Так ли прост одноцилиндровый четырехтактный двигатель?

Двухтактный двигатель

На данный момент существует два основных вида двигателей внутреннего сгорания — двухтактные и четырехтактные. По своему внешнему виду они практически не отличаются, однако двухтактные двигатели работают по совсем другому принципу. Попробуем разобраться в чем основные различия этих двух типов ДВС, и как работает двухтактный двигатель.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Для того, чтобы ваша машина могла выполнять свою прямую функцию — возить вас, ее нужно заправлять топливом: бензином, дизелем, пропан-бутаном. По топливопроводу бензин поступает в двигатель, основную работу в нем выполняют поршни и кривошипно-шатунный механизм. Бензин смешивается с воздухом, образуется смесь, которая взрывается и приводит поршни в движение, этот момент движения передается на коленчатый вал, а от него на трансмиссию.

Разница между 2-х и 4-х тактными двигателями, как видно из названия, состоит в количестве тактов, то есть в рабочем цикле двигателя. Рабочий цикл любого ДВС — это последовательность таких процессов:

• заполнение цилиндра горючей смесью;
• ее воспламенение;
• расширение газов;
• вытеснение продуктов сгорания.

В 4-тактном двигателе вся эта последовательность осуществляется за 4 такта, то есть за два оборота коленвала, в двухтактном — за один оборот. Из этого можно сделать вывод, что 2-тактные двигатели обладают большей мощностью, и это действительно так, не зря ведь их используют не только для мотоциклов, мопедов, различных квадроциклов, снегоходов и гидроциклов, но и для приведения в движение огромных морских кораблей.

Теоретически мощность должна быть выше в два раза. Например, небольшой по размерам двигатель мотоцикла может легко выдавать мощность в сто и больше лошадей, тогда как гораздо более массивный и объемный мотор какого-нибудь автомобиля класса «В» или «С» выдает 70-100 л.с.

Устройство двухтактного двигателя

Основное преимущество двухтактных двигателей состоит в простоте их конструкции. Поскольку все процессы рабочего цикла завершаются за один оборот кривошипа, отпадает необходимость в наличии сложного газораспределительного механизма, который контролирует движение впускных и выпускных клапанов. Впускной клапан закрывается и открывается из-за разницы давления, а отработанные газы выходят через выпускное окно к глушителю.

Также 2-тактный двигатель охлаждается с помощью топлива, в которое подмешан определенный процент масла. Масло нужно подбирать именно двухтактное, поскольку оно приспособлено к высоким температурам и при сгорании оставляет меньшее количество шлака и золы.

Поршень движется от нижней мертвой точки к верхней — НМТ и ВМТ. Во время движения вверх поршень сжимает поступившую воздушно-топливную смесь. В ВМТ происходит взрыв смеси и поршень начинает движение вниз, в этот момент поступает новая порция смеси. Получается, что поршень сам же и выталкивает отработанные газы, а это и является основным недостатком двухтактных двигателей, влияющим на их КПД.

Недостатки двухтактных двигателей

Несмотря на то, что инженеры пытаются их решить, недостатки все же есть и они существенные.

Самый главный из них — неэффективное использование топлива и повышенные выбросы СО2.

Если в четырехтактных двигателях на отвод отработанных газов и продуктов сгорания отводится отдельный такт, то здесь этот такт совмещается с заполнением цилиндра новой порцией горючей смеси, и как бы не старались инженеры, избежать смешивания ее с отработанными газами не удается.

Кроме того необходимо постоянно добавлять в бензин масло, причем оно довольно дорогостоящее и расходуется быстрее.

Из-за этих проблем снижается и мощность двигателя. Теоретически она должна быть в два раза выше, чем у 4-тактных ДВС, но на деле этот показатель не превышает 50-70 процентов. После 2000 года многие производители отказались от двухтактных ДВС. Однако работы по их совершенствованию постоянно ведутся.

Видео принципа работы данного типа двигателей.

