Четырехтактный двигатель как работает: Как работают 4-тактные двигатели

Содержание

Четырехтактный двигатель принцип работы

Главная » Блог » Четырехтактный двигатель принцип работы

Устройство двухтактного двигателя и принцип его работы

Поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) широко используются в разных сферах человеческой жизни. Однако не все они работают одинаково. Между ними есть одно принципиальное отличие. В зависимости от конструкции рабочий цикл двигателя может состоять из двух или четырёх тактов. Поэтому и называется он соответственно двухтактным двигателем или четырехтактным. Это справедливо как для бензинового мотора, так и для дизеля.

Основные термины и определения

Принцип работы всех поршневых двигателей заключается в превращении энергии сгорания топлива в механическую энергию. Передаточным звеном является кривошипно-шатунный механизм. Для описания их работы используются следующие понятия:

Рабочий цикл — это определённая последовательность взаимосвязанных событий, вследствие которых происходит преобразование энергии теплового расширения сгорающего топлива в механическую энергию перемещения поршня и поворота коленчатого вала.
Такт — последовательность изменения состояния узлов и механизмов, происходящая в течение одного хода поршня.
Ход поршня — это расстояние, которое проходит поршень внутри цилиндра между его крайними точками.
Верхняя мёртвая точка (ВМТ) — это наивысшее положение поршня в цилиндре, при этом объем камера сгорания имеет минимальный объем.
Нижняя мёртвая точка (НМТ) — максимально удалённое от ВМТ положение поршня.
Впуск — заполнение цилиндра топливовоздушной смесью.
Сжатие — уменьшение объёма смеси и сжатие её под давлением поршня.
Рабочий ход — перемещение поршня под давлением газов сгорающего топлива.
Выпуск — выталкивание из цилиндра продуктов горения топлива.

Принцип работы четырехтактного двигателя

Четырехтактным называется такой поршневой двигатель, в котором один рабочий цикл состоит из четырёх тактов. Они имеют следующие названия:

впуск;
сжатие;
рабочий ход;
выпуск.

За один цикл поршень два раза двигается от ВМТ к НМТ и обратно, а коленчатый вал проворачивается на два полных оборота. События, которые происходят за это время в двигателе, имеют чётко определённую последовательность.

Читайте также: Модели и чертежи отвалов для мотоблока своими руками

Впуск. Поршень перемещается вниз, к НМТ. Под ним образуется разрежение, благодаря которому через открытую тарелку впускного клапана из впускного коллектора в цилиндр затягивается топливо, смешанное с воздухом. Поршень проходит нижнюю мёртвую точку, после чего впускной клапан закрывает впускной коллектор.

Такт сжатия. Продолжающий двигаться вверх поршень сжимает воздушную смесь.

В верхней мёртвой точке над поршнем происходит поджог горючей смеси. Сгорая, оно вызывает значительное увеличение давления на поршень. Начинается такт рабочего хода. Под действием давления сгорающих газов поршень снова движется к НМТ, выполняя при этом полезную работу.

После прохождения поршнем НМТ открывается тарелка выпускной клапан. Поршень, двигаясь к ВМТ, выталкивает выхлопные газы в выпускной коллектор. Это такт выпуска.

Затем снова начинается такт впуска и так бесконечно.

Рабочий цикл из двух тактов

Одноцилиндровый двухтактный двигатель работает по-другому. Здесь все четыре действия происходят за один полный оборот коленвала. При этом поршень делает только два такта (расширения и сжатия), двигаясь от ВМТ к НМТ и обратно. А впуск и выпуск являются частью этих двух тактов. Подробней принцип работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания можно описать следующим образом.

Газы от сгорания топливной смеси толкают поршень вниз от ВМТ. Примерно на середине хода поршня в гильзе цилиндра открывается выпускное отверстие, через которое часть газов выбрасывается в патрубок глушителя. Продолжая двигаться вниз, поршень создаёт давление, благодаря которому в цилиндр поступает новая порция топлива, одновременно продувая его от остатков сгоревших газов. Подходя к ВМТ, поршень сжимает смесь и система зажигания воспламеняет её. Снова начинается такт расширения.

Читайте также: Как сделать своими руками прицеп для мотоблока

В авиамоделестроении широко используется двухтактный дизельный двигатель, его принцип работы тот же, что и у бензинового. Разница в том, что смесь топлива с воздухом самостоятельно воспламеняется в конце цикла сжатия. Горючим для таких моторов служит смесь эфира с авиационным керосином. Воспламенение этого горючего происходит при гораздо меньшей степени сжатия, чем у двигателей на традиционном дизельном топливе.

Конструктивные особенности и различия

Двухтактный двигатель отличается от четырехтактного не только тем, за сколько тактов работы происходит газообмен.

Четырехтактный требует наличия системы газораспределения (впускные и выпускные клапаны, распределительный вал с кулачковым механизмом и т. д. ). В двухтактном такой системы нет, благодаря этому он гораздо проще.

Двигатель с четырьмя тактами работы требует полноценной системы смазки из-за большого количества движущихся и трущихся частей. Для смазки двигателя с двумя тактами работы можно использовать масло просто разводя его вместе с топливом.

Эксплуатационные показатели в сравнении

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

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

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

Читайте также: Как сделать строительный пылесос своими руками

Удельная мощность представляет собой величину отношения мощности мотора к его весу. Она также выше у двухтактных. Для них нужен менее тяжёлый маховик и не нужны дополнительные системы (газораспределения и смазки), утяжеляющие конструкцию. КПД у них также выше.

Экономичность (расход топлива на единицу мощности) выше у четырехтактных. Двигатели с двумя тактами часть топлива теряют впустую при продувке цилиндра.

Экологичность двухтактных ниже, опять-таки из-за потери несгоревшего топлива и масла. Убедиться в этом можно на примере двухтактного лодочного мотора. Он всегда оставляет на воде тонкую плёнку из несгоревшего топлива.

Шумность выше у двухтактных. Это связано с тем, что выхлопные газы из цилиндра вырываются с большой скоростью.

Ресурс работы выше у четырехтактных. Отдельная система смазки и меньшая оборотистость двигателя положительно сказываются на сроке его службы.

Проще обслуживать, безусловно, двухтактные моторы из-за меньшего количества вспомогательных систем. Масса больше у четырехтактных. Двухтактные дешевле.

В некоторых механизмах применение двухтактных двигателей является однозначным. Это, например, бензопилы. Высокая удельная мощность, маленький вес и простота делают его здесь безусловным фаворитом.

Двухтактные двигатели используются также в мототехнике, лодочных моторах, газонокосилках, скутерах, авиамоделировании. В большинстве самодельных машин и механизмов умельцы также используют двухтактный мотор.

Однотактные и трехтактные силовые агрегаты

Существуют также одно- и трехтактные двигатели. Однотактные двигатели делают с внешней камерой сгорания. Такая схема реализует все четыре такта за один ход поршня. Трехтактный двигатель Ванкеля является роторно-поршневым. Из-за сложности конструкции и чрезвычайной требовательности к качеству обработки поверхностей такие моторы не получили широкого распространения.

ДВС — четырехтактный двигатель, принцип работы

Четырехтактный двигатель был впервые продемонстрирован Николаусом Отто в 1876 году и поэтому он также известен как цикл Отто. Технически правильный термин — четырехтактный цикл. Четырехтактные двигателя является наиболее распространенным типом двигателя в настоящее время. Они установлены практически на всех легковых автомобилях и грузовиках.

Четырехтактный двигатель был впервые продемонстрирован Николаусом Отто в 1876 году и поэтому он также известен как цикл Отто. Технически правильный термин — четырехтактный цикл. Четырехтактные двигателя, возможно, является наиболее распространенным типом двигателя в настоящее время. Они установлены на всех легковых автомобилях и грузовиках.

Четыре такта цикла — это впуск, компрессия, расширение и выпуск выхлопных газов. Каждому соответствует один полный ход поршня, поэтому полный цикл требует двух оборотов коленчатого вала.

Такт впуска. Во время впуска, поршень движется от ВМТ (верхней мертвой точки) вниз к НМТ (нижней мертвой точке), засасывая свежий заряд топливо-воздушной смеси. Изображенный на рисунке двигатель имеет ‘тарельчатый’ впускной клапан, который открывается потоком всасываемого свежего заряда. Некоторые ранние двигатели работали именно таким образом. Однако, в современных двигателях впускной клапан открывается кулачком распределительного клапана.

Такт сжатия. После достижения НМТ поршень начинает двигаться вверх к ВМТ, давление в цилиндре возрастает, впускной клапан закрывается и происходит сжатие топливо-воздушной смеси.

Такт расширения, или рабочий ход. Незадолго до конца цикла сжатия топливо-воздушная смесь поджигается искрой от свечи зажигания. Во время пути поршня из ВМТ в НМТ топливо сгорает, и под действием тепла сгоревшего топлива рабочая смесь расширяется, толкая поршень. При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при этом такте коленчатого вала называют рабочим ходом.

Такт выпуска. После НМТ рабочего цикла открывается выпускной клапан, и движущийся вверх поршень вытесняет отработанные газы из цилиндра двигателя. При достижении поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается, и цикл начинается сначала.

Анимационные рисунки показывают основной принцип работы одного цилиндра четырех-тактного двигателя.

{seyretpic id= 20 align=center}

Двухтактный двигатель: Принцип работы и отличие от четырехтактного

Двигатели внутреннего сгорания широко применяются в различных областях. Двухтактный двигатель в сравнении с четырехтактным имеет свои преимущества и недостатки. Для того чтобы выяснить какой двигатель лучше, двухтактный или четырехтактный, необходимо понять принцип работы каждого из них.

Область применения

Четырехтактные моторы устанавливают на авто, трактора и другую технику. Легкое оборудование, мототехнику, катера, модели авиации и др. оснащают силовыми агрегатами, имеющими два рабочих такта. Подбор типа двигателя осуществляется исходя из его конструктивных особенностей.

Двухтактные силовые агрегаты отличаются простотой конструкции. В устройство силового агрегата входит минимальное количество деталей. Это способствует снижению стоимости капитального ремонта и уменьшению общей массы силовой установки. Ремонт мотора может выполнить человек с минимальными техническими знаниями.

СПРАВКА: Отсутствие газораспределительного механизма исключает необходимость регулировки теплового зазора.

Отличия двухтактного от четырехтактного двигателя

Двухтактный и четырехтактный двигатель работают при возгорании смеси воздушной массы с горючим. Принцип действия двухтактного силового агрегата отличается от четырехтактного:

Подачей смеси горючего;
Системой выпуска отработанных газов;
Охлаждением;
Массой;
Мощностью;
Смазкой.

Принцип работы четырехтактного двигателя

Силовая установка имеет заполненный маслом картер. Цилиндр не оборудован окнами для запуска смеси горючего и выпуска отработанных газов. Газообмен осуществляется при помощи механизма распределения газов. Он выполнен в виде клапанов сообщающих полость камеры сгорания с карбюратором и выхлопной трубой. На инжекторных двигателях карбюратор отсутствует. Горючее во впускной тракт подается через форсунки.

Поршневой элемент оснащен компрессионными и маслосъемными кольцами. Компрессионные кольца необходимы для предотвращения утечки смеси воздушной массы с горючим в картер во время сжатия. Маслосъемные кольца защищают цилиндровую полость от попадания смазочного материала.

Силовой агрегат имеет отдельную систему смазки. Кривошипно-шатунный механизм оснащен подшипниками скольжения. Они смазываются маслом, подаваемым под давлением. Во избежание возникновения давления в результате движения поршневых элементов и нагрева смазочного материала картер оборудован дыхательным клапаном. Он сообщает полость картера с атмосферой.

Возгорание смеси воздушной массы с горючим в камере четырехтактного мотора осуществляется через один оборот коленвала. За один цикл происходит 4 такта:

Впрыск. Поршневой элемент смещается сверху вниз, при этом открывается впускной клапан механизма распределения газов. При смещении поршневого элемента вниз образуется вакуум под действием, которого в гильзу попадает смесь воздушной массы с горючим;

ВНИМАНИЕ: В дизельных моторах через механизм впуска подается чистый воздух. Солярка попадает в камеру при помощи распылителей.

Сжатие. Поршневой элемент смещается вверх. При этом воздушная масса с горючим достигает высокого давления. Во избежание попадания смеси в поддон силовой установки поршневой элемент оборудован компрессионными кольцами. Благодаря такой конструкции удаётся создать высокое давление;

Рабочий ход. При нахождении поршневого элемента вверху происходит возгорание массы. Поршневой элемент под действием энергии от возгорания смещается вниз, увлекая за собой шейку коленвала;
Выпуск. Перемещаясь вверх, поршневой элемент выталкивает из гильзы выхлопные газы. Вывод газов осуществляется через выпускной клапан механизма распределения газов.

СПРАВКА: Управление клапанами осуществляется валом с установленными на нем кулачками. Привод вала бывает ременной, цепной, или шестерёнчатый.

Принцип работы двухтактного двигателя

Мотор с двумя тактами состоит из:

Картера. Выполнен из двух частей. Между собой части соединяются болтами. Обе части имеют по одному отверстию. Оно необходимо для установки коленчатого вала. В отверстия картера устанавливаются подшипники;
Гильзы. Устанавливается на картер. Оборудована окнами, служащими для движения воздушной массы и отработавших газов в камере сгорания. Соединение картера и гильзы герметизируется;
Головки цилиндра. Закрывает верхнюю часть гильзы. Головка фиксируется болтами или гайками. Для предотвращения утечки рабочий смеси при сжатии, между головкой и гильзой устанавливается термоустойчивая прокладка. Головка оборудована отверстием для установки свечи;
Одностороннего клапана. Используется для перекрывания впускного тракта при движении поршневого элемента вверх;
Поршня. Изготовлен из лёгких материалов, в верхней части имеет пазы для установки колец. В нижней части поршневой элемент оборудован отверстием для соединения с шатуном при помощи пальца;
Шатуна. Используется для передачи усилия от поршня к коленчатому валу силового агрегата. Для снижения трения при движении шатун оборудован подшипниками;
Коленчатого вала. Необходим для передачи крутящего момента к оборудованию;
Подшипников и сальников. Для снижения трения вращающихся частей предусмотрена установка подшипников. По краям коленчатого вала устанавливаются сальники. Они необходимы для герметизации картера. Такая конструкция предотвращает утечку рабочей массы в картер двигателя.

Читайте также: Двигатель 4216 УМЗ : Устройство и технические характеристики

Некоторые люди задаются вопросом, как работает двухтактный двигатель? Возгорание воздуха с топливом происходит на каждом круге коленчатого вала. Механизм распределения газов отсутствует. Это упрощает конструкцию и снижает вес установки. Впрыск рабочей смеси, и выпуск выхлопных газов осуществляется через специализированные окна, расположенные в гильзе. В нужный момент они перекрываются поршневым элементом.

За один цикл происходят 2 такта. Выпускное окно расположено выше впускного. Перемещаясь вниз, поршень открывает выпускное окно, и отработавшие газы выходят в атмосферу. После этого открывается впускное окно, и рабочая смесь попадает в цилиндр. Двигаясь вверх, поршень перекрывает оба окна и создает давление топливной смеси. После воспламенения действие повторяется.

Система смазки

Силовые установки, имеющие четыре такта, оснащаются отдельной системой смазки. Подшипники скольжения кривошипно-шатунного механизма смазываются маслом под высоким давлением. Газораспределительный механизм смазывается путем разбрызгивания масла. Давление системе нагнетается насосом. Он имеет привод от коленчатого или распределительного вала.

Картер мотора наполнен маслом. Подача смазочного материала к насосу осуществляется через маслоприемник. Для предотвращения попадания смазочного материала в рабочую смесь, поршни оборудованы маслосъемными кольцами, а клапана газораспределительного механизма – защитными колпачками.

Силовой агрегат, рабочий цикл которого происходит за один круг коленчатого вала, не имеет отдельной системы смазки. Смазывание деталей происходит топливной смесью. Для этого в бензин добавляется масло.

ВНИМАНИЕ: В зависимости от модели, принцип добавления масла в топливную смесь может отличаться. В некоторых версиях предусмотрен специализированный насос-дозатор, подающий смазочный материал в карбюратор или коллектор впускного тракта. Такие модели имеют бачок для масла.

Охлаждение

Охлаждение четырёхтактного силового агрегата может быть жидкостным или воздушным. Жидкость, постоянно перемещающаяся в рубашке охлаждения, забирает часть тепла нагревающихся деталей. Остывание жидкости происходит в радиаторе.

Читайте также: Приора -126 двигатель: Характеристики и тюнинг

Охлаждение двухтактного мотора воздушное. Для улучшения теплоотдачи поверхность рабочего цилиндра и головки выполнена в виде пластин. Для принудительного движения воздушной массы устанавливается вентилятор. Он имеет привод вот коленчатого вала.

Масса силовой установки

Силовая установка с четырьмя тактами имеет больший вес. Это обусловлено наличием большого количества деталей и более тяжёлым маховиком. Большой вес маховика и обвесов коленчатого вала необходим для увеличения инерции. Благодаря такой конструкции мотор работает устойчиво даже на холостых оборотах.

Возгорание в рабочем цилиндре двухтактного агрегата происходит при каждом повороте коленчатого вала. Это исключает необходимость увеличения веса маховика. На снижение массы влияет отсутствие газораспределительного механизма, деталей системы смазки и т.д.

Мощность

При одинаковом объеме показатели мощности двигателя с двумя тактами превосходят четырехтактную силовую установку. Это обусловлено увеличением количества рабочих ходов поршня за один промежуток времени в 2 раза.

Преимущества и недостатки двухтактного двигателя Двухтактный мотор имеет ряд достоинств и недостатков. В связи с этим такие агрегаты используется для установки на определенный тип оборудования.

Достоинства

Отсутствие тяжёлого маховика. Благодаря воспламенению при каждом повороте коленчатого вала силовая установка работает ровно;
Небольшой вес. Отсутствие газораспределительного механизма, тяжёлого маховика, маслонаполненного картера и т.д. мотор имеет небольшую массу. Это позволяет применять установки в различных ручных приспособлениях;
Простота конструкции. Отсутствие деталей газораспределительного механизма позволяет выполнять ремонт человеку, с минимальными техническими знаниями;
Низкая стоимость капитального ремонта. Небольшое количество деталей прибыли снижение стоимости капитального ремонта;

Небольшие размеры. Габариты двигателей с двумя тактами позволяют устанавливать их на небольшое оборудование;
Мощность. Благодаря возгоранию воздушной массы с горючим при каждом повороте коленчатого вала мотор имеет высокую мощность;
Высокий механический коэффициент полезного действия. Минимальное количество комплектующих способствует повышению механического КПД.

