www.newphysicist.com
Двухтактный бензиновый двигатель: Практическая модель
В этой статье представлен личный опыт создания наглядной модели двухтактного бензинового двигателя. Для лучшего понимания физических процессов автор сделал модель прозрачной. Рекомендуется сначала посмотреть сопроводительное видео, чтобы полностью погрузиться в процесс, а затем приступить к чтению. Важно понимать, что это демонстрационная модель, а не полноценный рабочий двигатель, однако она включает все ключевые компоненты, используя доступные материалы.
Изготовление рамы из стекловолокна
Основой модели стали две одинаковые пластины из стекловолокна, выполняющие роль рамы. Для установки подшипника в центре каждой пластины пришлось просверлить отверстия подходящего диаметра, так как специального дырокола не было.
Резка стекловолокна
Подготовка отверстий для подшипников
Сверление отверстий под подшипник
Создание кривошипно-шатунного механизма
Кривошип — это центральный элемент, преобразующий линейное движение поршня во вращательное. Для его изготовления был выбран материал Multiwood, который легко обрабатывается, прочен и обладает водо- и огнестойкостью. Однако при его резке образуется много вредной для легких пыли, поэтому при работе с угловой шлифовальной машиной важно использовать респиратор или защитную маску.
Распил Multiwood
Продолжение работы с Multiwood
Формирование кривошипа
Из того же материала были изготовлены шатун и поршень. Для создания отверстий под коленчатый вал пришлось обратиться в сварочную мастерскую, так как сверла нужного диаметра не было.
Завершающая стадия изготовления кривошипа
Шток поршня
Процесс сверления
Коленчатый вал был собран из трех одинаковых ручек, что добавило проекту творческий характер. Сборка этих компонентов — увлекательный процесс для энтузиастов.
Сборка коленчатого вала
Завершающие этапы сборки
После изготовления кривошипа и поршня, которые являются основными подвижными частями, проект был выполнен наполовину. В качестве поршня использовалась крышка от банки.
Соединение кривошипа и поршня
Картер и цилиндр, внутри которых движутся детали, были сделаны из прозрачных пластиковых бутылок для сохранения наглядности. Сборка всех компонентов в единую конструкцию становится простой задачей, если четко понимать конечный результат.
Картер и цилиндр из прозрачного пластика
Сборка всех компонентов модели
Готовая модель двигателя
Благодаря прозрачным материалам все внутренние процессы двухтактного двигателя хорошо видны. В модель также интегрирована система зажигания с автоматическим кулачковым приводом, которая вызывает вспышку света (симулируя рабочий ход) при достижении поршнем верхней точки.
Финальный вид модели двухтактного бензинового двигателя
Автор выражает благодарность за внимание к видео и статье.
Сравнение двухтактных и четырехтактных двигателей
Основное различие между двухтактными и четырехтактными двигателями заключается в частоте воспламенения топливно-воздушной смеси, что отражается на звуке работы: двухтактные моторы издают более резкий и громкий звук, а четырехтактные — более ровное и тихое «мурлыканье».
Сфера применения
Двухтактные двигатели, где зажигание происходит при каждом обороте коленвала, обычно мощнее и легче, поэтому они часто используются в компактных устройствах: газонокосилках, мотороллерах, легких лодочных моторах и портативных инструментах. Четырехтактные двигатели экономичнее, тяжелее и дороже, что делает их предпочтительными для автомобилей и спецтехники, где важна долговечность и эффективность.
Что такое такт?
Оба типа двигателей работают на основе четырех тактов: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Разница в том, как быстро они выполняют этот цикл. В четырехтактном двигателе на каждый такт приходится отдельный ход поршня, а в двухтактном — все процессы совмещены в двух ходах поршня (вниз и вверх).
Принцип работы четырехтактного двигателя
В четырехтактном двигателе зажигание происходит через каждый второй оборот коленвала. Сложный механизм клапанов, управляемый кулачковым валом, обеспечивает точную синхронизацию тактов. Клапаны плотно прилегают к головке блока цилиндров, чтобы избежать потери компрессии.
Принцип работы двухтактного двигателя
В двухтактном двигателе весь цикл завершается за один оборот коленвала. Впуск и выпуск совмещены, а роль клапанов выполняют отверстия в стенках цилиндра, которые открываются и закрываются движением поршня. Это упрощает конструкцию, но снижает эффективность.
Соотношение массы и мощности
Двухтактные двигатели обладают лучшим соотношением массы к мощности, что обеспечивает быстрый разгон и подходит для устройств, требующих кратковременных мощных усилий (например, гидроциклы). Четырехтактные двигатели рассчитаны на длительную и стабильную работу.
Эксплуатационные особенности
Четырехтактные двигатели обычно работают только в определенном положении из-за конструкции масляного поддона. Двухтактные двигатели, где масло добавляется непосредственно в топливо, могут работать в разных положениях, что важно для ручного инструмента вроде бензопил.
Экологичность и экономичность
Двухтактные двигатели менее экологичны и экономичны, так как часть топлива теряется при продувке цилиндра. Четырехтактные двигатели сжигают топливо полнее, что снижает выбросы и расход.
Стоимость и обслуживание
Двухтактные двигатели дешевле в производстве и проще в конструкции, но имеют меньший ресурс из-за отсутствия отдельной системы смазки. Они требуют приготовления топливно-масляной смеси, что добавляет хлопот. Четырехтактные двигатели дороже, но долговечнее и требуют минимального обслуживания.
Таким образом, выбор между двухтактным и четырехтактным двигателем зависит от конкретных задач: для легкости и мощности на коротких дистанциях подойдет двухтактный, а для экономичности и долговечности — четырехтактный.