Устройство и принцип работы четырёхтактного двигателя и двухтактного двигателя с

Устройство и принцип работы четырёхтактного двигателя и двухтактного двигателя

Рабочий цикл четырёхтактного двигателя состоит из четырёх основных этапов — тактов. 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. Пoршень снабжен металлическим стержнем — пальцем, соединение с шатуном. Шатун передаёт прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Порядок работы

Что такое двигатель tsi

Рабочий цикл четырёхтактного двигателя происходит за четыре такта, каждый из которых составляет один ход поршня между мертвыми точками, при этом двигатель проходит следующие фазы:

• Впуск
  . Длится от 0 до 180° поворота кривошипа. При впуске поршень движется вниз от верхней мертвой точки, открыт впускной клапан. В цилиндре образуется разрежение, за счёт которого в него засасывается свежий заряд. При наличии нагнетателя смесь нагнетается в цилиндр под давлением.
• Такт сжатия
  . 180—360° поворота кривошипа. Поршень движется к ВМТ, при этом заряд сжимается поршнем до давления степени сжатия. За счёт сжатия достигается бо́льшая удельная мощность, чем могла бы быть у двигателя, работающего при атмосферном давлении (такого как двигатель Ленуара), за счёт того, что в небольшом объёме заключен весь заряд рабочей смеси. Кроме того, повышение степени сжатия позволяет увеличить КПД двигателя. В двигателях Отто любой конструкции сжимается горючая смесь, в дизелях — чистый воздух.

В конце такта сжатия происходит зажигание заряда в двигателях Отто или начало впрыска топлива в двигателях Дизеля.

• Рабочий ход
  360—540° кривошипа — движение поршня в сторону нижней мёртвой точки под давлением горячих газов, передаваемого поршнем через шатун коленчатому валу. В двигателе Отто при этом происходит процесс изохорного расширения, в дизеле за счёт продолжающегося горения рабочей смеси подвод теплоты продолжается столько, сколько длится впрыск порции топлива. Поэтому сгорание в дизеле обеспечивает процесс, близкий к адиабатному, расширение происходит при одинаковом давлении.
• Выпуск
  . 540—720° поворота кривошипа — очистка цилиндра от отработавшей смеси. Выпускной клапан открыт, поршень движется в сторону верхней мёртвой точки, вытесняя выхлопные газы.

В реальных двигателях фазы газораспределения подбираются таким образом, чтобы учитывалась инерция газовых потоков и геометрия трактов впуска и выпуска. Как правило, начало впуска опережает ВМТ от 15 до 25°, конец впуска отстает примерно на столько же от НМТ, так как инерция потока газов обеспечивает лучшее заполнение цилиндра. Выхлопной клапан опережает НМТ рабочего хода на 40 — 60°, при этом давление сгоревших газов к НМТ падает и противодавление на поршень при выхлопе оказывается ниже, что повышает КПД. Закрытие выхлопного клапана также относится за ВМТ впуска для более полного удаления выхлопных газов.

Так как процесс горения и распространение фронта пламени в двигателях Отто требуют определенного времени, зависящего от режима работы двигателя, а максимальное давление из соображений геометрии кривошипно-шатунного механизма желательно иметь от 40 до 45° от ВМТ начала рабочего хода, зажигание осуществляется с опережением — от 2 — 8° на холостом ходу до 25 — 30° на режимах полной нагрузки.

Рабочий процесс дизельного двигателя отличается от описанного выше тем, что заряд в камере сгорания — чистый воздух, нагретый от сжатия до температуры воспламенения. За некоторое время до ВМТ, называемое временем инициации

