Принцип действия четырехтактного двигателя: Как работают 4-тактные двигатели

Содержание

Принцип действия четырехтактного двигателя внутреннего сгорания

Рабочий цикл четырехтактного бескомпрессорного дизеля совершается за четыре такта, последовательность которых показана на рис. 33.

Рис. 33. Принцип действия четырехтактного бескомпрессорного дизеля.

Первый такт — всасывание (зарядка). Поршень движется вниз от верхней мертвой точки (в.м.т.) к нижней мертвой точке (н.м.т.), создавая разрежение в рабочем цилиндре. Наружный воздух засасывается в цилиндр через открытый впускной клапан 1, в то время как выпускной клапан 3 закрыт. Клапаны 1 и 3 открываются с помощью кулачковых шайб, насаженных на распределительный вал двигателя, а закрываются под действием сильной пружины. Частота вращения распределительного вала в два раза меньше частоты вращения коленчатого вала, что позволяет совершать рабочий цикл за два его оборота. Кроме того, с целью максимального наполнения рабочего цилиндра свежим воздухом, кулачковые шайбы имеют соответствующую конфигурацию. Поэтому впускной клапан открывается до прихода кривошипа в крайнее верхнее положение (в.м.т.), т. е. при положении его в точке 5, что обеспечивает предварение начала впуска воздуха. Впускной клапан закрывается после того, как кривошип пройдет крайнее нижнее положение (н.м.т.), т. е. при положении его в точке 4, что обеспечивает запаздывание конца всасывания воздуха. Давление газов в цилиндре во время первого такта меньше атмосферного.

Второй такт — сжатие. Поршень движется вверх от н.м.т. до в.м.т., сжимая воздух и оставшиеся газы. Впускной и выпускной клапаны в это время закрыты, в результате чего давление воздуха повышается до 2800—4000 кн/м² (20—40 кгс/см²), а его температура — до 600—700° С.

Третий такт — рабочий ход (горение и расширение). В конце такта сжатия, когда кривошип не дошел на 4—8° до в.м.т. и находится в точке 6, топливо под давлением впрыскивается в распыленном виде из форсунки 2 в камеру сжатия 7, где, воспламеняясь под действием высокой температуры, превращается в газ. . При этом за короткое время (доли секунды) давление в цилиндре возрастает до 5000—8000 кн/м² (50—80 кгс/см²), а температура газа — до 1600—1800° С. Под воздействием расширяющихся газов поршень движется вниз от в. м. т. к н. м. т. В конце рабочего хода, когда кривошип занимает положение в точке 8, не доходя на 30—40° до н.м.т., открывается выпускной клапан и отработавшие газы начинают поступать в атмосферу.

Четвертый такт — выпуск (выхлоп). Поршень движется от н.м.т. к в.м.т., вытесняя из рабочего цилиндра отработавшие газы. В это время выпускной клапан полностью открыт, а впускной клапан закрыт. Давление в цилиндре снижается до 105—110 кн/м² (1 —1,1 кгс/см²), а температура газов — до 350—400°С. Конец выхлопа, т. е. закрытие выпускного клапана, часто происходит после того, как кривошип пройдет в.м.т. (в точке 9). Это способствует лучшей очистке цилиндра от продуктов сгорания топлива.

Для осуществления тактов всасывания, сжатия и выпуска требуется затрата некоторой механической энергии двигателя. Эта энергия накапливается в период рабочего хода в маховике и во всех движущихся частях двигателя, а затем расходуется за счет инерции их движения в течение трех указанных тактов. Поэтому все ДВС имеют маховик, который является как бы аккумулятором кинетической энергии. У многоцилиндровых двигателей подготовительные такты в одном цилиндре осуществляются также за счет рабочих ходов в других цилиндрах.

