Двадцать первый век, двухтактники вроде как давно сдали позиции, и всё больше друзей меняют свои дымящие мотоциклы на современные экологичные четырёхтактники. А другие друзья покупают их старые мотоциклы по дешёвке и радуются.
И главное, оба лагеря рассказывают об отличии в зацепе, торможении двигателем, характере тяги, звуке и о том, как им нравится их новая техника. Ну, что касается удовольствия от покупки чего-то незнакомого и хорошего, тут не поспоришь. А вот как насчёт остального - держака, характеристики двигателя и так далее? В чём отличия двухтактных от четырёхтактных моторов и как они работают? Каковы плюсы и минусы каждого варианта? И какой лучше подойдёт именно вам?
Принцип работы двухтактных и четырёхтактных мотоциклов
Двухтактных дорожных мотоциклов уже почти не осталось, а оставшиеся - скорее курьёзный раритет, чем настоящий транспорт. Поэтому говорить будем о внедорожной технике. И давайте для простоты будем сравнивать современные (т.е. не архаичные) мотоциклы с одноцилиндровыми двигателями, двухтактными и четырёхтактными. Что между ними общего и какие есть отличия?
Оба варианта представляют собой двигатели внутреннего сгорания, использующие для работы энергию, выделяющуюся при сжигании смеси воздуха и топлива. При этом сгорающая смесь расширяется и толкает поршень вниз. Тот передаёт энергию движения через шатун на коленвал, который преобразует возвратно-поступательное движение во вращательное. Вращение коленвала через трансмиссию передаётся на заднее колесо, а дальше вы и так знаете.
Что такое “такт”? Это движение поршня вверх или вниз в цилиндре. В четырёхтактном двигателе первый такт - это впуск, второй - сжатие, третий- вспышка (рабочий ход), а четвёртый - выпуск. На полный рабочий цикл четырёхтактного двигателя приходится два оборота коленчатого вала.
На такте впуска впускные клапана в головке цилиндра открываются, поршень движется вниз и засасывает топливо-воздушную смесь. Существуют конструкции, в которых смесь поступает в камеру сгорания принудительно, но для понимания сути это не имеет значения.
На такте сжатия и впускные, и выпускные клапана закрыты, а поршень движется вверх, сжимая содержимое камеры сгорания (т.е. топливо-воздушную смесь).
На такте вспышки, сгорания, сжигания, или, как правильнее его называть - рабочего хода, происходит основная магия: клапана закрыты, система зажигания образует искру на свече (или свечах) зажигания, которая поджигает сжатую смесь. При сгорании смесь расширяется и толкает поршень вниз, что и приводит в конечном итоге к появлению тяги на заднем колесе.
Такт выпуска очищает камеру сгорания от продуктов сжигания топлива, то есть выхлопных газов. Здесь открываются выпускные клапана, поршень движется вверх и выталкивает содержимое камеры сгорания через выхлопную систему.
А дальше всё повторяется: поршень опять движется вниз и происходит очередной первый такт, впуск.
Всё это происходит в камере сгорания. Это пустое пространство между днищем поршня (не удивляйтесь, но днище у него находится сверху) и внутренней частью (сводом) головки цилиндра, в котором находятся клапана. Собственно, поэтому головки четырёхтактных двигателей с верхним расположением распредвала довольно массивны: в них находятся распредвал (или два), клапана, пружины, впускной и выпускной порты, свеча зажигания, привод газораспределения, декомпрессор и много другого оборудования. Ниже, под поршнем, расположен коленчатый вал. Чаще всего он находится в масляной ванне, которую “взбалтывают” его щёки, разбрызгивая масло на стенки цилиндров, сам коленвал и шейки шатуна. В большинстве моторов есть также система принудительной подачи смазки - маслонасос забирает масло из картера и под давлением подаёт по специальным каналам во все движущиеся элементы, смазывая и охлаждая пары трения.