Устройство

Классический двигатель мотоблока – это одноцилиндровый четырехтактный мотор внутреннего сгорания.

Коленчатый вал этого двигателя установлен в двух шариковых коренных подшипниках и с одной стороны имеет посадочный конус под маховик, он же ротор зажигания и вентилятор охлаждения, с другой-коническую или цилиндрическую посадку под шкив или муфту сцепления.

Шатун двигателя мотоблока – это разъемная конструкция, работающая непосредственно по шейке коленвала как подшипник скольжения.

Смазка пары трения осуществляется захватывающим масло выступом на нижней крышке шатуна, принудительная подача масла от насоса не предусмотрена.

Цилиндр установлен под небольшим углом к горизонтали, его рубашка охлаждения отлита за одно целое с картером, и в нее впрессована чугунная гильза. Это решение удешевляет производство двигателя, но делает его ремонт более сложным, так как замена цилиндра невозможна.

Смазка цилиндропоршневой группы осуществляется брызгами масла, создаваемыми шатуном и противовесами коленвала при его вращении. Прежде всего необходимо знать, какое масло лить в мотоблок, какое заливается в редуктор и в 4 тактный мотор.

Более подробно о работе одноцилиндрового двигателя смотрите на видео:

В зависимости от компоновки газораспределительного механизма двигатель может быть:

• Нижнеклапанным (SV) – распредвал расположен в картере и через короткие толкатели приводит непосредственно клапана, расположенные сбоку от цилиндра. Головка цилиндра в таких двигателях – это простая отливка с камерой сгорания специфической (кардиодной) формы.
• Нижнеклапанная компоновка – старейшая, применяемая в наше время, ей почти сто лет. Такие моторы за счет крайней простоты дешевы и надежны, но их главный недостаток – низкая удельная мощность.
• Также часто употребляется неверный термин «двигатель с боковым расположением клапанов», появившийся как буквальный перевод английского side-valveиз-за незнания принятого с 30-х годов ХХ века в русском языке термина «нижнеклапанный».
• Верхнеклапанные (OHV) моторы также имеют распредвал, установленный в картере, но сами клапана уже находятся в головке цилиндра и приводятся в действие длинными штангами через коромысла.
• За счет более компактной и выгодной формы камеры сгорания верхнеклапанные моторы заметно мощнее нижнеклапанных, но вместе с тем просты в сборке и настройке. Это наиболее распространенный тип двигателей в садовой технике.
• Верхневальные (OHC) отличаются тем, что и распредвал у них перенесен в головку цилиндра. Они более сложны по сравнению с моторами OHV, а выигрыш в мощности имеют только на высоких оборотах, что для мотоблоков мало актуально. Тем не менее некоторые производители, например – Subaru-Robin, применяют и эту схему.

Двигатели сравнительно большого объема (от 200 см3, а также дизельные) имеют в составе газораспределительного механизма ручной или автоматический декомпрессор – устройство, на низких оборотах увеличивающее время открытия выпускного клапана, благодаря чему уменьшается усилие для ручного запуска мотора.

Двигатели китайского производства

Китайские моторы для мотоблоков наиболее распространены на бюджетной технике и могут заметно отличаться по качеству.

Если скопированные с Honda GX агрегаты крупных производителей (Lifan, Zongshen) близки к японскому оригиналу по качеству и ресурсу, то более дешевые, зачастую даже не маркируемые производителем, до сих пор сохраняют знаменитое лотерейное «китайское качество».

Многие производители дешевых мотоблоков, заказывая такие моторы, наносят на них маркировку своего бренда.

Рассмотрим наиболее распространенные типы двигателей (так как один и тот же мотор может выпускаться десятком фирм, различать по бренду китайские двигатели в этом плане бессмысленно):

Самый маломощный (4 л.с.) двигатель для легких мотоблоков и культиваторов. Образцом для его создания послужил мотор Honda GX120.

Также это и самый дешевый китайский мотор – он стоит не более 5-6 тысяч рублей.