Если изобразить зависимость между давлением газов от объема, занимаемого ими в цилиндре при различных положениях поршня, то получим диаграмму изменения давления газов в цилиндре, называемую индикаторной диаграммой (рис. 34). Такую диаграмму получают при стендовых испытаниях и прикладывают к паспорту двигателя как документ, определяющий его технические характеристики.

Рис. 34. Индикаторная диаграмма четырехтактного дизеля.

Рис. 35. Схема наддува: а — механического; б — газотурбинного.

Для повышения мощности современных судовых четырехтактных дизелей применяют наддув, при котором свежий воздух нагнетается в цилиндр двигателя при помощи специального наддувочного насоса (нагнетателя). Существуют два основных способа наддува: механический и газотурбинный, схемы которых представлены на рис. 35. Газотурбинный наддув получил в последнее время преимущественное распространение.

Устройство и принцип работы четырехтактного двигателя скутера

Уже давно производители устанавливают 4-тактные двигатели на мотоциклы. Новые китайские скутеры тоже оснащаются четырехтактным ДВС (двигателем Отто). Об устройстве и принципе работы этого двигателя, а так же об отличиях 4-тактного мотора от 2-тактного написана эта статья.

○ В наличии новые скутеры Sym в Москве с доставкой до вашего региона! Большой выбор. Гарантия лучшей цены!

Справка

Изобретатель 4-тактного двигателя внутреннего сгорания (как впрочем, и двухтактного) немец Николаус Август Отто (1832-1891). Поэтому ДВС иногда называют двигателем Отто.

Из соображений экономичности, все больше скутеров оснащается четырехтактными двигателями. Хотя эти моторы при одинаковом объеме цилиндра уступают по мощности двухтактным, они обладают своими преимуществами:

-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 четырехтакного двигателя находится в маслянной ванне. Благодаря этому Вам не надо смешивать бензин с маслом или доливать масло в специальный бачок (на моделях двухтактных скутеров с раздельной системой смазки). 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. К незначительным недостаткам, которые с лихвой окупаются достоинствами, можно отнести работы по регулировке теплового зазора клапанов и время разгона скутера с места, которое несколько больше, чем у двухтактных мопедов. Последнюю проблему можно устранить оптимальной настройкой вариатора и центробежного сцепления.

Итак, перейдем к описанию устройства и работы четырехтактного двигателя скутера.

На коленвале установлена ведущая звездочка, обеспечивающая (через цепь) вращение распределительного вала, находящегося в головке цилиндра. Этот вал определяет, когда должен быть открыт или закрыт один из двух клапанов (клапаны впуска и выпуска), в зависимости от положения поршня. На распредвале находятся кулачки, которые задействуют коромысла клапанов. (на схеме изображен распределительный вал)

Клуб любителей четырехтактных скутеров — все о китайских скутерах: ремонт скутера, тюнинг китайских скутеров, запчасти для четырехтактных скутеров, усройство вариатора скутера, карбюратора скутера и других узлов китайского скутера.

Коромысла нажимают на тот или иной клапан, открывая его. Между регулировочным болтом коромысла и клапаном должен быть зазор, так называемый тепловой зазор. При нагревании металл расширяется, и если тепловой зазор мал или его нет совсем, то клапаны не будут плотно закрывать впускной или выпускной каналы, поэтому так важно регулировать зазор клапанов. (читайте статью «Регулировка зазора клапанов») Выхлопные газы горячее топливной смеси, и выпускной клапан нагревается (а следовательно и расширяется) больше, чем впускной. Этим объясняется разница зазоров на впускном и выпускном клапанах.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания изучают в школе, но я все же опишу его.

Первый такт, впуск. Поршень идет вниз, клапан впуска открывается, и топливная смесь поступает из карбюратора в цилиндр. Когда поршень достигает нижнего положения, клапан впуска закрывается.

Второй такт, сжатие. Поршень идет вверх, топливная смесь сжимается. Кокда поршень находится в нескольких миллиметрах от верхней мертвой точки (ВМТ), свеча воспламеняет топливо, сжатое поршнем.

