Четырехтактный двигатель принцип работы: Принцип работы ДВС. Рабочие циклы двигателя

Oдноцилиндровый ДВС

Описание устройства простейшего двигателя

Чтобы сразу не смущать сложными терминами и громоздкими определениями, сначала рассмотрим простейший одноцилиндровый двигатель внутреннего сгорания (ДВС), работающий на бензине, устройство которого представлено на рисунке 4.1.

Состоит этот двигатель из блока с цилиндрическим отверстием внутри – гильзой цилиндра. В гильзе находится поршень, соединенный через шатун с коленчатым валом. Коленчатый вал, в свою очередь, связан с распределительным валом через цепь (эта связь постоянна и передаточное отношение (О том, что такое «передаточное отношение», будет рассказано в главе 5 «Трансмиссия») составляет 1 к 2, то есть распределительный вал делает один оборот за два оборота коленчатого вала).

Рисунок 4.1 Одноцилиндровый двигатель внутреннего сгорания.

Рисунок 4.2 Разрез бензинового двигателя внутреннего сгорания.

Рисунок 4.4 Двигатель внутреннего сгорания с воздушным охлаждением.

Распределительный вал вместе с клапанами расположен в головке блока цилиндров, которая установлена соответственно на блок цилиндров.

Теперь разложим все по частям.

Блок цилиндра — литая деталь из чугуна или из алюминиевого сплава. Блок цилиндров образует картер. По сути, это корпус, внутри которого находятся основные элементы кривошипно-шатунного механизма (о котором речь пойдет ниже). Этот корпус имеет двойные стенки (именуемые рубашкой блока). В полостях между стенками течет охлаждающая жидкость, если двигатель с жидкостным охлаждением. Если двигатель с воздушным охлаждением, то блок имеет одну стенку с многочисленными ребрами для отвода тепла, как показано на рисунке 4.3.

В блоке имеются гильза и масляные каналы для подвода смазки к трущимся деталям. Рабочая поверхность гильзы, с которой соприкасается поршень, называется зеркалом цилиндра.

Поршень имеет вид перевернутого стакана, обычно отлит из алюминиевого сплава. В цилиндр поршень устанавливается с очень небольшим зазором (обычно сотые доли миллиметра). Чтобы газы, образовавшиеся при сгорании топлива, через этот зазор не прорвались в картер блока цилиндров, поршень уплотнен кольцами. Обычно устанавливают два компрессионных кольца (они воспринимают основную нагрузку при перемещении поршня) и одно маслосъемное (оно состоит из нескольких элементов), необходимое для снятия со стенок цилиндра моторного масла. Поршень, шарнирно, то есть через палец соединен с верхней головкой шатуна, а шатун, в свою очередь, шарнирно соединен с коленчатым валом. Шатун вместе с коленчатым валом и называют кривошипно-шатунным механизмом. Благодаря шатуну поступательное движение поршня вверх и вниз преобразуется во вращательное движение коленчатого вала.

Примечание
Уважаемый читатель может подумать, что пропустил целый раздел, ведь на рисунке 4.1 отсутствует и палец, и верхняя головка шатуна, но это не так — вышеприведенное описание дано для общего представления о двигателе внутреннего сгорания, а вот устройство каждого из элементов подробно рассмотрено в разделе 4.

7 «Блок цилиндров и кривошипно-шатунный механизм».

Головка блока цилиндра — по сути, это корпус (обычно из алюминиевого сплава), в котором, в зависимости от конструкции (Слова «в зависимости от конструкции» означают, что не всегда распределительный вал или валы располагают в головке блока. Об этом подробнее будет рассказано в главе 4.6 «Головка блока цилиндров»), находится распределительный вал (или валы), а также клапаны – впускной и выпускной. Распределительный вал и клапаны называют газораспределительным механизмом (ГРМ). Распределительный вал необходим для своевременного открытия впускных и выпускных клапанов. Клапаны плотно прилегают к головке блока цилиндра и прижимаются с помощью клапанных пружин.

Вот и весь четырехтактный бензиновый двигатель внутреннего сгорания. Сложного ничего нет.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Четырехтактным двигатель называется потому, что полный рабочий процесс разбит на четыре промежутка – такта. Из этих тактов только один рабочий, то есть тот, во время которого происходит перемещение поршня под действием газов, выделяющихся при сгорании топливовоздушной смеси. Каждый такт приходится (приблизительно) на один полуоборот коленчатого вала.

Примечание
Верхняя мертвая точка (ВМТ) — крайнее положение поршня в верхней части цилиндра.
Нижняя мертвая точка (НМТ) — крайнее положение поршня в нижней части цилиндра.
Расстояние от ВМТ до НМТ называется ходом поршня.

Наверняка, у каждого в детстве был велосипед. И, если спускала шина, то ее необходимо было подкачать насосом. Так вот, хотя и отдаленно, но этот насос для накачивания шин напоминает нам наш одноцилиндровый двигатель. Внутри цилиндрического корпуса насоса тоже есть клапаны и так же двигается поршень. Когда вы тяните ручку поршня на себя, через клапан в корпусе всасывается воздух, когда двигаете поршень вниз — клапан на впуске закрывается и воздух выходит через клапан на выпуске в трубку, попадая в шину колеса велосипеда. Теперь мысленно представим перевернутый насос, у которого мы начали перемещать поршень вниз, набирая при этом внутрь корпуса воздух, так же мысленно закрываем выпускное отверстие, например, пальцем, и начинаем перемещать поршень насоса вверх – воздух при этом начнет сжиматься, так как деваться ему некуда.

Доведя поршень насоса до упора, мы возьми и подожги засыпанный до начала этого действа порох в корпусе. Сгорая, этот порох будет выделять большое количество газа, который, в свою очередь, повысит давление внутри корпуса и начнет перемещать поршень, только уже без нашего участия – самостоятельно. Когда порох полностью выгорит, а поршень дойдет до самой нижней точки, мы откроем выпускное отверстие, и начнем снова перемещать поршень вверх, выталкивая из корпуса насоса уже отработавшие свое газы. Вытолкнув продукты горения наружу, мы снова закрываем пальцем выпускное отверстие насоса и начинаем повторять все вышеперечисленное в той же последовательности. Вот так же приблизительно работает любой четырехтактный бензиновый двигатель. Поместите корпус насоса в блок, клапаны установите в головку, которую в свою очередь смонтируйте на блок, а поршень соедините через шатун с коленвалом и получите наш простейший одноцилиндровый двигатель.

Есть такое понятие, как «рабочий цикл». Это совокупность процессов, происходящих последовательно в цилиндре двигателя при вращении коленчатого вала на два полных оборота (720^o). Рабочий цикл состоит из тактов.

Примечание
Читая далее описание процессов, вспомните о насосе, который был описан перед этим.

Собственно, ничего сложного. Практически все четырехтактные двигатели внутреннего сгорания, использующие в качестве топлива бензин, работают по такому принципу.

Первый такт. Впуск воздуха, смешанного с топливом

Коленвал, вращаясь, перемещает поршень вниз из ВМТ. В этот момент открыт впускной клапан, через него в цилиндр всасывается воздух вперемешку с распыленным топливом (в виде очень мелких капелек). Далее поршень достигает НМТ, впускной клапан закрывается

Второй такт. Сжатие

Коленвал продолжает вращаться, а поршень начинает от НМТ перемещаться вверх, сжимая при этом топливовоздушную смесь, дополнительно более тщательно смешивая топливо с воздухом, чтобы смесь была максимально однородная. Оба клапана закрыты

Третий такт. Рабочий ход

Поршень в ВМТ, в камере сгорания сжатая и нагретая до высокой температуры смесь, в этот момент возникает разряд между электродами свечи, который поджигает топливо.

Сгорая, топливовоздушная смесь выделяет газы, которые, к слову, разогреты до 800 градусов Цельсия, создается высокое давление, под действием которого поршень перемещается вниз, толкая коленчатый вал. Весь процесс протекает до НМТ

Четвертый такт. Выпуск

Газы свое дело сделали, теперь от них необходимо избавиться, чтобы подготовить цилиндр для следующей порции топливовоздушной смеси. После НМТ, открывается выпускной клапан, поршень под действием силы инерции поднимается вверх, выталкивая отработанные газы. После того, как поршень достигнет ВМТ и будут удалены все отработанные газы, весь процесс повторится заново.

Какое отличие двухтактного двигателя от четырехтактного и что такое 4mix и 2mix

Многие начинающие автовладельцы спрашивают опытных механиков, чем отличаются двухтактные двигатели от 4 тактных моделей двигателей. Когда они узнают, что двухтактные моторы мощнее, то недоумевают. Ведь зачем тогда в машины производитель ставит силовой агрегат, работающий на четырех тактах. Но тут не все так просто. Давайте попробуем разобраться в этом вопросе вместе.

Что такое ДВС на бензоинструментах

Двигателем внутреннего сгорания именуется агрегат, осуществляющий трансформацию топлива в механическую энергию. Сегодня ДВС применяется везде — от инструментов до автомобилей и прочих видов техники. Принцип работы ДВС обусловлен тем, что в конструкцию подается горючая смесь, основывающаяся на бензине с воздухом. За создание нужной консистенции горючей смеси отвечает карбюратор.

Горючая смесь подается в цилиндр, где осуществляется ее воспламенение. Сгорание смеси способствует тому, что создается полезная энергия, снимаемая с коленчатого вала в виде вращательных движений. Главное достоинство ДВС в том, что он обладает высокой мощностью, если сопоставить с электродвигателями. Большинство бензоинструментов — триммеры, мотокосы, мотоблоки, бензопилы и т.п., оснащаются двигателями внутреннего сгорания двухтактного типа. Более мощные бензоинструменты оснащаются ДВС четырехтактного типа. Чем же отличаются двухтактные и четырехтактные двигатели, какой принцип работы они имеют, а также их плюсы и минусы описаны в материале.

Что называют тактом в ДВС

Тактом на ДВС называется действие, которое совершается внутри механизма. Перемещение поршня в верхнем или нижнем направлении — это и есть такты. Причем один такт — когда поршень движется вверх, выполняя соответствующую работу. Движение поршня вниз, который возвращается от силы, возникающей при сгорании топлива, называется рабочим ходом.

Первый такт, с которого начинается работа мотора — это заполнение цилиндра топливной смесью. Следующий этап — это сжатие поступившей смеси в двигатель. Далее происходит воспламенение, и в завершении отвод сгоревших газов. Это четыре такта, которые выполняются в двигателях четырехтактного типа. Коленвал в четырехтактных агрегатах совершает два оборота при одном воспламенении топлива.

Двухтактные моторы функционируют в два цикла — транспортировка топливной смеси в цилиндр с последующим ее воспламенением, и отведение выхлопных газов из цилиндра. В двухтактных агрегатах коленвал совершает один оборот при сжигании одной порции топливной смеси.

Это главное отличие рассматриваемых агрегатов друг от друга.

ДВС 2-х и 4-х тактного типа по виду топлива бывают бензиновыми и дизельными. Чтобы выяснить подробно, какие достоинства и недостатки имеются в рассматриваемых двигателях 2-х и 4-х тактного типа, рассмотрим их конструкцию и принцип работы.

Итог соревнования лодочных моторов

Итак, что получается? Плюсы 4-т мотора — низкий уровень шума и экономичный расход топлива. Рассмотрим подробнее первый пункт. Да, 2-т двигатель на малых оборотах и на холостом ходу звучит гораздо громче, но при оборотах около 4 тыс. разница практически не заметна опытному уху рыболова. Да и мотор шумит только до тех пор, пока вы не выплывете на середину водоема, где сразу же его заглушите. Так что этот довод не является веским настолько, что необходимость переплаты становится очевидной.

Что же насчет экономичности — это факт, с которым бессмысленно спорить. Действительно четырехтактник поглощает гораздо меньше топлива. Это значит, что загрузка лодки также будет меньше, и стоимость выезда снизится. Но стоит учесть, что цена на него значительно выше, а вес больше. Так что, чтобы уверенно заявлять об экономии, необходимо узнать: покрывает ли экономия на топливе разницу цен, и весит ли мотор меньше, чем его более легкий аналог с запасом топлива.

Двухтактный ДВС его конструктивные особенности и описание принципа работы

Большинство бензопил и бензокос оснащаются приводными устройствами двухтактного типа. Два такта — это этап сжатия топливной смеси и рабочий ход поршня (когда он опускается вниз). Чтобы понять, чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного, рассмотрим изначально строение мотора. Основные детали двигателя — это цилиндр, поршень, коленчатый вал и шатун. За сжигание топлива отвечает свеча зажигания, а транспортировка смеси и отвод газов происходит посредством впускного и выпускного каналов. Конструктивная схема двухтактного двигателя отображена на фото ниже.

Двигатель двухтактного типа имеет упрощенное строение в отличие от четырехтактного. Принцип работы у него простой, и начинается с того, что осуществляется перемещение поршня из нижней мертвой точки в верхнюю. В стенках цилиндра присутствует три отверстия — впускной, выпускной и продувочный канал. Впускной расположен ниже, чем выпускной, а продувочный находится между ними, как показано на фото выше. Впускной и продувочный канал соединяется с кривошипно-шатунной камерой. Далее подробное описание принципа работа ДВС.

Первый такт.

Первоначально топливо из карбюратора транспортируется в камеру КШМ. Через продувочное отверстие в цилиндр из камеры КШМ засасывается предварительно-поступившая топливно-воздушная смесь. Прекращается подача смеси тогда, когда поршень перекрывает отверстие продувочного канала. Далее движение поршня осуществляет перекрытие выпускного канала. Часть топливно-воздушной смеси при этом уходит в выпускной канал. После перекрытия выпускного канала начинается процесс сжатия горючей смеси. Эта смесь состоит из бензина, масла и воздуха. При достижении поршнем верхней мертвой точки, происходит воспламенение смеси за счет создания искры свечей зажигания.

В тот момент, когда в верхней части цилиндра осуществляется сжатие, в нижней части камеры КШМ создается разрежение. Это разрежение позволяет засосать очередную порцию топлива из карбюратора для следующего воспламенения. Засасываемое топливо в камеру кривошипно-шатунного механизма одновременно выполняет смазывание коленчатого вала и шатуна. Именно поэтому в состав горючей смеси добавляется специальное масло для двухтактного мотора. Двухтактные двигатели не имеют масляного картера, что является одним из главных их отличий от четырехтактных. Все эти процессы совершаются в один такт.

Второй такт.

Сгоревшие газы толкают поршень вниз, тем самым осуществляется рабочий ход. Когда открывается выпускное отверстие, в него выходят выхлопные газы, поступающие по каналу в глушитель. Опускающийся вниз поршень создает давление в камере КШМ. За счет этого давления осуществляется выдавливание топливно-воздушной смеси ТПС из камеры КШМ в продувочный канал. В цилиндр следующая порция ТПС выталкивается сразу при открытии доступа к продувочному отверстию. При заполнении рабочей камеры цилиндра порцией топливной смеси происходит одновременное вытеснение оставшихся отработанных газов. Заканчивается второй такт при достижении поршнем нижней мертвой точки.

Визуальный процесс работы двухтактного двигателя представлен на анимированном изображении ниже.

У такого типа ДВС есть свои достоинства и недостатки, которые описаны ниже. Зная строение и принцип работы двухтактного двигателя, разберемся с четырехтактными моторами.

Четырехтактный двигатель его устройство и как он работает

Агрегаты четырехтактного типа имеют более сложное строение, но при этом они отличаются высокой производительностью и большим сроком службы. Их работа состоит из 4 циклов, о чем упоминалось выше. Это такт впуска топливной смеси, ее сжатие, рабочий ход и выпуск сгоревших газов. В отличие от двухтактных, на 4-х тактных моторах имеется масляный картер, посредством которого осуществляется смазывание вращающихся и трущихся деталей. Чтобы понимать, о чем идет речь, ниже представлена схема устройства четырехтактного двигателя внутреннего сгорания.

На схеме выше обозначены основные конструктивные элементы двигателя внутреннего сгорания 4-тактного типа:

1. Цилиндр — основание, в котором осуществляется перемещение поршня
2. Поршень — главный рабочий элемент всех двигателей внутреннего сгорания. Поршень имеет кольца, посредством которых обеспечивается сжатие топливной смеси
3. Шатун — соединительный элемент между коленчатым валом и поршнем
4. Коленчатый вал — находится в кривошипно-шатунной камере
5. Палец шатуна — соединительный элемент между коленчатым валом и шатуном
6. Камера сгорания — в этой камере происходит сжатие топлива и его воспламенение
7. Впускной клапан — при его открытии в камеру сгорания поступает топливная смесь из карбюратора
8. Выпускной клапан — открывается для выведения выхлопных газов из камеры сгорания
9. Свеча зажигания — воспламеняет топливную смесь

Принцип работы аналогичен с двухтактными моторами, но есть некоторые отличительные особенности. Рассмотрим далее принцип работы четырехтактного мотора по циклам.

Первый такт.

Транспортировка воздушно-топливной смеси в камеру сгорания выполняется при открытии впускного клапана. Поршень при этом находится в верхней мертвой точке. Открытие клапана выполняется посредством кулачков газораспределительного механизма. Засасывание топливной смеси происходит до момента, пока поршень не достигнет нижней мертвой точки. Коленчатый вал при этом совершает пол оборота.

Второй такт.

Начинается он с того, что поршень движется с нижней мертвой точки в верх. При этом осуществляется сжатие поступившей на предыдущем этапе топливно-воздушной смеси. Как только поршень достигает верхней мертвой точки, возникает искра, создаваемая свечой зажигания. Вместе с первым тактом, коленчатый вал совершает один оборот.

Третий такт.

От силы давления, сформировавшегося от сжигания смеси, обеспечивается перемещение поршня из верхней мертвой точки в нижнюю. Такое перемещение поршня после сгорания газов называется рабочим ходом. Выхлопные газы на третьем этапе находятся в камере до момента, пока поршень не достигнет нижней мертвой точки. После этого начинается завершающий этап.

Четвертый такт.

