4 х тактный двигатель: Как работают 4-тактные двигатели

Содержание

чем отличается от двухтактного, принцип работы, фазы газораспределения

Четырехтактный двигатель – самая распространенная модель двигателя внутреннего сгорания для автомобилей и не только. Двухтактные ДВС сегодня применяются, но сфера их использования ограничена некоторыми видами мототехники, микро- и малолитражных автомобилей, снегоходов, катеров и т. п. Широко применяется как бензиновый (обычно карбюраторный), так и дизельный тип. Часто такой двигатель бывает двухцилиндровый, его тип обычно инжекторный.

Содержание

История четырехтактного двигателя
Устройство четырехтактного ДВС
Принцип работы
Фазы газораспределения в четырехтактном ДВС
Рабочий цикл
Масло для четырехтактного двигателя
Понижающие редукторы для четырехтактных двигателей
Чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного
Индикаторная диаграмма 4 х тактного дизельного двигателя

История четырехтактного двигателя

Началом истории самого популярного ДВС считаются 70-е годы 19 века, тогда первую рабочую модель такого мотора представил немецкий инженер и предприниматель Николаус Отто. Его работы были основаны на трудах предшественников, пытавшихся найти альтернативу паровой машине.

В начале 19 века французский изобретатель Филипп Лебон создал агрегат, в котором благодаря его же открытиям, горючая смесь загоралась в цилиндре двигателя, а не в топке. В середине века в Бельгии был создан двухтактный двигатель внутреннего сгорания, который затем усовершенствовал Отто. Его четырехтактный движок обладал более высоким КПД, был экономичней и не превосходил предшественника по размерам.

Устройство четырехтактного ДВС

Современный двигатель по сути не отличается от прототипов, поэтому проще всего его функционирование показать на примере одноцилиндрового ДВС.

Конструктивно он состоит из:

Цилиндра.
Поршня.
Клапанов впуска и выпуска.
Свечи зажигания.
Коленчатого вала.
Шатуна.

Принцип работы

Схема работы четырехтактного двигателя; заполнить цилиндр горючей смесью (первый такт), сжать ее (второй), поджечь и расширить ее, толкнув поршень (третий), выпустить отработанный газ (четвертый).

Фазы газораспределения в четырехтактном ДВС

Фазы газораспределения – один из главных факторов эффективности мотора. Они напрямую влияют на его КПД. Основная проблема, связанная с ними, заключается в том, что при различных режимах смесь и выхлоп ведут себя по-разному.

ВАЖНО!Для холостого хода подойдут малые фазы (позднее открытие и раннее перекрытие клапанов). На высоких оборотах, наоборот, выгодно раннее время открытия клапанов, благодаря чему можно обработать больший объем газов.

В современной автомобильной промышленности эта проблема обычно решается с помощью специальной муфты, изменяющей угол распредвала при увеличении оборотов двигателя. Эта муфта называется фазовращателем, она управляется электронной системой и поворачивается гидравликой. Благодаря ей, при повышении оборотов обеспечивается раннее открытие клапанов, то есть – нужный темп наполняемости цилиндров.

Способов изменения фаз множество. Например, кулачок с измененным профилем, начинающий работать вместо основного при достижении заданного показателя высоких оборотов. Это позволяет добиться повышенной мощности.

Рабочий цикл

Последовательность тактов выглядит так:

Такт впуска. За счет вращения коленвала поршень из самой верхней точки идет в самую нижнюю, кулачки распредвала открывают клапан на впуск. Через него всасывается смесь.
Такт сжатия. Коленвал толкает поршень вверх, впускной клапан закрывается, выпускной остается закрытым. Температура и давление в цилиндре растут.
Такт расширения. Перед завершением сжатия, свеча зажигания воспламеняет смесь. Топливо сгорает, смесь расширяется и двигает поршень. Связанный с поршнем шатун передает вращательный момент коленвалу. При расширении газы проделывают работу, поэтому ход коленвала называется рабочим. Угол «недоворота» коленвала, который еще не довел поршень до максимальной верхней точки называется углом опережения зажигания (фазой газораспределения). Это делается, чтобы смесь успевала сгореть к моменту достижения поршнем нижней точки. Для повышения эффективности ДВС надо регулировать угол при повышении оборотов. Эти углы регулируются электронной системой автомобиля.
Такт выпуска. При достижении поршнем самой нижней точки, сила давления вытесняет выхлопные газы из цилиндра через открывшийся выпускной клапан. После достижения поршнем верхней точки выпускной клапан вновь закрывается, рабочий цикл повторяется.

Масло для четырехтактного двигателя

Масла делятся на два типа – для двигателей с воздушным и водяным охлаждением. Температура поршней в моторах с воздушным охлаждением гораздо выше, чем в случае с водяным, поэтому первые более требовательны к маслу.

Хотя в зимний период техника с воздушным охлаждением четырехтактного двигателя используется реже (в основном садовая и сельскохозяйственная техника, мотоциклы, моторные лодки и т.д используются летом), вопрос для ее владельцев стоит достаточно остро. Зимой актуально масло для квадроциклов, снегоходов и т.д.

Главное, и летом и зимой – это характеристики, позволяющие маслу сразу после запуска двигателя создать защитную пленку на механизмах. Это важно, даже если двигатель новый или бывший в употреблении, но в идеальном состоянии. Сравнительный анализ разных марок показывает, что масло может быть минеральным или синтетическим.

Разница между летними и зимними маслами определяется степенью вязкости и шириной диапазона температур, при которых конкретные марки масла можно применять. Число перед литерой W указывает на предел температуры, при которой масло густеет. Число после означает предельную температуру эффективного использования этого масла. Бывают всесезонные масла, например, 10w30. Аббревиатура SAE обозначает международный стандарт, по которому классифицируются моторные масла.

ВАЖНО! Зимние масла обладают самой низкой вязкостью, это SAE 0W, SAE 15W и другие. Летние более вязкие: SAE 20, SAE 30, SAE 50. Применяемое масло должно соответствовать показателям, указанным в спецификации к технике.

Высоковязкие масла, например, Sae 30 или Sae 40 ориентированы на летний период, а низковязкие (5W30 или близкие к нему) на зимний. Зимние масла летом будут ускоренно испаряться и не обеспечат смазку. Летние масла будут быстро густеть при низких температурах, осложняя работу мотора.

Понижающие редукторы для четырехтактных двигателей

Понижающий редуктор – устройство, которое должно понижать скорость с высокой с низким крутящим моментом до низкой с высоким крутящим моментом. Особенно они актуальны для сельскохозяйственной и садовой техники.

Среди самых популярных брендов, которые производят такие двигатели, обычно мощностью порядка 15лс – японская «Хонда» и китайский «Лифан» (есть модели с вариатором, автоматическим сцеплением). Также популярен американский производитель Briggs & Stratton, его двигатели используются в газонокосилках (бензотриммерах). Среди популярных двигателей с редукторами – «Чемпион» и его аналог, «Патриот Гарден».

ВАЖНО! Редукторы делятся на два типа: разборные и неразборные. Их действие одинаково. Второй вариант дешевле, но если возникнет неисправность, потребуется его замена. Разборный дороже, но в случае необходимости надо заменять только поломавшуюся запчасть. Обычно он ставится на сопоставимую по стоимости технику.

Чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного

Характеристика	Четырехтактный двигатель	Двухтактный двигатель
Мощность	Меньшая мощность из-за большего количества тактов. Наддув дает дополнительную мощность.	При одинаковых оборотах, диаметре цилиндра и хода поршня мощность (теоретически) в 2 раза больше. На практике, из-за механических потерь – примерно в 1,5 раза.
Эксплуатационные качества	Больший эксплуатационный ресурс. Процесс ремонта может протекать сложнее, должен осуществляться с использованием сложного оборудования.	Простота конструкции, ремонта. Отсутствие сложных устройств: карбюратора, клапанов. Преимущество по показателю равномерности вращения коленвала. Меньший эксплуатационный ресурс из-за более высокой температурной нагрузки на поршневой механизм.
Экономичность	Низкий, по сравнению с двухтактным расход топлива и масла. Более высокие затраты на ремонт.	Высокие затраты мощности на продувочный насос, недостаточная очистка цилиндра от выхлопных газов. Минус – высокий расход топлива и масла, которое приходится заливать в топливо.
Вес	Больше двухтактного.	Меньший вес за счет отсутствия крупногабаритных сложных деталей.
Размер	Больше двухтактного.	Меньший размер за счет отсутствия крупногабаритных сложных деталей.
Цена	Выше двухтактного.	Ниже четырехтактного.
Сфера применения	Двигатели средней и большой мощности, в том числе стационарные. Используются как двигатель под инверторный генератор. Популярна их установка на снегоходы «Рысь» и «Тайга», мотороллеры «Муравей».	Плавсредства, сельскохозяйственная и мототехника, малолитражные автомобили.

Таким образом, четырехтактные двигатели дороже сопоставимых по объему двухтактных и сложнее в эксплуатации. В тоже время они имеют больший срок эксплуатации и более экономичны. Четырехцилиндровый 4 тактный двигатель часто ставится на автомобили и тракторы, на инвертор-генераторы.

ВАЖНО! При выборе двигателя стоит рассчитать планируемый срок его эксплуатации. Если это техника для сельскохозяйственных работ, хорошо будет сделать расчет – за какой срок вложения могут окупиться.

Индикаторная диаграмма 4 х тактного дизельного двигателя

Чем отличаются 2-х тактный и 4-х тактный двигатель

Это общий вопрос, который многих интересует, особенно когда стоит выбор перед покупкой бензоинструмента с разными типами двигателей. У каждого типа двигателя есть свои преимущества и недостатки, которые мы постараемся изложить в этой статье. Давайте начнем…

Основное отличие двухтактных и четырехтактных двигателей в основном сосредоточена вокруг области применения, для которой используется двигатель. Небольшие двигателя, работающие на высоких оборотах, как правило, двухтактные. Более крупные двигателя, с большим крутящим моментом при более низких оборотах, обычно имеют 4-тактные двигателя.

Принцип работы двигателя.

Совокупность периодически повторяющихся в определенной последовательности процессов, в результате которых происходит преобразование тепловой энергии в механическую называется замкнутым рабочим циклом. А именно двигатель приводится в движение с помощью поршня, который движется вверх и вниз в цилиндре, за счет возгорания смеси из бензина и воздуха. Бензиновые двигатели используют электрическую искру для зажигания горючей смеси, от сгорания которой создается давление, необходимое для движение поршня. Этот процесс происходит в вакууме и изолирован в блоке цилиндра.

Рабочий цикл, включающий в себя подачу бензина и воздуха, воспламенение горючей смеси, выталкивание отработанных газов, и повторяется тысячи раз в минуту. Так для оборота коленчатого вала на 360 ° или одного оборота, поршень должен перемещаться из своей наивысшей точки, верхней мертвой точки (ВМТ), в свою нижнюю точку, в нижнюю мертвую точку (НМТ), а затем обратно в ВМТ. К примеру, при 1000 оборотах в минуту рабочий цикл происходит 1000 раз в минуту.

По этому принципу работают все двигатели внутреннего сгорания, разница между 4-тактным и 2-тактным двигателями заключается в действиях, при которых происходит подача, сжатие топлива, выхлоп газов.

Как работает двухтактный двигатель?

Двухтактный двигатель не использует впускные и выпускные клапаны, для подачи горючей смеси и вывода отработанных газов из камеры сгорания. За полный рабочий цикл, то есть за один ход коленчатого вала выполняется два такта.

Вместо клапанов двухтактный двигатель имеет впускной и выпускной каналы – отверстия в боковой части цилиндра, которые совпадают с предварительно рассчитанным положением поршня, где поршень используется для закрытия или открытия этих каналов.

Впускной канал расположен чуть ниже положения ВМТ (верхняя мертвая точка) и когда поршень движется вверх из НМТ, этот канал открыт и производится подача топливной смеси в камеру сгорания. Когда поршень проходит мимо впускного канала, боковая стенка поршня блокирует отверстие, а свеча зажигания зажигает топливо. Сжатие происходит из-за движения поршня к ВМТ, закрывающего впускное отверстие, в сочетании с одновременным сгоранием. Таким образом, такт сжатия и зажигания происходит как одно целое.

Выпускной канал находится на противоположной стороне цилиндра рядом с ВМТ. Когда поршень приближается к самой низкой точке (НМТ), он проходит через выпускной канал открывая его, в результате чего выходят сгоревшие газы.

Рабочий цикл двухтактного двигателя.

Такт 1: впуск и зажигание горючей смеси
Когда поршень движется вверх, топливо и воздух нагнетаются в камеру сгорания и свеча зажигания дает искру. Это происходит как раз перед тем, как поршень достигает ВМТ.

Такт 2: Сжатие и Выхлоп
В положении ВМТ поршень блокирует впускное отверстие, герметизируя камеру сгорания, и в результате воспламенения смеси температура и давление газов резко возрастают. Под этим действием поршень перемещается вниз к НМТ. В самой нижней точке выпускное отверстие больше не закрыто поршнем, и происходит выход отработанных газов.

Как работает четырехтактный двигатель?

Четырехтактный двигатель разделяет каждый этап: процесс сгорания и выпуска на четыре отдельных шага или такта.

Чтобы топливо могло попасть в камеру сгорания, непосредственно перед тем, как поршень достигнет ВМТ, открывается впускной клапан, позволяющий подавать топливно-воздушную смесь из карбюратора или системы впрыска топлива. Когда в камеру сгорания поступает достаточно топлива, клапан закрывается и создается вакуум и герметизация цилиндра. После свеча зажигания дает искру вызывающую воспламенение горючей смеси (взрыв смеси), это заставляет поршень двигаться вниз. Затем открывается выпускной клапан, позволяющий отходящим газам выходить. В это время герметизация нарушается, что вызывает декомпрессию в цилиндре, и импульс коленчатого вала толкает поршень обратно в верхнее положение ВМТ, и весь процесс начинается заново.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя.

Такт 1: впуск

Во время первого такта поршень начинает движение от ВМТ и заканчивается в НМТ, в этот момент клапан впрыска находится в открытом положении и поршень втягивает топливовоздушную смесь в цилиндр, путем создания вакуума.

Такт 2: сжатие

Второй такт начинается в НМТ и заканчивается в ВМТ, то есть сразу после поступления горючей смеси в цилиндр, поршень поднимаясь сжимает ее, подготавливая к возгоранию во время рабочего хода. Впускной и выпускной клапана на этом этапе закрыты.

Такт 3: воспламенение

В этот момент коленвал завершил полный оборот на 360 градусов и пока поршень находится в ВМТ (конец такта сжатия), сжатый воздух и топливо воспламеняется от свечи зажигания (в бензиновом двигателе) и затем под действием силы взрыва поршень совершает рабочий ход вниз к НМТ и производит механическую работу для поворота коленвала.