Читайте также: Двигатель ЗИЛ 130: Технические характеристики и устройство

Недостатки

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

Что лучше, двухтактный или четырехтактный двигатель

Выбор мотора производится исходя из целей его применения. Для легкого оборудования хорошо подходит двухтактный мотор с небольшими габаритами и маленьким весом. Для более высоких нагрузок используется четырёхтактный силовой агрегат. Он неприхотлив к температуре окружающей среды и имеет большой моторесурс.

Из вышеперечисленного следует, что двухтактный силовой агрегат имеет как преимущества, так и недостатки. Главными достоинствами являются небольшие габаритно массовые параметры, простота конструкции и низкая стоимость. Благодаря своим конструктивным особенностям силовые агрегаты с двумя тактами используются на скутерах, гидроциклах, лодках, сельскохозяйственном оборудовании и т. д.

Чем отличается двухтактный двигатель от четырёхтактного, принцип работы двухтактного двигателя

Двигатель внутреннего сгорания функционирует по давно изученному принципу. Стоит более подробно рассмотреть работу поршневого мотора, так как роторные и другие необычные аппараты, которые преобразуют энергию горения в кинетическую распространены в меньшей степени. В чём состоит основное отличие двухтактного двигателя от 4- х тактного? Самое главное отличие заключено в режиме воспламенения горючей смеси, что можно легко понять по воспроизводству звуков. Двухтактный мотор в большинстве случае воспроизводит пронзительный, а также довольно громкий звук, тогда как в четырёхтактном происходит более спокойное и размеренно звучание.

Чаще всего разница главным образом также заключена в назначении устройства и его топливной общей эффективности. В двигателе двухтактного типа процесс зажигания воспроизводится при каждом совершении оборота коленчатого вала, именно по этой причине по показателю мощности они в несколько раз превосходят четырёхтактные, в которых имеется особая смесь, идущая главным образом через обороты.
Четырёхтактные моторы намного тяжелее и тратят наибольшее количество энергии. В большинстве случаев их используют на автомобилях и особой технике, в то время как на остальном оборудовании таком, как мотороллеры, газонокосилки, а также лёгкие разновидности катеров, в большинстве случаев можно заметить более компактные двухтактные разновидности устройств.
А вот бензиновый генератор, к примеру, можно легко найти как двухтактной, так и четырёхтактной разновидности. Двигатель в скутере также может заключать в себе совершенно любой двигатель. Принцип функционирования такого оборудования главным образом заключает в себя одни и те же процессы, отличие будет заключено лишь в способе и эффективности общего преобразования энергии.

Процесс переработки топлива в обеих моделях моторов может происходить при помощи последовательного выполнения всех четырёх разновидностей процессов, которые по-другому именуются тактами. Скорость, с который производится главная работа двигателя через три такта проходит — это именно то, в чём состоит главное отличие двухтактного двигателя от четырёхтактного.

Первый такт —это осуществление впрыска. В это время поршень начинает совершать движение по примеру цилиндра, а впускной клапан начинает открываться, чтобы запустить в себя воздушно-топливную смесь и доставить её в саму камеру сгорания. После будет происходить процесс сжигания. В это время выпускной клапан закрывается обратно, а поршень продолжает двигаться по цилиндру вверх, сжимая в это все газы, которые имеются внутри. Такт рабочего хода происходит тогда, когда зажигается вся смесь.

В это время искра от свечи начинает восполнять все сжатые в себе газы, что провоцирует взрыв, энергия которого производит выталкивание поршня вниз в начальную позицию. Последним тактом будет считаться выпуск: поршень будет достигать верхней точки по цилиндру, а выпускной клапан открываться снова, позволяя всем выхлопным газам выйти из общей камеры сгорания, чтобы можно было осуществить процесс ещё раз. Возвратно-поступательные движения в поршне вращают коленчатый вал, крутящий момент в это время передаётся на рабочие детали в оборудовании. Так может происходить процесс преобразования энергии сгорания топлива в поступательное движение.

Процесс работы четырёхтактного двигателя

В обычном четырёхтактном устройстве зажигание смеси начинается при каждом втором обороте вала. Процесс вращение вала может привести к воздействию более сложной формы механизмов, которые помогут пользователю добиться выполнения последовательных тактов.

Открытие как впускных, так и выпускных клапанов может происходить благодаря кулачковому валу, который раз за разом нажимает на коромысла. Процесс возвращения клапана в закрытое начальное положение выполняется под воздействием пружины. Чтобы не потерять компрессии, стоит сделать так, чтобы клапан начал как можно плотнее прилегать к головке блока цилиндров.

Как происходит процесс функционирования двухтактного устройства

Теперь стоит более подробно рассмотреть процесс работы двигателя с двумя тактами, а также различить его особенности от четырёхтактного. В двухтактном двигателе все четыре действия происходят за один оборот вала, в процессе хода поршня от верхней мёртвой точки к нижней, а после снова вверх. Выпуск лишних газов (то есть продувка) и впрыск горючего интегрированы в один такт, в конечном счёте этого процесс происходит воспламенение всей смеси, а полученная энергия производит толчок поршня вниз. Такое строение устраняет особую нужду в использовании клапанов в самом устройстве.

На месте клапанов можно найти сразу несколько отверстий камеры сгорания. В тот момент когда поршень при помощи движения сгорания будет перемещён в нижнюю точку, то выпускной клапан откроется, позволяя при этом устраниться всем отработанным газам, таким действием камера станет снова полностью пустой. Во время движения вниз в цилиндре происходит образование разряжения, при помощи которого через расположенный в нижней области выпускной клапан внутрь втягивается определённая смесь воздуха, а также дополнительного воздуха.

Во время движения поршня вверх он начинает перекрывать все каналы и способен сжимать находящиеся внутри цилиндра газы. В это время срабатывается свеча зажигания, а после весь охарактеризованный выше процесс происходит по-новому. Важно отметить то, что в двигателях такого формата процесс зажигания смеси может происходить во время каждого последующего оборота. Что помогает извлекать из них большее количество мощности, по крайней мере, за определённый отрезок времени.

Отличие двухтактного двигателя от четырёхтактного

Двухтактные двигатели лучше всего будут использовать в устройствах, в которых нужны быстрые и резкие всплески всей энергии, а не равномерный процесс работы на протяжении всего долго времени. К примеру, гидроцикл разгоняется намного быстрее, чем в простом грузовике с четырёхтактным. Но при этом он нужен для совершения кратковременных поездок, в то время как сам грузовик способен проехать расстояние равное сотням километров, до того времени, как ему понадобится отдохнуть.

Невысокая длительность функционирования двухтактного механизма будет компенсироваться низким соотношением его веса к показателю мощности: такие разновидности двигателей в большинстве случаев весят намного меньше, именно по этой причине могут быстрее запускаться и достигают наивысшего показателя своей эффективности, а также могут достигнуть максимального показателя рабочей температуры. Для осуществления их перемещения в другую точку также затрачивается намного меньшее значение энергии.

Какой тип мотора стоит покупать?

В большинстве случаев четырёхтактные двигатели способны работать лишь в одном положении. Это может быть связано со сложностью двигающихся механизмов, а также конструкций масляного поддона.

Такой тип поддона, который обеспечивает дальнейшую смазку двигателя, чаще всего имеется лишь в четырёхтактных устройствах и обладает наибольшим показателем важности для рабочего процесса. У двухтактного двигателя чаще всего не имеется никакого дополнительного поддона, именно по этой причине их можно использовать почти в любом положении без возможности выплёскивания масляной жидкости либо прерывания процессов смазки оборудования. Для таких типов оборудования, как бензопилы, циркулярные пилы, а также другие инструменты персонального назначения, такой показатель гибкости считается довольно важным.

Топливная результативность, а также значение для окружающей среды. В большинстве случаев становится понятно, что компактные, а также быстрые двигатели в приборах намного быстрее загрязняют окружающее пространство и потребляют большой показатель топлива. В нижней точки движения поршня, когда камера сгорания полностью наполняется горючей смесью, некоторое число топлива полностью теряется, попадая при этом в пустой канал.

Это можно легко увидеть, если рассмотреть подвесной лодочный мотор. Можно увидеть вокруг него разноцветные масляные пятна. Именно по этой причине двигатели такого типа считаются не очень эффективными и загрязняют окружающий воздух. И хотя четырёхтактные модели обладают большим весом и медленной производительностью, но при этом в них топливо сжигается полноценно.

Сколь стоит ремонт оборудования и замена комплектующих?

Меньшие по габаритам устройства в большинстве случаев считаются наиболее дешёвыми, как с точки зрения первоначального приобретения, так и при дальнейшем техническом обслуживании. Но при этом они рассчитываются на более длительное время работы. Хотя существуют и некоторые выходы за рамки, но чаще всего они не предназначены для долгой эксплуатации в течение больше чем двух часов и рассчитаны на очень небольшой отрезок времени использования.

Отсутствие разделённой системы смазки также может привести к тому. Что даже в наиболее качественном моторе такого вида будет очень быстро происходить износ, а после он придёт в негодность по причине повреждения движущейся детали.

Отчасти по причине отсутствия смазки в бензин, который нужен для осуществления заливки в двухтактный двигатель скутера, к примеру, стоит добавить некоторое количество специализированного масла. Это может привести к дополнительной затрате времени и денег, а также может стать причиной выхода из строя оборудования (если вы когда-нибудь забудете подлить новую порцию масла). Мотор четырёхтактного типа чаще всего требует от потребителя минимального ухода и обслуживания.

Какой мотор стоит выбрать

Четырёхтактный двигатель основные особенности:

Совершается один ход рабочего на каждые два оборота коленчатого вала.
Для его работы потребителю приходится применять тяжёлые маховики для компенсации вибрации, которая может развиваться во время работы двигателя по причине неравномерного процесса распределения крутящегося момента, так как процесс воспламенения горючей смесью будет происходить лишь при каждом втором обороте.
Большая масса двигателя.
Строение всего двигателя будет наиболее сложным по причине усложнения механизма клапаном.
Высока цена за прибор.
Невысокий показатель механического КПД по причине совершения сильного трения между несколькими деталями.
Более высокий показатель работы при помощи полного удаления отобранных газов и процессу впрыскивания наиболее свежего раствора.
Более низкий показатель рабочей амплитуды.
Совершение водяного охлаждения.
Меньшее количество расхода энергии и полноценный процесс горения топлива.
Занимает значительное место на рабочей зоне.
Сложная система осуществления смазки.
Низкий уровень шума.
Процесс распределения газа при помощи клапанного механизма.
Высокий показатель тепловой эффективности.
Низкий уровень потребления масла.
Наименьший процесс износа движущихся и взаимодействующих друг с другом деталей и механизмов
Может быть установлен в автобусах, грузовиках и другом автотранспорте.

Двигатель двухтактный особенности:

Один такт рабочего хода совещается на каждом обороте коленчатого вала.
Следует использовать лёгкий меховик и двигатель начнёт функционировать довольно сбалансировано и размеренно, так как в это время крутящийся момент будет распределён намного равномернее по причине того, что процесс воспламенения в горючей смеси будет проходить во время каждого оборота.
Вес двигателя будет намного выше.
Строение двигателя представлено проще, благодаря отсутствию в нём клапанного механизма.
Стоимость у двухтактного заметно ниже.
Высокий показатель механического КПД по причине уменьшения трения, что обусловлено числом деталей.
Воздушное охлаждение.
Высокая рабочая амплитуда.

Смотрите также

Двс 4 такта
Фото машины из форсажа
Грунт для металла
Схема подключения старлайн а61
Как не снимая проверить термостат
Оцинкованный кузов какие авто
Защитная сетка на решетку радиатора
Что такое коаксиальные динамики
Керхер как пользоваться
Какой клапан больше впускной или выпускной
Как определить износ резины

Рабочий цикл четырехтактного двигателя — специфические особенности, схема и описание

Автолюбители должны хотя бы в общих чертах знать, как устроен и работает двигатель. В большинстве автомобилей установлен четырехтактный четырехцилиндровый мотор. Давайте рассмотрим рабочий цикл четырехтактного двигателя. Далеко не все знают, какие процессы происходят, когда автомобиль находится в движении.

Общий принцип действия

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

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

История

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

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

Основные отличия четырехтактных моторов

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

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

Работа двигателя

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

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

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

Впуск

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

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

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

Сжатие

После заполнения камеры сгорания горючей смесью бензиновых паров и воздуха, если коленвал производит вращательные движения, поршень начнет возвращаться в свое нижнее положение. Впускной клапан на данном этапе начнет закрываться. А выпускной будет все еще закрыт.

Рабочий ход

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

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

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

Выпуск

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

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

Порядок работы

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

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

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

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

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

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

Дизельные моторы

Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя – это такая же последовательность процессов, как и цикл карбюраторного мотора. Разница состоит в том, как протекает цикл, а также в различиях процессов образования смеси и воспламенения.

Такт впуска на дизеле

При движении поршня по направлению вниз газораспределительный механизм открывает впускной клапан. В камеру сгорания попадает определенное количество воздуха. Температура в цилиндре при этом составляет примерно 80 градусов. В дизельных двигателях система питания значительно отличается от бензиновых карбюраторных моторов. Например, гидравлическое сопротивление в них ниже, а давление немного повышается.

Такт сжатия в дизельном двигателе

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

Такт расширения газов в дизельном двигателе

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

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

Выпуск в дизельном двигателе

На этом этапе выпускной клапан открыт, поршень движется к верхней точке. Из цилиндра принудительно удаляются продукты сгорания. Далее они идут на выпускной коллектор. После этого в работу включается каталитический нейтрализатор. Газы, проходя через него под высокой температурой, очищаются. В атмосферу уже выходит чистый, безвредный газ. На дизельных автомобилях дополнительно установлен сажевый фильтр. Он также способствует очистке газов.

Заключение

Мы подробно разобрали, как осуществляется рабочий цикл четырехтактного двигателя (проходит за два оборота коленчатого вала силовой установки). А сам цикл включает в себя много разных процессов.

4 тактный двигатель: принцип работы

19.02.2017 Александр

Оставить комментарий

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

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

История

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

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

4 тактный двигатель принцип работы

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

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

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

Конструкция агрегата

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

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

Вот и все описание устройства 4 тактного двигателя.

Работа 4 тактного двигателя

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

Работа 4 тактного двигателя происходит таким образом:

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

По окончанию работы 4 тактного двигателя четыре такта проходят заново.

Функционирование двухтактного агрегата

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

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

4 тактный двигатель: принцип работы

Рабочим циклом двигателя называется периодически повторяющийся ряд последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу. Автомобильные двигатели чаще всего работают по четырёхтактному циклу, который совершается за два оборота коленчатого вала или четыре хода поршня и состоит из тактов впуска, сжатия, расширения и выпуска.

В карбюраторном четырёхтактном двигателе рабочий цикл происходит следующим образом.

Рабочий цикл карбюраторного двигателя:

— Такт впускаВ течение этого такта поршень опускается из верхней мёртвой точки (ВМТ) в нижнюю мёртвую точку (НМТ). В это время кулачки распредвала открывают впускной клапан, и через этот клапан в цилиндр засасывается свежая топливно-воздушная смесь.
— Такт сжатия Поршень идёт из НМТ в ВМТ, сжимая рабочую смесь. При этом значительно возрастает температура смеси. Отношение рабочего объёма цилиндра в НМТ и объёма камеры сгорания в ВМТ называется степенью сжатия. Степень сжатия — очень важный параметр, обычно, чем она больше, тем больше топливная экономичность двигателя. Однако, для двигателя с большей степенью сжатия требуется топливо с большим октановым числом, которое дороже. Такт расширения, или рабочий ход

Незадолго до конца цикла сжатия топливовоздушная смесь поджигается искрой от свечи зажигания. Во время пути поршня из ВМТ в НМТ топливо сгорает, и под действием тепла сгоревшего топлива рабочая смесь расширяется, толкая поршень. При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при этом такте коленчатого вала называют рабочим ходом. Степень «недоворота» коленчатого вала двигателя до ВМТ при поджигании смеси называется углом опережения зажигания. Опережение зажигания необходимо для того, чтобы сгорание топлива успело, полностью закончится к моменту достижения поршнем НМТ, то есть для наиболее эффективной работы двигателя. Сгорание топлива занимает практически фиксированное время, поэтому для повышения эффективности двигателя нужно увеличивать угол опережения зажигания при повышении оборотов. В старых двигателях эта регулировка производилась механическим устройством (центробежным и вакуумным регулятором, воздействующим на прерыватель). В современных двигателях для регулировки угла опережения зажигания используют электронику.

Гифка наглядно демонстрирует процесс работы четырехтактного двигателя

— Такт выпуска После НМТ рабочего цикла открывается выпускной клапан, и движущийся вверх поршень вытесняет выхлопные газы из цилиндра двигателя. При достижении поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается, и цикл начинается сначала.

Полностью очистить цилиндры двигателя от продуктов сгорания практически невозможно (слишком мало времени), поэтому при последующем впуске свежей горючей смеси она перемещается с остаточными отработавшими газами и называется рабочей смесью.

Коэффициент остаточных газов характеризует степень загрязнения свежего заряда отработавшими газами и представляет собой отношение массы продуктов сгорания, оставшихся в цилиндре, к массе свежей горючей смеси. Для карбюраторных двигателей коэффициент остаточных газов находится в пределах 0,06-0,12.

По отношению к рабочему ходу такты впуска, сжатия и выпуска являются вспомогательными.

Рабочий цикл дизельного двигателяРабочие циклы четырёхтактного дизеля и карбюраторного двигателя существенно различаются по способу смесеобразования и воспламенения рабочей смеси. Основное отличие состоит в том, что в цилиндр дизеля при такте впуска поступает не горючая смесь, а воздух, который из–за большой степени сжатия нагревается до высокой температуры, а затем в него впрыскивается мелкораспыленное топливо, которое под действием высокой температуры воздуха самовоспламеняется.

История создания

В 18 веке многие изобретатели работали над созданием силовых агрегатов, способных заменить паровую машину. Появление устройств, топливо в которых сгорало бы не в топке, а прямо в цилиндре мотора стало возможным после того, как французский изобретатель Филипп Лебон в 1799 году открыл светильный газ. Через два года он же сконструировал газовый силовой агрегат, где газовоздушная смесь воспламенялась в цилиндре. Он имел 1 рабочий цилиндр двойного действия (камеры сгорания находились с двух сторон поршня, и рабочая смесь в них поджигалась поочередно). И только много лет спустя появился более совершенный двигатель четырехтактный, нашедший широкое применение во многих отраслях промышленности.