Поршень перемещается с нижней мертвой точки в верхнюю, тем самым осуществляя высвобождение камеры сгорания от находящихся в ней выхлопных газов. Для этого происходит открытие выпускного клапана, который также при помощи кулачка соединен с газораспределительным механизмом. После этого цикл повторяется.

Анимированное изображение принципа работы четырехтактного двигателя показано на схеме ниже.

Четырехтактные моторы являются более совершенными, выносливыми и надежными по сравнению с двухтактными.

Конструкция агрегата

Устройство 4 тактного двигателя выглядит таким образом: распредвал размещен в крышке цилиндра и приводится в действие с помощью ведущего колеса, вмонтированного на коленчатом вале. В устройстве 4 тактного двигателя распределительный вал способен открывать и закрывать впускной и выпускной клапан, но лишь один из них, а какой конкретно – зависит от расположения поршня. Помимо этого, на распределительном вале расположены кулачки, с помощью которых приводятся в действие коромысла клапанов.

После своего срабатывания коромысла начинают воздействовать на один из двух клапанов, что приводит к его открытию. Стоит отметить, что между клапаном и регулировочным винтом должен быть узкий промежуток (его еще называют тепловым зазором) – во время нагрева происходит расширение металла, поэтому в случае неимения или слишком маленького размера зазора клапаны не смогут полностью закрыть каналы впуска и выпуска. Зазор при клапане выпуска должен быть большего размера, чем у клапана впуска, поскольку газы выхлопа более горячие, нежели горючая смесь, и, соответственно, это приводит к тому, что клапан выпуска нагревается больше клапана впуска.

Вот и все описание устройства 4 тактного двигателя.

Основные отличия между двухтактным и четырехтактным ДВС

Одно из основных отличий рассматриваемых агрегатов в наличии газораспределительного механизма на 4-тактном моторе. На 2-тактных устройствах газораспределительного механизма нет. Вместо него имеются отверстия в стенках цилиндра, через которые и происходит подача готовой топливно-воздушной смеси, а также отвод выхлопных газов.

ГРМ не только увеличивает вес и размер двигателя, но еще и существенно влияет на его стоимость. Отсутствие ГРМ приводит к тому, что двигатель имеет только два цикла работы. Наличие каналов в стенках цилиндра приводит к увеличенному износу колец и поршня двигателя. Именно поэтому двухтактные двигатели имеют небольшой ресурс работы. Далее рассмотрим конструктивные отличия между 2-тактным и 4-тактным моторами.

1. Потребление топлива — несмотря на то, что двухтактный агрегат имеет простое строение, в плане потребления бензина он проигрывает четырехтактному.
   Связано это с количеством тактов. В то время, как 4-цикловый агрегат совершает 2 оборота коленчатого вала, потребляя при этом одну порцию топлива, двухтактный двигатель при этом делает только один оборот. Увеличение расхода топлива составляет примерно 1,5 раза. Кроме того, не стоит забывать, что 2-тактный агрегат имеет несовершенную систему, и в процессе работы наблюдается потеря топливной смеси, выбрасываемой в глушитель. Это часть смеси, которая «вылетает в трубу» при движении поршня вверх в момент сжатия
2. Тип топлива — моторы 4-тактного типа работают на чистом бензине, который в карбюраторе смешивается с воздухом
   . Агрегаты 2-тактного типа работают на смеси масла с бензином. Использование чистого бензина недопустимо, что повлечет за собой быстрый выход из строя цилиндропоршневой группы
3. Система смазки — многие знают, что именно по этому принципу рассматриваемые агрегаты отличаются.
   В 4-тактном моторе имеется отдельная система смазки, состоящая не только из емкости, но еще и масляного насоса, фильтров и трубопроводной магистрали. Система смазки не взаимосвязана с механизмом подачи топлива, что говорит не только об эффективности, но и продолжительном сроке службы. Двухтактные моторы работают на бензине с маслом. Пропорции смешивания бензина с маслом для бензопилы и бензокосы описаны на сайте. Бензин вместе с малом подается в двигатель, где осуществляется смазка механизма. Стоит отметить, что далеко не все двухтактные моторы имеют общую систему смазки, но встречаются еще и агрегаты с раздельным механизмом, где смешивание происходит автоматически в зависимости от количества оборотов
4. Тип смазывающих веществ или отличие масла для двухтактного мотора от 4-тактного.
   Для двухтактных двигателей используются специальные масла «сгорающего» типа. Это масло смешивается с бензином, и попадают в систему КШМ, обеспечивая смазку движущихся деталей. После этого масло в составе с бензином поступает в цилиндр, где воспламеняется и сгорает. Это масло называется двухтактным, и выпускается оно красного или зеленого цвета. Цвет не играет большой роли, и говорит о применении присадок в составе. Четырехтактные моторы работают на чистом бензине, так как они имеют отдельный механизм, отвечающий за смазку КШМ. В таких моторах используется обычное моторное масло, которое нельзя смешивать с бензином, и заливать в двухтактные агрегаты. Это приведет к быстрому засорению электродов свечи и выходу из строя ДВС. Получается, что отличие масла для двухтактных двигателей от четырехтактных заключается в консистенции и составе. На 2-цикловых ДВС используются сгораемые типы масел, которые перед тем, как сгореть, смазывают всю систему

По системе смазки четырехтактных двигателей нужно отметить, что они бывают двух типов — с сухим и мокрым картером. Различаются они по способу смазки. В мокром типе происходит подача масла из картера на КШМ. Насос перекачивает масло из картера, являющегося частью двигателя.

На ДВС с сухим картером используется отдельный бак с маслом. Из него масло насосом перекачивается в систему КШМ, обеспечивая смазку деталей. Скапливающееся масло обратно транспортируется в бак при помощи дополнительного насоса.

Зная основные конструктивные и принципиальные отличия рассматриваемых механизмов, следует разобраться с их достоинствами и недостатками, которые имеются у обоих вариантов.

Сравнение

Различие в количестве тактов – очень важное, но далеко не единственное отличие между двухтактными и четырехтактными моторами. Существует еще целый ряд отличий, которые исходят из преимуществ и недостатков того или другого двигателя

Вот основные признаки отличия:

Двухтактные двигатели весят на порядок меньше, даже при условии, что количество лошадиных сил одинаково. Яркий пример: при пятнадцати лошадиных силах двухтактный двигатель будет весить 36 килограмм, а четырехтактный – почти на десять килограмм больше. Конструкция четырехтактных двигателей заметно сложнее, и процесс производства дольше. Все эти факторы оказывают прямое влияние на цену – четырехтактные моторы стоят дороже. Перевозка и эксплуатация двухтактного двигателя заметно проще. Его можно перевозить практически в любом положении, а чтобы использовать, достаточно достать, установить и завести. Расход топлива двухтактного двигателя примерно в полтора раза больше (при одинаковых лошадиных силах). Четырехтактные моторы, если завести их на полную мощность, работают чуть тише, нежели двухтактный вариант. Разница в шуме незначительна, однако она существует, и здесь преимущество у четырехтактных двигателей. Еще одно преимущество четырехтактников – меньшая вибрация и дым

Причем второе отличие крайне важно именно для двигателей, потому большинство людей выбирает мотор, при работе которого образуется меньше дыма (не так вредно для здоровья человека и меньшее загрязнение для окружающей среды).

Плюсы и минусы ДВС

Для начала рассмотрим все имеющиеся достоинства и недостатки двухтактных моторов, которые несмотря на свою конструкцию, пользуются большой популярностью. К их преимуществам относятся:

1. Простота конструкции
2. Высокая скорость набора оборотов
3. Невысокая стоимость, что делает инструменты, оснащенные такими агрегатами очень популярными
4. Простота обслуживания, что обусловлено отсутствием ГРМ и отдельной системы смазки
5. Малый вес и габариты, что делает инструменты с такими ДВС удобными и практичными

Теперь разберемся со всеми недостатками, которые имеются у двухтактных двигателей:

• Шумность работы
• Низкая экологичность, что обусловлено выделением в атмосферу не сгоревшего топлива
• Низкий ресурс работы
• Необходимость смешивания бензина с маслом при каждой дозаправке. Кроме того, нельзя долго хранить разведенное топливо, иначе происходит его порча
• Большой расход топлива
• Небольшая мощность в сравнении с четырехтактными

У 4-тактных агрегатов достоинств намного больше, однако такие недостатки, как сложность конструкции, большой вес и цена оставляют негативный отпечаток. Далеко не каждый может позволить себе покупку, к примеру, снегоуборщика с 4-тактным мотором, который стоит в 2 раза больше, чем аналог с более примитивным агрегатом. Все недостатки 2-тактных моторов — это есть преимущества четырехтактных.

В силу большого количества недостатков обоих видов двигателей, производители запатентовали выпуск модернизированных моделей ДВС, которые получили название 4-MIX и 2-MIX. Наверняка вы сталкивались с тем, что при ремонте или замене деталей двигателя бензопилы или бензокосы, обнаруживалось наличие механизма ГРМ, но при этом инструмент заправляется разведенным бензином с маслом, как указывает производитель. Все верно, это говорит о том, что ваш инструмент оснащен двигателем 4-mix. Более подробно об этих типах двигателей узнаем далее.

Сфера применения

Отдельно следует отметить, что с точки зрения экономичности четырехтактный двигатель несколько выгоднее двухтактного мотора. Это объясняется пониженным расходом топлива, что немаловажно при нынешней стоимости горючего. Несмотря на это, значительные габариты позволяют использовать такое оборудование только для крупной техники, наподобие грузовых и легковых автомобилей, автобусов и пр.

Небольшие размеры, дополненные пониженной массой агрегата, допускают применения двухтактных двигателей для мопедов, скутеров, мотоциклов и прочих мелкогабаритных устройств. Используется такая модель мотора и в газонокосилках, моторных лодках и т.д.

Что такое ДВС 4-mix и для чего он предназначен

Если вы задаетесь вопросом, что такое двигатель 4-mix или почему бензокоса Штиль заправляется бензино-масляной смесью, а в инструкции указано, что она четырехтактная, то именно здесь вы найдете ответ. Компания Stihl запатентовала новый тип двигателя, который получил название 4-MIX. Его особенность в том, что он совмещает в себе достоинства двухтактного и четырехтактного моторов. Как же устроен такой тип двигателя, и самое интересное, как обеспечивается смазка КШМ, узнаем в деталях. Ниже представлена схема ДВС 4-mix.

На схеме видно, что такой двигатель оснащен ГРМ, и работает агрегат в 4 такта. При этом, чтобы сэкономить на стоимости бензоинструмента, производители не используют отдельную систему смазки. Смазка КШМ осуществляется вместе с топливом, как это свойственно для двухтактных моторов. Поступление бензина с маслом в камеру КШМ осуществляется из емкости, где располагаются коромысла впускного и выпускного клапанов.

Эта емкость соединяется с камерой КШМ при помощи каналов, в которых располагаются направляющие клапанов, соединенные одной частью с коромыслом, а второй с кулачком на распредвале.

В герметичную камеру клапанов засасывается топливно-воздушная смесь из карбюратора, которая направляется по каналам к кривошипно-шатунному механизму. Чтобы иметь представление, как работает ДВС 4-mix, рассмотрим пошаговую работу каждого такта.

1. Первый такт начинается с того, что поршень из верхней мертвой точки движется вниз, одновременно всасывая через открывающийся впускной клапан порцию топливно-воздушной смеси. Эта смесь всасывается из карбюратора и камеры клапанов. Двигающийся поршень вниз создает давление в камере КШМ, что позволяет выдавливать скопившуюся топливно-воздушную смесь через каналы направляющих клапанов. В итоге цилиндр заполняется смесью бензина с маслом и воздухом

2. Когда поршень достигает нижней точки, начинается процесс сжатия топлива. Смесь воспламеняется от искры, создаваемой свечой зажигания, как только поршень достигает верхней мертвой точки. В то время, как в цилиндре сжимается смесь, под поршнем создается разрежение или вакуум. За счет вакуума происходит засасывание очередной порции топлива из карбюратора в камеру КШМ через емкость клапанов. Поступившая смесь в камеру КШМ осуществляет смазку рабочих деталей

3. После сгорания топлива, поршень движется вниз — происходит рабочий ход. В это время под поршнем возрастает давление, которое выталкивает засосавшую смесь обратно в камеру клапанов. Смесь заполнить рабочую часть цилиндра не может, так как впускной клапан закрыт. От избытка давления смесь в некотором количестве выталкивается обратно в карбюратор. Это приводит к тому, что часто на двигателях 4-mix воздушные фильтры влажные. Это вовсе не проблема с карбюратором, а нормальное явление. Количество выбрасываемой смеси не такое большое, как на двухтактных двигателях, где выталкивание смеси происходит через выпускной канал. Кроме того, оседающее топливо на фильтре не выбрасывается в атмосферу, а конденсируясь, снова всасывается в двигатель. Рабочий ход или третий такт заканчивается когда поршень достигает нижней мертвой точки

4. Завершающий этап — открытие выпускного клапана. Через клапан выдавливается сгоревшее топливо в виде выхлопных газов. Под поршнем снова создается разрежение, вследствие которого происходит засасывание очередной порции топливно-воздушной смеси из карбюратора, поступающего в камеру КШМ

Так происходит работа ДВС 4-микс, которые получили большую популярность. Среди преимуществ таких моторов следует выделить следующие факторы:

• Практически полное сгорание топлива, что положительно влияет на норму токсичности
• Простая система смазки, исключающая необходимость использования масляного картера и насоса
• Сниженный вес, который немного больше, чем весит двухтактный агрегат
• Пониженный уровень шума по сравнению с двухтактными моторами
• Высокая мощность
• Низкое потребление топлива
• Хорошее ускорение и тяговое усилие

Это интересно!
Бензоинструменты от компанииStihl, оснащенные ДВС 4-mix, имеют улучшенную систему запуска за счет применения механизма декомпрессии. Эта система реализуется за счет приоткрытия впускного клапана во время старта. Обеспечивается приоткрытие клапана при помощи металлического выступа на кулачке механизма ГРМ. Работает система декомпрессии только при запуске мотора, а когда он уже запущен, то язычок за счет центробежной силы скрывается в кулачке.

В итоге компании Stihl удалось совместить все достоинства 4-х и 2-х тактных двигателей, создав при этом агрегат под названием 4-mix. Простота конструкции, неприхотливость, доступная стоимость, высокая мощность и прочие достоинства присущи для этого современного типа двигателей внутреннего сгорания.

Что такое двигатели внутреннего сгорания 2-MIX и X-torq

Компания Stihl предлагает также бензиновые инструменты с двухтактным двигателем модернизированной версии. Этот двигатель получил название 2-mix – двухтактная модель усовершенствованного типа. Аналогичную модель двигателя выпустила компания Husqvarna, и назвала его X-torq. Принцип работы двигателей одинаков, а отличия присутствуют только в конструкции. Схема работы ДВС 2-MIX представлена ниже.

На схеме видно, что топливно-воздушная смесь, поступающая от карбюратора, разделяется на два потока. Зеленой стрелкой показана смесь, которая всасывается в камеру КШМ, осуществляя тем самым смазку деталей. Ее всасывание происходит во время движения поршня вверх, когда создается разрежение. Поток смеси, указанный стрелкой синего цвета, подается непосредственно в камеру цилиндра, где происходит его сжатие и воспламенение. Всасывание топливно-воздушной смеси в цилиндр происходит при движении поршня вниз. Что примечательного в такой схеме работы двигателя?

Разделение потока позволило снизить выбросы топливной смеси в атмосферу, выходящей вместе с выхлопными газами. Это достигается за счет того, что рабочая область цилиндра заполняется смесью, обогащенной воздухом. Этот воздух выталкивает выхлопные газы, и в некотором количестве также выводится из камеры сгорания. Более насыщенный топливом поток поступает в камеру КШМ, обеспечивая эффективную смазку деталей.

В итоге модернизация двухтактного мотора способствовала тому, что снились потери топлива, а значит и уменьшился расход. Кроме того, выхлоп стал более чистым, так как в составе смеси отсутствует бензин с маслом, а система КШМ получила более эффективную систему смазки. При этом стоимость такого двигателя не сильно отличается от обычного двухтактного. Схема работы такого типа агрегата показана на видео.

Есть ли особые требования к качеству топлива для обычного двухтактного мотора и 2-mix? Разницы нет никакой, кроме того, на таких двигателях применяются одинаковые типы карбюраторов. Отличие карбюратора только в наличии дополнительной проставки, посредством которой происходит разделение потока топливной смеси на 2-MIX моторах.

Подводя итог, надо отметить, что отличия между рассматриваемыми типами двигателей имеются, и они достаточно существенные. Однако менее надежные 2-тактные агрегаты продолжают активно пользоваться популярностью за счет своей простой конструкции и невысокой стоимости. Зная конструкцию и принцип работы, не составит большого труда произвести ремонт двигателя таких инструментов, как бензопилы, мотокосы, мотоблоки, снегоуборщики, лодочные моторы и прочие.

Недостатки

1. Охлаждение воздухом. Воздушная система охлаждения способствует повышению рабочей температуры силового агрегата при высоких нагрузках. Это затрудняет использование установки при высокой температуре окружающей среды;
2. Плохое качество смазки. Смазочный материал попадает на вращающиеся детали агрегата вместе с топливной смесью. При плохом качестве масла или снижении его количества в смеси, трущиеся детали быстро выходят из строя;
3. Сложность установки газобаллонного оборудования. Двухтактный двигатель на газу подразумевает модернизацию системы смазки. Это усложнит конструкцию и значительно увеличит стоимость ремонта;
4. Большой расход горюче-смазочных материалов. Из-за воспламенения при каждом повороте коленвала, мотор потребляет больше горючего и смазочного материала. Часть рабочей смеси выходит вместе с газами.