Такт 4: выпуск

После возгорания горючей смеси поршень сначала опускается к НМТ и затем поднимается к ВМТ. Двигаясь (поршень) к ВМТ выталкивает из цилиндра продукты сгорания через открытый выпускной клапан.

Механические Различия 2-х тактного и 4-х тактного двигателей.

При рассмотрении, различия этих двигателей выходят за рамки основного процесса сгорания. Четырехтактный двигатель имеет клапана находящиеся в головке блока цилиндров, работающие независимо друг от друга, и требующие особого контроля, чтобы открываться и закрываться точно в нужный момент. Другими словами – газораспределительный механизм, работа которого регулируется механически с помощью цепи или ремня ГРМ, которая приводит в движение распределительный вал, в тех случаях, если в двигателе больше одного цилиндра. Этому способствуют гидравлические подъемники, которые используют давление моторного масла для подъема клапанов.

Ремень ГРМ приводится в движение коленвалом в нижней части двигателя и затем ремень (цепь) приводит в движение распределительный вал (газораспределительный механизм). При вращении вала кулачки прижимаются к коромыслам или толкателям клапанов, чтобы открывать и закрывать клапаны. Распределительные валы работают с помощью клапанных кулис, которые непосредственно соприкасаются с кулачком и клапаном.

Четырехтактный двигатель имеет полностью герметичный цилиндр, клапана открываются только сверху, в камеру сгорания. Таким образом, масло, смазывающее двигатель, не попадает в камеру сгорания. В двухтактном двигателе все иначе, когда поршень проходит через впускное отверстие, камера сгорания открыта, а это означает, что масло свободно попадает в цилиндр и смешивается с топливом. Именно поэтому, в двухтактных двигателях для смазки двигателя используется масло другого типа, которое сгорает вместе с топливом. Смешивание топлива с маслом производят перед заливкой в бак.

Источник

Если Вы заметили ошибку, неточность или хотите дополнить материал, напишите об этом в комментариях, и мы исправим статью!

Ключевые теги: устройство автомобиля, двигатель, виды двигателей

Как это работает 4 тактный двигатель

Содержание

Четырехтактный двигатель – что это такое и как он работает?
Четырехтактный двигатель — 4 такта работы
1 такт — впуск
2 такт — сжатие
3 такт — сгорание и расширение (рабочий ход поршня)
4 такт — выпуск
4 Тактный двигатель: принцип работы
Основные характеристики 4 тактного двигателя
История
4 тактный двигатель принцип работы
Конструкция агрегата
Работа 4 тактного двигателя
Функционирование двухтактного агрегата
Отличия двухтактного двигателя от четырехтактного
Принцип работы четырехтактного бензинового двигателя
Принцип работы двухтактного бензинового двигателя
Эксплуатационные и конструктивные отличия двухтактных и четырехтактных бензиновых двигателей
4 тактный двигатель: подробно разбираем устройство и принцип работы, а так же отличие от двухтактного
История четырехтактного двигателя
Устройство четырехтактного ДВС
Принцип работы
Фазы газораспределения в четырехтактном ДВС
Рабочий цикл
Масло для четырехтактного двигателя
Понижающие редукторы для четырехтактных двигателей
Чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного
Видео

Четырехтактный двигатель – что это такое и как он работает?

Четырехтактный двигатель – что это такое и как он работает? Мы решили, что стоит обсудить эту тему, так как в наши дни все легковые и грузовые автомобили используют четырехтактные поршневые двигатели, будь они на бензине или на дизельном топливе.

Что такое четырехтактный двигатель? Если где-то вы услышали данную фразу, то знайте это означает, что коленчатый вал в грузовике должен вращаться дважды, а каждый поршень должен переместиться два раза вверх и вниз, чтобы произвести один импульс мощности. Иными словами, поршень движется вверх-вниз, вверх-вниз для каждого зажигания свечи зажигания.

В наши дни двухтактные двигатели можно найти только в бензопилах, газонокосилках, снегоходах, лодочных моторах и мопедах. Они отлично подходят для транспорта или техники небольшого размера, так как производят достаточно энергии для их работы. В то же время такие двигатели производят гораздо больше загрязнений, чем их четырехтактные собратья.

Четырехтактный двигатель — 4 такта работы

Как вы можете понять из названия двигателя, его рабочий цикл состоит из 4 этапов (или тактов, как вам удобнее. Это основное отличие 4-х тактного двигателя от 2-х тактного двигателя внутреннего сгорания.

1 такт — впуск

Начиная с «верхней мертвой точки» (ВМТ) и нулевого градуса вращения, поршень движется вниз по цилиндру. Когда поршень движется, он создает вакуум, благодаря чему впускной клапан открывается, всасывая воздух в цилиндр. На карбюраторных двигателях, а также на двигателях с впрыском в порт и корпус дросселя топливо поступает с воздухом, а на двигателях с непосредственным впрыском оно впрыскивается непосредственно в цилиндр.

2 такт — сжатие

Теперь в «нижней мертвой точке» (НМТ) поршень снова начинает двигаться вверх. Впускной и выпускной клапаны закрыты, а топливно-воздушная смесь сжимается поршнем в камеру сгорания. В наши дни степень сжатия, объем цилиндра + камера сгорания, по сравнению с объемом только камеры сгорания, может быть от 8:1 до 12:1. Не берем в расчет гоночные двигатели. Сжатие смеси значительно увеличивает количество энергии, выделяемой при сгорании, но само сжатие производит тепло, которое может вызвать детонацию или предварительное воспламенение.

3 такт — сгорание и расширение (рабочий ход поршня)

4 такт — выпуск

Поршень перемещается назад вверх по цилиндру из-за импульса, создаваемого во время рабочего хода, и веса маховика (в одноцилиндровом двигателе), или из-за запуска других цилиндров. Выпускной клапан открывается, и вместо сжатия сгоревших газов они выталкиваются в выпускное отверстие. Когда поршень снова приближается к ВМТ, выпускной клапан начинает закрываться, а впускной наоборот — открываться. Данный этап происходит во время процесса, который называется «перекрытием». В этот момент выходящий выпуск создает всасывание, которое помогает втягивать воздух через отверстие впускного клапана. Затем цикл начинается снова, при этом поршень движется вниз на следующем такте впуска.

Источник

4 Тактный двигатель: принцип работы

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

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

Основные характеристики 4 тактного двигателя

История

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

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

4 тактный двигатель принцип работы

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

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

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

Конструкция агрегата

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

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

Вот и все описание устройства 4 тактного двигателя.

Работа 4 тактного двигателя

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

Работа 4 тактного двигателя происходит таким образом:

По окончанию работы 4 тактного двигателя четыре такта проходят заново.

Функционирование двухтактного агрегата

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

Источник

Двигатели, в которых рабочий цикл совершается за 2 такта (один оборот коленчатого вала), называются двухтактными. Двигатели, в которых рабочий цикл совершается за 4 такта (два оборота коленвала), называются четырехтактным. Двух- и четырехтактные двигатели могут быть как бензиновыми (карбюраторными), так и дизельными. Каковы основные эксплуатационные и конструктивные особенности бензиновых двухтактных и четырехтактных двигателей? Чем отличается двухтактный от четырехтактного? Чтобы лучше понять это, необходимо ознакомиться с принципом их работы.

Принцип работы четырехтактного бензинового двигателя

При впуске поршень опускается из верхней мертвой точки (ВМТ) в нижнюю (НМТ). При этом с помощью кулачков распределительного вала открывается впускной клапан, через который в цилиндр засасывается топливная смесь.

При обратном ходе поршня (из НМТ в ВМТ) происходит сжатие топливной смеси, сопровождающееся ростом ее температуры.

Перед самым концом сжатия между электродами свечи загорается искра, поджигающая топливную смесь, которая, сгорая, образует горючие газы, толкающие поршень вниз. Происходит рабочий ход, при котором совершается полезная работа.

После перехода поршня НМТ открывается выпускной клапан, позволяя двигающемуся вверх поршню вытолкнуть отработавшие газы из цилиндра. Происходит выпуск. В верхней мертвой точке выпускной клапан закрывается, и цикл повторяется снова.

Принцип работы двухтактного бензинового двигателя

При сжатии поршень двигается из нижней мертвой точки в верхнюю. После того как перекроется сначала продувочное окно (2), через которое в цилиндр поступает топливная смесь, а затем выпускное (3), через которое выходят отработавшие газы, начинается сжатие воздушно-бензиновой смеси. Одновременно с этим в кривошипной камере (1) создается разрежение, засасывающее из карбюратора следующую порцию топлива. При подходе поршня к верхней мертвой точке смесь воспламеняется от искры свечи, и образовавшиеся газы толкают поршень вниз, вращая коленвал и производя полезную работу.

В кривошипной камере при рабочем ходе повышается давление, сжимающее топливную смесь, попавшую туда в предыдущем такте. При достижении верхней поверхности поршня (его уплотнительного кольца) выпускного окна, последнее открывается, выпуская отработавшие газы в глушитель. При дальнейшем движении поршень открывает продувочное окно, и находящаяся под давлением в кривошипной камере топливная смесь поступает в цилиндр, вытесняя остатки отработавших газов (осуществляя продувку) и заполняя надпоршневое пространство. При переходе поршня нижней мертвой точки рабочий цикл повторяется.

Эксплуатационные и конструктивные отличия двухтактных и четырехтактных бензиновых двигателей

Литровая мощность. В отличие от четырехтактного двигателя, в котором один рабочий ход приходится на два оборота коленчатого вала, в двухтактном рабочий ход совершается при каждом обороте коленвала. Это означает, что 2-х тактный двигатель должен иметь (теоретически) вдвое большую литровую мощность (отношение мощности к литражу двигателя), чем 4-х тактный. На практике, однако, превышение составляет всего 1,5-1,8 раза. Это происходит из-за неполного использования хода поршня при расширении, худшего механизма освобождения цилиндра от отработавших газов, траты части мощности на продувку и прочих явлений, связанных с особенностями газообмена 2-х тактных двигателей.

Потребление топлива. Превосходя четырехтактный двигатель в литровой и удельной мощности, двухтактный двигатель уступает ему в экономичности. Вытеснение отработавших газов осуществляется в нем воздушно-топливной смесью, поступающей в цилиндр из кривошипно-шатунной камеры. При этом часть топливной смеси попадает в выхлопные каналы, удаляясь вместе с отработавшими газами и не производя полезной работы.

Смазка. Двухтактные и четырехтактные двигатели имеют различный принцип смазки двигателя. В 2-х тактных моделях она осуществляется смешиванием в определенных пропорциях (обычно 1:25-1:50) моторного масла с бензином. Воздушно-топливно-масляная смесь, циркулируя в кривошипной и поршневой камерах, смазывает подшипники шатуна и коленчатого вала, а также зеркало цилиндра. При возгорании топливной смеси масло, существующее в виде мельчайших капель, сгорает вместе с бензином. Продукты его сгорания удаляются вместе с отработанными газами.

Применяются два способа смешивания масла с бензином. Простое перемешивание перед заливкой топлива в бак и раздельная подача, при которой топливно-масляная смесь образуется во впускном патрубке, находящемся между карбюратором и цилиндром.

В последнем случае двигатель имеет масляный бачок, трубопровод которого соединен с плунжерным насосом, подающим масло во впускной патрубок ровно в том количестве, которое требуется в зависимости от количества воздушно-бензиновой смеси. Производительность насоса зависит от положения ручки подачи «газа». Чем больше подается топлива, тем больше поступает масла, и наоборот. Раздельная система смазки двухтактных двигателей является более совершенной. При ней отношение масла к бензину при малых нагрузках может достигать 1:200, что приводит к уменьшению дымности, снижению образования нагара и расхода масла. Эта система используется, например, на современных скутерах с двухтактными двигателями.

В четырехтактном двигателе масло не смешивается с бензином, а подается отдельно. Для этого двигатели оснащены классической системой смазки, состоящей из масляного насоса, фильтра, клапанов, трубопроводной магистрали. Роль масляного бачка может выполнять картер двигателя (система смазки с «мокрым» картером) или отдельный бачок (система с «сухим» картером).

При смазке с «мокрым» картером насос 3 всасывает масло из поддона, нагнетает его в выходную полость и далее по каналам подает к подшипникам коленвала, деталям кривошипно-шатунной группы и газораспределительного механизма.

При смазке с «сухим» картером масло заливается в бачок, откуда с помощью насоса подается к трущимся поверхностям. Та часть масла, которая стекает в картер, откачивается дополнительным насосом, возвращающем ее в бачок.

Для очистки масла от продуктов износа деталей двигателя имеется фильтр. При необходимости устанавливается и охлаждающий радиатор, так как в процессе работы температура масла может подниматься до высоких температур.

Поскольку в двухтактных двигателях масло сгорает, а в четырехтактных нет, требования к его свойствам сильно разнятся. Масло, используемое в двухтактных двигателях, должно оставлять минимум нагара в виде золы и сажи, в то время как масло для четырехтактных двигателей должно обеспечивать стабильность характеристик в течение как можно более длительного времени.

Сравнение основных параметров двухтактных и четырехтактных двигателей:

Двигатель	Количество тактов	Мощность, л.с.	Расход топлива (бензина), кг/час
Briggs&Stratton	4	3,5	0,9
Minarelli	2	3,5	1,5
Tecumzeh	4	3,7	0,9
Briggs&Stratton	4	5,0	1,0
Tecumzeh	4	5,0	1,0
Briggs&Stratton	4	6,0	1,1
Lombardini	4	7,0	1,6
Minsel	2	7,0	2,1

Источник

4 тактный двигатель: подробно разбираем устройство и принцип работы, а так же отличие от двухтактного

История четырехтактного двигателя

Устройство четырехтактного ДВС

Конструктивно он состоит из:

Принцип работы

Фазы газораспределения в четырехтактном ДВС

ВАЖНО!Для холостого хода подойдут малые фазы (позднее открытие и раннее перекрытие клапанов). На высоких оборотах, наоборот, выгодно раннее время открытия клапанов, благодаря чему можно обработать больший объем газов.

Рабочий цикл

Последовательность тактов выглядит так:

Масло для четырехтактного двигателя

ВАЖНО! Зимние масла обладают самой низкой вязкостью, это SAE 0W, SAE 15W и другие. Летние более вязкие: SAE 20, SAE 30, SAE 50. Применяемое масло должно соответствовать показателям, указанным в спецификации к технике.

Понижающие редукторы для четырехтактных двигателей

ВАЖНО! Редукторы делятся на два типа: разборные и неразборные. Их действие одинаково. Второй вариант дешевле, но если возникнет неисправность, потребуется его замена. Разборный дороже, но в случае необходимости надо заменять только поломавшуюся запчасть. Обычно он ставится на сопоставимую по стоимости технику.

Чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного

Характеристика	Четырехтактный двигатель	Двухтактный двигатель
Мощность	Меньшая мощность из-за большего количества тактов. Наддув дает дополнительную мощность.	При одинаковых оборотах, диаметре цилиндра и хода поршня мощность (теоретически) в 2 раза больше. На практике, из-за механических потерь – примерно в 1,5 раза.
Эксплуатационные качества	Больший эксплуатационный ресурс. Процесс ремонта может протекать сложнее, должен осуществляться с использованием сложного оборудования.	Простота конструкции, ремонта. Отсутствие сложных устройств: карбюратора, клапанов. Преимущество по показателю равномерности вращения коленвала. Меньший эксплуатационный ресурс из-за более высокой температурной нагрузки на поршневой механизм.
Экономичность	Низкий, по сравнению с двухтактным расход топлива и масла. Более высокие затраты на ремонт.	Высокие затраты мощности на продувочный насос, недостаточная очистка цилиндра от выхлопных газов. Минус – высокий расход топлива и масла, которое приходится заливать в топливо.
Вес	Больше двухтактного.	Меньший вес за счет отсутствия крупногабаритных сложных деталей.
Размер	Больше двухтактного.	Меньший размер за счет отсутствия крупногабаритных сложных деталей.
Цена	Выше двухтактного.	Ниже четырехтактного.
Сфера применения	Двигатели средней и большой мощности, в том числе стационарные. Используются как двигатель под инверторный генератор. Популярна их установка на снегоходы «Рысь» и «Тайга», мотороллеры «Муравей».	Плавсредства, сельскохозяйственная и мототехника, малолитражные автомобили.

ВАЖНО! При выборе двигателя стоит рассчитать планируемый срок его эксплуатации. Если это техника для сельскохозяйственных работ, хорошо будет сделать расчет – за какой срок вложения могут окупиться.

Источник

Видео

Принцип работы двигателя. 4-х тактный двигатель внутреннего сгорания (ДВС) в 3D

Четырёхтактный двигатель. Принцип работы

Как работает четырёхтактный двигатель скутера

Отличие 2-х и 4-х тактных двигателей эндуро

8 ТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ — КАК ЭТО РАБОТАЕТ?

Как работает двигатель внутреннего сгорания автомобиля?

Как работает двухтактный двигатель скутера | Анимация

ПРИНЦИП РАБОТЫ 4-х ТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Разбор особенностей 4х-тактного двигателя для судомехаников начинающих свой карьерный путь.

V образный двигатель часть1

4-тактный двигатель, особенности работы и требования к смазочным материалам

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

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

Виды двигателей внутреннего сгорания

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

Карбюраторный бензиновый движок.
Дизельный мотор.
Газовый двигатель.

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

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

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

Цикл работы автомобильного движка

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

В процессе работы двигателя поршень совершает ходы в 4 такта:

впуск;
сжатие;
расширение;
выпуск.

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

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

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

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

Особенности систем двигателя

Четырехтактный двигатель функционирует бесперебойно благодаря слаженной работе вспомогательных систем:

Системы зажигания.
Системы выпуска.
Топливной системы двигателя.
Смазочной.
Выхлопной.
Системы охлаждения двигателя.

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

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

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

Без работы системы смазки невозможны следующие функции:

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

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

Охлаждающая система следит за поддержанием номинальной температуры рабочих элементов движка.

4-тактный двигатель: описание преимуществ

Четырехтактный силовой агрегат обладает несомненными преимуществами:

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

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

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

Минусы четырехтактных силовых агрегатов

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

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

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

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

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

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

Особенности работы системы смазки четырехтактного мотора

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

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

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

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

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

Требования, предъявляемые к моторным маслам для четырехтактного двигателя

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

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

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

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.

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

Содержание

1 Что такое ДВС на бензоинструментах
2 Что называют тактом в ДВС
3 Двухтактный ДВС его конструктивные особенности и описание принципа работы
4 Четырехтактный двигатель его устройство и как он работает
5 Основные отличия между двухтактным и четырехтактным ДВС
6 Плюсы и минусы ДВС
7 Что такое ДВС 4-mix и для чего он предназначен
8 Что такое двигатели внутреннего сгорания 2-MIX и X-torq

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

Что такое ДВС на бензоинструментах

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

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

Что называют тактом в ДВС

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

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

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

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

Двухтактный ДВС его конструктивные особенности и описание принципа работы

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

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

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

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

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

Визуальный процесс работы двухтактного двигателя представлен на анимированном изображении ниже.

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

Четырехтактный двигатель его устройство и как он работает

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

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

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

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

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

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

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

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

Анимированное изображение принципа работы четырехтактного двигателя показано на схеме ниже.

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

Основные отличия между двухтактным и четырехтактным ДВС

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

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

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

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

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

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

Плюсы и минусы ДВС

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

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

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

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

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

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

Что такое ДВС 4-mix и для чего он предназначен

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

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

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

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

Первый такт начинается с того, что поршень из верхней мертвой точки движется вниз, одновременно всасывая через открывающийся впускной клапан порцию топливно-воздушной смеси. Эта смесь всасывается из карбюратора и камеры клапанов. Двигающийся поршень вниз создает давление в камере КШМ, что позволяет выдавливать скопившуюся топливно-воздушную смесь через каналы направляющих клапанов. В итоге цилиндр заполняется смесью бензина с маслом и воздухом
Когда поршень достигает нижней точки, начинается процесс сжатия топлива. Смесь воспламеняется от искры, создаваемой свечой зажигания, как только поршень достигает верхней мертвой точки. В то время, как в цилиндре сжимается смесь, под поршнем создается разрежение или вакуум. За счет вакуума происходит засасывание очередной порции топлива из карбюратора в камеру КШМ через емкость клапанов. Поступившая смесь в камеру КШМ осуществляет смазку рабочих деталей
После сгорания топлива, поршень движется вниз — происходит рабочий ход. В это время под поршнем возрастает давление, которое выталкивает засосавшую смесь обратно в камеру клапанов. Смесь заполнить рабочую часть цилиндра не может, так как впускной клапан закрыт. От избытка давления смесь в некотором количестве выталкивается обратно в карбюратор. Это приводит к тому, что часто на двигателях 4-mix воздушные фильтры влажные. Это вовсе не проблема с карбюратором, а нормальное явление. Количество выбрасываемой смеси не такое большое, как на двухтактных двигателях, где выталкивание смеси происходит через выпускной канал. Кроме того, оседающее топливо на фильтре не выбрасывается в атмосферу, а конденсируясь, снова всасывается в двигатель. Рабочий ход или третий такт заканчивается когда поршень достигает нижней мертвой точки
Завершающий этап — открытие выпускного клапана. Через клапан выдавливается сгоревшее топливо в виде выхлопных газов. Под поршнем снова создается разрежение, вследствие которого происходит засасывание очередной порции топливно-воздушной смеси из карбюратора, поступающего в камеру КШМ

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Публикации по теме

Четырехтактный двигатель — Энергетическое образование

Энергетическое образование

Меню навигации

ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

Поиск

Рис. 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.

Такт впуска: Поршень перемещается вниз к днищу, это увеличивает объем, чтобы топливно-воздушная смесь могла попасть в камеру.
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.
Рабочий ход: Когда топливо достигает конца своего сгорания, тепло, выделяемое при сгорании углеводородов, увеличивает давление, которое заставляет газ давить на поршень и создавать выходную мощность.
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: На этом этапе 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 фаза выхлопа (шаги 0-1) происходит, 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

↑ ^2.0 ^2.1 Р. Вольфсон, Энергия, окружающая среда и климат. Нью-Йорк: WW Нортон и компания, 2012, с. 106.
↑ Актуальный 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.].
↑ Wikimedia Commons [в сети], доступно: https://en.wikipedia.org/wiki/Otto_cycle#/media/File:P-V_Otto_cycle.svg
↑ И. Динчер и К. Замфиреску, Усовершенствованные системы производства электроэнергии. Лондон, Великобритания: Academic Press является выходным изданием Elsevier, 2014, с. 266.

Четырехтактный цикл — обзор

ScienceDirect

РегистрацияВход

В четырехтактном цикле каждое движение поршня вверх или вниз по цилиндру является ходом.

Из: Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2007 г.

PlusAdd to Mendeley

Кшиштоф Ян Сичек, Трибологические процессы в системах клапанного механизма с облегченными клапанами, 2016 г.

Четырехтактный цикл

В четырехтактных двигателях, как SI, так и CI, четыре такта завершают два оборота коленчатого вала. Это, соответственно, такты всасывания или зарядки, сжатия, мощности/работы или расширения и такты выпуска. Важной переменной, характеризующей условия работы каждого двигателя, является среднее эффективное давление в тормозной системе (b _MEP), которое представляет собой среднее эффективное давление, рассчитанное на основе измеренного тормозного момента. Он определяется уравнением (2.1):

(2.1)bMEP=iMEP–fMEP–pMEP

где

i _MEP — указанное среднее эффективное давление, которое представляет собой среднее эффективное давление, рассчитанное на основе давления в цилиндре — среднего давления в цилиндре за цикл двигателя (720° у четырехтактного и 360° у двухтактного). Для прямого измерения i _MEP требуется оборудование для измерения давления сгорания.

p _MEP среднее эффективное давление нагнетания, которое представляет собой среднее эффективное давление, рассчитанное на основе работы по перемещению воздуха в цилиндр и из него из-за дросселирующих потерь на входе и остаточных газов на выходе.

f _MEP — среднее эффективное давление трения, которое представляет собой теоретическое среднее эффективное давление, необходимое для преодоления трения в двигателе. Его можно рассматривать как среднюю эффективную потерю давления из-за трения.

Среднее эффективное давление связано с пиковым давлением газа в цилиндрах двигателя; однако такая зависимость сильно нелинейна и может быть получена из измерений для узкого класса двигателей или оценена с помощью имитационных моделей, которые очень сложны.

Среднее эффективное давление и пиковое давление влияют на силу, нагружающую поверхности седел, клапаны и их вставки, что определяет трение между поверхностями седел и скорость их износа.

Согласно арт. [14], для безнаддувных двигателей СИ максимальное значение b _MEP находится в диапазоне 850–1050 кПа, при частоте вращения, при которой достигается максимальный крутящий момент. При номинальной мощности значения b _MEP ниже на 10–15 %. Для форсированных двигателей СИ максимальное значение b _MEP находится в диапазоне от 1,25 до 1,7 МПа. Для четырехтактных двигателей CI максимальное значение b _MEP находится в пределах 700–900 кПа для безнаддувных и 1,4–1,8 МПа для наддувных соответственно.

Четырехтактный двигатель SI

В двигателе SI зажигание индуцируется искрами, генерируемыми свечами зажигания, при этом рабочий цикл регулируется в зависимости от частоты вращения и нагрузки двигателя с помощью механических или управляемых компьютером систем зажигания. Такая регулировка напрямую связана с положением ВМТ и, таким образом, косвенно с фазами газораспределения. В двигателе SI топливо смешивается с воздухом, распадается на туман и частично испаряется. Степень сжатия варьируется от 4:1 до 8:1, а соотношение топливовоздушной смеси — от 10:1 до 20:1.

Четыре такта бензинового двигателя, всасывающего топливно-воздушную смесь, показаны на рис. 2.2.

Рисунок 2.2. Четыре такта двигателя СИ.

Четырехтактный двигатель с воспламенением

В двигателе с воспламенением воспламенение происходит за счет тепла, выделяемого в цилиндре двигателя в конце такта сжатия. Четыре такта двигателя внутреннего сгорания, всасывающего чистый воздух, показаны на рис. 2.3. Степень сжатия варьируется от 14:1 до 22:1. Давление в конце такта сжатия колеблется от 30 до 45 кг/см 9 .0013 2 . Температура в конце такта сжатия составляет 650–800°С.

Рисунок 2.3. Четыре такта двигателя CI.

Типичная временная диаграмма двигателя CI показана на рис. 2.4.

Рисунок 2.4. Временная диаграмма для двигателя CI.

Из реф. [15].

Просмотреть главуКнига покупок

Прочитать главу полностью

URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780081009567000126

Robert N. Brady, in Encyclopedia of Energy, 9 20040005

5 Четырехтактный бензиновый двигатель: базовая эксплуатация

Четырехтактные бензиновые и дизельные двигатели преобладают в качестве основного двигателя по всему миру. В бензиновых двигателях внедрение электронного управления и систем GDI в сочетании с двойными верхними распределительными валами, системами зажигания без распределителя, турбонагнетателями с изменяемой геометрией, промежуточными охладителями, головками цилиндров с четырьмя клапанами, трехходовыми каталитическими нейтрализаторами выхлопных газов и т.п. улучшена не только их тепловая эффективность (экономия топлива), но и контроль выбросов выхлопных газов.

В четырехтактном цикле поршень совершает четыре отдельных хода (два вверх и два вниз). Два хода поршня, движущихся вверх, являются тактами сжатия и выпуска, тогда как ходы поршня, движущимися вниз, являются тактами впуска и рабочего хода в каждом цилиндре. Отдельные ходы поршня, показанные на рис. 4, включают следующее:

Рисунок 4. Схематическая работа четырехтактного бензинового двигателя. Предоставлено Прентис Холл.

•: Такт впуска, при котором поршень движется вниз по цилиндру. Впускной клапан (клапаны) удерживается в открытом положении благодаря вращающемуся распределительному валу, что позволяет воздушно-топливной смеси поступать в цилиндр. Этот ход обычно может находиться в диапазоне от 240 до 260°, что достигается открытием впускного клапана до ВМТ и последующим закрытием клапана до НМТ.
•: Такт сжатия, при котором поршень перемещается вверх по цилиндру для повышения давления воздушно-топливной смеси, в то время как впускной и выпускной клапаны удерживаются в закрытом положении пружинами клапанов.
•: Рабочий ход, при котором воздушно-топливная смесь воспламеняется искрой высокого напряжения от свечи зажигания. Длина или продолжительность рабочего такта регулируется путем открытия выпускного клапана (клапанов) перед нижней мертвой точкой (BBDC). Типичная продолжительность рабочего такта составляет в среднем около 140° поворота коленчатого вала. Количество цилиндров двигателя будет определять, сколько рабочих тактов будет выполнено в пределах 720° поворота коленчатого вала в четырехтактном двигателе. Например, в четырехцилиндровом двигателе (720°, деленное на четыре) один рабочий такт будет выполняться на каждые 180° поворота коленчатого вала, тогда как в шестицилиндровом двигателе (720°, деленное на 6) один рабочий такт будет поставляться на каждые 120° поворота коленчатого вала.
•: Такт выпуска, который начинается, когда выпускной клапан (клапаны) открывается до того, как поршень достигнет нижней мертвой точки (НМТ), обычно между 30 и 40° вращения коленчатого вала НМТ. Выпускные клапаны могут оставаться открытыми до поворота коленчатого вала на 20° после верхней мертвой точки (ВМТ) при общей продолжительности поворота коленчатого вала от 230 до 240°.

