Такты работы четырехтактного двигателя: Принцип работы ДВС. Рабочие циклы двигателя

Рабочий цикл четырехтактного двигателя — как это работает

В числе процессов, характеризующих работу мощных и производительных машин и механизмов, следует отметить рабочий цикл четырехтактного двигателя. Это совокупность процессов, повторяющихся в определенной последовательности, во время которых цилиндр наполняется рабочей смесью, после чего происходит ее сжатие и воспламенение. Газы, образовавшиеся при сгорании, расширяются, а затем – удаляются из цилиндра.

Рабочий цикл четырехтактного 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. В настоящее время двухтактные двигатели на автомобилях не применяют, а используют лишь на мотоциклах и как пусковые двигатели на тракторах. Это связано прежде всего с тем, что они имеют сравнительно высокий расход топлива и недостаточное наполнение горючей смеси из-за плохой очистки цилиндров от отработавших газов.

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 и выпуска. В карбюраторном четырехтактном одноцилиндровом двигателе рабочий цикл происходит следующим образом.

Такт впуска

Поршень находится в в.м.т. и по мере вращения коленчатого вала (за один его полуоборот) перемещается от в.м.т. к н.м.т. При этом впускной клапан открыт, а выпускной клапан закрыт. При движении поршня вниз объем над ним увеличивается, поэтому в цилиндре создается разряжение, равное 0,07—0,095 МПа, в результате чего свежий заряд горючей смеси, состоящей из паров бензина и воздуха, засасывается через впускной трубопровод в цилиндр. От соприкосновения свежего заряда с нагретыми деталями в конце такта впуска он имеет температуру

75—125 °С.

Степень заполнения цилиндра свежим зарядом характеризуется коэффициентом наполнения, который для высокооборотных карбюраторных двигателей находится в пределах 0,65—0,75. Чем выше коэффициент наполнения, тем большую мощность развивает двигатель.

Такт сжатия

После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем вращении коленчатого вала поршень перемещается от н.м.т. к в.м.т. Впускной клапан закрывается, а выпускной закрыт. По мере сжатия горючей смеси температура и давление ее повышаются. В зависимости от степени сжатия давление в конце такта сжатия может составлять 0,8—1,5 МПа, а температура газов 300— 450 °С.

Такт расширения, или рабочий ход

В конце такта сжатия горючая смесь воспламеняется от электрической искры, возникающей между электродами свечи, и быстро сгорает, в результате чего температура и давление образующихся газов резко возрастают, поршень при этом перемещается от в.м.т. к н.м.т. Максимальное давление газов на поршень при сгорании для карбюраторных двигателей находится в пределах

3,5—5 МПа, а температура газов 2100—2400 °С.

При такте расширения шарнирно связанный с поршнем шатун совершает сложное движение и через кривошип передает вращение коленчатому валу. При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при этом такте коленчатого вала называют рабочим ходом. В конце рабочего хода поршня давление в цилиндре снижается до 0,3—0,75 МПа, а температура — до 900—1200 °С.

Такт выпуска

Коленчатый вал через шатун перемещает поршень от н.м.т. к в.м.т. При этом выпускной клапан открыт и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосферу через выпускной трубопровод. В начале процесса выпуска продуктов сгорания давление в цилиндре значительно выше атмосферного, но к концу такта оно падает до

0,105—0,120 МПа, а температура газов в начале такта выпуска составляет 750— 900 °С, понижаясь к его концу до 500—600 °С. Полностью очистить цилиндры двигателя от продуктов сгорания практически невозможно (слишком мало времени), поэтому при последующем впуске свежей горючей смеси она перемешивается с остаточными отработавшими газами и называется рабочей смесью.

Коэффициент остаточных газов характеризует степень загрязнения свежего заряда отработавшими газами и представляет собой отношение массы продуктов сгорания, оставшихся в цилиндре, к массе свежей горючей смеси. Для современных карбюраторных двигателей коэффициент остаточных газов находится в пределах 0,06—0,12. По отношению к рабочему ходу такты впуска, сжатия и выпуска являются вспомогательными.