, в камеру сгорания начинает впрыскиваться жидкое топливо, распыленное до капель, каждая из которых подвергается
инициации
, то есть нагревается, испаряясь с поверхности, при испарении вокруг каждой из капель образуется и воспламеняется в горячем воздухе горючая смесь. Время инициации для каждого дизеля стабильно, зависит от особенностей конструкции и изменяется только с его изнашиванием, поэтому, в отличие от момента зажигания, момент впрыска в дизеле задается раз и навсегда при его конструировании и изготовлении. Так как смесь во всем объёме камеры сгорания в дизеле не образуется, а факел распыла форсунки занимает небольшой объём камеры, количество воздуха на каждый объём впрыснутого топлива должно быть избыточным, в противном случае процесс горения протекает не до конца, а выхлопные газы содержат большое количество недогоревшего углерода в виде сажи. Само горение длится столько времени, сколько длится впрыскивание данной конкретной порции топлива — от нескольких градусов после ВМТ на холостом ходу до 45-50° на режимах полной мощности. В мощных дизелях цилиндр может снабжаться несколькими форсунками.

Сжатие — четырёхтактный двигатель

Пoршень четырёхтактного двигателя поднимается из НМТ в ВМТ, сжимая рабочую топливную смесь. Одновременно и значительно поднимается температура горючей смеси. Отношение рабочего объёма цилиндра в НМТ и объёма камеры сгорания в ВМТ называется степенью сжатия (не путать с компрессией). Степень сжатия — очень важный параметр, обычно, чем она больше, тем больше топливная экономичность двигателя. Но, для четырёхтактного двигателя с б́ольшей степенью сжатия требуется топливо с б́ольшим октановым числом, которое дороже.

Четырехтактные и двухтактные двигатели индикаторные диаграммы

Главное меню

Судовые двигатели

Рабочий цикл двухтактного двигателя осуществляется за два такта (за один оборот коленчатого вала). Процессы выпуска и наполнения ци­линдра воздухом происходят только на части хода поршня (130—150° пово­рота коленчатого вала), а потому они значительно отличаются от таких же процессов в четырехтактных двигателях.
Процессы очистки цилиндра (выпу­ска) и продувки (наполнения) весьма сложны и зависят и от типа двигателя, и от самого устройства органов продувки и выпуска. В судовых двухтактных дизелях нашли применение различные устройства органов продувки и вы­пуска, т. е. различные системы продувок.

На рис. 8 изображена схема устройства двухтактного дизеля тронкового типа с прямоточно-клапанной продувкой.

В нижней части боковой поверхности рабочего цилиндра расположены продувочные окна, а в крышке цилиндра — выпускные клапаны. Продувоч­ный воздух нагнетается в цилиндр продувочным насосом (в рассматриваемой схеме — продувочный насос роторного типа, или объемный насос). Он рас­положен сбоку и приводится в действие от распределительного вала. Вы­пускные клапаны приводятся в действие от распределительного вала, число оборотов которого равно числу оборотов коленчатого вала.

Индикаторная диаграмма данного двигателя показана на рис. 9.

Первый такт — сжатие воздуха в цилиндре начинается с момента пере­крытия поршнем продувочных окон (точка 7, рис. 8 и 9). Выпускные кла­паны закрыты. Давление воздуха в конце сжатия (точка 2) достигает 35— 50 кГ/см 2 и температура 700—750° С.

Второй такт включает горение топлива, расширение продуктов сго­рания, выпуск и продувку. Процесс подачи топлива в цилиндр и его сго­рание заканчиваются так же, как и в четырехтактном дизеле, и осуще­ствляются в период расширения (точка 3). Начало подачи топлива — точка 2′ (рис. 9), а точка 2 — конец сжатия.

При дальнейшем движении поршня от ВМТ к НМТ происходит расши­рение продуктов сгорания и в момент открытия выпускных клапанов (точка 4), которые открываются раньше открытия кромкой поршня продувоч­ных окон, начинается выпуск.

Открытие выпускных клапанов раньше открытия продувочных окон необходимо для снижения давления в цилиндре до давления продувочного воздуха к моменту открытия продувочных окон.

Следовательно, с момента начала открытия порш­нем продувочных окон (точка 5) до полного их открытия (точка 6) и вновь до момента закры­тия окон (точка 1, при обратном движении поршня от НМТ к ВМТ) происходит процесс продувки цилиндра.

