Двухтактный и четырёхтактный двигатели

Важно понимать, что нагнетатель, используемый в двухтактном грузовом автомобиле Detroit Diesel или промышленном двигателе, НЕ является нагнетателем. Нагнетатель используется для обеспечения положительного потока воздуха в картере при относительно низком давлении, но превышающем атмосферное. Нагнетатель Рутса, используемый в качестве «нагнетателя» в дрэг-рейсинге, работает на повышенных оборотах и обеспечивает высокое давление на впуске топлива. В двухтактном двигателе Detroit Diesel воздух поступает через отверстия в цилиндре, усиленные нагнетателем. Топливо поступает через форсунки в верхнюю часть такта сжатия, а клапаны используются только для выпуска. Четыре такта работы соответствуют общепринятому принципу: 1. Всасывание, 2. Выталкивание, 3. Взрыв, 4. Выталкивание, или 1. Впуск, 2. Сжатие, 3. Рабочий ход, 4. Выпуск.

Зависит от обстоятельств.

Ключевым моментом двухтактных двигателей является то, что процесс, называемый продувкой, происходит с поршнем внизу: в конце цикла мощности / начале цикла сжатия. Во время продувки застоявшийся отработанный воздух выталкивается поступающим свежим воздухом. Что-то выталкивает его. Это обеспечивает выполнение тактов выпуска и впуска 4-тактного двигателя за малую долю такта!

Воздух большой, поэтому нужен большой насос (по размеру, а не по мощности).

Крошечные модели самолётов и двухтактные бензопилы — это ужасные примеры целесообразности: насколько лёгким и простым может быть двигатель, чтобы при этом он работал? В них обратная сторона поршня используется в качестве продувочного насоса, поэтому масло в топливе негативно влияет на всё: от плохой смазки кривошипа до засорения выхлопной системы маслянистым нагаром.

Более крупные двухтактные двигатели великолепны. В них часто бывает по 4 клапана на цилиндр (все выпускные), а впуск осуществляется через обычные отверстия, не закрытые поршнем. Очевидно, что это никак не упрощает конструкцию, но позволяет удвоить количество рабочих тактов для увеличения мощности того же двигателя.

Поскольку в многоцилиндровом* двигателе обратная сторона поршня не может использоваться для продувки, в таких двигателях используется обычная система смазки. Они также должны иметь наддув — другого варианта нет. В самых продвинутых моделях используется центробежный нагнетатель с турбинной поддержкой — по сути, турбокомпрессор, который также приводится в действие коленчатым валом через обгонную муфту. (С очень крутым переключением передач). Он работает в механическом режиме до тех пор, пока двигатель не наберет достаточную мощность для включения турбины.

Двигатель Фэрбенкса-Морзе и некоторые крупные судовые двигатели сочетают в себе лучшее из двух миров, поскольку в них отсутствует клапанный механизм и добавлен второй коленчатый вал, являющийся поршневым оппозитом (а не оппозитным цилиндром, как в оппозитных двигателях). Два поршня соприкасаются. Серьезно. Один поршень открывает впускные отверстия, а другой — выпускные.

В британском двигателе Deltic добавлен третий коленчатый вал — серьезно — и теперь цилиндры расположены треугольником в три ряда. В каждом цилиндре по два противоположных поршня, то есть по шесть в ряду цилиндров. Действительно. Как и у Fairbanks-Morse, впускные и выпускные отверстия находятся на разных поршнях.

У Fairbanks и Deltic есть распределительные валы, но они нужны только для управления топливными форсунками, поскольку эти двигатели дизельные.

* Ну, два поршня с продувкой могут работать, но они должны срабатывать одновременно, что в значительной степени сводит на нет преимущество двух цилиндров.

Не уверен, что это можно отнести к «помимо очевидного»... но, на мой взгляд, самая поразительная особенность двухтактного двигателя заключается в том, что он использует обе стороны поршней для работы с газовыми объёмами^†. Именно это обеспечивает ему такую высокую мощность при заданных размерах: он не «тратит впустую» пространство, которое в любом случае занимает картер. С другой стороны, это означает, что коленчатый вал должен работать в неидеальных условиях: вместо того чтобы купаться^‡ в большом количестве свежеотфильтрованного масла, специально подобранного для этой цели, ему приходится довольствоваться небольшим количеством масла, смешанного с топливом. И это масло только мешает процессу сгорания, который в двигателе Отто недостаточно горячий, чтобы должным образом сжигать менее летучие компоненты за отведённое время. Остатки масла делают двухтактный двигатель таким грязным по сравнению с четырёхтактным, в котором детали, нуждающиеся в смазке, отделены от потока газа: коленчатый вал находится под поршнем, а распределительный вал — вне камеры сгорания.

^†_{Это не относится к большим судовым дизельным двигателям, которые тоже двухтактные, но построены иначе. Но я не думаю, что вы имеете в виду именно их.}

^‡_{...кроме тех случаев, когда это не так. Стандартные четырёхтактные двигатели с мокрым картером имеют тот недостаток, что требуют постоянного направления гравитационного/ускорительного притяжения вниз. Это не подходит ни для высокопроизводительных гоночных автомобилей (в которых, как правило, используются сложные системы с сухим картером), ни для небольших портативных двигателей, таких как в радиоуправляемых самолётах или бензопилах (которые вряд ли могут позволить себе дополнительную сложность). Двухтактный двигатель не требователен к ориентации, поскольку поток газа легко распределяет масло по всем нужным местам, независимо от ориентации.}

Для двухтактного двигателя:

1. Один рабочий ход в каждом цилиндре за один оборот коленчатого вала.


2. Легкий по весу.


3. Движущихся частей немного.


4. Механическая эффективность выше.


5. Тепловой КПД ниже, так как часть топливно-воздушной смеси выбрасывается вместе с выхлопными газами.


6. Шума стало больше.


7. Износ происходит быстрее из-за меньшего размера при той же мощности.


8. Конструкция проста и удобна в изготовлении.

Для четырехтактного двигателя:

1. Один рабочий ход в каждом цилиндре за два оборота коленчатого вала.


2. Двигатель большой и тяжёлый.


3. Подвижных частей больше.


4. Механическая эффективность меньше.


5. Тепловая эффективность выше.


6. Производит меньше шума.


7. Износ меньше.


8. Конструкция усложняется за счёт клапанного механизма.

Да, количество рабочих тактов на один оборот меньше, а значит, меньше движущихся частей, выбросов и уровня загрязнения. Посмотрите здесь: http://mechstuff.com/differences-advantages-disadvantages-of-4-stroke-2-stroke-engine/

Кроме того, двигатель TS3 — двухтактный, с горизонтально расположенными поршнями, разработанный компанией Rootes / Commer, — имел нагнетатель.