Двухтактный двигатель – особенности работы

Весь цикл работы двухтактного двигателя происходит за один оборот коленвала. Это позволяет на выходе получать приблизительно в 1,4-1,8 раз большую мощность, с того же рабочего объема, имея те же самые обороты двигателя. Разумеется, коэффициент полезного действия у таких агрегатов значительно ниже, чем у тех же 4 тактных моделей. Это используется при создании тяжелых и низкооборотных двигателей судов. Здесь они напрямую соединяются с гребным валом. Нашли свое применение такие модели и в мотоциклах.

Это так же приводит к тому, что модели, работающие в 2 такта, очень сильно греются. Здесь выделятся большая тепловая энергия. В некоторых случаях приходится подключать к ним дополнительное охлаждение, чтобы агрегат всегда находился в работоспособном состоянии. Однако, можно выделить и плюс подобной технологии. Ввиду того, что работа поршня ограничивается 2 тактами, он совершает гораздо меньше движений за единицу времени, поэтому потери на трение минимальны. Это напрямую отражается на износе основных рабочих деталях двухтактного двигателя.

Еще одной актуальной проблемой для данной модели является тот факт, что постоянно нужно искать компромисс между потерями свежего заряда и качеством продувки.

Да, принцип работы заставляет ведущих инженеров и техников трудится над созданием универсальной системы, которая бы сводила к минимуму потери. 4 тактный двигатель вытесняет отработанные газы в тот момент, когда его поршень находится в верхней мертвой точке. Здесь ситуация коренным образом меняется. Вся отработка вылетает в трубу в тот момент, когда цилиндр практически полностью свободен, то есть этот процесс захватывает его объем полностью. Качество обдува играет в этом очень важную роль.

Именно поэтому не всегда удается разделить свежую рабочую смесь от выхлопных газов. В любом случае они будут смешиваться. Особенно отчетливо такая проблема выделяется у карбюраторных моделей моторов, которые напрямую подают готовое к работе горючее в цилиндр. Естественно, в данном случае стоит говорить о большем количестве используемого воздуха. Отсюда возникает необходимость применения сложных по структуре и составу воздушных фильтров. 4 тактный двигатель обделен этим недостатком.

Принцип работы данной модели двигателя говорит о том, что его применение может быть ограничено ввиду особенностей конструкции и большого количества потерь. Однако от 2 тактов еще никто не отказывается, создавая все больше устройств на его основе. Стоит отметить, что сегодня на рынке представлено множество различных механизмов, которые используют как 4 тактный двигатель внутреннего сгорания, так и двухтактный. Кстати, тот экземпляр, о котором мы решили поговорить сегодня, может иметь не только простейшее строение, в некоторых механизмах используются достаточно сложные его варианты.

Рабочий цикл двухтактного двигателя – достоинства и недостатки

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

Не менее важное преимущество – компактность. Благодаря этому качеству двухтактные двигатели нашли широкое применение не только в небольших транспортных средствах наподобие снегоходов, но и в садовой технике, а также инструментах (к примеру, в бензопилах). Кроме того, отсутствие газораспределительного механизма заметно делает конструкцию проще и дешевле в производстве. Есть у двухтактных ДВС и существенные недостатки. Они расходуют больше топлива впустую, так как при открытии выпускного окна в систему выхлопа попадает часть несгоревшей смеси. Система смазки классического двухтактного мотора крайне примитивна – бензин смешивается с маслом заранее, и оба эти вещества попадают в камеру сгорания одновременно. Обусловлено это тем, что организовать масляную ванну в картере невозможно – картер участвует в процессе газообмена.

В результате масло, не пошедшее на смазывания стенок цилиндра, сгорает вместе с топливом. Ресурс двухтактного двигателя также значительно меньше, главным образом, за счет высоких оборотов коленвала. По этой причине в двигателях этого типа применяется только специальное высококачественное масло, разработанное для применения в двухтактных двигателях. Экологические параметры также оставляют желать лучшего: в выхлопе, из-за особенностей газораспределения, содержится большое количество СО и СН.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя

При рассмотрении рабочего цикла двигателя

условно принято, что каждый такт начинается и заканчивается при нахождении поршня в ВМТ или НМТ.