Продувочный воздух, заполняя цилиндр, поднимается вверх, вытесняя отработавшие газы из цилиндра через клапаны в выпускной тракт.

Таким образом происходит одновременная очи­стка цилиндра от отработавших газов и на­полнение цилиндра свежим зарядом воз­духа.

Закрытие выпускных клапанов (конец вы­пуска) производится несколько позже закрытия поршнем продувочных окон (точка 6), что спо­собствует лучшей очистке верхней части цилин­дра от отработавших газов.

После закрытия выпускных клапанов рабочий цикл повторяется в той же последовательности.

На рис. 10 приведена развернутая индикаторная диаграмма рассма­триваемого двухтактного дизеля, а на рис. 11—его круговая диаграмма рас­пределения. Обозначения фаз распределения такие же, как и на рис. 9.

Как видно на индикаторной диаграмме, давление в цилиндре всегда выше атмосферного. Величина минимального давления в цилиндре зависит от величины давления продувочного воздуха. Давление продувочного воз­духа составляет 1,2—1,5 ата и при работе двигателя с наддувом повы­шается до 2,5 ата.

На круговой диаграмме (см. рис. 11) углы обозначают следующие фазы распределения.

Источник

Сгорание и расширение (рабочий ход поршня) — четырёхтактный двигатель

Незадолго до окончания такта сжатия горючая смесь воспламеняется искрой от свечи зажигания. Во время следования поршня из ВМТ в НМТ топливо сгорает, и под действием тепла сгоревшего топлива рабочая смесь расширяется, толкая поршень. Степень «недоворота» коленчатого вала двигателя до ВМТ при поджигании смеси именуется углом опережения зажигания. Опережение зажигания необходимо для того, чтобы давление газов достигло максимальной величины когда пoршень будет находиться в ВМТ. Тогда использование энергии сгоревшего топлива будет максимальным. Скороть горения топлива практически не меняется, то есть занимает фиксированное время, следовательно чтобы достичь максимальной производительности двигателя нужно увеличивать угол опережения зажигания пропорционально уровню оборотов коленвала. В старых двигателях эта регулировка производилась механическим устройством (центробежным и вакуумным регулятором воздействующим на прерыватель). В более современных двигателях для регулировки угла используется электронное опережение зажигания.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя

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

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

Когда коленчатый вал повернется на 180°, цилиндр заполнится рабочей смесью, впускной клапан закроется и впуск закончится. В конце впуска давление в цилиндре двигателя меньше атмосферного (0,70 — 0,85 кг/см

2). Это объясняется наличием сопротивлений, которые встречают на своем пути воздух при прохождении через воздушный фильтр и горючая смесь при прохождении через карбюратор, трубопроводы и клапаны.

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

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

К концу сжатия давление в цилиндре возрастает до 7 — 12 кг/см

2, а температура — до 350 — 400° С. Повышение температуры и давления определяется степенью сжатия. Степень сжатия — это отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Чем выше степень сжатия, тем выше давление и температура в конце сжатия.

Рис. 2. Рабочий цикл: а — четырехтактного двигателя; б — двухтактного двигателя

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

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

Горение — превращение химической энергии горючего в тепловую. Сгорание рабочей смеси в карбюраторном двигателе происходит взрьтоподобно, фронт пламени распространяется со скоростью 20 — 40 м/сек

. Такая скорость сгорания обеспечивает резкое повышение давления и температуры газов в цилиндре двигателя: давление возрастает до 25 — 40
кг/см
2, а температура — до 2200- 2500° С. В карбюраторном двигателе смесь воспламеняется от электрической искры, проскакивающей между электродами искровой зажигательной свечи.

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

При расширении поршень движется от в. м. т. к н. м. т., объем над поршнем возрастает, температура и давление газов падают. В конце расширения давление равно 3 — 5 кг/см

2, а температура — 1200 — 1500° С.

