Один – с сошкой, трое – с ложкой
Теперь вдумайтесь в работу такого двигателя. Лишь один такт из четырех – рабочий ход – является полезным, только при нем тепловая энергия превращается в работу. Три другие такта – впуск, выпуск и сжатие – не только не дают механической энергии, но даже расходуют ту, что получается при рабочем ходе. Энергия тратится на наполнение цилиндра, сжатие смеси и выталкивание продуктов горения. Вот и выходит, что все эти три такта являются тактами-иждивенцами. Перефразируя известную пословицу, можно сказать: «Один – с сошкой, а трое – с ложкой».
Конструкторы подумали: а нельзя ли сократить число тактов-иждивенцев. Оказалось, можно! Они создали двухтактный двигатель, где весь рабочий процесс совершается за один оборот коленчатого вала, то есть за два хода поршня.
Как же он работает?
Характерным для такого двигателя является то, что горючая смесь в цилиндр поступает не прямо из карбюратора, а побывав предварительно в картере.
Предположим, поршень начал движение кверху. К тому времени цилиндр заполнен смесью и происходит ее сжатие.
Одновременно, уходя вверх, поршень создает в картере разрежение и через открывшееся окно туда устремляется горючая смесь из карбюратора. Сжатие совмещается с впуском.
Наконец поршень достиг верхней мертвой точки, такт сжатия закончился. В цилиндр поступает искра, и горючее вспыхивает. Под давлением газов поршень устремляется вниз – происходит рабочий ход.
Двигаясь вниз, поршень открывает сначала выпускное отверстие, затем впускное, соединяющее цилиндр с картером. Через выпускное продукты горения, уже выполнившие работу, уходят в атмосферу. По специальному же каналу через впускное отверстие в цилиндр устремляется горючая смесь из картера, где идущий вниз поршень создает значительное давление.
Таким образом, пока поршень движется вниз, происходят одновременно три такта: рабочий ход, выпуск отработавших газов и заполнение цилиндра свежей смесью. Во время движения вверх происходит сжатие смеси и подготовка такта впуска – заполнение смесью картера. Весь рабочий процесс происходит здесь за два такта, то есть за один оборот коленчатого вала.
В этом двигателе рабочий процесс происходит за один оборот коленчатого вала или за два хода поршня. Такой двигатель называется двухтактным
В двухтактных бензиновых двигателях обычно нет клапанов, впускное и выпускное окна закрываются и открываются телом поршня. Они просты по устройству и производство их дешевле.
Казалось бы, имея такие преимущества, двухтактные двигатели должны вытеснить четырехтактные. В практике этого не происходит по той причине, что они менее экономичны. В самом деле, в двухтактных двигателях после начала рабочего хода выпускное отверстие должно открываться раньше, чем в четырехтактных, чтобы успеть за один ход поршня и очистить цилиндр и наполнить его горючей смесью,
Следовательно, в атмосферу уходят газы, успевшие отдать сравнительно меньшую часть своей энергии.
Двухтактные двигатели находят применение в основном там, где не требуется большая мощность – на мотороллерах, мотоциклах, небольших автомобилях, на моторных лодках.
Секретное изобретение
Шел сентябрь 1913 года. Над Европой сгустились тучи мировой войны. Генеральные штабы дни и ночи работали над планами развертывания армий.
И вдруг среди штабных работников и военных разведчиков поползли слухи о том, что немецкий инженер Рудольф Дизель изобрел мощный секретный двигатель, который можно установить на военных кораблях, на автомобилях, тракторах, и что английский генеральный штаб собирается купить у него чертежи.
...Море штормило. Огромные волны подбрасывали пароход «Дрезден», державший курс на Лондон.
Не обращая внимания на качку, за столиком судового ресторана оживленно беседовали трое. Один из них, одетый в черный фрак, с дорогими перстнями на руках, и был Рудольф Дизель. Двое его собеседников – бельгийские инженеры – почтительно замолкали, стоило ему заговорить. Ехали все трое на промышленную выставку в Англию.
За разговорами время бежало быстро, не заметили, как наступила полночь. Разошлись, условившись в семь утра встретиться за тем же столиком, позавтракать и закончить беседу.
Но утром бельгийцы тщетно ждали своего талантливого попутчика.
– Непонятно, почему опаздывает господин Дизель, – нетерпеливо проговорил один из них. – Насколько мне известно, это не в его правилах – инженер весьма пунктуален.