Принцип работы ДВС. Рабочие циклы двигателя

На автомобилях устанавливают двигатели внутреннего сгорания (ДВС), у которых топливо сгорает внутри цилиндра. В основу их действия положено свойство газов расширяться при нагревании.

Рассмотрим принцип устройства и работы двигателя внутреннего сгорания, а также его рабочие циклы.

Рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя

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

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

Принцип работы ДВС (для просмотра нажмите на кнопку иллюстрации)
Крайние положения поршня, при которых он наиболее удален от оси коленчатого вала или приближен к ней, называются верхней и нижней «мертвыми» точками (ВМТ и НМТ). Подробнее в статье как устроен двигатель внутреннего сгорания.

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

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

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

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

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

Рабочий цикл четырехтактного дизеля

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

Впуск. При движении поршня от ВМТ к НМТ вследствие образующегося разряжения из воздушного фильтра в цилиндр через открытый впускной клапан поступает атмосферный воздух. Давление воздуха в цилиндре составляет 0.08 — 0.095 МПа, а температура 40 — 60°С.

Сжатие. Поршень движется от НМТ к ВМТ, впускной и выпускной клапаны закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень сжимает поступивший воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива. При ходе поршня к ВМТ цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо, подаваемое топливным насосом.

Расширение или рабочий ход. Впрыснутое в конце такта сжатия топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, воспламеняется, и начинается процесс сгорания, характеризующийся быстрым повышением температуры и давления. При этом максимальное давление газов достигает 6 — 9 МПа, а температура 1800 — 2000°С. Под действием давления газов поршень перемещается от ВМТ в НМТ — происходит рабочий ход. Около НМТ давление снижается до 0.3 — 0.5 МПа, а температура до 700 — 900^оС.

Выпуск. Поршень перемещается от НМТ в ВМТ и через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. Давление газов снижается до 0.11 — 0.12 МПа, а температура до 500-700^оС. После окончания такта выпуска при дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цикл повторяется в той же последовательности.

Более подробно про работу дизеля в статье Дизельные двигатели. Устройство и принцип работы.

Принцип работы многоцилиндровых двигателей

На автомобилях устанавливают многоцилиндровые двигатели. Чтобы многоцилиндровый двигатель работал равномерно, такты расширения должны следовать через равные углы поворота коленчатого вала (т. е. через равные промежутки времени).

Последовательность чередования одноименных тактов в цилиндрах называют порядком работы двигателя. Порядок работы большинства четырехцилиндровых двигателей 1-3-4-2 или 1-2-4-3. Это означает, что после рабочего хода в первом цилиндре следующий рабочий ход происходит в третьем, затем в четвертом и, наконец, во втором цилиндре. Определенная последовательность соблюдается и в других многоцилиндровых двигателях.

Многоцилиндровые двигатели бывают рядными и V-образными. В рядных двигателях цилиндры расположены вертикально, а в V-образных — под углом. Последние характеризуются меньшей габаритной длиной по сравнению с первыми. Современные восьмицилиндровые двигатели выполняют двухрядными с V-образным расположением цилиндров.

Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания с принудительной продувкой

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателям внутреннего сгорания (ДВС), и может быть использовано в конструкциях четырехтактных ДВС. Технический результат заключается в возможности повышения мощности, эксплуатационной надежности и КПД, а также уменьшения вредного влияния на окружающую среду. Согласно изобретению четырехтактный ДВС включает в себя картер, цилиндр с кольцеобразной полостью, коленчатый вал с двумя эксцентриками, поршни, шатуны, головку цилиндра и газораспределительный механизм. На картере установлен цилиндр с кольцеобразной полостью и лепестковым клапаном во впускном канале. Коленчатый вал связан основным шатуном с рабочим поршнем, а на эксцентриках коленчатого вала установлены дополнительные шатуны, связанные с кольцеобразным продувочным поршнем. Впускной канал головки цилиндра соединен посредством соединительного канала с объемом, образованным кольцеобразной полостью цилиндра и кольцеобразным продувочным поршнем. 9 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателям внутреннего сгорания (ДВС), и может быть использовано в конструкциях четырехтактных ДВС.

Известна конструкция четырехтактного двигателя, содержащая ротативную систему принудительной подачи воздуха в цилиндры двигателя [1].

Недостатком такого ДВС является громоздкость, сложность, высокая точность изготовления, соответственно высокая стоимость, повышенный удельный расход топлива и повышенные требования к настройке системы.