В двухтактных двигателях такт впуска и сжатия совмещены, а также совмещены такты рабочего хода и выпуска. Так что весь рабочий процесс происходит за два такта вместо четырёх, иначе говоря за один оборот коленвала. Получается, двухтактный двигатель выдаёт полезную мощность на каждом движении поршня вниз, в то время как четырёхтактный - только каждый второй ход вниз.
В двухтактном двигателе корпус двигателя (картер) является частью впускного тракта, и забор смеси происходит из него. Поэтому коленвал не может находиться в масляной ванне, как в четырёхтактном двигателе. Вместо этого масло добавляется в топливо-воздушную смесь, из которой оно оседает на стенки цилиндра, коленвал и шейки шатуна.
Головка двухтактного двигателя представляет собой просто крышку с резьбой для свечи. В ней нет ни клапанов, ни каких-либо каналов, проходов или других отверстий. Зато каналы (называемые окнами или портами) есть в цилиндре. Поршень при движении перекрывает и открывает их, по сути работая в качестве клапана. Вся магия двухтактного двигателя - в том, как хитроумно рассчитано расположение портов относительно хода поршня:
Такт впуска-сжатия
Такт впуска-сжатия: поршень движется вверх, под поршнем создаётся разряжение, и топливо-воздушная смесь втягивается в картер. Одновременно над поршнем происходит сжатие находящейся там порции смеси. Находящийся во впускном тракте лепестковый клапан между картером и источником топлива открывается только в одну сторону - он впускает смесь в картер и не выпускает обратно во впускной тракт (т.е. в карбюратор или во впускной манифольд инжекторных двигателей).
Такт сжигания-выхлопа
Такт сжигания-выхлопа: искра поджигает сжатую топливо-воздушную смесь, находящуюся в камере сгорания, она толкает поршень вниз с усилием, трансформируемым во вращательное движение. При этом в картере создаётся избыточное давление, и новая порция смеси проталкивается во впускное окно, ведущее в камеру сгорания. К концу такта сгорания поршень открывает выпускное окно в стенке цилиндра, и вошедшая в камеру сгорания смесь выталкивает в него отработанную порцию смеси. Впускное и выпускное окно расположены так, чтобы камера сгорания “автоматически” освобождалась от отработанной смеси и наполнялась свежей только за счёт движения поршня.
Ну ладно, скажете вы, это всё интересно, но двигатель ведь просто крутит колесо, так какая разница, двухтактный он или четырёхтактный?
Плюсы и минусы
Коль скоро двухтактные двигатели до сих пор выпускаются, очевидно, что есть у них какие-то особенности, отличающие от четырёхтактных. Какие?
Плюсы четырёхтактных двигателей
Плюсы четырёхтактных: они выдают мощность только четверть всего времени, но более длинный такт рабочего хода обуславливает бОльший крутящий момент, так что четырёхтактники более тяговиты на низких оборотах и более линейны и предсказуемы во всём диапазоне. Для того, чтобы энергии, выделившейся на такте рабочего хода, хватило для двух полных оборотов коленвала (плюсом к полезной работе двигателя), четырёхтактные моторы оснащены более тяжёлым маховиком с бОльшей инерцией. Сочетание более редких тактов вспышки-толчка поршня и тяжёлого маховика обуславливает более хорошее сцепление с поверхностью за счёт менее выраженных рывков заднего колеса на каждом такте вспышки, а это очень важно в любой внедорожной дисциплине. Кроме того, у четырёхтактных моторов более выражено торможение двигателем, что многим очень по душе. Но главное - что в топливо четырёхтактных двигателей не добавляется масло, а значит, их выхлоп заведомо чище и безопаснее, чем у двухтактных.
Минусы четырёхтактных двигателей
Минусы четырёхтактных: они всегда были тяжелее двухтактных, просто потому, что в них больше движущихся частей, необходимых для работы. Впрочем, современные двигатели становятся всё более лёгкими. Тяжёлый маховик может привести к более ленивому рулению из-за гироскопического эффекта. Кроме того, четырёхтактные ДВС сложнее в обслуживании (и более требовательны к нему) из-за более сложного устройства. Впрочем, это не такой уж и минус: двухтактники устроены проще, но зато ресурс у них меньше (в гоночных режимах), поэтому обслуживать их приходится чаще.
