Что такое четырехтактный двигатель: Четырехтактный двигатель: принцип работы, основные отличия

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

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.

Этапы работы :

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.

Чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного по конструкции и принципу работы

Практически у каждого владельца частного дома имеются бензиновые помощники, облегчающие выполнение разных работ — укос травы, распиливание деревьев, уборка снега. Во главе рассматриваемых агрегатов лежат двигатели внутреннего сгорания, созданные Этьеном Ленуаром в 1860 году. В современных бензоинструментах устанавливаются ДВС, которые делятся на два основных вида — двухтактные и четырехтактные. Какое отличие двухтактного двигателя от четырехтактного, и какие еще есть виды бензомоторов, узнаем подробно из материала.

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.

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.

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.

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.

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 компании Stihl, 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.

Публикации по теме

Что значит четырехтактный двигатель и почему четыре такта?

Дорогой друг, сегодня поговорим о том, что значит четырехтактный двигатель. О истории его изобретения, принципе работы, особенностях, технических характеристиках и сферах применения.

Конечно, если у вас есть водительское удостоверение, то вы по крайней мере слышали этот термин, когда учились в автошколе. Но вряд ли тогда стали вникать во все тонкости, поэтому сейчас самое время разобраться, что же там происходит под капотом вашего железного коня.

Как всё начиналось

В 19 веке уже были двигатели, но это были в основном большие механизмы, работающие на пару. Они конечно частично обеспечивали развивающуюся промышленность, но имели много недостатков.

Были тяжелые, имели низкий КПД, большие габариты, требовалось много времени на запуск и остановку, для эксплуатации нужны были квалифицированные рабочие.

Промышленникам нужен был новый агрегат без перечисленных недостатков они уже поняли что значит четырехтактный двигатель. И как при определенных условиях с его помощью можно повысить прибыль.

Его и разработал изобретатель Эжен-Альфонс Бо де Роша, а в 1867 году воплотил в металл Николаус Август Отто.

В то время это было чудо техники. Двигатель внутреннего сгорания отличался низкими эксплуатационными расходами, небольшими размерами и не требовал постоянного присутствия обслуживающего персонала.

Работало устройство по особому алгоритму, который и сейчас называют «цикл Отто». Спустя 8 лет, после запуска первого экземпляра, компания Отто выпускала уже более 600 силовых установок в год.

Очень быстро, из-за автономности и компактности, двигатели внутреннего сгорания получили широкое распространение.

Из чего состоит двигатель

Чтобы понять принцип работы, познакомимся с основными составляющими движка:

• блок цилиндров;
• кривошипно-шатунный механизм (включает коленвал, поршни, шатуны) ‒ он необходим для преобразования поступательно-возвратных движений поршня во вращательное движение коленвала;
• головка блока вместе с газораспределительным механизмом, который открывает впускные и выпускные клапаны, для того чтобы поступала рабочая смесь и выходили отработавшие газы. ГРМ может включать один или более распредвалов, которые состоят из кулачков для толкания клапанов, самих клапанов и клапанных пружин. Для стабильной работы четырехтактного движка существует ряд вспомогательных систем:
• система зажигания ‒ для поджига горючей смеси в цилиндрах;
• впускная система ‒ для подачи воздуха и рабочей смеси в цилиндр;
• топливная система ‒ для непрерывной подачи топлива, получения смеси воздуха и горючего;
• система смазки – для смазки трущихся деталей, а также одновременного удаления продуктов износа;
• выхлопная система – для удаления отработанных газов из цилиндров, снижения токсичности выхлопа;
• система охлаждения – для поддержки оптимальной температуры движка.

Что значит четырехтактный двигатель и почему четыре такта

1. Теперь, когда вы более-менее представляете устройство четырехтактного двигателя, можно рассмотреть рабочий процесс.
   Он состоит из следующих этапов:впуск – поршень движется вниз, цилиндр заполняется горючей смесью из карбюратора через впускной клапан, который открываются кулачком распределительного вала.При движении поршня вниз, создается отрицательное давление в цилиндре, тем самым происходит всасывание рабочей смеси, а именно воздуха с парами топлива. Впуск продолжается пока поршень не достигнет НМТ (нижняя мертвая точка). В этот момент закрывается впускной клапан;
2. сжатие или компрессия – после того как будет достигнута НМТ поршень начинает двигаться вверх к ВМТ (верхняя мертвая точка). При движении поршня вверх происходит сжатие, рабочая топливо-воздушная смесь сжимается, давление внутри цилиндра возрастает. Впускной и выпускной клапан закрыты;
3. рабочий ход или расширение – в конце цикла сжатия (в ВМТ), рабочая смесь воспламеняется от искры в свече зажигания. Поршень от микровзрыва устремляется к НМТ.В процессе движения поршня от ВМТ к НМТ смесь сгорает, а увеличивающиеся в объеме газы толкают поршень, выполняя полезную работу. Именно по этой причине движение поршня в этом такте назвали рабочий ход. Впускной и выпускной клапан закрыты;
4. выпуск выхлопных газов – в заключительном четвертом такте открывается выпускной клапан, поршень поднимается в верхнюю точку и выталкивает продукты сгорания из цилиндра в выхлопную систему, пройдя через глушитель, они попадают в атмосферу. После достижения поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается, затем цикл повторяется. Эти четыре такта представляют собой рабочий цикл мотора. Тактом же именуется движение поршня вверх или вниз. Один оборот коленчатого вала соответствует двум тактам, а два оборота – 4 тактам. Отсюда пошло название четырёхтактного двигателя.

 

От чего зависит мощность четырехтактного ДВС

Тут вроде бы всё ясно — мощность поршневого двигателя в основном определяется:

1. объёмом цилиндров;
2. степенью сжатия рабочей смеси;
3. частотой вращения.

Поднять мощность четырехтактного двигателя также можно повысив пропускную способность тактов всасывания и выхлопа, увеличив диаметр клапанов (особенно впускных).

Так же максимальная мощность получается при максимальном заполнении цилиндров, для этого используют турбины принудительной подкачки воздуха в цилиндр. В следствии чего повышается давление в цилиндре и соответственно КПД двигателя значительно возрастает.

Применение в настоящее время

Четырёхтактные двигатели бывают бензиновыми и дизельными. Применяются эти двигатели на транспортных или стационарных энергоустановках. Использовать такой двигатель рекомендуется в случаях, когда есть возможность регулировать соотношение оборотов, мощности и крутящего момента.

Например, если двигатель, работает в паре с электрогенератором, то нужно выдерживать нужный диапазон оборотов. А при использование промежуточных передач, четырёхтактный двигатель можно адаптировать к нагрузкам в достаточно широких пределах. То есть использовать в автомобилях.

Вернёмся к истокам его создания. В группе изобретателя Отто работал очень талантливый инженер Готлиб Даймлер, он понял что значит четырехтактный двигатель, его перспективы развития, и предложил на базе четырёхтактного двигателя построить автомобиль. Но шеф не посчитал нужным что-то менять в двигателе, и Даймлер, увлеченный своей идеей, покинул мэтра.

И через некоторое время, вместе с другим энтузиастом Карлом Бенцом в 1889 году создали автомобиль, который приводился в движение именно бензиновым четырехтактным двигателем внутреннего сгорания изобретателя Отто.

Эта технология с успехом используется и сегодня. В случаях, когда силовая установка работает на переходных режимах или режимах со снятием частичной мощности ‒ она незаменима, так как обеспечивает стабильную устойчивость процесса.

Теперь, дорогой друг, ты в общих чертах знаешь что значит четырехтактный двигатель, где он используется. Теперь ты стал на голову выше. Но не скупись полученой информацией, поделись с друзьями. К твоим услугам кнопки социальных сетей.

Да и подписаться можно на наш блог, чтобы всегда быть в курсе интересного материала, а его всегда много и будет еще больше.

До новых встреч!

Четырёхтактный двигатель — это… Что такое Четырёхтактный двигатель?

