Двухтактные ДВС в авто – тупиковая ветвь?
Даже неискушенный в технических вопросах автолюбитель наверняка знает, что под капотом машины сегодня стоит двигатель с четырехтактным режимом работы, а не с каким-нибудь другим. С чем это связано и почему в наше время практически не используют иные алгоритмы функционирования обычного бензинового ДВС в авто? Например, на катерах, в мотоблоках, бензопилах и другой «мелочевке» двухтактный двигатель (ДД) прочно занимает лидирующие позиции. Применяется он и в спортивных болидах.
Не стоит думать, что силовой агрегат, в основе работы которого четыре такта, так сразу «взял» и завоевал автомобильный мир. На заре двигателестроения изобретатели, конструкторы осуществляли множество экспериментов с режимами работы ДВС. Одни опыты оказались удачными, другие «ушли» в тупик.
Она началась ближе к концу позапрошлого века. Хотя первые модели уже испытывались в 1875-м (Германия, Ю. Зейланд) и 1880-м (Великобритания, Д. Клерк). Однако только в 1911-м американец Оле Эвинруд официально запатентовал первый в мире двухтактный мотор, развивавший 1,5 л. с., который он установил на лодку. В Первую мировую такие движки уже вовсю использовали на мотоциклах.
В 1919-м Й. Расмусен, имевший в Германии компанию DKW, организовал массовое производство байков и автомобилей, оснащенных двухтактниками. Их популярность, благодаря этой фирме, не падала вплоть до начала 60-х. К тому времени по Европе и Америке колесили сотни тысяч машин с двухтактными моторами: DKW Junior, Wartburg, Trabant, Auto-Union 1000S, SAAB. Позже к выпуску таких авто присоединились и японцы в лице Suzuki.
Auto-Union 1000S 1961-го года. Фото: YouTube.com
Прежде чем продолжить рассказ о триумфе и закате двухтактников на авто, стоит разобраться, как они работают. Напомним: главное достоинство этой конструкции – ее простота.
Одна из особенностей ДД заключается в отсутствии ГРМ. Впуск топлива и выпуск газов производит движущийся вверх-вниз поршень: он открывает и прикрывает окна, расположенные прямо в цилиндре. На первом такте горючее проникает внутрь и воспламеняется. Далее поршень перемещается вниз (2-й этап работы).
ДД в разрезе: вместо клапанов – окна по бокам. Фото: YouTube.com
При этом положении впускные и выпускные окна находятся в открытом состоянии: из цилиндра выходят отработанные газы и вновь поступает горючее. А поршень опять идет вверх: т. е. все происходит за пару тактов.
Одна из них заключается в том, что выход газов и вход топлива происходит одновременно. Поэтому часть выбросов остается внутри, а порция свежей смеси улетает в выхлопную трубу. При этом горючее и отработанные газы перемешиваются между собой. В результате расход топлива, которое сгорает не полностью, оказывается повышенным.
Начало 1-го такта: поршень поднимается и перекрывает окна. Фото: YouTube.com
Чтобы избавиться от этого недостатка, сначала применяли поршни с «козырьком», который откидывал смесь вверх, не давая ей «улетать в трубу». В то время это называлось «дефлекторной продувкой». Но уже к 50-м годам научились точно высчитывать геометрию выпускных и впускных окон: при этом на первые смонтировали заслонки.
При движении поршня вниз смесь врывается вовнутрь цилиндра. Фото: YouTube.com
Второй проблемный момент – проникновение смеси в цилиндр. Если для этого использовать только поршень, то он слишком быстро будет закрывать «вход». Тогда внутрь попадает гораздо меньше бензина, кислорода и масла, чем это возможно в теоретическом плане. Тем не менее, такая система применялась даже на автомобильных ДВС: примером может служить Wartburg-353 с тремя цилиндрами.