Плюсы двухтактных двигателей
Плюсы двухтактных: как уже было сказано, они легче и проще. В них меньше движущихся частей, меньше пар трения, а провести капремонт можно прямо перед поездкой, буквально за час, а то и быстрее (речь идёт о замене цилиндро-поршневой группы, которая чаще всего производится без снятия двигателя с мотоцикла). В них практически нечего настраивать при капремонте и при текущем обслуживании - ни клапанов с необходимостью настройки зазоров, ни ГРМ с требующей внимания цепью, ни даже маслонасоса в картере. Более того, из-за отсутствия в большинстве таких моторов системы принудительной смазки они довольно надёжны в краткосрочной перспективе (т.е. просто не способны отказать во время гонки из-за проблем с подачей масла в систему смазки), а устроены они так, что замена коренных подшипников не составляет никакой сложности, в отличие от четырёхтактных, в некоторых из которых вкладыши меняются вместе с боковыми крышками двигателя. Двухтактные моторы имеют совершенно крышесносный характер - на высоких оборотах их мощность нарастает резко, и многим это очень нравится. Впрочем, современные двигатели имеют более управляемый характер и лучше работают на низких оборотах благодаря специальным мощностным клапанам, которые частично перекрывают выпускной порт на низких оборотах и открывают его полностью на высоких.
Минусы двухтактных двигателей
Минусы двухтактных: необходимость добавлять масло в бензин - вроде бы мелочь, которая со временем начинает напрягать. Во-первых, это довольно грязное занятие - в том смысле, что бутылка с потёками двухтактного масла должна быть при себе на заправке (а значит, где-нибудь в рюкзаке, где может вытечь на его содержимое, а в конечном итоге и на спину). Во-вторых, при долгом простое в прохладе масло запросто может осесть на дно бака, откуда попадёт в карбюратор и заполнит поплавковую камеру, что приведёт к невозможности запустить двигатель, пока он не выгонит всё масло в выхлоп. Впрочем, все эти сложности скоро канут в лету: всё более популярны становятся двухтактники с технологией TPI - впрыска в окно. Двухтактные двигатели изнашиваются быстрее, так как смазываются по меркам четырёхтактников недостаточно. Впрочем, отсюда же и плюс - не только конструктивная простота, но и удобство ремонта, заложенное в большинство таких моторов. Ещё один минус - своеобразное устройство выпускного тракта с большими тонкостенными элементами, легко подверженными повреждениям. И, наконец, двухтактный выхлоп грязен - содержит масляный дым и изрядное количество несгоревшего бензина.
Настоящее чудо
Любой ДВС - это настоящее чудо! Будь он хоть двух-, хоть четырёхтактным, смесь в нём вспыхивает тысячи раз в минуту, и достигается это благодаря идеально выбранному моменту подачи искры, правильному составу смеси, оптимальному газораспределению и множеству других инженерных решений. Двигатель вырабатывает электричество для зарядки аккумулятора, питания катушки зажигания, светотехники и бортовой электроники. Он вращает помпу системы охлаждения, которая обеспечивает оптимальный температурный режим при помощи термостата. А уж как любят играться с моторами мальчишки всех возрастов и семейных положений, начиная с самого юного возраста и заканчивая седыми усачами, с добродушной усмешкой рассказывающими, что “на яве палец-то был бронзовый”.
А звук? Большинство из нас издали способны отличить звук выхлопа четырёхтактника от агрессивного, взрывного рёва двухтактного мотора. Звук, да и запах двухтактного выхлопа для многих из нас - это прямая дорога в детство, где все ещё живы и молоды, на дворе лето, в лесу грибы и ягоды, и дедушкин ИЖ везёт всё семейство оленьими тропами за черникой.
Мотоциклы прекрасны, хоть двух-, хоть четырёхтактные. Выбирайте по душе, по настроению и по возможностям - или просто берите первый попавшийся и решайте, чего в нём вам не хватает, и до встречи на лесных тропинках!