Работа четырёхтактного двигателя в разрезе. Цифрами обозначены такты

Четырёхтактный двигатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания, в котором рабочий процесс в каждом из цилиндров совершается за два оборота коленчатого вала, то есть за четыре хода поршня (такта). Этими тактами являются:

1. Впуск — (такт впуска, поршень идёт вниз) свежая порция топливо-воздушной смеси всасывается в цилиндр через открытый впускной клапан.
2. Сжатие (такт сжатия, поршень идёт вверх) впускной и выпускной клапаны закрыты, и топливо-воздушная смесь сжимается в объёме.
3. Рабочий ход (такт рабочего хода, поршень идёт вниз) сжатое топливо воспламеняется свечой зажигания, расположенной над поршнем, при сгорании высвобождается энергия, которая воздействует на поршень, заставляя его двигаться вниз. Фактически на такте рабочего хода происходит работа двигателя.
4. Выпуск (такт выпуска, поршень идёт вверх) на этом такте открываются выпускные клапаны, и выхлопные газы, проходя через них, очищают цилиндр.

По окончании 4-го такта всё повторяется в том же порядке.

История

Цикл Отто

Идеализированный цикл Отто, показанный в координатах давление (Р) и объём (V):  такт впуска(A) , представляющий собой изобарическое расширение; за ним следует  такт сжатия (B) , представляющий собой адиабатический процесс. Далее следуют сжигание топлива, которое является изохорическим процессом, и адиабатическое расширение, характеризующие  такт рабочего хода (C) . Цикл завершается изохорическим процессом и изобарическим сжатием, характеризующими
 такт выпуска (D) . TDC — верхняя мёртвая точка; BDC — нижняя мёртвая точка

Четырёхтактный двигатель впервые был запатентован Алфоном де Роше (англ.) в 1861 году. До этого около 1854—1857 годов два итальянца (Евгенио Барсанти и Феличе Матоцци) изобрели двигатель, который, по имеющейся информации, мог быть очень похож на четырёхтактный двигатель, однако тот патент был утерян.

Первым человеком, реально построившим четырёхтактный двигатель, был немецкий инженер Николаус Отто. Вот почему четырёхтактный принцип сегодня известен, в основном, как цикл Отто, а четырёхтактный двигатель, использующий свечи зажигания, часто называется двигателем Отто.

Цикл Отто состоит из адиабатического сжатия, сообщения теплоты при постоянном объёме, адиабатического расширения и отдачи теплоты при постоянном объёме. В случае четырёхтактного цикла Отто имеется также изобарическое сжатие и изобарическое расширение, которые обычно не рассматриваются, так как в идеализированном процессе они не играют роли в сообщении рабочему газу теплоты или в совершении газом работы.

Это видеоролик о работе двигателя Отто. (2 мин 16 сек, 320×240, 340 кбит/с)

Октановое число топлива

Мощность на коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания передаётся на вал от расширяющихся газов, в основном, во время такта рабочего хода. Сжатие топливо-воздушной смеси до очень малого объёма повышает эффективность рабочего хода, но увеличение степени сжатия в цилиндре также сильнее нагревает сжимающуюся топливо-воздушную смесь (согласно закону Шарля).

Если топливо легковоспламеняемое, с низкой температурой вспышки, то это может привести к возгоранию топливо-воздушной смеси до того, как поршень достигнет верхней мёртвой точки. Это, в свою очередь, будет заставлять поршень двигаться в сторону, противоположную требуемому направлению вращения коленчатого вала. Топливо, которое воспламеняется в верхней мёртвой точке, но до того, как поршень начнёт двигаться вниз, может повредить поршень и цилиндр из-за наличия в малом объёме очень большого количества тепловой энергии, не имеющей возможности выхода. Это повреждение часто проявляет себя как стук двигателя, и оно ведёт к перманентному повреждению двигателя, если случается постоянно.

Октановое число является мерой сопротивления топлива к самовоспламенению под воздействием возрастающих температур. Топлива с более высокими октановыми числами позволяют осуществлять более высокую степень сжатия без риска повреждения двигателя вследствие самовоспламенения.

Для работы дизельных двигателей самовоспламенение необходимо. Они предотвращают возможное повреждение двигателей путём раздельного впрыска топлива под большим давлением в цилиндр очень незадолго до того, как поршень достигнет верхней мёртвой точки. Воздух без топлива может быть сжат очень сильно без опасности самовоспламенения, и в то же время, находящееся под высоким давлением топливо в системе подачи топлива не может самовоспламениться без присутствия воздуха.

Факторы, ограничивающие мощность двигателя

Четырёхтактный цикл
1=верхняя мёртвая точка
2=нижняя мёртвая точка
 A: такт впуска 
 B: такт сжатия 
 C: такт рабочего хода 
  D: такт выпуска 

Максимальная мощность двигателя вырабатывается при максимальном количестве всасываемого воздуха. Мощность, вырабатываемая поршневым двигателем, связана с его размерами (объёмом цилиндра), объёмным КПД, потерь энергии, степени сжатия топливо-воздушной смеси, содержания кислорода в воздухе и частоты вращения. Это справедливо как для двухтактных, так и для четырёхтактных двигателей. Частота вращения в конечном счёте ограничена прочностью материалов и свойствами смазки. Клапана, поршни и коленчатые валы испытывают больши́е динамические нагрузки. На слишком высоких оборотах двигателя могут происходить физические повреждения и дрожание поршневых колец, и это приводит к потерям энергии и даже разрушению двигателя. Поршневые кольца колеблются вертикально в каналах, в которых они находятся. Эти колебания колец ухудшают уплотнение между кольцами и стенками цилиндра, что приводит к потерям давления в цилиндре и мощности. Если вал двигателя вращается слишком быстро, то пружины клапанов не успевают достаточно быстро срабатывать, и клапана не успевают закрываться. Эта ситуация называется «плаванием клапанов» (англ.), и она может привести к контакту поршня и клапанов, вызвав серьёзные повреждения. На высоких скоростях условия смазки на границе поверхностей поршня и цилиндра ухудшаются. Это ограничивает скорость поршней промышленных двигателей величиной около 10 м/с.

Потоки через впускной и выпускной каналы

Выходная мощность двигателя зависит от всасывающей способности, и от возможностей выхлопных газов быстро перемещаться через клапанные каналы, как правило расположенные в головках цилиндров (англ.). Для увеличения выходной мощности можно минимизировать количество изгибов тех каналов, по которым движутся всасываемые и выхлопные потоки, а также сделать их более плавными, благодаря чему уменьшится сопротивление этим потокам. Для этого радиусы поворотов клапанных каналов и сёдла клапанов можно модифицировать таким образом, чтобы их аэродинамическое сопротивление было минимальным. Можно, кроме того, использовать разделение потока на несколько частей.

Принудительное нагнетание воздуха в цилиндры

Один из путей увеличения мощности — это принудительное нагнетание дополнительного количества воздуха в цилиндры, благодаря чему при каждом рабочем ходе может вырабатываться больше мощности. Такое принудительное нагнетание может производиться некоторыми типами компрессорных устройств, называемых нагнетателями. Последние могут приводиться в движение от коленчатого вала или выхлопных газов.

Нагнетание повышает предел мощности двигателя внутреннего сгорания при том же самом объёме цилиндра. В общем случае, нагнетатель всегда работает, но есть конструкции, позволяющие отключать его, или позволяющие ему работать с разными скоростями (относительно скорости двигателя).

Недостатком механически осуществляемого нагнетания является то, что часть выходной мощности расходуется на приведение в движение нагнетателя. Воздух в цилиндре сжимается дважды, но расширяется только в один этап. Поэтому часть мощности понапрасну расходуется с выхлопами высокого давления.

Турбонагнетание

Турбонагнетатель или турбокомпрессор (ТК, ТН) — это такой нагнетатель, который приводится в движение выхлопными газами. Получил своё название от слова «турбина» (фр. turbine от лат. turbo — вихрь, вращение). Это устройство состоит из двух частей: роторного колеса турбины, приводимого в движение выхлопными газами, и центробежного компрессора, закреплённых на противоположных концах общего вала. Струя рабочего тела (в данном случае, выхлопных газов) воздействует на лопатки, закреплённые по окружности ротора, и приводит их в движение вместе с валом, который изготовляется единым целым с ротором турбины из сплава, близкого к легированной стали. На вале, помимо ротора турбины, закреплён ротор компрессора, изготовленный из алюминиевых сплавов, который при вращении вала позволяет «закачивать» под давлением воздух в цилиндры ДВС. Таким образом, в результате действия выхлопных газов на лопатки турбины одновременно раскручиваются ротор турбины, вал и ротор компрессора. Применение турбокомпрессора совместно с промежуточным охладителем (интеркулером) позволяет обеспечивать подачу более плотного воздуха в цилиндры ДВС (в современных турбированных двигателях используется именно такая схема). Часто при применении в двигателе турбокомпрессора говорят о турбине, не упоминая компрессора. Турбокомпрессор — это одно целое. Нельзя использовать энергию выхлопных газов для подачи воздушной смеси под давлением в цилиндры ДВС при помощи только турбины. Нагнетание воздуха обеспечивает именно та часть турбокомпрессора, которая именуется компрессором.

