Рабочий цикл четырехтактного двигателя — особенности, схема и описание. Рабочий цикл четырехкратного двигателя проходит за

Вопросы разобранные в статье

Общий принцип действия

Двигатель работает следующим образом. В камеру сгорания попадает топливная смесь, далее она сжимается под воздействием поршня. После этого смесь воспламеняется. Это приводит к расширению продуктов сгорания, они давят на поршень и выходят из цилиндра.

В двухтактных двигателях один оборот коленчатого вала совершается в два такта. Четырехтактный поршневой двигатель совершает рабочий цикл за два оборота коленчатого вала. Двигатели оснащаются ГРМ. Что это за механизм? Это элемент, который позволяет впускать топливную смесь в камеры и выпускать оттуда продукты сгорания. Обмен газов осуществляется в момент отдельного оборота коленчатого вала. Газообмен происходит за счет движения поршня.

Как работает четырехтактный двигатель

Конструктивно рабочий цикл типового четырехтактного агрегата обеспечивается работой следующих элементов:

• цилиндр;
• поршень – выполняет возвратно-поступательные движения внутри цилиндра;
• клапан впуска – управляет процессом подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания;
• клапан выпуска – управляет процессом выброса отработавших газов из цилиндра;
• свеча зажигания – осуществляет воспламенение образовавшейся топливовоздушной смеси;
• коленчатый вал;
• распределительный вал – управляет открытием и закрытием клапанов;
• ременной или цепной привод;
• кривошипно-шатунный механизм – переводит движение поршня во вращение коленчатого вала.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя
Рабочий цикл такого механизма состоит из четырех тактов, в ходе которых реализуются следующие процессы:

1. Впуск (нагнетание топлива и воздуха). В начале цикла поршень находится в ВМТ. В момент, когда коленвал начинает вращаться, он воздействует на поршень и переводит его в НМТ. Это приводит к образованию разрежения в камере цилиндра. Распредвал воздействует на клапан впуска, постепенно открывая его. Когда поршень оказывается в крайнем положении клапан полностью открыт, в результате чего происходит интенсивное нагнетание топлива и воздуха в камеру цилиндра.
2. Сжатие (увеличение давления горючей смеси). На втором этапе поршень начинает обратное перемещение к верхней мертвой точке такта сжатия. Коленвал совершает еще один поворот, а оба клапана полностью закрыты. Внутреннее давление увеличивается до величины 1,8 МПа и повышается температура горючей смеси до 600 С°.
3. Расширение (рабочий ход). При достижении верхней позиции поршнем в камере сгорания устанавливается максимальная компрессия до 5 МПа и срабатывает свеча зажигания. Это приводит к возгоранию смеси и увеличению температуры до 2500 С°. Давление и температура приводят к интенсивному воздействию на поршень, и он начинает вновь перемещаться к НМТ. Коленвал совершает еще поворот, и таким образом, тепловая энергия переходит в полезную работу. Распредвал открывает выпускной клапан, и при достижении поршнем НМТ он полностью раскрыт. В результате отработавшие газы начинают постепенно выходить из камеры, а давление и температура снижаются.
4. Выпуск (удаление отработавших газов). Коленвал двигателя поворачивается, и поршень начинает движение в верхнюю точку. Это приводит к выталкиванию отработавших газов и еще большему снижению температуры и уменьшению давления до 0,1 МПа. Далее, начинается новый цикл, в ходе которого указанные процессы вновь повторяются.

В ходе каждого такта коленчатый вал двигателя совершает поворот на 180°. За полный рабочий цикл коленвал поворачивается на 720°.

Четырехтактный двигатель получил широкое распространение. Он может работать как с бензином, так и с дизельным топливом. Отличием рабочего цикла для дизеля является то, что воспламенение топливовоздушной смеси происходит не от искры, а от высокого давления и температуры в конечной точке такта сжатия.

В четырёхтактном дизеле рабочие процессы происходят следующим образом.

Поршень движется от НМТ к ВМТ. Впускной и выпускной клапаны закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень сжимает имеющийся в цилиндре воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива.

– Такт расширения, или рабочий ход При подходе поршня к ВМТ в цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо, подаваемое топливным насосом высокого давления (ТНВД). Впрыснутое топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, самовоспламеняется и начинается процесс сгорания, характеризующийся быстрым повышением температуры и давления. Под действием давления газов поршень перемещается от ВМТ к НМТ. Происходит рабочий ход.

– Такт выпуска Поршень перемещается от НМТ к ВМТ и через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. После окончания такта выпуска при дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цикл повторяется в той же последовательности.

На этом видео показана работа реального двигателя. Камера встроена в цилиндр блока.

Рабочий цикл 4-х тактного бензинового двигателя

Итак, тема нашего занятия: «Рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя».

Цель, которая будет стоять перед нами — разобраться, из чего состоит рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя?

Я надеюсь, что ответ на этот вопрос вы найдете в течение нашего занятия.

«Ребята, как вы думаете, что такое рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя?»

Рабочий цикл четырёхтактного бензинового двигателя состоит из тактов впуска, сжатия, расширения, и выпуска (рис. 4.1).

Такт впуска. При такте впуска поршень в цилиндре перемещается от в. м.т. до н.м.т. Коленчатый вал поворачивается под действием стартера (если производится запуск двигателя) или по инерции от маховика и/или крутящего момента, создаваемого поршнями других цилиндров (если двигатель работает). Впускные клапаны при такте впуска открыты, выпускные закрыты. За счёт разрежения, создаваемого движущимся поршнем, топливно-воздушная смесь из впускного трубопровода через открытые впускные клапаны поступает в цилиндр. Разрежение в цилиндре на такте впуска может достигать 0,07 МПа. Разряжение в 0,07 МПа является существенной величиной и определяет чувствительность двигателя к негерметичности соединений, через которые в цилиндр поступает «лишний» воздух. «Лишний» воздух обедняет рабочую смесь, что приводит к неустойчивой работе двигателя, особенно на режиме холостого хода. Температура в цилиндре к концу такта впуска опускается до 130 – 100°С. Клапаны, стенки камеры сгорания и стенки цилиндров, поршни и другие детали ЦПГ охлаждаются новой порцией смеси, заполняющей цилиндр. Пройдя нижнюю мёртвую точку, поршень начинает движение к верхней мёртвой точке при такте сжатия. Такт сжатия. Поршень движется к в.м.т., но сжатие смеси начинается не тогда когда поршень начинает движение «вверх» а спустя некоторое время после этого, когда закроется впускной клапан. Время открытия и закрытия как впускных, так и выпускных клапанов, как правило, не совпадает с моментом прихода поршня в мёртвую точку. Открытие клапанов происходит раньше этого момента, а закрытие позже, что необходимо для более полного наполнения цилиндров свежей порцией горючей смеси и для лучшей очистки цилиндров от отработавших газов. Время открытия и закрытия клапанов удобно выражать в углах поворота коленчатого вала, так как угол поворота проще измерить и проконтролировать. В этом случае говорят об углах опережения открытия и углах запаздывания закрытия клапанов относительно мёртвых точек. При сжатии рабочей смеси в цилиндре растёт давление и температура, которые достигают максимума при приближении поршня к в. м.т. (8 –14 кгс/см2 и 400 — 500°С, соответственно). В конце такта сжатия (поршень не доходит до в.м.т. на 1 — 30° по углу поворота КВ) смесь в цилиндре воспламеняется от электрической искры и сгорает. Температура горения топливной смеси бензиновых двигателей может достигать 2800°С. Под воздействием температуры давление газов в цилиндре возрастает до 30 – 70 кгс/см2 и поршень начинает движение к н.м.т., совершая полезную работу, т.е. через шатун вращает коленчатый вал двигателя. Воспламенение (зажигание) рабочей смеси в камере сгорания происходит раньше прихода поршня в в.м.т. Такое зажигание называетсяранним зажиганием. Физический смысл необходимости «раннего» воспламенения смеси упрощённо сводится к следующему: Топливо необходимо сжечь к моменту прихода поршня в верхнюю мёртвую точку, для того чтобы максимальное давление газов начало действовать на поршень с началом его движения к н.м.т. В этом случае мощность двигателя будет наибольшей, а расход топлива оптимальным. Если смесь сгорает до прихода поршня в в. м.т., зажигание слишком раннее, если смесь горит при движении поршня к н.м.т. – зажигание позднее (на самом деле процесс горения смеси продолжается некоторое время при такте рабочего хода). Как при чрезмерно раннем, так и позднем зажигании, рабочие характеристики двигателя ухудшаются. Так как с увеличением оборотов коленчатого вала двигателя поршень движется быстрее, то и зажигание должно быть более ранним. Время воспламенения топливной смеси (также как и время открытия – закрытия клапанов) выражается в углах поворота коленчатого вала относительно в.м.т. и называется углом опережения зажигания. В зависимости от оборотов КВ угол опережения зажигания современных двигателей меняется в пределах от 0 до 30 и, иногда более градусов. Угол опережения зажигания, устанавливаемый для оборотов «холостого хода», называется начальным углом опережения зажигания. Такт расширения. Пройдя верхнюю мёртвую точку, поршень движется к н.м.т. под давлением расширяющихся газов. Процесс сгорания смеси начинается до прихода поршня в в. м.т. в конце предыдущего такта и длится 40 — 60° в углах поворота КВ. Впускные и выпускные клапаны закрыты, но за 45 — 60° до прихода поршня в н.м.т. начинает открываться выпускной клапан. С открытием выпускных клапанов давление в цилиндре быстро снижается до 5 – 3кгс/см2, температура к концу такта опускается до 1300 — 900°С. К моменту перехода поршнем нижней мёртвой точки выпускной клапан будет полностью открыт, а цилиндр «готов» к очистке от отработавших газов. Такт выпуска. Двигающийся к верхней мёртвой точке поршень, через выпускные клапаны, вытесняет отработавшие газы в систему выпуска двигателя. Вследствие сопротивления выпускной системы и ряда других факторов, часть отработавших газов остаётся в цилиндре и участвует при последующем такте впуска в смесеобразовании, часть газов на впуске искусственно возвращается в цилиндр (рециркулируется), с целью снижения содержания в отработавших газах окислов азота. Давление в конце такта выпуска немногим больше атмосферного, температура опускается до 400 — 300°С. За 9 — 40° до прихода поршня в в.м.т. открывается впускной клапан. Выпускной клапан при этом продолжает быть открытым вплоть до начала очередного такта впуска, и некоторое время спустя, после того как поршень начнёт движение «вниз». Угол поворота кривошипа коленчатого вала, при котором впускной и выпускной клапаны одновременно приоткрыты, называется углом перекрытия клапанов. Моменты открытия и закрытия клапанов, выраженные в углах поворота коленчатого вала относительно мёртвых точек, называют фазами газораспределения. Фазы газораспределения «среднестатистического» бензинового двигателя, в виде круговой диаграммы, показаны на рис. 4.2.

При дальнейшем вращении КВ, рассмотренные нами такты будут чередоваться в той же последовательности. Как мы видим, протекание того или иного такта в цилиндре двигателя зависит от положения клапанов (открыты или закрыты) и направления движения поршня. Например, такт впуска возможен, если поршень движется вниз, впускные клапаны открыты, а выпускные закрыты. За своевременное открытие – закрытие клапанов «отвечает» распределительный вал, за направление движения поршней – коленчатый вал. Для обеспечения рабочего цикла двигателя работа кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов должна быть синхронизирована. «Синхронизация» обеспечивается установкой коленчатого и распределительного валов в «стартовую позицию» по специальным меткам, выбитым на шкивах валов и корпусных деталях двигателя и получившим название — «метки фаз газораспределения». Если метки фаз газораспределения, по каким либо причинам не совпадают (например, при сборке двигателя механик не обеспечил правильную установку валов) двигатель будет работать неустойчиво или попросту не заведётся. В худшем случае может произойти поломка двигателя из-за «встречи» (столкновения) клапана и поршня. Типовое расположение меток на шкивах коленчатых и распределительных валов показано на рис. 4.3.

История

Первое устройство, напоминающее четырехтактный мотор, изобрели Феличче Матоци и Евгений Барсанти. Но данное изобретение невероятным образом утеряли. Лишь в 1861 году похожий агрегат запатентовали.

А первый пригодный к использованию двигатель разработал инженер из Германии Николаус Отто. Мотор получил имя изобретателя, а рабочий цикл четырехтактного двигателя также носит имя этого инженера.

Двухтактный двигатель.

Двухтактный и четырехтактный цикл схожи лишь тем, что в них присутствует сжатие и расширение рабочего тела. Такты наполнения топливом двигателя и его последующей очистки от продуктов сгорания заменены продувкой двигателя вблизи НМТ положения поршня. А весь рабочий цикл укладывается в течение одного оборота коленвала.

Если говорить о двухтактном цикле, то он делится на следующие такты: изначально, поршень поднимается вверх, сжимая рабочую смесь в цилиндре, а также создавая разрежение в кривошипной камере. Клапан впускного коллектора открывается от воздействия этого разряжения, и новая порция горючей смеси (зачастую с добавлением масла) втягивается в кривошипную камеру. При опускании поршня вниз закрывается клапан в кривошипной камере, а также повышается давление. В остальном же: поджег, сгорание топлива, и расширение рабочего тела происходят идентично, как и в четырехтактных двигателях. Но есть один нюанс, в момент, когда поршень опускается, примерно за 60° до НМТ открывается выпускное окно (поршень перестает его перекрывать). Выхлопные газы, находящиеся под большим давлением, устремляются в выпускной коллектор через это окно. Немного позже, поршень открывает и впускное окно, которое расположено со стороны впускного коллектора. Новая порция топлива из кривошипной камеры, попадает в рабочий объем цилиндра, под воздействием опускающегося поршня, и вытесняет оставшиеся отработанные газы. При этом, небольшая часть рабочей смеси попадает в выпускной коллектор, однако на обратном ходе поршня она втягивается обратно в кривошипную камеру.

Основные отличия четырехтактных моторов

В двухтактном двигателе поршневые и цилиндровые пальцы, коленчатый вал, подшипники и компрессионные кольца смазываются за счет масла, которое доливают в топливо. В четырехтактном моторе все узлы установлены в масляной ванне. Это существенное отличие. Поэтому в четырехтактном агрегате нет необходимости смешивать масла и бензин.

Преимущества системы заключаются в том, что на зеркале в цилиндрах и на стенках глушителя количество нагара значительно меньше. Еще одно отличие – в двухтактных двигателях в выхлопную трубу попадает горючая смесь.

Работа двигателя

Вне зависимости от типа мотора, принцип его работы аналогичен. Сегодня существуют карбюраторные моторы, дизельные, инжекторные. Во всех моделях происходит один и тот же рабочий цикл четырехтактного двигателя. Давайте подробно рассмотрим, какие же процессы работают внутри мотора и заставляют его приходить в движение.

Четырехтактный цикл – это последовательность из четырех рабочих тактов. За начало обычно принимается такт, когда в камеры сгорания попадает горючая смесь. Хоть за время его течения в двигателе проходят и другие действия, обозначаемый такт – это один рабочий процесс. К примеру, такт сжатия – это не только сжатие. В этот период смесь перемешивается в цилиндрах, начинается формирование газа, она воспламеняется.

То же самое можно сказать и о других этапах работы двигателя. Самое важное здесь то, что разные процессы для лучшего понимания и упрощения рабочего цикла четырехтактного двигателя раскладывают лишь на четыре такта.

