Главное отличие заключается в продолжительности рабочего цикла. Двухтактный двигатель выполняет впуск, сжатие, сгорание и выпуск за два хода поршня, то есть за один оборот коленчатого вала. Четырёхтактному нужны четыре хода и два оборота. Из-за этого двухтактная конструкция обычно проще, легче и мощнее на единицу массы, а четырёхтактная – экономичнее, тише, чище и удобнее для длительной работы.
Что означает слово «такт»
Такт – движение поршня от одной крайней точки цилиндра до другой. Когда поршень идёт вниз или вверх, коленчатый вал поворачивается на половину оборота. Полный цикл двигателя должен впустить свежий заряд, сжать его, получить расширение горячих газов и вывести отработавшие газы.
В четырёхтактном моторе каждой задаче выделено отдельное движение: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. В двухтактном процессы объединены и частично происходят одновременно по разные стороны поршня. Поэтому два двигателя одинакового объёма работают по-разному, даже если оба используют бензин и свечу зажигания.
Как работает четырёхтактный двигатель
На такте впуска поршень опускается, открывается впускной клапан и цилиндр наполняется воздухом или топливовоздушной смесью. Затем клапаны закрываются, поршень поднимается и сжимает заряд. Около верхней точки смесь воспламеняется свечой в бензиновом моторе, а в дизеле топливо загорается в горячем сжатом воздухе.
Расширяющиеся газы толкают поршень вниз – это рабочий ход, который вращает коленчатый вал. После него открывается выпускной клапан, поршень снова поднимается и выталкивает продукты сгорания. Полезная работа получается один раз за два оборота вала на цилиндр.
Клапаны открываются распределительным валом в строго заданные моменты. Такая газораспределительная система добавляет детали, массу и требования к регулировке, зато позволяет лучше отделить свежий заряд от выхлопа.
Как работает двухтактный двигатель
У простого бензинового двухтактного мотора поршень сам открывает и закрывает окна в стенках цилиндра. При движении вверх смесь в цилиндре сжимается, а в картер засасывается новая порция. После воспламенения поршень идёт вниз, совершает работу и одновременно сжимает свежую смесь в картере.
Ближе к нижней точке открывается выпускное окно, затем продувочное. Отработавшие газы выходят, а свежая смесь поступает в цилиндр и вытесняет остатки. Процессы проходят быстро и перекрываются. Рабочий импульс приходится на каждый оборот вала, что помогает получить высокую удельную мощность.
Однако часть свежей смеси в простых схемах может уйти прямо в выхлоп. Этим объясняются характерный запах, дымность и повышенные выбросы несгоревших углеводородов у старой двухтактной техники. Современный непосредственный впрыск уменьшает потери, но усложняет систему.
Сравнение мощности и массы
При одинаковом рабочем объёме двухтактный двигатель теоретически получает рабочий ход вдвое чаще. На практике выигрыш меньше из-за продувки, нагрева и неполного наполнения, но отношение мощности к массе всё равно часто высокое. Поэтому схема удобна там, где устройство приходится держать в руках или масса критична: в бензопилах, триммерах, некоторых лодочных моторах и спортивной технике.
Четырёхтактный мотор тяжелее из-за клапанов, распределительного вала, отдельной системы смазки и других узлов. Зато он ровнее развивает тягу, меньше шумит и обычно лучше подходит для автомобиля, генератора, мотоцикла повседневного назначения и оборудования, работающего много часов.
Смазка и масло
Во многих небольших двухтактных двигателях нет отдельного масляного картера: масло смешивают с бензином в пропорции производителя или подают отдельным насосом. Масляный туман проходит вместе с топливом и частично сгорает. Ошибка в пропорции опасна: недостаток смазки ведёт к задирам и перегреву, избыток увеличивает нагар и дым.
В четырёхтактном двигателе масло циркулирует отдельно, смазывает детали и возвращается в картер. Его не добавляют в топливный бак, но контролируют уровень и меняют по регламенту. Почему интервал зависит не только от километров, объясняет материал о замене масла в автомобиле.
Нельзя переносить рекомендации между моторами. Точное масло, пропорция смеси и способ проверки указаны в инструкции конкретной модели.
Расход топлива, выхлоп и шум
Простой двухтактный двигатель чаще расходует больше топлива на единицу полезной работы. Совмещённые впуск и выпуск ухудшают газообмен, часть смеси теряется, а масло сгорает. Выхлоп содержит больше несгоревших углеводородов и частиц. Звук обычно более резкий и высокий.
Четырёхтактная схема лучше управляет наполнением и выпуском, поэтому легче достигает низкого расхода и современных норм выбросов. Катализатор, точный впрыск и электронное управление дополнительно улучшают результат. Но нельзя утверждать, что любой четырёхтактный мотор автоматически экологичнее любого двухтактного: важны возраст, состояние, топливо, нагрузка и технология.
Обслуживание и ресурс
У двухтактного мотора меньше деталей газораспределения, поэтому он прост в разборке. Одновременно он работает с высокой тепловой и оборотной нагрузкой, а качество смазки зависит от смеси. Свеча, глушитель и выпускное окно могут быстрее покрываться нагаром. Небольшой агрегат нередко ремонтируют дешевле, но ресурс до крупного вмешательства бывает меньше.
Четырёхтактный двигатель требует замены масла, фильтра, а иногда регулировки клапанов и обслуживания привода распределительного вала. Более сложная конструкция дороже, зато при нормальном уходе хорошо переносит длительную эксплуатацию. Холодный запуск и режим прогрева тоже зависят от типа техники; распространённые заблуждения разобраны в статье «Что такое прогрев двигателя?».
Как выбрать подходящий вариант
Для ручного инструмента важны малая масса и возможность работать в разных положениях, поэтому двухтактный двигатель сохраняет преимущества. Для продолжительной тихой работы рядом с домом, стабильной экономичности и более чистого выхлопа чаще выбирают четырёхтактный. В лодочной и мототехнике решение зависит от мощности, правил по выбросам, цены и доступности сервиса.
Сравнивать нужно не абстрактные циклы, а конкретные модели: массу с заправленными жидкостями, расход при рабочей нагрузке, шум, запуск, доступность деталей и требования к обслуживанию. Электрическая часть тоже влияет на удобство техники, а роль генератора в автомобиле рассмотрена в отдельном объяснении.
Больше материалов об устройствах находится в разделе «Техника». Историю развития автомобиля и перехода к электромобилям можно пройти последовательно через маршруты знаний.
Краткий вывод
Двухтактный мотор завершает цикл за один оборот, легче и выдаёт высокую мощность при малой массе, но обычно шумнее, прожорливее и требовательнее к правильной топливно-масляной смеси. Четырёхтактный завершает цикл за два оборота, имеет отдельную смазку и более сложный газораспределительный механизм, зато обычно экономичнее, чище и долговечнее. Лучший выбор определяется задачей, а не одним преимуществом.