Известна конструкция ДВС, содержащая для принудительной подачи воздуха поршневой нагнетатель [2].

Недостатком известной конструкции является ее громоздкость, сложность, невысокая надежность в эксплуатации, пониженный коэффициент полезного действия (КПД), повышенная материалоемкость.

Задачей заявляемого технического решения является повышение мощности за счет принудительно-управляемой организации газообменных процессов ДВС, уменьшение вредного влияния на окружающую среду за счет уменьшения токсичности отработавших газов, повышение эксплуатационной надежности из-за работы узлов и деталей в условиях улучшенной смазки трущихся поверхностей и повышение КПД в результате оптимизации конструктивных особенностей узлов и деталей ДВС.

Согласно заявленному изобретению четырехтактный двигатель внутреннего сгорания содержит картер, цилиндр с кольцеобразной полостью, коленчатый вал с двумя эксцентриками, поршни, шатуны, головку цилиндра и газораспределительный механизм. На картере, снабженном маслом, установлен цилиндр с кольцеобразной полостью и лепестковым клапаном во впускном канале. Коленчатый вал связан основным шатуном с рабочим поршнем, а на эксцентриках коленчатого вала установлены дополнительные шатуны, связанные с кольцеобразным продувочным поршнем. Впускной канал головки цилиндра соединен посредством соединительного канала с объемом, образованным кольцеобразной полостью цилиндра и кольцеобразным продувочным поршнем. Указанный объем меняется от нуля до max, определяемого конструктивными параметрами, и удовлетворяет неравенству V(o-max) при max>0,5Vдв., при этом соединительный канал имеет следующие параметры Vск.>0,5…10Vдв.-Vг., где V(o-max) — меняющийся объем между кольцеобразными полостью цилиндра и продувочным поршнем, Vдв. — объем ДВС, Vск. — объем соединительного канала цилиндра, Vг. — объем впускного канала головки.

Указанная цель достигается тем, что в четырехтактном ДВС применен цилиндр с лепестковым клапаном во впускном канале, с кольцеобразной полостью и расположенным в ней кольцеобразным продувочным поршнем, установленным посредством двух шатунов на эксцентриках коленчатого вала. Эксцентрики расположены относительно пальца нижней головки шатуна на 180°, а постоянно меняющийся объем полости, расположенной между кольцеобразным продувочным поршнем и кольцеобразной полостью цилиндра, через обратный клапан соединен соединительным каналом с впускным каналом головки цилиндра, а кривошипная камера снабжена маслом, которое коленчатым валом разбрасывается по стенкам цилиндров. Таким образом, заявляемый четырехтактный ДВС соответствует критерию «новизна».

Сравнение заявляемого технического решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «существенные отличия».

Изобретение поясняется чертежами, на которых представлена конструкция четырехтактного ДВС.

На фиг.1 представлен общий вид четырехтактного ДВС в разрезе.

На фиг.2 — сечение А-А фиг.1 — «сжатие».

На фиг.3 — сечение А-А фиг. 1 — «рабочий ход».

На фиг.4 — сечение А-А фиг.1 — «выпуск».

На фиг.5 — сечение А-А фиг.1 — «впуск».

На фиг.6 — вид Б фиг.2 — «пластинчатый клапан».

На фиг.7 — вид Б фиг.2 — «корпусное кольцо».

На фиг.8 — сечение Г-Г фиг.2.

На фиг.9 — сечение В-В фиг.2.

Четырехтактный ДВС содержит картер 1, состоящий из двух половин, коленчатый вал 2, масло 3, залитое в картер 1, цилиндр 4, установленный на картере 1, рабочий поршень 5, смонтированный посредством поршневого пальца 6 на шатуне 7 коленчатого вала 2, дополнительный кольцеобразный продувочный поршень 12, расположенный в кольцеобразной полости 13 цилиндра 4 и связанный через пальцы 14 и дополнительные шатуны 15 с эксцентриками 16 коленчатого вала 2. На цилиндре 4 смонтирована головка 8 со свечой зажигания 31, форсункой 24, узлами и деталями газораспределительного механизма (ГРМ) 9. Цилиндр 4 снабжен впускным каналом 20, в котором установлен лепестковый клапан 18 и соединительным каналом 22, соединяющим объем 17 кольцеобразной полости 13 через отверстия 29 корпусного кольца 10 кольцеобразного пластинчатого клапана 11 с впускным каналом 23 головки 8.

