Четырехтактный двигатель

Цилиндр двигателя закрыт крышкой, в которой располагаются клапаны для впуска свежего заряда и клапаны выпуска газов. Клапаны удерживаются в закрытом состоянии пружинами и давлением в цилиндре при процессах сжатия, сгорания и расширения. Открытие клапанов в нужные моменты производится газораспределительным механизмом.

Газораспределительный механизм состоит из рычагов, штанг и толкателей, на которые воздействуют кулачки распределительного вала.

Распределительный вал приводится в движение от коленчатого вала двигателя и имеет вдвое меньшую частоту вращения, чем коленчатый вал, вследствие чего каждый клапан открывается один раз за два оборота коленчатого вала. Взаимосвязь газораспределительного механизма с коленчатым валом находится в определенной механической зависимости. Эта зависимость устанавливается заводом-изготовителем двигателя и изображается диаграммой фаз (углов) газораспределения.

Диаграмма фаз газораспределения — паспортная характеристика определенного типа двигателя. Она на графике указывает фазы (углы) положений колена коленчатого вала, при которых происходят изменения термодинамического процесса в наиболее экономичном режиме в цилиндре двигателя. Диаграмма фаз газораспределения является руководящим документом проверки и регулировки поршневого двигателя внутреннего сгорания как при сборке в процессе изготовления, так и при ремонте двигателя.

Изменение давления рабочего тела в цилиндре двигателя за рабочий цикл, который фиксируется специальным прибором — индикатором — на диаграммной бумаге в координатах давления Р и рабочего объема КЛ, называется индикаторной диаграммой.

Рассмотрим термодинамический процесс рабочего цикла в четырехтактном двигателе (рис. 6.5).

Фаза ф;_2 — это угол, описываемый коленом коленчатого вала, при котором клапан впуска открыт. На индикаторной диаграмме

Рис. 6.5. Схема работы четырехтактного двигателя и индикаторные диаграммы: 1 — начало открытия впускного клапана; 2 — закрытие впускного клапана; 3 — начало подачи топлива; 4 — начало открытия выпускного клапана; 5 — закрытие выпускного клапана; а-г — такты рабочего цикла; Р0 — атмосферное давление; I — точка максимального давления газов в цилиндре этот процесс изображен линией 1-2 — процесс всасывания свежего заряда. образовавшихся газов, вследствие чего колено коленчатого вала успевает пройти ВМТ, и сила, равная произведению давления газов на площадь поршня, раскручивает коленчатый вал. Этот процесс расширения газов называют рабочим ходом поршня, и он заканчивается при положении колена коленчатого вала в точке 4.

Фаза ц>4_5 — это угол, описываемый коленом коленчатого вала, при котором открыт клапан выпуска. На индикаторной диаграмме этот процесс — выпуск отработавших газов — изображен линией 4-5. В позиции колена коленчатого вала 5 клапан выпуска закрывается, а клапан впуска открывается. Этим завершается рабочий цикл и начинается следующий.

Весь рабочий цикл совершился за четыре такта, поэтому такой двигатель называют четырехтактным.

Создание комбинированных двигателей явилось новым этапом в развитии ДВС. Цель создания комбинированных двигателей — получение более экономичного и мощного двигателя при малых его габаритах. Потребность в таких двигателях особенно велика на железнодорожном транспорте. Увеличение мощности двигателя при тех же габаритах осуществляется за счет компрессорного наддува. В комбинированном двигателе в качестве компрессорных машин используются почти все виды компрессоров, а в качестве расширительной машины применяется только газовая турбина.

Благодаря наддуву в цилиндры подается на каждый рабочий цикл больше воздуха, чем при всасывании, что дает возможность сжигать большее количество топлива. Это позволяет получать при одинаковых с обычным дизелем размерах цилиндров и той же частоте вращения вала большую мощность.