На холостом ходу, при небольших оборотах, турбокомпрессор вырабатывает небольшую мощность и приводится в движение малым количеством выхлопных газов. В этом случае турбонагнетатель малоэффективен, и двигатель работает примерно так же, как без нагнетания. Когда от двигателя требуется намного большая выходная мощность, то его обороты, а также зазор дросселя, увеличиваются. Пока количества выхлопных газов достаточно для вращения турбины, по впускному трубопроводу подаётся намного больше воздуха.

Турбонагнетание позволяет двигателю работать более эффективно, потому что турбонагнетатель использует энергию выхлопных газов, которая, в противном случае, была бы (большей частью) потеряна.

Однако существует технологическое ограничение, известное как «турбояма» («турбозадержка») (за исключением моторов с двумя турбокомпрессорами — маленьким и большим, когда на малых оборотах работает маленький ТК, а на больших — большой, совместно обеспечивая подачу необходимого количества воздушной смеси в цилиндры). Мощность двигателя увеличивается не мгновенно из-за того, что на изменение частоты вращения двигателя, обладающего некоторой инерцией, будет затрачено определённое время, а также из-за того, что чем больше масса турбины, тем больше времени потребуется на её раскручивание и создание давления, достаточного для увеличения мощности двигателя. Кроме того, повышенное выпускное давление приводит к тому, что выхлопные газы передают часть своего тепла механическим частям двигателя (эта проблема частично решается заводами-изготовителями японских и корейских ДВС путём установки системы дополнительного охлаждения турбокомпрессора антифризом).

Отношение длины шатуна к длине хода поршня

Более длинный шатун уменьшает боковые нагрузки со стороны поршня на стенки цилиндра, и уменьшает ударные нагрузки. Как следствие двигатель с длинным шатуном служит дольше, и он надёжнее. Однако увеличение длины шатуна ведёт к увеличению габаритов двигателя, его массы и стоимости. Кроме того, при возрастании длины шатуна увеличивается время нахождения поршня в верхней мёртвой точке. Как следствие, увеличивается время, в течение которого газ в цилиндре находится при высокой температуре, что ведёт к повышенному нагреву двигателя.

В настоящее время более актуальным параметром оценки ДВС является отношение хода поршня к диаметру цилиндра или наоборот. Для более быстроходных бензиновых двигателей это отношение близко к 1, на дизельных моторах ход поршня, как правило, чуть больше диаметра цилиндра.

Газораспределительный механизм

Клапаны обычно управляются через распределительный вал, вращающийся со скоростью, равной половине скорости коленчатого вала. Распределительный вал имеет несколько кулачковых механизмов, каждый из которых рассчитан так, чтобы открывать и закрывать «свой» клапан в определённое время цикла.

Во многих двигателях используются один или несколько распределительных валов, расположенных над рядом цилиндров (или над каждым рядом цилиндров). Помимо верхнего расположения распредвала часто встречается, казалось бы, забытое на легковых авто нижнее положение распредвала в блоке цилиндров. При этом кинематическая цепочка включает (снизу вверх) толкатели штанги и коромысла. Эта система, применение которой обусловлено простотой, надёжностью и компактностью, успешно себя зарекомендовала на грузовых автомобилях. Эта схема позволяет конструировать моторы с более низким центром тяжести.

Первая из описанных выше конструкций газораспределительного механизма обычно позволяет двигателям работать с бо́льшими скоростями, поскольку в этом случае имеется более короткая кинематическая цепь от кулачка к клапану.

Баланс энергии

Двигатели Отто имеют КПД около 35 % — иными словами, 35 % энергии, генерируемой при сжигании топлива, преобразуется в энергию вращательного движения выходного вала двигателя, а остальное теряется в виде тепла. Для сравнения: шеститактный двигатель может преобразовывать в полезную вращательную энергию более 50 % энергии, высвобождаемой при горении топлива.

Современные двигатели часто конструктивно имеют намеренно меньший КПД, чем они могли бы иметь. Это необходимо для уменьшения выбросов с помощью таких средств как система рециркуляции выхлопных газов и каталитический конвертер.

Уменьшению КПД можно препятствовать с помощью системы контроля двигателя (англ.), использующей технологии эффективного сжигания топлива.^[1]

Применение

Сегодня двигатели внутреннего сгорания в легковых и грузовых автомобилях, самолётах и во многих других машинах в большинстве случаев используют четырёхтактный цикл. Четырёхтактные двигатели могут быть как бензиновыми, так и дизельными.

Примечания

1. ↑ Air pollution from motor vehicles By Asif Faiz, Christopher S. Weaver, Michael P. Walsh

4 тактный двигатель: принцип работы

4 тактный двигатель является поршневым мотором внутреннего сгорания. В этих агрегатах рабочий процесс всех цилиндров занимает два кругооборота коленчатого вала. Два кругооборота коленчатого вала также можно охарактеризовать как четыре поршневых такта, от чего и произошло название четырехтактный двигатель.

Начиная с середины двадцатого века четырехтактный двигатель является самым распространенным видом поршневых моторов внутреннего сгорания.

Основные характеристики 4 тактного двигателя

1. Обмен газов происходит за счет движения рабочего поршня;
2. 4 тактный двигатель обладает газораспределительным механизмом, который позволяет переключить цилиндровую полость на впуск и выпуск;
3. Обмен газов происходит в момент отдельного полуоборота коленвала;
4. Цепная, ременная передача и шестеренчатые редукторы позволяют изменить моменты зажигания, впрыскивания бензина и привода газораспределительного механизма относительно частоты верчения коленвала.

История

Примерно 1854-1857 годов итальянцы Евгенио Барсанти и Феличче Матоци создали устройство, которое, согласно существующим сведениям, походило на 4 тактный мотор. Несмотря на это, 4 тактный мотор был запатентован только в 1861 Алфоном де Роше, поскольку изобретение итальянцев было потеряно.

В первый раз пригодный к работе 4 тактный мотор был создан немецким инженером Николаусом Отто, в честь которого четырехтактный цикл назвали циклом Отто, а применяющий свечи зажигания 4 тактный мотор – двигателем Отто.

 

 

 

4 тактный двигатель принцип работы

В двухтактном моторе смазывание коленвала, цилиндровых и поршневых пальцев, подшипника коленвала, поршня и компрессионных колец происходит путем заливки масла в бензин. 4 тактный мотор отличается тем, что в нем коленчатый вал расположен в масляной ванне. За счет этой особенности необходимость в добавлении масла или смешивании топлива попросту отсутствует. Все, что нужно сделать владельцу транспортного средства – это наполнить топливный бак бензином, после чего можно продолжать пользоваться транспортом.

Таким образом, автовладельцу становится незачем приобретать специальное масло, которое нужно для функционирования двухтактных моторов. Помимо этого, 4 тактный мотор отличается уменьшенным количеством нагара на стенах глушителя и поршневом зеркале. Еще одним важным отличием является то, что при двухтактном моторе совершается выплеск горючей смеси в выхлопную трубу – это обусловлено его устройством.

Стоит признать, что четырехтактные двигатели также обладают небольшими недостатками. К примеру, у таких двигателей повышенная длительность старта скутера с места. Также не особо качественными являются работы по регулированию клапанного теплового зазора. При этом следует отметить, что проблему с повышенной длительностью старта скутера можно решить оптимизацией опций центробежного сцепления и передачи.

 

 

 

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.

Работа 4 тактного двигателя

Как уже было сказано, работа 4 тактного двигателя состоит из двух оборотов коленвала или, еще можно сказать, четырех тактов поршня.