Выпуск — процесс удаления продуктов сгорания (отработавших газов) из цилиндра двигателя. Поршень движется от н. м. т. к в. м. т., выпускной клапан открыт, и газы с большой скоростью выталкиваются из цилиндра. Давление в конце выпуска равно 1,1 — 1,2 кг/см

2, а температура — 700 — 800° С. Избыточное давление отработавших газов объясняется сопротивлением, которое оказывают им выпускной клапан, трубопроводы и глушитель шума выпуска. Абсолютно полная очистка цилиндра невозможна, в нем всегда остается некоторое количество продуктов сгорания (в объеме камеры сгорания), смешивающихся с горючей смесью в процессе впуска.

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

Выпуск — четырёхтактный двигатель

После НМТ такта рабочего хода поршня четырёхтактного двигателя открывается выпускной клапан, и поднимающийся поршень вытесняет отработанные газы из цилиндра двигателя. При достижении поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается и четырёхтактный цикл начинается сначала.

Необходимо также помнить, что следующий процесс (например, впуск), необязательно должен начинаться в тот момент, когда закончится предыдущий (например, выпуск). Такое положение, когда открыты сразу оба клапана (впускной и выпускной), называется перекрытием клапанов. Перекрытие клапанов необходимо для лучшего наполнения цилиндра/-ов горючей смесью, а также для лучшей очистки цилиндра/-ов четырёхтактного двигателя от отработанных газов.

Для ещё большей наглядности посмотри видеоролик, наглядно показывающий работу четырёхтактного двигателя. На этом видео демонстрируется автомобильный четырёхцилиндровый шестнадцатиклапанный (то есть, в каждом цилиндре по два впускных и выпускных клапана, для лучшей продувки) двигатель, однако сути это не меняет.

В двухтактных двигателях все рабочие циклы (процессы впуска топливной смеси, выпуска отработанных газов, продувки) происходят в течении одного оборота коленвала (а не двух, как в четырёхтактных) за два (а не четыре) основных такта. У двухтактных двигателей отсутствуют клапаны (как в четырехтактных ДВС), их роль выполняет сам пoршень, который в процессе перемещения то закрывает, то открывает впускные, выпускные и продувочные окна. Поэтому двухтактный двигатель более прост в конструкции.

Мощность двухтактного двигателя при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения вала теоретически в два раза больше четырехтактного за счет большего в 2 раза числа рабочих тактов. Однако неполное использование хода поршня двухтактного двигателя 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:

Двухтактный двигатель состоит из картера, в который на подшипниках с двух сторон установлен коленчатый вал и цилиндр.

Смазка всех трущихся поверхностей и подшипников внутри двухтактных двигателей происходит за счёт топливной смеси, — смеси бензина и масла в определённой пропорции. Из рисунка 1 видно, что топливная смесь (желтый цвет) попадает и в кривошипную камеру двухтактного двигателя (полость, где закреплен и вращается коленчатый вал), и в цилиндр. Смазки там нигде нет, а если бы и была, то смылась бы топливной смесью. Вот по этой причине масло и добавляют в определенной пропорции к бензину. Тип масла используется специальный, именно для двухтактных двигателей. Оно должно быть способно выдерживать высокие температуры и, сгорая вместе с топливом, оставлять минимум зольных отложений, то есть нагара.

Теперь о принципе работы. Весь рабочий цикл в двухтактных двигателях осуществляется за два такта.

Четвертый такт — выпуск.

Поршень перемещается от НМТ к ВМТ. Через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются через выпускной трубопровод в окружающую среду. В конце такта выпуска давление газов равно 0,11 -0,12 МПа, температура 850—1200. После этого рабочий цикл дизеля повторяется. В двухтактных двигателях время, отводимое на рабочий цикл, используется более полно, так как процессы выпуска и впуска совмещены по времени с процессами сжатия и рабочего хода. Рабочий цикл происходит за 360 градусов (один оборот коленчатого вала).