Принципы работы простейшего одноцилиндрового двигателя внутреннего сгорания

В этой статье будут рассмотрены принципы работы простейшего одноцилиндрового двигателя внутреннего сгорания. Этот двигатель взят для простоты понятия физических процессов, для того чтобы понять, как работают все подобные двигатели. На самом деле всё намного сложнее каждый процесс имеет столько особенностей, что и у специалистов, хорошо знающих работу двигателя, часто возникают споры по многим вопросам. Но все бензиновые двигатели (двигатели с принудительным зажиганием) работают на основе принципов, впервые описанных немецким инженером Отто.

Двигатель нужен для обеспечения автомобиля (если это не стационарный двигатель) механической энергией. Двигатель создаёт эту энергию. Но из школьного курса физики известно, что энергия не возникает из ничего и не исчезает бесследно. Что же является источником механической энергии, вырабатываемой двигателем, какую энергию он преобразует в механическую? Источником энергии двигателя внутреннего сгорания является энергия межмолекулярных связей углеводородного топлива, сгорающего в цилиндрах двигателя. Во время сгорания углеводородного топлива происходит разрыв этих связей с большим выделением тепловой энергии, которую двигатель и преобразует в механическую энергию в форме вращательного движения.

Для химических реакций, происходящих при сгорании топлива, требуется окислитель. Для этого используется кислород, содержащийся в окружающем атмосферном воздухе. Воздух это смесь газов, кислорода в этой смеси приблизительно 21%. В цилиндрах двигателя сгорает смесь топлива с воздухом. В идеальном случае все молекулы углеводородов, поданные в цилиндр, сгорая, соединяются со всеми молекулами кислорода, поданными в цилиндр во время одного рабочего цикла. То есть после процесса сгорания в цилиндре двигателя не должно остаться не одной молекулы топлива, и не одной свободной молекулы кислорода.

Химические реакции, во время которых полностью используются все активные вещества, называются стехиометрическими. Во время стехиометрического процесса для полного сгорания всех молекул 1-го килограмма топлива необходимо использовать приблизительно 14,7 килограммов воздуха. Это идеальный процесс, но реально при работе двигателя на различных режимах обеспечить его достаточно трудно, тем более что на некоторых режимах двигатель будет работать устойчиво, только если смесь отличается от стехиометрической.

Разобравшись, откуда берётся механическая энергия, приступим к изучению принципов работы двигателя. Как уже было отмечено ранее, здесь будет рассматриваться работа четырёхтактного двигателя внутреннего сгорания, работающего по циклу Отто. Основным признаком цикла Отто можно назвать то, что перед воспламенением топливовоздушная смесь предварительно сжимается, а зажигание смеси происходит от постороннего источника – в современных двигателях только при помощи электрической искры.

За время становления и развития двигателя внутреннего сгорания было изобретено очень много различных конструкций и, разумеется, двигатель, работающий на принципах цикла Отто, был далеко не единственный. Из двигателей с возвратной поступательным движением поршня можно назвать двигатель, работающий по циклу Аткинсона, а из двигателей с круговым движением поршня наиболее известен роторно-поршневой двигатель Ванкеля. Существует большое количество вообще экзотических конструкций. Но все они не получили широкого практического применения. Более 99,9% используемых в настоящее время двигателей внутреннего сгорания работают по циклу Отто, (в данной статье сюда будут отнесены и дизельные двигатели) которые в свою очередь подразделяются на двигатели с электрическим воспламенением смеси и дизельные двигатели, с компрессионным воспламенением смеси.

Принципы работы таких двигателей и будут рассмотрены в этой статье.

И бензиновые и дизельные двигатели могут быть не только четырёхтактными, но и двухтактными. В настоящее время двухтактные двигатели на автомобиле не применяются, поэтому в данной главе они рассматриваться не будут.

Прежде чем рассматривать принципы работы двигателя рассмотрим, из каких основных деталей он состоит.

Основные детали простейшего ДВС

1. Цилиндр.
2. Поршень.
3. Камера сгорания.
4. Шатун.
5. Коленчатый вал.
6. Впускной канал.
7. Впускной клапан.
8. Впускной распределительный вал.
9. Выпускной канал.
10. Выпускной клапан.
11. Выпускной распределительный вал.
12. Свеча зажигания.
13. Топливная форсунка (не показана).
14. Маховик двигателя (не показан).

1. Цилиндр – основа двигателя, именно в нём происходит процесс сгорания топлива, цилиндр является направляющим элементом для движения поршня.

2. Поршень – деталь, перемещающаяся в цилиндре под воздействием расширяющихся газов или под воздействием кривошипно-шатунного механизма. Условно примем, что скользящее соединение, между поршнем и стенками цилиндра абсолютно герметично, то есть, ни какие газа не могут просочиться через это соединение.

3. Камера сгорания – пространство над поршнем, когда поршень находится в самой верхней точке своего хода (ВМТ).

4. Шатун – это стержень, передающий усилие от поршня к кривошипу коленчатого вала и, наоборот, от коленчатого вала к поршню.

5. Коленчатый вал – служит для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное, именно такое движение наиболее удобно для использования.

6. Впускной канал – канал, по которому топливовоздушная смесь поступает в цилиндр двигателя.

7. Впускной клапан – соединяет впускной канал с цилиндром двигателя. Условно принимаем, что в закрытом состоянии клапан полностью герметичен, а в открытом состоянии он не оказывает сопротивление проходу топливовоздушной смеси в цилиндр двигателя.

8. Впускной распределительный вал – открывает и закрывает впускной клапан в нужное время.

9. Выпускной канал – канал, по которому отработавшие газы выводятся из двигателя в атмосферу.

10. Выпускной клапан – соединяет выпускной канал с цилиндром двигателя. Условно принимаем, что в закрытом состоянии клапан полностью герметичен, а в открытом состоянии он не оказывает сопротивление проходу отработавших газов из цилиндра двигателя.

11. Выпускной распределительный вал – открывает и закрывает выпускной клапан в нужное время.

12. Свеча зажигания – служит для воспламенения сжатой топливовоздушной смеси в необходимое время.

13. Топливная форсунка – служит для распыления топлива в воздухе, поступающем в цилиндр двигателя.

14. Маховик двигателя – служит для необходимого перемещения поршня за счёт сил инерции во время всех тактов, кроме рабочего.

Далее придётся понять и запомнить довольно много специальных терминов, но сейчас упомянем, без полного объяснения, только некоторые.

1 — Верхняя мёртвая точка (ВМТ) – точка в которой поршень останавливается при изменении направления своего движения вверх цилиндра на движение вниз.

2 — Нижняя мёртвая точка (НМТ) – точка в которой поршень останавливается при изменении направления своего движения вниз цилиндра на движение вверх.

3 — Ход поршня – расстояние, проходимое поршнем при перемещении от ВМТ к НМТ или наоборот.

4 — Такт двигателя – перемещение поршня от одной мёртвой точки к другой. Во время каждого такта коленчатый вал двигателя совершает половину оборота (180?).

5 — Цикл – периодичное повторение четырёх тактов двигателя во время работы. Полный цикл двигателя состоит из четырёх тактов и совершается за два полных оборота коленчатого вала (720?).

Принципы работы простейшего одноцилиндрового четырёхтактного двигателя:

1 — Такт всасывания

(поступления топливовоздушной смеси в цилиндр).

Впускной клапан открыт.
Выпускной клапан закрыт.

Под воздействием внешнего усилия (стартёра двигателя, заводной ручки или инерции маховика), передаваемого поршню шатуном, поршень перемещается от ВМТ к НМТ. Поскольку соединение между поршнем и цилиндром полностью герметично, в пространстве над поршнем образуется пониженное давление (разрежение). Под воздействием атмосферного давления воздух через впускной канал, и открытый впускной клапан, начинает поступать в цилиндр двигателя. В это время топливная форсунка распыляет в поступающем воздухе необходимое количество топлива, в результате чего в цилиндр поступает горючая топливовоздушная смесь.

При достижении поршнем НМТ впускной клапан закрывается.

2 — Такт сжатия.

Оба клапана закрыты.

Под воздействием внешнего усилия поршень перемещается из НМТ к ВМТ. При этом в цилиндре происходит сжатие топливовоздушной смеси. По окончании такта сжатия, когда поршень встаёт в положении ВМТ, вся топливовоздушная смесь находится в сжатом состоянии в камере сгорания.

В это время свеча зажигания при помощи электрической искры воспламеняет сжатую топливовоздушную смесь. В дизельном двигателе в камеру сгорания при помощи топливной форсунки впрыскивается мелко распылённое топливо. В результате чего в обоих случаях происходит воспламенение смеси.

3 — Рабочий такт.

Оба клапана закрыты.

При сгорании топливовоздушной смеси в цилиндре резко поднимается температура и, главное, давление. Это давление равномерно давит во все стороны, но стенки камеры сгорания и цилиндра рассчитаны на это давления. А вод давление, оказываемое расширяющимися газами на поршень, днище которого является нижней частью камеры сгорания, заставляет поршень перемещаться вниз от ВМТ к НМТ. Это усилие через шатун передаётся на кривошип коленчатого вала, который преобразует поступательное движение поршня во вращательное движение.

При достижении поршнем НМТ открывается выпускной клапан.

4 — Такт выпуска.

Впускной клапан закрыт.
Выпускной клапан закрыт.

Под воздействием внешнего усилия, передаваемого на поршень через шатун, поршень перемещается из положения НМТ в положение ВМТ. Во время этого перемещения поршень вытесняет из цилиндра отработавшие газы через открытый выпускной клапан в выпускной канал и далее в атмосферу.

И так, мы рассмотрели полный цикл двигателя, состоящий из четырех тактов. Далее этот цикл повторяется бесконечно, пока двигатель не будет выключен или не закончится бензин в баке автомобиля.

Наверное, Вы обратили внимание, что из четырёх тактов полезным является только один – рабочий такт. Именно во время этого такта вырабатывается необходимая энергия. Все другие такты являются вспомогательными. Возможно, такая конструкция может показаться не эффективной, но лучшего, по всем показателям, пока ничего не изобретено. Да, существуют двухтактные двигатели, в которых полный цикл осуществляется за один поворот коленчатого вала. Существует роторно-поршневой двигатель Ванкеля, в котором вообще нет деталей, совершающих возвратно-поступательное движение, но этим конструкциям, при некоторых преимуществах, присущи свои недостатки, поэтому двигатели, работающие по четырёхтактному циклу Отто, в настоящее время имеют практически монопольное распространение в мире. И какой-либо замены им, в обозримом будущем, реально не предвидится.

Дизельный двигатель.

Двигатель, изобретённый немецким изобретателем Рудольфом Дизелем, очень похож и по конструкции и принципам работы на двигатель, работающий на бензине, описанный ранее. Но есть одно существенное различие. В этом двигателе воспламенение топливовоздушной смеси происходит не при помощи электрической искры, а за счёт контакта топлива с горячим воздухом находящемся в цилиндре. Такое воспламенение рабочей смеси называется компрессионным зажиганием. А откуда в цилиндре взялся горячий воздух, где его подогрели? Разумеется, никто его нарочно не грел. Если Вам когда-либо приходилось накачивать ручным насосом шину велосипеда, или автомобиля, вы могли обратить внимание, что довольно быстро насос начинает нагреваться. И вообще из школьного курса физики известно, что при сжатии все газы нагреваются, а воздух есть ничто иное, как смесь газов. Сжатие воздуха в двигателе происходит очень быстро, поэтому к концу такта сжатия воздух, находящийся в цилиндре дизельного двигателя, имеет очень высокую температуру (700 ? 900?С).

Поскольку физический процесс немного отличается от описанного ранее бензинового двигателя, в конструкции дизельного двигателя имеются некоторые отличия. Главное отличие в более высокой степени сжатия. У дизельного двигателя отсутствует свеча зажигания, вместо неё непосредственно в головку блока цилиндров вставлена топливная форсунка, разумеется, во впускном канале топливная форсунка отсутствует. В отличие от бензинового двигателя, в цилиндры которого во время такта всасывания поступает смесь бензина с воздухом, цилиндры дизельного воздуха поступает чистый воздух. При достижении поршнем ВМТ во время такта сжатия, в камере сгорания дизельного двигателя находится сжатый воздух, имеющий высокую температуру. И в то время, когда в бензиновом двигателе происходит воспламенение смеси при помощи электрической свечи, в камеру сгорания дизельного двигателя под большим давлением впрыскивается мелко распылённое дизельное топливо. Соприкасаясь с горячим воздухом, находящимся в камере сгорания, топливо воспламеняется.

Запомните основные отличия дизельного двигателя от бензинового.

1 – Топливо в дизельном двигателе воспламеняется не при помощи электрической искры, а за счёт контакта топлива с воздухом, имеющим высокую температуру.

2 – Регулировка крутящего момента и мощности двигателя осуществляется за счёт изменения качества, а не количества топливовоздушной смеси, поэтому в дизельном двигателе отсутствует дроссельная заслонка, регулирующая количество поступающего в цилиндры двигателя воздуха. То есть крутящий момент изменяется количеством впрыскивания топлива без изменения объёма всасываемого воздуха.

Не путайте дизельный двигатель с современными бензиновыми двигателями, с непосредственным впрыском. В этих двигателях топливная форсунка перенесена из впускного канала на головку двигателя, но не вместо свечи зажигания, а установлена совместно с ней. В этом случае топливная форсунка впрыскивает топливо непосредственно в цилиндр. Топливовоздушная смесь в таком двигателе воспламеняется не при помощи компрессионного зажигания, а при помощи электрической искры. А имеющаяся во впускном тракте дроссельная заслонка регулирует количество воздуха, поступающего в цилиндр.

Мы рассмотрели принципы работы простейшего одноцилиндрового двигателя, поняли, как возникает необходимая нам механическая энергия, но для простоты объяснения пришлось прибегнуть очень ко многим упрощениям. Например, клапаны открываются или закрываются не точно в ВМТ или НМТ. Свеча бензинового двигателя воспламеняет смесь или топливная форсунка дизельного двигателя нагнетает топливо в цилиндр не совсем точно при нахождении поршня в ВМТ. Да и двигатель, чаще всего имеет не один, а несколько цилиндров, от 1-го до 16, в автомобильной промышленности, а авиации или на флоте встречались двигатели, имеющие 64 цилиндра. Но основой любого двигателя является цилиндр.

Ранее были рассмотрены некоторые термины, имеющие отношение к цилиндру двигателя, теперь придётся их рассмотреть более подробно и познакомиться с некоторыми новыми.

1. Радиус кривошипа.

Расстояние между осями коренных и шатунных шеек коленчатого вала.
Коренными называются шейки коленчатого вала, в которых вал вращается в блоке цилиндров двигателя.
Шатунными называются шейки, к которым подсоединены шатуны поршней.
Для образования кривошипа ось коренных шеек смещена относительно оси шатунных шеек.
Радиус кривошипа является очень важным конструкционным параметром двигателя. Изменяя радиус кривошипа можно подобрать необходимое соотношение между крутящим моментом и максимальными оборотами двигателя, при неизменном объёме цилиндра.
(Обычно измеряется в миллиметрах)

2. Ход поршня:
Ход поршня, то есть расстояние между НМТ и ВМТ, равен удвоенной величине радиуса кривошипа.

3. Диаметр цилиндра:

Это диаметр внутреннего отверстия цилиндра. Условно принимаем, что диаметр поршня равен диаметру цилиндра.
(Обычно измеряется в миллиметрах)

4. Рабочий объём цилиндра:
Рабочим объёмом цилиндра называется объём, вытесняемый поршнем при перемещении от НМТ к ВМТ.
(Обычно измеряется в кубических сантиметрах (см?) или литрах.)
Рабочий объём цилиндра равен произведению хода поршня на площадь днища поршня.

5. Объём камеры сгорания.
Это объем пространства, находящегося над поршнем, во время нахождения поршня в ВМТ.
(Обычно измеряется в кубических сантиметрах.)
Камера сгорания большинства двигателей имеет сложную форму, поэтому определить её точный объём расчётным методом сложно. Для определения объёма камеры сгорания применяются различные методы прямого измерения.

6. Полный объём цилиндра.
Это сумма объёма камеры сгорания и рабочего объёма цилиндра.
(Обычно измеряется в кубических сантиметрах или литрах.)
Полный объём многоцилиндрового двигателя равен полному объёму одного цилиндра умноженному на количество цилиндров двигателя.

7. Степень сжатия.
Это соотношение полного объёма цилиндра к объёму камеры сгорания. Другими словами это соотношение объёма цилиндра в сумме с объёмом камеры сгорания, когда поршень находится НМТ к объёму пространства, расположенному над поршнем, когда поршень находится в положении ВМТ.
(Безразмерная единица)

8. Соотношение диаметра цилиндра к величине хода поршня:
Является очень важным параметром при конструировании двигателя внутреннего сгорания. Двигатели, в которых ход поршня больше диаметра цилиндра называются длиноходными, двигатели, в которых ход поршня меньше диаметра цилиндра, называются короткоходными.

Значение степени сжатия.

Степень сжатия это один из очень важных технических показателей двигателя внутреннего сгорания, поэтому рассмотрим его более подробно. В общем, повышение степени сжатия поднимает эффективность работы двигателя внутреннего сгорания, то есть при сгорании равного объёма топлива двигатель производит больше механической энергии. При повышенной степени сжатия молекулы топлива физически приближаются друг к другу. При этом топливовоздушная смесь имеет более высокую температуру, в результате чего достигается лучшее испарение частичек топлива и их более равномерное перемешивание с воздухом. Для каждого типа бензина имеется предельное значение степени сжатия. Чем выше октановое число бензина, тем выше степень сжатия, при которой может работать двигатель. При превышении допустимой степени сжатия и, соответственно температуры в камере сгорания, двигатель начинает работать с детонацией (самопроизвольное воспламенение смеси). Процесс детонации достаточно сложный, поэтому, на данном этапе, ограничимся пониманием, что причиной детонации является неправильное сгорание топливовоздушной смеси. При работе двигателя с детонацией резко уменьшается эффективность работы двигателя, и более того, возросшие ударные нагрузки могут привести к разрушению двигателя. Сильные стуки во время работы двигателя являются признаком детонации. Этот режим работы очень вреден для двигателя.

