Лодочные моторы: принцип работы двухтактных и четырехтактных двигателей

Наверное, для многих является актуальным вопрос: чем же четырехтактный мотор лучше двухтактного? А так же и другие, например: как вообще выбрать лодочный мотор? Для начала рассмотрим внутренее устройство двигателей. Такт рабочего цикла ДВС (двигателя внутреннего сгорания) представляет собой ход поршня от одной мёртвой точки до другой. Один такт соответствует 180-градусному повороту (полуобороту) коленчатого вала. При четырехтактном процессе рабочий цикл осуществляется за два оборота вала, при 2-тактном - за один. Итак, начнем по порядку...

При 4-тактном процессе присутствуют 4 такта: впуск, сжатие, сгорание и расширение, выпуск. А теперь поподробнее.

Впуск

В течение этого такта поршень опускается из ВМТ (т.е. верхней мёртвой точки) в НМТ  (т.е. нижнюю мёртвую точку). При этом кулачки распределительного вала открывают впускной клапан, и через данный клапан в цилиндр засасывается свежая топливно-воздушная смесь.

Сжатие

Поршень идёт из НМТ в ВМТ, сжимая рабочую смесь. При этом существенно вырастает температура смеси. Отношение рабочего объёма цилиндра в НМТ и объёма камеры сгорания в ВМТ именуется степенью сжатия. Степень сжатия - является очень важным параметром, традиционно, чем она больше, тем больше топливная экономичность лодочного мотора. Впрочем, для двигателя с большей степенью сжатия требуется горючее с более высоким октановым числом, которое несколько подороже.

Сгорание и расширение (рабочий ход поршня).

Незадолго до конца цикла сжатия топливовоздушная смесь поджигается искрой от свечи зажигания. Во время пути поршня из ВМТ в НМТ горючее сгорает, и под действием тепла сгоревшего топлива рабочая смесь расширяется, при этом, - толкая поршень. Степень «недоворота» коленчатого вала двигателя до ВМТ при поджигании смеси именуется углом опережения зажигания. Опережение зажигания необходимо для того, чтобы давление газов достигло максимальной величины, когда поршень будет находиться в ВМТ. При этом использование энергии сгоревшего топлива будет максимальным. Сгорание топлива занимает практически фиксированное время, именно поэтому, для повышения производительности мотора необходимо увеличивать угол опережения зажигания при повышении оборотов. В старых лодочных двигателях данная регулировка производилась механическим устройством (центробежным и вакуумным регулятором, воздействующим на прерыватель). В более современных моторах для регулировки угла опережения зажигания применяют электронику.

Выпуск

После НМТ рабочего цикла открывается выпускной клапан, и движущийся вверх поршень вытесняет отработанные газы из цилиндра двигателя. При достижении поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается, и цикл начинается сначала. Следует также помнить, что следующий процесс (к примеру, впуск), необязательно должен начинаться в тот момент, когда закончится предшествующий (к примеру, выпуск). Такое положение, когда открыты сразу оба клапана (впускной и выпускной), называют - перекрытием клапанов. Перекрытие клапанов необходимо для более лучшего наполнения цилиндров горючей смесью, а также для эффективной очистки цилиндров от отработанных газов.

В случае с двухтактным процессом всё уже не так легко и просто.

Здесь такты условно называются сжатие и расширение. Как видно, места отдельным тактам впуска и выпуска здесь не нашлось. Это не случайно. Хотя в двухтактном моторе процессы впуска и выпуска все же присутствуют, для их осуществления нужно, чтобы давление на входе в цилиндр было намного выше атмосферного. То есть, необходим принудительный наддув. Те, кто знаком с двухтактными бензиновыми двигателями для мотоциклов, могут конечно же возразить: на мотоциклах нет никаких турбо- либо механических компрессоров. Отдельного компрессора в мотоциклетном двухтактнике действительно нет. Функция компрессора возложена на картер двигателя. В простых мотоциклетных (так же, как и в лодочных) моторах нет клапанов в головке цилиндра, вместо них существуют впускные и выпускные окна в стенках цилиндра, перекрываемые телом поршня.