При движении поршня от ВМТ к НМТ одновременно происходят процессы расширения и выпуска с продувкой цилиндра, а при обратном движении от НМТ к ВМ1 впуск и сжатие. Изменения параметров цикла (давление и температура) соответствуют изменениям параметров четырехтактного двигателя. Сравнение рабочих циклов четырех- , двухтактных двигателей показывает, что при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения коленчатого вала мощность двухтактных двигателей выше в 1. 5—1,7 раза. Он проще по конструкции и компактнее. К недостаткам двухтактного двигателя следует отнести ограниченное время газообмена, что ухудшает очистку цилиндра от отработавших газов, увеличивает потери части свежею заряда, снижает экономичность.

Источник

Такт сжатия — двухтактный двигатель

Пoршень двухтактного двигателя поднимается от НМТ поршня (в таком положении он находится на рис. 2) к ВМТ поршня (положение поршня на рис.3), перекрывая сначала продувочное 2, а затем выпускное 3 окна цилиндра двухтактного двигателя. После закрытия поршнем выпускного отверстия в цилиндре начинается сжатие ранее поступившего в него топливной смеси. Одновременно в кривошипной камере 1 вследствие ее герметичности и после того как пoршень 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 двухтактного двигателя.

Второй такт — сжатие.

Как работает двигатель?

Как устроен простейший двигатель?

Устройство двигателя для детей

Поршень движется от НМТ к ВМТ, впускной и выпускной клапаны закрыты. Давление и температура воздуха увеличиваются и в конце такта составляют соответственно 3—5 МПа и 800—900 К. Степень сжатия регламентируется исправностью деталей КШМ и равна 17—21.

21 Порядок работы многоцилиндрового двигателя

Порядок
работы многоцилиндрового двигателя

зависит
от типа двигателя (расположения
цилинд­ров) и от количества цилиндров
в нем.

Чтобы
многоцилиндровый двигатель работал
равномерно, такты расширения должны
следовать через равные углы поворота
коленчатого вала (т. е. через равные
промежутки времени). Для определения
этого угла продолжительность цикла,
выраженную в градусах поворота коленчатого
вала, делят на число цилиндров. Например,
в четырехцилиндровом четырехтактном
двигателе такт расширения (рабочий ход)
происходит через 180° (720 : 4) по отношению
к предыдущему, т. е. через половину
оборота коленчатого вала. Другие такты
этого двигателя чередуются также через
180°. Поэтому шатунные шейки коленчатого
вала у четырех цилиндровых двигателей
расположены под углом 180° одна к другой,
т. е. лежат в одной плоскости. Шатунные
шейки первого и четвертого цилиндров
направлены в одну сторону, а шатунные
шейки второго и третьего цилиндров —
в противоположную сторону. Такая форма
коленчатого вала обеспечивает равномерное
чередование рабочих ходов и хорошую
уравновешенность двигателя, так как
все поршни одновременно приходят в
крайнее положение (два поршня вниз и
два вверх).

Последовательность
чередования одноименных тактов в
цилиндрах называют порядком работы
двигателя. Порядок работы четырехцилиндровых
отечественных     тракторных 
   двигателей 1—3—4—2. 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.

При
выборе порядка работы двигателя
конструкторы стремятся равномернее
распределить нагрузку на коленчатый
вал.

Одноименные
такты у четырехтактного шестицилиндрового
двигателя совершаются через поворот
коленчатого вала на 120°. Поэтому шатунные
шейки расположены попарно в трех
плоскостях под углом 120°. У четырехтактного
восьмицилиндрового двигателя одноименные
такты происходят через 90° поворота
коленчатого вала и его шатунные шейки
расположены крестообразно под углом
90° одна к другой.

В
восьмицилиндровом четырехтактном
двигателе за два оборота коленчатого
вала совершается восемь рабочих ходов,
что способствует его равномерному
вращению.

Порядок
работы восьмицилиндровых четырехтактных
двигателей 1— 5—4—2—6—3—7—8, а
шестицилиндровых 1—4—2—5—3—6.

Зная
порядок работы цилиндров двигателя,
можно правильно распределить провода
по свечам зажигания, присоединить
топливопроводы к форсункам и отрегулировать
клапаны.