При сжатии в нагнетателе воздух нагревается, его удельный объем возрастает, что значительно уменьшает воздушный заряд в цилиндре; поэтому в дизелях со средним и высоким наддувом обязательно применяют охлаждение наддувочного воздуха перед поступлением его в цилиндры.

Охлаждение воздуха на каждые 10 °С дает увеличение мощности дизеля на 3.4% и снижение удельного расхода топлива примерно на 1,5.2,0 г/(кВт-ч). Экономичность комбинированного двигателя с наддувом повышается также вследствие увеличения механического КПД и дополнительного использования теплоты отработавших газов.

Индикаторная диаграмма комбинированного четырехтактного дизеля с газотурбинным наддувом представлена на рис. 6.6.

В двигателях с наддувом процесс зарядки цилиндра происходит иначе, чем у дизеля без наддува. Турбокомпрессор засасывает воздух при атмосферном давлении Р0 и сжимает его до давления Рк. Сжатый в компрессоре воздух проходит через охладитель и впускной коллектор. На пути от турбокомпрессора до цилиндра давление воздуха снижается от Рк до Ра, поэтому линия давления впуска расположена ниже линии Рк и выше линии Р0.

После заполнения цилиндра воздухом начинается процесс сжатия, который на индикаторной диаграмме изображен кривой 2- 3.

Рис. 6.6. Индикаторная диаграмма четырехтактного дизеля с газотурбинным наддувом:

Р0- атмосферное давление; Р„ — давление в период наполнения; Рг — давление в цилиндре в период выпуска; Рк — давление воздуха в наддувочном коллекторе; Кс — объем камеры сжатия; КЛ — рабочий объем; К„ — полный объем цилиндра; 1 — 5 — процесс продувки: 1 — открытие клапанов впуска; 2 — закрытие клапанов впуска; 3 — впрыск топлива в цилиндр; 4 — открытие клапанов выпуска; 5- закрытие клапанов выпуска; I — точка максимального давления газов в цилиндре

В конце сжатия в цилиндр впрыскивается через форсунку топливо, которое воспламеняется в точке 3. Процесс сгорания показан линией 3-1, а расширение газов происходит по кривой г- 4. В точке 4 открываются выпускные клапаны, и отработавшие газы выталкиваются в газовую турбину при давлении Рт. Газы проходят через направляющий аппарат на лопатки турбины, а затем выбрасываются в атмосферу. На диаграмме линия выпуска газа из цилиндра расположена выше атмосферной и ниже линии наполнения.

В четырехтактных двигателях энергии отработавших газов вполне достаточно, чтобы нагнетатель сжимал воздух до давления Рк, более высокого, чем Рт. В результате наддува площадь индикаторной диаграммы, а следовательно, и мощность двигателя значительно возрастают.

⇐ | Основные понятия и определения | | Устройство и ремонт тепловозов | | Двухтактный двигатель | ⇒

Четырехтактный двигатель

Двигатель внутреннего сгорания должен был стать альтернативой промышленной паровой машины, но изобретатели-энтузиасты сразу почувствовали его потенциал. Им удалось найти способ увеличить мощность двигателя, не увеличивая его массу. Ключевую роль в этом сыграл Николаус Отто, создавший первый в истории четырехтактный двигатель.

История разработки двигателя Отто

Мотор, разработанный изобретателем Альфонсом Бо де Роша и воплощенный в металле немцем Николаусом Отто в 1867 году, по тем временам был верхом совершенства. Он был дешев в эксплуатации, компактен и не требовал постоянного контроля. Двигатель работал по особому алгоритму, широко известному в наши дни как «цикл Отто». В 1875 году компания Отто производила боле 600 двигателей в год.

Именно Готлиб Даймлер и его товарищи-инженеры привлекли внимание Николауса Отто к преимуществам четырехтактного двигателя

В команде Отто работал талантливый инженер по имени Готлиб Даймлер, загоревшийся идеей постройки автомобиля. Николаус Отто не считал нужным улучшать имевшийся двигатель, и Даймлеру, понявшему, как можно использовать мотор в конструкции автомобиля, пришлось уйти. Вместе с единомышленником по имени Карл Бенц, в 1889 году Даймлеру удалось создать первый автомобиль с бензиновым четырехтактным двигателем внутреннего сгорания, работающим по циклу Отто.       