Особенности работы двухтактных моторов

Основой того, чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного, можно назвать тот факт, что в первом за один рабочий цикл коленвал совершает два оборота, а во втором весь рабочий цикл укладывается в один оборот коленвала (360°). Поршень при этом совершает лишь два хода. Процессы, происходящие в камере сгорания в течение рабочего цикла у двухтактного мотора, не отличаются от четырехтактных, но впуск горючей смеси и выпуск отработавших газов выполняются одновременно с тактами сжатия и расширения.

Процесс одновременного удаления отработавших газов и нагнетания в цилиндр свежего заряда, происходящий в двухтактном двигателе, получил название продувка.

Принцип работы простейшего двухтактного двигателя заключается в следующем:

1. Такт сжатия. В начале цикла поршень находится в НМТ и движется в положение ВМТ такта сжатия. При этом происходит перекрытие окна продувки (впуска), а затем канала выпуска. В момент, когда поршень закрывает окно выпуска, начинается сжатие горючей смеси, и в пространстве под поршнем возникает разрежение. Это обеспечивает нагнетание топлива в камеру через приоткрытый клапан впуска.
2. Такт расширения (рабочего хода). Когда поршень приближается к ВМТ, происходит срабатывание свечи зажигания, и горючая смесь воспламеняется. Это провоцирует резкое повышение давления и температуры, в результате чего поршень начинает движение вниз. Таким образом, газы совершают полезную работу, а поршень при движении к НМТ увеличивает компрессию топливовоздушной смеси. С ростом давления клапан начинает закрываться и препятствует попаданию горючей смеси во впускной коллектор. При достижении поршнем выпускного окна, происходит открытие последнего, и отработавшие газы удаляются в систему выхлопа. Давление в камере снижается, а дальнейшее движение поршня открывает канал продувки и топливовоздушная смесь подается в камеру, вытесняя отработавшие газы.

В зависимости от того, как реализована система продувки в устройстве двухтактного двигателя, их разделяют на разные типы:

• С контурной кривошипно-камерной продувкой. Горючая смесь подается в камеру цилиндра напрямую из картера двигателя. При этом она всасывается в момент движения поршня к ВМТ, а при движении поршня к НМТ обеспечивается продувка за счет избыточного давления.
• С клапанно-щелевой продувкой. Применяется для одноцилиндровых двигателей. Газораспределение реализуется путем перекрытия окон, выполненных в стенке цилиндра.
• С прямоточной продувкой. В такой конструкции впуск выполняется через специальные продувочные окна, выполненные по окружности цилиндра в его нижней части. В свою очередь, выпуск реализуется через выхлопной клапан.
• С использованием продувочных насосов. Применяется на многоцилиндровых двухтактных двигателях. При этом воздух для продувки сжимается специальным компрессором.

В отличие от четырехтактного, двухтактный двигатель не имеет системы газораспределения. Не требуют такие конструкции и организации сложной системы смазки. С другой стороны, четырехтактные моторы более экономичны по расходу топлива, а также меньше подвержены вибрации и обеспечивают более чистый выхлоп.

Впуск

Итак, в камере сгорания силового агрегата циклы преобразований энергии начинаются с реакции горения топливной смеси. При этом поршень находится в самой верхней своей точке (положение ВМТ), а затем движется вниз. В результате в камере сгорания двигателя возникает разрежение. Под его воздействием горючая жидкость всасывает топливо. Впускной клапан при этом находится в открытом положении, а выпускной закрыт.

Когда поршень начинает движение вниз, то над ним увеличивается объем. Это и вызывает разрежение. Оно составляет примерно 0,071-0,093 МПа. Таким образом, в камеру сгорания попадает бензин. В инжекторных двигателях топливо впрыскивается форсункой. После поступления смеси в цилиндр ее температура может составлять 75 до 125 градусов.

То, как сильно цилиндр будет заполнен топливной смесью, определяют по коэффициентам заполнения. Для двигателей с карбюраторной системой питания данный показатель составит от 0,64 до 0,74. Чем выше значение коэффициента, тем более мощный мотор.

Эксплуатационные показатели в сравнении

Сопоставляя двухтактный двигатель и четырехтактный двигатель, разницу между ними можно заметить не только в устройстве, но и в эксплуатационных характеристиках. Сравнивать их можно по следующим показателям:

• литровая мощность;
• удельная мощность;
• экономичность;
• экологичность;
• шумность;
• ресурс работы;
• простота обслуживания;
• вес;
• цена.

Литровой называется мощность, снимаемая с литра объёма цилиндра. Теоретически она должна быть в два раза больше у двухтактного. Однако на деле этот показатель составляет 1,5−1,8. Сказывается неполное использование рабочего хода газов, затраты энергии на продувку, неполное сгорание и потери топлива.

Первый такт — впуск.

Поршень перемещается с ВМТ в НМТ. Освобождающаяся над поршневая полость цилиндра заполняется горючей смесью через открытый впускной клапан из-за возникающего разрежения. Горючая смесь, поступая в цилиндр, смешивается с остатками отработавших газов от предыдущего цикла, образует рабочую смесь. В конце такта давление в цилиндре составляет 0,07—0,95 МПа, температура — 350—390 К, коэффициент наполнения цилиндра — 0,6—0,7.

Рабочий ход

Это третий такт рабочего цикла четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. Он самый важный в работе силового агрегата. Именно на данном этапе работы двигателя энергия от сгорания топлива преобразуется в механическую, заставляющую вращаться коленчатый вал.

Когда поршень находится в позиции, близкой к ВМТ, еще в процессе сжатия топливная смесь принудительным образом воспламеняется от свечи зажигания двигателя. Топливный заряд сгорает очень быстро. Еще до начала этого такта сгоревшие газы имеют максимальное значение давления. Эти газы являются рабочим телом, сжатым в небольшом объеме камеры сгорания двигателя. Когда поршень начнет двигаться вниз, газы начинают интенсивно расширяться, высвобождая энергию.

Среди всех тактов рабочего цикла четырехцилиндрового двигателя именно этот самый полезный. Он функционирует на нагрузку агрегата. Только на этом этапе коленвал получает разгонное ускорение. Во всех прочих мотор не вырабатывает энергию, а потребляет ее от того же коленчатого вала.

Основы работы и конструкции двигателя

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя

В отличие от дизеля у карбюраторного двигателя воздух и топливо поступают в цилиндр одновременно в виде горючей смеси, приготовленной карбюратором.

Воспламенение горючей смеси происходит от искры, которая образуется в искровой свече зажигания, установленной в головке цилиндра.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя протекает следующим образом.

Впуск. Поршень перемещается вниз. Впускной клапан открыт. Вследствие разрежения внутрь цилиндра через впускной канал поступает горючая смесь, которая перемешивается с остаточными газами, в результате чего образуется рабочая смесь.

Сжатие. Поршень движется вверх. Впускной и выпускной клапаны закрыты.

Объем над поршнем уменьшается, и рабочая смесь сжимается, благодаря чему улучшается испарение и перемешивание паров бензина с воздухом. К концу такта давление достигает 1,0… 1,2 МПа, а температура — 350… 400°С.

Рабочий ход или сгорание и расширение. Оба клапана закрыты. В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется от искры.

Поршень под действием давления расширяющихся газов перемещается от в.м.т. к н.м.т. Давление газов достигает 2,5…4,0 МПа, а температура доходит до 2300°С.

Выпуск

После совершения газами полезной работы они должны выйти из цилиндра, чтобы освободилось место для новой порции горюче-воздушной смеси. Это последний такт в рабочем цикле четырехтактного двигателя.

Газы на этом этапе находятся под давлением, существенно превышающем атмосферное. Температура к концу такта снижается примерно до 700 градусов. Коленвал посредством шатуна двигает поршень к ВМТ. Далее открывается выпускной клапан, газы выталкиваются в атмосферу через выхлопную систему. Что касается давления, то оно высокое только в самом начале. В конце такта оно снижается до 0,120 МПа. Естественно, полностью избавиться от продуктов сгорания в цилиндре невозможно. Поэтому они при следующем такте впуска смешиваются с топливной смесью.

Такт расширения газов в дизельном двигателе

Когда поршень дизельного двигателя еще не дошел до верхней точки примерно на 30 градусов по коленвалу, ТНВД через форсунку подает в цилиндр топливо под высоким давлением. Значение в 18 МПа необходимо, чтобы горючее могло тонко распыляться и распределиться по всему объему в цилиндре.

Далее топливо под действием высоких температур воспламеняется и быстро сгорает. Поршень движется к нижней точке. Температура внутри цилиндра в этот момент составляет около 2000 градусов. К концу такта температура снижается.

Описание рабочего цикла четырехтактного двс

На автомобилях устанавливают поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС), у которых топливо сгорает внутри цилиндра. В основу их действия положено свойство газов расширяться при нагревании. Рассмотрим принцип устройства и работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС), а также его рабочие циклы.

Рабочим циклом двигателя называется периодически повторяющийся ряд последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу. Если рабочий цикл совершается за два хода поршня, т.е. за один оборот коленчатого вала, то такой двигатель называется двухтактным.

Автомобильные двигатели работают, как правило, по четырехтактному циклу, который совершается за два оборота коленчатого вала или четыре хода поршня и состоит из тактов впуска, сжатия, расширения (рабочего хода) и выпуска.

• Принцип работы ДВС (для просмотра нажмите на кнопку иллюстрации – Фото 2-5

Крайние положения поршня, при которых он наиболее удален от оси коленчатого вала или приближен к ней, называются верхней и нижней «мертвыми» точками (ВМТ и НМТ). Подробнее в статье “как устроены бензиновые и дизельные двигатели”.

Впуск. По мере того, как коленчатый вал двигателя делает первый полуоборот, поршень перемещается от ВМТ к НМТ, впускной клапан открыт, выпускной клапан закрыт. В цилиндре создается разряжение, вследствие чего свежий заряд горючей смеси, состоящий из паров бензина и воздуха, засасывается через впускной газопровод в цилиндр и, смешиваясь с остаточными отработавшими газами, образует рабочую смесь.

Сжатие. После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем вращении коленчатого вала (второй полуоборот) поршень перемещается от НМТ к ВМТ при закрытых клапанах. По мере уменьшения объема температура и давление рабочей смеси повышаются.

Расширение или рабочий ход. В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется от электрической искры и быстро сгорает, вследствие чего температура и давление образующихся газов резко возрастает, поршень при этом перемещается от ВМТ к НМТ. В процессе такта расширения шарнирно связанный с поршнем шатун совершает сложное движение и через кривошип приводит во вращение коленчатый вал.

При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при третьем полуобороте коленчатого вала называют рабочим ходом. В конце рабочего хода поршня, при нахождении его около НМТ открывается выпускной клапан, давление в цилиндре снижается до 0.3 – 0.75 МПа, а температура до 950 – 1200оС.

Выпуск. При четвертом полуобороте коленчатого вала поршень перемещается от НМТ к ВМТ. При этом выпускной клапан открыт, и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосферу через выпускной газопровод.

В отличие от бензинового двигателя, при такте “впуск” в цилиндры дизеля поступает чистый воздух. Во время такта “сжатие” воздух нагревается до 600оС. В конце этого такта в цилиндр впрыскивается определенная порция топлива, которое самовоспламеняется.

Как протекает рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя?

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя

Рабочий цикл (рис. 2, а) совершается за два оборота коленчатого вала. Цикл состоит из пяти процессов: впуска, сжатия, горения, расширения и выпуска. Эти пять рабочих процессов происходят за четыре хода поршня и составляют четыре такта: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Рабочий ход состоит из двух рабочих процессов – горения и расширения. Остальные такты состоят каждый из одного рабочего процесса.

Впуск – это процесс заполнения цилиндра двигателя свежим зарядом (горючей смесью). Поршень движется от в. м. т. к н. м. т. Объем над поршнем увеличивается. В цилиндре создается разрежение, и через открытый впускной клапан цилиндр заполняется горючей смесью, которая внутри цилиндра смешивается с продуктами сгорания, оставшимися от предыдущего цикла. Так образуется рабочая смесь.

Когда коленчатый вал повернется на 180°, цилиндр заполнится рабочей смесью, впускной клапан закроется и впуск закончится. В конце впуска давление в цилиндре двигателя меньше атмосферного (0,70 – 0,85 кг/см 2 ). Это объясняется наличием сопротивлений, которые встречают на своем пути воздух при прохождении через воздушный фильтр и горючая смесь при прохождении через карбюратор, трубопроводы и клапаны.

При создании двигателей стремятся повысить давление рабочей смеси в конце впуска, так как, чем выше давление, тем больше вес свежего заряда, тем лучше наполнение цилиндра, тем больше развиваемая двигателем мощность. Соприкасаясь с нагретыми частями двигателя и продуктами сгорания, горючая смесь нагревается, и в конце впуска температура ее достигает 70 – 130° С. Это обеспечивает хорошее испарение бензина. Но чем выше температура рабочей смеси, тем меньше ее удельный вес. Поэтому температуру рабочей смеси нельзя чрезмерно повышать во избежание уменьшения мощности двигателя. Кроме того, повышение температуры рабочей смеси при впуске может вызвать ее самовоспламенение во время такта сжатия.

Сжатие – процесс уменьшения объема рабочей смеси в цилиндре, в результате которого быстрее и полнее сгорает рабочая смесь, повышается экономичность и мощность двигателя. Поршень движется от н. м. т. к в. м. т. при закрытых клапанах и сжимает рабочую смесь.

К концу сжатия давление в цилиндре возрастает до 7 – 12 кг/см 2 , а температура – до 350 – 400° С. Повышение температуры и давления определяется степенью сжатия. Степень сжатия – это отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Чем выше степень сжатия, тем выше давление и температура в конце сжатия.

Но величина степени сжатия ограничивается свойствами применяемого в двигателе горючего, его антидетонационными качествами. Чем выше октановое число бензина, тем выше допускаемая степень сжатия. Современные двигатели имеют степень сжатия 6 – 7,5, и только двигатели легковых автомобилей высокого класса, работающие на специальных бензинах, имеют более высокую степень сжатия. Несоответствие степени сжатия антидетонационным качествам бензина приводит к возникновению детонации.

Некоторого повышения допустимой величины степени сжатия при том же октановом числе бензина добиваются увеличением числа оборотов коленчатого вала, выбором рациональной формы камеры сгорания и уменьшением рабочего объема цилиндров двигателя.

Горение – превращение химической энергии горючего в тепловую. Сгорание рабочей смеси в карбюраторном двигателе происходит взрьтоподобно, фронт пламени распространяется со скоростью 20 – 40 м/сек. Такая скорость сгорания обеспечивает резкое повышение давления и температуры газов в цилиндре двигателя: давление возрастает до 25 – 40 кг/см 2 , а температура – до 2200- 2500° С. В карбюраторном двигателе смесь воспламеняется от электрической искры, проскакивающей между электродами искровой зажигательной свечи.

Расширение – процесс увеличения объема продуктов сгорания в цилиндре двигателя. При этом тепловая энергия, выделившаяся при сгорании рабочей смеси, превращается в механическую работу.

При расширении поршень движется от в. м. т. к н. м. т., объем над поршнем возрастает, температура и давление газов падают. В конце расширения давление равно 3 – 5 кг/см 2 , а температура – 1200 – 1500° С.