Наиболее популярная модель двигателя, скопированная с Honda GX160. Это – бензиновый двигатель с мощностью 5,5 лошадиных сил и рабочим объемом 163 см3.

Благодаря простой и надежной конструкции этот мотор можно встретить на мотоблоках, культиваторах, бензогенераторах, мотопомпах и множестве других агрегатов с бензиновыми двигателями.

Техника класса мини широко применяется на приусадебных участках и даже в коммунальном хозяйстве. Мини трактор Булат 120 – незаменимый помощник фермеру и дачнику.

Бензопила стала незаменимым и важным инструментом в повседневной жизни каждого хозяина. Здесь причины неисправностей и ремонт бензопилы Хускварна 137.

Газонокосилки стали одними из самых популярных инструментов, предназначенных для работ на газонах. Тут все основные характеристики газонокосилки Чемпион.

Запуск этого мотора осуществляется только ручным стартером. Система газораспределения – OHV, благодаря удачной компоновке настройка зазоров клапанов происходит очень просто и быстро. Двигатель может дополнительно оснащаться датчиком уровня масла и световой обмоткой генератора.

Выпускается практически всеми китайскими заводами: Lifan, Zongshen, Loncinи так далее. Цена может колебаться от 5 до 9 тысяч рублей как в зависимости от завода-изготовителя, так и от дополнительного оборудования: понижающего редуктора, датчика уровня масла и так далее. Двигатель Лифан устанавливается на мотоблоке Крот, Лифан, Ока.

168F-1, 168F-2

Более мощный вариант двигателя 168F, копия Honda GX200. Благодаря объему, увеличенному до 196 см3, развивает 6,5 л.с. В остальном является полным аналогом мотора 168F.

Цена чуть дороже, в зависимости от завода-изготовителя может составлять 8-10 тысяч.

Семисильный вариант двигателя 168F, не имеющий прямого аналога в семействе Honda GX. Рабочий объем – 212 см3 (фактически это – слегка расточенный мотор 168F-1). Поршень от этого мотора можно использовать при ремонте мотора мощностью 6,5 л.с., так как ремонтные размеры производителем не предусмотрены.

Толщина чугунной гильзы на большинстве китайских моторов это позволяет.

Диапазон цен тот же – от 8 до 10 тысяч рублей.

Достаточно мощный (9 л.с.) бензиновый двигатель, который можно встретить на тяжелых мотоблоках и минитракторах. Скопирован с Honda GX270.

Цена – от 15 до 18 тысяч.

Одиннадцатисильный двигатель с рабочим объемом 340 см3, аналог Honda GX340. В линейке большинства производителей двигателей для мотоблоков это – самый мощный из выпускаемых моторов.

Цена – от 17 до 19 тысяч рублей.

170F(A), 170FE, 170FS

Дизельный мотор на мотоблок, цена которого в зависимости от комплектации составляет 26-34 тысячи рублей. Рабочий объем этих моторов – 211 см3, развиваемая мощность – в районе 4 лошадиных сил. Благодаря смазке коленчатого вала под давлением эти моторы имеют ресурс заметно выше, чем бензиновые, хотя и ощутимо дороже.

Буква Е в обозначении модели (как и у бензиновых китайских двигателей) означает наличие электростартера и, соответственно, 12-вольтовой катушки генератора.

Устройство и принцип работы одноцилиндрового двигателя

Устройство одноцилиндрового ДВС: 1 – головка цилиндра; 2 – цилиндр; 3 – поршень; 4 – поршневые кольца; 5 – поршневой палец; 6 – шатун; 7 – коленчатый вал; 8 – маховик; 9 – кривошип; 10 – распределительный вал; 11 – кулачок распределительного вала; 12 – рычаг; 13 – впускной клапан; 14 – свеча зажигания

Данные двигатели получили широкое распространение даже в автомобилях. Несмотря на малое количество цилиндров, они имеют довольное малое отношение площади рабочей части цилиндра ко всему рабочему объему двигателя. Это преимущество говорит о том, что такой мотор имеет минимальные потери самое главной — тепловой энергии, а значит, обладает высоким коэффициентом полезного действия.