Просмотреть главуКнига покупок

Прочитать главу полностью

URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B012176480X000899

В серии Tribology and Interface Engineering, 2003

Легковой автомобиль.

Большинство легковых автомобилей оснащены четырехтактными бензиновыми двигателями. Актуальными рекомендациями для этих автомобилей являются масла, соответствующие требованиям API Service SJ и ILSAC GF-2. Эти масла обеспечивают хорошую защиту от низкотемпературных отложений и коррозии, защищают от износа и обеспечивают превосходную защиту от окисления, загустевания и высокотемпературных отложений в самых тяжелых условиях высокоскоростной эксплуатации или буксировки, даже при высоких температурах окружающей среды.

Обычно рекомендуется вязкость SAE 20W-20 или 30 для температур до 18°C и SAE 20W-20 или 10W для более низких температур. Для экстремально низких температур могут быть рекомендованы масла SAE 5W, 5W-20 или 5W-30. Многовязкие масла SAE 10W-30 или 5W-30 часто рекомендуются для круглогодичного использования и в настоящее время являются основной рекомендацией нескольких производителей двигателей в США. Европейские производители двигателей часто рекомендуют масла с более высокой вязкостью, особенно многовязкие масла, для которых часто предпочтительны масла SAE 20W-40 и 20W-50.

Рекомендации для дизельных двигателей легковых автомобилей в целом аналогичны рекомендациям для четырехтактных бензиновых двигателей; то есть масла для API Service CD или SJ/CD. Одни производители разрешают использовать масла с разной вязкостью, другие предпочитают масла с одной вязкостью. Для роторных двигателей, используемых в легковых автомобилях, обычно требуются масла SAE 10W-30 качества API Service SD или SE, а для двухтактных бензиновых двигателей обычно используется масло с вязкостью SAE 30 или 40, и оно разработано специально для этой службы.

Просмотреть главуКнига покупок

Прочитать главу полностью

URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S01678

800172

Aldo Vieira da Rosa Funds of Renewable Energy, Juan Carlos Ordóñez Funds (Четвертое издание), 2022 г.

3.4 Четырех- и двухтактные двигатели

В поршневом двигателе (рис. 3.12) поршень движется вперед и назад в цилиндре. Линейное движение поршня преобразуется во вращение вала с помощью коленчатого механизма. Поршень перемещается между вверху по центру (TC) и внизу по центру (BC). Когда поршень находится вверху, объем в цилиндре минимален и называется зазором , объемом , Vc. Максимальный объем, достигаемый, когда поршень находится в положении BC, называется общим объемом , Vt, а разница (Vt-Vc=Vs) называется рабочим объемом . Рис. 3.12 ( справа ) иллюстрирует типичную диаграмму давление-объем для поршневого двигателя.

Рисунок 3.12. Геометрия поршневого двигателя ( оставил ). Диаграмма давление-объем для поршневого двигателя ( справа ).

Большинство поршневых двигателей работают по четырехтактному циклу . ^б В нем поршень совершает четыре оборота по объему (вверх, вниз, вверх, вниз), а вал совершает два оборота (см. рис. 3.13). Штрихи:

Рисунок 3.13. Четыре такта: впуск, сжатие, рабочий (расширение) и выпускной ( сверху ). Давление и объем в зависимости от угла поворота коленчатого вала ( снизу ).

•: Такт впуска: Цилиндр движется от ТС к ВС. Впускной клапан открыт, и в цилиндр поступает свежая топливно-воздушная смесь.
•: Такт сжатия: Клапаны закрыты, поршень движется вверх, уменьшая доступный объем и тем самым увеличивая давление. Ближе к концу этого такта сгорание начинается либо за счет искры (в двигателях с искровым зажиганием), либо самоиндуцированно уровнями давления (как в двигателях с воспламенением от сжатия). Как только начинается горение, давление быстро растет.
•: Рабочий ход (расширение): Поршень опускается из РЦ, толкая кривошипно-шатунный механизм и тем самым вращая вал. Работа, совершаемая во время этого такта, больше, чем работа, необходимая во время такта сжатия. Как только поршень приближается к ВС, выпускной клапан открывается, позволяя продуктам сгорания выйти.
•: Такт выпуска: Поршень движется вверх по направлению к TC, и при открытом выпускном клапане продукты сгорания заканчивают выходить из цилиндра.

На рис. 3.13 ( снизу ) показано изменение давления и объема в зависимости от угла поворота коленчатого вала. Объем следует синусоидальной схеме, как и ожидалось в кривошипно-ползунном механизме, образованном поршнем, шатуном и кривошипом. Давление резко возрастает во время фазы горения. Соблюдайте синхронизацию открытия и закрытия впускного клапана (маркировка IVO, IVC), а также открытие и закрытие выпускного клапана (EVO, EVC). Вы можете себе представить, что синхронизация клапанов и начала сгорания играют важную роль в работе двигателя.

A также возможен двухтактный цикл (рис. 3.14). В данном случае это:

Рисунок 3.14. Схема двухтактного двигателя.

•: Такт сжатия, при котором газы сжимаются в цилиндре и свежая смесь поступает в картер. Сгорание начинается ближе к концу этого такта, когда цилиндр приближается к верхнему центру.
•: Рабочий ход, при котором газы расширяются и цилиндр опускается к центру дна. Газы выпускаются, а свежая смесь, которая была в картере, переносится в сторону цилиндра.

Двухтактные двигатели имеют более простую систему клапанов и меньше движущихся частей, а также обладают большей удельной мощностью, чем четырехтактные двигатели. Однако, поскольку они требуют смешивания масла с топливом, а часть топливной смеси уходит неиспользованной, они загрязняют больше, чем сопоставимый четырехтактный двигатель.

Для упрощения анализа газовых циклов общепринятой практикой является использование так называемых стандартных допущений по воздуху :

•: Рабочее тело рассматривается как воздух с поведением идеального газа. Это позволяет избежать рассмотрения химии топливно-воздушной смеси и продуктов сгорания.
•: Процесс горения заменяется подводом тепла, а процесс выхлопа — отводом тепла.
•: Циклы закрыты с фиксированной массой воздуха. Впускных и выпускных клапанов нет.
•: Все процессы считаются внутренне обратимыми.

Кроме того, если удельная теплоемкость рассматривается как константа и оценивается при 25°C, набор допущений называется стандартные допущения для холодного воздуха . В некоторых случаях мы будем распространять предположения о стандартном воздухе на другие газы, кроме воздуха, указав значение их удельной теплоемкости.

Просмотреть главуКнига покупок

Прочитать главу полностью

URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780128160367000130

Хироси Ямагата

1.1.2 Двухтактный двигатель

Двухтактный двигатель аналогичен четырехтактному двигателю по своему возвратно-поступательному механизму. В нем используется механизм поршень-коленвал, но требуется только один оборот коленчатого вала для полного цикла выработки мощности. В двухтактном двигателе не используются впускные и выпускные клапаны. Газообмен осуществляется за счет продувочных и вытяжных иллюминаторов в стенке ствола. Движение поршня вверх и вниз одновременно открывает и закрывает эти иллюминаторы. Затем воздушно-топливная смесь поступает в камеру сгорания или выходит из нее через иллюминаторы. Сгорание происходит при каждом обороте коленчатого вала.

В двухтактном двигателе пространство в картере работает как камера предварительного сжатия для каждой последующей заправки топливом. Топливо и смазочное масло предварительно смешиваются и вводятся в картер, поэтому картер нельзя использовать для хранения смазочного масла. Когда в цилиндре происходит сгорание, давление сгорания сжимает новый газ в картере для следующего сгорания. Затем сгоревший газ выбрасывается при всасывании нового газа. Горит и смазочное масло, смешанное с топливовоздушной смесью.

Поскольку в двухтактном двигателе не используется система клапанов, его механизм очень прост. Выходная мощность довольно высока, потому что она достигает одного рабочего хода за два оборота коленчатого вала. Однако, несмотря на высокую выходную мощность, он используется только для небольших мотоциклетных двигателей и некоторых крупных дизельных двигателей. Поскольку новый газ вытесняет сгоревший газ, всасываемый и выхлопной газы четко не разделены. В результате расход топлива относительно высок, а очистка выхлопных газов каталитическим нейтрализатором затруднена.

В прошлом в бензиновых двигателях почти повсеместно использовался ³ карбюратор. Однако требования к экономии топлива привели к более широкому использованию впрыска топлива. В бензиновом двигателе топливо обычно впрыскивается во впускной коллектор за впускным клапаном. Распыленное топливо смешивается с воздухом. При открытии впускного клапана горючая смесь всасывается в цилиндр. Однако в последнее время произошли изменения в бензиновых двигателях с непосредственным впрыском, когда топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания, как и в дизельных двигателях с непосредственным впрыском.

Просмотреть главуКнига покупок

Прочитать главу полностью

URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9781855737426500014

Malcolm Lathenen Diesel, Engine and’s Gas Marine Edition) , 2021

Четырехтактный цикл

На рис. 2.5 схематично показана последовательность событий в типичном четырехтактном цикле из двух оборотов. Обычно такие диаграммы рисуют, начиная с ВМТ (выстрел), но объяснение начнется с ВМТ (удаление). ВМТ иногда называют внутренней мертвой точкой (ВМТ).

Рис. 2.5. Четырехтактный цикл.

Если двигаться по схеме по часовой стрелке, то впускной (или всасывающий) и выпускной клапаны изначально открыты. (Все современные четырехтактные двигатели имеют тарельчатые клапаны.) Если двигатель без наддува или небольшого быстроходного типа с центростремительным турбонагнетателем, период перекрытия клапанов (т. е. когда оба клапана открыты) будет коротким, а выпускной клапан закроется примерно на 10° ВМТ.

Пропульсивные двигатели и подавляющее большинство двигателей вспомогательных генераторов, работающих со скоростью ниже 1000 об/мин, почти наверняка будут оснащены турбонаддувом и будут спроектированы таким образом, чтобы в этот момент обеспечивался значительный поток продувочного воздуха для контроля температуры лопаток турбины (см. также главу 10). В этом случае выпускной клапан будет оставаться открытым до закрытия выпускного клапана (EVC) при 50–60° ВМТ. Когда поршень опускается к внешней или нижней мертвой точке (НМТ) на такте всасывания, он вдыхает новый заряд воздуха. Чтобы максимизировать это, уравновешивая уменьшенное открытие седла клапана небольшим эффектом тарана или инерции поступающего заряда, впускной клапан (всасывающий клапан) обычно остается открытым примерно до 25–35 ° после НМТ (ABDC) (145–155). ° до ВМТ). Это событие называется закрытием впускного клапана (IVC).

Затем заряд сжимается поднимающимся поршнем до тех пор, пока он не достигнет температуры около 550°C. Приблизительно при 10–20° до ВМТ (до верхней мертвой точки) (зажигание), в зависимости от типа и частоты вращения двигателя, форсунка впускает мелкодисперсное топливо, которое воспламеняется в пределах 2–7° (опять же в зависимости от типа), и топливо сгорает. на 30–50 °, когда поршень начинает опускаться на такте расширения, движение поршня обычно помогает вызвать движение воздуха, способствующее сгоранию.

Приблизительно при 120–150° ATDC открывается выпускной клапан (EVO), синхронизация выбрана так, чтобы способствовать очень быстрому сбросу газов из цилиндра в выхлоп. Это делается для того, чтобы (а) сохранить как можно больше энергии, необходимой для привода турбонагнетателя, и (б) снизить давление в цилиндре до минимума за счет НМТ, чтобы уменьшить работу насоса на такте «выпуска». Поднимающийся поршень вытесняет оставшиеся выхлопные газы, и примерно при 70–80 ° до ВМТ впускной клапан открывается (IVO), так что инерция вытекающего газа и положительная разница давлений, которая к настоящему времени обычно существует в цилиндре, создают поток воздуха к выхлопу для «продувки» цилиндра.

Если двигатель без наддува, IVO составляет около 10° до ВМТ. Теперь цикл повторяется.

Просмотреть главуКнига покупок

Прочитать главу полностью

URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780081027486000025

John B. Heywood From Air Combustions Engines, in Handbook of Air Combustions Engines, in Handbook of Air Combustions Engines 1998

1.

6 ДВИГАТЕЛИ С НЕПРЯМЫМ ВПРЫСКОМ, ДВУХТАКТНЫЕ И ДИЗЕЛЬНЫЕ

Помимо четырехтактного двигателя с искровым зажиганием (SI) широко используются два других двигателя внутреннего сгорания: двухтактный бензиновый двигатель и дизель. На транспорте двухтактный бензиновый двигатель используется в развивающихся странах для питания велосипедов, небольших мотороллеров и мотоциклов из-за его небольшого размера и веса, а также низкой стоимости. Дизель доминирует на рынке двигателей грузовых автомобилей, потому что его эффективность значительно выше, чем у двигателя с искровым зажиганием. Во многих странах дизель захватил значительную долю рынка автомобильных двигателей по тем же причинам, особенно в странах, где цены на топливо высоки и где дизельное топливо облагается меньшими налогами, чем бензин. В то время как основы процессов образования загрязняющих веществ в этих двух других двигателях аналогичны, детали значительно различаются, и с дизелем возникает новая проблема — твердые частицы в выхлопных газах.

В двухтактном двигателе отработавшие газы выбрасываются из цилиндра в основном за счет вдува свежего воздуха в течение приблизительно одной трети каждого оборота коленчатого вала, когда кривошип проходит свое нижнее положение. Чтобы сделать этот процесс продувки эффективным, значительная часть свежего воздуха, поступающего в цилиндр через перепускные отверстия в нижней части гильзы цилиндра, неизбежно выходит прямо из выпускных отверстий (обычно расположенных на другой стороне гильзы). В самых простых, небольших двухтактных двигателях SI с карбюратором бензин смешивается с воздухом перед поступлением в цилиндр. Таким образом, это короткое замыкание воздуха непосредственно через цилиндр приводит к соответствующей потере топлива. Это существенный штраф за экономию топлива (до 25 процентов) и приводит к очень значительным выбросам углеводородов. Таким образом, в городах с большим количеством моторизованных велосипедов, мотороллеров, мотоциклов и трехколесных такси двухтактный двигатель является важным источником выбросов.