Четырехтактный ДВС работает следующим образом. Исходные условия — впускной 25 и выпускной 27 клапаны головки цилиндра 8 закрыты. Рабочий поршень 5 находится в нижней мертвой точке (НМТ). Рабочий объем 33 цилиндра 4 заполнен свежей топливовоздушной смесью. Кольцеобразный продувочный поршень 12 находится в верхней мертвой точке (ВМТ). Кольцеобразный пластинчатый клапан 11 перекрывает отверстия 29 корпусного кольца 10, а лепестки 19 лепесткового клапана 18 перекрывают впускной канал 20 цилиндра 4.

Начинается процесс сжатия. Рабочий поршень 5 начинает движение к ВМТ, сжимая топливовоздушную смесь в рабочем объеме 33 цилиндра 4. Одновременно начинает движение к НМТ кольцеобразный продувочный поршень 12. В результате этого движения появляется и начинает увеличиваться объем 17 кольцеобразной полости 13 цилиндра 4. В результате появления и увеличения объема 17 в нем появляется разряжение, которое одновременно плотнее прижимает клапан 11 к корпусному кольцу 10 и открывает лепестки 19 клапана 18, в результате чего в объем 17 начинает поступать чистый воздух. При достижении ВМТ рабочий поршень 5 заканчивает сжатие топливовоздушной смеси и происходит ее воспламенение, а при достижении НМТ кольцеобразным продувочным поршнем 12 объем 17 кольцеобразной полости цилиндра 4 заполняется чистым воздухом, в результате чего разряжение исчезает, а лепестки 19 клапана 18 под действием упругих сил материала перекрывают впускной канал 20 цилиндра 4.

Рабочий ход. При воспламенении топливовоздушной смеси рабочий поршень 5 начинает движение к НМТ, а кольцеобразный продувочный поршень 12 начинает двигаться к ВМТ, в результате этого движения объем 17 начинает уменьшаться. В результате уменьшения в нем начинает расти давление воздуха, а так как впускной канал 20 перекрыт лепестковым клапаном 18, то возросшее давление воздуха приподнимает клапан 11, открывая отверстия 29 корпусного кольца 10, и чистый воздух из уменьшающегося объема 17 поступает в соединительный канал 22. Профилированная поверхность 21 цилиндра 4 ограничивает высоту открытия клапана 11, предохраняя его от разрушения. При достижении рабочим поршнем 5 НМТ кольцеобразный продувочный поршень 12 придет в ВМТ, приведя, таким образом, объем 17 к нулю, то есть вытеснив весь объем воздуха в соединительный канал 22 цилиндра 4 и во впускной канал 23 головки 8 цилиндра 4. В данный момент давление воздуха на клапан 11 не действует и он под действием упругих сил материала перекрывает отверстие 29 опорного кольца 10.

Выпуск. Рабочий поршень 5 в результате действия инерционных сил из НМТ начинает движение к ВМТ, а кольцеобразный продувочный поршень 12 из ВМТ движется к НМТ. В результате работы ГРМ 9 кулачок 28 поворачивается, преодолевая усилие клапанной пружины 32, перемещая выпускной клапан 27, открывает выпускной канал 30 головки 8 и отработавшие газы, вытесняемые рабочим поршнем 5, покидают рабочий объем 33 цилиндра 4. При движении кольцеобразного продувочного поршня 12 к НМТ появляется увеличивающийся от нуля до max объем 17 кольцеобразной полости 13 цилиндра 4. Так как клапан 11 закрыт, возникает разряжение, которое открывает лепестки 19 клапана 18, и в результате чего чистый воздух через канал 20 заполняет объем 17, который становится max при нахождении кольцеобразного продувочного поршня 12 в НМТ. Поскольку разряжение исчезло, то лепестки 19 клапана 18 под действием упругих сил материала закрывают впускной канал 20 цилиндра 4.

