Двутактовият Двигател

[Jister]

Двутактовият двигател е бутален двигател с вътрешно горене. Наименованието двутактов (на немски Zweitaktmotor) е дадено на основание на работния цикъл на двигателя. За два хода на буталото, т.е. за един оборот на коляновия вал, се извършват отделните работни фази-запълване с въздух или горивна смес, компресиране, възпламеняване и работен ход на буталото, изхвърляне на отработените газове. Този двигател е построен на принципа с използване на четирите такта на двигателя с вътрешно горене наричан цикълът на Ото на името на създателя си Николаус Ото (Nikolaus August Otto). В двутактовите двигатели работният цикъл се извършва за два такта или за два хода на буталото, т.е. за едно завъртане на коляновия вал. За да се очисти цилиндърът по-добре от горивната смес и да се запълни с прясно работно вещество, то предварително трябва да се сгъсти до определено налягане в специален агрегат (компресор) или в картера на двигателя.

Действителният цикъл на двутактовите двигатели се извършва по следния начин.

Първи такт. Този такт се осъществява при движение на буталото от ГМТ (горна мъртва точка) до ДМТ (долна мъртва точка). През това време в цилиндъра се извършва изгаряне на горивото и разширение на изгорелите газове, т.е. осъществява се работният ход на буталото. В края на разширението се отварят изпускателните отвори и започва свободно изтичане на газове от цилиндъра. Тогава, когато налягането в цилиндъра стане приблизително равно на налягането на прясната горивна смес, всмукателните отвори се отварят. Прясната горивна смес, която постъпва в цилиндъра през тези отвори, изтласква изгорелите газове през изпускателните отвори и запълва цилиндъра.

По такъв начин по време на първия такт в цилиндъра протичат процесите: горене, разширение, изпускане на газове, продухване и пълнене на цилиндъра с прясно работно вещество.

Втори такт. Този такт се осъществява при движение на буталото от ДМТ до ГМТ. През това време продължава процесът на очистване на цилиндъра от изгорелите газове и запълването му с прясна горивна смес. След затваряне на всмукателните, а след това и изпускателните отвори, протича процесът на сгъстяване на горивната смес. В края на сгъстяването преди ГМТ в цилиндъра се подава искра.

Ясно е, че по време на втория такт (при движение на буталото към ГМТ) в цилиндъра протичат процесите: изтичане на газове, продухване, пълнене, сгъстяване и начало на горенето.

Двутактовият двигател е със значително по-опростена конструкция от четиритактовия, което го прави по-евтин за производство, по-лек, с по-малки габарити, по-малко движещи се части и с по-ниски експлоатационни разходи. Разликата в конструкцията между четиритактовия и двутактовия ДВГ е, че вторият няма газоразпределителен механизъм и мазителна система. Мазането при тези двигатели става посредством горивото, като към него се добавя определено количество специално масло за двутактови двигатели. Функциите на газоразпределителен механизъм се изпълняват от буталото и подходящо направени всмукателен и изпускателен отвор в двигателния цилиндър. Има и тръба (наричана още преливен канал), осъществяваща връзка между картера на двигателя и надбуталното пространство. За по-добро газоразпределение в буталата на някои дивгатели има отвори под гнездото на буталния болт, с които конструктивно се подобрява пълненето на картерното пространство и продухването на изгорелите газове с прясна горивна смес. Този начин за пълнене на двигателя с прясна горивна смес чрез преливни канали се нарича още реверсивно продухване. Използва се и конструкция с т. нар. въртящ се шибър, при който пластина (шибър), монтиран на коляновия вал отваря достъпа до картерното пространство за пълнене на картера с горивна смес.

Разширителната камера (Резонансният ауспух) е вид изпускателна система, която се използва за повишаване на мощността при 2-тактовите двигатели, като повишава ефективността при пълнене на цилиндъра с горивна смес. Формата и е много специфична и запомняща се, като по нея лесно можете да различите 2 такотовия от 4 тактовият двигател.