50-сильный ДД Wartburg-353. Фото: YouTube.com
Чтобы ликвидировать этот минус, во впускное отверстие стали ставить клапаны. Благодаря им, смесь какое-то время продолжает попадать в камеру сгорания. На сегодня такая система впуска – наиболее распространенная в двигателях мощностью до 300 «лошадей». Ну и самый эффективный метод, который подороже предыдущего – установка на противовесы коленвала золотников. С их помощью можно отрегулировать открытие/закрытие впускного окна вне зависимости от местонахождения поршня.
В пластиковом Trabant 601 (ГДР) стоял двухтактный ДВС с золотниками. Фото: YouTube.com
Такие схемы применяют и на гоночных болидах. Для обычных моторов система не подойдет – дорого и ресурс небольшой. Но тем не менее, немцы из ГДР рискнули и установили золотники на движок к своему Trabant 601.
Его необходимо добавлять в топливо. Проблема в том, что для качественного сгорания бензина требуются разные пропорции, в зависимости от режима работы ДВС. Так, на холостых оборотах наилучшее сочетание – 1:70 (вплоть до 1:150), при максимальной скорости – 1:16.
Разумеется, смазку лили в движок в каком-то одном сочетании. Из-за этого мотор имел очень короткий срок службы. Даже несмотря на применение специального, двухтактного масла (оно продается и сейчас). Например, лодочный мотор времен СССР «Вихрь-20» или «Москва-25» (производились в конце 60-х) обладали заявленным ресурсом … 500 ч! Заграничные «коллеги» работали дольше, но не на очень много: до 2 тыс. ч.
Лодочный мотор «Москва-25» служил всего лишь 500 моточасов. Фото: YouTube.com
Однако тот же Wartburg-353 при условии использования двухтактного масла «выхаживал» по 150-200 тыс. км. Но если смазка была «неправильной», пробег сокращался до 50-60 тыс. км.
DKW F12 – двухтактник от Audi. Фото: YouTube.com
Проблему пытались решить: в 60-е стали использовать масло отдельно. Но конструкция резко усложнилась. Удачными в этом плане машинами можно назвать японскую Suzuki Fronte 500 и немецкую модель DKW F12. Другую попытка модернизации предпринял Г Шеренберг, установив в 1952-м году на Gutbrod Superior двухтактник с непосредственным впрыском. Увы – идея опередила время! Конструкцию посчитали чрезмерно сложной и забыли (правда, ненадолго).
Gutbrod Superior появилась не в свое время. Фото: YouTube.com
Здесь стоит обобщить недостатки моторов с двумя тактами. Это шумность, сильная вибрация, много вредных выбросов и большой расход горючего
О некоторых проблемах мы рассказали, а как же насчет преимуществ? Помимо простоты конструкции, есть и другие преимущества. Основное достоинство следует искать в самом процессе работы движка. Раз у него только два такта, а не четыре, значит, за один и тот же момент смеси в цилиндры попадет больше (в среднем в 1,5-1,7 раза).
Так, лодочный мотор эпохи СССР «Ветерок-100» (заводское название ГЛМ-4), производимый в 70-е годы минувшего века, выдавал 100 «лошадей» при объеме 499,6 «кубиков» (куб. см), достигая 9 тыс. об/минуту. Получается, с литра выходило примерно 200 л. с.! Разумеется, об этом не могли не знать автомобилестроители: была выпущена гоночная версия движка Wartburg-353. При объеме в 992 «кубика» он развивал 200 «лошадей», раскручиваясь до 10 тыс. об/мин. Тут важно упомянуть еще один плюс двухтатников: малый вес.
Трехцилиндровый Wartburg-353 можно снять и поставить вдвоем. Фото: YouTube.com
Тот же ГЛМ имел массу в 45 кг, и то треть приходилась на винт, редуктор и т. п. Даже если взять автомобильный Wartburg мощностью 50-60 л. с., то его свободно можно было унести вдвоем.
К 1966-му производство двухтактных ДВС стали потихоньку сворачивать. Основная причина – введение экологических норм. Первыми сдали позиции немцы, последними – японцы (в 80-х). Но время от времени автопроизводители вновь обращаются к теме двухтактников с непосредственным впрыском. Например, Chrysler выпустил концепт Dodge Neon (1991-й год). Однако впоследствии новое руководство компании не рискнуло вложиться в дальнейшие разработки.