Первый такт — впуск.

Поршень перемещается с ВМТ в НМТ. Освобождающаяся над поршневая полость цилиндра заполняется горючей смесью через открытый впускной клапан из-за возникающего разрежения. Горючая смесь, поступая в цилиндр, смешивается с остатками отработавших газов от предыдущего цикла, образует рабочую смесь. В конце такта давление в цилиндре составляет 0,07—0,95 МПа, температура — 350—390 К, коэффициент наполнения цилиндра — 0,6—0,7.

 

Работа четырехтактного одноцилиндрового карбюраторного двигателя

а — впуск в цилиндр горючей смеси; б — сжатие горючей смеси; в — расширение газов; г- выпуск отработавших газов; 1 — коленчатый вал; 2 — распределительный вал; 3-поршень; 4 — цилиндр; 5— впускной трубопровод; 6 — карбюратор; 7— впускной клапан; 8 — свеча зажигания; 9 — выпускной клапан; 10 — выпускной трубопровод; 11-шатун; 12 — поршневой палец; 13 — поршневые кольца

Второй такт — сжатие.

Поршень движется от НМТ к ВМТ, впускной и выпускной клапаны закрыты. Объем над поршневой полости уменьшается. Рабочая смесь сжимается. Сжатие сопровождается повышением давления и температуры. Степень сжатия регламентируется детонационной стойкостью топлива. В конце такта давление составляет 1,2—1,7 МПа, а температура — 600—700 К.

Третий такт — расширение.

В начале такта при сгорании рабочей смеси, которая ооспл а меняется от искровою разряда свечи зажигания, выделяется значительное количество теплоты, резко увеличивается температура и давление. Вследствие давления газон поршень перемешается от ВМТ к НМТ. Газы расширяются и совершают полезную работу. В начале расширения давление газов составляет 4—6 МПа, температура — 2500—2800 К. В конце расширения давление н цилиндре составляет 0,3—0.5 МПа, температура — 1100-1800 К.

Четвертый такт     выпуск.

Поршень перемешается oт НМТ к ВМТ Через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются из цилиндра в выпускной трубопровод и в окружаюшую среду, В конце выпуска давление в цилиндре составляет 0,105—0,12 МПа, а температура — 85O-120O К.

Степень очистки цилиндра от отработавших газов характеризуется коэффициентом остаточных газов (отношение массы остаточных газов к массе свежего заряда). Для современных ДВС коэффициент остаточных газов составляет 0,08—0,2, он возрастает при увеличении частоты вращения коленчатого вала.

Рабочий цикл двигателя заканчивается четвертым тактом — выпуском. При дальнейшем движении поршня цикл повторяется в той же последовательности. Коленчатый вал в течение четырех тактов поворачивается на 720°, т. с. совершает два оборота.
В двигателях, работающих по четырехтактному циклу, полезная работа совершается только в период такта расширения (рабочего хода), когда поршень перемещается пол действием расширяющихся газов, поворачивая коленчатый вал на 180е Остальные три такта являются подготовительными и выполняются при поворачивании коленчатого вата на 540° за счет инерции маховика И работы других цилиндров (в многоцилиндровых двигателях).

Работа двигателя, рабочий цикл

Одноцилиндровый четырехтактный бензиновый двигатель принцип работы.

Одноцилиндровый четырехтактный бензиновый двигатель принцип работы.

Подробности

В наше время на автомобилях используются четырехтактные многоцилиндровые двигатели. Для того, чтобы вы могли самостоятельно ремонтировать двигатель и определять характер неисправности, вначале необходимо узнать его устройство и принцип работы. Для того чтобы представить как же он все таки работает, рассмотрим принцип работы одноцилиндрового четырехтактного бензинового двигателя. Отличие у них только в количестве цилиндров.