Работа 4 тактного двигателя происходит таким образом:

1. (впуск). Поршень продвигается в нижнюю сторону, что приводит к открытию клапана впуска. В итоге горючая смесь оказывается в цилиндре, куда она попадает из карбюратора. По достижению поршнем нижнего положения совершается закрытие клапана впуска.
2. (сжатие). Поршень передвигается в верхнюю сторону, что провоцирует сжимание горючей смеси. После того, как поршень приближается к верхней мертвой точке, совершается возгорание сжатого поршнем бензина.
3. (расширение). Происходит возгорание бензина, в результате которого он сгорает – это приводит к растяжению горючих газов и, соответственно, к движению поршня вниз (два клапана оказываются закрытыми).
4. (выпуск). По инерции коленчатый вал продолжает кругооборот вокруг своей оси, а поршень – продвигаться вверх. Вместе с этим происходит открытие клапана выпуска, откуда выхлопные газы попадают в трубу. Когда поршень доходит до верхней мертвой точки, совершается закрытие клапана впуска.

По окончанию работы 4 тактного двигателя четыре такта проходят заново.

Функционирование двухтактного агрегата

Хоть и статья не об этом, однако стоит коротко описать функционирование двухтактного двигателя с целью сравнить их. Как становится понятно из наименования, функционирование такого мотора проходит только через два такта.

 

 

1. Поршень продвигается наверх, что приводит к сжатию горючей смеси, после которого (без достижения верхней мертвой точки) она воспламеняется. По достижению поршнем верхней мертвой точки открываются окна впуска в стене цилиндра, из-за чего горючая смесь перетекает в кривошипную камеру.
2. Под действием растягивающихся газов поршень продвигается в нижнюю сторону. Пребывая в нижнем положении, поршень открывает окна впуска и выпуска. Газы попадают в трубу выхлопа, а на их месте оказывается горючая смесь.

Устройство и принцип работы четырёхтактного двигателя и двухтактного двигателя с

Преимущества четырёхтактных двигателей Б́ольшая экономичность Более чистый выхлоп (экологически чище) Не требуется сложная выхлопная система Меньший шум, вибрация Отсутствие необходимости постоянного контроля уровня масла

Преимущества двухтактных двигателей Отсутствие громоздких систем смазки и газораспределения Б́ольшая мощность в пересчёте на 1 литр рабочего объёма Проще и дешевле в изготовлении Меньший вес

Устройство и принцип работы четырёхтактного двигателя и двухтактного двигателя

---

 

 

Рабочий цикл четырёхтактного двигателя состоит из четырёх основных этапов — тактов.
Поршень — металлический стакан, опоясанный пружинящими кольцами (поршневые кольца), вложенными в канавки на поршне. Поршневые кольца не пропускают газов, образующихся при сгорании топлива, в промежутке между поршнем и стенками цилиндра. Пoршень снабжен металлическим стержнем — пальцем, соединение с шатуном. Шатун передаёт прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.

1. Впуск — четырёхтактный двигатель

В процессе впуска поршень четырёхтактного двигателя идёт из верхней мёртвой точки (ВМТ) в нижнюю мёртвую точку (НМТ). Одновременно кулачком распредвала открывается впускной клапан, — в цилиндр четырёхтактного двигателя затягивается свежая топливно-воздушная смесь.

2. Сжатие — четырёхтактный двигатель

Пoршень четырёхтактного двигателя поднимается из НМТ в ВМТ, сжимая рабочую топливную смесь. Одновременно и значительно поднимается температура горючей смеси. Отношение рабочего объёма цилиндра в НМТ и объёма камеры сгорания в ВМТ называется степенью сжатия (не путать с компрессией). Степень сжатия — очень важный параметр, обычно, чем она больше, тем больше топливная экономичность двигателя. Но, для четырёхтактного двигателя с б́ольшей степенью сжатия требуется топливо с б́ольшим октановым числом, которое дороже.

3. Сгорание и расширение (рабочий ход поршня) — четырёхтактный двигатель

Незадолго до окончания такта сжатия горючая смесь воспламеняется искрой от свечи зажигания. Во время следования поршня из ВМТ в НМТ топливо сгорает, и под действием тепла сгоревшего топлива рабочая смесь расширяется, толкая поршень. Степень «недоворота» коленчатого вала двигателя до ВМТ при поджигании смеси именуется углом опережения зажигания. Опережение зажигания необходимо для того, чтобы давление газов достигло максимальной величины когда пoршень будет находиться в ВМТ. Тогда использование энергии сгоревшего топлива будет максимальным. Скороть горения топлива практически не меняется, то есть занимает фиксированное время, следовательно чтобы достичь максимальной производительности двигателя нужно увеличивать угол опережения зажигания пропорционально уровню оборотов коленвала. В старых двигателях эта регулировка производилась механическим устройством (центробежным и вакуумным регулятором воздействующим на прерыватель). В более современных двигателях для регулировки угла используется электронное опережение зажигания.

4. Выпуск — четырёхтактный двигатель

После НМТ такта рабочего хода поршня четырёхтактного двигателя открывается выпускной клапан, и поднимающийся поршень вытесняет отработанные газы из цилиндра двигателя. При достижении поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается и четырёхтактный цикл начинается сначала.

Необходимо также помнить, что следующий процесс (например, впуск), необязательно должен начинаться в тот момент, когда закончится предыдущий (например, выпуск). Такое положение, когда открыты сразу оба клапана (впускной и выпускной), называется перекрытием клапанов. Перекрытие клапанов необходимо для лучшего наполнения цилиндра/-ов горючей смесью, а также для лучшей очистки цилиндра/-ов четырёхтактного двигателя от отработанных газов.

 

Четырехтактный двигатель скутера: 1 — цилиндр с головкой 2 — крышка головки цилиндра 3 — карбюратор 4 — впускной патрубок 5 — электростартер.

Для ещё большей наглядности посмотри видеоролик, наглядно показывающий работу четырёхтактного двигателя. На этом видео демонстрируется автомобильный четырёхцилиндровый шестнадцатиклапанный (то есть, в каждом цилиндре по два впускных и выпускных клапана, для лучшей продувки) двигатель, однако сути это не меняет.

 

 

 

---

 

 

В двухтактных двигателях все рабочие циклы (процессы впуска топливной смеси, выпуска отработанных газов, продувки) происходят в течении одного оборота коленвала (а не двух, как в четырёхтактных) за два (а не четыре) основных такта. У двухтактных двигателей отсутствуют клапаны (как в четырехтактных ДВС), их роль выполняет сам пoршень, который в процессе перемещения то закрывает, то открывает впускные, выпускные и продувочные окна. Поэтому двухтактный двигатель более прост в конструкции.

Мощность двухтактного двигателя при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения вала теоретически в два раза больше четырехтактного за счет большего в 2 раза числа рабочих тактов. Однако неполное использование хода поршня двухтактного двигателя для расширения, худшее освобождение цилиндра от остаточных газов и затраты части вырабатываемой мощности на продувку приводят практически к увеличению мощности только на 60 — 70%.

 

Итак, рассмотрим конструкцию двухтактного ДВС, показанную на рисунке 1:

Двухтактный двигатель состоит из картера, в который на подшипниках с двух сторон установлен коленчатый вал и цилиндр.

Смазка всех трущихся поверхностей и подшипников внутри двухтактных двигателей происходит за счёт топливной смеси, — смеси бензина и масла в определённой пропорции. Из рисунка 1 видно, что топливная смесь (желтый цвет) попадает и в кривошипную камеру двухтактного двигателя (полость, где закреплен и вращается коленчатый вал), и в цилиндр. Смазки там нигде нет, а если бы и была, то смылась бы топливной смесью. Вот по этой причине масло и добавляют в определенной пропорции к бензину. Тип масла используется специальный, именно для двухтактных двигателей. Оно должно быть способно выдерживать высокие температуры и, сгорая вместе с топливом, оставлять минимум зольных отложений, то есть нагара.

Теперь о принципе работы. Весь рабочий цикл в двухтактных двигателях осуществляется за два такта.