Впускные окна связаны с карбюратором не напрямую, а через перепускные каналы, выходящие в картер. В течение хода поршня вверх, нижний край открывает окно, на котором находится карбюратор, рабочая смесь под действием разрежения, создаваемого идущим вверх поршнем, устремляется в картер. Когда поршень идёт вниз, он перекрывает это окно, рабочая смесь начинает сжиматься. Поршень идёт дальше вниз, открывая перепускные окна, рабочая смесь под давлением подаётся в цилиндр, где вытесняет отработанные газы в выпускное окно. Поршень следует снова вверх, и процессы под его днищем повторяются, а в это время в цилиндре происходит сжатие рабочей смеси. После этого сжатая смесь воспламеняется свечой, и поршень идёт вниз, осуществляя пи этом такт расширения, либо рабочий ход.  

А сейчас давайте рассмотрим плюсы и минусы двухтактных лодочных моторов по сравнению с их четырехтактными «собратьями».

Начнем с преимуществ...

 - Меньший вес. К примеру: 15 л.с. двухтактный весит - 36 кг, а вот четырехтактный уже все 50 кг. Казалось бы 50 кг - это легко. Все не так просто. Вес мотора распределен весьма неравномерно. Приблизительно 80% весит голова (т.е. сам двигатель) 20% нога. Не нужно также забывать и о большем у 4-х тактников размере головы. Все это, да еще одна маленькая не всегда комфортная ручка для переноски делает этот процесс ну очень затруднительным.

- Стоимость. Четырехтактные моторы сложнее в производстве, состоят из большего количества деталей, именно поэтому, они всегда будут дороже стоить чем двухтактники.

- Удобство при транспортировке. Двухтактный лодочный мотор можно возить в любом положении, перед началом эксплуатации не требует отвешивания. То есть достал из багажника, поставил, завел и помчался по водной глади.

- Двухтактник живее реагирует на ручку газ. В 4-х тактниках для совершения полного рабочего цикла поршню следует сделать 2 полных оборота в то время как в двухтактных только один. Частый вопрос: А правда ли что четырехтактник 15 л.с. бежит быстрее чем такой же, но двухтактник? Отвечаем: нет, это не правда! У обоих этих моторов мощность на валу 15 л.с. По логике вещей: при прочих равных условиях, почему один мотор должен ехать быстрее второго?

Теперь коснемся недостатков…

- Больший расход топлива. Напомним, приблизительный расход можно высчитать по формуле: для двухтактного - 300 грамм на 1 л.с., для четырехтактного - 200 грамм на 1 л.с. в час при полном "газе". Больший расход связан с тем, что цикл выброса отработанных газов и впуска свежего топлива у двухтактников совмещен, именно поэтому, часть свежего топлива выбрасывается вместе с отработанными газами в выхлоп. В этом же и заключается экологическая проблема, то есть часть бензина, смешанного с маслом просто выливается в воду. Именно поэтому, двухтакные моторы (кроме моторов с системой по уровневого впрыска) запрещены и в странах ЕС, и в США. 

- Высокий уровень издаваемого шума. На максимальных оборотах 2-х тактные моторы как правило функционируют несколько громче четырехтактников.

- Удобство при эксплуатации. Четырехтактные моторы не так вибрируют на малых оборотах (примечание: это касается только двухцилиндровых двигателей. Одноцилиндровые и 2-х и 4-х тактники вибрируют примерно идентично) и не так дымят как их соперники - двухтактники. Дым образуется в основном из-за сгорания масла, которое добавляется непосредственно в бензин у двухтактных моделей. Дымность важный момент, исключительно в том случае, если Вы любите тролить. Достаточно часто это невероятно напрягает особенно в тихую безветренную погоду. 

- Проблема долговечности. Достаточно спорный пункт. В народе бытует такое суждение, что двухтактные лодочные моторы менее долговечны. С одной стороны это понятно, потому как масло для смазки трущихся элементов мотора подается вместе с бензином, а значит, функционирует не так результативно в отличие от  4-х тактных лодочных моторов, где трущиеся элементы буквально плавают в масле. Однако с другой стороны четырехтактник по своей конструкции гораздо сложнее конкурента, состоит из значительно большего количества деталей, а золотое правило механики "чем проще - тем надежнее" еще никто не отменял!