Рис 1 – Одноцилиндровый четырехтактный бензиновый двигатель в разрезе.

1 – глушитель. 2 – пружина клапана. 3 – карбюратор. 4 – впускной клапан. 5 – поршень. 6 — свеча зажигания. 7 – выпускной клапан. 8 – шатун. 9 – маховик. 10 – распределительный вал. 11 – коленчатый вал.

Принцип работы одноцилиндрового четырехтактного двигателя следующий:
1. Такт впуска.  Такт – это процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня.

   Рис 2 – Такт впуска.

   1 – впускной клапан. 2 – свеча зажигания. 3 – выпускной клапан. 4 – шатун.

   Направление вращения коленчатого вала происходит по часовой стрелке. Вначале поршень у нас находится в верхней мертвой точке ВМТ. За первый такт коленчатый вал совершает пол оборота (180 градусов), тем самым перемещая поршень из ВМТ в нижнюю мертвую точку НМТ. Когда поршень перемещается вниз, у нас в цилиндре создается разряжение. Одновременно с перемещением поршня открывается впускной клапан 1, в конце первого такта клапан откроется полностью. Благодаря создавшемуся разряжению в цилиндре засасывается горючая смесь, которая представляет собой смешанные пары бензина с воздухом. Не забываем, что в цилиндре у нас еще присутствуют продукты сгорания от предыдущего цикла. В итоге это все смешивается и у нас получается рабочая смесь. Подробнее о такте впуска.
2. Такт сжатия.

   Рис 3 — Такт сжатия.

   Следующий оборот на 180 градусов приводит перемещение из НМТ в ВМТ. В этом такте оба клапана у нас закрыты, что приводит рабочую смесь к сжатию и повышению давления до 1.8 МПа и температуры 600 градусов Цельсия. Подробнее о такте сжатия.
3. Такт расширение. Рабочий ход.

   Рис 4 — Такт расширение. Рабочий ход.

   По окончанию сжатия происходит воспламенение рабочей смеси от искры создаваемой свечей 2 и ее сгорание. Что приводит к увеличению температуры до 2500 градусов Цельсия и давления до 5 МПа. За счет резкого повышения давления, поршень начинает перемещаться вниз, толкая шатун 4, который в свою очередь совершает вращательное действие на коленчатый вал. В этом такте совершается полезная работа, тепловая энергия преобразуется в механическую. При подходе поршня к НМТ начинает открываться выпускной клапан 3, через который отводятся отработанные газы. В результате температура у нас падает до 1200 градусов, а давление до 0.65 МПа. Подробнее о такте рабочего хода.
4. Такт выпуска.

   Рис 5 – Такт выпуска.

   В этом такте у нас полностью открывается выпускной клапан 3. Поршень перемещается из нижней мертвой точки в высшую, выталкивая отработанные газы. Далее газы попадают в выпускной коллектор, затем пройдя через глушитель в атмосферу. В конце такта температура в цилиндре падает до 500 градусов, а давление до 0.1 МПа. Полностью цилиндр от отработанных газов не освобождается, какой-то их процент остается и участвует в последующем такте. Подробнее о такте выпуска.

В процессе работы двигателя все перечисленные такты повторяются циклически. При 3 такте, где совершается рабочий ход поршня, механическая энергия от коленвала передается маховику, которую он накапливает и использует ее в последующих тактах. Благодаря маховику работа двигателя становится ровной и устойчивой.

Четырехтактный двигатель. Работа четырехтактного двигателя

В цилиндре четырехтактного поршневого двигателя циклическая последовательность энергетических преобразований начинается с реакции горения ТВ-заряда, когда поршень находится в ВМТ. В результате сгорания химическая энергия топлива переходит в тепловую энергию сильно сжатых газов.