В течение последних 15 лет были проведены значительные усилия по разработке, направленные на изучение потенциала использования прямого впрыска бензина в цилиндр для предотвращения потери топлива во время продувки. Эти усилия были направлены на автомобильную, морскую и мотоциклетную отрасли. На рис. 1.10 показана одна из наиболее многообещающих технологий прямого впрыска, разработанная компанией Orbital Engine Company, применительно к двухтактному двигателю с продувкой картера. Необходимый контроль выбросов с этой концепцией достигается за счет прямого впрыска бензина в цилиндр с помощью форсунки с подачей воздуха, которая обеспечивает хорошее распыление топлива с очень малыми размерами капель после того, как поднимающийся поршень закрывает выпускные отверстия. Дополнительный контроль продувки достигается с помощью устройства управления потоком выхлопных газов (показано на рисунке), настроенной выхлопной системы с низкой тепловой инерцией и тесно связанного каталитического нейтрализатора для обеспечения быстрого отключения для контроля HC и CO. № _x управление осуществляется внутри цилиндра. Двухтактный процесс продувки оставляет внутри цилиндра значительно больше сгоревших газов, смешанных со свежим воздухом, чем четырехтактный процесс газообмена. Этот дополнительный остаточный сгоревший газ в топливно-воздушной смеси в цилиндре значительно снижает пиковые температуры сгоревшего газа и скорость образования NO.

Рис. 1.10. Особенности двухтактного бензинового двигателя SI

с непосредственным впрыском (любезно предоставлено Orbital Engine Co.).

Будет ли эта новая технология двухтактного цикла с непосредственным впрыском значительно проникать на рынок малых двигателей/мотоциклов, будет зависеть от стоимости этих систем впрыска топлива. Будет ли она широко использоваться на автомобильном рынке, будет зависеть от степени, в которой ее долговечность и стоимость могут быть улучшены в достаточной степени, чтобы оправдать усилия по разработке, необходимые для того, чтобы сделать эту технологию массовым производством.

Дизель является наиболее эффективным двигателем, доступным в настоящее время, и, следовательно, широко используется в транспорте (грузовики, автобусы, железные дороги и автомобили), когда особенно важна экономия топлива. В наиболее эффективной форме дизельного топлива топливо впрыскивается с помощью системы впрыска под высоким давлением в камеру сгорания или камеру сгорания в верхней части поршня ближе к концу процесса сжатия, как показано на рис. 1.11. Впрыскиваемое жидкое топливо распыляется, образует аэрозоль, испаряется, смешивается с высокотемпературным воздухом и самовозгорается вскоре после впрыска. Как только начинается горение, оно продолжается по мере того, как дополнительное топливо смешивается с воздухом, образуя горючую смесь. Выбросы дизельных углеводородов и угарного газа низки, поскольку сгорание почти полное, а двигатель всегда работает на обедненной смеси с избытком воздуха. № 9Однако выбросы 0141 x высоки из-за высокой температуры сгораемого газа. Технология трехкомпонентного каталитического нейтрализатора, хорошо зарекомендовавшая себя в стандартном бензиновом двигателе, не может быть использована для снижения уровня NO _x в выхлопных газах дизеля, потому что выхлопные газы бедны, а не стехиометричны. Кроме того, процесс смешивания топлива с воздухом во время сгорания приводит к образованию частиц сажи в высокообогащенных областях каждой топливной струи. Некоторая часть этой сажи выдерживает процесс сгорания несгоревшим и поглощает высокомолекулярные углеводороды из масла и топлива, а также серу в виде сульфата в выхлопных газах с образованием твердых частиц.

Рис. 1.11. (a) Современный малогабаритный высокоскоростной дизельный двигатель с турбонаддувом и непосредственным впрыском с четырьмя клапанами на цилиндр (b) Распыление топлива и камера сгорания с камерой сгорания в поршне, характеристики обычной (двухклапанная, внеосевая наклонная топливная форсунка, глубокая камера, высокая завихрение) и передовые (четырехклапанный, инжектор на оси, неглубокая камера, более высокое давление впрыска — 1600 бар, более низкое завихрение) дизельные системы сгорания с непосредственным впрыском

(любезно предоставлено Ford Motor Co.), (любезно предоставлено Mercedes-Benz AG ).

Существенный контроль NO _x выбросы и особенно выбросы твердых частиц из дизелей были достигнуты за счет модификации процесса сгорания. Использование оборудования для впрыска топлива с очень высоким давлением впрыска жидкого топлива (~ 2000 бар) и тщательное согласование геометрии камеры сгорания с камерой сгорания в поршне, движения воздуха и геометрии распыления значительно уменьшили образование сажи за счет увеличения расхода топлива. скорости смешивания. Более тщательный контроль за поведением смазочного материала позволил снизить количество высокомолекулярного углеводородного компонента в виде твердых частиц, который поглощается сажей. Использование топлива с низким содержанием серы уменьшило содержание сульфатов в твердых частицах. Катализаторы окисления в выхлопных газах дизельных двигателей все чаще используются для дальнейшего снижения растворимого органического компонента твердых частиц. № 90,141 x 90,142 сокращения на сегодняшний день были достигнуты за счет тщательного контроля температуры воздуха на входе в двигатель (например, двигатели с турбонаддувом используют доохладитель для достижения низкого уровня выбросов NO 90,141 x 90,142) и с существенной задержкой впрыска, чтобы отсрочить большую часть процесса сгорания до начала. часть такта расширения. Эта последняя стратегия, конечно, ухудшает расход топлива на несколько процентов.

В то время как дизель добился прогресса в сокращении выбросов (примерно в 3-4 раза для твердых частиц и в 2-3 раза для NO _x ), сделать этот двигатель, который является наиболее эффективным доступным двигателем, более экологичным, является важной задачей для разработчиков и конструкторов двигателей. Достижение существенного снижения выбросов NO _x является серьезной задачей. Часть этого сокращения может быть обеспечена рециркуляцией выхлопных газов, а меньшая часть — улучшением качества топлива. Что действительно необходимо, так это системы каталитических нейтрализаторов выхлопных газов для снижения выбросов NO _x в среде с низким содержанием топлива и низкотемпературными выхлопными газами дизельных двигателей. Также потребуются более низкие уровни твердых частиц.

В дополнение к этим двухтактным и высокоскоростным дизельным двигателям потенциально привлекательной новой технологией является четырехтактный двигатель с искровым зажиганием и непосредственным впрыском топлива. Уже выпускается в Японии, ⁶, этот бензиновый двигатель с непосредственным впрыском обеспечивает повышенную экономию топлива и, следовательно, является одним из способов снижения выбросов CO ₂ автомобиля. Однако выбросы выхлопных газов этого двигателя не лучше, чем у стандартного двигателя с искровым зажиганием, и, поскольку он обычно работает на обедненной смеси при небольшой нагрузке, для снижения содержания NO 9 требуется новая технология каталитического нейтрализатора.0141 х .

Просмотреть книгу Глава покупки

Читать полная глава

URL: https://www.sciendirect.com/science/article/pii/b9780126398557500405

Robert T. Balmer, в современной машиностроении 2011505

013

. 13.18 Цикл Отто

Энергетические циклы внешнего сгорания газа Стирлинга и Эрикссона были первоначально разработаны для борьбы с опасными котлами высокого давления первых паровых двигателей. Двигатель внутреннего сгорания Ленуара был проще, меньше и использовал более удобное топливо, чем любой из этих двигателей, но имел очень низкий тепловой КПД. Брайтону удалось повысить тепловой КПД двигателя внутреннего сгорания за счет обеспечения процесса сжатия перед сгоранием по двухпоршневой методике Стирлинга и Эрикссона с отдельной камерой сгорания. Но конечной целью разработки коммерческого двигателя внутреннего сгорания было объединение всех основных процессов впуска, сжатия, сгорания, расширения (мощности) и выхлопа в одном поршне-цилиндровом аппарате. Окончательно это было достигнуто в 1876 году немецким инженером Николаусом Августом Отто (1832–189 гг.).1). Основные элементы модели ASC цикла Отто показаны на рис. 13.48. Он состоит из двух изохорных процессов и двух изоэнтропических процессов.

Рисунок 13.48. Стандартный воздушный цикл Отто.

После нескольких лет экспериментов Отто, наконец, построил успешный двигатель внутреннего сгорания, в котором все основные процессы происходили в рамках одного поршневого цилиндра. Для завершения термодинамического цикла двигателя Отто требовалось четыре хода поршня и два оборота коленчатого вала, но он работал плавно, был относительно тихим, очень надежным и эффективным. Двигатель Отто имел немедленный успех, и к 1886 году было продано более 30 000 экземпляров. Они стали первым серьезным конкурентом паровой машины на рынке двигателей малого и среднего размера.

Первоначально двигатель Отто использовал светящийся газ (метан) в качестве топлива, но к 1885 году многие двигатели, работающие по циклу Отто, уже были преобразованы в двигатели, работающие на жидком углеводороде (бензине). Разработка гениального поплавкового карбюратора для испарения жидкого топлива в 1892 году немцем Вильгельмом Майбахом (1847–1929) ознаменовала начало автомобильной эры. Немецкому инженеру Карлу Фридриху Бенцу (1844–1929) обычно приписывают создание первого практичного автомобиля с низкоскоростным двигателем, работающим по циклу Отто, работающим на жидком углеводородном топливе, в 1885 году. Он использовал тепло выхлопных газов двигателя для испарения топлива до того, как оно подается в двигатель.

Кто изобрел цикл «Отто»?

Николаус Отто не знал, что четырехтактный двигатель внутреннего сгорания уже был запатентован в 1860-х годах французским инженером Альфонсом Эженом Бо де Роша (1815–1893). Однако на самом деле Рочас не построил и не испытал запатентованный им двигатель. Поскольку Отто был первым, кто сконструировал и запустил двигатель, цикл назван в его честь, а не в честь Рошаса.

В 1878 году шотландский инженер Дугалд Клерк (1854–1932) разработал двухтактный вариант цикла Отто, производящий один оборот коленчатого вала за термодинамический цикл (это было похоже на двигатель Ленуара, но с предварительным сжатием). В 1891, Клерк продолжил разработку концепции наддува двигателя внутреннего сгорания. Это увеличило тепловой КПД двигателя за счет дальнейшего сжатия индукционного заряда перед воспламенением.

Хотя двухтактный двигатель Клерка по своей природе был менее экономичным, чем четырехтактный двигатель Отто, он давал более равномерную выходную мощность (что важно только для одно- или двухцилиндровых двигателей) и имел почти вдвое большую мощность по отношению к весу. отношение двигателя Отто. Двухтактный цикл Отто (он так и не стал известен как цикл Клерка) стал успешным в качестве небольшого и легкого двигателя для лодок, газонокосилок, пил и так далее.

Тепловой КПД цикла Отто определяется выражением

(ηT)Otto=(W˙out)netQ˙H=Q˙H−|Q˙L|Q˙H=1−|Q˙L|Q˙ H

, где из рисунка 13.48 |Q˙L|=m˙(u2s−u3) и Q˙H=m˙(u1−u4s).

Тогда тепловой КПД горячего ASC Otto составляет

(ηT)Otthot ASC=1−u2s−u3u1−u4s

для сопровождения Modern Engineering Thermodynamics используются для определения значений удельных внутренних энергий. Поскольку процессы с 1 по 2 S и от 3 до 4 S ISENTROPIC, мы используем в этих таблицах V _R , чтобы найти

V3V4S = VR3VR4 = V2SV1 = VR2VR1 = CR

IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS IS -CR = V2VR степень изоэнтропического сжатия. Если известны температура и давление на впуске ( T ₃ и p ₃ ), то по таблице можно найти u ₃ и v _r _{3 9014. Тогда, зная степень сжатия (CR), мы можем найти}

vr4= vr3CR и vr2=vr1×CR

Теперь мы можем найти u _{4 s} и T

1 2 s 09029 2 s 09029 таблицы. Однако, чтобы найти u ₁ , T ₁ , u _2s и T _2s , нам нужно знать больше информации о системе. Следовательно, теплота сгорания ( Q _H / m =Q˙H/m˙), максимальное давление ( p ₁ ), или максимальная температура ( T ₁ ) в цикле обычно приводится для завершения анализа.

Для холодного ASC Otto ,

|Q˙L|=m˙(u2s−u3)=m˙cv(T2s−T3) и Q˙H=m˙(u1−u4s)=m˙cv (Т1-Т4с).

Затем

(ηT)Ottocold ASC=1−T2s−T3T1−T4s=1−(T3T4s)(T2s/T3−1T1/T4s−1)

Процесс с 1 по 2 с и процесс с 3 по 4 s изоэнтропичны, поэтому

T1/T2s=T4s/T3=(v1/v2s)1−k=(v4s/v3)1−k=(p1/p2s)(k−1)/k=( p4s/p3)(k−1)/k

Поскольку T1/T4s=T2s/T3,

(13. 30)(ηT)Ottocold ASC=1−T3/T4s=1−PR(1−k)/k=1−CR1−k

, где CR=v3 /v4s — степень изоэнтропического сжатия, а PR=p4s/p3 — степень изоэнтропического давления.

Поскольку T3=TL, но T4s T ₁ и T ₃ ). Поскольку цикл Отто требует процесса сгорания с постоянным объемом, он может эффективно осуществляться только в пределах поршневого цилиндра или другого устройства с фиксированным объемом с почти мгновенным быстрым процессом сгорания.

Пример 13.14

Изэнтропическая степень сжатия бензинового двигателя новой газонокосилки, работающего по циклу Отто, составляет 8,00:1, а температура воздуха на входе составляет T ₃ = 70,0°F при давлении p _{3 = 14,7 фунтов на квадратный дюйм. Определить}

а.: Температура воздуха в конце изоэнтропического такта сжатия T _{4 с} .
б.: Давление в конце изоэнтропического такта сжатия перед воспламенением р _{4 с} .
в.: Тепловая эффективность Otto cold ASC этого двигателя.

Раствор

а.

Коэффициент изоэнтропического сжатия для двигателя с циклом Отто определяется как

CR=v3v4s=(T3T4s)11−k

, из которого мы получаем )(8,00)0,40=1220 R

б.

Для цикла Отто изэнтропическое давление и степень сжатия связаны соотношением PR = CR ^k , где PR=p4s/p3 и CR = v ₃ / v _{4 s} . Тогда

p4s=p3CRk=(14,7 psia)(8,00)1,40=270. psia

c.