Третий такт, рабочий ход (расширение). После воспламенения горючего оно сгорает, горячие газы быстро расширяются, толкая поршень вниз (оба клапана закрыты).

Четвертый такт, выпуск. По инерции коленвал продолжает свое вращение (для равномерности вращения на коленвале установлены грузы — щеки коленвала), поршень идет наверх. Одновременно открывается выпускной клапан, и отработавшие газы выходят в выхлопную трубу. При достижениии поршнем ВМТ, выпускной клапан закрывается.

Далее повторяются все четыре такта.

Хотелось бы еще коротко описать принцип работы двухтактного двигателя, для сравнения. Как следует из названия, этот мотор имеет только два такта.

Первый такт. Поршень идет вверх, сжимая топливную смесь в камере сгорания. Происходит воспламенение смеси (не достигая ВМТ). Когда поршень находится в ВМТ, впускные окна в стенке цилиндра открыты, благодаря этому топливная смесь поступает в кривошипную камеру (из-за разницы давления, в камере оно ниже)

Вот это анимированая модель двухтактного двигателя, на ней же показан принцип работы резонатора, который возвращает топливную смесь обратно в цилиндр. В четырехтакном же двигателе выпускной канал закрывается клапаном, поэтому установка тюнингового глушителя, рассчитаного на двухтакники, ничего (кроме шума) не принесет.

http://www.bahnsport.org/images/technik/zweitakter.gif

Второй такт, рабочий ход. Расширяющиеся газы толкают поршень вниз. Когда он находится внизу, он открывает выпускные и впускные (здесь — окно канала, связывающего кривошипную камеру и цилиндр) окна. Так как газы выходят в сторону меньшего сопротивления, т.е. в выхлопную трубу, их место занимает топливная смесь, поступающая из кривошипной камеры, где смесь находится под давлением.

Далее все повторяется.

Автор: Артем Петров

Картинки: „start your engines»

Постоянный адрес статьи: http://www.china-scooter.ru/index.php/ustr/32-ustr.html

○ В наличии новые скутеры в Москве с доставкой до вашего региона! Большой выбор. Гарантия лучшей цены!

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ЧЕТЫРЕХТАКТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Содержание

Принципы работы четырехтактных двигателей

Четырехтактные двигатели внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания в большинстве автомобилей работает по принципу работы четырехтактного двигателя. Это означает, что для создания одного импульса мощности поршень должен двигаться вверх и вниз по цилиндру четыре раза. Каждый ход поршня выполняет отдельную функцию в цикле следующим образом:

ХОД ИНДУКЦИИ: ход запускает процесс сгорания в двигателе. В нем впускной клапан открыт и вращение коленчатого вала приводит к перемещению поршня вниз по цилиндру, всасывая смесь топлива и воздуха, которая проходит от карбюратора по впускному коллектору и мимо открытого клапана.

ХОД СЖАТИЯ: в этом такте, который считается следующей стадией работы в камере сгорания, оба клапана закрыты, и теперь вращающийся коленчатый вал поднимает поршень, сжимая смесь над ним в зону сгорания.

МОЩНЫЙ ХОД: это третий этап всего хода, в нем; оба клапана остаются закрытыми, и искра от свечи, проскакивающая через электроды свечи, поджигает смесь сжатого воздуха и топлива в очень тесном диапазоне между верхней частью поршня и основанием свечи зажигания.

Это приведет к самопроизвольному взрыву из-за сжигания газообразного топлива в условиях высокого давления и высокой температуры.

Все действие приведет к высвобождению огромной силы. Высвобожденная мощность заставит поршень немедленно опуститься вниз, с такой силой поршень может повернуть коленчатый вал на пол-оборота, в то время как подъем поршня вверх подготовит камеру сгорания к такту выпуска.