При
такте «сгорание—расширение» сила Р1,
приложенная к поршневому пальцу,
слагается из двух сил:

Суммарную
силу P1 разложить на можно две силы: силу
S, направленную вдоль оси шатуна, и силу
N, прижимающую поршень к стенкам цилиндра.

Силу
S перенесем в центр шатунной шейки, а к
центру коленчатого вала приложим две
равные силе S и параллельные ей силы S1
и S2. Тогда совместное действие сил S1 и
S создаст (на плече R) крутящий момент,
приводящий во вращение коленчатый вал,
а сила S2 нагрузит коренные подшипники
и через них будет передаваться на картер
двигателя.

Разложим
силу S2 на две перпендикулярно направленные
силы N1 и Р2. Сила N1 численно равна силе
N, но направлена в противоположную
сторону; совместное действие сил N и N1
образует момент Nl, который стремится
опрокинуть двигатель
в сторону, обратную вращению коленчатого
вала. Сила P2 численно равная силе Р1,
действует вниз, а сила Р действует на
головку цилиндра вверх, т.е. в противоположную
сторону. Разность между силами Р и P1
представляет собой силу инерции
поступательно движущихся масс Ри.
Наибольшей величины эта сила достигает
в момент изменения направления движения
поршня.

Вращающиеся
массы шатунной шейки, щек кривошипа и
нижней части шатуна создают центробежную
силу Рц, направленную по радиусу кривошипа
в от сторону центра вращения.

Таким
образом, в кривошипно-шатунном механизме
одноцилиндрового двигателя, кроме
крутящего момента, возникающего на
коленчатом валу, действует ряд
неуравновешенных моментов и сил, как
то:

• реактивный,
  или опрокидывающий, момент Nl, воспринимаемый
  опорами двигателя через картер

• сила
  инерции поступательно движущихся масс
  Ри, направленная по оси цилиндра

• центробежная
  сила вращающихся масс Рц, направленная
  по кривошипу вала

Боковая
сила N достигает наибольшей величины
при расширении газов, когда поршень
прижимается к левой стенке цилиндра,
чем и объясняется ее обычно больший
износ.

Как работает 4-тактный двигатель?

Как работает 4-тактный двигатель

Введение

Как работает 4-тактный двигатель :- Четырехтактный двигатель относится к двигателю внутреннего сгорания, в котором используется все четыре отдельных хода поршня, которые включают впуск, сжатие, мощность и выпуск, чтобы завершить весь рабочий цикл. Поршень имеет два полных прохода в цилиндре, которые используются для завершения одного рабочего цикла. Цикл требовал как минимум два оборота, что составляет угол около 720 градусов в коленчатом валу. Четырехтактный двигатель является одним из наиболее распространенных типов малых двигателей, который выполняет пять тактов в одном рабочем цикле, который включает в себя такты впуска, сжатия, зажигания, мощности и выпуска.

1. Такт впуска: (4-тактный двигатель)

Впуск требуется всякий раз, когда в камере сгорания требуется воздушно-топливная смесь. Это событие происходит, когда поршень перемещается из ВМТ в НМТ, а впускной клапан остается открытым. При движении поршня к НМТ давление в цилиндре уменьшается. Атмосферное давление подает топливно-воздушную смесь в открытый впускной клапан, находящийся внутри цилиндра, чтобы заполнить область низкого давления, создаваемую постоянным движением поршня.

После НМТ цилиндр продолжает немного заполняться, потому что топливовоздушная смесь течет непрерывно за счет собственной инерции, а поршень начинает менять свое направление. Впускной клапан остается открытым под углом в несколько градусов к повороту коленчатого вала после завершения НМТ, что также зависит от конструкции двигателя. После этого впускной клапан закрывается, и воздушно-топливная смесь полностью уплотняется внутри цилиндра.