Уравнение (13.30) дает тепловой КПД ASC по холоду Отто как 56,5%

Упражнения

40.: Если газонокосилку из примера 13.14 оставить на улице в холодный день, когда T ₃ снижается с 70,0°F до 30,0°F, определите новую температуру в конце изоэнтропического такта сжатия. Предположим, что все остальные переменные остаются неизменными. Ответ : T _{4 s} = 1130 R.
41.: Если клиренс газонокосилки в примере 13.14 увеличить с 8,0 до 8,0, то степень сжатия уменьшится до 8,00. 1, определите новое давление в конце изоэнтропического такта сжатия. Предположим, что все остальные переменные остаются неизменными. Ответ : p _{4 с} = 294,1 фунтов на квадратный дюйм абс.
42.: Если максимальная температура в цикле ( T _{4 s} ) равна 2400 Р, определите цикл Отто горячий ASC тепловой КПД этого двигателя. Предположим, что все остальные переменные остаются неизменными. Ответ : ( η _T ) _{Отто горячий ASC} = 52,8%.

Реальная диаграмма давление-объем для двигателя, работающего на газовом или паросиловом цикле, называется индикаторная диаграмма , ¹⁰ и замкнутая площадь равна чистой обратимой работе, произведенной внутри двигателя. Среднее эффективное давление (mep) поршневого двигателя представляет собой среднее эффективное давление , действующее на поршень во время его перемещения. указанная (или обратимая) выходная мощность (WI) из поршня представляет собой чистую положительную площадь, ограниченную индикаторной диаграммой, как показано на рисунке 13.49, и равна произведению mep и смещения поршня, V̶2− V̶1=π4(отверстие)2(ход)или

(13.31)(WI)out=mep (V̶2−V̶1)

Рисунок 13.49. Связь среднего эффективного давления (mep) и индикаторной диаграммы.

Указанная выходная мощность (W˙I)out представляет собой чистую (обратимую) мощность, развиваемую внутри всех камер сгорания двигателя, содержащего n цилиндров, и равна

(13,32)(W˙I)out =mep(n)(V̶2−V̶1)(N/C)

, где N — частота вращения двигателя, а C — число оборотов коленчатого вала за рабочий такт ( C = 1 для двухтактного цикла и C = 2 для четырехтактного цикла). Фактическая выходная мощность двигателя , измеренная динамометром, называется мощностью торможения (Вт), а разница между указанной мощностью и мощностью торможения известна как мощность трения (т. е. мощность рассеивается во внутреннем трении двигателя) W˙F, или

(W˙I)out=(W˙B)out+W˙F

, следовательно, механический КПД двигателя η _m просто (см. табл. 13.2)

(13.33)ηm=W˙actualW˙reversible=(W˙B)out(W˙I)out=1−W˙F(W˙I)out

Из уравнения (13.31), мы можем записать

мэп=(WI)вых/(V̶2−V̶1)=((WI)вых/ma)/v2−v1=[(W˙I)вых/m˙a]/(v2 −v1)

, где m _a и m˙a — масса воздуха в цилиндре и массовый расход воздуха в цилиндре соответственно. Тепловой КПД ASC (т.е. реверсивный или указанный, см. Таблицу 13.2) любого двигателя внутреннего или внешнего сгорания теперь можно записать как

(ηT)ASC=(W˙out)реверсивныйQ˙in=(W˙1)outQ˙fuel=(W˙1)out/m˙aQ˙fuel/м˙a

где Q˙in=Q˙ топливо – теплотворная способность топлива. Объединение этих уравнений дает

mep=(ηT)ASC(Q˙fuel/m˙a)v2−v1=(ηT)ASC(Q˙fuel/m˙fuel)(A/F)(v2−v1)

где A/F=m˙a/m˙fuel — соотношение воздух-топливо в двигателе. Теперь

v2-v1=v1(v2/v1-1)=RT1(CR-1)/p1

, поэтому уравнение (13.32) становится

(13.34)(W˙1)out=(ηT)ASC(Q˙/m˙)fuel(DNp1/C)(A/F)(RT1)(CR−1)

где D =n(V̶2−V̶1)=π4(Диаметр)2×(Ход хода)×(Число из цилиндров) — общий рабочий объем поршня двигателя. Уравнение (13.34) позволяет нам определить выходную мощность идеального двигателя внутреннего сгорания без трения, и, когда доступны фактические данные динамометрических испытаний, уравнение. (13.33) позволяет определить механический КПД двигателя.

Пример 13.15

Шестицилиндровый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания с циклом Отто имеет общий рабочий объем 260. в ³ и степень сжатия 9,00:1. Он работает на бензине с удельной теплотой сгорания 20,0 × 10 ³ британских тепловых единиц/фунт-м и представляет собой впрыск топлива с массовым соотношением воздух-топливо 16,0:1. выдавал тормозную мощность 85,0 л.с. при 4000 об/мин. Для холодного АСК Отто с k=1,40 определите

а.: Холодный ASC тепловой КПД двигателя.
б.: Максимальное давление и температура цикла.
в.: Указанная выходная мощность двигателя.
д.: Механический КПД двигателя.
эл.: Фактический тепловой КПД двигателя.

Раствор

а.

Из уравнения. (13.30), используя k=1,40 для холодного АСК,

(ηT)Оттоколд ASC=1−CR1−k=1−9,00−0,40=0,585=58,5%

б.

Из рисунка 13.48 a ,

T1=Tmax=T4s+(Q˙/m˙)топливо(A/F)масса(cv)a

Поскольку процесс 3-4 с является изоэнтропическим, уравнение. (7.38) дает

T4s=T3CRk−1=(60,0+459,67)(9,00)0,40=1250 R

Тогда

Tmax=20,0×103 БТЕ/фунт топлива[16,0 фунт фунт воздух /(фунт воздух·R)]+1250 R=8520 R

Поскольку процесс 4 с к 1 является изохорным, уравнение состояния идеального газа дает T3(p4s/p3)(k−1)/k

или

p4s=p3(T4s/T3)k/(k−1)=(8,00 psia)(1250 R520 R)1,40/0,40=172 psia

, тогда

pmax=(172 psia)[(8520 R)/1250 R]=1170 psia

c.

Уравнение (13.34) дает указанную мощность как дюйм2)/2(16,0)[0,0685 БТЕ/(фунт·м·R)](8520 R)(9.00−1)(12 дюйм/фут)(60 с/мин) =(132,00 фут⋅фунт-сила/с)(1 л.с.550 фут·фунт-сила/с)=241 л.с.

d.

Уравнение (13.33) дает механический КПД двигателя как

Наконец, фактический тепловой КПД двигателя может быть определен из уравнений. (7.5) и (13.33) как

(ηT)Ottoactual=(W˙B)outQ˙fuel=(ηm)(W˙I)outQ˙fuel=(ηm)(ηT)Ottocold ASC=(0,353)(0,585 )=0,207=20,7%

Упражнения

43.: Если степень сжатия двигателя цикла Отто, рассмотренного в примере 13.15, увеличить до 10,0:1, каким будет его новый тепловой КПД холодного ASC? Предположим, что все остальные переменные остаются неизменными. Ответ : ( η _T ) _{Отто холод ASC} = 60,2%.
44.: Найдите p _max и T _max для двигателя с циклом Отто, рассмотренного в примере 13. 15, при уменьшении степени сжатия с 9от 0,00 до 8,00 до 1. Предположим, что все остальные переменные остаются неизменными. Ответ : P _MAX = 1040 фунтов на кв. П. 3 до 300. в ³ . Предположим, что все остальные переменные остаются неизменными. Ответ : (W˙I) _из = 280 л.с.
46.: Определите механический КПД двигателя с циклом Отто в примере 13.15, если фактическая тормозная мощность составляет 88,0 л.с. вместо 85,0 л.с. Предположим, что все остальные переменные остаются неизменными. Ответ : η _м = 36,3%.

Предыдущий пример показывает, что анализ холодного ASC Отто обычно предсказывает тепловой КПД, который намного превышает фактический тепловой КПД. Типичные двигатели внутреннего сгорания с циклом Отто имеют фактический рабочий тепловой КПД в диапазоне 15-25%. Большая разница между тепловым КПД холодного АСК (который содержит по крайней мере один изоэнтропический процесс) и фактическим тепловым КПД обусловлена влиянием второго закона термодинамики через большое количество тепловых и механических необратимостей, присущих этому типу возвратно-поступательного поршня. -цилиндровый двигатель. Чтобы улучшить его фактический тепловой КПД, необходимо уменьшить потери тепла при сгорании и количество движущихся частей в двигателе.

Какой самый маленький двигатель внутреннего сгорания?

Двигатель самолета модели Cox Tee Dee .010 (рис. 13.50) имеет самый маленький двигатель внутреннего сгорания, когда-либо выпускавшийся в производство. Этот удивительный маленький двигатель весит чуть меньше унции и работает со скоростью 30 000 об/мин. Топливо представляет собой 10–20% касторового масла плюс 20–30% нитрометана, смешанного с метанолом. С диаметром отверстия 0,237 дюйма (6,02 мм) и ходом поршня 0,226 дюйма (5,74 мм) он имеет выходную мощность около 5 Вт.

Рисунок 13.50. Двигатель Cox Tee.

Просмотреть главуКнига покупок

Прочитать всю главу

URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780123749963000130

Hiroshi Yamagata, in The Automotive Engines, in The Auto20motive Engines, in The Auto200000.

3.1.1 Функция

На рисунке 3.1 показана типичная сборка поршней, шатунов и коленчатого вала для четырехтактного двигателя. Сначала поршень получает мощность сгорания, а затем шатун передает мощность через поршневой палец. На рисунке 3.2 показаны поршни, используемые для двухтактных двигателей. На рис. 3.3 показаны вид изнутри и снаружи поршня четырехтактного двигателя. На рис. 3.4 показан узел, состоящий из поршня, поршневого кольца и поршневого пальца.

3.1. Кованые поршни из цельнолитого прутка, шатунов и коленчатого вала для рядного четырехцилиндрового двигателя. Выемка под клапан двигателя 〈5 клапанов〉 повышает степень сжатия. Ковка точно штампует формы углубления.

3.2. Поршни двухтактных двигателей изготовлены из алюминиевого сплава порошковой металлургии. В двухтактных двигателях обычно устанавливают два поршневых кольца 〈Глава 4〉. Длинная юбка необходима для газообмена.

3.3. Поршень четырехтактного двигателя, 〈a〉 внутри и 〈b〉 снаружи. Толщина юбки уменьшена до 1,5 мм для облегчения веса. На обоих концах верхнего торца видны три канавки для поршневых колец. Прилив поршневого пальца для поршневого пальца расположен в центре. Высокое контактное давление поршневого пальца может вызвать абразивный износ бобышки.

3.4. Номенклатура каждой порции. Верхняя и верхняя части достигают самой высокой температуры, потому что они непосредственно контактируют с дымовым газом. Поршневое кольцо, помещенное в кольцевую канавку, представляет собой пружинный уплотняющий газ. Поршневой палец представляет собой полую трубку из науглероженной стали. Штифт, вставленный в бобышку, удерживается с обоих концов стопорными кольцами, чтобы не выскочить. Поршневой палец вращается во время работы.

Поршень лучше всего можно описать как подвижную заглушку в отверстии цилиндра. На рис. 3.5 показаны его различные функции. Во-первых, поршень вместе с поршневыми кольцами образуют камеру сгорания с головкой блока цилиндров, герметизируя газы сгорания. Во-вторых, он передает давление сгорания на вращающийся коленчатый вал через поршневой палец и шатун. В-третьих, именно в двухтактном двигателе поршень сам работает как клапан, обмениваясь газами (глава 2). Поршни также должны производиться серийно с низкими затратами.

3.5. Функции поршня для высокой выходной мощности

При воздействии высокотемпературного газа поршень должен совершать возвратно-поступательные движения с высокой скоростью вдоль канала цилиндра. Даже небольшой двигатель может генерировать большую выходную мощность при повышенном числе оборотов. Поршень бензинового двигателя диаметром 56 мм обычно может воспринимать нагрузку около 20 кН и движется со скоростью до 15 м/с. Если количество оборотов предполагается равным 15 000 об/мин, материал поршня достигает числа повторений 10 ⁷ раз за 11 часов. Это число примерно соответствует пределу усталостной прочности материала. Для получения высокой выходной мощности поршень должен быть максимально легким, но при этом оставаться прочным. Например, поршень на рис. 3.1 весит 170 г, тогда как поршень на рис. 3.2 в среднем весит 150 г. Такие легкие конструкции увеличивают нагрузку на материал поршня.

По сравнению с бензиновыми двигателями дизельные двигатели генерируют мощность при относительно низких оборотах, хотя при этом требуется более высокое давление в цилиндре. На рис. 3.6 показан поршень дизельного двигателя с непосредственным впрыском и камерой сгорания. Повышенный спрос на дизельные двигатели сегодня требует высокой производительности при высокой эффективности с низким уровнем выбросов. Большинство дизельных двигателей с непосредственным впрыском, используемых в автомобилях в 2003 году, достигли удельной выходной мощности до 40 кВт/л. В этих двигателях используется поршень с камерой сгорания, расположенной по центру. Второе поколение систем впрыска под высоким давлением (common rail и насос-форсунка) привело к увеличению давления в цилиндрах до пиковых значений 18 МПа. Эта увеличенная мощность повысила температуру головки поршня до 350 °C на краю камеры сгорания. По сравнению с поршнями бензиновых двигателей, дизельным двигателям требуется поршень с гораздо большей прочностью, чтобы выдерживать эти высокие температуры.

3.6. Алюминиевый поршень для дизельного двигателя с прямым впрыском. Край камеры сгорания армирован волокном. Канавка верхнего кольца усилена держателем колец Niresist.

Легкий алюминиевый сплав был наиболее широко используемым материалом. Первый поршень из алюминиевого сплава появился в начале 20 века сразу после изобретения технологии электролитической плавки алюминия в 1886 году. В то время в двигателях внутреннего сгорания использовались поршни из чугуна. Ключевой вопрос заключался в том, сможет ли алюминий с температурой плавления всего 660 °C противостоять горячему дымовому газу. На рис. 3.7 описаны основные требования и методы армирования алюминиевых и железных поршней.

3.7. Конструкции и процессы изготовления автомобильных поршней.

Просмотреть книгу Глава Черта

Читать полная глава

URL: https://www. sciendirect.com/science/article/pii/b9781855737426500038

Иоанн Б. Хейвуд, в Энергии и Компция Наука, 197959995 9013 9005

Иоанн Б. Хейвуд, в Энергии и Компция Наука, 197995

Иоанн Б. Хейвуд.

6 ВЫБРОСЫ ДВИГАТЕЛЯ WANKEL

Рабочий цикл двигателя Ванкеля ⁶⁰ , ⁶¹ имеет ту же последовательность процессов, что и четырехтактный цикл поршневого двигателя SI. Однако из-за геометрии Ванкеля существуют важные различия между процессами сгорания Ванкеля и обычными двигателями, которые влияют на характеристики выбросов. В современных двигателях Ванкеля выбросы углеводородов двигателя выше, CO примерно такие же, а NO _x ниже, чем у эквивалентного поршневого двигателя. Однако в литературе имеются лишь ограниченные данные о выбросах двигателей Ванкеля. Поскольку выбросы CO двигателя зависят от эквивалентного соотношения топлива и воздуха аналогично обычному поршневому двигателю, мы не будем их далее обсуждать.

