Маленький бензиновый двигатель с продувкой через картер. Поршень сам открывает и закрывает окна в стенках цилиндра.
Как работает двухтактный двигатель: устройство и принцип работы
Два хода вместо четырёх
Вверх: готовимся
Поршень поднимается и сжимает смесь над собой. Под поршнем, в картере, давление снижается: через впуск поступает новая смесь.
Вниз: получаем толчок
Около верхней точки свеча зажигает смесь. Газы толкают поршень вниз. Одновременно новая смесь в картере сжимается.
Открываются окна
Опускаясь, поршень сначала открывает выпускное окно, затем продувочное. Старая порция газов выходит, новая смесь идёт из картера в цилиндр по каналу.
Начинаем заново
Поршень поднимается, закрывает окна и снова сжимает смесь. Один цикл занимает один оборот коленвала. Так работают некоторые мопеды и садовые инструменты.
Как обойтись без клапанов ГРМ
В этом двухтактнике нет тарельчатых клапанов ГРМ и распредвала: окна в стенке цилиндра открывает и закрывает сам поршень, а картер под поршнем работает как насос для смеси. Впуск в картер управляется лепестковым клапаном — он открывается сам, от разрежения под поршнем.
Вверх. Над поршнем сжатие, под поршнем разрежение — смесь входит в картер через лепестковый клапан.
Вниз. Вспышка толкает поршень, в картере смесь сжимается. Масло, растворённое в бензине, смазывает подшипники.
Окна. Сначала выпуск, затем продувка: свежая смесь вытесняет газы и частично уходит вслед за ними.
Плата за простоту. Вдвое больше рабочих ходов на оборот, но расход и выбросы выше, а масло сгорает вместе с топливом.
Детали в модели «Двухтактный двигатель»
Поршень. Поршень двухтактника — ещё и золотник: верхняя кромка открывает выпускное и продувочные окна, нижняя сторона сжимает смесь в картере. Днище слегка выпуклое, под ним рёбра и бобышки пальца; плавающий палец держат два стопорных кольца.
Поршневые кольца. Два тонких компрессионных кольца. Каждое стоит в канавке на штифте: замок всегда на перемычке между выпускным и продувочным окном, иначе концы кольца спружинят в окно и сломаются.
Цилиндр с окнами. Чугунная гильза в алюминиевой отливке с рёбрами. В гильзе шесть окон: широкое выпускное, два главных продувочных по бокам, два дополнительных за ними и одно напротив выпуска. У каждого продувочного окна свой канал от картера; своды каналов направляют струи смеси к задней стенке, смесь поднимается к головке и петлёй вытесняет газы к выпуску. Окна открыты только около НМТ, примерно от 90° до 270° по коленвалу: на остановленном двигателе поверните коленвал в этот диапазон.
Головка цилиндра. Клапанов нет: камера сгорания с вытеснителем по краю, свеча в центре, рёбра охлаждения поперёк цилиндра. Головку прижимают к цилиндру четыре сквозные шпильки с колпачковыми гайками, стык уплотняет медная прокладка.
Свеча зажигания. Искра каждый оборот, за 18° до верхней мёртвой точки. Свеча работает вдвое чаще, чем у четырёхтактника.
Коленвал и маховики. Сборный коленвал: две щеки‑маховика и запрессованный палец. Отверстия облегчения в щеках заглушены, чтобы под поршнем осталось меньше объёма. Вал вращается в двух шариковых коренных подшипниках; на одном конце — ротор магнето с магнитами и крыльчаткой, на другом — шлицы под шестерню первичной передачи.
Шатун. Кованый шатун двутаврового сечения, 110 мм между осями. Сверху и снизу — игольчатые подшипники в сепараторах; смазку они получают только из масла, растворённого в смеси, через прорези в нижней головке.
Лепестковый клапан. Клиновидный корпус с резиновыми сёдлами и тонкие стеклопластиковые лепестки. Лепестки открываются, когда давление в картере ниже атмосферного, и закрываются, когда поршень начинает сжимать смесь; металлические упоры не дают им открыться слишком широко.