Выпуск – процесс удаления продуктов сгорания (отработавших газов) из цилиндра двигателя. Поршень движется от н. м. т. к в. м. т., выпускной клапан открыт, и газы с большой скоростью выталкиваются из цилиндра. Давление в конце выпуска равно 1,1 – 1,2 кг/см 2 , а температура – 700 – 800° С. Избыточное давление отработавших газов объясняется сопротивлением, которое оказывают им выпускной клапан, трубопроводы и глушитель шума выпуска. Абсолютно полная очистка цилиндра невозможна, в нем всегда остается некоторое количество продуктов сгорания (в объеме камеры сгорания), смешивающихся с горючей смесью в процессе впуска.

Полезная механическая работа совершается двигателем только в течение одного такта – рабочего хода. Остальные три такта – выпуск, впуск и сжатие – называются подготовительными и совершаются за счет кинетической энергии маховика, вращающегося по инерции в промежутках между рабочими ходами. Если двигатель имеет несколько цилиндров, работающих в определенном порядке, то подготовительные такты в одних цилиндрах совершаются за счет энергии, развиваемой в других цилиндрах.

Порядок работы

Описанные этапы составляют рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя. Нужно понимать, что каких-либо строгих соответствий между тактами и процессами в поршневых двигателях нет. Это легко объяснить тем, что при эксплуатации силового агрегата фазы газораспределительного механизма и то, в каком состоянии находятся клапаны, будет накладываться на движения поршней в различных моторах совершенно по-разному.

В любом цилиндре рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя протекает именно таким образом. Каждая камера сгорания в двигателе нужна для вращения единственного коленчатого вала, воспринимающего усилие от поршней.

Это чередование называют порядком работы. Такой порядок задается на этапе конструирования силового агрегата через особенности распределительного и коленчатого валов. Он не изменяется в процессе эксплуатации механизма.

Реализация порядка работы осуществляется чередованием искр, которые поступают на свечи от системы зажигания. Так, четырехцилиндровый мотор может работать в следующих порядках – 1, 3, 4, 2 и 1, 2, 4, 3.

Узнать порядок, в котором работают цилиндры двигателя, можно из инструкции к автомобилю. Иногда порядок работы указан на корпусе блока.

Вот как протекает рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя или любого другого. Система питания никак не влияет на принцип действия агрегата. Разница лишь в том, что карбюратор – это механическая система питания, имеющая определенные недостатки, а в случае с инжекторами этих недостатков в системе нет.

Такт сжатия в дизельном двигателе

На данном этапе работы поршень в камере сгорания идет по направлению вверх к ВМТ. Оба клапана в двигателе автомобиля находятся в закрытом состоянии. В результате работы поршня воздух в цилиндре сжимается. Степень сжатия в дизельном двигателе более высокая, чем в бензиновых моторах, а давление внутри цилиндра может достигать 5 МПа. Сжатый воздух существенно нагревается. Температуры могут достигать 700 градусов. Это нужно, чтобы воспламенилось топливо. Оно на дизельных моторах подается через форсунки, установленные на каждом цилиндре. В зимнее время в работе участвуют свечи накаливания. Они предварительно подогревают холодную смесь. Таким образом мотор легче запускается в зимнее время. Но такая система есть не на всех авто.

Источники

• https://lom-s.ru/obuchenie/rabochij-cikl-4-taktnogo-dvigatelya.html
• https://AvtoKart.ru/opyt-i-sovety/vpusk-szhatie-rabochij-hod-vypusk.html
• https://dlobal.ru/rabochij-tsikl-karbyuratornogo-chetyrehtaktnogo-dvigatelya/
• https://avto-layn.ru/obuchenie/rabochij-cikl-chetyrehtaktnogo-dvigatelya.html
• https://garage-mo.ru/sovety/rabochij-cikl-chetyrehtaktnogo-karbyuratornogo-dvigatelya-2.html
• https://toyota-chr2.ru/sovety/cikly-dvs.html
• https://mbmsystems.ru/dvigatel/kak-protekaet-rabochij-tsikl-chetyrehtaktnogo-karbyuratornogo-dvigatelya. html

Принцип работы 2х тактного и 4х тактного двигателей

Каталог продукции
Лодочные моторы и лодки Принцип работы 2х тактного и 4х тактного двигателей

При выборе силового оборудования необходимо уделить особое внимание типу двигателя. Существует два типа двигателей внутреннего сгорания: 2-х тактный и 4-х тактный.

Принцип действия двигателя внутреннего сгорания основан на использовании такого свойства газов, как расширение при нагревании, которое осуществляется за счет принудительного воспламенения горючей смеси, впрыскиваемой в воздушное пространство цилиндра.

Зачастую можно услышать, что 4-х тактный двигатель лучше, но чтобы понять, почему, необходимо более подробно разобрать принципы работы каждого.

Основными частями двигателя внутреннего сгорания, независимо от его типа, являются кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы, а также системы, отвечающие за охлаждение, питание, зажигание и смазку деталей.

Передача полезной работы расширяющегося газа осуществляется через кривошипно-шатунный механизм, а за своевременный впрыск топливной смеси в цилиндр отвечает механизм газораспре6деления.

Четырехтактные двигатели — выбор компании Honda

Четырехтактные двигатели экономичные, при этом их работа сопровождается более низким уровнем шума, а выхлоп не содержит горючей смеси и значительно экологичней чем у двухтактного двигателя.  Именно поэтому компания Honda при изготовлении силовой техники использует только четырехтактные двигатели. Компания Honda уже многие годы представляет свои четырехтактные двигатели на рынке силовой техники и добилась высочайших результатов, при этом их качество и надежность ни разу не подвергались сомнению. Но всё же, давайте рассмотрим принцип работы 2х и 4х тактных двигателей.

Принцип работы двухтактного двигателя

Рабочий цикл 2-х тактного двигателя состоит из двух этапов: сжатие и рабочий ход.

Сжатие. Основными положениями поршня являются верхняя мертвая точка (ВМТ) и нижняя мертвая точка (НМТ). Двигаясь от НМТ к ВМТ, поршень поочередно перекрывает сначала продувочное, а затем выпускное окно, после чего газ, находящийся в цилиндре, начинает сжиматься. При этом через впускное окно в кривошипную камеру поступает свежая горючая смесь, которая будет использована в последующем сжатии.

Рабочий ход. После того, как горючая смесь максимально сжата, она воспламеняется при помощи электрической искры, образуемой свечой. При этом температура газовой смеси резко возрастает и объем газа стремительно растет, осуществляя давление, при котором поршень начинает движение к НМТ. Опускаясь, поршень открывает выпускное окно, при этом продукты горения горючей смеси выбрасываются в атмосферу. Дальнейшее движение поршня приводит к сжатию свежей горючей смеси и открытию продувочного отверстия, через которое горючая смесь поступает в камеру сгорания.

Основным недостатком двухтактного двигателя является большой расход топлива, причем часть топлива не успевает принести пользу. Это связано с наличием момента, при котором продувочное и выпускное отверстие одновременно открыты, что приводит к частичному выбросу горючей смеси в атмосферу. Еще идёт постоянный расход масла, так как 2х тактные двигатели работают на смеси бензина и масла. Очередное неудобство — в необходимости постоянно готовить топливную смесь. Главными преимуществами двухтактного двигателя остаются его меньшие размеры и вес по сравнению с 4х тактным аналогом, но размеры силовой техники позволяют использовать на них 4х тактные двигатели и испытывать намного меньше хлопот в ходе эксплуатации. Так что уделом 2х тактных моторов осталось различное моделирование, в частности, авиамоделирование, где даже лишних 100г имеют значение. 

Принцип работы четырехтактного двигателя

Работа четырехтактного двигателя значительно отличается от работы двухтактного. Рабочий цикл четырехтактного двигателя состоит из четырех этапов: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск, что стало возможным за счет применения системы клапанов.

Во время впускного этапа поршень двигается вниз, открывается впускной клапан, и в полость цилиндра поступает горючая смесь, которая при смешении с остатками отработанной смеси образует рабочую смесь.

При сжатии поршень движется от НМТ к ВМТ, оба клапана закрыты. Чем выше поднимается поршень, тем выше давление и температура рабочей смеси.

Рабочий ход четырехтактного двигателя представляет собой принудительное движение поршня от ВМТ к НМТ за счет воздействия резко расширяющейся рабочей смеси, воспламененной искрой от свечи. Как только поршень достигает НМТ, открывается выпускной клапан.

Во время выпускного этапа продукты сгорания, вытесняемые поршнем, движущимся от НМТ к ВМТ, выбрасываются в атмосферу через выпускной клапан.

За счет применения системы клапанов четырехтактные двигатели внутреннего сгорания более экономичны и экологичны — ведь выброс неиспользованной топливной смеси исключен. В работе они значительно тише, чем 2х тактные аналоги, и в эксплуатации намного проще, ведь работают на обычном АИ-92, которым вы заправляете свою машину. Нет необходимости в постоянном приготовлении смеси масла и бензина, ведь масло в данных двигателях заливается отдельно в масляный картер, что значительно уменьшает его потребление. Вот именно поэтому компания Honda производит только 4х тактные двигатели и достигла в их производстве колоссальных успехов.

Принцип работы 2-х и 4-х тактных двигателей

Чем четырехтактный мотор лучше двухтактного?

Для начала рассмотрим устройство двигателей внутреннего сгорания.

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

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

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

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

По материалам сайта airbase.ru

Преимущества и недостатки двух и четырех тактных ЛОДОЧНЫХ моторов.

Двухтактные преимущества

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

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

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

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

Двухтактные недостатки

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

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

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

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

Какой же лодочный мотор выбрать? 

Взвесьте все за и против изложенные выше и сделайте выбор самостоятельно. Однозначного ответа на вопрос: какой из моторов лучше Вы не найдете ни в одной из книг ни на одном из форумов. И у тех и у других типов двигателей есть свои поклонники. Личное мнение автора: мотор до 40 л.с. должен быть 2-х тактным, а свыше 40 л.с. — четырехтактником.

Выберите свой лодочный мотор Тохатсу!

Четырехтактный двигатель. Работа четырехтактного двигателя

В цилиндре четырехтактного поршневого двигателя циклическая последовательность энергетических преобразований начинается с реакции горения ТВ-заряда, когда поршень находится в ВМТ. В результате сгорания химическая энергия топлива переходит в тепловую энергию сильно сжатых газов.

Так в камере сгорания образуется газообразное рабочее тело теплового двигателя. Далее тепловая энергия рабочего тела за счет его интенсивного расширения переходит в механическую работу по перемещению поршня из ВМТ в НМТ. Следующим этапом преобразований является кинематическое превращение линейного перемещения поршня в возвратно-поступательное его движение и получение вращательного движения на выходном валу двигателя. Это преобразование реализуется с помощью кривошипно-шатунного механизма, коленчатого вала и его маховика. При этом сам коленчатый вал и навешенные на него детали (массы) получают значительный импульс движения, за счет которого совершается полезная работа двигателя, а поршень переходит через НМТ и начинает обратное движение к ВМТ.

Эта часть энергетического цикла соответствует рабочему такту двигателя «рабочий ход» и заканчивается в НМТ. С этого момента (от нижней мертвой точки) на полезную нагрузку одноцилиндрового двигателя и на последующие вспомогательные процессы энергетических преобразований начинает работать кинетическая энергия инерционных масс коленчатого вала, ранее разогнанных рабочим ходом поршня. Вслед за процессом «рабочий ход» в любом поршневом двигателе должны быть выполнены два насосных процесса: выпуск отработавших газов и впуск свежего топливовоздушного заряда.

В четырехтактном одноцилиндровом двигателе такты выпуска, впуска и сжатия реализуются инерционным вращением коленвала с массивным маховиком (тремя ходами поршня между НМТ и ВМТ). В многоцилиндровом двигателе поршни поочередно работают на один общий коленвал, и процессы выпуска, впуска и сжатия в цилиндре реализуются не только инерционным вращением коленвала, но и рабочими ходами поршней в других цилиндрах, на выполнение насосных процессов затрачивается часть энергии рабочего хода.

Чем продолжительнее насосные процессы в общей продолжительности рабочего цикла, тем ниже КПД двигателя. Именно поэтому двухтактные двигатели эффективнее четырехтактных, а четырехтактные — эффективнее шеститактных.

После завершения насосных процессов, сразу вслед за впуском, в цилиндре четырехтактного двигателя начинается энергетический процесс сжатия. Этот процесс реализуется четвертым (последним) в данном цикле ходом поршня (вверх).

Рассмотрев последовательность основных процессов энергетического преобразования и сопутствующие им вспомогательные процессы в четырехтактном двигателе, можно перейти к рассмотрению рабочих тактов в четырехтактном цикле.

Четырехтактным циклом называется последовательность из четырех рабочих тактов двигателя: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. За начало цикла обычно принимают такт впуска.

Следует предварительно заметить, что хотя по определению рабочий такт включает в себя несколько рабочих процессов, приходящихся на один ход поршня, в четырехтактном двигателе каждому такту присваивается наименование только одного (основного) рабочего процесса. Например, рабочий такт «сжатие» (ход поршня из НМТ в ВМТ после впуска) включает в себя не только само сжатие, но и внутреннее перемешивание ТВ-смеси, формирование ТВ-заряда, воспламенение ТВ-заряда перед его сгоранием, начало формирования газообразного рабочего тела. Но называется данный такт — тактом сжатия.

То же самое можно показать на примерах других тактов. Но главное здесь то, что довольно продолжительная последовательность различных процессов, имеющих место в каждом такте, в целях упрощения «раскладывается» только на четыре рабочих такта. Эти такты: ВПУСК, СЖАТИЕ, РАБОЧИЙ ХОД, ВЫПУСК Таким образом, для четырехтактного двигателя рабочим циклом можно считать не совокупность рабочих процессов, приходящихся на один акт сгорания ТВ-заряда, а последовательность четырех конкретных рабочих тактов.

Рассмотрение четырехтактного цикла удобнее проводить с помощью индикаторной диаграммы, которая отображает изменение давления в цилиндре по ходу поршня за рабочий цикл.

Индикаторная диаграмма состоит из четырех характерных участков:
1. Участок (71) — впуск ТВ-смеси под разрежением от всасывания (Р = 0,8 атм). Температура ТВ-смеси в конце впуска Ti = 10О°С. Имеет место вентиляционное охлаждение цилиндра.
2. Участок (123) — сжатие. При степени сжатия еа = 10 (для бензинового ДВС) давление в конце сжатия Рс = 15 атм, температура Тс = 500°С.
3. Участок (3456) — сгорание ТВ-заряда и расширение (рабочий ход). Воспламенение ТВ-зарядв в точке 2. Окончание процесса сгорания ТВ-заряда в точке 3. Дааление газов Р4 = 40 атм, температура Т4 & 2800°С. К концу расширения (точка 5) давление Р5 = 4 атм, Т5 = 1000°С. В точке 6 давление Р6 = 1,3 атм (остаточное давление газов), Т6 = 800°С.
4. Участок (67) — выпуск отработавших газов. Выпускной клапан открывается в точке 5.

Процесс выпуска протекает при даалении, которое превышает атмосферное. К концу выпуска температура падает до Т7 = 700°С, и далее там. Здесь же показаны схемы текущего положения порш-при впуске — до Т± = 100°С. ня в четырехтактном двигателе.
Управление клапанами в поршневых двигателях осуществляется от специального вала, который называется распределительным. Распределительный вал механически жестко сочленен с коленчатым валом через цепную, шестеренчатую или зубчатую ременную передачу. В двигателях с четырехтактным рабочим циклом передвточное отношение такой передачи равно один к двум. То есть за два оборота коленчатого вала распределительный вал делает один оборот.