Просмотреть главуКнига покупок

Прочитать главу полностью

URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780080247809500162

Что такое четырехтактный двигатель?

Содержание

1 Что такое четырехтактный двигатель?
2 Как работает четырехтактный двигатель?
3 PV diagram of the Four-Stroke Engine
4 History
4.1 Atkinson Cycle
4.2 Diesel Cycle
5 Four-stroke Engine Power Output Limitations
6 Components of 4-stroke Diesel Engine
7 Преимущества и недостатки четырехтактных двигателей
7.1 Преимущества четырехтактных двигателей
7.2 Недостатки четырехтактного двигателя
8 В чем разница между четырехтактным дизельным двигателем и четырехтактным бензиновым двигателем?
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. В зависимости от числа ходов поршня двигатели имеют два основных типа :

двухтактный двигатель
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 представляет собой двигатель внутреннего сгорания, в котором для завершения рабочего цикла используется четыре хода поршня. Он преобразует тепловую энергию топлива в полезную механическую работу за счет движения вверх и вниз поршня . Поэтому он относится к категории поршневой двигатель .

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 отличие между 2-тактным и 4-тактных двигателей заключается в том, что 2-тактный двигатель завершает рабочий цикл всего за двух тактов , а четырехтактный двигатель завершает рабочий цикл за четырех тактов поршня. Двухтактный двигатель производит меньше выбросов по сравнению с двухтактным двигателем.

Как работает четырехтактный двигатель?

Четырехтактный двигатель работает в следующие этапы:

Процесс впуска
Процесс сжатия
Силовой процесс
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 генерируется 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 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 (процесс 3–4): 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

Цикл дизеля

Дизельный двигатель является практическим усовершенствованием 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 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.

Шатун , поршень и клапан торца двигателя сильное ускорение . 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 поверхности контакта поршень-цилиндр 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:

Топливная форсунка
Поршень
Впускной клапан
Выпускной клапан
Коленчатый вал
Соединительный стержень
Блок двигателя
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) Цилиндр Линейный

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 облицовку 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) Распределительный вал

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.

Долговечность: Эти двигатели обладают большей долговечностью, чем двухтактные двигатели.

Безвредность для окружающей среды: Эти двигатели безвредны для окружающей среды, поскольку четырехтактный двигатель выделяет менее опасные пары, чем двухтактный двигатель.

Эти двигатели лучше всего подходят для тяжелых грузов и тяжелых транспортных средств.

Топливная эффективность: Эти двигатели имеют более высокую топливную экономичность, чем двухтактные двигатели.

Шум: Работают тише, чем двухтактные двигатели

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

Повышенная топливная экономичность: Этот тип двигателя внутреннего сгорания имеет более высокую топливную экономичность, чем двухтактный двигатель.

Дополнительное масло не требуется: Этот двигатель не требует дополнительной смазки или масла для добавления топлива. Только вращающиеся компоненты требуют промежуточной смазки.

Эти дизельные двигатели производят самые маленькие NO _X .

Недостатки четырехтактного двигателя

Мощность: Этот двигатель имеет меньшую мощность, чем двухтактный двигатель.
Дорого: Четырехтактный двигатель состоит из многих частей. Поэтому он имеет более высокую стоимость, чем двухтактный двигатель.
Вес: Эти двигатели имеют больший вес, чем двухтактные двигатели
Требуемая площадь: Требовалась большая площадь для установки.
Ход поршня: Для завершения рабочего цикла требуется больше ходов поршня.
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, создаваемой свечой зажигания.	В этом двигателе воспламенение происходит за счет высокого 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 транспортных средствах, 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, внедорожные 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, двухтактный или четырехтактный?

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 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

Различные типы двигателей
Различные типы поршневых двигателей
Работа двухтактного двигателя
Работа парового двигателя
Типы двигателей внутреннего сгорания
Типы двигателей внешнего сгорания
Работа СИ или бензинового двигателя

Цикл четырехтактного двигателя

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

Содержание

Циклы поршневых двигателей

Поршневые двигатели классифицируются в соответствии с количеством отдельных шагов, которые двигатель выполняет за один полный цикл двигателя. Двухтактные двигатели совершают цикл за один оборот коленчатого вала двумя движениями; ход поршня вверх и вниз, который включает в себя впуск, сжатие, сгорание и выпуск. Двухтактные двигатели распространены на сверхлегких и некоторых небольших сверхлегких самолетах, поскольку эти двигатели имеют меньшее количество деталей, что делает их более простыми в эксплуатации и более дешевыми в приобретении и обслуживании.

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

Номенклатура циклов

Существует ряд определений, которые следует хорошо понять, прежде чем переходить к подробностям четырехтактного цикла. См. изображение ниже и определения под изображением.

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

Верхняя мертвая точка (ВМТ) – это относится к положению поршня, когда он находится в верхней мертвой точке. Поршень расположен в верхней части головки цилиндров, а шатунная шейка находится в самом верхнем положении.

Нижняя мертвая точка (НМТ) – это точка в цикле, когда поршень находится в нижней точке своего хода, а шатунная шейка находится в самом нижнем положении.

Ход – ход двигателя – это возвратно-поступательное расстояние, которое поршень перемещает в цилиндре от НМТ до ВМТ.

Отверстие – относится к внутреннему диаметру цилиндра.

Степень сжатия – объем пространства в цилиндре можно определить при положении поршня в НМТ и в ВМТ. Соотношение между ними дает степень сжатия. Например, двигатель со степенью сжатия, равной 9, имеет объем в цилиндре в девять раз больше, когда поршень находится в НМТ, чем в ВМТ. 92}{4}\times Ход
$$
Где:
$ D: $ Диаметр цилиндра
$ S.V.: $ Рабочий объем

Четырехтактный цикл

Пока двигатель работает, он продолжайте непрерывно повторять четыре шага четырехтактного цикла. Каждый шаг в цикле представляет собой перемещение поршня на 180°, что соответствует половине оборота коленчатого вала. Поскольку для завершения одного четырехтактного цикла требуется два оборота коленчатого вала, полный цикл будет завершен на половине оборотов двигателя, например, двигатель, работающий на 3000 об/мин, совершит 1500 полных циклов за одну минуту.

Двигатель всегда завершает цикл в одном и том же порядке:

Рисунок 2: Элементы четырехтактного цикла

Впуск или впуск

Целью впуска или такта впуска является всасывание смеси воздуха и топлива в цилиндр . Этот ход происходит при движении поршня вниз от ВМТ к НМТ. Впускной клапан должен быть открыт, чтобы топливовоздушная смесь могла попасть в цилиндр, в то время как выпускной клапан остается закрытым. Движение поршня вниз приводит к падению давления в цилиндре, в результате чего смесь всасывается в полость, оставшуюся после движения поршня.

Рисунок 3: Такт впуска или впуска

Сжатие

Как следует из названия, целью такта сжатия является сжатие топливно-воздушной смеси, которая всасывается в головку блока цилиндров до того, как произойдет воспламенение. Это достигается за счет движения поршня вверх от НМТ к ВМТ. Движение поршня уменьшает объем, занимаемый смесью, вызывая повышение давления и температуры внутри цилиндра. Впускной и выпускной клапаны остаются закрытыми на протяжении большей части хода (впускной клапан остается открытым примерно на 50° после НМТ, чтобы обеспечить поступление в цилиндр оптимального количества смеси). Когда поршень приближается к ВМТ, срабатывает свеча зажигания, воспламеняющая смесь. Искра синхронизирована таким образом, что инерция поршня, движущегося вверх, не задерживается зажиганием, а продолжается до ВМТ, где заканчивается ход поршня.

Рисунок 4: Такт сжатия

Мощность

Быстро расширяющийся газ, воспламеняемый свечой зажигания, вызывает скачок давления внутри цилиндра, заставляя поршень вернуться из ВМТ в НМТ. По мере движения поршня вниз увеличивающийся объем вызывает снижение давления и температуры в цилиндре. Именно этот рабочий ход заставляет вращаться коленчатый вал, который в конечном итоге приводит в движение воздушный винт и создает тягу. Впускной и выпускной клапаны остаются закрытыми большую часть рабочего хода, а выпускной клапан открывается непосредственно перед тем, как поршень достигает НМТ. Время открытия клапана установлено таким образом, чтобы обеспечить выработку максимальной мощности и в то же время обеспечить наиболее эффективный выброс сгоревших газов во время такта выпуска.

Рисунок 5: Рабочий ход

Выпуск

Выпускной клапан открывается непосредственно перед завершением рабочего такта и остается открытым во время движения поршня от НМТ к ВМТ. Движение поршня выталкивает выхлопные газы через открытый выпускной клапан, очищая цилиндр до начала такта впуска. Это завершает цикл, и поршень снова начинает двигаться вниз по мере повторения шага индукции.

Рисунок 6: Такт выпуска

Полный четырехтактный цикл

Полный цикл показан на изображении ниже.

Рисунок 7: Полный четырехтактный цикл

Работа клапана

Одним из фундаментальных свойств всей материи является то, что она обладает массой и, следовательно, инерцией. Это означает, что топливно-воздушная смесь, как и твердое тело, подчиняется законам Ньютона и требует силы для преодоления ее инерции и ускорения в цилиндре. Эта сила возникает из-за падения давления в цилиндре при движении поршня вниз, но движение газа не является мгновенным. Следовательно, открытие впускного и выпускного клапанов в ВМТ и НМТ соответственно не приведет к максимальной мощности, вырабатываемой двигателем из-за инерции газа. В результате впускной и выпускной клапаны открываются и закрываются не в ВМТ или НМТ, а по обе стороны от этих положений для обеспечения оптимальной производительности. Важно помнить, что поршни движутся с очень высокими оборотами во время нормальной работы двигателя, из-за чего газу очень трудно успевать за движением поршня.

Привод клапана – клапан открывается преждевременно (до ВМТ или НМТ) для оптимальной работы двигателя.

Запаздывание клапана – закрытие клапана задерживается (после ВМТ или НМТ) для улучшения работы двигателя.

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

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

Рисунок 8: Области перекрытия клапанов в цикле четырехтактного двигателя

Цикл Отто

Описанный выше четырехтактный цикл приводит к изменению давления и объема газа внутри цилиндра, когда поршень перемещается вверх и вниз через различные ходы цикл. Термодинамическое представление этого цикла называется циклом Отто, названным в честь немецкого инженера 9. 0289 Николаус Отто ; первый человек, построивший работающий четырехтактный двигатель в 1860-х гг.

Цикл Отто может быть представлен на графике с Объемом по оси X и Давлением по оси Y, и описывает четырехтактный цикл следующим образом:

Рисунок 9: Цикл Отто

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

Процесс 1–2: заряд адиабатически сжимается (при условии отсутствия потерь тепла в окружающую среду) по мере того, как поршень движется от НМТ к ВМТ (такт сжатия).

Процесс 2–3: заряд воспламеняется свечой зажигания, что приводит к быстрому увеличению давления в цилиндре. Это происходит при постоянном объеме и представляет собой момент, когда поршень находится в ВМТ, прежде чем двигаться вниз для завершения рабочего такта.

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

Процесс 4–1: Вся энергия (тепло), выделяемая при сгорании заряда, преобразуется в движение цилиндра вниз, и тепло рассеивается в процессе с постоянным объемом, пока поршень находится в НМТ.

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

Нумерация цилиндров и порядок включения

Важно понимать, что не все цилиндры в любом двигателе выполняют одну и ту же часть цикла в одно и то же время; скорее, каждый из них срабатывает в определенной последовательности, предназначенной для обеспечения бесперебойной работы двигателя и непрерывной подачи мощности на винт. Производители авиационных двигателей всегда маркируют каждый цилиндр двигателя и публикуют порядок работы двигателя.

Порядок зажигания разработан для максимально возможной балансировки двигателя за счет обеспечения (в случае горизонтального оппозитного двигателя) движения противоположных поршней в одном направлении. В четырехтактном четырехцилиндровом двигателе каждый цилиндр должен выполнять один из четырех тактов в любой момент времени.

Преждевременное зажигание и детонация

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

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

Детонация (детонация): во время такта сжатия топливно-воздушный заряд подвергается быстрому увеличению давления и температуры по мере уменьшения объема. Чем выше степень сжатия двигателя, тем горячее становится заряд. При очень высоких степенях сжатия может возникнуть ситуация, когда заряд мгновенно воспламенится (взорвется) до назначенного момента сгорания. Это известно как детонация и вызывает молотообразный удар по поршню вместо контролируемого плавного толчка во время рабочего такта. Детонация может произойти при использовании топлива с неправильным октановым числом. Топливо с более высоким октановым числом способно выдерживать большее сжатие перед воспламенением; поэтому крайне важно использовать топливо с правильным октановым числом для конкретного двигателя. Если рекомендуемое топливо с октановым числом недоступно, следует использовать следующее топливо с самым высоким октановым числом. Использование топлива с октановым числом ниже рекомендуемого может привести к детонации.

Детонация может произойти даже при использовании топлива с правильным октановым числом. Следующие факторы также могут вызвать детонацию, если их не устранить во время полета:

Полеты с более высоким давлением во впускном коллекторе, чем рекомендовано – это приведет к повышению температуры и давления в головке цилиндров выше нормальных рабочих пределов.
Полеты на слишком бедной смеси – более бедные смеси повышают температуру головки блока цилиндров. Детонация может произойти при добавлении мощности, но без обогащения смеси перед этим.
Повышение температуры головки блока цилиндров сверх нормальных рабочих пределов из-за отсутствия аэродинамического охлаждения. Авиационные двигатели с воздушным охлаждением могут перегреваться при наборе высоты, если за ними не следить. Может оказаться необходимым уменьшить скорость набора высоты или выполнить ступенчатый набор высоты в тех случаях, когда температура головки блока цилиндров приближается к предельным значениям.

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

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

Пред.: Знакомство с двигателями внутреннего сгорания

След.: Эксплуатация поршневого двигателя

Различия двухтактных и четырехтактных двигателей? – Блог AMSOIL

Как

У двухтактных и четырехтактных двигателей есть свои плюсы и минусы.

Купить артикул

AMSOIL DOMINATOR® Synthetic 2-Stroke Racing Oil

SABRE® Professional Synthetic 2-Stroke Oil

AMSOIL INTERCEPTOR® Synthetic 2-Stroke Oil

Разница между двухтактными и четырехтактными двигателями.