На опытном образце Dodge Neon в 1991-м ставили двухтактный ДВС. Фото: YouTube.com
А вот лодочные моторы в этом плане «процветают». Такие производители, как Mercury (200 DFI), Yamaha, Selva и другие продолжают успешно выпускать «двухтактники». Кто знает, может, консерватизм автомобилестроителей в этом плане будет преодолен и сторонников ДВС ждет новая эра?!
Не стоит думать, что силовой агрегат, в основе работы которого четыре такта, так сразу «взял» и завоевал автомобильный мир. На заре двигателестроения изобретатели, конструкторы осуществляли множество экспериментов с режимами работы ДВС. Одни опыты оказались удачными, другие «ушли» в тупик.
Немного истории
Она началась ближе к концу позапрошлого века. Хотя первые модели уже испытывались в 1875-м (Германия, Ю. Зейланд) и 1880-м (Великобритания, Д. Клерк). Однако только в 1911-м американец Оле Эвинруд официально запатентовал первый в мире двухтактный мотор, развивавший 1,5 л. с., который он установил на лодку. В Первую мировую такие движки уже вовсю использовали на мотоциклах.
В 1919-м Й. Расмусен, имевший в Германии компанию DKW, организовал массовое производство байков и автомобилей, оснащенных двухтактниками. Их популярность, благодаря этой фирме, не падала вплоть до начала 60-х. К тому времени по Европе и Америке колесили сотни тысяч машин с двухтактными моторами: DKW Junior, Wartburg, Trabant, Auto-Union 1000S, SAAB. Позже к выпуску таких авто присоединились и японцы в лице Suzuki.
Auto-Union 1000S 1961-го года. Фото: YouTube.comПрежде чем продолжить рассказ о триумфе и закате двухтактников на авто, стоит разобраться, как они работают. Напомним: главное достоинство этой конструкции – ее простота.
Принцип действия
Одна из особенностей ДД заключается в отсутствии ГРМ. Впуск топлива и выпуск газов производит движущийся вверх-вниз поршень: он открывает и прикрывает окна, расположенные прямо в цилиндре. На первом такте горючее проникает внутрь и воспламеняется. Далее поршень перемещается вниз (2-й этап работы).
ДД в разрезе: вместо клапанов – окна по бокам. Фото: YouTube.comПри этом положении впускные и выпускные окна находятся в открытом состоянии: из цилиндра выходят отработанные газы и вновь поступает горючее. А поршень опять идет вверх: т. е. все происходит за пару тактов.
Проблемы
Одна из них заключается в том, что выход газов и вход топлива происходит одновременно. Поэтому часть выбросов остается внутри, а порция свежей смеси улетает в выхлопную трубу. При этом горючее и отработанные газы перемешиваются между собой. В результате расход топлива, которое сгорает не полностью, оказывается повышенным.
Начало 1-го такта: поршень поднимается и перекрывает окна. Фото: YouTube.comЧтобы избавиться от этого недостатка, сначала применяли поршни с «козырьком», который откидывал смесь вверх, не давая ей «улетать в трубу». В то время это называлось «дефлекторной продувкой». Но уже к 50-м годам научились точно высчитывать геометрию выпускных и впускных окон: при этом на первые смонтировали заслонки.
При движении поршня вниз смесь врывается вовнутрь цилиндра. Фото: YouTube.comВторой проблемный момент – проникновение смеси в цилиндр. Если для этого использовать только поршень, то он слишком быстро будет закрывать «вход». Тогда внутрь попадает гораздо меньше бензина, кислорода и масла, чем это возможно в теоретическом плане. Тем не менее, такая система применялась даже на автомобильных ДВС: примером может служить Wartburg-353 с тремя цилиндрами.
50-сильный ДД Wartburg-353. Фото: YouTube.comЧтобы ликвидировать этот минус, во впускное отверстие стали ставить клапаны. Благодаря им, смесь какое-то время продолжает попадать в камеру сгорания. На сегодня такая система впуска – наиболее распространенная в двигателях мощностью до 300 «лошадей». Ну и самый эффективный метод, который подороже предыдущего – установка на противовесы коленвала золотников. С их помощью можно отрегулировать открытие/закрытие впускного окна вне зависимости от местонахождения поршня.