Третьим рабочим тактом поршневого двигателя является такт рабочий ход. Он начинается сразу после того, как поршень 6 начнет перемещаться из верхней мертвой точки снова вниз. Такт «рабочий ход» наиболее важный в работе двигателя. Именно в этом такте происходит главное энергетическое преобразование ДВС — превращение тепловой энергии сгоревшего топливовоздушного заряда в механическую работу.

В бензиновых поршневых ДВС этот такт происходит следующим образом. В зоне, близкой к ВМТ, еще в такте сжатия топливовоздушный заряд принудительно воспламеняется от электрической искры в свече 13 зажигания. Топливовоздушный заряд быстро сгорает, и к началу такта рабочий ход давление в образовавшихся газах достигает максимального значения (точка Z). Газы, образовавшиеся в результате сгорания топливовоздушного заряда, с этого момента выполняют роль сильно разогретого рабочего тела, сжатого в объеме камеры сгорания. Как только поршень за ВМТ начинает перемещаться вниз, рабочее тело, интенсивно расширяясь, высвобождает приобретенную тепловую энергию, которая превращается в механическую работу в виде движения поршня вниз под действием расширения газов.

Последний (четвертый) рабочий такт поршневого двигателя называется тактом выпуска, так как в нем осуществляется эвакуация из объема цилиндра отработавших газов.

Важно понимать, что из всех четырех тактов четырехтактного двигателя только такт «рабочий ход» полезно работает на нагрузку ДВС, так как только в нем коленчатый вал 10 получает от поршня 6 через шатун 7 и кривошип 8 разгонное механическое усилие. Во всех остальных рабочих тактах двигатель не вырабатывает, а потребляет часть механической энергии от коленчатого вала.

Описанные четыре рабочих такта во время работы ДВС чередуются друг за другом и образуют полный четырехтактный рабочий цикл двигателя.

Следует иметь в виду, что строгого соответствия между рабочими тактами (ходами поршня) и тактовыми рабочими процессами в четырехтактных (так же, как и в двухтактных) поршневых двигателях нет. Это объясняется тем, что при работе двигателя фазы клапанного газораспределения и фазовые состояния клапанов накладываются на рабочие ходы поршня в разных конструкциях двигателей по-разному.

Работа многоцилиндровых ДВС происходит по цилиндрам последовательно, в каждом из которых рабочие процессы протекают так же, как и в вышеописанном одноцилиндровом двигателе. Все цилиндры в многоцилиндровом ДВС работают на один коленчатый вал, который воспринимает рабочие усилия от разных цилиндров через заданный числом цилиндров угол поворота.

Чередование срабатываний цилиндров в многоцилиндровых двигателях носит наименование — порядок работы.

Порядок работы ДВС задается конструктивно соответствующим исполнением распределительного и коленчатого валов и не может быть изменен в процессе эксплуатации.

Реализуется порядок работы ДВС чередованием искр зажигания, поступающих на свечи цилиндров от системы зажигания. К примеру, порядок работы четырехцилиндровых двигателей может быть либо 1342, либо 1243

Газораспределительные механизмы в современных поршневых двигателях

При различных режимах работы двигателя газообмен в его цилиндрах происходит по-разному. На оборотах холостого хода, когда скорость движения газообразных масс в двигателе низкая, отработавшие газы не успевают эвакуироваться из цилиндров и двигатель, «задыхаясь», может остановиться. Чтобы этого не произошло, горючую смесь обогащают, что приводит к дополнительному расходу топлива и повышенному образованию СО в отработавших газах. Оптимальные условия работы двигателя нарушаются. Однако эффект задымления цилиндров на холостом ходу можно свести к минимуму более ранним открытием выпускного клапана в такте «рабочий ход». Тогда часть энергии расширения рабочего тела будет затрачиваться на принудительную и интенсивную эвакуацию отработавших газов. Мо при высоких оборотах двигателя под большой нагрузкой раннее открытие выпускного клапана приводит к значительной потере развиваемой двигателем мощности. Получается так: фазу начала открытия выпускного клапана желательно иметь разной, а жесткий распредвал этого не обеспечивает.

Другой пример. Когда двигатель работает на очень высоких оборотах, скорость движения топливовоздушной смеси на входе цилиндра и выхлопных газов на его выходе тоже очень высокая. Это придает газовым потокам значительную дополнительную энергию движения за счет инерции. Поэтому одновременное открытие впускного и выпускного клапанов (перекрытие клапанов) в цилиндрах в конце выпуска и в начале впуска является крайне желательным явлением.

Фаза перекрытия клапанов в таком случае должна быть расширена по сравнению с режимами работы двигателя в менее скоростных режимах, так как это способствует дополнительной продувке цилиндра под напором быстрых впускных газов и под сильным разрежением быстро вылетающих отработавших газов. Однако подобное расширение фазы перекрытия клапанов в режиме холостого хода недопустимо, т.к. приводит к нарушению процесса внешнего смесеобразования из-за обратного выхлопа части отработавших газов во впускной коллектор. Из этого примера следует, что и фазу перекрытия клапанов жесткий распредвал формирует неоптимально.

Ясно, что каждому виду фазовой диаграммы соответствует определенная форма кулачков на распредвале. Так, для впускного и выпускного клапанов в идеальном двигателе кулачки симметричные, с идеальным профилем; у двигателя ЗИЛ кулачки гармонические, впускной с разворотом в сторону опережения, выпускной — почти симметричный; двигатель оптимальный по холостому ходу имеет тангенциальные кулачки — выпускной кулачок со значительным разворотом в сторону отставания, а впускной — в сторону опережения; у двигателя, работающего в форсированном режиме с расширенной фазой перекрытия клапанов, впускной кулачок гармонический и должен давать опережение по открытию клапана, а выпускной тангенциальный — отставание по закрытию.

Опережение или отставание фазовых состояний клапана определяется и формируется разворотом кулачка против вращения распредвала (отставание) или по направлению (опережение). Важно также заметить, что в реальных двигателях с жестким распредвалом фазы впуска и выпуска почти никогда не бывают симметричными (их середина сдвинута относительно середины рабочего такта — хода поршня от одной мертвой точки к другой).

• Из рассмотрения диаграмм ясно, что жесткая привязка фаз газораспределения к вращению коленчатого вала, даже при их расширении и (или) смещении относительно рабочих тактов двигателя, не является оптимальным способом формирования процессов газораспределения в реальных ДВС. Получается так: изменился режим работы двигателя, надо бы соответственно изменить и фазы газораспределения. Но газораспределительный механизм с жесткими кинематическими связями не позволяет этого сделать. Приходится искать «золотую середину». Компромиссное среднее положение фаз газораспределения относительно нижней и верхней мертвых точек для каждого конкретного двигателя определяется опытным путем на специальном экспериментальном стенде. Найденные таким способом фазы газораспределения называются установочными. До недавнего времени опытный подбор установочных фаз был единственной возможностью подогнать жесткий распредвал под реальные процессы газообмена в ДВС на различных режимах его работы.

При подборе установочных фаз имеют в виду следующие соображения. Фазы, раскрыв угла которых более 180°, могут быть сдвинуты относительно мертвых точек, а также относительно друг друга. Манипулируя шириной фаз впуска и выпуска и их сдвигом, можно подгонять рабочие параметры двигателя под заданные условия эксплуатации. Такая возможность обусловлена тем, что эффективность газообмена в цилиндрах ДВС определяется степенью их наполнения свежим зарядом и степенью их очистки от отработавших газов. А наполнение и очистка цилиндров непосредственно зависят от продолжительности фаз впуска и выпуска, и от фазы их взаимного наложения друг на друга (фаза перекрытия клапанов).
Можно детально объяснить, почему так происходит, но здесь ограничимся тем, что укажем на три основных момента:
1. В высокоскоростном двигателе наполнение цилиндра свежим зарядом несколько увеличивается (примерно на 10…15%) за счет напора газов со стороны впускного коллектора, если впускной клапан остается открытым на некоторое время после НМТ (50е…80° по углу поворота KB).

2. При раннем открытии выпускного клапана (за 40°…70° до НМТ, в такте «рабочий ход») большая часть отработавших газов (до 60%) эвакуируется из цилиндра достаточно высоким (4…5 атм) давлением газов. (Поршень в такте выпуска вытесняет из цилиндра всего 40…50% отработавших газов.)

3. Одновременное открытие выпускного и впускного клапанов (перекрытие клапанов) в конце такта выпуска (за 20…30° до ВМТ) и в начале такта впуска (20…50° после ВМТ) способствует продувке камеры сгорания, из которой вытесняются остаточные отработавшие газы. Продувка происходит за счет инерционного движения газовых потоков во впускном и выпускном коллекторах.
Используя эти три фактора воздействия на эффективность газообмена, можно создавать двигатели с различными рабочими характеристиками. Для двигателей обычного назначения фазы газораспределения устанавливаются таким образом, чтобы они наиболее оптимально соответствовали применяемому на данном двигателе способу смесеобразования и конструкции газопропускных каналов и тем самым обеспечивали устойчивую работу двигателя при всех возможных режимах его работы.

Однако усредненный подбор фаз газораспределения не является единственным способом улучшения характеристик двигателя внутреннего сгорания с жестким распредвалом. Так, современные двигатели теперь стали оборудовать многоклапанным газораспределительным механизмом, в котором на один цилиндр приходится до четырех и даже до пяти клапанов. Клапаны приводятся в действие от двух распределительных валов группами по два или три клапана.

Такая конструкция газораспределительного механизма дает возможность значительно увеличивать суммарную площадь пропускных щелей клапанов во время одновременного их открытия сравнительно небольшим ходом.

Таким образом, многоклапанная система позволяет реализовать более эффективный газообмен в цилиндрах ДВС при высокой степени сжатия и при высоких оборотах без применения искусственного наддува цилиндров свежей порцией воздуха и без значительного расширения фаз. Это существенно повышает выход мощности ДВС с единицы его конструктивного объема. Как следствие, многоклапанные двигатели меньше по весу и габаритам в сравнении с классическими моделями ДВС.

«Audi-A4» с двадцатью клапанами работает без наддува и развивает мощность в 125 л.с. уже при 5800 об/мин. Он имеет плавный ход за счет «длинной полочки» в характеристике крутящего момента (крутящий момент в 165 Нм развивается на 3500 об/мин и в 173 Нм — на 3950 об/мин). Три впускных и два выпускных клапана своим коротким ходом и малой длительностью открытия позволяют приблизить продолжительность и место нахождения фаз газораспределения к их соответствию с рабочими тактами идеального теоретического двигателя. Перекрытие клапанов в такой конструкции минимальное. Это значительно улучшает такие показатели работы ДВС, как бесшумность и плавность хода, динамичность и расход топлива. Вращение коленчатого вала вначале передается зубчатым ремнем на выпускной распределительный вал (в передней части двигателя), а с него — на впускной распределительный вал цепной передачей (сзади двигателя).

В настоящее время многоклапанные системы находят широкое применение на ДВС для современных легковых автомобилей.

Еще одно новшество в современном механизме газораспределения — это гидравлические толкатели. Существуют две разновидности гидравлических толкателей: с подачей масла под давлением от системы смазки и с герметичной масляной подушкой, находящейся под давлением пружины или сжатого газа. Такие толкатели передают усилие от распределительных валов непосредственно на клапаны без промежуточных коромысел, что исключает необходимость регулировки клапанов в процессе эксплуатации ДВС.
Но самым перспективным направлением в повышении эффективности работы газораспределительного механизма является гибкое программное управление работой клапанов, что может быть реализовано несколькими способами: поворотом составного распредвала относительно коленчатого вала на соответствующий угол, создавая тем самым опережение или отставание распредвала с одновременным расширением вершин кулачков; изменением профиля кулачка по заданному закону управления: или, например, сделать кулачок вращающимся на распредвалу с жесткой его фиксацией в нужный момент от электронной автоматики.
Наиболее активно и плодотворно в направлении внедрения электроники в управление механизмом газораспределения работали японские автомобилестроители. Так, в 1992 году две японские фирмы «Honda» и «Mitsubishi» объявили о своих намерениях выпустить двигатель с автотронной системой управления клапанами. С 1993 года фирма «Honda» действительно освоила серий ный выпуск таких двигателей, на которых получила широкую и выпуклую характеристику для крутящего момента и значительную удельную мощность — 75 кВт/л. Не менее интересны достижения фирмы «Mitsubishi». Эта фирма оснастила автотронной системой «Mivec» двигатель автомобиля «Lanser». Этот двигатель объемом 1600 см3 до модернизации развивал мощность 83 кВт при 6000 об/мин и максимальный крутящий момент 137 Нм. После замены обычной головки блока цилиндров на головку с автотронным управлением клапанами двигатель стал мощнее на 40 кВт, а максимальный крутящий момент достиг значения в 167 Нм.

С этим же двигателем более легкий автомобиль «Mit-Colt» показал расход топлива 3,75 л/100 км при постоянной скорости движения 60 км/ч. Такие показатели получены за счет применения в автотронной системе управления клапанами, в системе впрыска топлива и в системе цифрового зажигания единой гибко интегрированной программы управления, заложенной в память центрального бортового компьютера, тем самым достигнута высокая точность срабатывания всех систем.

В этом механизме два верхних распредвала впускной и выпускной. На каждую пару одноименных клапанов работают не два одинаковых, а два разнопрофильных кулачка: один пологий, другой острый. Толкающие действия клапанам могут сообщаться или от острого, или от пологого кулачка попеременно или от обоих кулачков сразу. Режимы работы кулачков, зависящие от режима работы двигателя, заложены в программу бортового компьютера и реализуются с помощью электрогидраалического или электромагнитного управления системой передаточных коромысел. Такой работой механизма реализуется автоматическое управление фазами и высотой хода клапанов.

Функциональная модель узла с электронным упраалением механизмом газораспределения работает следующим образом. Если по программе требуется, чтобы клапан открывался и закрывался по синусоидальному закону, в работу включается гармонический (пологий) кулачок. Для этого сигнал управления от ЭБУ подается на соленоид 2, который выталкивает шток 3, а тот в свою очередь надавливает на фиксатор 4. Происходит жесткая фиксация толкателя 6 на промежуточном валу 5, который одновременно является поворотной осью для Т-образного коромысла 8. Пологий кулачок 13 набегает на левый ролик 9, и спаренные клапаны 7 открываются наклоном Т-образного коромысла. Так как в это время правый толкатель 6 не зафиксирован на оси 5, то он никакого действия на коромысло 8 не оказывает. Аналогично работает и острый кулачок 11 или оба кулачка сразу.

В последнем случае может быть получена сколько угодно сложная форма управления клапанами. Достоинством системы является возможность выключения клапанов. Недостатки — конструктивная сложность и низкая надежность механизма фиксации толкателя 6 на оси 5. Сравнительно быстрый износ фиксаторов приводит не только к нарушению программы работы двигателя, но и к полной его остановке. Возможны и другие варианты исполнения фиксаторов, например с электромагнитным гидрофиксатором.