Впервые такой двигатель продемонстрировал немецкий инженер Август Отто в 1877 году. Произошло это после того, как бельгийский изобретатель Жан Этьен Ленуар предложил воспламенять горючую смесь с помощью электрической искры. Способствовало его появлению и изобретение устройства, позволяющего испарять жидкое топливо и обеспечивать подготовку рабочей газовоздушной смеси (карбюратор).

К серийному производству четырехтактных бензиновых двигателей приступили в 1883 году. Тогда немецкий инженер Готлиб Даймлер предложил для воспламенения газовоздушной смеси использовать раскаленные трубки, вставленные внутрь цилиндров.

В четырёхтактном дизеле рабочие процессы происходят следующим образом.

— Такт впуска При движении поршня от ВМТ к НМТ вследствие образующегося разряжения из воздухоочистителя в полость цилиндра через открытый впускной клапан поступает атмосферный воздух. Такт сжатия
Поршень движется от НМТ к ВМТ. Впускной и выпускной клапаны закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень сжимает имеющийся в цилиндре воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива.

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

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

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

КАК РАБОТАЕТ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

В данном разделе рассматривается принцип работы двигателя внутреннего сгорания на примере одноцилиндрового бензинового мотора.

Главная часть двигателя внутреннего сгорания — это цилиндр с внутренней зеркальной поверхностью. Сверху на цилиндре установлена головка, которая является отдельной деталью и при необходимости снимается, например чтобы получить доступ к двигателю для проведения ремонтных работ (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Двигатель со снятой головкой блока цилиндров.

Внутри цилиндра находится поршень. Внешне он напоминает обычный стакан, который перевернут вверх дном (именно дно поршня является его рабочей поверхностью). В процессе работы двигателя поршень внутри цилиндра перемещается вертикально вверх- вниз с высокой интенсивностью.

Снаружи по окружности поршня в отдельных канавках расположены поршневые кольца. Поршень прилегает к внутренней поверхности цилиндра неплотно. Поршневые кольца, во-первых, препятствуют попаданию вниз газа, образующегося при работе двигателя, во- вторых, не пропускают моторное масло в камеру сгорания, которая находится над поршнем и расположена над верхней мертвой точкой (о том, что это такое, рассказывается далее).

Поршень закреплен на шатуне с помощью специальной детали, которая называется поршневым пальцем. В свою очередь, шатун закреплен на коленчатом валу двигателя, а точнее — на кривошипе коленчатого вала (рис. 1.3). При сгорании рабочей смеси образующиеся газы оказывают сильное давление на поршень, который начинает двигаться вниз и через шатун передает свою энергию на коленчатый вал, что в результате вынуждает его вращаться.

Рис. 1.3. Поршень с шатуном.

Рекомендуем: Течет антифриз из машины — как с этим бороться?

На конце коленчатого вала имеется тяжелый металлический диск с зубьями, который называется маховиком. Основная его задача — обеспечить вращение коленчатого вала по инерции, что необходимо для подготовительных тактов рабочего цикла (о том, что такое «такты» и «рабочий цикл», будет рассказано далее).

Горючая смесь поступает в камеру сгорания через впускной клапан, а после сгорания продукты горения, которые представляют собой выхлопные газы, выходят из камеры сгорания через выпускной клапан. Оба клапана открываются в тот момент, когда их толкает соответствующий кулачок распределительного вала. Как только кулачок отходит назад (это происходит очень быстро, так как распределительный вал вращается с высокой скоростью), клапаны вновь плотно закрываются: их возвращают в исходное положение мощные пружины.

Примечание.

Распределительный вал двигателя приводится в действие коленчатым валом.

Свеча вкручивается непосредственно в головку блока цилиндров: для этого специально предназначено отверстие с резьбой. Свеча является источником искры, которая проскакивает между ее электродами, от нее в камере сгорания воспламеняется рабочая смесь. На каждый цилиндр двигателя приходится одна свеча (следовательно, у четырехцилиндрового двигателя имеется четыре свечи, у восьми-цилиндрового — восемь и т. д.).

При движении вверх-вниз поршень поочередно достигает двух крайних положений — верхнего и нижнего: в них он максимально удален от центральной оси коленчатого вала. Верхнее крайнее положение поршня называется верхней мертвой точкой, а нижнее — нижней мертвой точкой (соответственно ВМТ и НМТ). Расстояние между ВМТ и НМТ называется ходом поршня.

Пространство, которое остается над поршнем при его нахождении в ВМТ, называется камерой сгорания. Именно здесь воспламеняется и сгорает рабочая смесь. При этом возникает своеобразный «мини-взрыв», который сопровождается резким и сильным повышением давления, под воздействием которого поршень начинает двигаться вниз. Как раз в этот момент тепловая энергия превращается в механическую. При вертикальном движении вниз поршень через шатун толкает коленчатый вал, заставляя его вращаться. Образовавшийся крутящий момент передается на ведущие колеса автомобиля, которые и приводят машину в движение.

Объем в промежутке между ВМТ и НМТ называется рабочим объемом цилиндра. Если суммировать объем камеры сгорания (как указывалось, так называется пространство над ВМТ) и рабочий объем цилиндра, получится полный объем цилиндра. Сумма полных объемов всех цилиндров называется рабочим объемом двигателя.

По такому принципу работает двигатель внутреннего сгорания современного автомобиля. Далее рассмотрено, что представляет собой рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания.

Недостатки четырёхтактных двигателей:

Все холостые ходы (впуск, сжатие, выпуск) совершаются за счёт кинетической энергии, запасённой кривошипно-шатунным механизмом и связанными с ним деталями во время рабочего хода, в процессе которого химическая энергия топлива превращается в механическую энергию движущихся частей двигателя. Поскольку сгорание происходит в доли секунд, то оно сопровождается быстрым увеличением нагрузки на крышку (головку) цилиндра, поршень и другие детали двигателя внутреннего сгорания. Наличие такой нагрузки неизбежно приводит к необходимости увеличить массу движущихся деталей (для повышения прочности), что в свою очередь сопровождается ростом инерционных нагрузок на движущиеся детали.

Уступают по мощности двухтактным.

К незначительным недостаткам, которые с лихвой окупаются достоинствами, можно отнести работы по регулировке теплового зазора клапанов и время разгона с места, которое несколько больше, чем у двухтактных. Специализированное, мощное оборудование для ремонта и обслуживания. Четырехтактные ДВС имеют большие размеры, их детали более объёмны, сложны. Для осуществления ремонта таких двигателей, необходимо использовать тяжелое гаражное оборудование: стенды-кантователи, стенды для ремонта ДВС, кран-манипулятор и т.д.

Где применяется

4-х тактные моторы применяются в нашей повседневной жизни очень широко. Их мощность напрямую зависит от объема и количества цилиндров. Устанавливают ДВС в автомобилях и самолетах, тракторах и тепловозах. Применяются они также на судах морского и речного флота.

На 4-х тактные силовые агрегаты обратили внимание и энергетики. Используют их для питания стационарных и аварийных электрогенераторов, установленных в местах, где линии электропередач подвести невозможно или экономически нецелесообразно. Кроме того, такие генераторы устанавливают на объектах, где отключение подачи электроэнергии невозможно (больницы, банки, воинские части и пр.).

Преимущества четырёхтактных двигателей:

-экономичность расхода топлива; -надежность; -простота обслуживания; -четырехтактный двигатель работает тише и устойчивей.
В отличие от двухтактного двигателя, в котором смазка коленвала, подшипников коленвала, компрессионных колец, поршня, пальца поршня и цилиндра осуществляется благодаря добавлению масла в топливо; коленвал четырехтактного двигателя находится в масляной ванне. Благодаря этому нет необходимости смешивать бензин с маслом или доливать масло в специальный бачок. Достаточно залить чистый бензин в топливный бак и можно ехать, при этом отпадает необходимость покупки специального масла для 2-тактных двигателей.

Так же на зеркале поршня и стенках глушителя и выхлопной трубы образуется значительно меньше нагара. К тому же, в 2-тактном двигателе происходит выброс топливной смеси в выхлопную трубу, что объясняется его конструкцией.

Статьи по теме: 1. Устройство и принцип действия двухтактного двигателя внутреннего сгорания; 2. Роторные двигатели с послойным распределением заряда; 3. Недымящий двигатель Кушуля; 4. Роторный двигатель внутреннего сгорания Лаптевых; 5. Дизельный двигатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания, работающий от воспламенения распыленного топлива.

Конструкция

Сегодня 4-х тактные моторы более сложны по конструкции. Так, например:

коленвал оснащают массивным маховиком, обеспечивающим за счет инерции плавное перемещение поршней;
блок цилиндров оснащается газораспределительным механизмом;
запуск мотора осуществляется с помощью стартера;
беспроблемное функционирование всех узлов обеспечивается многочисленными вспомогательными устройствами (системы управления, смазки, впрыска топлива, охлаждения и пр.).

Принцип работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания

Двигатели

27. 06.2021

Принцип работы 2 х тактного двигателя

Устройство двухтактного двигателя и принцип его работы

Рабочий цикл из двух тактов

Двухтактный двигатель: принцип работы

В двигателе двухтактного типа процесс зажигания воспроизводится при каждом совершении оборота коленчатого вала, именно по этой причине по показателю мощности они в несколько раз превосходят четырёхтактные, в которых имеется особая смесь, идущая главным образом через обороты.
Четырёхтактные моторы намного тяжелее и тратят наибольшее количество энергии. В большинстве случаев их используют на автомобилях и особой технике, в то время как на остальном оборудовании таком, как мотороллеры, газонокосилки, а также лёгкие разновидности катеров, в большинстве случаев можно заметить более компактные двухтактные разновидности устройств.
А вот бензиновый генератор, к примеру, можно легко найти как двухтактной, так и четырёхтактной разновидности. Двигатель в скутере также может заключать в себе совершенно любой двигатель. Принцип функционирования такого оборудования главным образом заключает в себя одни и те же процессы, отличие будет заключено лишь в способе и эффективности общего преобразования энергии.

Работа двухтактного двигателя внутреннего сагорания

Как уже понятно из названия, такой двигатель имеет всего два рабочих такта, которые будут описаны ниже.

Первый такт (сжатие). Поршень находится в нижней мертвой точке двигателя и начинает движение вверх. В процессе подъема через продувное отверстие в цилиндр попадает определенное количество топлива, которое смешано с маслом и воздухом. Как только поршень достигает отверстия, оно перекрывается и подача смеси прекращается. На этом же этапе перекрывается и выпускное отверстие. Поршень движется в верхнюю мертвую точку и сжимает смесь.
Второй такт (рабочего хода поршня). В верхней мертвой точке происходит сжатие и воспламенение смеси. В результате небольшого взрыва, поршень под действием высокого давления начинает движение вниз, тем самым, открывает выпускное отверстие и дает возможность освободить цилиндр от отработавших газов. Часть масла, находящаяся в смеси остается на стенках цилиндра, а другая часть попросту выходит вместе с отработавшими газами. Поршень достигается самой нижней мертвой точки, и цикл начинается сначала.

Устройство и принцип действия двухтактного двигателя внутреннего сгорания

Многие из нас ездят на мотороллерах, но вот как устроен и работает двигатель внутреннего сгорания (далее ДВС), который приводит в движение Вашу двухколесную технику, знает не каждый. А вот хорошо зная все принципы работы ДВС, Вы сможете быстро и правильно диагностировать его неполадки. Да и вообще, в ознакомительных целях знание принципов работы не помешает.
Вообще-то существует два основных типа двигателей: двухтактные и четырехтактные. Практически на каждом мотороллере, особенно до 2000 года выпуска, установлен двухтактный двигатель. В двухтактных двигателях все рабочие циклы (процессы впуска топливной смеси, выпуска отработанных газов, продувки) происходят в течении одного оборота коленвала за два основных такта. У двигателей такого типа отсутствуют клапаны (как в четырехтактных ДВС), их роль выполняет поршень, который при своем перемещении закрывает впускные, выпускные и продувочные окна. Поэтому они более просты в конструкции.
Мощность двухтактного двигателя при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения вала теоретически в два раза больше четырехтактного за счет большего числа рабочих циклов. Однако неполное использование хода поршня для расширения, худшее освобождение цилиндра от остаточных газов и затраты части вырабатываемой мощности на продувку приводят практически к увеличению мощности только на 60. 70%.
Итак, рассмотрим конструкцию двухтактного ДВС, показанную на рисунке 1:

Двигатель состоит из картера, в который на подшипниках с двух сторон установлен коленчатый вал и цилиндра. Внутри цилиндра движется поршень — металлический стакан, опоясанный пружинящими кольцами (поршневые кольца), вложенными в канавки на поршне. Поршневые кольца не пропускают газов, образующихся при сгорании топлива, в промежутке между поршнем и стенками цилиндра. Поршень снабжен металлическим стержнем — пальцем, он соединяет поршень с шатуном. Шатун передаёт прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Далее уже, в частности на мотороллере, вращательное движение передается на вариатор, принцип работы которого описан в статье: Устройство и принцип работы вариатора.
Смазка всех трущихся поверхностей и подшипников внутри двухтактных двигателей происходит с помощью топливной смеси, в которое подмешано необходимое количество масла. Из рисунка 1 видно, что топливная смесь (желтый цвет) попадает и в кривошипную камеру двигателя (это та полость, где закреплен и вращается коленчатый вал), и в цилиндр. Смазки там нигде нет, а если бы и была, то смылась топливной смесью. Вот по этой причине масло и добавляют в определенной пропорции к бензину. Тип масла используется специальный, именно для двухтактных двигателей. Оно должно выдерживать высокие температуры и сгорая вместе с топливом оставлять минимум зольных отложений.
Теперь о принципе работы. Весь рабочий цикл в двигателе осуществляется за два такта.

1. Такт сжатия. Поршень перемещается от нижней мертвой точки поршня (в этом положении поршень находится на рис. 2, далее это положение называем сокращенно НМТ) к верхней мертвой точке поршня (положение поршня на рис.3, далее ВМТ), перекрывая сначала продувочное 2, а затем выпускное 3 окна. После закрытия поршнем выпускного окна в цилиндре начинается сжатие ранее поступившей в него горючей смеси. Одновременно в кривошипной камере 1 вследствие ее герметичности и после того как поршень перекрывает продувочные окна 2, под поршнем создается разряжение, под действием которого из карбюратора через впускное окно и открывающийся клапан поступает горючая смесь в кривошипную камеру.

2. Такт рабочего хода. При положении поршня около ВМТ сжатая рабочая смесь (1 на рис. 3) воспламеняется электрической искрой от свечи, в результате чего температура и давление газов резко возрастают. Под действием теплового расширения газов поршень перемещается к НМТ, при этом расширяющиеся газы совершают полезную работу. Одновременно, опускаясь вниз, поршень создает высокое давление в кривошипной камере (сжимая топливо-воздушную смесь в ней). Под действием давления клапан закрывается, не давая таким образом горючей смеси снова попасть во впускной коллектор и затем в карбюратор.

Когда поршень дойдет до выпускного окна (1 на рис. 4), оно открывается и начнется выпуск отработавших газов в атмосферу, давление в цилиндре понижается. При дальнейшем перемещении поршень открывает продувочное окно (1 на рис. 5) и сжатая в кривошипной камере горючая смесь поступает по каналу (2 на рис. 5), заполняя цилиндр и осуществляя продувку его от остатков отработавших газов.

Далее цикл повторяется.

Стоит упомянуть о принципе зажигания. Так как топливной смеси нужно время для воспламенения, искра на свече появляется чуть раньше, чем поршень достигает ВМТ. В идеале, чем быстрей движения поршня, тем раньше должно быть зажигание, потому-что поршень от момента искры быстрее доходит до ВМТ. Существуют механические и электронные устройства, меняющие угол зажигания в зависимости от оборотов двигателя. Практически у мотороллеров до 2000 г.в. таких систем не было и угол опережения зажигания был установлен в расчете на оптимальные обороты. На некоторых же скутерах, например Honda Dio ZX AF35, установлен электронный коммутатор с динамическим опережением. С ним двигатель развивает больше мощности.

Наглядно просмотреть работу двухтактного ДВС можно на этом ролике:

slavarespekt › Блог › Двухтактный двигатель внутреннего сгорания

Двухтактным называется двигатель внутреннего сгорания, завершающий полный рабочий цикл за один оборот коленвала.

История создания двухтактного двигателя

Во многих источниках создание первого двигателя внутреннего сгорания приписывают Готтлибу Даймлеру, другие считают изобретателем Николаса Отто. Однако существует версия, что и те, и другие ошибаются. Еще в 1858 году бельгиец Жан Жозеф Этьен Ленуар создал двухтактный двигатель внутреннего сгорания на газовом топливе.

В отличии от паровой машины он был проще и экономичнее. Однако двигатель бельгийского инженера был далек от совершенства. Это доказал Николас Отто, представив свой четырехтактный мотор. Его КПД был гораздо выше, чем у мотора Ленуара, а сам двигатель имел меньшие габариты. Двухтактный двигатель резко потерял популярность, и до начала ХХ века почти полностью исчез.

В России хорошо известны мотоциклы ИЖ «Планета» и «Юпитер» с двухтактными двигателями. В Германии в период Второй мировой двухтактные двигатели активно применялись в самолетостроении. В наше время, к примеру, моторы марки Rotax, широко используются в малой авиации.

С ужесточением норм токсичности двухтактные двигатели перестали рассматриваться в качестве силовых установок для гражданского транспорта, но на скутерах, снегоходах, катерах и в авиамодельном спорте, то есть там, где требуются моторы малого объема и веса, конкурентов им по-прежнему нет.

Устройство двухтактного двигателя

Конструктивно двухтактный и четырехтактный двигатели схожи. Основное различие между ними заключено в принципе газораспределения и в том, что рабочий цикл в двухтактном двигателе совершается за один оборот коленчатого вала.

Отдельного газораспределительного механизма в двухтактном двигателе нет. Роль впускных и выпускных клапанов выполняют отверстия в стенках цилиндра, а выталкивает выхлопные газы наружу и втягивает внутрь очередную порцию рабочей смеси сам поршень. В процессе газообмена участвует и кривошипная камера.