Современные электронные системы управления двигателем практически исключили работу двигателя с детонацией, но те, кому пришлось ездить на автомобилях с двигателями, не имеющих электронных систем управления, помнят, что режим детонации возникал довольно часто.

Раньше для повышения октанового числа бензина применялись специальные присадки на основе свинца. Применение этих присадок позволяло поднять степень сжатия до 12,5:1, но сейчас, в соответствии с законодательными нормами по охране окружающей среды, по причине того, что свинец наносит большой вред окружающей среде, применение присадок на основе свинца запрещено.

Степень сжатия современных бензиновых двигателей равна 10:1 ? 11:1. Величина степени сжатия может изменяться не только от качества предполагаемого к использованию бензина, но и от конструкции двигателя. Современные двигатели, имеющие систему управления двигателя с датчиком детонации, позволяют поднять степень сжатия до 13:1. Такие системы управления, регулируя угол опережения зажигания в каждом отдельном цилиндре, на основе информации, полученной от датчика детонации, позволяют двигателю работать на грани возникновения детонации, но не допускают её. Двигатели с непосредственным впрыском бензина в камеру сгорания из-за особенностей процессов, протекающих в цилиндре, тоже могут работать с повышенной степенью сжатия.

Поскольку воспламенение топлива в дизельных двигателях происходит за счёт нагрева воздуха, находящегося в цилиндре, степень сжатия дизельных двигателей выше, чем бензиновых. Степень сжатия дизельных двигателей лежит в диапазоне 14:1 ? 23:1.

Двигатели с принудительным нагнетанием воздуха в цилиндры (турбокомпрессор или механический нагнетатель), как бензиновые, так и дизельные, имеют более низкую степень сжатия по сравнению с атмосферными двигателями. Это вызвано тем, что перед началом такта сжатия в цилиндре находится большая масса воздуха (и топлива). Слишком высокое давление в цилиндре в конце такта сжатия может привести к разрушению двигателя.

Ранее отмечалось, что повышение степени сжатия явление, в целом, очень желательное, но в действительности всё несколько сложнее. Двигатель внутреннего сгорания, особенно автомобильный, постоянно работает на различных режимах скорости вращения и нагрузок. Научные исследования в данной области показали, что на некоторых режимах двигатель эффективней работает с более низкой степенью сжатия, а на других режимах степень сжатия может быть повышена без риска нанесения повреждений двигателю. Некоторые производители попытались создать двигатель с изменяемой во время работы степенью сжатия. Пионером в этой области, добившимся заметных результатов, был шведский производитель автомобилей SAAB. Работы в этом направлении проводились и другими производителями автомобилей. Но до настоящего времени серийные автомобили с изменяемой степенью сжатия на рынке отсутствуют. Очевидно, это будет следующим направлением повышения эффективности двигателя внутреннего сгорания.

Ранее были рассмотрены некоторые термины, определяющие геометрические показатели двигателя. Далее запомним некоторые термины, определяющие работу двигателя внутреннего сгорания, как простейшего одноцилиндрового, так более сложных двигателей.

1. Мощность двигателя. Измеряется в киловаттах (кВт) или в старых, для некоторых более привычных единицах измерения, лошадиных силах (л.с.)
2. Крутящий момент. Измеряется в ньютонах на метр (Н•м).
3. Удельная литровая мощность. Измеряется отношением максимальной мощности двигателя к рабочему объёму цилиндров двигателя (кВт/литр)
4. Удельная весовая мощность. Измеряется отношением максимальной мощности двигателя к весу двигателя (кВт/Кг).
5. Топливная эффективность. Измеряется массой топлива, которое необходимо потратить на выработку мощности в один киловатт в течение часа (гр/кВт*час)
6. Скорость вращения. В автомобилестроении, как и во многих других областях техники, скорость (частота) вращения коленчатого вала измеряется в оборотах в минуту (об/мин).

За прошедшие более чем сто лет с момента изобретения двигателя внутреннего сгорания (ДВС) количество его конструкций было столь велико, что их не только описать невозможно, их просто никто даже перечислить не сможет, да и задачи такой, в общем, нет. Четко понимая общие принципы работы ДВС (кратко описанные в данной статье), можно разобраться в любой конструкции.

Е.Н. Жарцов

Принцип работы двутактных и четырехтактных двигателей

Принцип работы двутактных и четырехтактных двигателей

Начинающие рыбаки часто задаются вопросом – какой мотор приобрести для лодки или катера – двухтактный или четырехтактный? Ответ зависит в большей мере от назначения плавсредства, продолжительности рейсов. Для начала рассмотрим устройство двигателей.

Тактом рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания является ход поршня от одной мёртвой точки до другой. Один такт соответствует 180-градусному повороту (полуобороту) коленчатого вала. При 4-тактном процессе рабочий цикл осуществляется за два оборота вала, при 2-тактном — за один.

Присутствуют те же 4 такта: впуск — сжатие — расширение — выпуск. Сначала открывается впускной клапан, поршень идёт вниз, под действием создающегося разрежения в цилиндр поступает свежая топливовоздушная смесь или воздух — это такт впуска. Затем клапан закрывается, поршень идёт вверх — происходит сжатие. Следующий такт: сжатая смесь воспламеняется искрой или в сжатый воздух форсунка впрыскивает топливо, которое самовоспламеняется, поршень под действием этого идёт вниз — это расширение, или рабочий ход поршня. Двигатель совершает полезную работу именно в течение такта расширения. Потом поршень идёт вверх, открывается выпускной клапан, через который продукты сгорания топлива выходят в атмосферу — это такт выпуска.

В случае с двухтактным процессом всё уже не так просто. Такты условно называются сжатие и расширение. Как видно, места отдельным тактам впуска и выпуска здесь не нашлось. Это не случайно. Хотя в двухтактном двигателе процессы впуска и выпуска присутствуют, для их осуществления необходимо, чтобы давление на входе в цилиндр было выше атмосферного. То есть нужен принудительный наддув. Те, кто знаком с двухтактными мотоциклетными бензиновыми двигателями, могут возразить: на мотоциклах нет никаких турбо- или механических компрессоров. Отдельного компрессора в мотоциклетном двухтактнике действительно нет. Функция компрессора возложена на картер двигателя.

В простых мотоциклетных моторах нет клапанов в головке цилиндра, вместо них существуют впускные и выпускные окна в стенках цилиндра, перекрываемые телом поршня. Впускные окна связаны с карбюратором не напрямую, а через перепускные каналы, выходящие в картер. В течение хода поршня вверх нижний край открывает окно, на котором находится карбюратор, рабочая смесь под действием разрежения, создаваемого идущим вверх поршнем, устремляется в картер. Когда поршень идёт вниз, он перекрывает это окно, рабочая смесь начинает сжиматься. Поршень идёт далее вниз, открывая перепускные окна, рабочая смесь под давлением подаётся в цилиндр, где вытесняет отработанные газы в выпускное окно. Поршень идёт снова вверх, и процессы под его днищем повторяются, а в это время в цилиндре происходит сжатие рабочей смеси. Затем сжатая смесь воспламеняется свечой, и поршень идёт вниз, совершая такт расширения, или рабочий ход.

Преимущества двухтактных моделей

1. Меньший вес. Пример: 15 л.с. 2х тактный 36 кг 4-х тактный 45 кг. Казалось — бы 45 кг. — легко. Все не так просто. Вес мотора распределен крайне неравномерно. Примерно 90% весит голова (сам двигатель) 10% нога. Не нужно также забывать и о большем у 4-х тактников размере головы. Все это + одна маленькая не всегда удобная ручка для переноски делает этот процесс крайне затруднительным.

2. Цена. 4-х тактные двигатели сложнее в производстве, состоят из большего количества деталей, поэтому всегда дороже 2-х тактников.

3. Удобство перевозки 2-х тактника. Можно возить в любом положении, перед началом эксплуатации не требует отвешивания. Т.е. достал из багажника, поставил, завел, поехал.

4. 2-х такт мотор живее реагирует на ручку газ. В 4-х тактниках для совершения полного рабочего цикла поршню необходимо сделать 2 полных оборота в то время как в 2-х тактных только один. Частый вопрос: А правда ли что 4-х такная 15 л.с. бежит быстрее чем такая же 2-х тактная? Ответ: нет не правда. У обеих этих двигателей мощность на валу 15 л.с. При прочих равных условиях почему один мотор должен ехать быстрее второго?

Принципиальные отличия эксплуатации двухтактных и четырехтактных моторов

1. Больший расход топлива у двухтактных. Напомним, примерный расход можно высчитать по формуле: для 2х такта 300 грамм на одну лошадинную силу для 4х такта 200 грамм.

2. Шумноcть. На максимальных оборотах 2-х тактные моторы как правило работают немного громче 4х тактников.

3. Комфорт. 4-х тактные моторы не так вибрируют на малых оборотах (Касается только двухцилинровых двигателей. Одноцилиндровые и 2-х и 4-х тактники вибрируют примерно одинаково) и не так дымят как 2-х тактники. Дымность важный момент, особенно если вы любите тролить.

4. Долговечность. Довольно спорный пункт. Бытует мнение, что 2-хтактные моторы менее долговечны. С одной стороны это понятно, потому как масло для смазки трущихся элементов двигателя подается вместе с бензином, а значит работает не так эффективно в отличие от 4-х тактных двигателей где трущиеся элементы буквально плавают в масле. Но с другой стороны 4-х тактный мотор по конструкции намного сложнее конкурента, состоит из значительно большего числа деталей, а золотой принцип механики «Чем проще, тем надежнее» еще никто не отменял.

Принцип действия четырехтактного двигателя внутреннего сгорания

Рабочий цикл четырехтактного бескомпрессорного дизеля совершается за четыре такта, последовательность которых показана на рис. 33.

Рис. 33. Принцип действия четырехтактного бескомпрессорного дизеля.

Первый такт — всасывание (зарядка). Поршень движется вниз от верхней мертвой точки (в.м.т.) к нижней мертвой точке (н.м.т.), создавая разрежение в рабочем цилиндре. Наружный воздух засасывается в цилиндр через открытый впускной клапан 1, в то время как выпускной клапан 3 закрыт. Клапаны 1 и 3 открываются с помощью кулачковых шайб, насаженных на распределительный вал двигателя, а закрываются под действием сильной пружины. Частота вращения распределительного вала в два раза меньше частоты вращения коленчатого вала, что позволяет совершать рабочий цикл за два его оборота. Кроме того, с целью максимального наполнения рабочего цилиндра свежим воздухом, кулачковые шайбы имеют соответствующую конфигурацию. Поэтому впускной клапан открывается до прихода кривошипа в крайнее верхнее положение (в.м.т.), т. е. при положении его в точке 5, что обеспечивает предварение начала впуска воздуха. Впускной клапан закрывается после того, как кривошип пройдет крайнее нижнее положение (н.м.т.), т. е. при положении его в точке 4, что обеспечивает запаздывание конца всасывания воздуха. Давление газов в цилиндре во время первого такта меньше атмосферного.

Второй такт — сжатие. Поршень движется вверх от н.м.т. до в.м.т., сжимая воздух и оставшиеся газы. Впускной и выпускной клапаны в это время закрыты, в результате чего давление воздуха повышается до 2800—4000 кн/м² (20—40 кгс/см²), а его температура — до 600—700° С.

Третий такт — рабочий ход (горение и расширение). В конце такта сжатия, когда кривошип не дошел на 4—8° до в.м.т. и находится в точке 6, топливо под давлением впрыскивается в распыленном виде из форсунки 2 в камеру сжатия 7, где, воспламеняясь под действием высокой температуры, превращается в газ.. При этом за короткое время (доли секунды) давление в цилиндре возрастает до 5000—8000 кн/м² (50—80 кгс/см²), а температура газа — до 1600—1800° С. Под воздействием расширяющихся газов поршень движется вниз от в. м. т. к н. м. т. В конце рабочего хода, когда кривошип занимает положение в точке 8, не доходя на 30—40° до н.м.т., открывается выпускной клапан и отработавшие газы начинают поступать в атмосферу.

Четвертый такт — выпуск (выхлоп). Поршень движется от н.м.т. к в.м.т., вытесняя из рабочего цилиндра отработавшие газы. В это время выпускной клапан полностью открыт, а впускной клапан закрыт. Давление в цилиндре снижается до 105—110 кн/м² (1 —1,1 кгс/см²), а температура газов — до 350—400°С. Конец выхлопа, т. е. закрытие выпускного клапана, часто происходит после того, как кривошип пройдет в.м.т. (в точке 9). Это способствует лучшей очистке цилиндра от продуктов сгорания топлива.

Для осуществления тактов всасывания, сжатия и выпуска требуется затрата некоторой механической энергии двигателя. Эта энергия накапливается в период рабочего хода в маховике и во всех движущихся частях двигателя, а затем расходуется за счет инерции их движения в течение трех указанных тактов. Поэтому все ДВС имеют маховик, который является как бы аккумулятором кинетической энергии. У многоцилиндровых двигателей подготовительные такты в одном цилиндре осуществляются также за счет рабочих ходов в других цилиндрах.

Если изобразить зависимость между давлением газов от объема, занимаемого ими в цилиндре при различных положениях поршня, то получим диаграмму изменения давления газов в цилиндре, называемую индикаторной диаграммой (рис. 34). Такую диаграмму получают при стендовых испытаниях и прикладывают к паспорту двигателя как документ, определяющий его технические характеристики.

Рис. 34. Индикаторная диаграмма четырехтактного дизеля.

Рис. 35. Схема наддува: а — механического; б — газотурбинного.

Для повышения мощности современных судовых четырехтактных дизелей применяют наддув, при котором свежий воздух нагнетается в цилиндр двигателя при помощи специального наддувочного насоса (нагнетателя). Существуют два основных способа наддува: механический и газотурбинный, схемы которых представлены на рис. 35. Газотурбинный наддув получил в последнее время преимущественное распространение.

Четырехтактный двигатель: принцип работы, основные отличия

Четырехтактный двигатель представляет собой поршневой мотор внутреннего сгорания. Рабочий процесс всех цилиндров в этих агрегатах занимает 2 кругооборота коленчатого вала или четыре поршневых такта. С середины ХХ века 4 тактный двигатель — самый распространенный вид поршневых моторов.

• Принцип работы и основная характеристика
• История
• Особенности работы 4-х тактного двигателя
• Конструкция агрегата
• Работа двигателя
• Конструктивные и эксплуатационные отличия четырехтактных двухтактных бензиновых двигателей

Принцип работы и основная характеристика

Рабочий цикл ДВС (двигателя внутреннего сгорания) состоит из ряда процессов, при которых усиливается мощность двигателя, воздействующего на коленчатый вал. Состоит рабочий цикл из нескольких этапов:

• цилиндр заполняется топливной смесью;
• смесь сжимается;
• топливная смесь воспламеняется;
• газы расширяются и цилиндр очищается.

В ДВС поршень двигается в одном направлении (вниз или вверх). Коленчатый вал совершает один оборот в два такта. Рабочим ходом поршня называют тот, при котором совершается полезная работа, и расширяются сгоревшие газы.

Двухтактными называют двигатели, в которых цикл совершается в один оборот коленчатого вала или за два такта. Четырехтактные агрегаты характеризуются совершением рабочего цикла за два оборота коленвала или за четыре такта.

Основные характерные показатели 4 тактного двигателя:

1. За счет движения рабочего поршня происходит обмен газов.
2. Агрегат оснащен газораспределительным механизмом, позволяющим цилиндровую полость переключать на впуск и выпуск.
3. Происходит обмен газов в момент отдельного полуоборота коленвала.
4. Шестерные редукторы и ременная цепная передача дают возможность изменить моменты впрыскивания бензина, зажигания и привода газораспределительного механизма по отношению к частоте вращения коленвала.

История

Приблизительно в 1854—1857 годах итальянцами Феличче Матоци и Евгением Барсанти было создано устройство, которое по имеющимся сегодня сведениям было похоже на четырехтактный мотор. Изобретение итальянцев было утеряно и только в 1861 году. Алфоном де Роше был запатентован двигатель такого типа.

Впервые пригодный к работе четырехтактный мотор создал немецкий инженер Николаус Отто. В его честь был назван четырехтактный цикл работы циклом Отто, а 4-тактный мотор, применяющий свечи зажигания, называют двигателем Отто.

Особенности работы 4-х тактного двигателя

В двухтактном моторе смазывание поршневых и цилиндровых пальцев, коленвала, поршня, подшипника и компрессорных колец проводят, заливая масло в бензин. Коленчатый вал 4тактного мотора располагается в масляной ванне, что является существенным отличием. Именно поэтому отсутствует необходимость смешивать топливо и добавлять масло. Все, что необходимо сделать владельцу автомобиля — наполнить бензином топливный бак.

Автовладельцу, таким образом, незачем приобретать специальное масло, без которого не может функционировать двухтактный мотор. Кроме того, при наличии четырехтактного мотора на поршневом зеркале и на стенах глушителя уменьшается количество нагара. Еще одно важное отличие — в двухтактном моторе в выхлопную трубу выплескивается горючая смесь, что обусловлено его устройством.

Следует признать, что у четырехтактных двигателей также имеются небольшие недостатки. Например, у них не особо качественными являются рабочие моменты по регулированию теплового клапанного зазора.

Конструкция агрегата

Распредвал четырехтактного мотора размещается в крышке цилиндра. Он приводится в действие ведущим колесом, вмонтированном в коленчатый вал. Распределительный вал открывает и закрывает один из клапанов: выпускной или впускной, в зависимости от расположения поршня. На распределительном вале также расположены кулачки, которые приводят в действие клапанные коромысла.

Коромысла после срабатывания, начинают воздействовать на определенный клапан и открывают его. Важно, что между регулировочным винтом и клапаном должен быть тепловой зазор (узкий промежуток). При нагреве металл расширяется, поэтому, если зазор слишком маленький или его нет вообще, клапаны не могут закрыть полностью каналы выпуска и впуска.

У клапана впуска зазор должен быть меньше, чем у клапана выпуска, потому как газы выхлопа горячее, чем смесь. Соответственно клапан впуска нагревается меньше, чем клапаны выпуска.