2. Такт сжатия: (4-тактный двигатель)

Такт сжатия требуется всякий раз, когда топливно-воздушная смесь находится внутри самого цилиндра. Камера сгорания настроена на герметичность для формирования более высокого заряда. Под зарядом здесь понимается объем сжатой воздушно-топливной смеси, которая удерживается внутри камеры сгорания и находится в состоянии готовности к воспламенению.

Процесс сжатия воздушно-топливной смеси помогает высвобождать больше энергии при воспламенении заряда. Как впускной, так и выпускной клапаны должны быть закрыты, чтобы убедиться, что цилиндр герметичен, что должно обеспечивать только высокую степень сжатия. Это процесс, при котором происходит либо уменьшение, либо сжатие заряда от увеличенного объема к уменьшенному внутри камеры сгорания. Маховик помогает поддерживать необходимый импульс для того, чтобы сжимать заряд. Если обнаруживается, что поршень двигателя сжимает заряд, то поршень увеличивает сжимающую силу, которая отвечает за выделение тепла.

Как работает 4-тактный двигатель

Также происходит увеличение испарения топлива в виде мелких капель, которые испаряются быстрее по сравнению с выделяемым теплом. Капли увеличивают площадь поверхности открытого пламени воспламенения и помогают полностью сжечь заряд внутри камеры сгорания. Только бензин воспламеняется в виде пара. Если площадь поверхности капли бензина увеличивается, то может быть больше выделения пара вместо того, чтобы оставаться в жидком состоянии.

Следует отметить, что по мере сжатия заряженных молекул пара, в процессе горения будет получаться все больше и больше энергии. Энергия, необходимая для сжатия заряда, значительно меньше силы, приобретаемой или производимой в процессе горения. Коэффициент сжатия двигателя — это объем камеры сгорания в поршне в НМТ к объему камеры сгорания в поршне в ВМТ.

Эта область сочетается с дизайном и стилем камеры сгорания, которая отвечает за определение степени сжатия. Топливная экономичность двигателя зависит от более высокой степени сжатия. Более высокая степень сжатия обычно обеспечивает увеличение давления сгорания или силы, действующей на поршень. В то время как более высокая степень сжатия увеличивает эффект оператора, необходимый для запуска двигателя.

3. Рабочий ход: (4-тактный двигатель)

Рабочий ход относится к рабочему такту двигателя, при котором горячие силы газов расширяют головку поршня от головки цилиндра. Усилие поршня и его движение передается через шатун, чтобы передать крутящий момент на коленчатый вал, который применяется для инициирования вращательного движения в коленчатом валу. Создаваемый крутящий момент определяется величиной давления, рассчитанного на поршень, его размером и ходом двигателя. Оба клапана остаются закрытыми во время рабочего такта.

4. Такт выпуска: (4-тактный двигатель)

Такт выпуска может относиться к тому случаю, когда отработавшие газы выбрасываются из камеры сгорания и выбрасываются непосредственно в атмосферу. Таким образом, это последний ход, который происходит, когда выпускной клапан остается открытым, а впускной клапан остается закрытым. Движение поршня удаляет выхлопные газы в атмосферу.

Как только поршень достигает НМТ во время рабочего такта, сгорание завершается и цилиндр заполняется выхлопными газами. Затем открывается выпускной клапан, и инерция маховика толкает поршень и движущиеся части обратно в ВМТ, что выталкивает выхлопные газы из выпускного клапана, который остается открытым.

Событие воспламенения

Событие воспламенения также называется событием возгорания, которое происходит, когда заряд воспламеняется и быстро окисляется с помощью химической реакции, направленной на выделение тепловой энергии. Горение относится к быстрой окислительной реакции, которая химически соединяется с топливом в присутствии кислорода в атмосфере и, в свою очередь, высвобождает энергию в виде тепла.

Событие горения включает конечное время, необходимое для распространения пламени в камере сгорания. Искра инициируется с помощью свечи зажигания на 20° перед вращением коленчатого вала.

Источник изображения: — 123rf

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 прямым впрыском. 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 инжектор 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 — последний такт 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.