Для наполнения цилиндра топливовоздушной смесью используется впускное окно, которое также называют продувочным. Второе, выпускное окно, служит для удаления отработавших газов из цилиндра. Оно расположено выше впускного.

В течение первого такта поршень движется вверх, перекрывая продувочное окно, а затем и выпускное. Происходит сжатие топливовоздушной смеси. В это время в кривошипной камере создается разрежение, которое используется для всасывания топливо-воздушной смеси из карбюратора в полость картера.

Далее начинается второй такт. Свеча зажигания воспламеняет сжатую топливовоздушную смесь. Расширяясь, газы толкают поршень вниз. По мере движения поршня вниз открывается выпускное окно, и часть газов удаляется из цилиндра. При движении поршня вниз в кривошипной камере создается избыточное давление. Поршень продолжает двигаться вниз, к нижней мертвой точке, и открывает продувочное отверстие. Начинается наполнение цилиндра топливовоздушной смесью из кривошипной камеры. Свежая смесь выталкивает из цилиндра остатки отработавших газов.

Описанная схема работы характерна для карбюраторных моторов. Схема работы дизельных и инжекторных бензиновых двухтактных моторов отличается тем, что топливо впрыскивается в камеру сгорания через форсунку, а в полость кривошипной камеры засасывается чистый воздух.

Преимущества и недостатки двухтактных двигателей

Самое главное преимущество двухтактных двигателей – более высокая, по сравнению с четырехтактными, литровая мощность. Дело здесь в том, что при равном количестве цилиндров и количестве оборотов коленчатого вала в минуту, каждый цилиндр совершает рабочий ход вдвое чаще. При этом, за счет того, что фактический рабочий ход двухтактного двигателя короче (он укорочен за счет процессов газообмена), реально объем двигателя увеличивается на 50-60%.

Не менее важное преимущество — компактность. Благодаря этому качеству двухтактные двигатели нашли широкое применение не только в небольших транспортных средствах наподобие снегоходов, но и в садовой технике, а также инструментах (к примеру, в бензопилах). Кроме того, отсутствие газораспределительного механизма заметно делает конструкцию проще и дешевле в производстве.

Есть у двухтактных ДВС и существенные недостатки. Они расходуют больше топлива впустую, так как при открытии выпускного окна в систему выхлопа попадает часть несгоревшей смеси. Система смазки классического двухтактного мотора крайне примитивна – бензин смешивается с маслом заранее, и оба эти вещества попадают в камеру сгорания одновременно. Обусловлено это тем, что организовать масляную ванну в картере невозможно – картер участвует в процессе газообмена. В результате масло, не пошедшее на смазывания стенок цилиндра, сгорает вместе с топливом. Ресурс двухтактного двигателя также значительно меньше, главным образом, за счет высоких оборотов коленвала. По этой причине в двигателях этого типа применяется только специальное высококачественное масло, разработанное для применения в двухтактных двигателях. Экологические параметры также оставляют желать лучшего: в выхлопе, из-за особенностей газораспределения, содержится большое количество СО и СН.

Эксплуатация двухтактного двигателя

Для смазывания поршневой группы двухтактного двигателя необходимо добавлять масло непосредственно в топливо. Причем, бензин и масло, перед тем как залить в бак, нужно предварительно смешать. Правда, некоторые производители избавляют владельцев от этой проблемы установкой отдельного бачка для масла. В этом случае оно добавляется в топливо автоматически в нужной пропорции.

Не следует забывать, что картер мотора также участвует в газораспределении и должен быть герметичен. Поэтому необходимо тщательно следить за состоянием прокладок.

Устройство двигателя двухтактного

На сегодняшний день существуют два типа двигателей:

четырехтактные;
двухтактные.

Рассмотрим принцип работы двухтактного двигателя. Все рабочие циклы в двухтактном (процесс впуска топлива и выпуск выхлопных газов, продувка) осуществляются за два основных такта за один оборот коленвала. У данного типа двигателей отсутствуют впускной и выпускной клапаны. Эту роль выполняет поршень, который при своих движениях поочередно закрывает продувочные, выпускные и впускные окна. Это делает данный тип двигателей конструктивно более простыми.

Возможности и преимущества двухтактных
Как он устроен
Как он работает
Такт первый
Такт второй
Заключение

Возможности и преимущества двухтактных

Теоретически мощность двигателя данного типа, при одинаковых размерах цилиндра и скорости вращения вала, в два раза выше, чем у 4х-тактного благодаря увеличению числа рабочих циклов. Но в связи с неполным использованием хода поршня при расширении, худшее освобождение цилиндра от выхлопных газов и частичной затраты мощности на продувку приводят к увеличению мощности двигателя лишь на 60-70 процентов.

Как он устроен

Устройство двигателя состоит из картера, в котором с двух сторон на подшипниках установлен коленвал и цилиндр. В цилиндре перемещается поршень, который представляет из себя металлический стакан, на котором в канавки вложены пружинные поршневые кольца. Эти кольца не пропускают газы между стенкой цилиндра и поршнем. В поршне имеется металлический стержень — палец, который соединяет его с шатуном. Шатун передает возвратно-поступательные движения поршня во вращательные движения коленвала.

Для смазки подшипников и трущихся поверхностей двухтактного двигателя используется топливная смесь, в которую подмешивают немного масла. Смесь топлива с маслом попадает как в кривошипную камеру, так и в цилиндр. В этих узлах смазки нигде нет, так как она бы все равно смылась топливной смесью. Именно поэтому масло добавляют к бензину в определенной пропорции. Для этого используется специальный тип масла, предназначенный специально для двухтактных двигателей. Такое масло способно выдерживать высокую температуру, а при сгорании с топливом оставлять после себя наименьшее количество зольных отложений.

Как он работает

Рассмотрим принцип работы. Полный рабочий цикл в двухтактном двигателе внутреннего сгорания происходит за два такта:

сжатие;
рабочий ход.

Такт первый

Сжатие. Поршень двигается из положения нижней мертвой точки в положение к верхней, при этом закрывает сначала продувочное, а потом выпускное окно. После этого в цилиндре происходит сжатие поступившей в него раннее топливной смеси. Вместе с этим в кривошипной камере под поршнем, после перекрывания продувочного окна, создается разряженное пространство. Под действием этого разряжения через впускное окно в кривошипную камеру из карбюратора попадает горючая смесь.

Такт второй

Рабочий ход. Когда поршень установлен в положении верхней точки, сжатая топливная смесь поджигается от свечи электрическим разрядом, в результате чего давление и температура газов резко увеличивается. Под действием этого расширения поршень двигается в положение нижней мертвой точки — расширившийся газ осуществляет полезную работу. При этом, опускаясь вниз, он образует большое давление в кривошипной камере, закрывающее клапан. После закрытия клапана газы не могут повторно попасть во впускной коллектор и карбюратор.

При достижении поршнем выпускного окна, оно откроется и начинается выпуск выхлопных газов, давление их в цилиндре снижается. Двигаясь дальше, поршень открывает продувочное окно, и сжатые горючие газы в кривошипной камере проходит по каналу в цилиндр, продувая его от остатка газов. После этого цикл повторяется заново.
» alt=»»>

Заключение

Стоит сказать пару слов о зажигании. В связи с тем, что топливу для воспламенения необходимо время, разряд на свече зажигания должен появиться раньше, чем поршень дойдет до верхней точки, поэтому, чем быстрее двигается поршень, тем раньше должна быть искра. Бывают электронные и механические устройства, способные изменять угол зажигания, изменяющейся при разных частотах вращения.

Устройство двухтактного двигателя и принцип его работы

Основные термины и определения

Рабочий цикл — это определённая последовательность взаимосвязанных событий, вследствие которых происходит преобразование энергии теплового расширения сгорающего топлива в механическую энергию перемещения поршня и поворота коленчатого вала.
Такт — последовательность изменения состояния узлов и механизмов, происходящая в течение одного хода поршня.
Ход поршня — это расстояние, которое проходит поршень внутри цилиндра между его крайними точками.
Верхняя мёртвая точка (ВМТ) — это наивысшее положение поршня в цилиндре, при этом объем камера сгорания имеет минимальный объем.
Нижняя мёртвая точка (НМТ) — максимально удалённое от ВМТ положение поршня.
Впуск — заполнение цилиндра топливовоздушной смесью.
Сжатие — уменьшение объёма смеси и сжатие её под давлением поршня.
Рабочий ход — перемещение поршня под давлением газов сгорающего топлива.
Выпуск — выталкивание из цилиндра продуктов горения топлива.

Принцип работы четырехтактного двигателя

впуск;
сжатие;
рабочий ход;
выпуск.

Такт сжатия. Продолжающий двигаться вверх поршень сжимает воздушную смесь.

После прохождения поршнем НМТ открывается тарелка выпускной клапан. Поршень, двигаясь к ВМТ, выталкивает выхлопные газы в выпускной коллектор. Это такт выпуска.

Затем снова начинается такт впуска и так бесконечно.

Рабочий цикл из двух тактов

Конструктивные особенности и различия

Эксплуатационные показатели в сравнении

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

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

Экономичность (расход топлива на единицу мощности) выше у четырехтактных. Двигатели с двумя тактами часть топлива теряют впустую при продувке цилиндра.

Проще обслуживать, безусловно, двухтактные моторы из-за меньшего количества вспомогательных систем. Масса больше у четырехтактных. Двухтактные дешевле.

Однотактные и трехтактные силовые агрегаты

Originally posted 2018-07-04 07:14:01.

Принцип работы двухтактного двигателя. Разбираем устройство и раскладываем все по полочкам.

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) в свое время сделал большой переворот в истории промышленных технологий. Двигатель, работающий на солярке или бензине впервые был изобретен в 19 веке французским изобретателем по имени Жан Этьен Ленуар. Прежде чем двигатель внутреннего сгорания начал работать, изобретателю потребовалось несколько попыток запуска и переустройства двигателя. Поняв, почему двигатель перестает работать, Жан добавил систему жидкостного охлаждения и смазки. Сегодня же двигатели заметно скакнули вперед по ступеням эволюции. Однако не каждый из мотоциклистов знает, устройство и принцип работы двухтактного двигателя. Прочитав статью, вы узнаете, как же работает двухтактный двигатель.

Устройство двухтактного двигателя

Прежде чем разбирать принцип работы двухтактного двигателя мотоцикла, необходимо разобраться в его устройстве: из чего он состоит, как сделан и какие детали наиболее важные. Вообще, устройство двухтактного двигателя не так сложно, как кажется на первый взгляд. Обратите внимание на картинку. Из рисунка мы можем видеть, что двигатель представляет собой картер, в котором установлены такие важные детали как коленчатый вал с подшипниками и цилиндр. Поршень вращается и доводит горючую жидкость до свечи зажигания, которая дает искру.

Во всем устройстве двигателя очень важны зазоры между трущимися деталями. Из первых опытов Жана, о котором мы говорили ранее, можно понять, что двигатель не будет работать без смазки. Именно для этого, в двухтактный двигатель требуется заливать бензин, разбавленный с маслом. Пропорции у всех мотоциклов и масел разные, но главное качество хорошего масла, — сгорание его в двигателе с минимальным остатком нагара или зольных отложений.

Цилиндр и сам корпус двигателя внутреннего сгорания сделаны так, чтобы получать наилучшее воздушное охлаждение. Несмотря на то, что большинство двигателей имеют водяное охлаждение, дополнительное охлаждение встречными потоками ветра никто не отменял. Такое устройство двухтактного двигателя обеспечивают наилучшую производительность на всех этапах работы.

Принцип работы двухтактного двигателя

Работа двухтактного двигателя достаточно проста, хоть на первый взгляд и кажется, что для того чтобы разбираться в ДВС, нужно освоить профессию автомеханика. На самом деле все гораздо проще, ведь его работа основана на основных физических законах. Итак, как работает двухтактный двигатель?

Как вам уже известно, работа двигателя внутреннего сгорания происходит за два этапа (такта). Во время первого такта происходит сжатие. В этот момент поршень находится в самой низкой или как ее еще называют мертвой точке, вверх. Пока поршень находится в нижнем положении, в камеру поступает бензин и воздух. В это же время через выпускное окно выходят все выхлопные газы, образовавшиеся за один полный ход поршня. Как только горючее поступило в камеру сгорания, поршень посредством инерции поднимается вверх и доставляет туда попавшую в камеру жидкость.

Дальше наступает второй этап, называемый расширением. Теперь мы имеем поршень, находящийся в верхней мертвой точке. Так как поршень доставляет вместе с собой горючее, доходя до верхней мертвой точки оно воспламеняется. Из-за чего и происходит работа двигателя. Так и происходит работа двухтактного двигателя.

Что лучше двухтактный или четырехтактный двигатель?

Как показывает принцип работы двухтактного двигателя, такой ДВС довольно эффективен. Но многие мотоциклисты при выборе новой модели задаются вопросом, что же эффективнее – двухтактный или четырехтактный мотор? Попробуем ответить на этот вопрос.

Итак, как показывают многочисленные эксперименты и практика мотопроизводителей в целом, четырехтактные двигатели все-таки менее эффективны. На первый взгляд это непонятно, но двигатели одного и того же объема, но при разных тактах работы выдают разные мощности. Посредством нехитрых расчетов удалось понять, что работа двухтактных двигателей внутреннего сгорания эффективнее четырехтактных двигателей в среднем в 1,5 раза.

Если вновь рассматривать принцип их работы, то можно понять почему так происходит. Все дело в том, что четырехтактные двигатели имеют немного другое устройство, в связи с чем процессы подачи топлива и выброса газов происходят дольше, нежели у двухтактников. Главная особенность двухтактных моторов и заключается в том, что у них эти процессы происходят во время сжатия, то есть они совмещены с основными этапами работы двигателя. Так и получается, что КПД четырехтактного двигателя меньше, чем у двигателя, работающего на двух тактах.

Заключение

Разобрав и поняв, как работает двухтактный двигатель, можно сделать определенные выводы. Теперь, вы знаете устройство двухтактного двигателя и можете решить, какой ДВС подходит вам больше.

Четырехтактный двигатель

Четырехтактный цикл, используемый в бензиновых / бензиновых двигателях: впуск (1), компрессия (2), мощность (3) и выпуск (4). Правая синяя сторона — это впускной канал, а левая коричневая сторона — выпускной порт. Стенка цилиндра представляет собой тонкую втулку, окружающую головку поршня, которая создает пространство для сгорания топлива и возникновения механической энергии.

А четырехтактный (также четырехтактный) двигатель является внутреннее сгорание (IC) двигатель, в котором поршень совершает четыре отдельных хода при вращении коленчатого вала. Под ходом подразумевается полный ход поршня по цилиндру в любом направлении. Четыре отдельных штриха называются:

Прием: Также известен как всасывание или всасывание. Этот ход поршня начинается в верхней мертвой точке (T.D.C.) и заканчивается в нижней мертвой точке (B.D.C.). В этом такте впускной клапан должен находиться в открытом положении, в то время как поршень втягивает топливовоздушную смесь в цилиндр, создавая вакуумное давление в цилиндре за счет его движения вниз. Поршень движется вниз, так как воздух всасывается за счет нисходящего движения к поршню.
Сжатие: Этот ход начинается в точке B.D.C или как раз в конце такта всасывания и заканчивается в точке T.D.C. В этом такте поршень сжимает топливно-воздушную смесь для подготовки к воспламенению во время рабочего такта (см. Ниже). На этом этапе и впускной, и выпускной клапаны закрыты.
Горение: Также известен как мощность или зажигание. Это начало второго оборота четырехтактного цикла. На этом этапе коленчатый вал совершил полный оборот на 360 градусов. Пока поршень стоит на T.D.C. (конец такта сжатия) сжатая топливовоздушная смесь воспламеняется от свеча зажигания (в бензиновом двигателе) или за счет тепла, выделяемого высокой степенью сжатия (дизельные двигатели), принудительно возвращая поршень в положение B.D.C. Этот ход вызывает механическую работу двигателя по проворачиванию коленчатого вала.
Выхлоп: Также известен как розетка. В течение выхлоп ход поршень снова возвращается из B.D.C. в T.D.C. при открытом выпускном клапане. Это действие вытесняет отработанную топливно-воздушную смесь через выпускной клапан.

Содержание

1 История
- 1.1 Цикл Отто
- 1.2 Цикл Аткинсона
- 1.3 Дизельный цикл
2 Термодинамический анализ
3 Рекомендации по топливу
4 Принципы проектирования и проектирования
- 4.1 Ограничения выходной мощности
  - 4.1.1 Поток впускного / выпускного отверстия
- 4. 2 Утилизация отходящего тепла двигателя внутреннего сгорания
  - 4.2.1 Наддув
  - 4.2.2 Турбонаддув
- 4.3 Отношение штока и поршня к ходу хода
- 4.4 Клапан поезд
  - 4.4.1 Клапанный зазор
- 4.5 Энергетический баланс
5 Смотрите также
6 использованная литература
7 Общие источники
8 внешняя ссылка

История

Цикл Отто

Основная статья: Цикл Отто

Смотрите также: Двигатель Отто

Двигатель Отто производства США 1880-х годов

Николаус Август Отто был коммивояжером в продуктовом концерне. В своих путешествиях он столкнулся с двигателем внутреннего сгорания, построенным в Париже бельгийским эмигрантом. Жан Жозеф Этьен Ленуар. В 1860 году Ленуар успешно создал двигатель двойного действия, работавший на осветительном газе с эффективностью 4%. 18-литровый Ленуар Двигатель выдавал всего 2 лошадиные силы. Двигатель Ленуара работал на осветительном газе, сделанном из угля, который был разработан в Париже Филип Лебон. ^[1]

Испытывая копию двигателя Ленуара в 1861 году, Отто узнал о влиянии сжатия на топливный заряд. В 1862 году Отто попытался создать двигатель, улучшающий низкую эффективность и надежность двигателя Ленуара. Он попытался создать двигатель, который сжимал бы топливную смесь до воспламенения, но потерпел неудачу, поскольку этот двигатель работал не более чем за несколько минут до своего разрушения. Многие другие инженеры безуспешно пытались решить эту проблему.^[1]

В 1864 году Отто и Ойген Ланген основал первую компанию по производству двигателей внутреннего сгорания NA Otto and Cie (NA Otto and Company). В том же году Отто и Си удалось создать успешный атмосферный двигатель.^[1]На заводе закончилось место, и он был перенесен в г. Deutz, Германия в 1869 году, где компания была переименована в Deutz Gasmotorenfabrik AG (Компания по производству газовых двигателей Deutz).^[1] В 1872 г. Готлиб Даймлер был техническим директором и Вильгельм Майбах был руководителем двигателестроения. Даймлер был оружейным мастером, работавшим над двигателем Ленуара. К 1876 году Отто и Лангену удалось создать первый двигатель внутреннего сгорания, который сжимал топливную смесь перед сгоранием, обеспечивая гораздо более высокий КПД, чем любой другой двигатель, созданный к тому времени.

