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.

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.


Прежде 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).


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.

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.


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.


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.


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.


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.

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.


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.


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.


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).


Здесь 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).


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.


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.

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.


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?!