Однако идеальный по газораспределению двигатель внутреннего сгорания пока еще не создан, хотя изобретен профессором МАДИ В.М. Архангельским еще в пятидесятых годах XX века. По идее Архангельского идеальный двигатель должен управляться не механическими клапанами с приводом от распределительного вала, а электромагнитными клапанами с электрическим управлением процессами их открывания и закрывания. Ясно, что если клапаны будут включаться и выключаться по электрическим сигналам, то можно будет создать программу идеального газораспределения и управления клапанами так, как это делается в современных системах зажигания при формировании момента новообразования.

Главной проблемой реализации идеи электромагнитного управления газораспределительными клапанами является пока непреодолимая сложность создания малогабаритных, мощных и быстродействующих электрических клапанов с тихой работой. Когда это станет возможным, процессы газораспределения в поршневом ДВС будут осуществляться не газораспределительным механизмом с распредвалом, а электромагнитными клапанами с управлением от электронной автоматики или от центрального бортового компьютера.

карбюраторного и дизеля. Параметры тактов рабочего процесса. Индикаторная диаграмма.

Рабочим
циклом двигателя назы­вается
периодически повторяющийся ряд
последовательных процессов, протекающих
в каждом цилиндре двигателя и
обусловливающих прев­ращение
тепловой энергии в механи­ческую
работу.

Если
рабочий цикл совершается за
два хода поршня, т. е. за один оборот
коленчатого вала, то такой двигатель
называется двухтакт­ным.
В настоящее время двухтакт­ные
двигатели на автомобилях не применяют,
а используют лишь на мотоциклах
и как пусковые двигате­ли
на тракторах. Это связано прежде всего
с тем, что они имеют сравни­тельно
высокий расход топлива и не­достаточное
наполнение горючей сме­си
из-за плохой очистки цилиндров от
отработавших газов.

Автомобильные
двигатели рабо­тают,
как правило, по четырех­тактному
циклу, который со­вершается
за два оборота коленча­того
вала или четыре хода поршня и
состоит из тактов впуска, сжатия,
расширения
и выпуска.

В
карбюраторном четырехтактном
одноцилиндровом
двигателе (рис. 1.3)
рабочий цикл происходит сле­дующим
образом.

Такт
впуска (рис. 1.3, а). Поршень 1
находится в в.м.т. и по мере вращения
коленчатого вала 9 (за один его
полуоборот) перемещается от в.м.т.
к н.м.т. При этом впускной клапан
4 открыт, а выпускной клапан
6 закрыт. При движении поршня вниз
объем над ним увеличивается, поэтому
в цилиндре 2 создается разряжение,
равное 0,07—0,095 МПа, в результате
чего свежий заряд горючей
смеси, состоящей из паров бензина
и воздуха, засасывается через
впускной
трубопровод 3 в цилиндр. От
соприкосновения свежего заряда
с нагретыми деталями в конце такта
впуска он имеет температуру 75—125°С.
Степень
заполнения цилиндра свежим
зарядом характеризуется коэффициентом
наполнения,
который для высокооборотных карбюраторных
двигателей находится
в пределах 0,65—0,75. Чем выше
коэффициент наполнения, тем большую
мощность развивает двигатель.

Такт
сжатия (рис. 1.3,6). После заполнения
цилиндра горючей смесью
при дальнейшем вращении коленчатого
вала поршень перемещается
от н.м.т. к в.м.т. Впускной клапан
4 закрывается, а выпускной 6
закрыт. По мере сжатия горючей смеси
температура и давление ее

повышаются.
В зависимости от степени сжатия давление
в конце такта сжатия
может составлять 0,8—1,5 МПа,
а температура газов 300—450
°С.

Такт
расширения, или рабочий ход (рис.
1.3,0).
В конце такта сжатия горючая
смесь воспламеняется от электрической
искры, возникающей между
электродами свечи 5, и быстро сгорает,
в результате чего температура
и давление образующихся газов резко
возрастают, поршень при этом перемещается
от в.м.т. к н.м.т. Максимальное
давление газов на поршень при сгорании
для карбюраторных
двигателей находится в пределах
3,5—5 МПа, а температура газов 2100—2400
°С

При
такте расширения шарнирно связанный
с поршнем шатун 8
совершает
сложное движение и через кривошип
передает вращение коленчатому
валу. При расширении газы совершают
полезную работу, поэтому ход
поршня при этом такте коленчатого
вала называют рабочим ходом.
В конце рабочего хода поршня
давление в цилиндре снижается
до 0,3—0,75 МПа, а температура
— до 900—1200 °С.

Такт
выпуска (рис. 1.3, г). Коленчатый
вал 9
через
шатун перемещает
поршень от н.м.т. к в.м.т. При этом
выпускной клапан 6
открыт
и продукты
сгорания выталкиваются из цилиндра
в атмосферу через выпускной
трубопровод 7. В начале процесса
выпуска продуктов сгорания давление
в цилиндре значительно
выше атмосферного, но к концу такта
оно падает до 0,105—0,120 МПа,
а температура газов в начале такта
выпуска составляет 750—900
°С, понижаясь к его концу до 500—600
°С. Полностью очистить цилиндры
двигателя от продуктов сгорания
практически невозможно (слишком
мало времени), поэтому при последующем
впуске свежей горючей
смеси она перемешивается с остаточными
отработавшими газами и
называется рабочей смесью,

Коэффициент
остаточных газов
характеризует степень загрязнения
свежего заряда отработавшими
газами и представляет собой отношение
массы продуктов сгорания,
оставшихся в цилиндре, к массе
свежей горючей смеси. Для современных
карбюраторных двигателей коэффициент
остаточных газов находится
в пределах 0,06—0,12. По
отношению к рабочему ходу такты
впуска, сжатия и выпуска являются
вспомогательными. Рабочие
циклы четырехтактного дизеля
и карбюраторного двигателя существенно
различаются по способу смесеобразования
и воспламенения

рабочей
смеси. Основное отличие состоит
в том, что в цилиндр дизеля при
такте впуска поступает не горючая
смесь, а воздух, который из-за большой
степени сжатия нагревается до
высокой температуры, а затем в него
впрыскивается мелкораспыленное
топливо, которое под действием высокой
температуры воздуха самовоспламеняется.

В
четырехтактном дизеле (рис. 1.4) рабочие
процессы происходят следующим
образом.

Такт
впуска (рис. 1.4, а). При движении
поршня 2 от в.м.т. к н.м.т. вследствие
образующегося разряжения
из воздухоочистителя 4 в полость цилиндра
7 через открытый впускной клапан
5 поступает атмосферный воздух.
Давление воздуха в цилиндре составляет
0,08—0,95 МПа, а температура 40—60 °С.

Такт
сжатия (рис. 1.4, б). Поршень движется
от н.м.т. к в.м.т. Впускной 5
и выпускной 6 клапаны закрыты, вследствие
этого перемещающийся вверх
поршень 2 сжимает имеющийся
в цилиндре воздух. Для воспламенения
топлива необходимо, чтобы температура
сжатого воздуха была выше
температуры самовоспламенения
топлива. Из-за высокой степени сжатия
температура воздуха достигает
550—700 °С при давлении воздуха
внутри
цилиндра 4,0—5,0 МПа.

Такт
расширения, или рабочий ход (рис.
1.4, в). При подходе поршня к
в.м.т. в цилиндр через форсунку 3
впрыскивается
дизельное топливо, подаваемое
топливным насосом /. Впрыснутое
топливо, перемешиваясь
с нагретым воздухом, самовоспламеняется
и начинается процесс
сгорания, характеризующийся быстрым
повышением температуры и давления.
При этом максимальное давление
газов достигает 6—9 МПа, а
температура 1800—2000 °С. Под действием
давления газов поршень 2
перемещается
от в.м.т. к н.м.т. Происходит
рабочий ход. Около н.м.т. давление
снижается до 0,3—0,5 МПа, а
температура —до 700—900 °С.

Такт
выпуска (рис. 1.4, г). Поршень
перемещается от н.м.т. к в.м.т. и
через открытый выпускной клапан в
отработавшие
газы выталкиваются
из цилиндра. Давление газа снижается
до 0,11—0,12 МПа, а температура — до 500—700
°С. После окончания
такта выпуска при дальнейшем
вращении коленчатого вала рабочий
цикл повторяется в той же последовательности,
Показатели
работы двигателя. Работа,
совершаемая газами в единицу времени
внутри цилиндра двигателя,
называется индикаторной мощностью.

Мощность,
получаемая на колен­чатом
валу двигателя, называется эффективной
мощностью. Она
меньше индикаторной на зна­чение
мощности, затрачиваемой на насосные
потери и на трение в кривошипно-шатунном
и газораспредели­тельном
механизмах двигателя, а также
на * приведение в действие вентилятора,
жидкостного насоса и
других вспомогательных устройств.
показы­вает
количество топлива в килограм­мах,
потребляемое двигателем на данном
режиме работы за 1 ч. Для оценки
экономичности двигателя обычно
пользуются эффектив­ным
удельным, расходом топлива
g_e,
представляющим
собой отношение часового расхода топлива
G_T
к эффективной мощности двига­теля
jV_e:
g_e=G_T//V_e.

Для
карбюраторных двигателей ge
= 300-f-340
г/(кВт-ч), для дизе­лей
£е = 220-т-260 г/(кВт-ч).

Четырехтактный двигатель одноцилиндровый — принцип работы и устройство

В настоящее время, двигатели внутреннего сгорания применяются в большом количестве различных технических средств, причем, данными средствами являются не только автомобили. Такой род двигателей, как и двухтактный ДВС, применяется и в мототехнике и в специализированных устройствах, предназначенных для строительства, например, бензопила. Данные агрегаты представлены 4 тактными ДВС, имеющие по одному цилиндру, а не как в современном автомобиле – по четыре. В этой статье вы узнаете, как устроен одноцилиндровый четырехтактный двигатель, его принцип работы и ремонт.

Принцип работы одноцилиндрового четырехтактного двигателя

Устройство одноцилиндрового ДВС: 1 – головка цилиндра; 2 – цилиндр; 3 – поршень; 4 – поршневые кольца; 5 – поршневой палец; 6 – шатун; 7 – коленчатый вал; 8 – маховик; 9 – кривошип; 10 – распределительный вал; 11 – кулачок распределительного вала; 12 – рычаг; 13 – впускной клапан; 14 – свеча зажигания

Данные двигатели получили широкое распространение даже в автомобилях. Несмотря на малое количество цилиндров, они имеют довольное малое отношение площади рабочей части цилиндра ко всему рабочему объему двигателя. Это преимущество говорит о том, что такой мотор имеет минимальные потери самое главной — тепловой энергии, а значит, обладает высоким коэффициентом полезного действия.

Устройство такого двигателя практически не представляет собой ничего сложного, в отличии от современных атмосферных и турбированных моторов.  Он представлен всего одним цилиндром, во внутренней части которого перемещается такой же поршень, как и во многоцилиндровых автомобильных двигателях. В верхней части камеры сгорания располагаются два клапана, которые отвечают за подачу топливной смеси, а второй за выпуск отработавших газов.

Работа данного двигателя заключается в следующем. Всего такой мотор имеет четыре такта:

• Впуск. Поршень внутри цилиндра располагается в самой верхней мертвой точке и движется вниз в строгом соответствии с поворотом коленчатого вала на 180 градусов. Пока поршень движется вниз, открывается, клапан, отвечающий за подачу топливной смеси, и в камеру сгорания подается топливо, смешанное с воздухом. После достижения поршнем самой нижней мертвой точки начинается следующий такт.
• Сжатие. Во время этого такта задача поршня – вернуться в верхнюю мертвую точку. Коленчатый вал вращается дальше, еще на 180 градусов, при этом: впускной клапан полностью закрывается, а поршень движется наверх, сжимая уже готовую смесь.
• Рабочий ход. Как только поршень достигнет самой верхней мертвой точки, в камере сгорания смесь будет сжата до критической отметки. В этот самый момент на электродах свечи зажигания при помощи ряда устройств возникает искра, которая воспламеняет топливовоздушную смесь. С этого момент начинается такт расширения, или как его называют по-другому – рабочего хода. Поршень, под действием энергии, возникшей от воспламенения смеси, движется снова вниз, заставляя вращаться коленчатый вал. Клапана находятся в закрытом состоянии.
• Такт выпуска. После достижения нижней мертвой точки, поршень снова движется вверх под действием силы инерции, передаваемой от коленчатого вала. В этот момент открывается выпускной клапан и под давлением через него во впускной коллектор выходят отработавшие газы. Такт завершается после закрытия выпускного клапана и после того, как поршень окажется в верхней точке. Далее цикл тактов повторяется.

Основным тактом любого двигателя является рабочий ход. Именно в этот момент происходит самое главное – преобразование энергии тепла в механическую энергию.

Частые неисправности 4-х тактных ДВС

Чтобы изучать особенности ремонта двигателей такого типа, необходимо кое-что знать о его основных проблемах. А он имеет всего одну проблему – это высокая температура. Так как потери тепла стали минимальными, трущиеся детали стали уязвимее к механическим нагрузкам, а значит, нуждаются в качественном охлаждении. Дело в том, что основная жидкость, которая на максимальном уровне контактирует с этими деталями – масло, не может обеспечить должного отвода тепла. Поэтому для такого мотора разрабатываются две системы охлаждения: воздушная и жидкостная со специальной системой термостатов.

Ремонт такого двигателя можно выполнить своими силами. Для этого нужен минимум знаний и стандартный набор инструментов. Если в процессе эксплуатации наблюдаются различные стуки, которые доносятся из головки блока цилиндров, то клапанный механизм нуждается в регулировке. Все регулировки производятся при снятом двигателе и демонтированной клапанной крышке. Кроме того, необходимо снять специальную крышку на генераторе, под которой расположена гайка. Вращая эту гайку, мы вращаем коленчатый вал, для установки поршня в верхнюю мертвую точку. Чтобы определить этот момент, необходимо довести до совмещения специальные метки на роторе. После этого, под кулачки распределительного вала устанавливают измерительные щупы и замеряют тепловые зазоры клапанов. Выполнять данную процедуру нужно, естественно, на холодном двигателе, иначе результат регулировки будет не правильным.

После этого, мотор необходимо собрать и проверить. Его устанавливают на агрегат и запускают. Если он работает ровно без шумов, то регулировка клапанов прошла успешно.

Вот и все. Вот так легко можно произвести ремонт одноцилиндрового четырехтактного двигателя своими руками без помощи мастеров автосервиса. Это поможет вам хорошо сэкономить на их услугах и даст вам бесценный опыт.

Принципы работы четырехтактного бензинового двигателя

Четырехтактный двигатель (также известный как четырехтактный ) представляет собой двигатель внутреннего сгорания, в котором поршень совершает четыре отдельных хода, составляющих единый термодинамический цикл. Под ходом понимается полный ход поршня по цилиндру в любом направлении. Четыре отдельных хода называются:

1. ВПУСК : этот ход поршня начинается в верхней мертвой точке. Поршень опускается от верхней части цилиндра к нижней части цилиндра, увеличивая объем цилиндра. Смесь топлива и воздуха нагнетается атмосферным (или более высоким) давлением в цилиндр через впускное отверстие.
2. СЖАТИЕ : при закрытых впускном и выпускном клапанах поршень возвращается в верхнюю часть цилиндра, сжимая воздух или топливно-воздушную смесь в головке цилиндра.
3. МОЩНОСТЬ : это начало второго оборота цикла. Пока поршень находится близко к верхней мертвой точке (ВМТ), смесь сжатого воздуха и топлива в бензиновом двигателе воспламеняется от свечи зажигания в бензиновых двигателях или воспламеняется за счет тепла, выделяемого при сжатии в дизельном двигателе. Возникающее в результате сгорания сжатой топливно-воздушной смеси давление заставляет поршень вернуться к нижней мертвой точке (НМТ).
4. ВЫПУСК : во время такта выпуска поршень снова возвращается в верхнюю мертвую точку, в то время как выпускной клапан открыт. Это действие вытесняет отработанную топливно-воздушную смесь через выпускной клапан (клапаны).