Что такое «такты» двигателя

Четырехтактный двигатель отличается от двухтактного тем, что газораспределение имеет отдельные фазы впуска и выпуска. Ими заведуют расположенные в головке блока цилиндров впускной и выпускной клапаны соответственно. Они открываются при помощи распредвала, приводимого в действие от коленчатого вала двигателя.

Первый такт называется «впуск». В этот момент поршень начинает двигаться вниз из верхней мертвой точки, создавая разряжение. В это же время открывается впускной клапан, и топливовоздушная смесь засасывается в цилиндр. Когда поршень доходит до нижней мертвой точки, клапан закрывается, и фаза впуска завершается.

Впрыск топлива одной порцией в строго определенный момент на современной стадии развития четырехтактных двигателей перестал быть догмой

Второй такт называется «сжатие». Поршень начинает движение вверх, оба клапана закрыты. В этот момент топливовоздушная смесь сжимается, при этом нагреваясь. Это необходимо для более полного и эффективного сгорания топлива.

Третий такт – «рабочий ход». Немного не доходя до верхней мертвой точки, при помощи искры от свечи зажигания (или за счет сжатия, если речь идет о дизельном двигателе) происходит воспламенение топливовоздушной смеси. В этот момент газы резко расширяются, толкая поршень вниз, тем самым совершая полезную работу.

Четвертый такт называется «выпуск». Когда поршень совершил рабочий ход и находится в нижней мертвой точке, и необходимо удалить отработавшие газы из цилиндра, открывается выпускной клапан. Через него поршнем, начинающим движение вверх, выталкиваются отработавшие газы.

Порядок работы дизельного двигателя отличается лишь тем, что на такте сжатия в цилиндр поступает только воздух, а топливо впрыскивается в камеру сгорания в конце такта сжатия при помощи форсунки.

Новые механизмы — старый принцип

С момента изобретения и до наших дней инженеры постоянно совершенствовали четырехтактный двигатель. Большинство нововведений приходились на долю газораспределительного механизма. Например, если раньше на цилиндр приходилось всего два клапана, то на современных моторах их число доходит до пяти. Кроме того, многие производители используют системы изменения фаз газораспределения. Самые известные — это VVT-i от Toyota и Valvetronic от BMW. Система изменяемых фаз позволяет менять время и высоту подъема клапанов в зависимости от режимов работы двигателя.

Спустя 150 лет принцип, названный циклом Отто, остается актуальным. Физики утверждают, что для дальнейшего прогресса необходим новый вид топлива

Изменилась и система питания. Практически на всех современных моторах карбюратор уступил место распределенному впрыску топлива. Зажиганием, дозировкой и подачей горючего теперь заведует электроника.

Для лучшего наполнения цилиндров все чаще применяется наддув поступающего воздуха. Увеличение плотности воздуха в цилиндре позволяет получить мощный мотор при сравнительно небольшом объеме двигателя и уменьшить расход топлива. Например, двигатель 1,4 TFSI от Volkswagen с двойным турбонаддувом «выдает» 185 л.с.

В последние два десятилетия небывалую популярность получили дизельные автомобили. Если раньше моторы на тяжелом топливе были прерогативой исключительно грузовиков и автобусов, то сейчас более 50% продающихся в Европе легковушек ездят на «солярке». Дизели экономичнее своих бензиновых собратьев и при равных объемах двигателя имеют гораздо больший крутящий момент и наделяют автомобиль приличной динамикой. На сегодняшний день практически все дизельные двигатели имеют турбонаддув.

 

Достоинства и недостатки четырехтактных двигателей

Самый главный плюс двигателей, работающих по циклу Отто – экономичность. Кроме того, четырехтактные двигатели относительно бесшумны, а использование каталитических нейтрализаторов делает их еще и наболее экологичными.