Работа двигателя

Как уже было отмечено работа четырехтактного мотора состоит из четырех тактов поршня или из двух оборотов коленвала.

1. Впуск. Поршень движется в нижнюю сторону, открывая клапан впуска. Из карбюратора горючая смесь поступает в цилиндр. Когда поршень достигает нижнего положения, клапан впуска закрывается.
2. Сжатие. Поршень движется вверх, провоцируя сживание горючей смеси. Когда он приближается к верхней точке, сжатый бензин возгорается.
3. Расширение. Бензин возгорается и сгорает. В результате чего происходит растяжение горючих газов, и поршень движется вниз. При этом два клапана оказываются закрытыми.
4. Выпуск. Коленчатый вал по инерции продолжает двигаться вокруг своей оси, а поршень движется вверх. Вместе с этим открывается клапан выпуска, и выхлопные газы поступают в трубу. При прохождении клапаном мертвой точки, клапан впуска закрывается.

Конструктивные и эксплуатационные отличия четырехтактных двухтактных бензиновых двигателей

Главное отличие четырехтактного двигателя от двухтактного обусловлено разными механизмами газообмена, а именно: удалением отработанных газов и подачей топливно-воздушной смеси в цилиндр.

Процессы заполнения цилиндра и его очистки в четырехтактном двигателе происходят с помощью газораспределительного специального механизма, который в определенное время открывает и закрывает рабочий цикл.

Очистка цилиндра и его заполнение в двухтактном двигателе выполняется в одно время с с расширением и сжатием при нахождении поршня поблизости мертвой нижней точки. В стенках цилиндра для этого имеется два отверстия: продувочное или впускное и выпускное. Через выпускное отверстие поступает топливная смесь, и выходят отработанные газы.

Основные отличия двухтактных и четырехтактных двигателей:

1. Литровая мощность. В четырехтактном двигателе на два оборота коленчатого вала приходится один рабочий ход. Поэтому теоретически двухтактный двигатель должен иметь литровую мощность вдвое больше, чем четырехтактный. Но на практике превышение составляет около 1,8 раза, благодаря использованию поршня при расширении хода, а также наличия худшего механизма освобождения цилиндра от отработанных газов и больших затрат на продувку части мощности.
2. Потребление топлива. Двухтактный двигатель превосходит четырехтактный в удельной и литровой мощности, но уступает в экономичности. Отработанные газы вытесняются воздушно — топливной смесью, которая поступает в цилиндр из шатунно-кривошипной камеры. Часть топливной смеси при этом поступает в выхлопные каналы и удаляется с отработанными газами.
3. У двухтактного и четырехтактного двигателей принцип смазки двигателя существенно отличается. Двухтактные модели характеризуются необходимостью смешивания бензина с моторным маслом в определенных пропорциях. Масляная воздушно-топливная смесь циркулирует в поршневой и кривошипной камерах, смазывая подшипники коленчатого вала и шатуна. Мельчайшие капли масла при возгорании топливной смеси сгорают вместе с бензином. Продукты сгорания уходят вместе с отработанными газами.

Смешивают бензин с маслом двумя способами. Это может быть простое перемешивание, которое проводится перед тем, как залить в бак топливо и раздельная передача. Во втором случае масляно-топливная смесь образуется во впускном патрубке, расположенном между цилиндром и карбюратором.

Двигатель в последнем случае оснащен масляным бачком с трубопроводом, соединенным с плунжерным насосом. Насос подает масло во впускной патрубок в том количестве, которое необходимо. Производительность насоса зависит от того, как расположена ручка подачи «газа». Поступление масла тем больше, чем больше подается топливо. Более совершенной является раздельная система смазки двухтактного двигателя. Отношение бензина к маслу при ней может достигать 200:1. Это приводит к снижению расхода масла и к уменьшению дымности. Такую систему используют, например, на современных скутерах.

В четырехтактных двигателях бензин с маслом не смешивают, а подают отдельно, для чего двигатели имеют классическую систему смазки, которая состоит из фильтра, масляного насоса, трубопроводной магистрали и клапанов. В качестве масляного бачка может выступать картер двигателя (смазка с «мокрым «картером) либо отдельный бачок («сухой» картер).

В первом случае насос всасывает из поддона масло, направляет его во входную полость, а затем по каналам -к деталям шатунно-кривошипной группы, к подшипникам коленвала и газораспределительному механизму.

В случае смазки с «сухим» картером масло заливают в бочок. Оттуда оно при помощи насоса попадает к трущимся поверхностям. Стекающую в картер часть масла откачивают дополнительным насосом и возвращают в бачок.

Для очищения масла от разных продуктов износа двигатель имеет фильтр. Кроме того при необходимости устанавливают охлаждающие фильтра, потому как температура масла в процессе работы может очень сильно подниматься.

Двигатель внутреннего сгорания, который сейчас стоит едва ли не на каждом автомобиле в мире, был создан настолько давно, что сейчас это даже сложно представить. Ведь датой появления первого образца такого агрегата считается 1860 год.

То есть, механизм, который, пусть и претерпел ряд изменений, но остался всё тем же устройством, был создан ещё в девятнадцатом столетии. Причиной такой популярности стал простой и понятный принцип работы двигателя внутреннего сгорания.

Проведём небольшой экскурс в историю. Уже упомянутое выше изобретение Ленуара, созданное в 1860 году, имело ряд конструктивных недоработок, что серьёзно его снижало КПД. Потому, широкого распространения этот двигатель не получил.

Зато стал плодом для размышлений другого конструктора, чьё имя так же вошло в историю. Им стал немец Николаус Отто, который смог доработать механизм, создав двухтактный двигатель.

В итоге работа двигателя внутреннего сгорания Отто показала КПД выше 15%, таким образом полностью вытеснив двигатели первооткрывателя. Конечно же, созданный в 1863 году двигатель не был верхом совершенства.

И спустя некоторое время, после значительных коррекций своего механизма, Отто выпускает четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания – предка тех моторов, работу которые мы каждый день видим, наблюдая за современным автотранспортом.

В разное время механизм, созданный Отто многократно улучшали. Но принцип работы двс существенно не изменился.

Четыре такта Отто — так происходит работа ДВС

Гениальный немец создал принцип, который никто не сумел не только превзойти, но и существенно улучшить так, чтобы вытеснить оригинал.

Работа ДВС это четыре повторяющихся действия, которые получили название «цикл Отто». Первым идёт такт впуска, затем – сжатие, рабочий ход, и, наконец – выпуск. Чтобы понять, как работает ДВС, рассмотрим каждый такт работы двигателя отдельно.

Шаг первый в работе двигателя внутреннего сгорания — впуск

В процессе этого такта топливо, смешиваясь с воздухом, попадает в цилиндр, благодаря действию поршня.

Клапан впуска при этом находится в открытом состоянии. К слову, в наше время есть масса двигателей, где клапанов сразу несколько. И это делается с целью повышения мощности двигателя.

Ещё одним способом повышением мощности стали двигатели, в которых педалью газа можно регулировать количество топлива, попадающего в цилиндры, путём удержания клапанов в открытом состоянии. На время ускорения машины это влияет весьма положительно.

Шаг второй в работе ДВС — сжатие

В ходе второго такта, поршень из нижней точки начинает постепенно подниматься. Благодаря этому, топливовоздушная смесь сжимается и попадает уже в таком состоянии в камеру сгорания. Движение поршня обеспечивается вращением коленчатого вала и шатуна.

Третий шаг в принципе работы двигателя внутреннего сгорания — рабочий ход

Такт сжатия завершается воспламенением горючей смеси в результате попадания искры зажигания. Полученные в результате сжигания газы имеют больший объём, потому двигают поршень вниз, и он через шатун двигает коленвал. Это называется рабочим циклом.

Четвертый шаг в работе двигателя внутреннего сгорания — выпуск

Четвёртый такт называется выпуском. При перемещении поршня в верхнее положение, происходит открытие впускного клапана. Теперь газы могут выйти наружу а цилиндр получает вентиляцию.

Современные двигатели внутреннего сгорания, типы и принципы работы

Автомобильный рынок предлагает очень много различных типов двигателей, созданных по знакомому нам принципу.

Сейчас мы привыкли считать классикой карбюраторный двигатель, который обычно устанавливается на ВАЗ 2106. Что примечательно, его создал наш соотечественник Огнеслав Костович. Произошло это в 1880, или чуть позже. Сейчас нет точной информации об этом. Тем не менее, это был первый шаг к появлению того, что мы привыкли считать стандартным карбюраторным ДВС.

Работа двигателя стала более производительной. Пользуясь этой разработкой, немцы Даймлер и Майбах (сейчас эти фамилии известны всем автолюбителям), создали облегчённую версию карбюраторного двигателя на бензине. Первым такой двигатель получил не автомобиль из Германии, а мотоцикл.

Дизельные двигатели

Казалось бы, всё, что можно было придумать, уже создано. Но, так не считал талантливый изобретатель из Германии Рудольф Дизель. Его интересовало, как можно ещё изменить и усовершенствовать принцип Отто. В результате его трудов, появился ещё один двигатель, который по сей день используется повсеместно, особенно – в грузовом автотранспорте.

В чём же принцип работы дизельного двигателя? В таких двигателях, дизельное топливо, или как его ещё называют, солярка, впрыскивается в нужное время под давлением. В результате, горючая смесь образуется непосредственно в двигателе, где частички сжатого топлива соединяются с воздухом и под давлением происходит возгорание.

Увидеть, как работает двигатель внутреннего сгорания можно здесь:

Каждый современный четырехтактный автомобильный двигатель имеет в своем составе некоторое количество цилиндров. Равномерная синхронная работа силового агрегата осуществляется благодаря отлаженной одновременной работе всей группы цилиндров.

Поршни цилиндров во время рабочего хода оказывают мощное толкающее воздействие на коленчатый вал. При тщательных регулировках систем двигателя необходимо обеспечить отлаженность толчков поршней для полного уравновешивания сил, действующих на коленвал, с целью исключения возможных вибраций мотора и гарантирования его стабильной ровной работы.

Виды двигателей внутреннего сгорания

В зависимости от типа потребляемого топлива двигатели внутреннего сгорания (ДВС) различают по видам:

1. Карбюраторный бензиновый движок.
2. Дизельный мотор.
3. Газовый двигатель.

Карбюраторные силовые агрегаты работают на бензине, используя принудительное зажигание. Принцип работы карбюраторных моторов: топливо в расчетных количествах поступает в рабочий цилиндр после смешивания его с воздушными массами.

Дизели работают на дизельном топливе. Принцип работы: при помощи форсунок подаваемое дизельное топливо обогащается воздухом непосредственно в цилиндрах.

Газовый двигатель внутреннего сгорания использует пропано-бутановый газ. Принцип работы газового мотора состоит в предварительном смешивании газа с кислородом перед подачей его в цилиндр.

Цикл работы автомобильного движка

Работа 4-тактного двигателя происходит по определенному циклу, состоящему из четырех тактов. Полный цикл завершается после совершения коленчатым валом двух полных оборотов или четырех ходов поршня. Четырехтактный силовой агрегат в процессе функционирования оказывает усиленное воздействие на коленчатый вал для приведения в действие рабочих систем автомобиля.

В процессе работы двигателя поршень совершает ходы в 4 такта:

• впуск;
• сжатие;
• расширение;
• выпуск.

При функции впуска полость цилиндра заполняется топливовоздушной смесью в результате перемещения поршня в нижнее положение, в нижнюю мертвую точку (НМТ).

Во время движения поршня в верхнюю мертвую точку (ВМТ) рабочая смесь сильно сжимается.

Функция расширения заключается в воспламенении топливовоздушной смеси под воздействием высокого давления, возникающего в процессе сжатия, или при помощи электрической искры. При воспламенении газы мгновенно расширяются и с большой силой толкают поршень вниз.

Четвертый такт выпуска производится благодаря перемещению поршня в верхнее положение. В это время образовавшиеся продукты сгорания выталкиваются из цилиндров.

Особенности систем двигателя

Четырехтактный двигатель функционирует бесперебойно благодаря слаженной работе вспомогательных систем:

1. Системы зажигания.
2. Системы выпуска.
3. Топливной системы двигателя.
4. Смазочной.
5. Выхлопной.
6. Системы охлаждения двигателя.

В задачу системы зажигания входит обеспечение надежного воспламенения топливовоздушной горючей смеси.

В процессе работы выпускной системы подается воздух в необходимых количествах в точно определенное время, чтобы образовать качественную рабочую смесь.

Осуществление непрерывной подачи горючего для смешивания с воздушными массами входит в обязанность топливной системы.

Без работы системы смазки невозможны следующие функции:

• стабильный контакт трущихся деталей;
• удаление мельчайших металлических фрагментов, возникающих в процессе износа трущихся поверхностей;
• отвод повышенного тепла от рабочих элементов.

Система выхлопа занимается полным удалением из цилиндров отработавших газов, уменьшением содержания в них вредных веществ.

Охлаждающая система следит за поддержанием номинальной температуры рабочих элементов движка.

4-тактный двигатель: описание преимуществ

Четырехтактный силовой агрегат обладает несомненными преимуществами:

• экономичным расходом топлива;
• надежностью конструкции;
• легкостью в обслуживании;
• устойчивой работой;
• высокой длительностью ресурса;
• отсутствием повышенных шумовых эффектов.

К одному из основных достоинств устройства четырехтактного силового агрегата относится оригинальное расположение коленчатого вала в ванне, содержащей машинное масло для 4-тактных двигателей. В то время как в двухтактных моторах смазывание трущихся поверхностей происходит за счет смешивания специального машинного масла с топливом.

Благодаря улучшенной конструкции 4-тактный двигатель имеет небольшое количество нагара в поршнях и в глушителе, что дает возможность существенно уменьшить вредность выхлопных газов.

Минусы четырехтактных силовых агрегатов

Основным недостатком 4-тактных движков является меньшая мощность в сравнении с 2-тактными аналогами.

Часть кинетической энергии, полученной коленчатым валом от толчков поршней, расходуется на совершение впуска, сжатия и выпуска. Т. е. энергия, полученная в ходе химических процессов сгорания, частично расходуется на механическое приведение в движение внутренних рабочих элементов движка.

Во время сгорания топливной смеси происходит кратковременное мощное возрастание нагрузки на головку блока цилиндров (ГБЦ), поршни и прочие рабочие элементы движка. Во избежание их разрушений и выхода из строя возникает необходимость увеличения массы этих компонентов с целью увеличения их прочности. Данные преобразования влекут возрастание инерции и нагрузок на элементы, находящиеся в движении.

Все описанные моменты приводят к частичному отбору мощности 4-тактного двигателя.

К минусам также можно отнести увеличение периода разгона автомобиля в сравнении с 2-тактными моторами и необходимость регулировки тепловых зазоров клапанов.

Несмотря на наличие некоторых недостатков, очевидные достоинства четырехтактных силовых агрегатов являются неоспоримыми.

Особенности работы системы смазки четырехтактного мотора

В конструкцию четырехтактного силового агрегата включен масляный картер с поддоном, в котором постоянно находится смазочная жидкость на определенном уровне. При помощи масляного насоса моторная смазка поступает в систему и распределяется по внутренним поверхностям стенок цилиндров.

Тонкая масляная пленка существенно уменьшает силу трения контактирующих подвижных элементов. Кольца маслосъемные тщательно отводят моторное масло от камеры сгорания.

Благодаря меньшим нагрузкам, испытываемым 4-тактным двигателем, обеспечивается систематическое поступление смазочного материала в требуемых объемах на трущиеся поверхности рабочих деталей и узлов. За счет этого ресурс двигателя существенно увеличивается. Полную замену машинного масла следует производить один раз в сезон.

Чтобы предотвратить возможные утечки моторного масла из ДВС во время эксплуатации силового агрегата, необходимо регулярно замерять количество смазочной жидкости в картере при помощи специального маслозамерного щупа.

На современных моделях автомобилей производители устанавливают специальные контрольные датчики, при помощи которых производятся проверка уровня машинной смазки и незамедлительное информирование водителя о потребности полной замены смазочного материала.

Требования, предъявляемые к моторным маслам для четырехтактного двигателя

В связи с конструкционными особенностями 4-тактных моторов смазочные материалы, используемые в смазочной системе, должны обладать определенными характеристиками и уровнями качества в соответствии с предъявляемыми требованиями:

1. Сохранение высоких смазочных свойств в течение длительного периода.
2. Способность обеспечить качественную защиту и охлаждение рабочих элементов силового агрегата.
3. Соответствие требованиям данных марок и моделей транспортных средств.