Принципы проектирования и проектирования

Ограничения выходной мощности

Четырехтактный цикл
A: Впуск
B: Сжатие 90 30903 B: Сжатие

4

D: Выхлоп

1=ВМТ
2=НМТ

Максимальная мощность, вырабатываемая двигателем, определяется максимальным количеством всасываемого воздуха. Количество энергии, вырабатываемой поршневым двигателем, связано с его размером (объемом цилиндра), будь то двухтактная или четырехтактная конструкция, объемным КПД, потерями, соотношением воздух-топливо, теплотворной способностью топлива. , содержание кислорода в воздухе и скорость (об/мин). Скорость в конечном итоге ограничивается прочностью материала и смазкой. Клапаны, поршни и шатуны испытывают большие силы ускорения. На высоких оборотах двигателя может произойти физическая поломка и вибрация поршневых колец, что приведет к потере мощности или даже разрушению двигателя. Флаттер поршневых колец возникает, когда кольца колеблются вертикально внутри поршневых канавок, в которых они находятся. Флаттер колец нарушает герметичность между кольцом и стенкой цилиндра, что вызывает потерю давления и мощности в цилиндре. Если двигатель вращается слишком быстро, пружины клапанов не могут сработать достаточно быстро, чтобы закрыть клапаны. Это обычно называют «поплавком клапана», и это может привести к контакту поршня с клапаном, что серьезно повредит двигатель. При высоких скоростях смазка поверхности контакта поршень-цилиндр имеет тенденцию к нарушению. Это ограничивает скорость поршня промышленных двигателей примерно до 10 м/с.

Поток впускных/выпускных отверстий

Выходная мощность двигателя зависит от способности впускного (воздушно-топливной смеси) и выхлопных газов быстро проходить через отверстия клапанов, обычно расположенные в головке цилиндров. Для увеличения выходной мощности двигателя можно устранить неровности во впускных и выпускных трактах, такие как дефекты литья, а также с помощью стенда воздушного потока можно изменить радиусы поворотов портов клапанов и конфигурацию седла клапана, чтобы уменьшить сопротивление. Этот процесс называется портированием, и его можно выполнить вручную или на станке с ЧПУ.

Наддув

Одним из способов увеличения мощности двигателя является нагнетание большего количества воздуха в цилиндр, чтобы можно было производить больше мощности при каждом рабочем такте. Это можно сделать с помощью устройства сжатия воздуха, известного как нагнетатель, который может приводиться в действие коленчатым валом двигателя.

Наддув увеличивает пределы выходной мощности двигателя внутреннего сгорания относительно его рабочего объема. Чаще всего нагнетатель работает всегда, но существуют конструкции, которые позволяют отключать его или запускать на различных скоростях (относительно частоты вращения двигателя). У наддува с механическим приводом есть недостаток, заключающийся в том, что часть выходной мощности используется для привода нагнетателя, в то время как мощность тратится впустую на выхлоп высокого давления, поскольку воздух сжимается дважды, а затем получает больший потенциальный объем при сгорании, но только расширяется. в один этап.

Турбокомпрессор

Турбокомпрессор — это нагнетатель, приводимый в действие выхлопными газами двигателя посредством турбины. Он состоит из двух частей высокоскоростного узла турбины, одна сторона которого сжимает всасываемый воздух, а другая сторона приводится в действие отходящим потоком выхлопных газов.

На холостом ходу и на низких и средних оборотах турбина вырабатывает небольшую мощность из-за небольшого объема выхлопных газов, турбонагнетатель малоэффективен, и двигатель работает почти как без наддува. Когда требуется гораздо большая выходная мощность, скорость двигателя и открытие дроссельной заслонки увеличиваются до тех пор, пока выхлопных газов не станет достаточно, чтобы «раскрутить» турбину турбонагнетателя, чтобы начать сжимать во впускном коллекторе гораздо больше воздуха, чем обычно.

Турбонаддув обеспечивает более эффективную работу двигателя, поскольку он приводится в действие давлением выхлопных газов, которое в противном случае (в основном) было бы потрачено впустую, но существует конструктивное ограничение, известное как турбозадержка. Повышенная мощность двигателя доступна не сразу из-за необходимости резко увеличить обороты двигателя, создать давление и раскрутить турбо, прежде чем турбо начнет выполнять какое-либо полезное сжатие воздуха. Увеличенный объем впуска вызывает увеличение выхлопа и ускорение вращения турбонагнетателя и т. д., пока не будет достигнута устойчивая работа с высокой мощностью. Другая трудность заключается в том, что более высокое давление выхлопных газов заставляет выхлопные газы отдавать больше своего тепла механическим частям двигателя.

Отношение штока и поршня к ходу

Отношение штока к ходу — это отношение длины шатуна к длине хода поршня. Более длинный шток снижает боковое давление поршня на стенку цилиндра и силы напряжения, увеличивая срок службы двигателя. Это также увеличивает стоимость и высоту двигателя и вес.

«Квадратный двигатель» представляет собой двигатель с диаметром цилиндра, равным его длине хода. Двигатель, у которого диаметр цилиндра больше, чем длина его хода, является двигателем с квадратным сечением, и наоборот, двигатель с диаметром отверстия, который меньше длины его хода, является двигателем с квадратным сечением.

Клапанный механизм

Клапаны обычно приводятся в действие распределительным валом, вращающимся со скоростью, равной половине скорости коленчатого вала. Он имеет ряд кулачков по всей длине, каждый из которых предназначен для открытия клапана во время соответствующей части такта впуска или выпуска. Толкатель между клапаном и кулачком представляет собой контактную поверхность, по которой кулачок скользит, открывая клапан. Во многих двигателях используется один или несколько распределительных валов «над» рядом (или каждым рядом) цилиндров, как на иллюстрации, на которой каждый кулачок непосредственно приводит в действие клапан через плоский толкатель. В других конструкциях двигателей распределительный вал находится в картере, и в этом случае каждый кулачок контактирует с толкателем, который контактирует с коромыслом, открывающим клапан. Конструкция верхнего кулачка обычно допускает более высокие обороты двигателя, поскольку обеспечивает наиболее прямой путь между кулачком и клапаном.

Клапанный зазор

Клапанный зазор представляет собой небольшой зазор между толкателем клапана и штоком клапана, обеспечивающий полное закрытие клапана. На двигателях с механической регулировкой клапанов чрезмерный зазор вызывает шум в клапанном механизме. Слишком маленький зазор клапана может привести к тому, что клапаны не будут закрываться должным образом, что приведет к снижению производительности и возможному перегреву выпускных клапанов. Как правило, зазор необходимо регулировать каждые 20 000 миль (32 000 км) с помощью щупа.

В большинстве современных серийных двигателей используются гидравлические подъемники для автоматической компенсации износа компонентов клапанного механизма. Грязное моторное масло может привести к поломке подъемника.

Энергетический баланс

Двигатели Отто имеют КПД около 30%; другими словами, 30% энергии, вырабатываемой при сгорании, преобразуется в полезную энергию вращения на выходном валу двигателя, а остальная часть представляет собой потери из-за отходящего тепла, трения и агрегатов двигателя. Существует несколько способов восстановить часть энергии, потерянной в результате сброса тепла. Использование турбокомпрессора в дизельных двигателях очень эффективно за счет повышения давления входящего воздуха и, по сути, обеспечивает такое же увеличение производительности, как и увеличение рабочего объема. Компания Mack Truck несколько десятилетий назад разработала турбинную систему, которая преобразовывала отработанное тепло в кинетическую энергию, которая возвращалась в трансмиссию двигателя. В 2005 году BMW объявила о разработке турбопарогенератора, двухступенчатой ​​системы рекуперации тепла, аналогичной системе Mack, которая рекуперирует 80% энергии выхлопных газов и повышает эффективность двигателя Отто на 15%. Напротив, шеститактный двигатель может снизить расход топлива на целых 40%.

Современные двигатели часто специально разрабатываются так, чтобы они были немного менее эффективными, чем могли бы быть в противном случае. Это необходимо для контроля выбросов, таких как рециркуляция отработавших газов и каталитические нейтрализаторы, которые уменьшают смог и другие атмосферные загрязнители. Снижение эффективности можно компенсировать с помощью блока управления двигателем, использующего методы сжигания обедненной смеси.

В Соединенных Штатах корпоративная средняя экономия топлива предписывает, чтобы транспортные средства проезжали в среднем 35,5 миль на галлон (миль на галлон) по сравнению с текущим стандартом в 25 миль на галлон. Поскольку автопроизводители стремятся соответствовать этим стандартам к 2016 году, возможно, придется рассмотреть новые способы проектирования традиционных двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Некоторые потенциальные решения по повышению эффективности использования топлива для удовлетворения новых требований включают в себя зажигание после того, как поршень находится на максимальном расстоянии от коленчатого вала, известного как верхняя мертвая точка (ВМТ), и применение цикла Миллера. Вместе эта модернизация может значительно снизить расход топлива и выбросы NOx.

Начальное положение, такт впуска и такт сжатия.

Зажигание топлива, такт рабочего хода и такт выпуска.

Ссылки: Википедия

Четырехтактный двигатель: основные части, принцип работы, применение

Содержание

Совместное использование означает заботу :)-

Что вы узнаете из этой статьи?

• Основная часть четырехтактных двигателей SI и CI.
• Концепция работы четырехтактных двигателей с искровым зажиганием (бензиновых) и двигателей с воспламенением от сжатия (дизельных) с ее приложениями.
• Преимущества и недостатки четырехтактных двигателей.

В наших предыдущих статьях мы узнали о типах двигателей и их основных частях , а также о терминологии , используемой в двигателе . Мы знаем, что двигатель внутреннего сгорания можно классифицировать по-разному. Одним из наиболее полезных двигателей является четырехтактный двигатель, который в основном используется в автомобильной промышленности. Эти двигатели можно дополнительно разделить на двигатель с искровым зажиганием или бензиновый двигатель и двигатель с воспламенением от сжатия или дизельный двигатель. Двигатель SI разработан Николаусом Отто, а двигатель CI разработан Рудольфом Дизелем. Эти двигатели имеют много общего с некоторыми принципиальными отличиями.

Принцип:

Мы знаем, что ход поршня определяется как максимальное движение поршня в любом направлении внутри цилиндра двигателя. Например, если поршень движется от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке  , это называется ходом поршня. Если он возвращается к нижней мертвой точке , это называется 2-тактным. Точно так же, если он снова движется к ВМТ и возвращается в НМТ, он совершает четыре такта. Это основной принцип четырехтактного двигателя.

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

Части:

1. Поршень
2. Цилиндр
3. Камера сгорания
4. Входные и выхлопные клапаны
5. Вход и выхлопной коллектор
6. Заглушка зажига
10. Поршневые кольца
11. Поршневой палец
12. Распределительный вал
13. Маховик
14. Картер

Подробнее об этих деталях можно узнать по Основные части двигателей

Четырехтактный двигатель: Рабочий0037

Четырехтактный двигатель завершает свою циклическую работу за четыре хода поршня или два оборота коленчатого вала. Это такт всасывания, такт сжатия, рабочий ход или такт расширения и такт выпуска. И двигатели SI, и двигатели CI следуют этим четырем тактам, чтобы завершить один цикл. Рабочую операцию этих штрихов можно резюмировать следующим образом.

Ход всасывания:

Под всасыванием понимается всасывание нагнетаемого вещества (воздушно-топливной смеси в двигателях SI и только воздуха в двигателях CI) в цилиндр двигателя. Всасывается через впускной клапан. Поршень движется от  9от ВМТ 0003 до ВМТ во время этого хода. Воздух всасывается за счет разницы давлений между цилиндром двигателя и атмосферой в двигателе без наддува и за счет воздушного компрессора в двигателях с наддувом.

Такт сжатия:

В этом такте поршень движется от НМТ к ВМТ. Впускной и выпускной клапаны закрыты, и поршень сжимает заряд во время этого хода. Движение поршня происходит за счет инерции или проворачивания двигателя. Этот процесс происходит изоэнтропически в обеих машинах SI и CI.

Рабочий ход и рабочий ход:

В этом такте поршень перемещается от ВМТ к НМТ. И впускной, и выпускной клапан закрыты во время этого такта.

В двигателях SI свеча зажигания создает искру, которая воспламеняет топливно-воздушную смесь. Поскольку все топливо находится внутри цилиндра, сгорание происходит мгновенно, поэтому этот процесс рассматривается как сгорание постоянного объема для идеального цикла. В результате сгорания топлива внутри цилиндра создается сила высокого давления, которая действует как движущая сила поршня и коленчатого вала. После сгорания поршень расширяется от ВМТ до НМТ в изоэнтропическом направлении.

В двигателях с воспламенением инжектор впрыскивает топливо в камеру сгорания. Топливо сгорает за счет тепла, выделяющегося во время такта сжатия. В этих двигателях топливо подается через форсунку, поэтому впрыск топлива не происходит мгновенно. Топливо горит равномерно, поэтому этот процесс рассматривается как горение при постоянном давлении для идеального цикла. После сгорания поршень движется от ВМТ к НМТ изоэнтропически.

Такт выпуска:

Когда поршень достигает НМТ, выпускной клапан открывается, и поршень начинает движение от НМТ к ВМТ за счет инерции поршня. Сгоревшие газы выбрасываются через выпускной клапан из цилиндра двигателя в окружающую среду. Когда поршень достигает ВМТ, в цилиндр поступает новый заряд, и этот цикл повторяется.

Применение четырехтактного двигателя:

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

Преимущества и недостатки:

Преимущества:

• Четырехтактные двигатели обеспечивают более высокий КПД.
• Меньше загрязняет окружающую среду.
• Меньший износ благодаря хорошей системе смазки
• Меньший износ при работе.
• Работает чище, так как в топливо не добавляется дополнительное масло.
• Дают высокие обороты при малой мощности.

Недостатки:

• Эти двигатели более сложные из-за клапанного механизма и системы смазки.
• Дорого стоят по сравнению с двухтактными двигателями.
• Четырехтактные двигатели имеют меньшую мощность.

Теперь вы должны задать себе эти вопросы.

Каковы основные компоненты четырехтактного двигателя?
Что такое инсульт? Как двигатель четырехтактный двигатель производит мощность?
Каковы преимущества четырехтактных двигателей?

Если вам понравилась эта статья, задавайте вопросы в поле для комментариев, делитесь ею в социальных сетях и подписывайтесь на наш сайт.

Делиться — значит заботиться :)-

Как работает четырехтактный двигатель? – MechStuff

Это самые основные двигатели, используемые в автомобилях и мотоциклах, например, Четырехтактный бензиновый двигатель ИЛИ четырехтактный двигатель (часто называемый). Это очень легко понять до тех пор, пока вы не захотите выполнять все термодинамические расчеты и все такое прочее!