Daimler и Maybach оставили свою работу в Otto and Cie и в 1883 году разработали первый высокоскоростной двигатель Otto. В 1885 году они выпустили первый автомобиль, оснащенный двигателем Otto. В Daimler Reitwagen использовал систему зажигания с горячей трубкой и топливо, известное как Ligroin, чтобы стать первым в мире автомобилем с двигателем внутреннего сгорания. Он использовал четырехтактный двигатель, основанный на конструкции Отто. В следующем году, Карл Бенц произвел автомобиль с четырехтактным двигателем, который считается первым автомобилем.^[2]

В 1884 году компания Отто, тогда известная как Gasmotorenfabrik Deutz (GFD), разработала электрическое зажигание и карбюратор. В 1890 году Daimler и Maybach основали компанию, известную как Daimler Motoren Gesellschaft. Сегодня эта компания Daimler-Benz.

Цикл Аткинсона

2004 год Toyota Prius гибрид имеет двигатель цикла Аткинсона в качестве бензиново-электрического гибридного двигателя.

Газовый цикл Аткинсона

Основная статья: Цикл Аткинсона

Двигатель с циклом Аткинсона — это тип одноходового двигателя внутреннего сгорания, изобретенный Джеймс Аткинсон в 1882 году. Цикл Аткинсона разработан, чтобы обеспечить эффективность за счет удельная мощность, и используется в некоторых современных гибридных электрических приложениях.

Первоначальный поршневой двигатель с циклом Аткинсона позволял такты впуска, сжатия, мощности и выпуска четырехтактного цикла происходить за один оборот коленчатого вала и был разработан, чтобы избежать нарушения определенных патентов, касающихся двигателей с циклом Отто.^[3]

Благодаря уникальному коленчатый вал В конструкции Аткинсона степень расширения может отличаться от степени сжатия, а с рабочим ходом, превышающим такт сжатия, двигатель может достичь большей тепловая эффективность чем традиционный поршневой двигатель. В то время как оригинальный дизайн Аткинсона — не более чем историческое любопытство, многие современные двигатели используют нетрадиционные фазы газораспределения для создания эффекта более короткого хода сжатия / более длительного рабочего хода, тем самым осознавая экономия топлива улучшения, которые может дать цикл Аткинсона.^[4]

Дизельный цикл

Основная статья: Дизельный цикл

Audi Diesel R15 в Ле-Мане

В дизельный двигатель представляет собой техническое усовершенствование двигателя Отто 1876 года. Если в 1861 году Отто понял, что эффективность двигателя можно повысить, сначала сжав топливную смесь перед ее воспламенением, Рудольф Дизель хотел разработать более эффективный тип двигателя, который мог бы работать на гораздо более тяжелом топливе. В Ленуар Двигатели Otto Atmospheric и Otto Compression (1861 и 1876 гг.) Были разработаны для работы на Освещающий газ (угольный газ). С той же мотивацией, что и Отто, Дизель хотел создать двигатель, который дал бы небольшим промышленным компаниям собственный источник энергии, чтобы они могли конкурировать с более крупными компаниями, и, как Отто, уйти от требования быть привязанным к городским источникам топлива. . Как и у Отто, потребовалось более десяти лет, чтобы создать двигатель с высокой степенью сжатия, который мог самовоспламеняться, распыляясь в цилиндр. В своем первом двигателе Дизель использовал распыление воздуха в сочетании с топливом.

Во время первоначальной разработки один из двигателей лопнул, почти убив Дизель. Он упорствовал и, наконец, создал успешный двигатель в 1893 году. Двигатель с высокой степенью сжатия, который воспламеняет топливо за счет теплоты сжатия, теперь называется дизельным двигателем, будь то четырехтактный или двухтактный двигатель.

Четырехтактный дизельный двигатель уже много десятилетий используется в большинстве тяжелых условий эксплуатации. В нем используется тяжелое топливо, содержащее больше энергии и требующее меньше переработки для производства. Наиболее эффективные двигатели с циклом Отто работают с тепловым КПД около 30%.

Термодинамический анализ

Идеализированный четырехтактный цикл Отто диаграмма p-V: the потребление (А) инсульт выполняется изобарический расширение, за которым следует сжатие (B) инсульт, выполненный адиабатический сжатие. За счет сгорания топлива изохорный процесс производится с последующим адиабатическим расширением, характеризующим мощность (C) Инсульт. Цикл замыкается изохорическим процессом и изобарическим сжатием, характеризующим выхлоп (D) Инсульт.

В термодинамический Анализ реальных четырехтактных и двухтактных циклов — непростая задача. Однако анализ можно значительно упростить, если исходить из стандартных допущений.^[5] используются. Результирующий цикл, который очень похож на реальные условия эксплуатации, и есть цикл Отто.

Во время нормальной работы двигателя, когда топливно-воздушная смесь сжимается, создается электрическая искра для воспламенения смеси. На низких оборотах это происходит около ВМТ (верхней мертвой точки). По мере увеличения числа оборотов двигателя скорость фронта пламени не изменяется, поэтому точка искры опережает более ранний период цикла, чтобы позволить большей части цикла сгорать заряд до начала рабочего такта. Это преимущество отражено в различных конструкциях двигателей Отто; атмосферный двигатель (без сжатия) работает с КПД 12%, тогда как двигатель со сжатым зарядом имеет КПД около 30%.

Принципы проектирования и проектирования

Ограничения выходной мощности

Четырехтактный цикл
1 = ВМТ
2 = BDC
A: Впуск
B: сжатие
C: мощность
D: Выхлоп

Максимальная мощность, вырабатываемая двигателем, определяется максимальным количеством всасываемого воздуха. Количество мощности, производимой поршневым двигателем, зависит от его размера (объема цилиндра), независимо от того, является ли он двухтактный двигатель или четырехтактная конструкция, объемная эффективность, потери, соотношение воздух-топливо, теплотворная способность топлива, содержание кислорода в воздухе и скорость (Об / мин ). Скорость в конечном итоге ограничена прочностью материала и смазка. Клапаны, поршни и шатуны терпят сильные разгонные силы. При высоких оборотах двигателя физическая поломка и поршневое кольцо может произойти флаттер, что приведет к потере мощности или даже к поломке двигателя. Поршневое кольцо флаттер возникает, когда кольца колеблются вертикально внутри поршневых канавок, в которых они находятся. Флаттер кольца нарушает уплотнение между кольцом и стенкой цилиндра, что вызывает потерю давления и мощности в цилиндре. Если двигатель вращается слишком быстро, клапанные пружины не могут действовать достаточно быстро, чтобы закрыть клапаны. Обычно это называется ‘клапан поплавок ‘, и это может привести к контакту поршня с клапаном и серьезному повреждению двигателя. На высоких скоростях смазка поверхности раздела стенок поршневого цилиндра имеет тенденцию к разрушению. Это ограничивает скорость поршня промышленных двигателей примерно до 10 м / с.

Поток впускного / выпускного отверстия

Выходная мощность двигателя зависит от способности впуска (воздушно-топливной смеси) и выхлопных газов быстро перемещаться через отверстия клапана, обычно расположенные в крышка цилиндра. Чтобы увеличить выходную мощность двигателя, неровности впускного и выпускного трактов, такие как дефекты литья, могут быть устранены, и с помощью скамья с потоком воздуха, радиусы порта клапана повороты и седло клапана конфигурацию можно изменить для уменьшения сопротивления. Этот процесс называется перенос, и это можно сделать вручную или с помощью ЧПУ машина.

Утилизация отходящего тепла двигателя внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания в среднем способен преобразовывать только 40-45% поставляемой энергии в механическую работу. Большая часть отходящей энергии находится в форме тепла, которое выделяется в окружающую среду через охлаждающую жидкость, ребра и т. Д. Если бы мы могли каким-то образом утилизировать отходящее тепло, мы могли бы улучшить производительность двигателя. Было обнаружено, что даже если регенерировать 6% полностью потерянного тепла, это может значительно повысить эффективность двигателя.^[7]

Было разработано множество методов для извлечения отработанного тепла из выхлопа двигателя и его дальнейшего использования для извлечения полезной работы, в то же время уменьшая количество загрязняющих веществ в выхлопных газах. Использование Цикл Ренкина, турбонаддув и термоэлектрическая генерация может быть очень полезным в качестве утилизация отходящего тепла система.

Хотя эти системы используются чаще, некоторые проблемы, такие как их низкая эффективность при более низких скоростях подачи тепла и высокие насосные потери, остаются причиной для беспокойства.^{[нужна цитата ]}

Наддув

Одним из способов увеличения мощности двигателя является нагнетание большего количества воздуха в цилиндр, чтобы можно было производить больше мощности за каждый рабочий ход. Это можно сделать с помощью какого-либо типа устройства сжатия воздуха, известного как нагнетатель, который может приводиться в действие коленчатым валом двигателя.

Наддув увеличивает пределы выходной мощности двигателя внутреннего сгорания относительно его рабочего объема. Чаще всего нагнетатель всегда работает, но существуют конструкции, позволяющие отключать его или работать с различными скоростями (относительно частоты вращения двигателя). Недостаток наддува с механическим приводом состоит в том, что часть выходной мощности используется для приведения в действие нагнетателя, в то время как мощность тратится впустую в выхлопе высокого давления, так как воздух был сжат дважды, а затем получает больший потенциальный объем при сгорании, но только расширяется. в один этап.

Турбонаддув

А турбокомпрессор представляет собой нагнетатель, который приводится в движение выхлопными газами двигателя с помощью турбина. Турбокомпрессор встроен в выхлопную систему автомобиля, чтобы использовать вытесненный выхлоп. Он состоит из двухкомпонентной высокоскоростной турбины в сборе, одна сторона которой сжимает всасываемый воздух, а другая сторона приводится в действие за счет выхода выхлопных газов.

На холостом ходу и на низких или средних оборотах турбина вырабатывает небольшую мощность из-за небольшого объема выхлопных газов, турбокомпрессор малоэффективен, и двигатель работает почти без наддува. Когда требуется гораздо большая выходная мощность, частота вращения двигателя и открытие дроссельной заслонки увеличиваются до тех пор, пока выхлопные газы не станут достаточными, чтобы «раскрутить» турбину турбокомпрессора, чтобы начать сжимать во впускной коллектор гораздо больше воздуха, чем обычно. Таким образом, дополнительная мощность (и скорость) выводятся за счет функции этой турбины.

Турбонаддув обеспечивает более эффективную работу двигателя, поскольку он управляется давлением выхлопных газов, которое в противном случае (в основном) было бы потрачено впустую, но существует конструктивное ограничение, известное как турбо лаг. Увеличенная мощность двигателя не доступна сразу из-за необходимости резко увеличить обороты двигателя, создать давление и раскрутить турбонагнетатель до того, как турбо начнет производить какое-либо полезное сжатие воздуха. Увеличенный объем впуска вызывает увеличение выхлопа и ускоряет вращение турбонагнетателя и так далее, пока не будет достигнута стабильная работа на высокой мощности. Другая трудность заключается в том, что более высокое давление выхлопных газов заставляет выхлопные газы передавать больше тепла механическим частям двигателя.

Отношение штока и поршня к ходу хода

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

«Прямоугольный двигатель» — это двигатель с диаметром цилиндра, равным длине его хода. Двигатель, у которого диаметр отверстия больше, чем длина его хода, является квадратный Двигатель, наоборот, двигатель с внутренним диаметром, меньшим длины его хода, является двигателем с квадратом.

Клапан поезд

Клапаны обычно управляются распредвал вращается с половиной скорости коленчатый вал. Он имеет серию кулачки по длине, каждая из которых предназначена для открытия клапана во время соответствующей части такта впуска или выпуска. А толкатель Между клапаном и кулачком находится контактная поверхность, по которой кулачок скользит, открывая клапан. Во многих двигателях используется один или несколько распределительных валов «над» рядом (или каждым рядом) цилиндров, как показано на рисунке, на котором каждый кулачок непосредственно приводит в действие клапан через плоский толкатель. В других конструкциях двигателей распредвал находится в картер, и в этом случае каждый кулачок обычно контактирует с толкатель, который связывается с коромысло который открывает клапан, или в случае двигатель с плоской головкой толкатель не нужен. В верхняя камера конструкция обычно допускает более высокие обороты двигателя, так как обеспечивает наиболее прямой путь между кулачком и клапаном.

Клапанный зазор

Клапанный зазор — это небольшой зазор между толкателем клапана и штоком клапана, который обеспечивает полное закрытие клапана. В двигателях с механической регулировкой клапанов чрезмерный зазор вызывает шум клапанного механизма. Слишком малый зазор клапана может привести к тому, что клапаны не закроются должным образом. Это приводит к снижению производительности и возможному перегреву выпускных клапанов. Как правило, зазор необходимо регулировать каждые 20 000 миль (32 000 км) с помощью щупа.

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

Энергетический баланс

Двигатели Отто имеют КПД около 30%; Другими словами, 30% энергии, генерируемой при сгорании, преобразуется в полезную энергию вращения на выходном валу двигателя, а оставшаяся часть приходится на потери из-за отходящего тепла, трения и вспомогательного оборудования двигателя.^[8] Есть несколько способов восстановить часть энергии, потерянной в отходящем тепле. Использование турбонагнетателя в дизельных двигателях очень эффективно за счет повышения давления поступающего воздуха и, по сути, обеспечивает такое же повышение производительности, как и при увеличении рабочего объема. Компания Mack Truck несколько десятилетий назад разработала турбинную систему, которая преобразовывала отработанное тепло в кинетическую энергию, которую оно возвращало в трансмиссию двигателя. В 2005 году BMW объявила о разработке пароход, двухступенчатая система рекуперации тепла, аналогичная системе Mack, которая восстанавливает 80% энергии выхлопных газов и повышает эффективность двигателя Otto на 15%. ^[9] Напротив, шестицилиндровый двигатель может снизить расход топлива на 40%.

Современные двигатели часто намеренно строятся так, чтобы быть немного менее эффективными, чем они могли бы быть в противном случае. Это необходимо для контроль выбросов такие как рециркуляция выхлопных газов и каталитические преобразователи которые уменьшают смог и другие атмосферные загрязнители. Снижению эффективности можно противодействовать блок управления двигателем с помощью методы постного ожога.^[10]

В Соединенных Штатах Средняя корпоративная экономия топлива требует, чтобы транспортные средства развивались в среднем до 34,9 миль на галлон._-НАС (6,7 л / 100 км; 41,9 миль на галлон_‑Imp) по сравнению с текущим стандартом 25 миль на галлон_-НАС (9,4 л / 100 км; 30,0 миль на галлон_‑Imp).^[11] По мере того как автопроизводители стремятся соответствовать этим стандартам к 2016 году, появляются новые способы разработки традиционных двигатель внутреннего сгорания (ICE) необходимо учитывать. «Экономия топлива». США: Национальная администрация безопасности дорожного движения (NHTSA).. Получено 11 апреля 2016.

Общие источники

Харденберг, Хорст О. (1999). Средневековье двигателя внутреннего сгорания. Общество автомобильных инженеров (SAE). ISBN 978-0-7680-0391-8.
scienceworld.wolfram.com/physics/OttoCycle.html
Cengel, Yunus A; Майкл Болес; Ялинг Хе (2009). Термодинамика — инженерный подход. N.p. Компании McGraw Hill. ISBN 978-7-121-08478-2.
Бенсон, Том (11 июля 2008 г.). «4-тактный двигатель внутреннего сгорания». п. Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства. Получено 5 мая 2011.

внешняя ссылка

Патент США 194047
Анимация четырехтактного двигателя
Подробная анимация двигателя
Как работают автомобильные двигатели
Анимированные двигатели, четырехтактный, еще одно объяснение четырехтактного двигателя.
CDX еУчебник, несколько видеороликов о автомобильных компонентах в действии.
Новый 4-тактный

Четырехтактный двигатель — как он работает

Когда мы смотрим на историю автомобиля, мы можем вернуться к 1769 году. Инженер Фребюинча Николя Жозеф Кюньо изготовил трехколесный велосипед с паровым двигателем, который разгонялся до двух миль в час, но многие будут утверждать, что это не был автомобиль. Давайте посмотрим, откуда взялись двухтактные и четырехтактные двигатели.

Многие утверждают, что первый настоящий автомобиль был газовым, и для этого нужно обратиться к двум немецким изобретателям, которые по иронии судьбы подали патенты в один и тот же день в 1886 году в двух разных городах и никогда раньше не встречались. Этими двумя мужчинами были Карл Фридрих Бенц и Готлиб Даймлер. Карл Бенц был первым, кто соединил двигатель внутреннего сгорания с интегрированным трехколесным шасси. Моторизованная повозка Готлиба Даймлера, которую он изобрел вместе с Вильгельмом Майбахом, была первым четырехколесным автомобилем с первым высокоскоростным бензиновым двигателем.

Если кто-то утверждает, что первый настоящий автомобиль был бензиновым, важно знать, когда был произведен первый бензиновый двигатель, и не менее важно, как он работает.

Продавец по имени Николаус Огюст Отто узнал о двигателе внутреннего сгорания, построенном в 1860 году Жаном Жозефом Этьеном Ленуаром. Этот двигатель черпал энергию за счет воспламенения газа, полученного из угля. Во время испытаний двигателя Отто обнаружил эффекты сжатия топлива во время воспламенения. Это было рождение цикла Отто или, лучше сказать, четырехтактного двигателя.

В 1864 году Николаус Отто и Ойген Ланген открыли первую компанию по производству двигателей внутреннего сгорания. На заводе не хватило места, и в 1869 году его перевели в город Дойц, Германия, где компания была переименована в The Deutz Gas Engine Manufacturing Company. В 1872 году Готлиб Даймлер был техническим директором, а Вильгельм Майбах – руководителем отдела проектирования двигателей. Даймлер был оружейником, работавшим над двигателем Ленуара. К 1876 году Отто и Лангену удалось создать первый двигатель внутреннего сгорания, который сжимал топливную смесь перед сгоранием с гораздо более высокой эффективностью, чем любой двигатель, созданный до того времени.