ХОД ВЫПУСКА : это последний такт четырехтактных двигателей в этом такте; сгоревшая воздушно-топливная смесь образовала дым (угарный газ) и будет выбрасываться из камеры для подготовки ее к следующей рециркуляции тактов.

Выпускной клапан откроется, когда поршень начнет подниматься для последнего такта, в течение этого периода весь дым из камеры будет принудительно поступать в выпускные каналы, подготавливая двигатель к следующему этапу такта, который является всасывающим топлива и воздуха, когда поршень начинает работать.

На этом этапе выпускной клапан снова закроется, позволяя топливу и воздуху пройти в камеру.

КОЭФФИЦИЕНТ СЖАТИЯ В ДВИГАТЕЛЕ ВНУТРЕННЕГО СЖАТИЯ

Принципы работы четырехтактных двигателей

Мощность, развиваемая двигателем внутреннего сгорания, зависит от того, сколько энергии может быть высвобождено над поршнем при каждом рабочем такте. Это, в свою очередь, зависит от n количества топлива/воздуха в цилиндре и эффективности его сжатия.

Степень сжатия смеси называется степенью сжатия. Это разница между объемом смеси в цилиндре, когда поршень находится в нижней точке своего хода, и объемом, когда поршень находится в крайнем верхнем положении.

Если движение поршня вверх уменьшает объем смеси до одной восьмой от ее первоначального объема, степень сжатия составляет 8:1.

Теоретически, чем больше смесь сжата, тем больше энергии она выделяет при сгорании.

На практике, однако, очень высокие степени сжатия приводят к детонации или детонации, при которых часть смеси, наиболее удаленная от свечи зажигания, взрывается или детонирует, вызывая неравномерное горение, перегрев и потерю мощности.

Для максимальной эффективности горение смеси должно происходить быстро, но плавно.

КАК РЕШИТЬ ПЕРЕКРЫТИЕ КЛАПАНОВ ВО ВРЕМЯ ХОДА ДВИГАТЕЛЯ

Принципы работы четырехтактных двигателей

До сих пор мы предполагали, что поступающая смесь устремляется мимо впускного клапана, как только он открывается.

На практике смесь медленно разгоняется и для возможно полного заполнения цилиндра впускной клапан открывается несколько раньше, когда поршень находится вблизи конца такта выпуска, а пока выпускной клапан открыт Все еще открыт. Это называется перекрытием клапанов.

Может показаться, что раннее открытие впускного клапана обеспечит альтернативный выход для выхлопных газов, но при условии тщательного выбора степени перекрытия происходит обратное, и последние отходы выхлопных газов, выходящие из цилиндра, помогут втянуть свежую смесь в мимо впускного клапана.

Когда он движется, впускная смесь не останавливается автоматически, когда поршень достигает дна цилиндра, и если закрытие клапана задерживается, цилиндр заполняется более полно, хотя к тому времени поршень уже начал бы подниматься для такта сжатия.

На практике, чтобы максимально использовать импульс свежей смеси и отработавших газов, втекающих и выходящих из цилиндра, выпускной клапан открывается до того, как поршень достигает дна цилиндра, и закрывается после того, как он достигает верха .

Точно так же впускной клапан открывается до того, как поршень достигает верхней части цилиндра, и закрывается после того, как поршень достигает нижней части.

ПОПЕРЕЧНОТОЧНАЯ ГОЛОВКА ЦИЛИНДРОВ В ДВИГАТЕЛЯХ ВНУТРЕННЕГО КОНДИЦИОНЕРА

Принципы работы четырехтактных двигателей

Двигатели с поперечным потоком имеют впускной коллектор на одной стороне головки блока цилиндров, а выхлопную систему на противоположной стороне, так что во время четырехтактного цикла впускной заряд и выхлопные газы проходят через камеру сгорания, что обеспечивает эффективный цилиндр. наполнение в период перекрытия клапанов.