При соблюдении вышеперечисленных пунктов смазочная жидкость будет правильно подобрана. Выбранное моторное масло с успехом защитит детали от износа, будут созданы все необходимые условия для долгой и безотказной работы четырехтактного силового агрегата.

http://tokar.guru/stanki-i-oborudovanie/dvigateli/princip-raboty-chetyrehtaktnogo-dvigatelya.html
http://avto-all.com/avtolyubitelyam-na-zametku/printsip-rabotyi-dvigatelya-vnutrennego-sgoraniya-primenyaetsya-v-sovremennyih-mashinah
http://avtodvigateli.com/vidy/4-taktnyj-dvigatel.html

Четырехтактный двигатель — HomoFaciens

Новости Проект Технология РобоСпатиум Способствовать Предметный указатель Скачать Ответы Игры Советы по покупкам Контакт <<< Аккумуляторные элементы Структура диапазона >>> Видео про четырехтактные двигатели Вы можете найти файлы блендера, используемые для создания анимированных последовательностей, при загрузке столбца. Сайто FA-40 Принцип работы четырехтактного двигателя со свечами накаливания будет продемонстрирован на небольшой модели двигателя, используемой для самолетов RC. Я восстановил этот образец прекрасной механики в своем кейсе конгломерата, наполненный всем материалом, накопленным за мою карьеру модельера. Это практически неиспользованный FA-40 компании Saito с объемом цилиндра 6,6 куб. См и выходной мощностью около 500 Вт. В разобранном и хорошо очищенном виде я смог реанимировать двигатель, используя топливо, которое хранилось много лет в моем гараже.Мне просто пришлось заменить винт для смеси на временный, потому что оригинальной детали в моем случае больше не было. Карбюратор Рисунок 1: Карбюратор создает взрывоопасную смесь топлива и окружающего воздуха. Винт смеси работает как клапан, регулируя количество жидкого топлива, поступающего в карбюратор. При выкручивании этого винта из бака всасывается больше топлива, что приводит к обогащению смеси .Вращение винта уменьшает расход топлива, следовательно, образуется бедная смесь . Перфорированный вращающийся цилиндр внутри карбюратора, который соединен с рычагом дроссельной заслонки, используется для регулирования количества воздуха, проходящего через это устройство. Просверленное отверстие направлено в сторону трубки карбюратора, когда дроссельная заслонка открыта, поэтому в карбюратор поступает максимальное количество воздуха. Поворачивая ствол с помощью рычага дроссельной заслонки, поперечное сечение уменьшается, и через карбюратор проходит меньше воздуха.Второй игольчатый клапан соединен непосредственно с цилиндром, который используется для управления топливно-воздушной смесью, когда дроссельная заслонка закрыта. Этот винт холостого хода уменьшает топливо при заворачивании, как и винт смеси. Когда дроссельная заслонка открыта, ствол, а также винт холостого хода немного выдвигаются из карбюратора, слегка открывая этот клапан. Это особое движение вызывается маленьким винтом в сочетании с направляющей на стволе. Топливо и воздух попадают в карбюратор, а из устройства выходит взрывоопасная газовая смесь обоих компонентов.Разбросанное топливо испаряется, по крайней мере, большей частью. Топливо Топливо модели двигателя состоит в основном из метанола (69%). Другими компонентами являются нитрометан (2%) и смазочные материалы. В отличие от автомобильных двигателей, этот мотор не имеет отдельной масляной емкости, поэтому эти вещества смешиваются с топливом. Во время работы метанол окисляется кислородом воздуха с образованием диоксида углерода и воды: 2CH 3 OH + 3O 2 → 2CO 2 + 4H 2 O Кислород и метанол реагируют в соотношении 2: 3.Атмосфера состоит на 21% из кислорода. Предполагая оптимальную смесь, одна часть (газообразного) топлива должна быть смешана с пятью частями воздуха. Как объяснено выше, смесь, содержащая меньше воздуха, называется богатой , а смесь, содержащая больше воздуха, называется бедной . Кулачковый вал Рисунок 2: В периодическом процессе цилиндр двигателя должен быть заполнен взрывоопасной топливно-воздушной смесью, а сгоревший газ должен покинуть двигатель.Этот процесс контролируется как минимум двумя клапанами, которые приводятся в действие кулачковым валом, состоящим из шпинделя с двумя выступами (= кулачок) и одной шестерни. Кулачковый вал проворачивается коленчатым валом с помощью второй шестерни. Два маленьких цилиндра скользят по двум кулачкам и двигаются вверх и вниз. Маленькие цилиндры перемещают два толкателя , которые циклически открывают клапаны с помощью коромысел. Клапаны закрываются винтовой пружиной. Маленькие цилиндры используются для получения большой опорной поверхности на штилях.Толкатели слегка скручиваются во время циклов, и если они будут скользить прямо на штифтах, результатом будут глубокие царапины. Головка блока цилиндров Рисунок 3: Два тарельчатых клапана и свеча накаливания являются основными конструктивными элементами, расположенными на головке блока цилиндров. Два клапана приводятся в действие кулачковым валом через толкатели и коромысла . Между коромыслами и верхней частью штока клапана должен быть небольшой зазор, пока кулачковый вал находится в положении «закрыто», чтобы гарантировать правильное закрытие клапанов.Клапаны закрываются не толкателями, а небольшими цилиндрическими пружинами. Зазор называется , клапанный зазор и должен регулироваться, пока двигатель может. Для двигателя Сайто заданный зазор составляет 0,1 мм. Во время работы двигателя компоненты нагреваются по-разному, и неодинаковое тепловое расширение различных материалов приводит к изменению зазора. Регулировка осуществляется с помощью небольшого винта на одном конце коромысла. Если отрегулирован правильный зазор, этот винт фиксируется гайкой. Свеча накаливания используется для зажигания топливовоздушной смеси, подаваемой карбюратором. Во время процедуры запуска он нагревается электрическим током, вызванным напряжением 1,2 В. Как только двигатель запускается, накал возникает из-за сгорания топлива. Полусферическое внутреннее пространство головки блока цилиндров называется камерой сгорания . Цилиндр Как и предполагалось, это устройство имеет форму полого цилиндра, направляющего поршень при его движении вверх и вниз.Гильза цилиндра , то есть внутренний полый цилиндр устройства, изготовлена ​​из специального алюминиево-кремниевого сплава и всегда должна быть покрыта масляной пленкой, иначе тепло, вызванное трением, расплавило бы материалы поршня и цилиндр немедленно! Такого рода «авария» называется заеданием поршня или заеданием поршня . Внутренний диаметр цилиндра, который равен (почти) диаметру поршня, называется , отверстие . Коленчатый вал Коленчатый вал приводится в действие движением поршня вниз во время рабочего хода. Оба устройства связаны между собой шатуном или поршневым штоком . Между точкой крепления шатуна (= , шатун ) и осью вращения кривошипа есть смещение. Таким образом определяется самая высокая и самая низкая точка движения поршня. Расстояние между этими двумя точками называется длиной хода или просто ходом и равно двойному радиусу точки крепления. Умножив площадь поперечного сечения цилиндра, обычно равную диаметру * 2π, на ход поршня, вы получите рабочий объем двигателя , который представляет собой объем, охватываемый поршнем за одно движение сверху вниз. Соотношение между рабочим объемом двигателя + объемом камеры сгорания и объемом камеры сгорания называется степенью сжатия : [6.1] Где находится: ε — степень сжатия, В D — рабочий объем двигателя, В C — объем камеры сгорания Четырехтактный цикл Когда двигатель работает, поршень движется вверх и вниз, в то время как распределительный вал и коленчатый вал вращаются.Под ходом понимается полный ход поршня от самой высокой до нижней точки движения. Самое дальнее или ближайшее положение между коленчатым валом и поршнем называется мертвой точкой , потому что движение поршня «умирает» в этих точках. Точка самого дальнего расстояния (= верхнее положение) называется верхней мертвой точкой (ВМТ) , а точка ближайшего расстояния (= нижнее положение) называется нижней мертвой точкой (НМТ) . За один ход коленчатый вал поворачивается вокруг своей оси на 180 градусов, а распределительный вал — на 90 градусов. Рисунок 4: 1. Ход всасывания Начнем наблюдение с верхней мертвой точки поршня. Впускной клапан , открывается, и поршень начинает двигаться вниз. Таким образом, отрицательное давление (по сравнению с атмосферным давлением окружающей среды) создается за счет того, что топливно-воздушная смесь, поступающая из карбюратора, попадает в двигатель. Впускной клапан закрывается, как только поршень достигает нижней мертвой точки. Этот ход также называется ходом индукции Рисунок 5: 2.Ход сжатия При последующем движении поршня вверх топливно-воздушная смесь сжимается, поскольку к этому моменту оба клапана закрыты. Рисунок 6: Состав топлива и степень сжатия двигателя должны быть настроены таким образом, чтобы нагревание газа приводило к воспламенению газовой смеси, когда поршень находится близко к ВМТ. Эти зажигания инициируются свечой накаливания. При сжигании топливно-воздушной смеси газ внутри двигателя нагревается. Рисунок 7: 3. Рабочий ход Давление горячего газа значительно выше, чем у холодного газа, и поэтому силы, действующие на стенки защитной оболочки, выше, поэтому поршень возвращается в НМТ с большей силой, чем требуется для сжатия топливовоздушной смеси. во время хода 2. Рисунок 8: 4. Ход выпуска Выпускной клапан открывается, и сгоревший газ удаляется из двигателя, а поршень снова перемещается в ВМТ.При достижении ВМТ выпускной клапан закрывается. Энергия приводится в движение коленчатым валом только во время рабочего хода. Все другие ходы извлекают кинетическую энергию из вращающегося коленчатого вала и всех подключенных к нему устройств (например, гребного винта). Большое количество этой кинетической энергии необходимо для сжатия топливовоздушной смеси во время такта 2, особенно вблизи ВМТ, когда процесс зажигания начинается от свечи накаливания. Чтобы получить высокую плавность хода — что означает однородную скорость вращения коленчатого вала, маховик обычно прикрепляется к коленчатому валу.Большая масса этого маховика приводит к небольшому изменению скорости вращения, в то время как кинетическая энергия подается во время рабочего такта, соответственно извлекается во время других тактов. Детали двигателя Рисунок 9: Поршень (1) Шатун (2) Коленчатый вал (3) Корпус коленвала (4) Цилиндр (5) Рисунок 10: Карбюратор (1) Шнек для смешивания (2) (от другого мотора, к FA-40 не подходит) Кольца уплотнительные (3) Топливный штуцер (4) Винт холостого хода (5) Рычаг дроссельной заслонки (6) Ствол вращающийся (7) Рисунок 11: Монтажная пластина для коромысел (1) Заглушка для толкателей (2) Прокладка (3) Толкатель (4) Ось коромысла (5) Коромысло (6) Регулировочный зазор клапана (7) Крышка головки цилиндров (8) Рисунок 12: Головка цилиндра (1) Свеча накаливания (2) Прокладка (3) Клапан (4) Винтовая пружина (5) Фиксатор винтовой пружины (6) Рисунок 13: Выхлоп (1) Впускной коллектор (2) Прокладка корпуса распредвала (3) Прокладка картера коленвала (4) Прокладка Крышка ГБЦ (5) Дроссель (комплект принадлежностей) (6) Щелкните фотографии предварительного просмотра, чтобы увидеть более крупные из них, используемые для оцифровки двигателя. <<< Аккумуляторные элементы Структура диапазона >>> Новости Проект Технология РобоСпатиум Способствовать Предметный указатель Архивы Скачать Ответы Игры Ссылки Советы по покупкам Контакт Отпечаток

Малые газовые двигатели, 11-е издание стр. 85

85
ГЛАВА 5
Принципы работы двигателя
, двух- и четырехтактные двигатели

Цели обучения Ключевые термины Распыление

нижняя мертвая точка
степень сжатия
ход сжатия
ход выпуска
четырехтактный двигатель
ход впуска
двигатель внутреннего сгорания
двигатель
рабочий ход
потеря продувки
ход
верхняя мертвая точка
двухтактный двигатель
перекрытие клапанов
Изучив эту главу, вы сможете:
• Объяснить простая эксплуатация двигателя.
• Объясните, почему бензин распыляется в небольшом двигателе
.
• Опишите работу четырехтактного двигателя, а
объясните назначение каждого хода.
• Объясните понятие фаз газораспределения.
• Сравните систему смазки четырехтактного двигателя
с системой смазки двухтактного двигателя.
• Описывает работу двухтактного двигателя, а
объясняет принципы работы двухтактного двигателя.
• Перечислите преимущества и недостатки двухтактных и четырехтактных двигателей
.
Принципы работы двигателя
Работа
Бензиновый двигатель — это механизм
, предназначенный для преобразования химической энергии горящего топлива
в механическую энергию. В процессе работы
он управляет и применяет эту энергию для стрижки газонов,
рубки деревьев, движения тракторов и выполнения многих других
работ по спасению труда.
Маленький бензиновый двигатель называется двигателем внутреннего сгорания
, потому что топливно-воздушная смесь воспламеняется (горит) и сгорает внутри двигателя.См.
Рисунок 5-1.
Для эффективной работы двигателя бензин
должен быть разбит на мелкие частицы, которые легко воспламенит
и быстро воспламенится. Кроме того, энергию
, производимую при сжигании бензина, нужно каким-то образом контролировать, чтобы она могла выполнять полезную работу.
Бензин должен быть распылен
Чем больше площадь поверхности бензина подвергается воздействию воздуха
, тем быстрее сгорит определенное количество.Бензин
, помещенный в контейнер и воспламененный, образует горячее пламя
, но он не будет гореть достаточно быстро, чтобы произвести
— быстрое выделение тепла, необходимое для работы двигателя.
Даже несмотря на то, что
может быть задействовано большое количество топлива, не обязательно возникнет большое пламя.
См. Рисунок 5-2.
Ни при каких обстоятельствах не следует проводить эксперименты, проиллюстрированные
в этой главе. Бензин может быть очень опасным топливом, и с ним следует обращаться осторожно.
Обсуждаемые здесь иллюстрации и примеры предназначены для демонстрации
того, как бензин готовится и используется в двигателе
.
U d i h ld i ill d
Предупреждение
Copyright Goodheart-Willcox Co., Inc.

Цикл четырехтактного двигателя

Большинство двигателей внутреннего сгорания работают по одному из двух принципов работы: двухтактный или четырехтактный. Четырехтактные двигатели являются преобладающим типом в авиации общего назначения и составляют тему этой статьи.

Циклы поршневого двигателя

Поршневые двигатели классифицируются по количеству отдельных шагов, которые двигатель выполняет за один полный цикл двигателя. Двухтактные двигатели совершают цикл за один оборот коленчатого вала с двумя движениями; ход поршня вверх и вниз, который включает впуск, сжатие, сгорание и выпуск. Двухтактные двигатели распространены на легких легких самолетах и ​​некоторых небольших сверхлегких самолетах, поскольку эти двигатели имеют меньшее количество деталей, что упрощает их эксплуатацию и удешевляет приобретение и обслуживание.

Четырехтактные двигатели являются наиболее распространенным типом двигателей, используемых в авиастроении общего назначения, и именно этот тип двигателя мы изучим далее. Четырехтактному двигателю требуется два оборота коленчатого вала для завершения одного цикла двигателя, при этом поршень перемещается на 180 ° для завершения каждого этапа цикла. Четырехтактный цикл включает в себя этап впуска и сжатия (один оборот коленчатого вала) и этап мощности и выпуска (один оборот коленчатого вала).

Номенклатура циклов

Есть ряд определений, которые следует хорошо понять, прежде чем переходить к деталям четырехтактного цикла.См. Изображение ниже и определения под изображением.

Рисунок 1: Диаметр цилиндра и ход поршня, движущегося в цилиндре

ВМТ (ВМТ) — это относится к положению поршня, когда он находится в верхней части своего хода. Поршень расположен в верхней части головки блока цилиндров, а шатунная шейка находится в крайнем верхнем положении.

Нижняя мертвая точка (НМТ) — это точка цикла, в которой поршень находится в нижней части своего хода, а шатунная шейка находится в самом нижнем положении.

Ход — ход двигателя — это возвратно-поступательное движение, на которое поршень перемещается в цилиндре от НМТ до ВМТ.

Диаметр цилиндра — это внутренний диаметр цилиндра.

Степень сжатия — объем пространства в цилиндре может быть определен поршнем в НМТ и ВМТ. Соотношение между ними дает степень сжатия. Например, двигатель со степенью сжатия, равной 9, имеет объем в цилиндре в девять раз больше при поршне в НМТ, чем в ВМТ.2} {4} \ times Ход
$$
Где:
\ (D: \) Диаметр цилиндра
\ (S.V .: \) Рабочий объем

Четырехтактный цикл

Пока двигатель работает, он будет продолжать непрерывно повторять четыре шага в четырехтактном цикле. Каждый этап цикла представляет собой поворот поршня на 180 °, что соответствует половине оборота коленчатого вала. Поскольку для завершения одного четырехтактного цикла требуется два оборота коленчатого вала, полный цикл будет завершен при половине оборотов двигателя e.Двигатель g, работающий на 3000 об / мин, выполнит 1500 полных циклов за одну минуту.

Двигатель всегда завершает цикл в одном и том же порядке:

Рисунок 2: Элементы четырехтактного цикла

Впуск или индукция

Целью такта впуска или впуска является втягивание смеси воздуха и топлива в цилиндр. Этот ход происходит при перемещении поршня из ВМТ в НМТ. Впускной клапан должен быть открыт, чтобы топливовоздушная смесь попала в цилиндр, в то время как выпускной клапан остается закрытым.Движение поршня вниз вызывает падение давления в цилиндре, в результате чего смесь засасывается в полость, оставленную движением поршня.

Рисунок 3: Ход впуска или впуска

Компрессия

Как следует из названия, такт сжатия предназначен для сжатия топливовоздушной смеси, которая всасывается в головку блока цилиндров перед воспламенением. Это достигается перемещением поршня вверх от НМТ к ВМТ. Движение поршня уменьшает объем, занимаемый смесью, вызывая повышение давления и температуры внутри цилиндра.Впускной и выпускной клапаны остаются закрытыми на протяжении большей части хода (впускной клапан остается открытым примерно на 50 ° после НМТ, чтобы обеспечить поступление оптимального количества смеси в цилиндр). Когда поршень приближается к ВМТ, свеча зажигания загорается, воспламеняя смесь. Искра рассчитана таким образом, что инерция движущегося вверх поршня не замедляется зажиганием, а продолжается до ВМТ, где ход заканчивается.

Рисунок 4: Такт сжатия

Мощность

Быстро расширяющийся газ, воспламеняемый свечой зажигания, вызывает скачок давления внутри цилиндра, заставляя поршень вернуться из ВМТ в НМТ.По мере того, как поршень движется вниз, увеличивающийся объем вызывает снижение давления и температуры в цилиндре. Именно этот рабочий ход заставляет коленчатый вал вращаться, что в конечном итоге приводит в движение гребной винт и создает тягу. Впускной и выпускной клапаны остаются закрытыми на протяжении большей части рабочего хода, при этом выпускной клапан открывается непосредственно перед тем, как поршень достигает НМТ. Время открытия клапана устанавливается таким образом, чтобы обеспечить выработку максимальной мощности и в то же время обеспечить наиболее эффективное удаление сгоревшего газа во время такта выпуска.