Так в камере сгорания образуется газообразное рабочее тело теплового двигателя. Далее тепловая энергия рабочего тела за счет его интенсивного расширения переходит в механическую работу по перемещению поршня из ВМТ в НМТ. Следующим этапом преобразований является кинематическое превращение линейного перемещения поршня в возвратно-поступательное его движение и получение вращательного движения на выходном валу двигателя. Это преобразование реализуется с помощью кривошипно-шатунного механизма, коленчатого вала и его маховика. При этом сам коленчатый вал и навешенные на него детали (массы) получают значительный импульс движения, за счет которого совершается полезная работа двигателя, а поршень переходит через НМТ и начинает обратное движение к ВМТ.

Эта часть энергетического цикла соответствует рабочему такту двигателя «рабочий ход» и заканчивается в НМТ. С этого момента (от нижней мертвой точки) на полезную нагрузку одноцилиндрового двигателя и на последующие вспомогательные процессы энергетических преобразований начинает работать кинетическая энергия инерционных масс коленчатого вала, ранее разогнанных рабочим ходом поршня. Вслед за процессом «рабочий ход» в любом поршневом двигателе должны быть выполнены два насосных процесса: выпуск отработавших газов и впуск свежего топливовоздушного заряда.

В четырехтактном одноцилиндровом двигателе такты выпуска, впуска и сжатия реализуются инерционным вращением коленвала с массивным маховиком (тремя ходами поршня между НМТ и ВМТ). В многоцилиндровом двигателе поршни поочередно работают на один общий коленвал, и процессы выпуска, впуска и сжатия в цилиндре реализуются не только инерционным вращением коленвала, но и рабочими ходами поршней в других цилиндрах, на выполнение насосных процессов затрачивается часть энергии рабочего хода.

Чем продолжительнее насосные процессы в общей продолжительности рабочего цикла, тем ниже КПД двигателя. Именно поэтому двухтактные двигатели эффективнее четырехтактных, а четырехтактные — эффективнее шеститактных.

После завершения насосных процессов, сразу вслед за впуском, в цилиндре четырехтактного двигателя начинается энергетический процесс сжатия. Этот процесс реализуется четвертым (последним) в данном цикле ходом поршня (вверх).

Рассмотрев последовательность основных процессов энергетического преобразования и сопутствующие им вспомогательные процессы в четырехтактном двигателе, можно перейти к рассмотрению рабочих тактов в четырехтактном цикле.

Четырехтактным циклом называется последовательность из четырех рабочих тактов двигателя: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. За начало цикла обычно принимают такт впуска.

Следует предварительно заметить, что хотя по определению рабочий такт включает в себя несколько рабочих процессов, приходящихся на один ход поршня, в четырехтактном двигателе каждому такту присваивается наименование только одного (основного) рабочего процесса. Например, рабочий такт «сжатие» (ход поршня из НМТ в ВМТ после впуска) включает в себя не только само сжатие, но и внутреннее перемешивание ТВ-смеси, формирование ТВ-заряда, воспламенение ТВ-заряда перед его сгоранием, начало формирования газообразного рабочего тела. Но называется данный такт — тактом сжатия.

То же самое можно показать на примерах других тактов. Но главное здесь то, что довольно продолжительная последовательность различных процессов, имеющих место в каждом такте, в целях упрощения «раскладывается» только на четыре рабочих такта. Эти такты: ВПУСК, СЖАТИЕ, РАБОЧИЙ ХОД, ВЫПУСК Таким образом, для четырехтактного двигателя рабочим циклом можно считать не совокупность рабочих процессов, приходящихся на один акт сгорания ТВ-заряда, а последовательность четырех конкретных рабочих тактов.

Рассмотрение четырехтактного цикла удобнее проводить с помощью индикаторной диаграммы, которая отображает изменение давления в цилиндре по ходу поршня за рабочий цикл.