В пластиковом Trabant 601 (ГДР) стоял двухтактный ДВС с золотниками. Фото: YouTube.comТакие схемы применяют и на гоночных болидах. Для обычных моторов система не подойдет – дорого и ресурс небольшой. Но тем не менее, немцы из ГДР рискнули и установили золотники на движок к своему Trabant 601.
О масле
Его необходимо добавлять в топливо. Проблема в том, что для качественного сгорания бензина требуются разные пропорции, в зависимости от режима работы ДВС. Так, на холостых оборотах наилучшее сочетание – 1:70 (вплоть до 1:150), при максимальной скорости – 1:16.
В ФРГ и ГДР существовали специальные бензоколонки, где масло было уже добавлено в топливо в определенной пропорции.
Разумеется, смазку лили в движок в каком-то одном сочетании. Из-за этого мотор имел очень короткий срок службы. Даже несмотря на применение специального, двухтактного масла (оно продается и сейчас). Например, лодочный мотор времен СССР «Вихрь-20» или «Москва-25» (производились в конце 60-х) обладали заявленным ресурсом … 500 ч! Заграничные «коллеги» работали дольше, но не на очень много: до 2 тыс. ч.
Лодочный мотор «Москва-25» служил всего лишь 500 моточасов. Фото: YouTube.comОднако тот же Wartburg-353 при условии использования двухтактного масла «выхаживал» по 150-200 тыс. км. Но если смазка была «неправильной», пробег сокращался до 50-60 тыс. км.
DKW F12 – двухтактник от Audi. Фото: YouTube.comПроблему пытались решить: в 60-е стали использовать масло отдельно. Но конструкция резко усложнилась. Удачными в этом плане машинами можно назвать японскую Suzuki Fronte 500 и немецкую модель DKW F12. Другую попытка модернизации предпринял Г Шеренберг, установив в 1952-м году на Gutbrod Superior двухтактник с непосредственным впрыском. Увы – идея опередила время! Конструкцию посчитали чрезмерно сложной и забыли (правда, ненадолго).
Gutbrod Superior появилась не в свое время. Фото: YouTube.comЗдесь стоит обобщить недостатки моторов с двумя тактами. Это шумность, сильная вибрация, много вредных выбросов и большой расход горючего
Плюсы и минусы двухтактников – кто кого
О некоторых проблемах мы рассказали, а как же насчет преимуществ? Помимо простоты конструкции, есть и другие преимущества. Основное достоинство следует искать в самом процессе работы движка. Раз у него только два такта, а не четыре, значит, за один и тот же момент смеси в цилиндры попадет больше (в среднем в 1,5-1,7 раза).
Замена силового агрегата Wartburg-353W при наличии даже небольшого опыта у пары механиков занимает около двух часов.
Так, лодочный мотор эпохи СССР «Ветерок-100» (заводское название ГЛМ-4), производимый в 70-е годы минувшего века, выдавал 100 «лошадей» при объеме 499,6 «кубиков» (куб. см), достигая 9 тыс. об/минуту. Получается, с литра выходило примерно 200 л. с.! Разумеется, об этом не могли не знать автомобилестроители: была выпущена гоночная версия движка Wartburg-353. При объеме в 992 «кубика» он развивал 200 «лошадей», раскручиваясь до 10 тыс. об/мин. Тут важно упомянуть еще один плюс двухтатников: малый вес.
Трехцилиндровый Wartburg-353 можно снять и поставить вдвоем. Фото: YouTube.comТот же ГЛМ имел массу в 45 кг, и то треть приходилась на винт, редуктор и т. п. Даже если взять автомобильный Wartburg мощностью 50-60 л. с., то его свободно можно было унести вдвоем.
Эпоха заката?