Рисунок 5: Рабочий ход

Выхлоп

Выпускной клапан открывается непосредственно перед завершением рабочего хода и остается открытым во время движения поршня из НМТ в ВМТ. Движение поршня вытесняет выхлопные газы через открытый выпускной клапан, очищая цилиндр до начала такта впуска. На этом цикл завершается, и поршень снова начнет двигаться вниз по мере повторения шага индукции.

Рисунок 6: Такт выпуска

, полный четырехтактный цикл

Полный цикл показан на изображении ниже.

Рисунок 7: Полный четырехтактный цикл

Работа клапана

Одно из фундаментальных свойств всей материи — то, что она обладает массой и, следовательно, инерцией. Это означает, что, как и твердое тело, топливно-воздушная смесь подчиняется законам Ньютона и требует силы для преодоления ее инерции и ускорения в цилиндре. Эта сила возникает из-за падения давления в цилиндре при движении поршня вниз, но движение газа не происходит мгновенно. Следовательно, открытие впускного и выпускного клапанов в ВМТ и НМТ соответственно не приведет к максимальной мощности, вырабатываемой двигателем из-за инерции газа.В результате впускной и выпускной клапаны открываются и закрываются не в ВМТ или НМТ, а скорее по обе стороны от этих положений, чтобы обеспечить оптимальную производительность. Важно помнить, что во время нормальной работы двигателя поршни двигаются с очень высокими оборотами, что очень затрудняет отслеживание газом движения поршня.

Вывод клапана — клапан открывается преждевременно (до ВМТ или НМТ) для оптимальной работы двигателя.

Задержка клапана — закрытие клапана задерживается (после ВМТ или НМТ) для улучшения характеристик двигателя.

	Вывод клапана	Задержка клапана
Впускной клапан	Впускной клапан открывается до достижения ВМТ во время такта выпуска, чтобы подготовить цилиндр к приему топливно-воздушной смеси в начале такта впуска.	Впускной клапан не закрывается при достижении НМТ во время такта впуска, а скорее задерживается до тех пор, пока поршень не пройдет мимо НМТ и не начнет такт сжатия.
Выпускной клапан	Выпускной клапан открывается в конце рабочего хода непосредственно перед достижением НМТ.Это позволяет наиболее эффективно отводить газ во время такта выпуска.	Выпускной клапан немного закрывается после ВМТ сразу после начала такта впуска. Это помогает удалить весь выхлопной газ, поскольку свежая смесь, поступающая в цилиндр, вытесняет последний оставшийся газ.

Опережение клапана и запаздывание приводят к периоду около ВМТ и НМТ, когда впускной и выпускной клапаны открыты одновременно. Этот период определяется как перекрытие клапана .На изображении ниже представлено графическое представление цикла четырехтактного двигателя, где периоды перекрытия клапанов можно увидеть по перекрытию двух цветных дуг.

Рисунок 8: Области перекрытия клапанов в цикле четырехтактного двигателя

Цикл Отто

Четырехтактный цикл, описанный выше, приводит к изменениям давления и объема газа внутри цилиндра, когда поршень перемещается вверх и вниз во время различных ходов цикла. Термодинамическое представление этого цикла упоминается как цикл Отто, названный в честь немецкого инженера Николауса Отто ; первый человек, построивший рабочий четырехтактный двигатель в 1860-х годах.

Цикл Отто может быть представлен на графике с объемом по оси x и давлением по оси y, и описывает четырехтактный цикл следующим образом:

Рисунок 9: Цикл Отто

Процесс 0–1: газообразная топливно-воздушная смесь (заряд) фиксированной массы втягивается в цилиндр при постоянном давлении (ход впуска).

Процесс 1–2: заряд сжимается адиабатически (предполагается отсутствие потерь тепла в окружающую среду), когда поршень перемещается из НМТ в ВМТ (ход сжатия).

Процесс 2–3: Заряд воспламеняется свечой зажигания, что приводит к быстрому увеличению давления в цилиндре. Это происходит при постоянном объеме и представляет собой момент, когда поршень находится в ВМТ перед движением вниз для завершения рабочего хода.

Процесс 3–4: Воспламеняющийся заряд заставляет поршень двигаться вниз, что приводит к адиабатическому (изэнтропическому) расширению газа (рабочий ход).

Процесс 4–1: Вся энергия (тепло), выделяемая при сгорании заряда, была преобразована в движение цилиндра вниз, и тепло рассеивается в процессе постоянного объема, пока поршень находится в НМТ.

Процесс 1–0: Масса воздуха и любого остаточного топлива, которое остается после сгорания, выбрасывается в атмосферу через открытый выпускной клапан в процессе постоянного давления (такт выпуска).

Нумерация цилиндров и порядок зажигания

Важно понимать, что не все цилиндры в любом двигателе одновременно выполняют одну и ту же часть цикла; скорее, каждый из них срабатывает в определенной последовательности, предназначенной для обеспечения плавной работы двигателя и передачи постоянной мощности на винт.Производители авиационных двигателей всегда маркируют каждый цилиндр двигателя и публикуют порядок запуска двигателя.

Порядок зажигания разработан для максимального уравновешивания двигателя путем обеспечения (в случае горизонтально расположенного двигателя) того, что противоположные поршни движутся в одном направлении. В четырехтактном четырехцилиндровом двигателе каждый цилиндр должен совершать один из четырех тактов одновременно.

Предварительное зажигание и детонация

Предварительное зажигание и детонация — это два отдельных, но схожих явления, которые приводят к преждевременному воспламенению топливно-воздушного заряда, вызывая повреждение поршней и потерю мощности.

Предварительное воспламенение: относится к воспламенению топливно-воздушной смеси перед воспламенением свечи зажигания и вызывается любым источником в цилиндре, достаточно горячим, чтобы вызвать воспламенение. Распространенными причинами преждевременного воспламенения являются горячие точки в камере сгорания, горячий выпускной клапан, перегретая свеча зажигания или раскаленные частицы углерода, отложившиеся в цилиндре. Предварительное зажигание обычно происходит в одном цилиндре (самом горячем цилиндре), тогда как детонация происходит во всех цилиндрах одновременно.

Детонация (детонация): во время такта сжатия топливно-воздушный заряд подвергается быстро возрастающему давлению и температуре по мере уменьшения объема. Чем выше степень сжатия двигателя, тем горячее становится заряд. При очень высоких степенях сжатия может возникнуть ситуация, когда заряд мгновенно воспламенится (взорвется) до назначенного момента возгорания. Это называется детонацией и вызывает удар, похожий на молоток, по поршню вместо контролируемого плавного толчка во время рабочего хода.При использовании топлива с неправильным октановым числом может возникнуть детонация. Топливо с более высоким октановым числом способно выдерживать большее сжатие перед воспламенением; поэтому крайне важно использовать топливо с правильным октановым числом для конкретного двигателя. Если топливо с рекомендованным октановым числом недоступно, следует использовать топливо с самым высоким октановым числом. Использование топлива с октановым числом ниже рекомендованного может сделать человека уязвимым для детонации.

Детонация все еще может происходить, даже если используется топливо с правильным октановым числом.Следующие элементы также могут вызвать детонацию, если не устранить их во время полета:

• Полет с более высоким давлением в коллекторе, чем рекомендуется — это приведет к повышению температуры и давления в головке блока цилиндров за пределы нормальных рабочих пределов.
• Полеты на слишком бедной смеси — более бедная смесь увеличивает температуру головки блока цилиндров. Детонация может произойти при добавлении мощности, но без предварительного обогащения смеси.
• Допускает повышение температуры головки цилиндров сверх нормальных рабочих пределов из-за отсутствия аэродинамического охлаждения.Авиационные двигатели с воздушным охлаждением могут перегреться во время набора высоты, если за ними не следить. В случаях, когда температура головки блока цилиндров приближается к пределу, может потребоваться уменьшить скорость набора высоты или выполнить ступенчатый набор высоты.

На этом мы подошли к концу нашего обсуждения цикла четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. В следующем посте мы перейдем к более практическим аспектам эксплуатации поршневого самолета. Мы начнем с кабины и обсудим инструменты двигателя, общие для большинства легких самолетов, прежде чем перейти к некоторым общим проблемам с двигателями; как их диагностировать и что делать, если вы видите их во время полета.

Вам понравился этот пост? Почему бы не продолжить чтение этой серии статей о поршневых двигателях самолетов и их системах?

Четырехтактный двигатель — zxc.wiki

Четырехтактный двигатель — это тепловой двигатель, или, точнее, двигатель внутреннего сгорания, который преобразует тепловую мощность от сгорания топлива в крутящий момент на вращающемся валу, то есть мощность вращения. Внутренние процессы можно описать как термодинамический цикл по часовой стрелке (цикл Отто или Дизеля).Для одного цикла («рабочий цикл») машине требуется четыре рабочих шага, называемых «циклами». В поршневом двигателе ход — это перемещение поршня от одной конечной точки хода к другой. Таким образом, коленчатый вал совершает половину оборота за один цикл.

Австриец Кристиан Райтманн получил несколько патентов на четырехтактный двигатель 26 октября 1860 года. Независимо от этого техник Альфонс Бо де Рошас описал четырехтактный процесс в 1861 году. Бензиновые двигатели и дизельные двигатели различаются составом смеси и процессом зажигания.Есть как четырехтактные, так и двухтактные варианты обоих.

Как работает четырехтактный поршневой двигатель

Четыре цикла:
1. Всасывание
2. Сжатие
3. Работа
4. Выталкивание
(анимация)

Цикл 1: всасывание

В начале 1-го цикла поршень находится в верхней мертвой точке (ВМТ). Выпускной клапан закрыт, а впускной клапан открыт. Поршень движется к коленчатому валу. Когда поршень движется вниз, газовая смесь или воздух втягиваются в цилиндр через впускной клапан.В двигателях с внутренним смесеобразованием, таких как дизельные двигатели или бензиновые двигатели с прямым впрыском, всасывается только воздух. Когда смесь образуется извне, как в карбюраторных двигателях или двигателях с впрыском в коллектор, смесь воздуха и распыленного топлива образуется. всасывается. Когда поршень достигает нижней мертвой точки, впускной клапан закрывается и первый ход заканчивается.

Мера 2: сжатие и воспламенение

Поршень возвращается в верхнюю мертвую точку.Необходимая для этого механическая работа происходит от энергии вращения маховика или, в случае многоцилиндровых двигателей, от маховика и рабочего цикла другого цилиндра. Смесь или воздух в цилиндре теперь сжаты до доли первоначального объема. Степень сжатия зависит от типа двигателя. В бензиновых двигателях без наддува используется степень сжатия более 10: 1 в норме (есть большие двигатели с более чем 14: 1), в дизельных двигателях без наддува около 20: 1.С зарядкой он значительно меньше, до 7: 1 (Отто) и 14: 1 (Дизель). В результате сжатия смесь в бензиновых двигателях нагревается примерно до 450 ° C, а воздух в дизельных двигателях примерно до 650 ° C. Незадолго до достижения верхней мертвой точки в бензиновом двигателе срабатывает зажигание, а в предварительном -в дизельном двигателе срабатывает впрыск. Время регулируется в зависимости от нагрузки и скорости.

Мероприятие 3: работа

После верхней мертвой точки — в случае дизельного двигателя все еще следует главный впрыск — заправка смеси продолжает гореть самостоятельно.Температура горящей газовой смеси бензинового двигателя составляет от 2200 до 2500 ° C, а давление при полной нагрузке — до 120 бар. Для дизельного двигателя оно составляет от 1800 до 2500 ° C и 160 бар. Поршень движется в направлении нижней мертвой точки, топливный газ выполняет механическую работу с поршнем и при этом охлаждается. Незадолго до нижней мертвой точки остаточное давление в бензиновом двигателе составляет чуть менее 4 бар, а в дизельном — чуть менее 3 бар.Выпускной клапан начинает открываться.

Мера 4: Извлечь

Когда поршень снова выходит из нижней мертвой точки, движение поршня вверх выталкивает выхлопные газы из цилиндра. Так называемое перекрытие клапанов происходит в конце такта выпуска. Впускной клапан открывается до того, как поршень достигнет верхней мертвой точки и до закрытия выпускного клапана. Только вскоре после того, как поршень достиг верхней мертвой точки, выпускной клапан закрывается.

Управление клапаном

Обзор казней

Разрез двигателя мотоцикла OHC

Существует по крайней мере один впускной и один выпускной клапан на цилиндр, но сегодня также широко распространены 3 или 4 клапана на цилиндр (см. Следующий раздел), иногда 5 (Audi) или даже 8 клапанов (Honda NR).Газообменом также можно управлять с помощью слайдов.

Клапаны управляются одним или несколькими распределительными валами. Он приводится в движение коленчатым валом через зубчатый ремень, цепь (и) привода ГРМ, прямозубые шестерни или вертикальный вал (ы). В прошлом вертикальный вал часто использовался для клапанного механизма высокопроизводительных двигателей, например, в гоночных автомобилях, самолетах и ​​мотоциклах. Распределительный вал всегда вращается на половину скорости вращения коленчатого вала, так как для одного рабочего цикла требуется два оборота коленчатого вала.

Если распредвал внизу, то есть в картере, находятся в головке блока цилиндров подвешены клапана (Верхние клапаны — обычно через верхний клапан) плунжер, бамперы и коромысла приводятся в действие в дополнение к цилиндру стационарные клапана (SV-клапан управление — боковой клапан) напрямую через толкатели или коромысла.Оба типа были распространены в прошлом, но больше не используются в новых конструкциях, за исключением больших двигателей. Вертикальные клапаны использовались только в простых промышленных двигателях, газонокосилках или аварийных генераторах энергии примерно с 1960 года из-за неблагоприятной формы камеры сгорания. Бензиновые двигатели для автомобилей с нижним распределительным валом производятся в основном только в США. Если распределительный вал предусмотрен над расположенными висячими в головке клапанами (верхний распределительный вал — верхний распределительный вал), с учетом бамперов, для приведения в действие клапанов, среди прочего, рассматриваются рычаги опрокидывания или тяги и толкатели.С двумя верхними распределительными валами (DOHC, двойной верхний распределительный вал) клапаны приводятся в действие с помощью кулачковых толкателей или коромысел, что благодаря динамической жесткости системы обеспечивает постоянную точность заданного времени до высоких скоростей. С двумя верхними распределительными валами регулируемое управление клапанами также может быть реализовано с помощью двух регулируемых распределительных валов, в которых время впуска и выпуска может изменяться независимо друг от друга.

Многоклапанная техника

Сравнение двух / четырехклапанной технологии в 2-литровом четырехцилиндровом двигателе (гоночный двигатель Формулы 2)
Смещение	1990 см 3
Диаметр цилиндра × ход	89 мм × 80 мм
Клапаны на цил.	два (8В)	четыре (16В)
Мощность (л.с.)	169 кВт (230 л.с.)	206 кВт (280 л.
на скорости	7800 об / мин	9000 об / мин
спец. Объем литров (в PS / литр)	84,5 кВт / л (115 л.с. / л)	103 кВт / л (140 л.с. / л)
⌀ впускной клапан	47,0 мм	35.5 мм
Входная площадь Σ	1735 мм 2	1990 мм 2
⌀ выпускной клапан	39,0 мм	31,0 мм
Выходная площадь Σ	1195 мм 2	1510 мм 2
Зона клапана Σ (вход и выход)	2930 мм 2	3500 мм 2

При наличии более одного впускного клапана сопротивление всасыванию уменьшается; если имеется более одного выпускного клапана, противодавление выхлопных газов снижается.Таким образом, многоклапанный двигатель обеспечивает более быстрый газообмен и лучшее наполнение цилиндров. В зависимости от конструкции он обеспечивает более высокий крутящий момент даже на высоких скоростях. Это приводит к большей мощности, чем у двигателей с двумя клапанами. Таблица справа показывает это на примере двух двигателей Формулы 2 (BMW — четырехцилиндровый) 1970-х годов: при том же рабочем объеме в 2 литра переход на четырехклапанную головку блока цилиндров в сочетании с увеличенной номинальной скоростью привел к увеличение производительности на 22 процента.

Также наблюдается рост количества автомобильных двигателей для повседневного использования с четырьмя клапанами. Например, 1,8-литровый четырехцилиндровый M40B18 (83 кВт / 113 л.с. при 5500 об / мин) BMW 318i из серии E30 был преобразован в четырехклапанный M42B18 мощностью 100 кВт / 136 л.с. при 6000 оборотах. другая ГБЦ на 318ис / мин; тем не менее, это с уплотнением 10: 1 и выше, и поэтому требуется бензин высшего качества с АИ-95 (M40B18: Компрессия 8,8: 1 для обычного бензина с АИ-91).

Количество цилиндров и количество клапанов на цилиндр часто невозможно вывести из количества клапанов. Например, 12 В может обозначать трехцилиндровый двигатель с четырьмя клапанами на цилиндр, четырехцилиндровый двигатель с двумя впускными и одним выпускным клапанами на цилиндр или 6-цилиндровый двигатель с двухклапанной технологией.

Двигатели с числом клапанов до 5 на цилиндр широко используются в крупномасштабном двигателестроении. Исключение составляет небольшая серия Honda NR 750 с овальным поршневым двигателем и 8 клапанами на цилиндр.

Преимущества и недостатки

Преимущества и недостатки четырехтактного двигателя по сравнению с двухтактным двигателем:

преимущества

• Газообмен происходит в основном за счет смещения объема в первом и четвертом циклах (выпуск / впуск) и лишь в небольшой степени за счет динамики газового столба во время перекрытия клапанов. В результате свежий и выхлопной газ хорошо отделены друг от друга в широком диапазоне скоростей, что снижает расход топлива и улучшает поведение выхлопных газов.
• Замкнутый масляный контур со смазкой под давлением является стандартным, что означает, что потери смазочного масла очень низкие. Только масло, которое используется для смазки компрессионных колец, теряется из-за используемого принципа. Благодаря качеству изготовления современных двигателей, потери смазочного масла стремятся к нулю. Двухтактные двигатели также могут быть спроектированы со смазкой с замкнутой циркуляцией под давлением, но это обычно применяется только в сложных больших двигателях. В роторном двигателе поверхность дорожки качения необходимо смазывать отработанным маслом.
• Тепловая нагрузка обычно ниже, поскольку сгорание происходит только при каждом втором обороте коленчатого вала.