Устройство такого двигателя практически не представляет собой ничего сложного, в отличии от современных атмосферных и турбированных моторов. Он представлен всего одним цилиндром, во внутренней части которого перемещается такой же поршень, как и во многоцилиндровых автомобильных двигателях. В верхней части камеры сгорания располагаются два клапана, которые отвечают за подачу топливной смеси, а второй за выпуск отработавших газов.

Работа данного двигателя заключается в следующем. Всего такой мотор имеет четыре такта:

• Впуск. Поршень внутри цилиндра располагается в самой верхней мертвой точке и движется вниз в строгом соответствии с поворотом коленчатого вала на 180 градусов. Пока поршень движется вниз, открывается, клапан, отвечающий за подачу топливной смеси, и в камеру сгорания подается топливо, смешанное с воздухом. После достижения поршнем самой нижней мертвой точки начинается следующий такт.
• Сжатие. Во время этого такта задача поршня – вернуться в верхнюю мертвую точку. Коленчатый вал вращается дальше, еще на 180 градусов, при этом: впускной клапан полностью закрывается, а поршень движется наверх, сжимая уже готовую смесь.
• Рабочий ход. Как только поршень достигнет самой верхней мертвой точки, в камере сгорания смесь будет сжата до критической отметки. В этот самый момент на электродах свечи зажигания при помощи ряда устройств возникает искра, которая воспламеняет топливовоздушную смесь. С этого момент начинается такт расширения, или как его называют по-другому – рабочего хода. Поршень, под действием энергии, возникшей от воспламенения смеси, движется снова вниз, заставляя вращаться коленчатый вал. Клапана находятся в закрытом состоянии.
• Такт выпуска. После достижения нижней мертвой точки, поршень снова движется вверх под действием силы инерции, передаваемой от коленчатого вала. В этот момент открывается выпускной клапан и под давлением через него во впускной коллектор выходят отработавшие газы. Такт завершается после закрытия выпускного клапана и после того, как поршень окажется в верхней точке. Далее цикл тактов повторяется.

https://youtube.com/watch?v=sGsgwaIYSRM

Основным тактом любого двигателя является рабочий ход. Именно в этот момент происходит самое главное – преобразование энергии тепла в механическую энергию.

Основные отличия между двухтактным и четырехтактным ДВС

Одно из основных отличий рассматриваемых агрегатов в наличии газораспределительного механизма на 4-тактном моторе. На 2-тактных устройствах газораспределительного механизма нет. Вместо него имеются отверстия в стенках цилиндра, через которые и происходит подача готовой топливно-воздушной смеси, а также отвод выхлопных газов.

ГРМ не только увеличивает вес и размер двигателя, но еще и существенно влияет на его стоимость. Отсутствие ГРМ приводит к тому, что двигатель имеет только два цикла работы. Наличие каналов в стенках цилиндра приводит к увеличенному износу колец и поршня двигателя. Именно поэтому двухтактные двигатели имеют небольшой ресурс работы. Далее рассмотрим конструктивные отличия между 2-тактным и 4-тактным моторами.