Впуск. При окончании выпуска рабочий поршень 5 находится в ВМТ, кольцеобразный продувочный — в НМТ. В результате работы ГРМ 9 выпускной клапан 27 закрывает выпускной канал 30 головки 8. Одновременно ГРМ 9 через кулачок 26 открывает впускной клапан 25. В это время находившийся под избыточным давлением во впускном канале 23 головки 8 и соединительном канале 22 цилиндра 4 воздух начинает поступать в рабочий объем 33 цилиндра 4. Рабочий поршень 5 начинает движение к НМТ. Кольцеобразный продувочный поршень 12 движется к ВМТ. Впускной канал 20 цилиндра 4 закрыт. Объем 17 уменьшается, давление в котором возрастает и воздух приподнимает клапан 11. В результате открываются окна 29, через которые весь воздух объема 17 вытесняется в соединительный канал 22, далее во впускной канал 23 головки 8 и в рабочий объем 33 цилиндра 4. Во время наполнения цилиндра 4 воздухом через форсунку 24 происходит впрыск топлива, которое образует топливовоздушную смесь. При достижении рабочим поршнем 5 НМТ ГРМ 9 закрывает клапаном 25 впускной канал 23. Таким образом, в рабочем объеме 33 цилиндра 4 топливовоздушная смесь находится под избыточным давлением перед процессом сжатия.

При дальнейшем движении рабочего поршня 5 к ВМТ, а кольцеобразного продувочного поршня 12 — к НМТ начинается процесс сжатия, и цикл повторяется.

Применение в конструкции четырехтактного ДВС канала, соединяющего впускной канал головки цилиндра через клапан одностороннего действия с меняющимся объемом, образованным кольцеобразной полостью цилиндра и кольцеобразным продувочным поршнем, позволит значительно увеличить мощность ДВС за счет улучшения процесса очистки цилиндра и за счет наполнения цилиндра избыточным давлением топливовоздушной смеси. В результате возможности работы ДВС на обедненных смесях значительно снизится токсичность выхлопа. В результате упрощения конструкции двигателя, в сравнении с прототипом, применения известных проверенных и отработанных решений существенно повысится эксплуатационная надежность и возрастет КПД.

Источники информации

1. Ю. Мацкерле «Современный экономичный автомобиль» Москва, «Машиностроение», 1987 г., стр.174.

2. В.В. Бекман «Гоночные мотоциклы» Ленинград, «Машиностроение», Ленинградское отделение, 1983 г, стр.212.

Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий картер с маслом и установленным на нем цилиндром с кольцеобразной полостью и лепестковым клапаном во впускном канале, коленчатый вал с двумя эксцентриками с установленными на них дополнительными шатунами с кольцеобразным продувочным поршнем, рабочий поршень с основным шатуном, головку цилиндра, газораспределительный механизм, отличающийся тем, что впускной канал головки цилиндра соединен с меняющимся от нуля до max, определяемого конструктивными параметрами, объемом, образованным кольцеобразной полостью цилиндра и кольцеобразным продувочным поршнем и удовлетворяющим неравенству V(0-max) при max>0,5V_дв, соединительным каналом с параметрами V_ск>(0,5÷10)V_дв-V_г, где V(0-max) — меняющийся объем между кольцеобразными полостью цилиндра и продувочным поршнем, V_дв — объем ДВС, V_cк — объем соединительного канала цилиндра, V_г — объем впускного канала головки.

Как Николаус Август Отто создал 4-тактный двигатель внутреннего сгорания

Во время своих путешествий Отто познакомился с первым двигателем внутреннего сгорания, построенным Ленуаром, и то, что Отто разработал, по-прежнему остается актуальным в современных двигателях внутреннего сгорания.

Опубликовано 5 ноября 2020 г., Жан-Франсуа Тиссо

Как мы уже говорили ранее, Этьен Ленуар внес огромный вклад в разработку двигателя внутреннего сгорания , и его работа напрямую повлияет на одного Николауса Августа Отто, молодого немецкого продавца. Во время своих путешествий Отто познакомился с первым двигателем внутреннего сгорания, построенным Ленуаром, и разработка Отто по-прежнему актуальна для современных двигателей внутреннего сгорания.  

Отто и его брат построили копию газового двигателя Ленуара и в январе 1861 года подали заявку на патент двигателя на жидком топливе в министерство торговли Пруссии. Но это было отклонено. Ленуар в то время уже предлагал идею карбюратора для жидкого топлива.  

Говорят, что Отто уже знал об интересе к предварительному сжатию топливно-воздушной смеси перед воспламенением. Взял ли он этот пункт из термодинамики или же он общался с самим Ленуаром, которого в этот момент консультировал Бо де Роша? Или он уже знал о Рейтманне? Как бы то ни было, Отто начал испытания своего первого четырехтактного двигателя, основанного на двигателе Ленуара, в начале 1860-х годов. Через несколько минут работы двигатель сломался вместе с Отто и его братом.