Индикаторная диаграмма состоит из четырех характерных участков:
1. Участок (71) — впуск ТВ-смеси под разрежением от всасывания (Р = 0,8 атм). Температура ТВ-смеси в конце впуска Ti = 10О°С. Имеет место вентиляционное охлаждение цилиндра.
2. Участок (123) — сжатие. При степени сжатия еа = 10 (для бензинового ДВС) давление в конце сжатия Рс = 15 атм, температура Тс = 500°С.
3. Участок (3456) — сгорание ТВ-заряда и расширение (рабочий ход). Воспламенение ТВ-зарядв в точке 2. Окончание процесса сгорания ТВ-заряда в точке 3. Дааление газов Р4 = 40 атм, температура Т4 & 2800°С. К концу расширения (точка 5) давление Р5 = 4 атм, Т5 = 1000°С. В точке 6 давление Р6 = 1,3 атм (остаточное давление газов), Т6 = 800°С.
4. Участок (67) — выпуск отработавших газов. Выпускной клапан открывается в точке 5.

Процесс выпуска протекает при даалении, которое превышает атмосферное. К концу выпуска температура падает до Т7 = 700°С, и далее там. Здесь же показаны схемы текущего положения порш-при впуске — до Т± = 100°С. ня в четырехтактном двигателе.
Управление клапанами в поршневых двигателях осуществляется от специального вала, который называется распределительным. Распределительный вал механически жестко сочленен с коленчатым валом через цепную, шестеренчатую или зубчатую ременную передачу. В двигателях с четырехтактным рабочим циклом передвточное отношение такой передачи равно один к двум. То есть за два оборота коленчатого вала распределительный вал делает один оборот.

Третьим рабочим тактом поршневого двигателя является такт рабочий ход. Он начинается сразу после того, как поршень 6 начнет перемещаться из верхней мертвой точки снова вниз. Такт «рабочий ход» наиболее важный в работе двигателя. Именно в этом такте происходит главное энергетическое преобразование ДВС — превращение тепловой энергии сгоревшего топливовоздушного заряда в механическую работу.

В бензиновых поршневых ДВС этот такт происходит следующим образом. В зоне, близкой к ВМТ, еще в такте сжатия топливовоздушный заряд принудительно воспламеняется от электрической искры в свече 13 зажигания. Топливовоздушный заряд быстро сгорает, и к началу такта рабочий ход давление в образовавшихся газах достигает максимального значения (точка Z). Газы, образовавшиеся в результате сгорания топливовоздушного заряда, с этого момента выполняют роль сильно разогретого рабочего тела, сжатого в объеме камеры сгорания. Как только поршень за ВМТ начинает перемещаться вниз, рабочее тело, интенсивно расширяясь, высвобождает приобретенную тепловую энергию, которая превращается в механическую работу в виде движения поршня вниз под действием расширения газов.

Последний (четвертый) рабочий такт поршневого двигателя называется тактом выпуска, так как в нем осуществляется эвакуация из объема цилиндра отработавших газов.

Важно понимать, что из всех четырех тактов четырехтактного двигателя только такт «рабочий ход» полезно работает на нагрузку ДВС, так как только в нем коленчатый вал 10 получает от поршня 6 через шатун 7 и кривошип 8 разгонное механическое усилие. Во всех остальных рабочих тактах двигатель не вырабатывает, а потребляет часть механической энергии от коленчатого вала.

Описанные четыре рабочих такта во время работы ДВС чередуются друг за другом и образуют полный четырехтактный рабочий цикл двигателя.

Следует иметь в виду, что строгого соответствия между рабочими тактами (ходами поршня) и тактовыми рабочими процессами в четырехтактных (так же, как и в двухтактных) поршневых двигателях нет. Это объясняется тем, что при работе двигателя фазы клапанного газораспределения и фазовые состояния клапанов накладываются на рабочие ходы поршня в разных конструкциях двигателей по-разному.

Работа многоцилиндровых ДВС происходит по цилиндрам последовательно, в каждом из которых рабочие процессы протекают так же, как и в вышеописанном одноцилиндровом двигателе. Все цилиндры в многоцилиндровом ДВС работают на один коленчатый вал, который воспринимает рабочие усилия от разных цилиндров через заданный числом цилиндров угол поворота.

Чередование срабатываний цилиндров в многоцилиндровых двигателях носит наименование — порядок работы.

Порядок работы ДВС задается конструктивно соответствующим исполнением распределительного и коленчатого валов и не может быть изменен в процессе эксплуатации.