Двигатели внутреннего сгорания преобразуют химическую энергию в механическую энергию, используемую для приведения в действие транспортного средства или другого оборудования, посредством процесса сгорания, требующего воздуха, топлива и источника воспламенения.

Термины «двухтактный» и «двухтактный» часто взаимозаменяемы, как и «четырехтактный» и «четырехтактный». Каждое движение поршня вверх или вниз в двигателе называется тактом. Принципиальное различие между двухтактными и четырехтактными двигателями заключается в том, как они подают воздух и топливо для сгорания для создания мощности, а затем удаляют выхлопные газы после каждого цикла сгорания.

Конструкция камеры четырехтактного двигателя

В четырехтактном двигателе впускные и выпускные отверстия расположены в верхней части камеры сгорания. Впускные и выпускные клапаны контролируют открытие и закрытие портов для управления входящими и выходящими газами. Впускное отверстие регулирует поступающий воздух, обеспечивая воздух, который вступает в реакцию с топливом при воспламенении. Выпускное отверстие выбрасывает образующиеся газы, включая водяной пар (h3O), двуокись углерода (CO2) и азот (N2), из камеры сгорания.

Цикл сгорания четырехтактного двигателя

В четырехтактном двигателе требуется два полных оборота коленчатого вала, то есть четыре поршневых цикла, для выполнения тактов впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска. Во время первого оборота топливовоздушная смесь всасывается в камеру сгорания через впускное отверстие и сжимается. Во время второго оборота топливно-воздушная смесь воспламеняется для создания мощности, и все образовавшиеся газы выпускаются.

Четырехтактные двигатели более долговечны, экономичны и имеют более низкий уровень выбросов.

Процесс сгорания в четырехтактном двигателе.

1. Такт впуска

Когда поршень движется вниз по цилиндру, он создает вакуум в пространстве над ним и всасывает воздух в цилиндр через открытый впускной клапан.

2. Такт сжатия

Впускной и выпускной клапаны закрываются, когда поршень движется вверх и сжимает топливовоздушную смесь для подготовки к сгоранию.

3. Рабочий ход

Во время рабочего такта впускной и выпускной клапаны закрыты, так как свеча зажигания воспламеняет смесь воздуха и топлива. Взрыв толкает поршень вниз, вращая коленчатый вал.

4. Такт выпуска

По мере того, как поршень движется вверх, он вытесняет все газы, оставшиеся после цикла сгорания, через открытый выпускной клапан, подготавливая цилиндр к новой заправке воздухом и топливом.

Двухтактный камерный дизайн

В двухтактном двигателе отверстия по обеим сторонам поршня используются для управления газами, входящими в цилиндр и выходящими из него. Движущийся поршень закрывает и открывает порты вместо того, чтобы использовать клапаны для открытия и закрытия портов, как в четырехтактном двигателе.

Цикл сгорания в двухтактном двигателе

В двухтактном двигателе требуется только один оборот коленчатого вала, то есть два цикла поршня, для завершения полного цикла сгорания. Двигатель срабатывает каждый раз, когда вращается коленчатый вал, что удваивает количество взрывов по сравнению с четырехтактным двигателем, который вырабатывает большую мощность при сравнении цилиндров одинакового размера.

Двухтактные двигатели
дешевле и легче, обеспечивая более высокое отношение мощности к весу.

Двухтактный двигатель создает мощность с каждым оборотом коленчатого вала.

1. Такт впуска-воспламенения

Впускное отверстие открывается при движении поршня вверх, что создает вакуум в пространстве под поршнем, который заставляет воздух устремляться в картер. Когда воздух проходит через карбюратор, он забирает порцию топлива и масла.

По мере движения поршня топливовоздушная смесь, уже находящаяся в цилиндре, сжимается. Когда поршень достигает верхней мертвой точки (ВМТ), свеча зажигания воспламеняется, вызывая взрыв воздушно-топливной смеси.

2. Такт сжатия-выпуска

Поршень прижимается взрывом воздушно-топливной смеси. Топливно-масляная смесь в картере находится под давлением, когда поршень движется вниз, и проталкивается через перепускное отверстие в цилиндр. Поступающий заряд выталкивает оставшиеся газы в цилиндре через выпускное отверстие.

Применение двухтактных и четырехтактных двигателей

Преимущества двухтактных двигателей заключаются в том, что они дешевле в изготовлении, имеют меньший вес и более высокое отношение мощности к весу, чем четырехтактные двигатели.

По этим причинам двухтактные двигатели идеально подходят для ручных устройств, таких как бензопилы, триммеры для струн и ранцевые воздуходувки. Двухтактные мотоциклы для бездорожья также возвращаются благодаря более удобному диапазону мощности и новым конструкциям двигателей, снижающим выбросы. Двухтактные двигатели также легче запускаются при низких температурах, что делает их идеальными для использования на снегоходах.

Однако четырехтактные двигатели создают больший крутящий момент при более низких оборотах, как правило, имеют большую долговечность, чем высокооборотные двухтактные двигатели, а также обеспечивают повышенную топливную экономичность и более низкий уровень выбросов. По этим причинам четырехтактные двигатели идеально подходят для таких применений, как мотоциклы, квадроциклы, морские моторы и гидроциклы.

AMSOIL Performance Testing

Лабораторные испытания и испытания на дороге.

Посмотрите, как продукты AMSOIL работают в лаборатории и в полевых условиях.

Проверить тесты

Смазка для четырехтактных двигателей

Четырехтактные двигатели смазываются маслом, находящимся в масляном поддоне. Масло распределяется по двигателю за счет смазки разбрызгиванием или насосной системы смазки под давлением; эти системы могут использоваться по отдельности или вместе.

Смазка разбрызгиванием достигается путем частичного погружения коленчатого вала в масляный картер. Импульс вращающегося коленчатого вала разбрызгивает масло на другие компоненты двигателя, такие как кулачки распределительного вала, поршневые штифты и стенки цилиндров.

Смазка под давлением использует масляный насос для создания смазочной пленки под давлением между движущимися частями, такими как коренные подшипники, шатунные подшипники и кулачковые подшипники. Он также перекачивает масло в направляющие клапанов двигателя и коромысла.

Смазка для двухтактных двигателей

В двухтактных двигателях некоторое количество масла собирается под коленчатым валом; однако в двухтактных двигателях используется система смазки с полными потерями, в которой масло и топливо сочетаются для обеспечения как энергии, так и смазки двигателя. Масло и топливо смешиваются во впускном тракте цилиндра и смазывают важные компоненты, такие как коленчатый вал, шатуны и стенки цилиндров.

Двухтактные двигатели с впрыском масла впрыскивают масло непосредственно в двигатель, где оно смешивается с топливом, в то время как для двухтактных двигателей с предварительным смешиванием требуется топливно-масляная смесь, которая смешивается перед заправкой в топливный бак. Как правило, двухтактные двигатели изнашиваются быстрее, чем четырехтактные, потому что у них нет специального источника смазки; однако качественное двухтактное масло значительно снижает износ двигателя.

Это ключевые отличия при рассмотрении конструкции четырехтактного и двухтактного двигателя и потребности в смазке. Независимо от конструкции используемого двигателя выбирайте высококачественное масло, которое поможет предотвратить износ и максимизирует производительность.

Купить артикул

AMSOIL DOMINATOR® Synthetic 2-Stroke Racing Oil

SABRE® Professional Synthetic 2-Stroke Oil

AMSOIL INTERCEPTOR® Synthetic 2-Stroke Oil

Больше похоже на это

Как

Что делают свечи зажигания?

7 сентября 2022 г.

Новости
Как

Почему мой двигатель перегревается?

Если ваш легковой или грузовой автомобиль перегревается, остановитесь и дайте ему остыть перед проверкой охлаждающей жидкости.

23 августа 2022 г.

Как

Морской

Какое моторное масло подходит для вашего лодочного двигателя?

Хотя многие яхтсмены и рыболовы не знают, вот почему специальное судовое моторное масло имеет жизненно важное значение для защиты двигателя лодки.

18 августа 2022 г.

Четырехтактный двигатель | Автопедия | Fandom

Четырехтактный цикл, используемый в бензиновых двигателях. Правая синяя сторона — впуск, левая желтая сторона — выхлоп. Стенка цилиндра представляет собой тонкую гильзу, окруженную охлаждающей водой.

Сегодня в двигателях внутреннего сгорания автомобилей, грузовиков, мотоциклов, самолетов, строительной техники и многих других чаще всего используется четырехтактный цикл . Четыре такта относятся к тактам впуска, сжатия, сгорания (мощности) и выпуска, которые происходят во время двух оборотов коленчатого вала за рабочий цикл бензинового двигателя и дизельного двигателя.
Менее техническое описание четырехтактного цикла: «Соси, сжимай, хлопай, дуй».

Цикл начинается в верхней мертвой точке (ВМТ), когда поршень максимально удален от оси коленчатого вала. Под ходом понимается полный ход поршня от верхней мертвой точки (ВМТ) до нижней мертвой точки (НМТ).

Ход 1 из 4 «Всасывание»: При впуске или впуске ходе поршня поршень опускается из верхней части цилиндра в нижнюю часть цилиндра, снижая давление внутри цилиндра. Смесь топлива и воздуха нагнетается атмосферным (или более высоким) давлением в цилиндр через впускное отверстие. Затем впускной клапан (клапаны) закрывается.

Такт 2 из 4 «Сжатие»: При закрытых впускном и выпускном клапанах поршень возвращается в верхнюю часть цилиндра, сжимая топливно-воздушную смесь. Это известно как компрессия ход.

Такт 3 из 4 «Взрыв»: Когда поршень находится в верхней мертвой точке или близко к ней, воспламеняется топливно-воздушная смесь, обычно от свечи зажигания (для бензинового двигателя или двигателя с циклом Отто) или от теплота и давление сжатия (для дизельного двигателя или двигателя с воспламенением от сжатия). Возникающее в результате огромное давление от сгорания сжатой топливно-воздушной смеси толкает поршень обратно вниз к нижней мертвой точке с огромной силой. Это известно как мощность ход поршня, который является основным источником крутящего момента и мощности двигателя.

Такт 4 из 4 «Удар»: Во время такта выпуска поршень снова возвращается в верхнюю мертвую точку, когда выпускной клапан открыт. Это действие удаляет продукты сгорания из цилиндра, проталкивая отработанную топливно-воздушную смесь через выпускной клапан (клапаны).

Расширение и отвод тепла при постоянном объеме.

Основная статья: Октановое число

Мощность двигателя внутреннего сгорания в основном возникает за счет расширения газов в рабочем такте. Сжатие топлива и воздуха в очень маленьком пространстве увеличивает эффективность рабочего такта, но увеличение степени сжатия в цилиндре также увеличивает нагрев топлива при сжатии смеси (в соответствии с законом Шарля).

Легковоспламеняющееся топливо с низкой температурой самовоспламенения может воспламениться до того, как цилиндр достигнет верхней мертвой точки (ВМТ), потенциально заставляя поршень двигаться назад против вращения. С другой стороны, топливо, которое самовоспламеняется в ВМТ, но до того, как цилиндр начал опускаться вниз, может повредить поршень и цилиндр из-за чрезмерной тепловой энергии, сконцентрированной в очень маленьком пространстве без рельефа. Это повреждение часто называют детонацией двигателя и может привести к необратимому повреждению двигателя, если оно происходит часто.

Октановое число является мерой устойчивости топлива к самовоспламенению за счет повышения температуры, при которой оно самовоспламеняется. Топливо с более высоким октановым числом обеспечивает гораздо более высокую степень сжатия без риска повреждения из-за самовоспламенения.

Для работы дизельных двигателей требуется самовоспламенение. Они решают проблему повреждения двигателя за счет раздельного впрыска топлива под высоким давлением в цилиндр незадолго до достижения поршнем ВМТ. Воздух без топлива может быть сжат до очень высокой степени, не опасаясь самовоспламенения, а топливо под высоким давлением в системе впрыска топлива не может воспламениться без присутствия воздуха.

Содержание

1 Ограничение выходной мощности
1.1 Поток впускного/выпускного отверстия
1.2 Наддув
1. 3 Турбокомпрессор
2 Отношение штока и поршня к ходу
3 Отношение штока и поршня к ходу
4 Энергетический баланс
5 См. также
6 Каталожные номера
7 Внешние ссылки

Ограничение выходной мощности

Четырехтактный цикл
1=ВМТ
2=BDC
c: впуск
a: сжатие
d: мощность
D: выпуск

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 приводит к потере 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/сек.

Поток впускных/выпускных отверстий

Выходная мощность двигателя зависит от способности впускных (воздушно-топливных) и выхлопных газов быстро проходить через отверстия клапанов, обычно расположенные в головке блока 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 выполнять 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. Первоначально это было сделано с использованием типа устройства сжатия воздуха, известного как нагнетатель, который приводится в действие коленчатым валом двигателя.

Наддув увеличивает пределы выходной мощности четырехтактного двигателя, но нагнетатель всегда работает. Для непрерывного сжатия всасываемого воздуха требуется некоторая механическая энергия, поэтому нагнетатель снижает эффективность использования топлива, когда двигатель работает на низких уровнях мощности или когда двигатель просто разгружен и работает на холостом ходу.

Турбокомпрессор

Турбокомпрессор был разработан для временного нагнетания большего количества воздуха в головку блока цилиндров. Он состоит из двух частей высокоскоростной турбины, одна сторона которой сжимает всасываемый воздух, а другая сторона приводится в действие отходящим потоком выхлопных газов.

На холостом ходу и на малых и средних оборотах турбонагнетатель не включается, и двигатель работает как без наддува. Когда требуется гораздо большая выходная мощность, скорость двигателя увеличивается 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 на низких и средних скоростях, но существует конструктивное ограничение, известное как турбо-задержка. Увеличенная мощность двигателя доступна не сразу из-за необходимости резко увеличить обороты двигателя, чтобы раскрутить турбо, прежде чем турбо начнет выполнять какое-либо полезное сжатие воздуха.

Отношение штока и поршня к ходу

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

«Квадратный двигатель» — это двигатель с диаметром цилиндра, равным длине его 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.

Отношение штока и поршня к ходу

Энергетический баланс

Двигатели Отто имеют КПД около 35 % – другими словами, 35 % энергии, вырабатываемой при сгорании, преобразуется в полезную энергию вращения на выходном валу двигателя, а остальная часть выделяется в виде отработанного тепла. Напротив, шеститактный двигатель может преобразовывать более 50% энергии сгорания в полезную энергию вращения.

Современные двигатели часто специально разрабатываются так, чтобы они были чуть 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. ^[1]

Начальное положение, такт впуска и такт сжатия.

Воспламенение топлива, такт рабочего хода и такт выпуска.

См.

Posted inДвигатель