Можно работать и в два такта

В тот самый 1878 год, когда громко, на весь мир заявил свое право на существование четырехтактный двигатель внутреннего сгорания Отто, англичанин Дуглас Клерк, адвокат по образованию и инженер по призванию, предложил еще один оригинальный двигатель.

Двигатель Клерка должен был работать не в четыре такта, а в два.

И действительно, если глубже вдуматься в процесс работы четырехтактного двигателя, разве не напрашивается сам собой вопрос: нельзя ли получать вспышку в цилиндре чаще, не через оборот, а подряд, за каждый оборот вала?

Ведь что происходит за первый такт? Поршень идет вниз и всасывает рабочую смесь в цилиндр.

А за второй такт? Поршень идет вверх и сжимает рабочую смесь.

Ну, а за третий такт? Поршень идет вниз, совершается рабочий ход, газы расширяются.

И, наконец, за четвертый такт? Поршень идет вверх, выталкивая отработавшие газы, опорожняя цилиндр.

Как будто бы все четыре такта необходимы. Приходится мириться с тем, что первый и четвертый такты вроде как бы вспомогательные, то есть один оборот вала тратится на очистку и наполнение цилиндра. Без свежего заряда двигатель не смог бы и работать.

И, тем не менее, было бы куда целесообразнее, если бы каждый ход поршня вверх использовался для сжатия, а с каждым ходом вниз поршень совершал бы полезную работу. Тогда количество вспышек удвоилось бы, удвоилось бы за то же время количество рабочих ходов, а следовательно, — удвоилась бы и мощность двигателя.

Но как быть с очисткой цилиндра и с зарядкой его новой смесью?

И вот выход предложен.

Схема работы двухтактного двигателя с прямоточной продувкой.

Пусть через верхние клапаны всё время поступает свежий заряд рабочей смеси, а внизу цилиндра пусть будут вырезаны окна, через которые уйдут отработавшие газы. Тогда первым тактом, когда поршень пойдет вверх, он своим телом закроет нижние окна, и, если в цилиндре есть свежий заряд, он его сожмет. К концу первого такта (сжатия) в цилиндр будет подана электрическая искра, — произойдет вспышка и поршень пойдет вниз, совершая второй такт — расширение, рабочий ход. Но поршень в конце хода вниз откроет окна, и отработавшие газы устремятся через окна наружу. При этом специальным механизмом откроются также и клапаны в крышке, через которые особым насосом будет нагнетаться свежая рабочая смесь. За время, пока окна остаются открытыми, свежий поток газа должен успеть вытеснить отработавшие газы — «продуть» цилиндр. Затем, когда поршень, возвращаясь к верхней мертвой точке, вновь перекроет выхлопные окна, свежая рабочая смесь поступит через клапаны в цилиндр, заполнит его объем, зарядив для очередного сжатия.

Таким образом, вместо двух насосных тактов (всасывания и выхлопа) здесь появится процесс продувки цилиндра. Теперь уже за каждый оборот можно получить рабочий ход.

Казалось бы, новый двухтактный двигатель, позволяющий развить при тех же размерах цилиндра почти удвоенную мощность, должен перенять пальму первенства у двигателя четырехтактного.

Но этого не произошло.

Оказалось, что продувать цилиндры рабочей смесью дело не выгодное, — много топлива уносится вместе с выхлопными газами через продувочные окна. И четырехтактный двигатель стал господствовать.

Лишь в некоторых «нефтянках», где цилиндр мог продуваться и заполняться не смесью топлива с воздухом, а чистым воздухом (топливо впрыскивалось в цилиндр в конце хода сжатия), двухтактный процесс еще находил применение.

Однако, как только получили широкое распространение дизель-моторы, о двухтактном цикле вспомнили всерьез. Дизель-мотор не «нефтянка» — это экономичный тепловой двигатель, но коль скоро в цилиндр дизеля также засасывается не рабочая смесь, а воздух, который и будет продувать цилиндр, то прямой смысл двухтактный процесс применить и здесь. Ведь воздуха не жалко. Его можно подать побольше и очистить цилиндр получше.

Так появление дизелей открыло широкую дорогу еще одной разновидности двигателей внутреннего сгорания — двухтактным двигателям.

Первым начал работать над созданием двухтактных дизелей всё тот же завод «Людвиг Нобель» в Петербурге. Были построены специальные опытные цилиндры со стеклянными вставками, через которые наблюдался процесс продувки при разной форме и различном размещении продувочных и выхлопных окон.

Дело в том, что, кроме описанного выше способа продувки, который называется прямоточным, могут быть и другие способы — «петлевые».

При этих способах в крышке цилиндра нет клапанов, но зато в нижней части цилиндра имеется два ряда окон. Левую полуокружность занимают, например, продувочные окна, а правую — выхлопные. Выхлопные немного повыше; поэтому, опускаясь вниз, поршень сначала откроет эти окна, и отработавшие газы вырвутся наружу, а потом, когда поршень откроет и продувочные окна, в цилиндр через них начнет поступать нагнетаемый особой воздуходувкой воздух, который, обходя цилиндр «петлей», вытеснит через всё еще открытые выхлопные окна остаток отработавших газов. К концу продувки цилиндр окажется заполненным чистым воздухом, и поршень, поднимаясь вверх, перекрывая сначала продувочные, а затем и выхлопные окна, начнет сжатие свежего заряда.

Следует заметить, что со временем двухтактные дизели получили столь же широкое распространение, как и четырехтактные, а для мощных установок даже преобладающее.

Схема петлевой продувки цилиндра двухтактного двигателя.