Неоспоримым преимуществом является надежность четырехтактных моторов. Ресурс легковых двигателей доходит до полумиллиона километров, и это еще не предел.

Недостатки современных моторов кроются в их сложном техническом устройстве. Они дороги в производстве, а в эксплуатации весьма требовательны к качеству топлива и масла. Ремонт своими силами в полевых условиях, без специального инструмента и навыков, практически невозможен.

Эксплуатация четырехтактных двигателей

В первую очередь следует тщательнее выбирать АЗС. Топливные системы, в особенности дизельных автомобилей, плохо «переваривают» некачественное топливо. Более того, всего одна заправка «левым» горючим может вывести из строя катализатор. А его замена может вылиться в «копеечку».

Развитие микропроцессорного управления процессами, происходящими в четырехтактном двигателе, привело к тому, что вмешательство человека не требуется годами

Большинство неисправностей современных двигателей не связаны непосредственно с механическими деталями. Неисправности, как правило, возникают в «слабых местах», в системе подачи воздуха или в электрооборудовании. По причине сложности и развития микропроцессорных систем управления, выявить поломку без подключения диагностического компьютера выяснить причину неисправности практически невозможно.

Двигатель — основная и самая дорогая часть автомобиля. Поэтому в случае поломки ремонт лучше доверить сервисному центру, избегая «гаражных» специалистов.

Как работают генераторы с 4-тактными двигателями

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.

Как работают двухтактные двигатели

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
• Срабатывание один раз за оборот, поэтому он имеет более высокую выходную мощность, чем 4-тактный двигатель
• 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 обойтись дорого
• 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 неисправности
• 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 больше узнать 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-инвентаризация , 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

Все, что вам нужно знать о четырехтактных двигателях (и о том, какой из них является нашим любимым типом)

За последние несколько десятилетий в автомобильных двигателях произошли огромные изменения: от использования двухтактного двигателя до перехода к более широкому использованию приняты четырехтактные двигатели.

Несмотря на то, что мощность двухтактных двигателей в два раза выше, чем у четырехтактных двигателей, с уверенностью можно утверждать, что четырехтактные двигатели более экономичны, поскольку в этих двигателях происходит полное сгорание. Это также удваивается тем, что они более экологичны, поскольку они уменьшают количество вредных газов, выбрасываемых в атмосферу.

Итак, как именно работают четырехтактные двигатели?

Как работают четырехтактные двигатели

Через: Matt Blume, Wikimedia Commons — https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/deed.en

Различные машины используют четырехтактные двигатели, от косилок до генераторов к мотоциклам и автомобилям. Эти двигатели используют четыре различных хода поршня для эффективной работы.

Когда двигатель работает, поршни проходят полный цикл, включающий четыре события. Когда эти события завершаются или, еще лучше, когда завершается полный цикл, он начинается снова с самого начала и проходит еще один полный цикл.

Четырехтактный двигатель выполняет эти задачи с высокой эффективностью; это помогает сократить выбросы несовместимого топлива. Событий, которым подвергается четырехтактный двигатель, всего четыре; эти события включают впуск, сжатие, мощность и выпуск.

СВЯЗАННЫЙ: Вот почему четырехтактные двигатели захватили мотокросс

Как именно работают эти поршни?

Через: Wapcaplet, Wikimedia Commons — https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0

Ход впуска: Открытие впускных клапанов и движение пистолета вниз создают всасывание. Это приводит к выбросу воздушно-топливной смеси в цилиндр. Как только воздушная смесь попадает в цилиндр, начинается такт.

Такт сжатия: В этой фазе закрыты как впускные, так и выпускные клапаны. Поршень возвращается назад, и это вызывает сжатие залитой воздушной смеси для более мощной комбинации.