Даймлер и Майбах оставили работу на заводе по производству двигателей и в 1883 году разработали первый высокоскоростной двигатель Отто. В 1885 году они выпустили первый автомобиль, оснащенный двигателем Отто. Daimler Reitwagen использовал систему зажигания с горячей трубкой и топливо, известное как Ligroin, чтобы стать первым в мире автомобилем с двигателем внутреннего сгорания. В нем использовался четырехтактный двигатель, основанный на конструкции Отто. В следующем году Карле Бенц выпустил автомобиль с четырехтактным двигателем, который считается первым автомобилем.

В 1884 году компания Отто, известная в то время как компания, разработала электрическое зажигание и карбюратор. В 1890 году Даймлер и Майбах создали компанию, известную как Daimler Motoren Gesellschaft. В конце концов эта компания превратилась в тот Daimler-Benz, который мы знаем сегодня.

Теперь, когда мы немного коснулись истории автомобиля и начала двигателя внутреннего сгорания, пришло время пройтись по «Циклу Отто» или тому, что такое четыре такта двигателя внутреннего сгорания.

А четырехтактный двигатель (также четырехтактный ) — это двигатель, в котором поршень совершает четыре отдельных хода при вращении коленчатого вала. Под ходом понимается полный ход поршня по цилиндру в любом направлении. Четыре отдельных такта называются:

Впуск : Также известен как всасывание или всасывание. Этот ход поршня начинается в верхней мертвой точке (ВМТ) и заканчивается в нижней мертвой точке (НМТ). В этом такте впускной клапан должен быть в открытом положении, в то время как поршень втягивает воздушно-топливную смесь в цилиндр, создавая разрежение в цилиндре за счет своего движения вниз. Поршень движется вниз, поскольку воздух всасывается за счет движения вниз против поршня.

2. Сжатие : Этот ход начинается в НМТ или сразу в конце такта всасывания и заканчивается в ВМТ. В этом такте поршень сжимает топливовоздушную смесь, готовясь к воспламенению во время рабочего такта (ниже). На этом этапе закрыты впускной и выпускной клапаны.

3. Горение : Также известно как питание или воспламенение. Это начало второго оборота четырехтактного цикла. В этот момент коленчатый вал совершил полный оборот на 360 градусов. Пока поршень находится в ВМТ. (конец такта сжатия) сжатая воздушно-топливная смесь воспламеняется свечой зажигания (в бензиновом двигателе) или теплом, выделяемым при высокой степени сжатия (в дизельных двигателях), принудительно возвращая поршень в НМТ. Этот ход производит механическую работу двигателя по вращению коленчатого вала.

4. Выхлоп : Также известен как выпуск. Во время такта выпуска поршень снова возвращается из НМТ. в Т.Д.С. пока выпускной клапан открыт. Это действие вытесняет отработавшую топливно-воздушную смесь через выпускной клапан.

Преимущества и недостатки четырехтактного двигателя

Говоря о двигателях внутреннего сгорания, четырехтактный двигатель не является единственной конструкцией. Многое из того, что мы описали выше, может быть достигнуто всего двумя ударами. Итак, если вы можете добиться аналогичного результата за два такта, четырехтактный двигатель действительно является самым эффективным. Ниже мы перечислим преимущества и недостатки четырехтактного двигателя по сравнению с двухтактным двигателем.

Преимущества четырехтактного двигателя

Больше крутящего момента: Как правило, четырехтактные двигатели всегда имеют больший крутящий момент по сравнению с двухтактным двигателем при низких оборотах. Хотя двухтактные двигатели обеспечивают более высокий крутящий момент при более высоких оборотах.
Повышенная топливная экономичность: четырехтактные двигатели имеют более высокую топливную экономичность, чем двухтактные, поскольку топливо расходуется один раз за каждые 4 такта.
Меньше загрязнения: Поскольку мощность вырабатывается один раз каждые 4 такта и в топливо не добавляется масло или смазка; Четырехтактный двигатель меньше загрязняет окружающую среду.
Больше долговечности: Все мы знаем, что чем больше работает двигатель, тем быстрее он изнашивается. Двухтактные двигатели рассчитаны на высокие обороты. Если двигатель может работать на 10000 об/мин до того, как он изнашивается; четырехтактный двигатель с частотой вращения 100 об/мин будет работать в течение 100 минут, а двухтактный двигатель с более высокой частотой вращения 500 об/мин будет работать всего 20 минут.
Без дополнительного добавления масла: Только движущиеся части нуждаются в промежуточной смазке. Как упоминалось выше, в топливо не добавляется дополнительное масло или смазка.

Недостатки четырехтактного двигателя

Сложная конструкция: Четырехтактный двигатель имеет сложные клапанные механизмы, приводимые в действие и управляемые шестернями и цепью. Кроме того, есть много деталей, о которых нужно беспокоиться, что затрудняет устранение неполадок.
Менее мощный: Поскольку мощность передается каждые 2 оборота коленчатого вала (4 такта), следовательно, четырехтактный двигатель менее мощный.
Дорого: Четырехтактный двигатель состоит из значительно большего количества деталей, чем двухтактный. Таким образом, они часто требуют ремонта, который приводит к большим расходам.

Итак, в зависимости от использования, разные двигатели лучше всего подходят для разных целей. Однако, когда мы говорим об автомобиле, ничто не может по-настоящему заменить четырехтактный двигатель.

Джейми Паппас

Как работает 4-тактный двигатель мотоцикла-внедорожника? (The Techy Stuff)

Posted in Советы по верховой ездеTagged Как работает четырехтактный двигатель мотоцикла для бездорожья, Как работает двигатель для четырехтактного мотоцикла для бездорожья

Четырехтактный двигатель тяжелее и сложнее, чем его двухтактный родственник. На 9-ке движущихся частей на 30-50% больше.0043 четырехтактный двигатель для внедорожных мотоциклов . Кроме того, они весят больше, чем их сопоставимые двухтактные аналоги.

Четырехтактный двигатель мотоцикла для бездорожья работает по принципу четырех тактов или четырех циклов поршня. Есть два удара вверх и два удара вниз, которые составляют четыре удара. Эти четыре такта называются тактом впуска , тактом сжатия , тактом сгорания и тактом выпуска . На такте впуска впускные или топливные клапаны открываются, чтобы впустить топливно-воздушную смесь в камеру сгорания. На такте выпуска выпускные клапаны открываются, чтобы выпустить сгоревшее топливо или выхлоп, образовавшийся из сгоревшего топлива.

Как работает 4-тактный двигатель на мотоцикле для бездорожья

4-тактный или четырехтактный двигатель — это тип двигателя внутреннего сгорания. Четырехтактные двигатели намного сложнее по сравнению с их двоюродным братом, двухтактным двигателем для внедорожных мотоциклов.

В прошлом мотоциклов для бездорожья с четырехтактными двигателями было меньше, чем с двухтактными. Но это предубеждение сместилось в другую сторону. Причина, по которой предпочтение было отдано двухтактным двигателям, заключается в том, что они являются более легким двигателем.

Тем не менее, современные четырехтактные двигатели стремительно развиваются. Это означает, что они легче и эффективнее, чем раньше. Мотоциклы для бездорожья с четырехтактными двигателями теперь более мощные по соотношению мощности к весу, чем в прошлом. Но даже со всеми достижениями четырехтактный двигатель никогда не сможет конкурировать по мощности с двухтактным двигателем.

В настоящее время большинство мотоциклов для бездорожья изготавливаются с четырехтактным двигателем . Я помню, как 30 с лишним лет назад, когда 4-тактные двигатели начали появляться в дерт-байке, я подумал, что никогда не куплю 4-тактный двигатель. 2-тактные были намного более грубыми (и до сих пор) и имели гораздо лучшее ускорение, чем 4-тактные тогда.

Это по-прежнему относится к двухтактным двигателям. Двухтактный двигатель может производить в два раза больше мощности, чем четырехтактный двигатель того же объема цилиндров. Это связано с тем, что он срабатывает один раз за каждый оборот, тогда как четырехтактный срабатывает один раз через каждый второй оборот. Например, двухтактный мотоцикл для бездорожья 125 будет иметь такую же мощность, что и четырехтактный мотоцикл для бездорожья 250 .

Это ведет к как работает четырехтактный двигатель .

Как

4-тактный цикл работает

Прежде чем я объясню четырехтактный процесс четырехтактного двигателя, я хочу рассказать об основах четырехтактного двигателя для внедорожных мотоциклов . К ним относятся следующие:

Впускной коллектор — во впускной коллектор подается топливно-воздушная смесь из системы впрыска топлива или карбюратора.
Топливная форсунка — Топливная форсунка впрыскивает топливо во впускной коллектор, где топливо смешивается с воздухом, всасываемым через воздушный фильтр. Старые версии 9Четырехтактный внедорожник 0043 будет использовать карбюратор для подачи топливно-воздушной смеси вместо системы впрыска топлива. Взгляните на эту статью, если вы хотите понять, почему важно чистить воздушный фильтр.
Впускные или впускные топливные клапаны – Впускные клапаны открываются в нужное время, чтобы впустить топливно-воздушную смесь в камеру сгорания.
Выпускные клапаны – Выпускные клапаны открываются в нужное время, чтобы выпустить сгоревшее топливо или выхлопные газы из двигателя.

Четыре такта 4-тактного двигателя

В 4-тактном двигателе двигатель сгорает при каждом втором цикле поршня. Он называется четырехтактным двигателем, так как для завершения полного цикла требуется четыре такта (см. четырехтактный анимационный видеоролик ниже).

При первом такте поршень движется вниз. Когда поршень движется вниз, впускной клапан открывается. Через отверстие впускного клапана в камеру сгорания подается определенное количество топлива, смешанного с атмосферным воздухом. В конце первого такта и непосредственно перед вторым тактом впускной клапан закрывается. Этот первый штрих называется 9.0043 такт впуска .

При втором такте поршень движется вверх. Движение вверх сжимает топливно-воздушную смесь, содержащуюся в камере сгорания. Сжатие смеси воздуха и топлива делает ее легко воспламеняющейся. Второй такт называется тактом сжатия . В момент, когда поршень находится в верхней точке, или так называемой верхней мертвой точке (ВМТ), свеча зажигания срабатывает.

При воспламенении свечи зажигания воспламеняется топливно-воздушная смесь в камере сгорания. Взрыв газов создает высокое давление и отправляет поршень вниз на третьем такте. Этот третий штрих называется 9.0043 ход сгорания.

Когда поршень достигает нижней точки хода, которая называется нижней мертвой точкой (НМТ), выпускной клапан открывается. Поршень движется обратно вверх по цилиндру и выталкивает выхлопные газы через выпускное отверстие выпускного клапана. Четвертый такт называется тактом выпуска .

В верхней части четвертого такта выпускной клапан закрывается, а впускной открывается, и цикл начинается снова.

Четырехтактный двигатель более экономичен и экологически безопасен

В отличие от двухтактного двигателя, у которого и перепускной канал (откуда топливо поступает в камеру сгорания), и выпускной канал открыты одновременно, в четырехтактном двигателе контролируются впускной или топливный порт и выпускной канал по клапанам.

Порты четырехтактного двигателя открываются только в нужное время в течение четырехтактного цикла . Это означает, что в цикле сгорания расходуется меньше топлива. Как следствие, четырехтактный двигатель намного экономичнее. Кроме того, он производит меньше выбросов углеводородов. Поэтому они лучше для окружающей среды.

Другим экологически безопасным элементом четырехтактного двигателя является то, что он намного тише двухтактного двигателя. Любой, кто слышал двухтактный двигатель на высоких оборотах, поймет, что я имею в виду.

Четырехтактный двигатель тоже может быть очень громким. А вот уровень шума от двигателя можно контролировать типом используемой выхлопной системы.

Картер четырехтактного двигателя в сравнении с двухтактным двигателем

Для сравнения: картер четырехтактного двигателя заполнен смазочным моторным маслом. Таким образом, топливо в четырехтактном двигателе не попадает в камеру сгорания через картер, как в двухтактном. Вместо этого топливо подается непосредственно в камеру сгорания через порты в головке блока цилиндров.

Двухтактный двигатель смазывается маслом, смешанным с топливом. Когда топливно-воздушная смесь попадает в картер, заполненный маслом, определенный процент масла, смешанного с топливом, остается на движущихся частях и смазывает их.

Важно убедиться, что масло в вашем четырехтактном двигателе доливается в картер. Если вы не держите его заправленным, вы можете получить заклинивший двигатель. Однажды со мной такое случилось и когда я разобрал двигатель, штоки полностью прикипели к коленчатому валу.

Большинство современных мотоциклов для бездорожья оснащены индикатором давления масла. Если загорается индикатор давления масла, немедленно прекратите движение на велосипеде. Этот индикатор сигнализирует о низком давлении масла, и если вы продолжите работу двигателя, он вполне может заклинить вас, как это было со мной. Я слишком долго игнорировал свет! Игнорируйте индикатор давления масла на свой страх и риск!

Анимационный видеоролик о четырехтактном двигателе

Ниже я включил анимированный видеоролик о четырехтактном двигателе и о том, как он работает.

Компоненты четырехтактного двигателя

Компоненты четырехтактного двигателя включают следующее:

Поршень – составляет основу двигателя внутреннего сгорания.
Блок цилиндров и головка – в них размещаются поршни.
Топливные клапаны – Топливные клапаны пропускают топливно-воздушную смесь в камеру сгорания.
Выпускные клапаны – Выпустить сгоревшее топливо (или выхлопные газы) из камеры сгорания, которая ведет к выпускному коллектору и выхлопной системе.
Распредвал — Распредвал вращается и отвечает за открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов.
Коленчатый вал – Поршни соединены с коленчатым валом через поршневые штоки. Коленчатый вал — это то, что передает мощность через сцепление на коробку передач, а затем на заднее колесо вашего мотоцикла для бездорожья.

Надеюсь, вам понравилась эта статья о том, как работает четырехтактный двигатель мотоцикла для бездорожья.

Буду рад услышать от вас. Расскажите нам о своих приключениях на грязном велосипеде в комментариях ниже. Пожалуйста, также поделитесь своими фотографиями. Либо с ваших камер, либо с видео с вашей Gopro!

Если эта статья не ответила на все ваши вопросы. Если у вас есть дополнительные вопросы о езде по бездорожью ( или, в частности, о том, как работает 4-тактный двигатель для бездорожья), оставьте свои вопросы в комментариях ниже.

Там также будет много других статей о дертбайке, чтобы вы могли прочитать и узнать об этом невероятном виде спорта и хобби.

Развлекайся и будь в безопасности!

Четырехтактный двигатель: анимация, объяснение каждого хода

Обновлено: 08 сентября 2022 г.

Современные автомобили имеют четырехтактный двигатель. Ход – это движение поршня вверх или вниз в цилиндре между верхним и нижним положениями. Один оборот коленчатого вала равен двум тактам.

Анимация четырехтактного бензинового двигателя с непосредственным впрыском топлива. Посмотрите ту же анимацию на медленной скорости.

В четырехтактном двигателе каждый цилиндр «срабатывает» при каждом втором обороте коленчатого вала.
Полный цикл сгорания состоит из двух оборотов коленчатого вала и четырех тактов:

1. Такт впуска
2. Такт сжатия
3. Рабочий ход
4. Такт выпуска.

Для иллюстрации мы создали эти две анимации четырехтактного бензинового и дизельного двигателей с непосредственным впрыском топлива. Мы выбрали двигатель с непосредственным впрыском, потому что более половины новых автомобилей с бензиновым двигателем имеют непосредственный впрыск. См. анимацию четырехтактного дизельного двигателя ниже.

Непосредственный впрыск бензина отличается от обычного впрыска топлива расположением форсунки: в обычном впрыске топлива форсунка устанавливается во впускном канале над впускным клапаном. В бензиновом двигателе с непосредственным впрыском сопло форсунки выступает в камеру сгорания. Топливо распыляется под очень высоким давлением непосредственно в камеру сгорания.

1. Такт впуска

Такт впуска.

Коленчатый вал двигателя продолжает вращаться по инерции от предыдущего рабочего такта. Такт впуска всегда считается первым в последовательности.

Во время такта впуска поршень движется вниз, создавая над собой вакуум. Распределительный вал открывает впускной клапан (клапаны), всасывая воздух из впускного коллектора. Впускной клапан начинает открываться в конце такта выпуска предыдущего цикла.

Когда поршень движется вниз, воздух заполняет цилиндр. Вскоре после того, как поршень достигает нижнего положения, впускной клапан закрывается. Выпускной клапан закрыт во время такта впуска.

2. Такт сжатия

Такт сжатия.

Во время такта сжатия впускной и выпускной клапаны закрыты. Когда поршень движется вверх, он сжимает воздух, попавший в цилиндр.

Инжектор прямого действия впрыскивает бензин под очень высоким давлением в цилиндр во время такта сжатия, когда поршень находится ближе к верху. Непосредственно перед тем, как поршень достигает верхнего положения, искра между электродами свечи зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь.

Самое верхнее положение поршня называется Верхняя мертвая точка или ВМТ. Сгорание происходит в камере сгорания, которая представляет собой пространство между верхней частью поршня и головкой блока цилиндров.

3. Рабочий ход

Рабочий ход.

В рабочем такте давление горячих газов, создаваемое при сгорании, толкает поршень вниз с большой силой. Рабочий ход обеспечивает энергию для поворота колес автомобиля.

После рабочего такта коленчатый вал продолжает вращаться за счет инерции тяжелых компонентов, прикрепленных к коленчатому валу. В автомобилях с механической коробкой передач это маховик. В автомобилях с автоматической коробкой передач это гидротрансформатор.

Во время рабочего такта впускной и выпускной клапаны все еще закрыты. Когда поршень приближается к нижнему положению рабочего такта, выпускной клапан начинает открываться, позволяя горячим выхлопным газам вырываться наружу. В некоторой литературе рабочий ход называется «такт расширения» или «такт сгорания».

4. Такт выпуска

Такт выпуска.

Во время такта выпуска выпускной клапан открыт, а впускной клапан закрыт. Поршень движется вверх, выталкивая оставшиеся выхлопные газы из цилиндра в выпускной коллектор.

Такт выпуска является последним тактом цикла. Когда поршень приближается к верхнему положению (ВМТ), впускной клапан начинает открываться для такта впуска следующего цикла сгорания. Выпускной клапан закрывается сразу после достижения поршнем ВМТ.