1. Потребление топлива — несмотря на то, что двухтактный агрегат имеет простое строение, в плане потребления бензина он проигрывает четырехтактному. Связано это с количеством тактов. В то время, как 4-цикловый агрегат совершает 2 оборота коленчатого вала, потребляя при этом одну порцию топлива, двухтактный двигатель при этом делает только один оборот. Увеличение расхода топлива составляет примерно 1,5 раза. Кроме того, не стоит забывать, что 2-тактный агрегат имеет несовершенную систему, и в процессе работы наблюдается потеря топливной смеси, выбрасываемой в глушитель. Это часть смеси, которая «вылетает в трубу» при движении поршня вверх в момент сжатия
2. Тип топлива — моторы 4-тактного типа работают на чистом бензине, который в карбюраторе смешивается с воздухом . Агрегаты 2-тактного типа работают на смеси масла с бензином. Использование чистого бензина недопустимо, что повлечет за собой быстрый выход из строя цилиндропоршневой группы
3. Система смазки — многие знают, что именно по этому принципу рассматриваемые агрегаты отличаются. В 4-тактном моторе имеется отдельная система смазки, состоящая не только из емкости, но еще и масляного насоса, фильтров и трубопроводной магистрали. Система смазки не взаимосвязана с механизмом подачи топлива, что говорит не только об эффективности, но и продолжительном сроке службы. Двухтактные моторы работают на бензине с маслом. Пропорции смешивания бензина с маслом для бензопилы и бензокосы описаны на сайте. Бензин вместе с малом подается в двигатель, где осуществляется смазка механизма. Стоит отметить, что далеко не все двухтактные моторы имеют общую систему смазки, но встречаются еще и агрегаты с раздельным механизмом, где смешивание происходит автоматически в зависимости от количества оборотов
4. Тип смазывающих веществ или отличие масла для двухтактного мотора от 4-тактного. Для двухтактных двигателей используются специальные масла «сгорающего» типа. Это масло смешивается с бензином, и попадают в систему КШМ, обеспечивая смазку движущихся деталей. После этого масло в составе с бензином поступает в цилиндр, где воспламеняется и сгорает. Это масло называется двухтактным, и выпускается оно красного или зеленого цвета. Цвет не играет большой роли, и говорит о применении присадок в составе. Четырехтактные моторы работают на чистом бензине, так как они имеют отдельный механизм, отвечающий за смазку КШМ. В таких моторах используется обычное моторное масло, которое нельзя смешивать с бензином, и заливать в двухтактные агрегаты. Это приведет к быстрому засорению электродов свечи и выходу из строя ДВС. Получается, что отличие масла для двухтактных двигателей от четырехтактных заключается в консистенции и составе. На 2-цикловых ДВС используются сгораемые типы масел, которые перед тем, как сгореть, смазывают всю систему

По системе смазки четырехтактных двигателей нужно отметить, что они бывают двух типов — с сухим и мокрым картером. Различаются они по способу смазки. В мокром типе происходит подача масла из картера на КШМ. Насос перекачивает масло из картера, являющегося частью двигателя.

На ДВС с сухим картером используется отдельный бак с маслом. Из него масло насосом перекачивается в систему КШМ, обеспечивая смазку деталей. Скапливающееся масло обратно транспортируется в бак при помощи дополнительного насоса.

Зная основные конструктивные и принципиальные отличия рассматриваемых механизмов, следует разобраться с их достоинствами и недостатками, которые имеются у обоих вариантов.

Четырехтактники на мотоциклах

Да, эти моторы очень популярны среди производителей хороших, серьезных мотоциклов. Основное отличие – это дизайн. Если в автомобилях двигатель спрятан под капотом и дизайн его особо не разрабатывали, то в мире мотоциклов внешний вид силового агрегата имеет серьезное значение.

Вот уже более 15 лет в моде двухцилиндровый четырехтактный двигатель мотоцикла, представленный сегодня множеством моделей с самым разным объемом. Отличить такие двигатели можно по характерному звуку.

Однако среди мотоциклистов особой популярностью пользуются рядные четырехцилиндровые агрегаты. Эти моторы лишь немного опережают автомобильные ДВС. К примеру, схема на четырех клапанах лишь недавно получила признание в строительстве автомобилей. А на мотоциклах она использовалась еще с 70-х.

Для мотоцикла четырехтактник является более актуальным. Так, эти ДВС более экономичны, эффективны, экологичны, чем двухтактные агрегаты. Это – преимущества данных двигателей на мотоциклах. Также двигатели для мотоциклов сделаны таким образом, чтобы работать на высоких оборотах. Максимальная мощность выдается на оборотах до 14-16 тысяч на современных моделях.