 

1. Такт сжатия — двухтактный двигатель

Пoршень двухтактного двигателя поднимается от НМТ поршня (в таком положении он находится на рис. 2) к ВМТ поршня (положение поршня на рис.3), перекрывая сначала продувочное 2, а затем выпускное 3 окна цилиндра двухтактного двигателя. После закрытия поршнем выпускного отверстия в цилиндре начинается сжатие ранее поступившего в него топливной смеси. Одновременно в кривошипной камере 1 вследствие ее герметичности и после того как пoршень перекрывает продувочные окна 2, под поршнем создается разряжение, под действием которого из карбюратора через впускное окно и открывающийся клапан поступает горючая смесь в кривошипную камеру двухтактного двигателя.

 

2. Такт рабочего хода — двухтактный двигатель

При положении поршня около ВМТ сжатая рабочая смесь (1 на рис. 3) воспламеняется электрической искрой от свечи, после этого температура и давление смеси резко подскакивают. Под действием теплового расширения газов поршень двухтактного двигателя опускается к НМТ, в это время расширяющиеся газы сгоревшей смеси совершают полезную работу, толкая поршень. В это же время, опускаясь, пoршень создает высокое давление в кривошипной камере двухтактного двигателя (сжимая топливо-воздушную смесь в ней). Под действием давления клапан закрывается, не давая таким образом горючей смеси снова попасть во впускной коллектор и затем в карбюратор.

Когда поршень двухтактного двигателя дойдет до выпускного отверстия (1 на рис. 4), оно откроется и таким образом выйдут отработавшие газы в выпускную систему, давление в цилиндре понизится. При дальнейшем перемещении пoршень открывает продувочное (впускное) окно (1 на рис. 5) и горючая смесь, сжатая в кривошипной камере, поступает по каналу (2 на рис. 5), заполняя цилиндр и одновременно продувая его от остатков отработавших газов.

Далее цикл повторяется.

Немного о принципе зажигания. Так как топливной смеси нужно время для воспламенения, искра на свече появляется чуть раньше, чем пoршень достигает ВМТ. В идеале, чем быстрей движения поршня, тем раньше должно быть зажигание, потому что пoршень от момента искры быстрее доходит до ВМТ. Существуют механические и электронные устройства, меняющие угол зажигания в зависимости от оборотов двигателя.

У большинства скутеров до 2000 г.в. таких систем не было и угол опережения зажигания был установлен в расчете на оптимальные обороты. На некоторых же скутерах, например Honda Dio ZX AF35, установлен электронный коммутатор с динамическим опережением, то есть с опережением, зависящим от оборотов коленвала. С ним расширяющаяся горючая смесь совершает работу с максимальной полезной отдачей, и двигатель развивает больше мощности.

 

 

 

 

 

 

 

Преимущества и недостатки двух- и четырехтактных двигателей.

Двухтактные преимущества

1. Меньший вес. Пример: 15 л.с. Двухтактный 36 кг четырёхтактный 45 кг.

2. Цена. Четырёхтактные двигатели сложнее в производстве, состоят из большего количества деталей, поэтому всегда дороже двухтактников.

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

4. Двухтактный двигатель живее реагирует на ручку газа. В четырёхтактных для совершения полного рабочего цикла поршню необходимо сделать 2 полных оборота в то время как в двухтактных только один. Частый вопрос: А правда ли что четырёхтактный 15 л.с. бежит быстрее чем такой же двухтактный? Ответ: нет не правда. У обоих этих двигателей мощность на валу 15 л.с. При прочих равных условиях почему один двигатель должен ехать быстрее второго?

Двухтактные недостатки

1. Больший расход топлива. Напомним, примерный расход можно высчитать по формуле: для двухтактного 300 грамм на одну лошадинную силу, для четырёхтактного 200 грамм.

2. Шумность. На максимальных оборотах двухтактные двигатели как правило работают немного громче четырёхтактных.

3. Комфорт. Четырёхтактные двигатели не так вибрируют на малых оборотах (Касается только двухцилинровых двигателей. Одноцилиндровые и двух и четырёхтактные вибрируют примерно одинаково) и не так дымят как двухтактные.

4. Долговечность. Довольно спорный пункт. Бытует мнение, что двухтактные двигатели 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 четырёхтактных двигателей где трущиеся элементы буквально плавают в масле. Но с другой стороны четырёхтактный двигатель по конструкции намного сложнее конкурента, состоит из значительно большего числа деталей, а золотой принцип механики «Чем проще тем надежнее» еще никто не отменял.

Какой же двигатель выбрать?

Взвесь все за и против изложенные выше и сделай выбор самостоятельно. Однозначного ответа на вопрос: какой из двигателей лучше ты не найдешь ни в одной из книг ни на одном из форумов. И у тех и у других типов двигателей есть свои поклонники.

 

Просмотров: 3905

Принцип работы двухтактного и четырехтактного двигателя

Изобретение двигателя внутреннего сгорания, а также применение его в разных сферах, в том числе и мото — и автотранспорте, позволило значительно упростить жизнь человеку.

Конечно, двигатели внутреннего сгорания, такими какие они есть сейчас, появились не сразу, с момента появления он постоянно совершенствуется.

Хотя на данный момент у этих двигателей лишь модернизируются те или иные составляющие, основная же концепция их остается неизменной.

Цикл работы двигателя, рабочие такты

Появившиеся очень давно двигателя внутреннего сгорания как работающие на бензине, так и дизельном топливе, и применяемые сейчас, делятся на два вида:

1. Двухтактные;
2. Четырехтактные.

Как видено из названия сводится различие принципа функционирования двигателя в количестве тактов – движений поршня, за которые он выполняет определенный цикл работ.

Для четырехтактного двигателя определено 4 такта в результате которых один поршень выполняет полный цикл – впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск.

В каждом из этих циклов в цилиндре двигателя выполняются определенные процессы. Все они направлены на достижение одной цели – обеспечение преобразования энергии сгорания топлива во вращение коленчатого вала.

Так, при такте впуска в цилиндр подается горючая смесь, состоящая из топлива и воздуха, без которого процесс горения невозможен. Причем образование и подача этой смеси у бензинового и дизельного двигателя отличаются.

Далее идет такт сжатия, при котором поступившая смесь сжимается в объеме. Делается это для того, чтобы в меньшем объеме образовалось больше горючей смеси.

 

Уменьшение объема позволяет при следующем такте обеспечить более высокое КПД при сгорании топлива.

Рабочий ход – единственный из всех тактов, при нем энергия отдается, а не забирается и для него существуют все остальные такты.

После сжатия происходит воспламенение смеси, у бензиновых двигателей – за счет искры, проскакиваемой между электродами свечи накаливания, у дизелей – за счет высокого давления, при котором смесь нагревается настолько, что воспламеняется.

При воспламенении смеси выделяется энергия, которая воздействует на поршень, заставляя его двигаться вниз, при этом выделенная от сгорания энергия передается поршнем на коленвал посредством шатуна.

Выпуск – такт, направленный на очистку полости цилиндра от продуктов горения. После очистки цикл повторяется вновь.

Из всего вышесказанного выходит, что один цикл движения поршня в цилиндре направлен только на получение одного такта – рабочего хода, все остальные такты только помогают получить его, причем для их выполнения задействуется часть энергии, которую отдает такт рабочего хода.

Каждый такт двигателя соответствует определенному движению поршня в цилиндре.

Существуют две крайние точки положения поршня, получивших название мертвых точек.

Одна из них верхняя – выше поршень уже подняться в цилиндре не может, а вторая – нижняя, при которой он ниже не опускается.

Обеспечиваются эти точки кривошипом коленчатого вала, к которому поршень присоединен шатуном.

При движении поршня от одной точки к другой, а затем наоборот, и выполняются такты. То есть, при движении поршня от нижней точки (НМТ) к верхней (ВМТ) могут выполняться два такта – сжатие и выпуск, а при движении наоборот – впуск и рабочий ход.

Имея представление о тактах, можно говорить и о типах двигателей, а их два – 2-тактный и 4-тактный.

У каждого из этих двигателей цикл производится по-разному, что влияет на их конструкцию и многие другие параметры и характеристики.

Конструкция и принцип работы 2-тактного двигателя

2-тактный двигатель нашел наибольшее распространение на малой технике (бензопилы, мотокосы), мотоциклах.