Между края на първия и началото на втория такт на двигателя, изгорелите газове се прехвърлят от цилиндъра към разширителната камера, като заедно с тях излиза и част от горивната смес. Формата на разширителната камера не позволява на изгорелите газове да излязат от нея по посока изпускателната система, със същата скорост с която са влезли. Образува се резонанс на газовете, който формира налягане в обратната посока, което връща горивната смес в горивната камера точно преди буталото да затвори изпускателните отвори на цилиндъра. По този начин ефективността при пълнене с гориво се повишава изключително много, а с нея се повишава и мощността на двигателя. Ефекта от тази система се увеличава с увеличаване на оборотите на двигателя, от което идва и високата производителност на 2-тактовите двигатели при високите обороти. Големината и формата на разширителната камера варира в зависимост от обема и нуждите на двигателя, като промяната на формата и, променя работните му характеристики.

Двутактовите двигатели намират широко приложение в мотоциклетните състезания, където производителността на машината е с приоритет пред издържливостта. По малката обща маса, както и ниският център на тежестта (постигнат поради липсата на газоразпределителен механизъм в главата на двигатлея), правят този вид агрегати много подходящи за всякакъв вид мотоциклетни състезания.

В днешни дни двутактовите двигатели все по често биват измествани от аналогични 4-тактови агрегати. Но в някои спортове, като Мотокроса свободен стил (FMX) например, те все още остават предпочитаният вид двигател.

За триковете при Свободния Стил в Мотокроса (FMX), общото тегло, както и мощността на мотоциклета са от огромно значение.

Особености и предимства на двутактовия двигател

• За единица време при еднакъв обем на цилиндрите и честота на въртене на коляновия вал, двутактовия двигател има два пъти повече работни цикли от четиритактовия двигател, поради което е и по-високата литрова мощност на двигателя. Реално мощността обаче не е два пъти по-голяма, а достига увеличение до 60-75% от тази на четиритактовия двигател. Причината за това е, че част от хода на буталото и цилиндровия обем се използва за процесите на изпускане и продухване на газовите смеси.
  
• Бързо се форсира до достигане на необходимата мощност за сметка на повишаване на оборотите.
  
• Опростена конструкция, което определя ниска производствена цена, лесно техническо обслужване и ремонт.
  
• Равномерна работа на двигателя, поради двойно повече работни ходове за единица време.
  
• По-благоприятна работа на коляно-мотовилковия механизъм, поради еднопосочност на натоварването му.

Недостатъци на двутактовия двигател

• Има по-висок разход на гориво и двутактово масло за еднаква мощност сравнен с четиритактовия двигател, поради особеностите при цилиндровото продухване и пълнене с прясна горивна смес.
  
• При едноцилиндровите мотоциклетни двигатели се поставя резонансен ауспух с обем подобряващ работата на двигателя при определени обороти. Посредством подбраните си размери и форма в определена степен се дроселира потока от изгорелите газове.
  
• Необходимо е добро херметизиране на картера, в противен случай двигателят работи с обеднена горивна смес.
  
• Когато коляно-мотовилковия механизъм работи като сгъстителна помпа, в картера не се налива масло. Мазането се осъществява от наличното в горивото масло и затова за лагеруването на коляновия вал и биелите се използват сачмени лагери. Недоброто мазане и прегряването намаляват срока на експлоатация на двигателя.
  
• Поради изгарянето на двутактовото масло при работния такт, в атмосферата се изхвърлят отработени газове с по-високо съдържание на токсични елементи.
  
• Поради два пъти повече работни ходове, отделянето на топлина е значително, поради което цилиндърът, буталото и целият двигателен механизъм трябва да издържи значителни температурни натоварвания. Това намалява работния ресурс на двигателя до основен ремонт.

В това видео ясно се виждат разликите в конструкцията и работата на 2 и 4-тактовите двигатели.



Тук можете да чуете специфичният звук на пистов мотоциклет с 2 тактов двигател.