недостаток

• Меньшая удельная мощность четырехтактного поршневого двигателя. Причина этого — холостой ход: каждый цилиндр выполняет рабочий цикл только за каждую секунду оборота и работает один оборот как промывочный насос. Это приводит к неравномерному выходному крутящему моменту. Однако это не относится к роторному двигателю.
• Четырехтактные двигатели имеют более сложную механическую конструкцию, чем двухтактные.Усилия объясняются управляемыми клапанами и смазкой под давлением, которая используется почти всегда.
• Более высокие производственные затраты

Использование сегодня

Четырехтактные двигатели сегодня преобладают во всем автомобилестроении и мотоциклетном строительстве. Они встречаются даже в небольших мотоциклах объемом 50 см3 (например, Kymco Agility, Keeway), газонокосилках и других небольших устройствах, например, двигателе Honda GX25, размером до 25 см3. Бензиновые двигатели доступны с рабочим объемом до 3-х.5 литров на цилиндр (например Lycoming XR-7755). Самые большие четырехтактные двигатели — это дизельные двигатели с рабочим объемом до 50 литров на цилиндр, расходом топлива 175 г / кВт · ч мазута (например, Wärtsilä 38) и тепловым КПД ок. 50%. Работая на природном газе, они достигают расхода топлива 165 г / кВтч или КПД 52% (например, Wärtsilä 31).

варианты

Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания без клапанов, в котором газ подается и выходит через канавки во вращающемся поршне.
Четыре стержня
1. Всасывание
2. Сжатие
3. Работа
4. Выталкивание
(анимация)

Некоторые формы, которые изменяют принцип работы четырехтактного двигателя, имеют важное техническое и экономическое значение.

Двигатели с вариантами ГРМ выпускаются серийно, см. Цикл Миллера или цикл Аткинсона. Балансирные валы иногда используются в автомобилестроении. Они уменьшают свободные силы инерции , создаваемые подъемом и опусканием поршней.

Для областей применения, в которых предпочтительны легкие и независимые от положения четырехтактные двигатели со смазкой, существуют варианты, работающие на двухтактной смеси. Как и в других двигателях со смешанной смазкой, здесь нет масляного бака, масляного картера, масляного насоса, системы удержания масла или масляного фильтра. При подходящей конструкции, топливе и масле выбросы загрязняющих веществ при сгорании масла могут быть снижены ниже предельных значений стандарта выбросов для четырехтактных двигателей. Такие двигатели предпочтительно используются для привода переносных моторизованных устройств (например, Stihl «4-Mix»).

Некоторые специальные конструкции четырехтактных двигателей не имеют распределительного вала. Клапаны имеют пневматическое, гидравлическое или электрическое управление. Этот тип клапанного механизма еще не зарекомендовал себя в серийном производстве двигателей. Но разработка электромагнитных клапанов была продвинута с конца 1990-х годов.

Существуют также различные типы ползунков. Двигатели этих типов имеют втулочные или поворотные золотниковые клапаны для газообмена и могут обходиться меньшим количеством движущихся частей, чем четырехтактные двигатели с традиционным управлением.

Другой конструкцией, которая еще не использовалась в серийном производстве, является четырехтактный двигатель внутреннего сгорания без клапанов (2), который работает известным образом в четырех тактах подачи свежего газа, сжатия, рабочего такта и выпуска выхлопных газов. Однако процесс управляется не салазками или распределительными валами и клапанами, а с помощью периодически вращающегося рабочего поршня, который имеет впускные канавки и выпускные канавки по окружности. Вращение происходит через шатун в форме якоря, который входит зубьями в коронную шестерню, расположенную на нижней стороне поршня, при каждом обороте коленчатого вала и перемещает его дальше на один шаг.Это поворачивает поршень на четыре шага за каждый цикл. В зависимости от размера поршня количество зубьев коронной шестерни должно делиться на четыре. Соединение между шатуном и рабочим поршнем представляет собой свободно перемещаемый компонент, такой как шарик или самоустанавливающийся шарикоподшипник. Длина поршня должна быть больше, чем ход поршня, что приводит к сравнительно большим колебательным массам и поэтому больше подходит для низких скоростей. Полную функциональную последовательность можно увидеть на анимации рядом, как это также описано в патентной публикации DE 10 2006 027 166.

В дополнение к описанному здесь поршневому двигателю с возвратно-поступательным движением, особой конструкцией четырехтактного двигателя является роторно-поршневой двигатель Ванкеля, в котором впуск, сжатие, работа и выброс происходят за один оборот поршня.

терминология

Все атрибуты используемого здесь места ( верхняя точка, мертвая точка, движение вниз , нижняя сторона , верхний распредвал , ) являются фиксированными условиями и не меняются при работе двигателя «лежа» или «в подвешенном состоянии» ( вверх ногами).Мотоцикл: «Четырехклапанные секреты», выпуск 6/75 от 22 марта 1975 г., Motor-Presse-Verlag Stuttgart.

↑ Серийное производство 5-клапанных двигателей: Ferrari, Audi, VW group вкл. Бугатти, Ямаха, Априлия

↑ Четырехцилиндровый дизель 725 кВт / цил. с HFO 42,7 МДж / кг

↑ Четырехтактный дизель 610 кВт / цил. с природным газом> 80% метана (памятная записка от 17 ноября 2015 г. в интернет-архиве )

↑ [1], домашняя страница производителя

^ Патентная публикация DE 10 2006 027 166

Интернет-ссылки

Как работает бензиновый двигатель

(Обновлено 21 июля 2020 г.)

Бензиновый двигатель также называют бензиновым двигателем во многих частях мира.Слово «бензин» — это то, что британцы используют для описания бензинового двигателя. Они означают то же самое, что некоторые люди могут не осознавать, если они из Америки.

Бензиновый двигатель — это наиболее распространенный тип двигателя в транспортных средствах, которыми люди управляют каждый день. Он использует процесс внутреннего сгорания, который включает смешивание бензина и воздуха внутри камер цилиндров, а затем их зажигание для выработки тепловой энергии.

Это тип энергии, который позволяет автомобилю ускоряться в соответствии с требованиями, которые вы предъявляете к нему как к водителю.Здесь мы рассмотрим, как работает движок, а также немного его истории.

Связанные: 5 частей двигателя и их функции

Четырехтактный цикл бензинового двигателя

Помимо термина «бензиновый двигатель», этот тип двигателя можно описать еще одним термином « четырехтактный двигатель ». Это название существует потому, что у бензинового двигателя есть четыре различных этапа, которые он проходит для возникновения процесса внутреннего сгорания.

Эти шаги называются штрихами.Ниже показано, что влекут за собой четыре такта двигателя.

Ход # 1

Первый ход двигателя — это всасывание наружного воздуха. Этот воздух нужен двигателю в составе топливовоздушной смеси.

Впускной клапан сначала откроется, чтобы воздух попал внутрь. Поршень в верхней части цилиндра движется вниз. Это создает силу, которая всасывает воздух в цилиндр.

Ход # 2

Второй ход — сжатие смеси. Когда воздух входит в цилиндр и смешивается с топливом, сила движущихся поршней заставляет смесь сжиматься.

Между тем выпускной и впускной клапаны остаются закрытыми. Важно, чтобы они оставались такими, иначе драгоценные газы и жидкости могут улетучиться и испортить весь процесс сгорания.

Ход # 3

Третий ход — это сам процесс сгорания, также называемый рабочим ходом. Именно здесь смесь воздуха и топлива будет фактически воспламеняться от искры, генерируемой свечой зажигания.

При успешном зажигании взрыв толкает поршень вниз в том месте, где он вращает коленчатый вал.

См. Также: Что такое двигатель Hemi?

Ход № 4

Четвертый ход относится к выхлопу. Когда топливо горит в камере сгорания, оно генерирует распыленные частицы, более известные как выхлопные газы.

Поршень выталкивает эти выбросы из камеры сгорания через отверстие выпускного клапана.

Вот хорошая анимация, показывающая, как выглядит четырехтактный процесс:

История бензинового двигателя

Николаус Отто изобрел бензиновый двигатель и этот четырехтактный процесс.Он был немецким инженером, который запатентовал это изобретение и назвал его циклом Отто.

Некоторым людям легче запомнить его как четырехтактный или бензиновый цикл, потому что они более тесно связаны с процессом сгорания в бензиновом двигателе. В конце концов, в дизельном двигателе для описания процесса сгорания используется термин «дизельный цикл».

Но цикл Отто уникален своей терминологией поглаживания. Первый ход официально назывался «ходом всасывания», второй ход назывался «ходом сжатия», третий — «рабочим ходом», а четвертый — «ходом выпуска».”

Связано: Сравнение дизельного двигателя и бензинового двигателя

В первые дни бензиновых двигателей был компонент, называемый« карбюратор », который отвечал за смешивание воздуха с бензином. Однако эта старая карбюраторная технология в конечном итоге была заменена системой впрыска топлива, которая электронно связана с блоком управления двигателем транспортного средства.

Это позволяет лучше рассчитывать и точнее расход топлива в камеру сгорания.В результате может быть достигнута топливная эффективность, позволяющая увеличить расход топлива и сэкономить деньги на топливе.

В то же время происходит меньше выбросов углерода. Поскольку мы живем в эпоху экологичности, система впрыска топлива делает многое для этого.

Понимание цикла — двухтактный дизельный цикл

Если вы читали Как работают двухтактные двигатели, вы узнали, что одно большое различие между двухтактными и четырехтактными двигателями — это количество мощности, которое двигатель может вырабатывать.Свеча зажигания срабатывает в два раза чаще в двухтактном двигателе — один раз на каждый оборот коленчатого вала, по сравнению с одним разом на каждые два оборота в четырехтактном двигателе. Это означает, что двухтактный двигатель может производить в два раза больше мощности , чем четырехтактный двигатель того же размера.

В статье о двухтактном двигателе также объясняется, что цикл бензинового двигателя, в котором газ и воздух смешиваются и сжимаются вместе, на самом деле не идеально подходит для двухтактного подхода.Проблема в том, что часть несгоревшего топлива вытекает каждый раз, когда цилиндр заправляется топливовоздушной смесью. (Подробности см. В разделе «Как работают двухтактные двигатели».)

Оказывается, дизельный подход, который сжимает только воздух, а затем впрыскивает топливо непосредственно в сжатый воздух, намного лучше подходит для двухтактного цикла. Поэтому многие производители больших дизельных двигателей используют этот подход для создания двигателей большой мощности.

На рисунке показана схема типичного двухтактного дизельного двигателя:

В верхней части цилиндра обычно находятся два или четыре выпускных клапана, которые открываются одновременно.Также имеется форсунка дизельного топлива (показана желтым наверху). Поршень удлиненный, как в бензиновом двухтактном двигателе, поэтому он может действовать как впускной клапан. В нижней части хода поршня поршень открывает отверстия для забора воздуха. Всасываемый воздух нагнетается турбонагнетателем или нагнетателем (голубой). Картер герметичен и содержит масло, как в четырехтактном двигателе.

Двухтактный дизельный цикл выглядит следующим образом:

1. Когда поршень находится в верхней части своего хода, цилиндр содержит заряд сильно сжатого воздуха.Дизельное топливо впрыскивается в цилиндр форсункой и немедленно воспламеняется из-за тепла и давления внутри цилиндра. Это тот же процесс, который описан в «Как работают дизельные двигатели».
2. Давление, создаваемое сгоранием топлива, толкает поршень вниз. Это с рабочим ходом .
3. Когда поршень приближается к нижней части своего хода, все выпускные клапаны открываются. Выхлопные газы устремляются из цилиндра, сбрасывая давление.
4. По мере того, как поршень выдвигается вниз, он открывает отверстия для впуска воздуха.Сжатый воздух заполняет цилиндр, вытесняя остатки выхлопных газов.
5. Выпускные клапаны закрываются, и поршень начинает двигаться обратно вверх, снова закрывая впускные отверстия и сжимая свежий заряд воздуха. Это ход сжатия .
6. Когда поршень приближается к верхней части цилиндра, цикл повторяется с шагом 1.

Из этого описания вы можете увидеть большую разницу между дизельным двухтактным двигателем и бензиновым двухтактным двигателем: в дизельном В версии цилиндр заполняется только воздухом, а не смесью газа и воздуха.Это означает, что двухтактный дизельный двигатель не имеет экологических проблем, присущих бензиновому двухтактному двигателю. С другой стороны, двухтактный дизельный двигатель должен иметь турбонагнетатель или нагнетатель, а это значит, что на бензопиле вы никогда не найдете двухтактный дизель — это было бы слишком дорого.

Четырехтактный двигатель: основные части, принцип, работа, применение, преимущества и недостатки

Что вы узнаете из этой статьи?

• Основная часть четырехтактных двигателей SI и CI.
• Концепция работы четырехтактных двигателей с искровым зажиганием (бензин) и с воспламенением от сжатия (дизель) и ее применение.
• Преимущества и недостатки четырехтактных двигателей.

В наших предыдущих статьях мы узнали о двигателях типа и его основных частях , а также о терминологии , используемой в двигателе . Мы знаем, что двигатель IC можно классифицировать по многим параметрам. Одним из наиболее полезных двигателей является четырехтактный двигатель, который в основном используется в автомобильной промышленности.Эти двигатели могут быть далее классифицированы на двигатели с искровым зажиганием или бензиновые двигатели и двигатели с воспламенением от сжатия или дизельные двигатели. Двигатель SI разработан Николаусом Отто, а двигатель CI разработан Рудольфом Дизелем. Эти двигатели имеют много общего с некоторыми принципиальными различиями.

Четырехтактные двигатели:

Принцип:

Мы знаем, что ход определяется как максимальное перемещение поршня в любом направлении внутри цилиндра двигателя. Например, если поршень перемещается от нижней мертвой точки до верхней мертвой точки , называется ходом.Если он возвращается обратно в нижнюю мертвую точку , это называется 2-тактным. Точно так же, если он снова движется к ВМТ и возвращается в НМТ, он выполняет четыре хода. Это основной принцип четырехтактного двигателя.

Двигатель, который совершает четыре такта в один рабочий такт или один цикл, называется четырехтактным двигателем. Коленчатый вал совершает один оборот за два хода. Таким образом, он совершает два оборота в четырехтактных двигателях.

Частей:

1.Поршень
2. Цилиндр
3. Камера сгорания
4. Впускной и выпускной клапаны
5. Впускной и выпускной коллектор
6. Свеча зажигания
7. Форсунка
8. Шатун
9. Коленчатый вал
10. Поршневые кольца
11. Штифт поршневой
12. Распределительный вал
13. Маховик
14. Картер двигателя

Вы можете узнать больше об этих деталях по Базовые детали двигателей

Рабочий:

Четырехтактный двигатель завершает свою циклическую работу за четыре такта поршня или два оборота коленчатого вала.Эти ходы представляют собой ход всасывания, ход сжатия, ход мощности или расширения и ход выпуска. Оба двигателя SI и CI следуют этим четырем тактам, чтобы завершить один цикл. Рабочие операции этих ударов можно резюмировать следующим образом.

Ход всасывания:

Всасывание означает всасывание заряда (топливовоздушной смеси в двигателях SI и только воздуха в двигателях CI) в цилиндр двигателя. Он всасывается через впускной клапан. Во время этого хода поршень перемещается из ВМТ в ВМТ .Воздух засасывается за счет разницы давлений между цилиндром двигателя и атмосферой в двигателе без наддува и воздушным компрессором в двигателях с наддувом.

Ход сжатия:

В этом ходе поршень перемещается из нижней мертвой точки в верхнюю мертвую точку. Впускной и выпускной клапаны закрыты, и поршень сжимает заряд во время этого хода. Движение поршня происходит из-за инерции или проворачивания двигателя. Этот процесс происходит асестропически в обоих модулях SI и CI.

Мощность и ход расширения:

В этом такте поршень перемещается из ВМТ в НМТ.Впускной и выпускной клапаны закрыты во время этого хода.

В двигателях SI свеча зажигания генерирует искру, воспламеняющую топливно-воздушную смесь. Поскольку все топливо доступно внутри цилиндра, сжигание происходит мгновенно, поэтому этот процесс рассматривается как сжигание постоянного объема для идеального цикла. Из-за сгорания топлива внутри цилиндра создается сила высокого давления, которая действует как движущая сила поршня и коленчатого вала. После сгорания поршень расширяется от ВМТ до НМТ в изэнтропическом режиме.

В двигателях CI форсунка впрыскивает топливо в камеру сгорания. Топливо горит из-за тепла, выделяемого во время такта сжатия. В этих двигателях топливо подается через форсунку, поэтому забор топлива не происходит мгновенно. Топливо сгорает равномерно, поэтому этот процесс рассматривается как горение при постоянном давлении для идеального цикла. После сгорания поршень перемещается из ВМТ в НМТ по изэнтропическому направлению.

Ход выхлопа:

Когда поршень достигает НМТ, выпускной клапан открывается, и поршень начинает перемещаться из НМТ в ВМТ из-за инерции поршня.Сгоревшие газы выходят из выпускного клапана из цилиндра двигателя в окружающую среду. Когда поршень достигает ВМТ, новый заряд поступает в цилиндр, и этот цикл повторяется.

Заявка:

• Четырехтактный двигатель, широко используемый в автомобильной промышленности.
• Они используются в автобусах, грузовиках и других транспортных средствах.
• Применяются в насосной системе.
• Эти двигатели находят применение в мобильных электрогенераторах.
• Эти двигатели широко используются в авиационных и морских двигателях.
• Дизельные двигатели находят применение в насосных агрегатах, строительной технике, воздушных компрессорах, буровых установках и т. Д.

Преимущества и недостатки:

Преимущества:

• Четырехтактные двигатели обеспечивают более высокий КПД.
• Создает меньше загрязнения.
• Меньший износ за счет хорошей системы смазки
• Работает без шума.

  No related posts.