Карбюратор. Карбюратор с круглым золотником. Трос от ручки газа поднимает золотник с иглой и открывает канал; поток воздуха подсасывает бензин с маслом из поплавковой камеры через жиклёр и распылитель. Перед карбюратором — воздушный фильтр.
Картер. Две половины картера с разъёмом по оси цилиндра обнимают коленвал и несут его коренные подшипники, по стыку их стягивают болты. Картер двухтактника работает как насос: под идущим вверх поршнем в него засасывается смесь, под идущим вниз — сжимается и уходит в продувочные каналы.
Сальники коленвала. Картер двухтактника — часть впуска, он должен быть герметичным. Сальники по бокам вала держат давление и разрежение: резиновую рабочую кромку на стальном каркасе прижимает к шейке вала кольцевая пружинка, снаружи от пыли защищает вторая, пыльниковая кромка.
Резонансная выпускная труба. Труба из листовых конусов: коллектор, расширяющийся диффузор, «пузо», обратный конус и тонкий хвостовик с глушителем. Волна давления отражается от обратного конуса и в конце продувки заталкивает ушедшую в выпуск смесь обратно в цилиндр.
Показ по шагам
Один оборот — один рабочий ход. Сверху поршня идёт сжатие и сгорание, под поршнем в картере в это время готовится следующая порция смеси.
Поршень открывает окна. Опускаясь, кромка поршня сначала открывает выпуск (за 90° до НМТ), газы вырываются. Через 28° открываются продувочные окна, и смесь из картера идёт в цилиндр.
Картер — это насос. Когда поршень идёт вверх, в картере разрежение и лепестки открываются. Когда вниз — смесь сжимается до 1,3–1,4 бар и ждёт открытия продувки.
Резонатор возвращает смесь. Часть свежей смеси при продувке уходит в выпуск. Отражённая волна давления из трубы заталкивает её обратно, пока окно не закрылось.
Прямая труба. Без резонатора потери смеси растут почти вдвое, а работа за оборот падает. Сравните показатели.
Что ломается и как это проявляется
Надломлен лепесток клапана. Признаки: из карбюратора летит туман смеси, двигатель плохо тянет на малых оборотах, неустойчиво держит холостые. Что проверить: снять клапан, посмотреть на просвет: лепестки должны прилегать без щели. Менять лепестки комплектом.
Подсасывает сальник коленвала. Признаки: обороты холостого хода высокие и «плавают», при сбросе газа обороты медленно падают. Двигатель греется, свеча белая. Что проверить: опрессовка картера (держит 0,5 бар несколько минут), распыление очистителя на сальник при работе. Сальники менять парой.
Нагар в окне и трубе. Признаки: двигатель тянет внизу, но не раскручивается, глохнет на подъёмах. Из трубы капает масло, дымит. Что проверить: снять трубу, посмотреть на окно; выжечь нагар из трубы, почистить окно пластиковым скребком. Проверить пропорцию масла.
Залегли кольца. Признаки: двигатель трудно завести, компрессия 6–7 бар вместо 10–12, мощность упала. Что проверить: компрессометр, осмотр зеркала цилиндра через окно. Раскоксовка или замена колец; задиры — расточка или новая гильза.
Забросана свеча. Признаки: двигатель «четырёхтактит»: звук становится вдвое реже, дымит, тянет плохо, особенно после долгого холостого хода. Что проверить: выкрутить свечу: чёрная мокрая — заменить; проверить калильное число, качество масла и пропорцию.
Упрощения модели
Давления посчитаны по изменению объёмов цилиндра и картера; волновые процессы в трубе и потери смеси заданы коэффициентами.
Продувочные каналы показаны с гладкими стенками и простыми сводами; у настоящих каналов форма сложнее, её подбирают на стенде.
Лепестки поворачиваются на петле как жёсткие пластины, а настоящие изгибаются. Лепестки и упоры показаны толще настоящих, чтобы их было видно в разрезе.
Шатун, свеча и лепестки показаны целиком, без разреза. Частицы показывают, куда и когда идёт газ через открытые окна, но не его скорость и количество.
Вращение замедлено: на 8000 об/мин один оборот длится 7,5 мс.
Связанные узлы и детали
Модель показывает принцип работы. Геометрия и режимы упрощены для обучения.