Принципы работы четырехтактных двигателей

Двигатели с впускным и выпускным коллекторами на одной стороне головки блока цилиндров имеют схему обратного потока.

Это немного менее эффективно в период перекрытия клапанов, но это означает, что тепло от выхлопных газов можно легко и дешево использовать для обогрева впускного коллектора и, таким образом, улучшения испарения смеси внутри.

На арбалетном двигателе необходимо провести воду из системы охлаждения для обогрева впускного коллектора.

Первоначально опубликовано 2018-08-02 14:13:45.

Филип Н. @ EngineeringAll.com

Филип имеет высшее образование в области машиностроения и инспектор по неразрушающему контролю с обширными практическими знаниями в других областях техники и программного обеспечения.

Он любит писать и делиться информацией, относящейся к инженерным и технологическим областям, науке и проблемам окружающей среды, а также техническим должностям. Его сообщения основаны на личных идеях, изученных знаниях и открытиях из области техники, науки и инвестиций и т. д.

Пожалуйста, подпишитесь на нашу рассылку и следите за нашими страницами в социальных сетях, чтобы получать регулярные и своевременные обновления.

Вы можете подписаться на страницы EngineeringAll в социальных сетях, набрав «@ EngineeringAlls» в любой форме поиска в социальных сетях (Facebook, Twitter, Linkedin, Pinterest, Tumblr и т. д.).

Вы можете отправить свою статью на бесплатное рассмотрение и публикацию, используя страницу «ПУБЛИКАЦИЯ ВАШЕЙ СТАТЬИ» в кнопках МЕНЮ.

Если вам понравился этот пост, поделитесь им с друзьями, используя кнопки социальных сетей.

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ ПОДПИСАТЬСЯ НА НАШУ ОБНОВЛЕННУЮ ПОЧТУ0003

Принцип работы 4-тактного двигателя, схема

В этой статье мы обсудим принцип работы 4-тактного двигателя, схема.

Двигатель – это устройство, которое преобразует энергию топлива в тепловую энергию, а тепловую энергию – в механическую.

Прежде чем обсуждать четырехтактные двигатели, мы должны знать принцип работы двигателя внутреннего сгорания. В двигателе внутреннего сгорания смесь топлива с правильным количеством воздуха взрывается в цилиндре двигателя. Этот цилиндр двигателя закрыт с одного конца.

Из-за этого взрыва выделяется тепло, и это тепло вызывает увеличение давления газов. Затем это давление воздействует на поршень, и поршень движется вниз по цилиндру. Затем этот момент поршня передается на коленчатый вал и этот коленчатый вал соединяется с поршнем шатуном. Таким образом, когда коленчатый вал вращается, он вращает связанный с ним маховик.

Если требуется непрерывное вращение коленчатого вала, то внутри цилиндра должен непрерывно происходить взрыв, но перед взрывом из цилиндра должны быть выпущены выхлопные газы и в цилиндр должен быть подан свежий воздух. Вот как поршень движется вперед и назад. Последовательность событий, происходящих в двигателе, называется рабочим циклом двигателя.

Содержание

Термины, связанные с двигателями внутреннего сгорания

Перед обсуждением двигателей внутреннего сгорания, четырехтактных или двухтактных, мы должны знать некоторые основные термины, относящиеся к двигателям, которые помогут нам понять работу очень легко.

Термины, связанные с двигателями внутреннего сгорания

Отверстие — Отверстие — это внутренний диаметр цилиндра.

Ход- Ход цилиндра определяется как максимальное расстояние, на которое он может перемещаться либо в сторону верхнего предельного положения, либо в нижнее предельное положение.

Верхняя мертвая точка- Верхняя мертвая точка определяется как крайнее верхнее положение поршня по направлению к крышке цилиндра.

Нижняя мертвая точка – Нижняя мертвая точка определяется как самое нижнее положение поршня по направлению к шатуну от цилиндра.