Отто искал инвесторов для финансирования своих исследований и нашел Евгения Лангена, чей отец был промышленником.

Ланген был молодым немецким предпринимателем, инженером и изобретателем. Его собственные научные знания позволили ему признать большие способности Отто, и он решил объединить усилия с ним для создания первого завода по производству двигателей в континентальной Европе, N. A. Otto & Cie. Помимо своего участия в разработке двигателя внутреннего сгорания, Ланген разработал метод для производил кубики сахара на предприятии своего отца (1857 г.)0 с.

Вместе Отто и Ланген построили свой первый атмосферный двигатель в 1864 году, который был очень похож на тот, который был построен и запатентован Эудженио Барсанти и Феличе Маттеуччи несколькими годами ранее. На Всемирной выставке в Париже в 1867 году двигатель Отто и Лангена получил преимущество перед другими газовыми двигателями. Измерив расход газа, жюри присудило Гран-при немецкому двигателю, так как для него требовалось вдвое меньше газа, чем для других двигателей.

N. A. Otto & Cie в конце концов обанкротилась, но Ланген собрал достаточно капитала, чтобы воссоздать новую компанию в Дойце, недалеко от Кельна, по производству газовых двигателей. Эта компания, Gasmotorenfabrik Deutz, позже стала промышленной группой Klöckner-Humboldt-Deutz (KHD) и, наконец, Deutz AG. Ойген Ланген также нанял двух инженеров, чьи имена до сих пор можно встретить в автомобилях, Готлиба Даймлера и Вильгельма Майбаха, чтобы они позаботились о производстве и дали Отто достаточно времени, чтобы осуществить свою первоначальную мечту о создании надежного 4-тактного двигателя. Отметим, что, помимо Лангена, Отто, Даймлера и Майбаха, на Deutz впоследствии работали и некоторые другие очень известные люди, в том числе Проспер Л’Оранж (с 1904 до октября 1908 г.), Этторе Бугатти (в 1907 г.) и Роберт Бош.

Разработка цикла Отто

В 1876 году Отто разработал четырехтактный цикл на газообразном топливе со сжатым зарядом, который впоследствии стал известен как цикл Отто. Этот принцип до сих пор используется в большинстве автомобильных двигателей. Он основал двигатель на этом цикле после 14 лет усилий: это система, характеризующаяся четырьмя ходами поршня (впуск, сжатие, расширение-сила и выпуск) при двух оборотах двигателя.

Во Франции Этьен Ленуар также работал над 4-тактной версией газового двигателя во время выхода на пенсию, которую он запатентовал в начале 1880-х годов. Этот двигатель производился компаниями Mignon & Rouart и Compagnie Parisienne du Gaz с 1894 года. Ленуар признал работу Отто, но ему уже ранее посоветовал двигаться в этом направлении его партнер Бо де Роша (который никогда не строил никаких двигателей сам).

Переход от внутреннего сгорания без предварительного сжатия к 4-тактному циклу с предварительным сжатием позволил увеличить КПД с чуть менее 5% до 15% между 1880 и 189 годами.0 с.

Однако не все было гладко, и через некоторое время между Даймлером и Отто возникли серьезные личные разногласия. После нескольких патентных баталий Daimler и Maybach приступили к разработке двигателей для автомобилей на основе 4-тактного двигателя Отто, увеличив при этом рабочую скорость до 650 об/мин, что позволило добиться идеальной удельной мощности для таких применений. Несколько автомобилей были построены в 1880-х и 90-х годах.

В конце 1890-х годов дуэт разработал автомобиль для австрийского бизнесмена Эмиля Еллинека, кузов которого представлял собой значительный отход от прежнего принципа перевозки, а двигатель мощностью 35 л.0 км/ч. Автомобиль был назван в честь дочери Еллинека по имени Мерседес. Но это уже другая история…

Цикл Отто

Часто в литературе четырехтактный цикл с искровым зажиганием, который до сих пор широко используется в большинстве автомобилей, называют «циклом Отто», главным образом благодаря тому факту, что Н. А. Отто считается первым, кто сделал возможным такой режим работы двигателя. . Во Франции этот цикл называют «циклом Бо де Роша», но его также можно назвать «циклом Райтмана». Как бы ни назывался самый популярный цикл, все трое изобретателей — вселенские гении.