Когда-то существовали даже дизельные 2-х тактные двигатели, устанавливаемые на грузовики, к примеру, МАЗ-200.

Интересно, что описанные выше такты у любого двухтактного двигателя никуда не делись, просто они были совмещены.

В итоге это позволяет сократить полный цикл всего в один оборот колен. вала.

Так, при движении поршня от НМТ производится сразу два такта – выпуск и сжатие, а при движении от ВМТ – впуск и рабочий ход.

Достигнуть этого всего возможно при использовании окон в цилиндрах, через которые производится засасывание и перекачивание топливной смеси, а также отвод продуктов горения.

Открытие и закрытие этих окон обеспечивается самим поршнем. Чтобы соблюдалась правильность работы механизма, окна располагаются на разных уровнях в стенках цилиндра.

Чтобы было более понятно, возьмем двигатель мотоцикла «ИЖ Планета 5».

Данный мотоцикл укомплектован одноцилиндровым двухтактным мотором.

Цилиндр располагается поверх корпуса двигателя, охлаждение его воздушное, поэтому у него по окружности располагаются ребра охлаждения.

С одной стороны, к цилиндру прикреплен патрубок, идущий от карбюратора, по нему в цилиндр поступает горючая смесь.

Напротив, этого патрубка устанавливается труба отвода отработанных газов.

Вверху цилиндр прикрывает головка, в которой размещена свеча накаливания.

Внутри цилиндра располагается поршень, связанный с кривошипом коленчатого вала через шатун. Далее уже он связан со сцеплением и трансмиссией, но это пока неважно.

Для подачи топлива в надпоршневое пространство в двухтактном двигателе задействовано и подпоршневое пространство.

При движении поршня вверх в подпоршневом пространстве создается разряжение, в которое засасывается топливовоздушная смесь через впускное окно.

Подача же из подпоршневого пространства в надпоршневое производится от избыточного давления, которое возникает при движении поршня вниз.

Подача топлива производится через перепускное окно. Выпуск продуктов горения проходит через выпускное окно.

Теперь как все это работает.

Начнем с движения поршня к ВМТ. Находясь в НМТ, поршень обеспечивает открытие перепускного и выпускного окон. Избыточное давление в подпоршневом пространстве выталкивает горючую смесь в надпоршневое пространство.

Двигаясь вверх, поршень перекрывает открытые окна, в результате чего камера сгорания становится герметичной.

Доходя до ВМТ, поршень сжимает смесь далее подается искра от свечи накаливания, которая установлена в головке цилиндра.

В это время, поршень двигаясь вверх, открывает впускное окно, через которое смесь поступает в подпоршневое пространство. То есть получается, что в одном такте – движении поршня от НМТ к ВМТ происходит два действия: вначале впуск топлива, затем – сжатие.

После воспламенения топлива, выделенная при этом энергия толкает поршень вниз.

Двигаясь вниз он от ВМТ, поршень открывает сначала выпускное окно. При сгорании объем продуктов горения значительно увеличивается, поэтому они сразу начинают вырываться через это окно.

Получается, что при движении поршня вниз вначале выполняется рабочий ход, а после открытия выпускного окна – еще и такт выпуска.

Дальше при движении поршня вниз, он открывает перепускное окно и топливо начинает поступать в надпоршневое пространство – цикл начинает повторяться, при этом на выполнение всего цикла понадобилось только движение поршня сначала вверх, а затем вниз, что соответствует одному обороту колен. вала.

Принцип работы 4-тактного двигателя

Теперь о принципе работы 4-тактных двигателей. Опять же возьмем одноцилиндровый двигатель мотоцикла, но на этот раз «Honda CB 125E».

У этого мотора тоже цилиндр расположен над картером и имеет воздушное охлаждение.

Внутри цилиндра установлен поршень, связанный с коленвалом посредством шатуна. Сверху цилиндр закрыт головкой.

Конструктивной особенностью этого двигателя является наличие механизма, который обеспечивает подачу смеси и отвод продуктов горения – газораспределительный механизм.

Установлен у этого мотора он в головке блока. Суть работы этого механизма – своевременное открытие впускного и выпускного окон, которые закрыты клапанами.

Работает все по такому принципу. Вначале – такт впуска. Чтобы обеспечить этот такт, поршень должен двигаться от ВМТ вниз. При этом клапан открывает впускное окно, через которое разрежением засасывается топливо в цилиндр.

После достижения НМТ впускное окно клапаном закрывается, поршень в это время начинает двигаться вверх, начинается такт сжатия.

При этом такте оба окна закрыты, цилиндр полностью герметичен, а поршень при движении вверх сжимает горючую смесь, поступившую ранее.

При подходе поршня к ВМТ, когда смесь по максимуму сжата, производится ее воспламенение от искры свечи.

Избыточное давление при сгорании заставляет двигаться поршню вниз – происходит рабочий ход, при котором окна тоже остаются закрытыми.

После достижения НМТ, поршень начинает движение вверх, в этот момент клапан открывает выпускное окно и поршень выталкивает через него продукты горения.

В результате получается, что для выполнения тактов впуска и сжатия нужен один оборот колен. вала, а для рабочего хода и выпуска – еще один оборот.

Это были принципы работ 2-тактного и 4-тактного двигателей на примере мотоциклов.

Эти принципы используются на всех двигателях внутреннего сгорания – от моторчика авиамодели до мощного 12-цилиндрового мотора танка.

Конструктивные особенности

Помимо различий в принципе работы у этих моторов еще и существуют конструктивные особенности.

2-тактный двигатель конструктивно проще. Механизм газораспределения – это дополнительное оснащение мотора, которое усложняет конструкцию.

У 2-тактного мотора этот механизм отсутствует и его роль выполняет поршень, открывая и закрывая те или иные окна.

Помимо этого, данный двигатель не нуждается в системе смазки. Обусловлено это тем, что в процессе работы задействовано и подпоршневое пространство, где располагается колен. вал.

Но поскольку кривошипно-шатунный механизм требует смазки, то у этого двигателя она производится вместе с топливом, то есть моторное масло добавляет в топливо, и при поступлении топлива в это пространство, имеющееся масло смазывает механизм.

У 4-тактных двигателей конструкция включает и механизм газораспределения, и отдельную систему смазки.

Это значительно усложняет конструкцию, однако эти двигателя являются более приоритетными, чем двухтактные из-за ряда эксплуатационных недостатков последних.

Эксплуатационные показатели

Теперь об эксплуатационных показателях.

Литровая мощность.

Во многом 2-тактные двигатели по этим показателям лучше. Сказывается затраченная и полученная энергия на осуществление одного рабочего цикла.

У 2-тактного двигателя каждый оборот – это один полный цикл, что обеспечивает больший показатель литровой мощности – отношению объема цилиндра к выходной мощности. В среднем литровая мощность 2-тактного мотора выше, чем у 4-тактного в 1,5 раза.

Удельная мощность.

Еще один показатель, по которому 2-тактный мотор превосходит 4-тактный – это удельная мощность.

Данный показатель характеризует отношение выходной мощности к общей массе двигателя.

Проигрывая в мощностных показателях, 4-тактный двигатель лучше по показателям расхода топлива.

У него подача смеси происходит дозировано, через впускное окно, при этом выпускное – закрыто.

У 2-тактного же мотора существует момент, когда выпускное и перепускное окна оказываются открытыми, при этом поступающее топливо частично выходит через выпускное окно вместе с продуктами горения, то есть, часть топлива не участвует в процессе, а просто вылетает в атмосферу.

Смазка двигателя.

У 4-тактного мотора имеется система смазки, обеспечивающей смазку всех узлов, но при этом масло циркулирует по закрытой системе, потери его незначительны и в основном из-за износа двигателя.

Смазка 2-тактного мотора производится вместе с топливом, а значит, выполнив свою функцию масло попадает в цилиндр, где и сгорает.

Надежность моторов.

По поводу надежности конструкции этих моторов, то здесь довольно интересная ситуация.

Конструктивно 2-тактный мотор проще, а значит и надежнее. Но у 4-тактного мотора есть более совершенная система смазки, которая обеспечивает больший ресурс мотору.

Вот и получается, что оба мотора надежны, но каждый по-своему. А вот по ремонтопригодности 2-тактный мотор все-таки лучше.