4-тактный двигатель

Анимация – 1. Впуск 2. Компрессия 3. Мощность 4. Выпуск ! Кредиты — Zephyris

Само название дает нам представление — это двигатель внутреннего сгорания, в котором поршень совершает 4 такта, дважды поворачивая коленчатый вал. Ход относится к полному перемещению поршня в любом из направлений. Цикл завершается, когда все 4 такта завершены. Четырехтактный двигатель впервые был продемонстрирован Николаус Отто в 1876 году, поэтому он также известен как цикл Отто.

Перейдем к деталям, которые есть в 4-тактном двигателе,
Поршень – В двигателе поршень используется для передачи силы расширения газов на механическое вращение коленчатого вала через шатун. Поршень может сделать это, потому что он плотно закреплен внутри цилиндра с помощью поршневых колец, чтобы минимизировать зазор между цилиндром и поршнем!
Коленчатый вал — Коленчатый вал — деталь, способная преобразовывать возвратно-поступательное движение во вращательное.
Шатун – Шатун передает движение от поршня к коленчатому валу, который действует как плечо рычага.
Маховик – Маховик представляет собой вращающееся механическое устройство, используемое для накопления энергии.
Впускной и выпускной клапаны – Обеспечивает поступление свежего воздуха с топливом и отвод отработавшей воздушно-топливной смеси из цилиндра.
Свеча зажигания – Свеча зажигания подает электрический ток в камеру сгорания, который воспламеняет топливно-воздушную смесь, что приводит к резкому расширению газа.

Детали четырехтактного двигателя. источник: — xorl.wordpress.com

Четыре такта 4-тактного двигателя обозначаются названием —

1. Такт всасывания/впуска: —

В этом такте поршень перемещается от ВМТ к НМТ [( Верхней мертвой точки Центр – крайнее дальнее положение поршня к коленчатому валу) до ( НМТ – ближайшее положение поршня к коленвалу)].
Поршень движется вниз, всасывая топливовоздушную смесь из впускного клапана.
Ключевые моменты :-
впускной клапан- Open
выпускной клапан- Закрыто
ГОДОВАНИЕ Кошечка топливно-воздушная смесь. Импульс маховика помогает поршню двигаться вверх.
Ключевые точки :-
впускной клапан- Закрыто
выпускной клапан- Закрыто
Глобование коленчатого вала- 180 ° (общая = 360 °)

Источник:- CDN3.Kidsdiscover.com

3. Стало мощности:-

4.

Начался второй оборот коленчатого вала, так как он совершает один полный оборот в такте сжатия. Рабочий такт начинается с расширения воздушно-топливной смеси, воспламеняемой с помощью свечи зажигания. Здесь поршень движется от ВМТ к НМТ. Этот ход производит механическую работу по вращению коленчатого вала.
Ключевые моменты :-
впускной клапан- Закрыто
Выпускной клапан- Закрыто
Глощение коленчатого вала- 180 ° (всего = 540 °)

4.

Сток выхлопа:-

4. Сток выхлопа:

. импульс маховика перемещает поршень вверх от НМТ к ВМТ, тем самым выталкивая выхлопные газы наружу через выпускной клапан.

Ключевые точки :-
Впускной клапан – ЗАКРЫТ
Выпускной клапан – ОТКРЫТ
Вращение коленчатого вала – 180°(всего = 720°)

Здесь завершаются два полных оборота (720°) коленчатого вала вместе с одним циклом ( Один цикл, потому что термодинамический цикл  является серией термодинамических процессы, которые возвращают систему в исходное состояние.Здесь ряд термодинамических процессов происходит во время тактов.4 такта = 4 процесса!)

Предлагаемая статья – Как работают двухтактные двигатели?

Как впускные и выпускные клапаны открываются и закрываются в определенное время хода?

Ну, они не рассчитаны с помощью таймера или часов (пошутить надо мной). Ответ такой удивительный, а решение чертовски простое — распределительный вал !
Распределительный вал соединен с коленчатым валом через шестеренчатый механизм или зацеплен с помощью зубчатой ​​цепи.

Вращающийся кулачок на распределительном валу!

Анимация вверху — кулачок на распределительном валу, преобразующий вращательное движение в колебательное движение клапанов, тем самым открывая и закрывая клапаны в точное время. Источник

Опять же, это доказывает, что иногда все, что нам нужно, это простой дизайн.

Вам может понравиться – Различия, преимущества и недостатки 4-тактного и 2-тактного двигателя!

Свеча зажигания используется только в бензиновых двигателях и поэтому используется здесь. Дизельные двигатели не имеют свечи зажигания. Смесь настолько сильно сжата, что способна самовоспламениться.

Как запускается двигатель ИЛИ как опускается поршень при запуске двигателя?

Ответ: когда вы вставляете ключ в машину, чтобы включить ее, батарея приводит в действие небольшой двигатель, который находится в зацеплении с большей шестерней маховика. Таким образом, двигатель запускается путем всасывания в него воздушно-топливной смеси, а затем следует описанному выше циклу.

Вот видео как заводятся двигатели?

Что такое четырехтактный двигатель?

Содержание

• 1 Что такое четырехтактный двигатель?
• 2 Как работает четырехтактный двигатель?
• 3 Диаграмма PV четырехтактного двигателя
• 4 История
  • 4.1 Цикл Аткинсона
  • 4.2 Дизельный цикл
• 0012
• 7 Преимущества и недостатки четырехтактных двигателей
  • 7.1 Преимущества четырехтактных двигателей
  • 7.2 Недостатки четырехтактных двигателей
• 8 В чем разница между четырехтактным дизельным двигателем и четырехтактным двигателем? бензиновый двигатель?
• 9 Часто задаваемые вопросы Раздел
  • 9.1 Что означает четырехтактный двигатель?
  • 9.2 Какие примеры четырехтактных двигателей?
  • 9.3 Какой двигатель меньше загрязняет окружающую среду, двухтактный или четырехтактный?
  • 9. 4 Что быстрее, 2-тактный или 4-тактный?
  • 9.5 Есть ли шеститактный двигатель?

Двигатели наиболее широко используются во всем мире для многочисленных применений . Они используются в различных транспортных средствах, таких как автобусы, грузовики, фургоны, мотоциклы и т. д. Существуют различные типы двигателей, и 4-тактный двигатель является одним из них. По количеству ходов поршня двигатели имеют два основных типа :

1. 2-тактный двигатель
2. 4-тактный двигатель

В предыдущей статье мы обсуждали двухтактный двигатель. Поэтому в этой статье речь пойдет в основном о четырехтактном двигателе.

Что такое четырехтактный двигатель?

Четырехтактный двигатель — это двигатель внутреннего сгорания, в котором для завершения рабочего цикла используется четыре хода поршня. Он преобразует тепловой энергии топлива в полезную механическая работа за счет движения поршня вверх и вниз . Следовательно, он относится к категории поршневого двигателя .

Четырехтактный двигатель завершает рабочий цикл после завершения двух оборотов коленчатого вала и 4 ходов поршня. Эти двигатели наиболее широко используются в различных транспортных средствах, таких как легкие грузовики, автобусы, микроавтобусы, легковые автомобили и т. д.

В этом поршневом двигателе процесс сжатия происходит за счет движения поршня вверх и вниз.

Основное различие между 2-тактным двигателем и 4-тактным двигателем заключается в том, что 2-тактный двигатель завершает рабочий цикл всего за два такта , в то время как четырехтактный двигатель завершает рабочий цикл в четыре хода поршня. Двухтактный двигатель производит меньше выбросов по сравнению с двухтактным двигателем.

Как работает четырехтактный двигатель?

Четырехтактный двигатель работает следующим образом:

1. Процесс впуска
2. Процесс сжатия
3. Силовой процесс
4. Процесс выхлопа

Рабочий цикл 4-тактного двигателя

1) Такт впуска

• Когда поршень совершает возвратно-поступательное движение в направлении BCD от ВМТ (вниз), внутри камеры сжатия (цилиндра) создается вакуум.
• Когда в камере сжатия создается вакуум, выпускной клапан закрывается, а впускной открывается.
• При открытии впускного клапана топливовоздушная смесь начинает поступать в камеру сжатия.

2) Такт сжатия

• Когда внутреннее давление в камере сжатия становится равным внешнему давлению, впускной клапан закрывается и начинается такт сжатия.
• При движении поршня вверх (от BCD до ВМТ) он сжимает топливовоздушную смесь внутри камеры сжатия и увеличивает температуру и давление топливовоздушной смеси.

3) Рабочий ход

• Рабочий ход также известен как рабочий ход.
• Когда такт сжатия почти завершен, свеча зажигания сжигает сжатую воздушно-топливную смесь.
• При воспламенении топлива вырабатывается мощность, благодаря которой поршень перемещается от ВМТ к НМТ за счет расширения химической реакции. Поэтому этот гребок называется POWER SROKE.
• Из-за этого процесса горения температура и давление смеси становятся очень высокими. Из-за повышения давления топливовоздушная смесь толкает поршень вниз (в сторону BCD от ВМТ) и приводит в движение коленчатый вал, который приводит в движение автомобиль.
• Во время этого процесса впускной и выпускной клапаны остаются закрытыми.

4) Такт выпуска

• После завершения рабочего такта начинается такт выпуска.
• В такте выпуска поршень снова движется вверх (от НМТ к ВМТ).
• Во время этого хода впускной клапан закрывается, а выпускной открывается. Поршень выталкивает выхлопные газы из камеры сгорания.
• После завершения такта выпуска поршень снова движется вниз (от ВМТ к НМТ), всасывает топливовоздушную смесь и весь цикл повторяется. Этот последний ход вытесняет отработанные газы / выхлопные газы из цилиндра.

Читайте также: Работа двухтактного двигателя

Диаграмма PV четырехтактного двигателя

Следующая диаграмма PV представляет -тактный рабочий цикл двигателя . Четырехтактный двигатель завершает рабочий цикл, состоящий из следующих этапов:

Четырехтактный цикл

• Изобарический процесс (от 0 до 1): В изобарическом процессе поршень движется вниз и создает вакуум внутри камера сгорания. Во время создания вакуума возникает разница давлений между атмосферным давлением и внутренним давлением камеры. За счет этой разницы давлений открывается впускной клапан, и топливовоздушная смесь поступает в камеру сгорания.
• Адиабатический процесс (от 1 до 2): После завершения изобарического процесса впускной клапан закрывается, а поршень движется вверх и сжимает топливно-воздушную смесь. При этом поршень повышает температуру и давление смеси, но ее теплота не меняется.
• Изохорный процесс (от 2 до 3): Свеча зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь в конце такта сжатия (адиабатический процесс). Этот процесс повышает температуру и давление воздушно-топливной смеси и превращает ее в смесь с высокой температурой и давлением. Этот процесс воспламенения также увеличивает энтропию (тепло) топливовоздушной смеси.
• Рабочий ход (процессы с 3 по 4): В этом такте тепло, выделяемое в процессе зажигания, используется для перемещения поршня вниз, что приводит к дальнейшему перемещению коленчатого вала. Движение коленчатого вала приводит в движение автомобиль. Поэтому этот процесс называется рабочим ходом.
• Фаза выхлопа (от 4 до 1): В этой фазе поршень снова движется вверх, и открывается выпускной клапан, который выпускает отработанное тепло из камеры сгорания. За счет отвода бесполезного тепла снижается кинетическая энергия молекул топливовоздушной смеси. Опять же, возникает разница давлений между атмосферным давлением и внутренним давлением камеры, и весь цикл повторяется.

 История 

Цикл Аткинсона

• В 1882 году Джеймс Аткинсон разработал двигатель, работающий по циклу Аткинсона. Это был однотактный двигатель внутреннего сгорания.
• Этот цикл был придуман для обеспечения КПД за счет удельной мощности. В настоящее время двигатель с циклом Аткинсона используется в некоторых новейших гибридных электрических устройствах.
• Оригинальный 4-тактный поршневой двигатель с циклом Аткинсона допускал такт впуска, такт сжатия, рабочий такт и такт выпуска за один оборот коленчатого вала, чтобы предотвратить нарушение конкретных патентов, относящихся к двигателю Отто.

Уникальная конструкция коленчатого вала двигателя

• Аткинсона может привести к различным степеням сжатия и расширения. Такт мощности длиннее, чем такт сжатия, что дает двигателю большую энтальпию (тепловой КПД), чем у обычных поршневых двигателей.
• Первоначальная конструкция двигателя Аткинсона — не более чем исторический курьез. Несколько новейших двигателей имеют нетрадиционные фазы газораспределения для создания более длинного рабочего такта или более короткого такта сжатия, что обеспечивает улучшение экономии топлива.

Читайте также: Работа цикла Аткинсона

Дизельный цикл

• Дизельный двигатель представляет собой практическое усовершенствование двигателя Отто 1876 года.
• В 1861 году Отто почувствовал, что производительность двигателя можно повысить за счет сжатия воздушно-топливной смеси перед воспламенением, а Рудольф Дизель хотел создать более эффективный двигатель, способный работать на более тяжелом топливе.
• По тем же причинам, что и Отто, Дизель хотел разработать двигатель, который мог бы снабжать небольшие промышленные предприятия собственной энергией, чтобы конкурировать с крупными компаниями, такими как Отто, и снизить потребность в топливе для населения. Как и у Отто, у него было много времени, чтобы построить двигатель с высокой степенью сжатия, который мог бы самопроизвольно воспламенять топливо, впрыскиваемое в цилиндр. Дизель использовал смесь воздух-топливо в своем первом двигателе.
• В 1893 году Diesel был в конечном итоге разработан как успешный двигатель. Двигатели с высокой степенью сжатия, которые воспламеняют топливо из-за высокой степени сжатия воздуха и топлива, известны как дизельные двигатели. Дизельный двигатель доступен как в четырехтактном, так и в двухтактном исполнении.

4-тактные дизельные двигатели

• используются в большинстве грузовых автомобилей, автобусов, лопастных двигателей и т. д. В этом двигателе используется мазут, который содержит больше энергии и требует меньше очистки для производства.

Читайте также: Работа дизельного двигателя

Ограничения выходной мощности четырехтактного двигателя

Выходная мощность двигателя зависит от количества воздуха, всасываемого . Производительность поршневого двигателя (будь то 4-тактный двигатель или 2-тактный двигатель) зависит от числа оборотов (об/мин), теплотворной способности топлива, потерь, соотношения воздух-топливо, объемного КПД, содержания кислорода в топливно-воздушной смеси и размера камеры сгорания. В конечном счете, скорость двигателя регулируется смазкой и прочностью материала. 9. Высокие обороты двигателя могут привести к повреждению двигателя, потере мощности, вибрации поршневых колец или другим физическим повреждениям. Когда поршневое кольцо вибрирует вертикально в поршневой канавке, в которой находится поршневое кольцо, поршневое кольцо вибрирует.

Назначение кольцевого флаттера — установить уплотнение между стенкой цилиндра и кольцом, что приводит к потере мощности и давления в цилиндре.

 Если двигатель вращается слишком быстро, пружина клапана не сможет закрыть клапан достаточно быстро. Это часто известно как «поплавок клапана» и приводит к тому, что поршень ударяется о клапан и вызывает серьезную поломку двигателя.

На высоких скоростях смазка на границе поршень-стенка цилиндра имеет тенденцию к повреждению. Поэтому скорость поршня промышленного двигателя ограничена до 10 м/с.