Как работает четырехтактный дизельный двигатель:

Анимация четырехтактного дизельного двигателя.

Дизельный четырехтактный двигатель работает так же, но в дизельном двигателе нет свечи зажигания. Дизельное топливо воспламеняется из-за высокой температуры сжатого воздуха.

По этой причине дизельный двигатель имеет более высокую степень сжатия, достигаемую за счет уменьшения размера камеры сгорания. Форсунка дизельного топлива впрыскивает топливо под очень высоким давлением в конце такта сжатия.

Когда двигатель холодный, электрическая свеча накаливания нагревается, помогая воспламенить дизельное топливо. В дизельном двигателе поршень и другие компоненты сделаны более мощными, чтобы выдерживать более высокую степень сжатия.

Читать дальше:
Помехоустойчивость по сравнению с ядром без помех
Как часто нужно менять масло в автомобиле?
Как часто автомобиль нуждается в тюнинге?
Когда требуется замена прокладки клапанной крышки?
Когда требуется замена цепи ГРМ?
Когда необходимо заменить ремень ГРМ
Как сэкономить на ремонте автомобиля: советы механику

Двухтактные и четырехтактные двигатели: как они работают, плюсы и минусы

Недавно несколько моих приятелей по бездорожью перешли с двухтактных на четырехтактные внедорожные мотоциклы, в то время как другие пошли другим путем. Почему?

Мои друзья, которые сделали переход, говорят о различиях в тяге, торможении двигателем, подаче мощности, звуке и общем ощущении. Итак, давайте подробнее рассмотрим, чтобы ответить на некоторые основные вопросы, например, в чем разница между четырехтактным и двухтактным двигателем? Как работают четырехтактные и двухтактные двигатели? Каковы плюсы и минусы каждого? И какой из них лучше для вас?

Четырехтактный против двухтактного: как они работают

В наши дни немногие уличные мотоциклы имеют двухтактные двигатели, так что это в основном вопрос для гонщиков по бездорожью. Чтобы не усложнять задачу в этой статье, мы будем придерживаться современных одноцилиндровых двигателей для внедорожных мотоциклов в двухтактном и четырехтактном форматах. Давайте посмотрим на сходства и различия.

И двухтактные, и четырехтактные двигатели представляют собой двигатели внутреннего сгорания, которые используют энергию, создаваемую при сгорании смеси воздуха и топлива, для толкания поршня вниз. Шатун и коленчатый вал преобразуют движение поршня вверх-вниз во вращательное движение, которое направляется к заднему колесу мотоцикла, толкая его вперед.

Пример очень популярного четырехтактного двигателя. Вы можете видеть, где в головке блока цилиндров находятся двойные верхние кулачки. фото КТМ.

Когда мы говорим «ход», мы имеем в виду движение поршня вверх или вниз внутри цилиндра. В четырехтактном двигателе первый такт — впуск, второй — сжатие, третий — сгорание, четвертый — выпуск. Учителя средней школы, пытающиеся удержать внимание подростков с гормональной зависимостью, иногда используют более запоминающиеся термины: «сосать, сжимать, хлопать, дуть», чтобы описать четыре удара. Вот что происходит при каждом ударе.

Впуск : Впускной клапан (клапаны) в головке открывается, когда поршень движется вниз, всасывая топливный заряд. Двигатель вдыхает здесь.

Сжатие : Впускной и выпускной клапаны закрыты, поршень движется вверх, сжимая топливно-воздушную смесь.

Сгорание : Впускной и выпускной клапаны остаются закрытыми, пока ваша система зажигания зажигает свечу зажигания, воспламеняя топливно-воздушную смесь и заставляя поршень опускаться, передавая мощность на заднее колесо.

Выхлоп : Выпускной клапан (клапаны) открывается, когда поршень снова движется вверх, выталкивая сгоревшую топливно-воздушную смесь через выхлопную систему. Потом сериал начинается заново.

Обратите внимание, что все это происходит над верхней частью поршня. Вот почему головки цилиндров четырехтактных двигателей намного больше головок цилиндров двухтактных двигателей. Головка должна содержать распределительные валы, клапаны, впускной и выпускной тракты, а также свечу зажигания. Ниже всего этого коленчатый вал находится в масляной ванне внутри картера. Когда кривошип вращается, он подает масло на стенки цилиндров, кривошип и шатунные подшипники, чтобы все было достаточно смазано. Большинство мотоциклов также имеют масляные системы под давлением, которые впрыскивают масло туда, где оно необходимо для смазки и охлаждения.

Пример очень популярного двухтактного двигателя. Обратите внимание на простую конструкцию головки блока цилиндров. фото КТМ.

В двухтактном двигателе выполняются те же этапы всасывания-хлюпания-выброса, но они объединяют такты впуска и сжатия, а затем объединяют такты сгорания и выпуска, так что весь процесс завершается за два такта вместо четырех. Это означает, что двухтактный двигатель создает мощность каждый раз, когда поршень опускается вниз, тогда как четырехтактный двигатель создает мощность каждый раз, когда поршень опускается вниз. Вот как.

Двухтактные двигатели используют картер как часть впускного тракта, используя объем над и под поршнем. В этом случае коленчатый вал не может находиться в масляной ванне, как четырехтактный двигатель. Вместо этого в двухтактных двигателях масло смешивается с топливом, и это остаточное масло смазывает стенки цилиндров, кривошип и шатунные подшипники.

Двухтактные двигатели легко отличить по их толстой выхлопной трубе. Форма и размер расширительной камеры имеют решающее значение для того, чтобы двигатель не только удалял сгоревшее топливо (и масло), но также создавал вакуум, помогающий втягивать свежую топливно-воздушную смесь через перепускное отверстие. К сожалению, эти прекрасные произведения искусства из металла относительно легко повредить. Ревзилла фото.

Кроме того, головка блока цилиндров на двухтактном двигателе представляет собой просто колпачок на верхней части цилиндра, используемый для удерживания свечи зажигания. В головке блока цилиндров нет ни клапанов, ни отверстий. Вместо этого в цилиндре есть отверстия, называемые портами, которые направляют поток всасываемого заряда и закрываются и открываются по мере того, как поршень поднимается и опускается в цилиндре. воздушной смеси и выхлопа, поршень в двухтактном двигателе действует как вертикально скользящая дверь, открывающая и закрывающая порты. Магия двухтактного двигателя заключается в том, как он использует движение поршня, а также пространство над и под поршнем для выполнения последовательности всасывания-хлюпания-удара. Вот как.

Впуск и сжатие : Когда поршень движется вверх, под поршнем создается вакуум, и топливно-воздушная смесь всасывается в картер. Такт сжатия также происходит одновременно над поршнем, когда он движется вверх. Во впускном тракте между картером и источником топлива в двухтактном двигателе есть язычковый клапан. Это вакуумный односторонний клапан, позволяющий двухтактно всасывать топливо и воздух через них, когда поршень движется вверх, но закрываться, когда поршень движется вниз, предотвращая движение топливно-воздушной смеси назад, в сторону от камера сгорания.

Система сгорания и выхлоп : Свеча зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь и толкает поршень вниз, создавая мощность, в то время как топливно-воздушная смесь под поршнем проталкивается через перепускное отверстие снизу в верхнюю часть двигателя. . Когда поршень движется вниз к нижней части такта сгорания, поршень открывает выпускное отверстие в стенке цилиндра. Все это идеально расположено, чтобы позволить давлению под поршнем внутри картера выталкивать сгоревшие выхлопные газы, одновременно заменяя их свежей, несгоревшей топливно-воздушной смесью через перепускные отверстия.

Вы, вероятно, думаете: «Хорошо, что угодно, ботаник! Оба двигателя крутят колесо, так что, черт возьми, такого особенного в том, чтобы один работал над другим?»

Плюсы и минусы четырехтактных и двухтактных двигателей

У обоих типов двигателей есть свои плюсы и минусы, и они обеспечивают разные ощущения от вождения, поэтому некоторые из моих приятелей перешли на них.

Honda не производила двухтактные модели с 2007 года, но их линейка четырехтактных двигателей впечатляет. фото Хонды.

Плюсы четырехтактных двигателей : Четырехтактные двигатели развивают мощность только в четверть времени по сравнению с половиной времени, как двухтактные, но более длинный рабочий ход обеспечивает гораздо больший крутящий момент, поэтому четырехтактные двигатели обеспечивают лучшую мощность при более низких оборотах и т. д. линейная и предсказуемая тяга во всем диапазоне оборотов. Для завершения четырех фаз четырехтактным двигателям требуется более тяжелый маховик, чтобы придать кривошипу инерцию, необходимую для его вращения между тактами сгорания. Комбинация менее частых импульсов мощности на заднее колесо и более тяжелого маховика дает четырехтактным двигателям лучшее сцепление с дорогой в определенных условиях бездорожья. Кроме того, четырехтактные двигатели обычно предлагают гораздо больше торможения двигателем, что предпочитают многие гонщики. В частности, в четырехтактных двигателях масло не смешивается с бензином, поэтому выбросы выхлопных газов у них чище.

Четырехтактные минусы : Исторически сложилось так, что четырехтактные двигатели были тяжелее двухтактных просто потому, что для их работы требовалось больше деталей, хотя разница исчезает по мере того, как четырехтактные двигатели становятся легче. Более тяжелые маховики могут привести к изменению управляемости велосипеда и сделать его более устойчивым к изменению направления. Четырехтактные двигатели также сложнее обслуживать, поскольку они более сложные. В моей книге это промывка, потому что, хотя двухтактные двигатели намного проще восстановить, они чаще нуждаются в обслуживании.

Я лично предпочитаю ощущение двухтактного двигателя. Для меня мотоцикл кажется очень легким и недостаточно нагруженным. Фото Сперджена Данбара.

Плюсы двухтактных двигателей : Как упоминалось ранее, двухтактные двигатели исторически легче и проще. Меньше изнашиваемых движущихся частей, а первоклассный ремонт можно выполнить утром перед дневной поездкой. Двухтактные двигатели, как правило, имеют умопомрачительную мощность при увеличении оборотов. Современные двухтактные двигатели более управляемы и лучше работают на низких оборотах благодаря улучшениям в силовых клапанах, которые по сути представляют собой небольшие клапаны, которые могут открывать или закрывать размер выпускного отверстия в зависимости от скорости двигателя.

Двухтактные минусы : Предварительное смешивание масла и газа — это небольшая проблема, которая начинает утомлять вас из-за беспорядка, который она влечет за собой. Этот мошенник скоро станет историей из-за популярности велосипедов TPI (инжекционный порт передачи). По общему признанию, возить с собой масло на длинных эндуро, чтобы отмерять и добавлять его в топливный бак на заправочных станциях, немного неудобно. Это строго основано на одном случае, когда моя бутылка с маслом пролилась на мои закуски в моем пакете для гидратации.

Если вы ездите на двухтактном автомобиле с карбюратором, вы будете предварительно смешивать масло с бензином, чтобы обеспечить достаточную смазку внутренних частей двигателя. В современных мотоциклах TPI масло для двухтактных двигателей добавляется в собственный резервуар, поэтому вы можете заправить свой топливный бак чистым бензином. Ревзилла фото.

Поскольку для продолжения работы двухтактных двигателей требуется скудная смазка, их поршни, кольца, цилиндры и кривошипы изнашиваются быстрее, поэтому вам следует планировать замену деталей чаще на двухтактных, чем на четырехтактных. Двухтактные двигатели также имеют очень уникальную конструкцию выхлопа с большими тонкостенными трубами, которые довольно легко вдавливаются и повреждаются препятствиями на бездорожье. Наконец, два удара грязные. Их выхлоп дымный и содержит изрядное количество несгоревшего газа, что довольно вредно для окружающей среды.

Что хорошего в двух и четырех

В любом случае ваш двигатель срабатывает тысячи раз в минуту, когда вы едете, сочетая идеальное время зажигания, подачу топлива и продувку, чтобы обеспечить невероятную выходную мощность при небольшом и легком корпусе. Они вырабатывают собственное электричество для подзарядки батарей и/или питания своих катушек зажигания. Они включают водяные насосы, обеспечивая оптимальную рабочую температуру с помощью термостатов. Я баловался с двигателями внутреннего сгорания лет с пяти. Сейчас мне 41 год, и я до сих пор восхищаюсь тем, как они работают.

KTM 300 XC-W TPI 2021 года, или Cross Country, с широким передаточным числом и впрыском в порт передачи, является популярной двухтактной машиной как для воинов выходного дня, так и для профессиональных гонщиков. фото КТМ.

Как насчет звука? Если вы зашли так далеко, вы знаете, что четырехтактные двигатели идут брааап , а двухтактные — звон-а-динь-динь . Мне лично нравится звук двухтактных двигателей. От звука и запаха волосы у меня на шее встают дыбом, а глаза слезятся. Для меня чувство привыкания вызывает не больше, чем когда двухтактный двигатель «на трубе».

Четырехтактные тоже звучат великолепно, за исключением случаев, когда это двойной гонщик, привязывающий ограничитель позади меня в заячьей схватке, что обычно заставляет меня немного помочиться, потому что это очень страшно.

KTM 350 EXC-F 2021 года или Enduro (уличный) Cross Country — Four — одна из самых легких и мощных четырехтактных двухспортивных машин на рынке. фото КТМ.

В любом случае, двухтактные или четырехтактные мотоциклы потрясающие. Катайтесь на том, что вам больше подходит, или просто катайтесь на том, до чего сможете дотянуться, и получайте удовольствие.

Галерея изображений

Как работают четырехтактные генераторы

Если вам интересно, что такое четырехтактный двигатель, то вы попали по адресу. Woodstock Power содержит всю необходимую основную информацию о генераторах. Важно быть информированным, чтобы вы могли принять правильное решение для вашего приложения. Мы расскажем, как работают двухтактные и четырехтактные двигатели, основные различия между ними, плюсы и минусы каждого из них. Если вам нужна помощь в определении того, какой генератор вам подходит, свяжитесь с нами и мы будем рады помочь! Теперь, вот краткий блог о том, что такое 4-тактный двигатель.

Принцип работы двухтактных двигателей

Во-первых, что такое двухтактный двигатель? Что такое 4-тактный двигатель? Что ж, двухтактные (или двухтактные) двигатели не имеют ни клапанов, ни специальной системы смазки. Итак, 2-тактные двигатели намного проще своих 4-тактных собратьев. Они обычно используются в ручном оборудовании для газонов и требуют масла, смешанного с топливом.

Вот как они работают:

Сжатие топлива и воздуха в главном цилиндре (такт сжатия).
Свеча зажигания срабатывает, вызывая взрыв, который толкает поршень вниз (рабочий ход).
Когда поршень приближается к концу своего хода, выпускное отверстие открывается.
Давление в цилиндре вытесняет большую часть выхлопных газов из цилиндра через выпускное отверстие.
Когда поршень достигает дна, впускное отверстие открывается, и в главный цилиндр втягивается больше топлива и воздуха, чтобы начать процесс заново.

Плюсы

Без клапанов, более простая конструкция
Срабатывает один раз за оборот, поэтому его выходная мощность выше, чем у 4-тактного двигателя
Легче, что удешевляет производство
Возможность увеличения мощности в два раза по сравнению с 4-тактным двигателем того же размера
Меньше обслуживания

Минусы

Меньший срок службы, чем у 4-тактного двигателя, из-за отсутствия специальной системы смазки
Смешивание топлива и масла для смазки двигателя может дорого обойтись
Неэкономичные двигатели
Производить больше загрязнения

Несмотря на то, что сегодня это редкость в генераторных установках, вы все же можете встретить превосходные двухтактные двигатели, такие как популярный Detroit Diesel , модель 71 и 92 .

Принцип работы четырехтактных двигателей

Во-вторых, что такое четырехтактный двигатель? Четырехтактный двигатель имеет цикл, состоящий из 4 тактов/циклов. В этих 4-х тактах поршень совершает два оборота в двигателе, поэтому свеча зажигания срабатывает каждый второй оборот. В двигателе этого типа существует два отдельных клапана: один для впуска и один для выпуска, в отличие от двухтактного двигателя.

Эти двигатели приводят в действие газонокосилки, автомобили и генераторы. Они должны оставаться в вертикальном положении, чтобы работать, и они намного сложнее, чем двухтактные двигатели. Масло не смешивается с топливом, а хранится в картере. Отдельная система смазки разбрызгиванием находится рядом с точкой выпуска масла. Таким образом, износ происходит гораздо медленнее, чем у 2-тактных двигателей.

Вот как они работают:

Поршень движется вверх и сжимает топливно-воздушную смесь в камере (такт сжатия).
Топливо воспламеняется от свечи зажигания и толкает поршень вниз, создавая необходимый импульс для поддержания вращения коленчатого вала (рабочий ход).
Поршень движется обратно вверх и выталкивает использованные/сгоревшие газы из выпускного клапана (такт выпуска).
Поршень возвращается вниз и всасывает свежий воздух и топливо, готовясь двигаться обратно вверх и сжимать воздух (ход впуска).

Плюсы

4-тактные двигатели имеют больший крутящий момент, тише и надежнее
Более длительный срок службы по сравнению с двухтактным двигателем
Нет необходимости смешивать масло и топливо
Работает чище, меньше загрязняется
Гораздо более экономичный

Минусы

Более сложная конструкция и, следовательно, труднее ремонтировать/устранять неполадки
Мощность вдвое меньше, чем у двухтактного двигателя того же размера
Дороже двухтактного двигателя
Больше деталей, дороже производство, дороже ремонт
Гораздо тяжелее

Почти все современные генераторы имеют четырехтактный двигатель.

Хотите получить дополнительную информацию о том, что такое четырехтактный двигатель?

Здесь, по адресу Woodstock Power, мы здесь, чтобы помочь. Так что, если вы больше любите визуализировать и хотите получить больше информации о том, что такое 4-тактный двигатель, посмотрите это полезное видео . Вы также можете найти дополнительную информацию здесь . Наконец, найдите минутку, чтобы просмотреть наши онлайн-инвентарь , чтобы увидеть лишь некоторые из генераторов, которые мы можем предложить.

Итак, если вам интересно, какой тип генератора подойдет вам лучше всего, свяжитесь с нами по номеру . Один из наших дружелюбных и способных сотрудников будет рад помочь вам. Мы надеемся, что этот блог был полезным!