От пара к внутреннему сгоранию и дальше

Мы видели, как происходил реальный переход от паровых двигателей к двигателям внутреннего сгорания, хотя пар также будет использоваться в течение следующих 100 лет, как на железной дороге, так и на больших кораблях.

Но внутреннее сгорание, искровое зажигание и предварительное сжатие были основными направлениями этих первых разработок, которые позволили двигателям достичь КПД 15% по сравнению с менее чем 5% для паровых двигателей 19-го века.

Куда мы идем дальше; что ограничивает коэффициент предварительного сжатия от достижения еще большей эффективности и как мы можем избавиться от таких ограничений? На этот вопрос будет дан ответ в нашей следующей статье, где мы рассмотрим Diesel.

Изображение предоставлено: Rudiecast/Shutterstock

Что такое четыре удара?

Опубликовано 19 января 2022 г. by Blair Lampe Know How

С момента изобретения автомобиля большинство автомобилей полагаются на четырехтактный бензиновый двигатель под капотом. Это гениальное изобретение, также называемое двигателем внутреннего сгорания, использует природные силы и энергию для преобразования отдельных элементов, таких как топливо, воздух, искра и давление, в мощное движение, способное в конечном итоге привести в движение весь автомобиль. Внутренняя работа — это блестяще поставленный танец, в котором каждая часть играет неотъемлемую роль в самой системе, а также управляется ею. Полное объяснение больше, чем может быть описано здесь, но полезно понять основы.

Настройка

Два вала синхронизированы и работают синхронно: коленчатый вал внизу и меньший распределительный вал вверху. Оба вращаются в фиксированных точках на любом конце вала, но в каждом используется смещенная конструкция кулачков или противовесов, которые переводят фиксированное вращательное движение вала в линейное движение вверх и вниз компонентов, соединенных перпендикулярно. Коленчатый вал перемещает тяжелые поршни прямо вверх и вниз, в то время как распределительный вал управляет двумя клапанами (иногда больше) на поршень, открытыми и закрытыми. Четырехтактный двигатель относится к каждому отдельному ходу, совершаемому одним поршнем. Хотя может показаться, что у поршня всего два движения — вверх и вниз, — гораздо больше происходит с положением клапанов и в самом процессе в целом.

1. Впуск

Поршень начинается в «верхней мертвой точке» с небольшим пространством между ним и двумя клапанами. Это пространство называется камерой. При первом такте впускной клапан открывается, когда поршень движется вниз, всасывая воздух и топливо в расширительную камеру через открытый клапан. Всасываемая топливно-воздушная смесь уже оптимизирована двигателем, чтобы производить как можно меньше отходов, а в дальнейшем обеспечивать максимальную выходную мощность.

2. Сжатие

Когда смещенный коленчатый вал вращается, поршень отталкивается назад к клапанам, которые теперь закрыты, создавая при этом давление и тепло. Деваться некуда, воздух и топливо сжимаются. Это увеличивает их реактивность и способность воспламеняться, подготавливая их к следующему шагу.

3. Сгорание

Как только поршень возвращается в верхнее положение, синхронизированная искра воспламеняет летучую смесь, и контролируемый взрыв с большой силой отправляет поршень обратно вниз. На этом этапе оба клапана остаются закрытыми, а содержимое камеры подвергается химической реакции, которая делает его инертным и превращает в выхлопные газы. На этом этапе двигатель получает свою мощность. Взрыв толкает поршень вниз с такой силой, что коленчатый вал проворачивается и снова «подпрыгивает». В автомобильных двигателях несколько поршней в ряд настроены на воспламенение в разное время, поэтому мини-взрывы создают ощущение баланса, которое вращает коленчатый вал без особого толчка.

4. Выхлоп

В этот момент открывается выпускной клапан и поршень направляется вверх, выталкивая все «использованные» газы в выхлопную систему без создания давления. После этого поршень возвращается в верхнюю мертвую точку, выпускной клапан закрывается, впускной открывается, и процесс начинается снова. Поскольку процедура обеспечивает прямую связь между тем, что происходит в двигателе, и тем, что выходит из выхлопной трубы, можно диагностировать некоторые проблемы с двигателем по цвету дыма.

Понимание работы вашего автомобиля может сделать сигнальную лампу или поездку к механику менее напряженными.

Ознакомьтесь со всеми деталями двигателя, доступными в NAPA Online, или доверьтесь одному из наших 17 000 пунктов обслуживания NAPA AutoCare для планового технического обслуживания и ремонта.