Рабочий ход: На этом этапе электрическая искра воспламеняет смесь сжатого воздуха. Это сгорание снова толкает поршень к нижней части цилиндра. Затем шатун передает эту мощность, полученную от указанной фазы, на коленчатый вал. Этот ход передает мощность кривошипу.

Такт выпуска: поршень возвращается вверх, в результате чего смесь выталкивается обратно через открытые выпускные клапаны и выпускное отверстие.

Этот цикл снова начинается с такта впуска, поддерживая работу двигателя и производя мощность.

Только рабочий ход производит мощность для двигателя, поэтому для плавной подачи мощности различные поршни соединены таким образом, что в любой момент движения двигателя один из этих поршней будет находиться в рабочем такте; это дает большую мощность и меньшую вибрацию, чем то, что может сделать один цилиндр.

Поскольку все они соединены, распределительные валы поочередно толкают подпружиненные клапаны. Распределительный вал и ремень ГРМ соединяют их все с коленчатым валом, заставляя их вращаться одновременно.

Главной особенностью, которая отличает эти двигатели и приводит к их классификации по типам, является расположение их цилиндров. Конечно, двигатель, который будет работать эффективно, должен иметь более одного; эти цилиндры могут иметь различную форму по разным причинам. Хотя расположение этих цилиндров имеет свое конкретное назначение, каждое расположение имеет свои преимущества и недостатки.

СВЯЗАННЫЕ: Вот лучшие четырехцилиндровые двигатели, когда-либо созданные

Расположение цилиндров в четырехтактных двигателях

Через: Auotechlabs, YouTube

Различные способы расположения цилиндров придают двигателю различные формы. Исходя из этого, двигатели могут быть;

Прямолинейный двигатель

Прямолинейный двигатель также можно назвать двигателем с впуском. Это тот, в котором каждый цилиндр расположен в один ряд, так что они образуют выравнивание. Эти двигатели могут иметь четыре цилиндра или более. Когда число этих цилиндров четное, они хорошо уравновешивают силы внутри двигателя.

Преимущество прямого двигателя в том, что его легче построить, потому что он простой и плавный. Это также требует меньше головок цилиндров и меньше распределительных валов. Прямой двигатель может быть установлен под углом, и в этом случае он называется наклонным двигателем.

Основным недостатком прямолинейного двигателя является пространство; его расположение занимает больше места. В эпоху, когда так важно сохранять небольшие размеры автомобилей, использование шести- и восьмирядных двигателей сократилось. Однако рядные двигатели с четырьмя цилиндрами считаются достаточно маленькими и используются в ряде современных автомобилей.

V-образный двигатель

Он назван так потому, что расположение цилиндров в этом двигателе имеет форму буквы «V». Обычно он имеет два блока цилиндров с одинаковым количеством цилиндров с каждой стороны. Эти ряды размещены под углом, что придает ему V-образную форму, и соединены с одним и тем же коленчатым валом.

Угол, под которым расположены два ряда, зависит от разных производителей. Эта конфигурация довольно распространена в двигателях внутреннего сгорания из-за большого преимущества; это уменьшает длину двигателя.

Это расширяет возможности его использования в современных автомобилях, а также позволяет устанавливать большее количество цилиндров в более крупные автомобили. Двигатели V описываются с помощью V и #, где # представляет количество цилиндров, имеющихся в двигателе. Например, двигатель V12 имеет двенадцать цилиндров.

Плоский двигатель

Плоский двигатель — это двигатель, в котором поршни расположены горизонтально друг против друга; это обеспечивает лучшую балансировку двигателя этого типа по сравнению с прямыми двигателями, поскольку поршни движутся таким образом, что противодействующие силы уравновешиваются. Они также имеют меньшую длину по сравнению с рядными двигателями и низкий центр масс.

Распространенным типом оппозитного двигателя является оппозитный двигатель. Оппозитные двигатели устроены таким образом, что оба поршня движутся одинаково одновременно; внутрь, затем наружу.

Почему V-образный двигатель может быть лучшим двигателем

Через: Ian Abbott, Flickr — https://creativecommons.