Та же совместная смазка вместе с топливом у 2-тактных двигателей сказывается и на экологичности этого мотора. Сгорание масла в большей степени обеспечивает загрязнение атмосферы.

Совмещение рабочих тактов у 2-тактного двигателя сказывается на шумности работы установки, она несколько выше, чем у 4-тактного агрегата.

Зато отсутствие дополнительных систем и механизмов обеспечивает более легкую и менее металлоемкую конструкцию, что сказывается на общей массе установки.

Более сложная конструкция 4-тактной установки играет и положительную роль.

У этих моторов существует возможность модернизации системы питания, применение инжекторных систем с раздельной подачей топлива и воздуха в цилиндры, повышающих мощность и экономичность двигателей.

У 2-тактных моторов возможность совершенствования ограничена все той же смазкой вместе с топливом. Хотя попытки улучшить показатели этих моторов осуществляются постоянно.

Итог

В целом, применение до сих пор имеют оба этих мотора и вряд ли когда-либо откажутся от использования одного из них, оскольку у каждого из них имеются свои преимущества, востребованные в тех или иных условиях.

Четырехтактный двигатель — Energy Education

Рис. 1. Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания. 1: впрыск топлива, 2: зажигание, 3: расширение (работа выполнена), 4: выхлоп. ^[1]

Четырехтактный двигатель является наиболее распространенным типом двигателей внутреннего сгорания и используется в различных автомобилях (которые специально используют бензин в качестве топлива), таких как автомобили, грузовики и некоторые мотоциклы (на многих мотоциклах используется двухтактный двигатель). Четырехтактный двигатель обеспечивает один рабочий ход на каждые два цикла поршня (или четыре хода поршня).Справа (рис. 1) изображен четырехтактный двигатель, а ниже приводится дальнейшее объяснение процесса.

1. Такт всасывания: Поршень движется вниз к основанию, это увеличивает объем, позволяя топливно-воздушной смеси попасть в камеру.
2. Ход сжатия: Впускной клапан закрывается, и поршень перемещается по камере вверх. Это сжимает топливно-воздушную смесь. В конце этого такта свеча зажигания обеспечивает сжатое топливо энергией активации, необходимой для начала сгорания.
3. Power Stroke: Когда топливо достигает конца сгорания, тепло, выделяющееся при сгорании углеводородов, увеличивает давление, которое заставляет газ давить на поршень и создавать выходную мощность.
4. Такт выпуска: Когда поршень достигает дна, выпускной клапан открывается. Оставшийся выхлопной газ выталкивается поршнем по мере его движения вверх.

Тепловой КПД этих бензиновых двигателей зависит от модели и конструкции автомобиля.Однако в целом бензиновые двигатели преобразуют 20% топлива (химическую энергию) в механическую энергию, в которой только 15% будет использоваться для движения колес (остальное теряется на трение и другие механические элементы). ^[2] Одним из способов повышения термодинамической эффективности двигателей является повышение степени сжатия. Это соотношение представляет собой разницу между минимальным и максимальным объемом в камере двигателя (на рисунке 2 обозначены как ВМТ и НМТ). Более высокое соотношение позволит входить большей топливно-воздушной смеси, вызывая более высокое давление, что приводит к более горячей камере, что увеличивает тепловой КПД. ^[2]

Цикл Отто

Рисунок 2. Реальный процесс отто-цикла, происходящий в четырехтактном двигателе. ^[3] Рисунок 3. Идеальный цикл Отто. ^[4]

Диаграмма давления и объема (PV-диаграмма), которая моделирует изменения давления и объема топливно-воздушной смеси в четырехтактном двигателе, называется циклом Отто. Изменения в них будут создавать тепло и использовать это тепло для перемещения транспортного средства или машины (вот почему это тип теплового двигателя).Цикл Отто можно увидеть на Рисунке 2 (реальный цикл Отто) и Рисунке 3 (идеальный цикл Отто). Компонент в любом двигателе, который использует этот цикл, будет иметь поршень для изменения объема и давления топливно-воздушной смеси (как показано на рисунке 1). Поршень получает движение от сгорания топлива (где это происходит, объясняется ниже) и электрического наддува при запуске двигателя.

Далее описывается, что происходит на каждом этапе фотоэлектрической диаграммы, когда сгорание рабочего тела — бензина и воздуха (кислорода), а иногда и электричества, изменяет движение поршня:

Реальный шаг цикла от 0 до 1 (идеальный цикл — зеленая линия): Именуется фазой всасывания , поршень опускается вниз, чтобы объем в камере увеличился, чтобы он мог «всасывать» «топливно-воздушная смесь.С точки зрения термодинамики это называется изобарическим процессом.

Процессы с 1 по 2: На этом этапе поршень будет вытянут вверх, чтобы он мог сжимать топливно-воздушную смесь, попавшую в камеру. Сжатие приводит к небольшому увеличению давления и температуры смеси, однако теплообмен не происходит. С точки зрения термодинамики это называется адиабатическим процессом. Когда цикл достигает точки 2, это происходит, когда свеча зажигания встречает топливо, которое должно воспламениться.

Процессы 2–3: Здесь происходит горение из-за воспламенения топлива свечой зажигания. Сгорание газа завершается в точке 3, что приводит к образованию камеры с высоким давлением, которая имеет много тепла (тепловой энергии). С точки зрения термодинамики это называется изохорическим процессом.

Процессы с 3 по 4: Тепловая энергия в камере в результате сгорания используется для работы с поршнем, которая толкает поршень вниз, увеличивая объем камеры.Это также известно как двигатель с силовым током , потому что он происходит, когда тепловая энергия превращается в движение, приводящее в действие машину или транспортное средство.

Фиолетовая линия (процесс с 4 по 1 и выхлоп , фаза ): В процессе с 4 по 1 выпускной клапан открывается, и все отходящее тепло выводится из камеры двигателя. Когда тепло покидает газ, молекулы теряют кинетическую энергию, вызывая снижение давления. ^[5] Затем происходит фаза выхлопа (этап от 0 до 1), когда оставшаяся в камере смесь сжимается поршнем для «выпуска» без изменения давления.

Для дальнейшего чтения

Список литературы

1. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/dc/4StrokeEngine_Ortho_3D_Small.gif
2. ↑ ^{2,0 2,1} Р. Вольфсон, Энергия, окружающая среда и климат. Нью-Йорк: W.W. Norton & Company, 2012, стр. 106.
3. ↑ Actual and Ideal Otto Cycle — Nuclear Power », Nuclear Power, 2018. [Online]. Доступно: https://www.nuclear-power.net/nuclear-engineering/thermodynamics/thermodynamic-cycles/otto-cycle-otto -двигатель / актуальный-и-идеальный-отто-цикл /.[Доступ: 22 июня 2018 г.].
4. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: https://en.wikipedia.org/wiki/Otto_cycle#/media/File:P-V_Otto_cycle.svg
5. ↑ И. Динчер и К. Замфиреску, Современные системы производства электроэнергии. Лондон, Великобритания: Academic Press — это издание Elsevier, 2014, стр. 266.

.

Что такое четырехтактный двигатель? (с иллюстрациями)

Четырехтактный двигатель — это двигатель внутреннего сгорания. Термин , четырехтактный относится к количеству шагов в цикле, который двигатель использует для создания мощности. В этом отличие от двухтактного двигателя, в котором используется двухступенчатый цикл преобразования топлива в энергию. Двухтактный двигатель обычно используется в небольших приложениях, таких как небольшие мотоциклы, мотороллеры, снегоходы, газонокосилки и бензопилы.Четырехтактная версия обычно используется в более крупных приложениях и является наиболее распространенным типом двигателей, используемых сегодня в автомобилях.

Четырехтактные двигатели, используемые в современных автомобилях, в основном разрабатывались для гоночных автомобилей 1920-х и 1930-х годов.

Этот тип двигателя представляет собой гениальную и практичную конструкцию, на которой установлены миллионы автомобилей.Он производит большое количество энергии эффективным и действенным образом. Кроме того, он обычно меньше загрязняет окружающую среду и служит дольше, чем двухтактный двигатель. Двигатель был создан Николасом Отто в середине 1800-х годов, и в его честь его иногда называют двигателем Отто. Четыре основных хода или шага, составляющих цикл, — это впуск, сжатие, сгорание и выпуск, который иногда называют циклом Отто.