Читайте также: Различные типы двигателей

Компоненты четырехтактного дизельного двигателя

Четырехтактный двигатель состоит из следующих основных компонентов:

1. Топливная форсунка
2. Поршень
3. Впускной клапан
4. Выпускной клапан
5. Коленчатый вал
6. Шатун
7. Блок двигателя
8. Маховик

1) Поршень и поршневое кольцо

Поршень четырехтактного дизельного двигателя совершает возвратно-поступательное движение. Он соединяется с коленчатым валом через шатун. Он передает свое движение коленчатому валу через шатун. Поршень движется вниз и вверх внутри цилиндра двигателя.

Когда поршень движется вверх, он всасывает воздух внутрь цилиндра, а когда движется вниз, он сжимает воздух. За счет такого движения поршня повышается температура и давление топливовоздушной смеси внутри цилиндра.

Поршень двигателя имеет сложную конструкцию со стальным днищем и юбкой из ковкого чугуна. В этой юбке используется смазка под давлением, чтобы обеспечить подачу масла к гильзе цилиндра под каждой рабочей ситуацией. Масло подается к охлаждающему каналу в верхней части поршня через шатуны. Все поршневые кольца хромированы для защиты от износа. Поршневое кольцо содержит совместимое с пружиной маслосъемное кольцо и 2 направляющих компрессионных кольца. Канавка поршневого кольца обладает отличной износостойкостью и стабилизирована.

2) Линейный цилиндр

Этот компонент четырехтактного двигателя имеет высокую жесткую манжету для уменьшения деформации. Этот линейный материал представляет собой сплав серого чугуна с высокой прочностью и блестящей износостойкостью. Точно расположенные вертикальные отверстия для охлаждающей воды обеспечивают точный контроль температуры. Чтобы избежать риска полировки канала ствола, линейка оснащена защитным полировальным кольцом.

Пространство между гильзой цилиндра и блоком цилиндров уплотняется двойным уплотнительным кольцом. Верхний конец линейки оснащен антиполирующим кольцом, которое предотвращает полировку внутренних отверстий и снижает расход смазочного масла.

3) Подшипники шатуна и коренные подшипники

Подшипник шатуна представляет собой футеровку из свинцовистой бронзы с задней частью из триметаллической стали и толстым, обеспечивающим плавность хода слоем. Биметаллический подшипник, а также триметаллический подшипник обеднены как коренные подшипники.

4) Шатун

Основная статья: Шатун

Этот компонент 4-тактного дизельного двигателя соединяет коленчатый вал двигателя и поршень. Он состоит из Легированная сталь и кованая цельная деталь. Шатун обрабатывается в круглом поперечном сечении. Нижняя сторона шатуна расщепляется в горизонтальном направлении, так что шатун и поршень можно снять с гильзы цилиндра. Подшипник поршневого пальца состоит из триметалла.

Все болты шатуна затягиваются гидравлически. Отверстия в шатуне направляют масло к поршням и подшипнику поршневого пальца. Этот компонент двигателя передает движение поршня на коленчатый вал, который далее перемещается на колесо автомобиля.

5) Коленчатый вал

Коленчатый вал преобразует возвратно-поступательное движение поршня двигателя во вращательное. Это важный компонент для всех двигателей. Эта часть передает конечную мощность в виде кинетической энергии. Изготавливается в виде цельного куска. Шатун является связующим звеном между коленчатым валом и поршнем двигателя.

Читайте также: Работа коленчатого вала

6) Блок двигателя

Блок цилиндров изготовлен из ковкого чугуна и подходит для всех цилиндров. Крышки основных подшипников крепятся снизу двумя гидравлическими натяжными винтами.

Эти крышки направлены снизу и сверху вбок через блок цилиндров. Горизонтальный боковой винт с гидравлическим затягиванием поддерживает крышку коренного подшипника.

Читайте также: Работа блока цилиндров

7) Распредвал

Используется для открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов и управления топливным насосом в дизельном двигателе с высоким давлением.

Читайте также: Работа распределительного вала

8) Свеча зажигания

Используется в бензиновых двигателях или двигателях SI. Он используется для обеспечения искры воздушно-топливной смеси для ее воспламенения.

9) Топливная форсунка

Используется для впрыска топлива внутрь цилиндров двигателя. Некоторые двигатели используют топливный насос вместо топливной форсунки.

10) Маховик

Этот компонент четырехтактного бензинового двигателя установлен на чугунной стойке. Он хранит энергию в виде инерции.

Преимущества и недостатки четырехтактных двигателей

Четырехтактный двигатель имеет следующие преимущества и недостатки:

Преимущества четырехтактного двигателя и эффективный.

Больше крутящего момента:  На низких оборотах четырехтактные двигатели развивают больший крутящий момент, чем двухтактные.

10. Эти дизельные двигатели производят самые маленькие NO _X .

Недостатки четырехтактного двигателя

1. Мощность: Этот двигатель имеет меньшую мощность, чем двухтактный двигатель.
2. Дорого: Четырехтактный двигатель состоит из многих частей. Поэтому он имеет более высокую стоимость, чем двухтактный двигатель.
3. Вес: Эти двигатели имеют больший вес, чем двухтактные двигатели
4. Требуемая площадь: Требовалась большая площадь для установки.
5. Ход поршня: Для завершения силового цикла требуется больше ходов поршня.
6. Дизайн: Эти двигатели имеют сложную конструкцию.

В чем разница между 4-тактным дизельным двигателем и 4-тактным бензиновым двигателем?

Бензиновый двигатель	Дизельный двигатель
Этот двигатель работает на основе цикла Отто.	Работает на базе дизельного двигателя.
В этом двигателе процесс зажигания происходит за счет искры, обеспечиваемой свечой зажигания.	В этом двигателе воспламенение происходит за счет высокой степени сжатия топливовоздушной смеси.
В качестве рабочей жидкости используется бензин или бензин.	Работает на дизельном топливе.
Этот двигатель менее эффективен.	Самый эффективный.
Имеет низкую степень сжатия.	Этот двигатель имеет высокую степень сжатия.
Потребляет меньше топлива.	Потребляет мало топлива.
Эти двигатели в основном используются в небольших машинах, таких как велосипеды, мотоциклы, генераторы и т. д.	Эти двигатели в основном используются в тяжелых транспортных средствах, таких как автобусы, грузовики, фургоны и т. д.

Часто задаваемые вопросы Раздел

Что означает четырехтактный двигатель?

Двигатель, который завершает рабочий такт за четыре хода поршня, называется четырехтактным двигателем.

Какие примеры четырехтактных двигателей?

Четырехтактные двигатели чаще всего используются в тяжелых транспортных средствах, таких как грузовики, автобусы, мотоциклы , фургоны , тракторы и другие тяжелые транспортные средства.

Какой двигатель меньше загрязняет окружающую среду, двухтактный или четырехтактный?

Двухтактный двигатель производит больше выбросов, чем четырехтактный. Это связано с тем, что двухтактный двигатель использует отверстия для всасывания и выброса топлива.

Что быстрее, 2-тактный или 4-тактный?

Двухтактный двигатель имеет более низкие детали, чем четырехтактный двигатель. Для сравнения, двухтактный двигатель завершает рабочий цикл (всего за 2 хода поршня) быстрее, чем четырехтактный двигатель. Следовательно, двухтактный двигатель быстрее четырехтактного.

Есть ли шеститактный двигатель?

6-тактный двигатель представляет собой самую современную версию двигателя внутреннего сгорания, основанную на конструкции 4-тактного двигателя, но этот двигатель имеет два дополнительных электрических такта для снижения выбросов и повышения эффективности. 6-тактный двигатель использует свежий воздух (чистый воздух из атмосферы) для 5 ^го такта вдоха 2 ^го всасывания.

Подробнее

1. Различные типы двигателей
2. Различные типы поршневых двигателей
3. Работа двухтактного двигателя
4. Работа парового двигателя
5. Типы двигателей внутреннего сгорания
6. Типы двигателей внешнего сгорания
7. Работа СИ или бензинового двигателя

Четырехтактный двигатель — обучение энергетике

Обучение энергетике

Меню навигации

ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

Поиск

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

Четырехтактный двигатель является наиболее распространенным типом двигателей внутреннего сгорания и используется в различных автомобилях (которые специально используют бензин в качестве топлива), таких как легковые автомобили, грузовики и некоторые мотоциклы (многие мотоциклы используют двухтактный двигатель). Четырехтактный двигатель обеспечивает один рабочий ход за каждые два цикла поршня (или четыре хода поршня). Справа (рисунок 1) есть анимация четырехтактного двигателя и дальнейшее объяснение процесса ниже.

1. Такт впуска: Поршень перемещается вниз к днищу, это увеличивает объем, чтобы топливно-воздушная смесь могла попасть в камеру.
2. Такт сжатия: Впускной клапан закрыт, и поршень движется вверх 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 своего сгорания, тепло, выделяемое при сгорании углеводородов, увеличивает давление, которое заставляет газ давить на поршень и создавать выходную мощность.
4. Такт выпуска: Когда поршень достигает дна, открывается выпускной клапан. Оставшийся выхлопной газ выталкивается поршнем, когда он движется обратно вверх.

Тепловой КПД этих бензиновых двигателей зависит от модели и конструкции автомобиля. Однако в целом бензиновые двигатели преобразуют 20% топлива (химической энергии) в механическую энергию, из которых только 15% будут 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 камеры двигателя (обозначается как ВМТ и НМТ на рис. 2). Более высокое соотношение позволит поступать большему количеству топливно-воздушной смеси, вызывая более высокое давление, что приводит к более горячей камере, что увеличивает тепловую эффективность. ^[2]

Цикл Отто

Рис. 2. Реальный процесс цикла Отто, происходящий в четырехтактном двигателе. ^[3]

Рис. 3. Идеальный цикл Отто. ^[4]

Диаграмма давление-объем (диаграмма PV), 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 движения транспортного средства или машины (поэтому это тип теплового двигателя). Цикл Отто можно увидеть на рисунке 2 (реальный цикл Отто) и на рисунке 3 (идеальный цикл Отто). Компонент любого двигателя, использующего 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, поясняется ниже) и электрического наддува при запуске двигателя.

Ниже описывается, что происходит на каждом шаге PV-диаграммы, на которой 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): Называемая фазой впуска , поршень опускается вниз, чтобы позволить объему в камере увеличиться, чтобы он мог «всасывать «топливно-воздушная смесь. С точки зрения термодинамики это называется изобарным процессом.

Процесс с 1 по 2: Во время этой фазы поршень поднимается вверх, чтобы он мог сжимать топливно-воздушную смесь, поступающую в камеру. Сжатие вызывает небольшое повышение давления и температуры смеси, однако теплообмена не происходит. С точки зрения термодинамики это называется адиабатическим процессом. Когда цикл достигает точки 2, это происходит, когда топливо встречается со свечой зажигания для воспламенения.

Процесс со 2 по 3: Здесь происходит сгорание за счет воспламенения топлива от свечи зажигания. Сгорание газа завершается в точке 3, что приводит к образованию камеры с высоким давлением, в которой выделяется много тепла (тепловой энергии). С точки зрения термодинамики это называется изохорным процессом.

Процесс с 3 по 4: Тепловая энергия в камере в результате сгорания используется для работы поршня, который толкает поршень вниз, увеличивая объем камеры. Это также известно как силовой ход , потому что это когда тепловая энергия превращается в движение для питания машины или транспортного средства.

Фиолетовая линия (процесс с 4 по 1 и фаза выхлопа ): От процесса с 4 по 1 открывается выпускной клапан, и все отработанное тепло выбрасывается из камеры двигателя. Когда тепло покидает газ, молекулы теряют кинетическую энергию, вызывая снижение давления. ^[5] Затем происходит фаза выпуска (шаг 0-1), когда оставшаяся в камере смесь сжимается поршнем для «выпуска» наружу, без изменения давления.

Для дополнительной информации

• Двигатель внутреннего сгорания
• Цикл Отто
• Двухтактный двигатель
• Тепловая эффективность
• Или просмотрите случайную страницу

Ссылки

2. ↑ ^{2.0 2.1} Р. Вольфсон, Энергия, окружающая среда и климат. Нью-Йорк: WW Нортон и компания, 2012, с. 106.
3. ↑ Фактический и идеальный цикл Отто — ядерная энергетика», Nuclear Power, 2018. [Онлайн]. Доступно: https://www.nuclear-power.net/nuclear-engineering/thermodynamics/thermodynamic-cycles/otto-cycle-otto. -engine/actual-and-ideal-otto-cycle/. [Доступ: 22 июня 2018 г.].
4. ↑ Wikimedia Commons [в сети], доступно: https://en.wikipedia.org/wiki/Otto_cycle#/media/File:P-V_Otto_cycle.svg
5. ↑ И. Динчер и К. Замфиреску, Усовершенствованные системы производства электроэнергии. Лондон, Великобритания: Academic Press является выходным изданием Elsevier, 2014, с. 266.

Четырехтактные двигатели: определение, схема, работа

Четырехтактные двигатели являются наиболее распространенным двигателем внутреннего сгорания, используемым в автомобилях, таких как грузовики, легковые автомобили и некоторые современные мотоциклы (большинство мотоциклов работают с двухтактным двигателем). четырехтактные известны как цикл сгорания. Это происходит в процессе сгорания во внутренней части двигателя. Четырехтактный двигатель передает рабочий ход за каждые два периода поршневого или четырехтактного хода.

Подробнее: Все, что вам нужно знать об автомобильном вентиляторе охлаждения

Сегодня вы познакомитесь с определением, схемой и работой четырехтактных двигателей как бензинового (отто-цикл), так и дизельного типа. Вы также узнаете о цикле Отто. Ранее я ознакомился с некоторыми статьями по двигателю внутреннего сгорания. Проверить!

Подробнее: Понимание работы автомобильного мозга

Содержание

• 1 Четырехтактный цикл
  • • 1.0.1 Посмотрите видео ниже, чтобы узнать, как работают четырехтактные двигатели:
    • 1.0.2 Схема четырехтактных двигателей:
  • 1.1 Цикл Отто 
  • 1.2 Подпишитесь на нашу рассылку новостей

    2 Делиться!

Ниже поясняется цикл сгорания четырехтактного двигателя. То есть все эти процессы должны быть выполнены до того, как транспортное средство сможет двигаться. эти процессы:

1. такт впуска/впуска : это первая стадия цикла сгорания; на этом этапе поршень движется вниз, чтобы позволить топливу и воздуху попасть в камеру.
2. Такт сжатия : на этом этапе впускной клапан закрыт, блокируя выход воздушно-топливной смеси. Поршень движется вверх по камере, сжимая воздух и топливо. В конце такта наличие свечи зажигания позволяет воспламенить топливно-воздушную смесь, обеспечивая энергию, необходимую для сгорания.
3. Рабочий ход:  после того, как происходит сгорание, тепло, полученное от сгорающего углеводорода, увеличивает давление, давая достаточно энергии, чтобы толкать поршень и создавать выходную мощность.
4. Такт выпуска : это заключительный этап цикла сгорания; это происходит, когда поршень движется обратно вниз и открывается выпускной клапан. Когда клапан открывается, выхлопные газы выталкиваются поршнем, когда он движется обратно вверх.

Подробнее: Понимание того, как работает двигатель автомобиля

Посмотрите видео ниже, чтобы узнать, как работают четырехтактные двигатели: