая смесь максимально сжата, она воспламеняется при помощи электрической искры, образуемой свечой. При этом температура газовой смеси резко возрастает и объем газа стремительно растет, осуществляя давление, при котором поршень начинает движение к НМТ. Опускаясь, поршень открывает выпускное окно, при этом продукты горения горючей смеси выбрасываются в атмосферу. Дальнейшее движение поршня приводит к сжатию свежей горючей смеси и открытию продувочного отверстия, через которое горючая смесь поступает в камеру сгорания.

Основным недостатком двухтактного двигателя является большой расход топлива, причем часть топлива не успевает принести пользу. Это связано с наличием момента, при котором продувочное и выпускное отверстие одновременно открыты, что приводит к частичному выбросу горючей смеси в атмосферу. Еще идёт постоянный расход масла, так как 2х тактные двигатели работают на смеси бензина и масла. Очередное неудобство - в необходимости постоянно готовить топливную смесь. Главными преимуществами двухтактного двигателя остаются его меньшие размеры и вес по сравнению с 4х тактным аналогом, но размеры силовой техники позволяют использовать на них 4х тактные двигатели и испытывать намного меньше хлопот в ходе эксплуатации. Так что уделом 2х тактных моторов осталось различное моделирование, в частности, авиамоделирование, где даже лишних 100г имеют значение.

Принцип работы четырехтактного двигателя

Работа четырехтактного двигателя значительно отличается от работы двухтактного. Рабочий цикл четырехтактного двигателя состоит из четырех этапов: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск, что стало возможным за счет применения системы клапанов.

Во время впускного этапа поршень двигается вниз, открывается впускной клапан, и в полость цилиндра поступает горючая смесь, которая при смешении с остатками отработанной смеси образует рабочую смесь.

При сжатии поршень движется от НМТ к ВМТ, оба клапана закрыты. Чем выше поднимается поршень, тем выше давление и температура рабочей смеси.

Рабочий ход четырехтактного двигателя представляет собой принудительное движение поршня от ВМТ к НМТ за счет воздействия резко расширяющейся рабочей смеси, воспламененной искрой от свечи. Как только поршень достигает НМТ, открывается выпускной клапан.

Во время выпускного этапа продукты сгорания, вытесняемые поршнем, движущимся от НМТ к ВМТ, выбрасываются в атмосферу через выпускной клапан.

За счет применения системы клапанов четырехтактные двигатели внутреннего сгорания более экономичны и экологичны - ведь выброс неиспользованной топливной смеси исключен. В работе они значительно тише, чем 2х тактные аналоги, и в эксплуатации намного проще, ведь работают на обычном АИ-92, которым вы заправляете свою машину. Нет необходимости в постоянном приготовлении смеси масла и бензина, ведь масло в данных двигателях заливается отдельно в масляный картер, что значительно уменьшает его потребление. Вот именно поэтому компания Honda производит только 4х тактные двигатели и достигла в их производстве колоссальных успехов.

Ход поршня между двумя мертвыми точками называется тактом, который равняется повороту коленчатого вала на 180 градусов. Соответственно, различают двухтактные моторы (рабочий цикл происходит за один такт) и четырехтактные (цикл за два такта). Различия между двумя типами моторов довольно серьезные, и, как следствие, это напрямую влияет на их применение в различных механизмах.

Двухтактные моторы

В двухтактном двигателе одного оборота коленчатого вала хватает для завершения рабочего цикла. Этот оборот в свою очередь осуществляется в два этапа (такта) – сжатие и расширение, отсюда мотор и получил свое название. Двухтактные двигатели отличает отсутствие клапанов, роль которых выполняет поршень. Вообще значение поршня в таких моторах очень велико: перемещаясь, он открывает и закрывает продувочные окна (как впускные, так и выпускные). Если внешне сравнивать двухтактный и четырехтактный двигатель, то конструкция первого варианта гораздо проще. В этом можно убедиться, почитав ниже определение четырехтактного мотора.

Четырехтактные моторы

Рабочий цикл четырехтактного мотора имеет четыре этапа (такта). Помимо сжатия и расширения (второй и третий этап соответственно) добавляются впуск (первый такт) и выпуск (четвертый такт). На первом этапе поршень осуществляет движение из одной мертвой точки в другую – из нижней в верхнюю. Впускной клапан открывается, и в цилиндр мотора попадает необходимое количество свежей топливно-воздушной смеси. На финальном этапе (выпуск) поршень достигает верхней мертвой точки, и выпускной клапан закрывается. После чего рабочий цикл четырехтактного мотора начинается заново.

Четырехтактный двигатель

Сравнение

Различие в количестве тактов – очень важное, но далеко не единственное отличие между двухтактными и четырехтактными моторами. Существует еще целый ряд отличий, которые исходят из преимуществ и недостатков того или другого двигателя.

Вот основные признаки отличия:

Двухтактные двигатели весят на порядок меньше, даже при условии, что количество лошадиных сил одинаково. Яркий пример: при пятнадцати лошадиных силах двухтактный двигатель будет весить 36 килограмм, а четырехтактный – почти на десять килограмм больше.
Конструкция четырехтактных двигателей заметно сложнее, и процесс производства дольше. Все эти факторы оказывают прямое влияние на цену – четырехтактные моторы стоят дороже.
Перевозка и эксплуатация двухтактного двигателя заметно проще. Его можно перевозить практически в любом положении, а чтобы использовать, достаточно достать, установить и завести.
Расход топлива двухтактного двигателя примерно в полтора раза больше (при одинаковых лошадиных силах).
Четырехтактные моторы, если завести их на полную мощность, работают чуть тише, нежели двухтактный вариант. Разница в шуме незначительна, однако она существует, и здесь преимущество у четырехтактных двигателей.
Еще одно преимущество четырехтактников – меньшая вибрация и дым. Причем второе отличие крайне важно именно для двигателей, потому большинство людей выбирает мотор, при работе которого образуется меньше дыма (не так вредно для здоровья человека и меньшее загрязнение для окружающей среды).