В четырехтактном двигателе свеча зажигания воспламеняет смесь топлива и воздуха.

Первый такт цикла четырехтактного двигателя состоит из фазы впуска. Во время этого хода поршень, находящийся внутри цилиндра, движется вниз. Движение вызывает открытие впускного клапана, что позволяет топливно-воздушной смеси попасть в цилиндр. Во время этого процесса создается вакуум, который втягивает топливную смесь в цилиндр.Движение поршня вниз также создает в цилиндре пространство для втягиваемого в него топлива и воздуха.

Фаза сжатия происходит, когда поршень перемещается обратно в верхнюю часть цилиндра. Движение поршня вверх сжимает топливно-воздушную смесь в цилиндре.Это важно, потому что это увеличивает давление воздуха и топлива, что служит для нагрева смеси, что, в свою очередь, обеспечивает быстрое сгорание.

Третий ход состоит из сгорания топлива. Фаза сгорания, также известная как рабочий ход, — это этап, на котором вырабатывается мощность двигателя.В большинстве четырехтактных двигателей свеча зажигания воспламеняет смесь топлива и воздуха. Сила сгорания смеси топлива и воздуха заставляет поршень снова опускаться в цилиндр.

Последний такт цикла — фаза выпуска. Когда поршень возвращается в верхнюю часть цилиндра, в цилиндре открывается выпускной клапан.Движущийся вверх поршень вытесняет сгоревший воздух и топливо. В большинстве автомобилей выхлопные газы затем направляются в выхлопную трубу, где они выходят из автомобиля.

Цилиндры, которые соединены с коленчатым валом и приводят в движение его, зажигаются вверх и вниз за счет взрыва топливно-воздушной смеси в четырехтактном двигателе..

Как работает 4-тактный двигатель

Чтобы привести ваше оборудование в действие, двигатель с верхним расположением клапанов выполняет повторяющийся четырехэтапный процесс, описанный ниже.

Элемент, обеспечивающий работу двигателей внутреннего сгорания

• Воздух
• Топливо
• Сжатие
• Искра

Шаг 1: Ход всасывания

Воздух и топливо попадают в небольшой двигатель через карбюратор. Работа карбюратора состоит в том, чтобы подавать смесь воздуха и топлива, которая обеспечивает правильное сгорание.Во время такта впуска открывается впускной клапан между карбюратором и камерой сгорания. Это позволяет атмосферному давлению нагнетать топливовоздушную смесь в канал цилиндра, когда поршень движется вниз.

>> Проблемы с производительностью? Узнайте, как устранить неполадки при ремонте карбюратора и очистить / обслужить карбюраторы двигателя малого объема.

Шаг 2: Ход сжатия

Сразу после того, как поршень переместится в нижнюю точку своего хода (нижняя мертвая точка), в отверстии цилиндра находится максимально возможная воздушно-топливная смесь.Впускной клапан закрывается, и поршень возвращается обратно в отверстие цилиндра. Это называется тактом сжатия процесса 4-тактного двигателя. Топливно-воздушная смесь сжимается между поршнем и головкой блока цилиндров.

Шаг 3: Рабочий ход

Когда поршень достигает вершины своего хода (верхней мертвой точки), он будет в оптимальной точке для воспламенения топлива и получения максимальной мощности для вашего внешнего силового оборудования. В катушке зажигания создается очень высокое напряжение.Свеча зажигания позволяет отвести это высокое напряжение в камеру сгорания. Тепло, создаваемое искрой, воспламеняет газы, создавая быстро расширяющиеся перегретые газы, которые заставляют поршень опускаться обратно в отверстие цилиндра. Это называется рабочий ход .

Шаг 4: ход выпуска

Когда поршень снова достигает нижней мертвой точки, выпускной клапан открывается. Когда поршень движется обратно по каналу цилиндра, он выталкивает отработавшие газы сгорания через выпускной клапан и из выхлопных систем.Когда поршень возвращается в верхнюю мертвую точку, выпускной клапан закрывается, а впускной клапан открывается, и процесс 4-тактного двигателя повторяется.

Для любого повторения цикла требуется два полных оборота коленчатого вала, в то время как двигатель создает мощность только во время одного из четырех тактов. Чтобы машина продолжала работать, ей нужен маховик небольшого двигателя. Рабочий ход создает импульс, который толкает маховик за счет инерции, удерживая его и коленчатый вал во время тактов выпуска, впуска и сжатия.

.

2-тактный и 4-тактный двигатель

Обновлено 14 февраля 2018 г.

Возможно, вы использовали газонокосилку, водный мотоцикл, скутер или двигатель гораздо большей мощности, например двигатель грузовика. Эти двигатели подразделяются на двухтактные и четырехтактные. Состав двигателя иногда может помочь вам определить, какая машина соответствует вашим потребностям. Чтобы понять преимущества и недостатки каждого из этих двигателей, вам необходимо знать, как они работают.

Определения

2-тактный дизельный двигатель

2-тактный двигатель Поршень совершает один ход в каждом направлении для работы данной машины.

• Такт сжатия сжимает топливо, которое затем взрывается.
• Обратный ход, называемый рабочим ходом, осуществляется за счет взорванного топлива. Он перемещает картер двигателя, выпускает выхлопные газы и впускает новое топливо и воздух для следующего хода.

Иллюстрация четырехтактного двигателя

Четырехтактный двигатель делает четыре такта для приведения в действие двигателя.

• Такт сжатия сжимает воздух и топливо.
• Рабочий ход.Сжатый воздух воспламеняется, опуская поршень, который при этом вращает коленчатый вал, а также обеспечивает достаточную энергию для выполнения трех других ходов.
• Ход выпуска. Когда поршень движется вверх, он выпускает выхлопные газы через выпускной клапан.
• Такт впуска позволяет подавать новую подачу топлива и воздуха для первого хода.

Сравнительная таблица

2-тактный двигатель	4-тактный двигатель
Его поршень совершает два хода в двигателе	Его поршень совершает четыре такта в двигателе
Громко	Тише
Менее эффективен, следовательно, не наносит вреда окружающей среде	Эффективен, следовательно, экологически безопасен
Относительно дешевле, так как у них нет клапанов	Относительно дорого из-за сложности установки клапанов
Производит высокую мощность в течение относительно короткого периода	Производят низкую мощность в течение длительного периода
Избыточное масло, необходимое для смешивания с топливом, делает их дорого обслуживать	Не требует масла в топливе

2-тактный против 4 Тактный двигатель

В чем разница между 2-тактным двигателем En джин и 4-тактный двигатель? Различия можно увидеть в количестве ходов каждого поршня и в их конструкции.

• Поршень в 4-тактном двигателе совершает четыре хода, которые приводят в движение коленчатый вал. Из-за своего веса и количества включений, приводящих в движение коленчатый вал, эти двигатели могут производить только небольшое, но устойчивое количество энергии, что идеально подходит для использования в таких вещах, как грузовики, которым необходимо преодолевать большие расстояния без остановки. Напротив, двухтактный двигатель способен производить быстрые и внезапные всплески мощности, которые не поддерживаются в течение длительного периода времени. Это делает его идеальным для использования в бензопилах и гидроциклах, которые время от времени останавливаются.
• Двухтактный двигатель проще сконструировать, поскольку в нем нет клапанов. Это делает его более легким и дешевым в производстве. Для эффективной работы четырехтактного двигателя требуются продуманные клапаны, что делает его тяжелым и дорогостоящим в сборке.
• Двухтактный двигатель не требует масляного картера. Масло, смешанное с газом, недостаточно смазывает двигатель. Поэтому вряд ли это продлится долго. Стоимость короткого срока службы и смешивания масла с его топливом делает их дорогими в долгосрочной перспективе.Четырехтактный двигатель не требует смешивания масла с газом и поэтому дешев в эксплуатации.
• Двухтактные двигатели не так эффективно сжигают топливо. По этой причине они загрязняют окружающую среду более 4-х тактных двигателей.

Видео

Вот видео, в котором освещаются основные различия между двухтактным и четырехтактным двигателем, с плюсами и минусами каждого из них:

.