Скорость поршня- Скорость поршня определяется как средняя скорость поршня. Математически это можно записать как

Скорость поршня = 2 LN

где L равно длине хода

N равно скорости вращения двигателя в об/мин

Степень сжатия цилиндр. Пишется буквой «р».

Математически это можно записать как

r= (Vs + Vc) / Vc

Где Vs — рабочий объем, а Vc — клиренс

Соотношение воздух-топливо – Соотношение воздух-топливо определяется как отношение количества воздуха к массе топлива, подаваемого в двигатель.

Соотношение топливо-воздух – Соотношение топливо-воздух определяется как отношение количества топлива к массе воздуха, подаваемого в двигатель.

Работа 4-тактного двигателя

В 4-тактном двигателе происходят четыре события: всасывание, сжатие, рабочий ход и такт выпуска. Эти четыре хода поршня совершаются за два оборота коленчатого вала. Это контролируется клапанами на входе заряда и на выходе выхлопных газов. Это контролируется кулачками, которые соединены с распределительным валом, а затем этот распределительный вал приводится в движение коленчатым валом с помощью шестерен или цепей. В четырехтактном двигателе распредвал вращается в два раза медленнее коленчатого вала.

Давайте подробно обсудим четырехтактные двигатели:

Такт всасывания

Во время такта всасывания впускной клапан открывается, а выпускной клапан закрывается, и когда поршень движется вниз, смесь воздуха и топливо поступает в цилиндр. Во время такта всасывания давление в цилиндре меньше атмосферного.

Такт сжатия

Во время такта сжатия поршень движется вверх, а впускной и выпускной клапаны находятся в закрытом положении. Взятый заряд сжимается верхним движением поршня. В дизельном двигателе сжимается только воздух, а дизель впрыскивается в конце такта, после чего происходит воспламенение за счет высокого давления и температуры воздуха. В случае бензинового двигателя смесь воздуха и топлива сжимается в цилиндре и воспламеняется от свечи зажигания.

Рабочий ход

После сгорания этого топлива выделяется огромное количество тепла, и очень высокое давление перемещает цилиндр вниз. Движение поршня вниз называется рабочим ходом. Во время этого хода шатун передает мощность от поршня к коленчатому валу, после чего коленчатый вал вращается. Во время рабочего такта впускной и выпускной клапаны остаются закрытыми.

Такт выпуска

Во время такта выпуска поршень движется вверх, и в этом случае впускной клапан закрывается, а выпускной клапан открывается, так что выхлопные газы выходят.

мы можем видеть из приведенного выше цикла, есть четыре такта, но есть только один запас мощности, а три такта холостого хода. Силовые удары обеспечивают необходимый импульс для полезной работы.

Диаграмма P-V для 4-тактного двигателя (цикл Отто)

Исходя из приведенного выше объяснения, предполагается, что:

Такты всасывания и выпуска происходят при атмосферном давлении.
Сжатие и расширение являются изэнтропическими процессами.
Сгорание происходит мгновенно в конце такта сжатия и при постоянном объеме.
В конце такта расширения давление резко падает до атмосферного давления.

На основе приведенных выше предположений мы можем нарисовать и понять диаграмму P-V, как показано ниже:

Теоретическая диаграмма P-V для 4-тактного двигателя (цикл Отто) рабочая, свежая и топливная смесь поступает внутрь цилиндра и поршень перемещается из верхней мертвой точки в нижнюю мертвую точку.

Процесс 1-2 (такт сжатия)

В этом процессе всасываемый заряд в цилиндре сжимается по мере того, как поршень движется от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке.

Процесс 2-3 (мгновенное сгорание)

Во время этого процесса свеча зажигания воспламеняется и топливо сгорает. Этот процесс происходит при контактном объеме и повышении давления.

Процесс 3-4 (такт расширения)

Во время этого процесса газы расширяются и оказывают давление на поршень, и поршень движется от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке.

Posted inДвигатель