К 1966-му производство двухтактных ДВС стали потихоньку сворачивать. Основная причина – введение экологических норм. Первыми сдали позиции немцы, последними – японцы (в 80-х). Но время от времени автопроизводители вновь обращаются к теме двухтактников с непосредственным впрыском. Например, Chrysler выпустил концепт Dodge Neon (1991-й год). Однако впоследствии новое руководство компании не рискнуло вложиться в дальнейшие разработки.
На опытном образце Dodge Neon в 1991-м ставили двухтактный ДВС. Фото: YouTube.comА вот лодочные моторы в этом плане «процветают». Такие производители, как Mercury (200 DFI), Yamaha, Selva и другие продолжают успешно выпускать «двухтактники». Кто знает, может, консерватизм автомобилестроителей в этом плане будет преодолен и сторонников ДВС ждет новая эра?!
- Сергей Милешкин
- https://youtube.com
Рекомендуем для вас
Четыре цилиндра и турбонаддув: что известно об авиадвигателе М105
В сообщении о М105 важно точно назвать полученный документ. Сертификат разработчика относится к соответствию организации установленным требованиям;...
Т-16 вёз груз перед собой. Зачем шасси сделали настолько необычным
У обычного трактора впереди находится капот, а груз чаще едет в прицепе сзади. Семейство Т-16 узнаётся по другой картине. Перед водителем расположена грузовая...
«Урал» без оппозита: чем Neo 500 отличается от привычного Gear Up
Первые 26 мотоциклов прибыли в штат Вашингтон. В новой модели сохранили коляску и задний ход, но сменили двигатель, трансмиссию и платформу....
Зачем локомотиву песок, если он должен ехать по чистым рельсам
В запасах локомотива есть материал, который легко не заметить за разговорами о мощности: песок. Его подают к месту, где стальное колесо касается рельса. Он...
Машина без запаски: что покупатель получает вместо неё
Под полом багажника может оказаться аккуратный лоток с компрессором и бутылкой жидкости. Место похоже на отсек для инструмента, а большого колеса нет....
«Кировец» поворачивает всем корпусом. Что даёт подвижная рама
У большого «Кировца» на повороте меняется сам силуэт. Передняя половина машины смотрит в одну сторону, задняя ещё идёт под углом к ней. Колёса при этом не...
ЯМЗ работает и на дороге, и на рельсах. Что скрывает индекс двигателя
Грузовик едет по дороге, комбайн подолгу работает в поле, мотовоз передвигает железнодорожную технику. В их описаниях можно встретить двигатели одного...
Провода над карьером: как самосвал получает больше тяги на подъёме
На подъёме самосвал поднимает токоприёмник к контактной линии над дорогой. На первый взгляд он становится огромным троллейбусом с камнями вместо пассажиров. Но...
Что крутит винт вертолёта, если двигатель остановился
У вертолёта сразу видно, за что отвечает двигатель: он вращает винт над кабиной. Поэтому остановку мотора легко представить как остановку самого винта. Однако...
Зачем гоночному мотору бак для масла, если под ним уже есть поддон
Мотор может остаться без нормальной подачи масла посреди длинного поворота, хотя на стоянке уровень был в порядке. В обычном двигателе запас масла находится в...
Он свешивается к асфальту. Зачем гоночной коляске такой пассажир?
Пассажир смещается над платформой коляски и переносит вес к её колесу. С обочины кажется, что он вот-вот выпадет: корпус уже сбоку от машины, шлем низко над...
Грузовик спускает шины на ходу. Куда уходит воздух и что это даёт
На асфальте водитель следит, чтобы колесо не стало мягким. На рыхлой дороге тяжёлому вездеходу иногда специально снижают давление. Если машина оборудована...
Катер едет по льду. Что удерживает воздух под его юбкой
У судна на воздушной подушке между жёстким корпусом и поверхностью видна тёмная гибкая юбка. На воде она проходит возле волны, на льду касается неровностей....
Турбина крутится быстро, а винт медленно. Зачем самолёту редуктор
Большой воздушный винт и компактная турбина работают в одном двигателе, но вращаются с разной частотой. Между ними стоит понижающий редуктор. Снаружи этот узел...