Поделиться с

Четырехтактный бензиновый двигатель — цикл Отто

Цикл Отто — двигатель Отто

В 1876 году немецкий инженер Николаус Август Отто, продвинулся в изучении тепловых двигателей, построив первый работающий четырехтактный двигатель. Стационарный двигатель, использующий в качестве топлива угольную газовоздушную смесь. Вильгельм Майбах (1846-1929), один из самых важных немецких инженеров, усовершенствовал конструкцию, которая производилась в больших количествах уже в конце 1876 года. Эти изобретения быстро изменили мир, в котором они жили.

Цикл двигателя Отто называется циклом Отто. Это один из наиболее распространенных термодинамических циклов , встречающихся в автомобильных двигателях, а описывает работу типичного поршневого двигателя с искровым зажиганием. В отличие от цикла Карно цикл Отто не выполняет изотермические процессы, потому что они должны выполняться очень медленно. В идеальном цикле Отто система, выполняющая цикл, претерпевает серию из четырех внутренне обратимых процессов: два изоэнтропических (обратимых адиабатических) процесса чередуются с двумя изохорными процессами.

Поскольку принцип Карно гласит, что ни один двигатель не может быть более эффективным, чем реверсивный двигатель ( тепловой двигатель Карно ), работающий между одними и теми же высокотемпературными и низкотемпературными резервуарами, двигатель Отто должен иметь более низкий КПД, чем КПД двигателя Карно . Типичный бензиновый автомобильный двигатель работает с тепловым КПД примерно от 25% до 30% . Около 70—75% отбрасывается в виде сбросного тепла, не превращаясь в полезную работу, т. е. работу, переданную колесам.

Четырехтактный двигатель — двигатель Отто
Источник: wikipedia.org, собственная разработка Zephyris, CC BY-SA 3.0

Цикл Отто — четырехтактный двигатель

Цикл Отто представляет собой набор двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием тактный или четырехтактный циклы). Николаус Август Отто первым разработал так называемый четырехтактный двигатель. Под ходом понимается полный ход поршня вместе с цилиндром в любом направлении. Следовательно, каждый из них не соответствует одному термодинамическому процессу, приведенному в главе 9.0019 Цикл Отто – Процессы.

Четырехтактный двигатель состоит из:

такта впуска – Поршень движется от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ), и цикл проходит 0 → 1. В этом такте впускной клапан открыт, в то время как поршень втягивает воздушно-топливную смесь в цилиндр, создавая разрежение в цилиндре посредством своего движения вниз.
такт сжатия – Поршень движется от нижней мертвой точки (НМТ) к верхней мертвой точке (ВМТ), и цикл проходит точки 1 → 2 . В этом такте впускной и выпускной клапаны закрыты. Поэтому топливно-воздушная смесь сжимается. В конце этого такта топливно-воздушная смесь воспламеняется от искры, что вызывает дальнейшее повышение давления и температуры в камере. В конце этого такта коленчатый вал совершил полный оборот на 360 градусов.
рабочий ход – Поршень движется от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ), и цикл проходит точки 2 → 3 → 4. В этом такте впускной и выпускной клапаны закрыты. В начале рабочего такта искра воспламеняет топливно-воздушную смесь в камере сгорания, что вызывает очень быстрое сгорание топлива. В этом такте поршень движется к коленчатому валу, объем увеличивается, а давление падает, поскольку газ совершает работу над поршнем.
такта выпуска. Поршень движется от нижней мертвой точки (НМТ) к верхней мертвой точке (ВМТ), и цикл проходит 4 → 1 → 0. В этом такте выпускной клапан открыт, в то время как поршень вытягивает выхлопные газы из камеры. В конце этого такта коленчатый вал совершил второй полный оборот на 360 градусов.

Сравнение фактического и идеального циклов Отто

В этом разделе показан идеальный цикл Отто , в котором имеется множество допущений , отличающихся от фактического цикла Отто . Основные различия между реальным и идеальным двигателем Отто показаны на рисунке. В действительности идеального цикла не бывает, и с каждым процессом связано много потерь. Для реального цикла форма pV-диаграммы аналогична идеальной, но площадь (работа), охватываемая pV-диаграммой, всегда меньше идеального значения. Идеальный цикл Отто основан на следующих предположениях:

Замкнутый цикл. Самое большое различие между двумя диаграммами заключается в упрощении тактов впуска и выпуска в идеальном цикле. В такте выпуска тепло Q _out выбрасывается в окружающую среду. В реальном двигателе газ покидает двигатель и заменяется новой смесью воздуха и топлива.
Мгновенный подвод тепла (изохорический подвод тепла). В реальных двигателях подвод тепла происходит не мгновенно. Следовательно, пиковое давление находится не в ВМТ, а сразу после ВМТ.
Отсутствие теплопередачи (адиабатическое)
- Сжатие – Газ (топливно-воздушная смесь) адиабатически сжимается из состояния 1 в состояние 2. В реальных двигателях всегда есть некоторые неэффективности, которые снижают тепловую эффективность.
- Расширение. Газ (топливно-воздушная смесь) адиабатически расширяется из состояния 3 в состояние 4.
Полное сгорание топливно-воздушной смеси.
Без насосных работ . Насосная работа – это разница между работой, совершаемой во время такта выпуска и такта впуска. В реальных циклах существует разница давлений между давлением на выходе и на входе.
Без потерь при продувке . Раннее открытие выпускных клапанов приводит к потере продувки. Это приводит к потере производительности во время такта расширения.
Без картерных газов . Потеря картерных газов вызвана утечкой сжатых газов через поршневые кольца и другие щели.
Без потерь на трение .

Эти упрощающие допущения и потери приводят к тому, что площадь (работа) pV-диаграммы реального двигателя значительно меньше, чем площадь (работа) pV-диаграммы идеального цикла. Другими словами, идеальный цикл двигателя будет переоценивать сеть, и, если двигатели работают с одинаковой скоростью, фактический двигатель производит большую мощность примерно на 20%.

Степень сжатия — двигатель Отто

Степень сжатия , CR определяется как отношение объема в нижней мертвой точке к объему в верхней мертвой точке. Это ключевая характеристика многих двигателей внутреннего сгорания. В следующем разделе будет показано, что степень сжатия определяет тепловой КПД используемого термодинамического цикла двигателя внутреннего сгорания. Желательно иметь высокую степень сжатия, потому что это позволяет двигателю достигать более высокой тепловой эффективности.

Например, пусть цикл Отто со степенью сжатия CR = 10 : 1. Объем камеры составляет 500 см³ = 500×10 ^-6 м ³ (0,5 л) перед тактом сжатия. For this engine a ll required volumes are known:

V ₁ = V ₄ = V _max = 500×10 ^-6 m ³ (0.5l)
V ₂ = В ₃ = В _мин. = В _макс. / CR = 55,56 × 10 ^-6 м ³

Обратите внимание, что (V _макс. – V _мин. ) x количество цилиндров = общий объем двигателя.

Примеры степеней сжатия – бензин по сравнению с дизельным двигателем

Степень сжатия в бензиновом двигателе обычно не намного выше 10:1 из-за потенциальной детонации двигателя (самовоспламенения) и не ниже 6: 1 .
Турбированный Subaru Impreza WRX имеет степень сжатия 8.0:1 . Как правило, двигатели с турбонаддувом или наддувом уже имеют сжатый воздух на впуске воздуха. Поэтому они обычно строятся с более низкой степенью сжатия.
Стандартный двигатель Honda S2000 (F22C1) имеет степень сжатия 11,1:1 .
Некоторые атмосферные двигатели спортивных автомобилей могут иметь передаточное число 12,5 : 1 (например, Ferrari 458 Italia).
В 2012 году Mazda выпустила новые бензиновые двигатели под торговой маркой SkyActiv с соотношением сторон 14:1 9.0020 степень сжатия. Остаточный газ снижается за счет использования выхлопных систем двигателя 4-2-1, внедрения поршневой полости и оптимизации впрыска топлива для снижения риска детонации двигателя.
Дизельные двигатели имеют степень сжатия, которая обычно превышает 14:1, а также распространены степени выше 22:1.

Тепловой КПД для цикла Отто

Тепловой КПД цикла Отто по стандарту воздуха является функцией степени сжатия и κ = c _р /с _в .

Тепловой КПД для цикла Отто – κ = 1,4

Это очень полезный вывод, поскольку желательно достичь высокой степени сжатия для извлечения большего количества механической энергии из данной массы воздушно-топливной смеси. Более высокая степень сжатия позволяет достичь той же температуры сгорания с меньшим количеством топлива, обеспечивая при этом более длительный цикл расширения. Это создает большую выходную механическую мощность и снижает температуру выхлопа . Снижение температуры выхлопных газов приводит к снижению энергии, выбрасываемой в атмосферу. Это соотношение показано на рисунке для κ = 1,4, представляющего окружающий воздух.

КПД двигателей на транспорте

В середине двадцатого века типичный паровоз имел тепловой КПД около 6% . Это означает, что на каждые 100 МДж сожженного угля производилось 6 МДж механической энергии.
Типичный бензиновый автомобильный двигатель работает с тепловым КПД примерно от 25% до 30% . Около 70—75% отбрасывается в виде сбросного тепла, не превращаясь в полезную работу, т. е. работу, переданную колесам.
Типичный автомобильный дизельный двигатель работает при от 30% до 35% . В общем, двигатели, использующие дизельный цикл, обычно более эффективны.
В 2014 году были введены новые правила для автомобилей Формулы 1 . Эти правила автоспорта подтолкнули команды к разработке высокоэффективных силовых агрегатов. По данным Mercedes, их силовой агрегат в настоящее время достигает более чем на 45% и близкого к 50% термического КПД, т. е. 45 – 50% потенциальной энергии топлива доставляется на колеса.
Дизельный двигатель имеет самый высокий тепловой КПД среди всех существующих двигателей внутреннего сгорания. Тихоходные дизельные двигатели (используемые на судах) могут иметь тепловой КПД, превышающий 50% . Самый большой дизельный двигатель в мире достигает 51,7%.

Самовоспламенение – предел степени сжатия

В обычных бензиновых двигателях степень сжатия имеет свои пределы. Степень сжатия в бензиновом двигателе обычно будет ненамного выше 10:1 из-за потенциальной детонации двигателя ( самовоспламенение ) и не ниже 6:1 . При более высоких степенях сжатия бензиновые двигатели будут подвержены детонации, вызванной самовоспламенение несгоревшей смеси при использовании топлива с более низким октановым числом. Несгоревшая смесь может самовозгораться, детонируя только от давления и тепла, а не от воспламенения свечи зажигания в нужный момент. Детонацию двигателя можно уменьшить за счет использования высокооктанового топлива , повышающего устойчивость бензина к самовоспламенению . Чем выше октановое число, тем большее сжатие может выдержать топливо перед детонацией (воспламенением). Поскольку температура, достигаемая топливно-воздушной смесью во время сжатия, увеличивается с увеличением степени сжатия, вероятность самовоспламенения увеличивается с увеличением степени сжатия. Самовоспламенение может снизить эффективность или повредить двигатель, если нет датчиков детонации для изменения момента зажигания.

Более высокая степень сжатия может быть достигнута в дизельных двигателях (также называемых двигателями с воспламенением от сжатия ), поскольку они не сжимают топливо, а сжимают только воздух, а затем впрыскивают топливо в воздух, нагретый за счет сжатия. Степень сжатия в диапазоне от 12 до 20 типична для дизельных двигателей. Большее расширение в дизельных двигателях означает, что они выделяют меньше тепла в своих более холодных выхлопных газах. Более высокая степень сжатия (большее расширение) и более высокая пиковая температура приводят к тому, что дизельные двигатели достигают более высокого теплового КПД.

Среднее эффективное давление — MEP

MEP — полезная мера способности двигателя выполнять работу независимо от рабочего объема двигателя.

Параметр, используемый инженерами для описания работы поршневых двигателей с возвратно-поступательным движением, известен как среднее эффективное давление или MEP . MEP — полезная мера способности двигателя выполнять работу независимо от объема двигателя. Существует несколько типов МЭП. Эти MEP определяются методом измерения и расчета местоположения (например, BMEP или IMEP).

Обычно среднее эффективное давление является теоретическим постоянным давлением. Если бы он действовал на поршень во время рабочего такта, он бы создал такую же сеть, развитую за один полный цикл. MEP может быть определен как:

Например, нетто указывает среднее эффективное давление , известное как IMEP _n , равно среднему эффективному давлению, рассчитанному на основе давления в цилиндре (это измерение должно быть). на протяжении всего цикла двигателя. Обратите внимание, что это 720° для четырехтактного двигателя и 360° для двухтактного двигателя.

Некоторые примеры:

МРД атмосферного бензинового двигателя может составлять от 8 до 11 бар в области максимального крутящего момента.
MEP бензинового двигателя с турбонаддувом может составлять от 12 до 17 бар.
МЭП атмосферного дизеля может составлять от 7 до 9 бар.
MEP дизельного двигателя с турбонаддувом может составлять от 14 до 18 бар

Например, четырехтактный бензиновый двигатель, производящий 200 Н·м при рабочем объеме 2 л, имеет MEP, равный (4π)(200 Н·м) /(0,002 м³) = 1256000 Па = 12 бар. Как видно, MEP полезен характеристики двигателя . Для двух двигателей одинакового рабочего объема тот, у которого МЭП на выше , будет производить на большую чистую работу и, если двигатели работают с одинаковой скоростью, на большую мощность .

Цикл Отто – Задача с решением

Предположим, цикл Отто , который является одним из наиболее распространенных термодинамических циклов , которые можно найти в автомобильных двигателях . Одним из ключевых параметров таких двигателей является изменение объемов между верхней мертвой точкой (ВМТ) и нижней мертвой точкой (НМТ). Соотношение этих объемов ( V ₁ / V ₂ ) известен как степень сжатия .

Степень сжатия в бензиновом двигателе обычно не превышает 10:1 из-за потенциальной детонации двигателя (самовоспламенения) и не ниже 6:1. Например, некоторые двигатели спортивных автомобилей могут иметь степень сжатия до 12,5 : 1 (например, Ferrari 458 Italia). pV-диаграмма цикла Отто. Площадь, ограниченная полной траекторией цикла, представляет собой общую работу, выполненную за один цикл.

В этом примере допустим цикл Отто со степенью сжатия из CR = 9 : 1 . Всасываемый воздух имеет давление 100 кПа = 1 бар, 20 °C, а объем камеры перед тактом сжатия составляет 500 см³. Температура в конце адиабатического расширения равна Т ₄ = 800 К.

Удельная теплоемкость при постоянном давлении воздуха и комнатной температуре при атмосферном давлении: c _p = 1,01 кДж/кгК.
Удельная теплоемкость при постоянном объеме воздуха при атмосферном давлении и комнатной температуре: c _v = 0,718 кДж/кгК.
κ = c _p /c _v = 1. 4

Calculate:

the mass of intake air
the temperature T ₃
Давление P ₃
Сумма тепла, добавленного путем сжигания смеси топливного воздуха
Термическая эффективность этого цикла

. 1) масса всасываемого воздуха
В начале расчетов необходимо определить количество газа в цилиндре перед тактом сжатия. Используя закон идеального газа, мы можем найти массу:
PV = MR _{Специфический} T
, где:
P — абсолютное давление
M 44 — это Absolute The Gas
M 44444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444. абсолютная температура
V объем
R _{удельная} удельная газовая постоянная, равная универсальной газовой постоянной, деленной на молярную массу газа или смеси (M). Для сухого воздуха R _{удельное} = 287,1 Дж.кг ^-1 .К ^-1 .
Следовательно,
M = P ₁ V ₁ /R _{Специфический} T ₁ = (100000 × 500 × 10 ^-6) /(287.1 × 293) = ^-6) /(287.1 × 293) = ^{-6 9078) /(287,1 × 293) /^{-6 9078) /(287,1 × 293) /^{-6 9078) /(287,1 × 293).}}} ^-4 kg
In this problem all volumes are known:
V ₁ = V ₄ = V _max = 500×10 ^-6 m ³ (0.5l)
V ₂ = V ₃ = V _min = V _max / CR = 55. 56 ×10 ^-6 m ³
Note that (V _макс – V _мин ) x количество цилиндров = общий объем двигателя.
2) температура T ₃
Поскольку процесс адиабатический, мы можем использовать следующее соотношение p, V, T для адиабатических процессов:
таким образом
Т ₃ = Т ₄ . CR ^{κ – 1} = 800 . 9 ^0,4 = 1926 K
3) давление p ₃

Опять же, мы можем использовать закон идеального газа, чтобы найти давление в начале рабочего хода: p ₃ = mR _{специфичный} T ₃ / V ₃ = 5,95×10 ^-4 x 287,1 x 1926 / 55,56 × 100738 = 5920000 Па = 59,2 бар

4) количество подведенного тепла

термодинамика для изохорного процесса, которая утверждает Q _{добавить} = ∆U, поэтому:

Q _{добавить} = mc _v (T ₃ – T ₂ ) такт сжатия можно определить по соотношению p, V, T для адиабатических процессов между точками 1 → 2.

Т ₂ = Т ₁ . CR ^{κ – 1} = 293 . 9 ^0.4 = 706 K

then

Q _add = mc _v (T ₃ – T ₂ ) = 5.95×10 ^-4 x 718 x 1220 = 521,2 Дж

5) тепловой КПД

Термический КПД для цикла Отто:

Как было получено в предыдущем разделе, тепловой КПД цикла Отто является функцией степени сжатия и κ :

6) среднее эффективное давление

MEP определяется как:

В этом уравнении рабочий объем равен V _{max _{– V 90 Сеть для одного цикла может быть рассчитана с использованием добавления тепла и тепловой эффективности:}}

W _NET = Q _ADD 3. _Otto = 521.2 x 0.5847 = 304.7 J
MEP = 304.7 / ( 500×10 ^-6 – 55.56 ×10 ^-6 ) = 685.6 kPa = 6,856 бар

Ссылки:

Ядерная и реакторная физика:

Дж. Р. Ламарш, Введение в теорию ядерных реакторов, Addison MA, Wess, 1-е изд.
Дж. Р. Ламарш, А. Дж. Баратта, Введение в ядерную технику, 3-е изд., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
WM Стейси, Физика ядерных реакторов, John Wiley & Sons, 2001, ISBN: 0-471-39127-1.
Гласстоун, Сезонске. Разработка ядерных реакторов: разработка реакторных систем, Springer; 4-е издание, 1994 г., ISBN: 978-0412985317
WSC. Уильямс. Ядерная физика и физика элементарных частиц. Кларендон Пресс; 1 издание, 1991 г., ISBN: 978-0198520467
Кеннет С.

Posted inДвигатель