Дизельный двигатель для мотоблоков

На сегодняшний день китайские мотоблоки являются очень популярными на рынке техники сельскохозяйственных нужд. Они максимально подходят всем фермерам, которые пытаются найти баланс между приемлемой ценой и высоким качеством. При выборе китайского дизельного мотоблока необходимо очень тщательно изучить все характеристики его двигателя. Зачастую двигатели для мотоблоков производят известные торговые марки.

Между китайскими и европейскими мотоблоками не существует принципиальной разницы, что лишь упрощает их эксплуатацию и обслуживание. Во время их производства применяются те же самые кинетические связи, что значительно повышает уровень унификации и стандартизации необходимого оборудования и комплектующих частей.

Мини-тракторы с объемом двигателя менее 50 кубических сантиметров

Мини-тракторы с объемом двигателя менее 50 кубических сантиметров и мощностью двигателя до 5.5 л. с. являются средствами малой механизации садово-огородного применения / сельскохозяйственным машинно-тракторным агрегатом (инструмент моторизированный, код позиции объекта по ОК 005-93 – 473791). На них, с учетом их технических характеристик, не распространяются требования по оформлению паспортов самоходных машин, для управления ими не требуется получение удостоверения тракториста-машиниста (тракториста). Мини-тракторы с объемом двигателя менее 50 см. куб. не являются транспортным средством, а также самоходной машиной, предназначены для сельскохозяйственных работ только в пределах садово-огородного участка и не могут использоваться для перевозки по дорогам людей, грузов или оборудования.

*«Сельскохозяйственный машинно-тракторный агрегат» — комплекс, представляющий собой сочетание мобильного энергетического средства с прицепной, полуприцепной или монтируемой машиной (или машинами) и предназначенный для выполнения технологических сельскохозяйственных операций; — ТР ТС 10/2011.

*«Механическое транспортное средство» — транспортное средство, приводимое в движение двигателем. Термин распространяется также на любые тракторы и самоходные машины. — ПДД.

Ремонт одноцилиндрового двигателя

Чтобы изучать особенности ремонта двигателей такого типа, необходимо кое-что знать о его основных проблемах. А он имеет всего одну проблему – это высокая температура. Так как потери тепла стали минимальными, трущиеся детали стали уязвимее к механическим нагрузкам, а значит, нуждаются в качественном охлаждении. Дело в том, что основная жидкость, которая на максимальном уровне контактирует с этими деталями – масло, не может обеспечить должного отвода тепла. Поэтому для такого мотора разрабатываются две системы охлаждения: воздушная и жидкостная со специальной системой термостатов.

Почему двигатель детонирует после выключения зажигания? Детонация – не самое приятное, что может случиться с двигателем вашего автомобиля. Данное…

Ремонт такого двигателя можно выполнить своими силами. Для этого нужен минимум знаний и стандартный набор инструментов. Если в процессе эксплуатации наблюдаются различные стуки, которые доносятся из головки блока цилиндров , то клапанный механизм нуждается в регулировке. Все регулировки производятся при снятом двигателе и демонтированной клапанной крышке. Кроме того, необходимо снять специальную крышку на генераторе, под которой расположена гайка. Вращая эту гайку, мы вращаем коленчатый вал, для установки поршня в верхнюю мертвую точку. Чтобы определить этот момент, необходимо довести до совмещения специальные метки на роторе. После этого, под кулачки распределительного вала устанавливают измерительные щупы и замеряют тепловые зазоры клапанов. Выполнять данную процедуру нужно, естественно, на холодном двигателе, иначе результат регулировки будет не правильным.

После этого, мотор необходимо собрать и проверить. Его устанавливают на агрегат и запускают. Если он работает ровно без шумов, то регулировка клапанов прошла успешно.

Вот и все. Вот так легко можно произвести ремонт одноцилиндрового четырехтактного двигателя своими руками без помощи мастеров автосервиса. Это поможет вам хорошо сэкономить на их услугах и даст вам бесценный опыт.