Реализуется порядок работы ДВС чередованием искр зажигания, поступающих на свечи цилиндров от системы зажигания. К примеру, порядок работы четырехцилиндровых двигателей может быть либо 1342, либо 1243

Газораспределительные механизмы в современных поршневых двигателях

При различных режимах работы двигателя газообмен в его цилиндрах происходит по-разному. На оборотах холостого хода, когда скорость движения газообразных масс в двигателе низкая, отработавшие газы не успевают эвакуироваться из цилиндров и двигатель, «задыхаясь», может остановиться. Чтобы этого не произошло, горючую смесь обогащают, что приводит к дополнительному расходу топлива и повышенному образованию СО в отработавших газах. Оптимальные условия работы двигателя нарушаются. Однако эффект задымления цилиндров на холостом ходу можно свести к минимуму более ранним открытием выпускного клапана в такте «рабочий ход». Тогда часть энергии расширения рабочего тела будет затрачиваться на принудительную и интенсивную эвакуацию отработавших газов. Мо при высоких оборотах двигателя под большой нагрузкой раннее открытие выпускного клапана приводит к значительной потере развиваемой двигателем мощности. Получается так: фазу начала открытия выпускного клапана желательно иметь разной, а жесткий распредвал этого не обеспечивает.

Другой пример. Когда двигатель работает на очень высоких оборотах, скорость движения топливовоздушной смеси на входе цилиндра и выхлопных газов на его выходе тоже очень высокая. Это придает газовым потокам значительную дополнительную энергию движения за счет инерции. Поэтому одновременное открытие впускного и выпускного клапанов (перекрытие клапанов) в цилиндрах в конце выпуска и в начале впуска является крайне желательным явлением.

Фаза перекрытия клапанов в таком случае должна быть расширена по сравнению с режимами работы двигателя в менее скоростных режимах, так как это способствует дополнительной продувке цилиндра под напором быстрых впускных газов и под сильным разрежением быстро вылетающих отработавших газов. Однако подобное расширение фазы перекрытия клапанов в режиме холостого хода недопустимо, т.к. приводит к нарушению процесса внешнего смесеобразования из-за обратного выхлопа части отработавших газов во впускной коллектор. Из этого примера следует, что и фазу перекрытия клапанов жесткий распредвал формирует неоптимально.

Ясно, что каждому виду фазовой диаграммы соответствует определенная форма кулачков на распредвале. Так, для впускного и выпускного клапанов в идеальном двигателе кулачки симметричные, с идеальным профилем; у двигателя ЗИЛ кулачки гармонические, впускной с разворотом в сторону опережения, выпускной — почти симметричный; двигатель оптимальный по холостому ходу имеет тангенциальные кулачки — выпускной кулачок со значительным разворотом в сторону отставания, а впускной — в сторону опережения; у двигателя, работающего в форсированном режиме с расширенной фазой перекрытия клапанов, впускной кулачок гармонический и должен давать опережение по открытию клапана, а выпускной тангенциальный — отставание по закрытию.

Опережение или отставание фазовых состояний клапана определяется и формируется разворотом кулачка против вращения распредвала (отставание) или по направлению (опережение). Важно также заметить, что в реальных двигателях с жестким распредвалом фазы впуска и выпуска почти никогда не бывают симметричными (их середина сдвинута относительно середины рабочего такта — хода поршня от одной мертвой точки к другой).

• Из рассмотрения диаграмм ясно, что жесткая привязка фаз газораспределения к вращению коленчатого вала, даже при их расширении и (или) смещении относительно рабочих тактов двигателя, не является оптимальным способом формирования процессов газораспределения в реальных ДВС. Получается так: изменился режим работы двигателя, надо бы соответственно изменить и фазы газораспределения. Но газораспределительный механизм с жесткими кинематическими связями не позволяет этого сделать. Приходится искать «золотую середину». Компромиссное среднее положение фаз газораспределения относительно нижней и верхней мертвых точек для каждого конкретного двигателя определяется опытным путем на специальном экспериментальном стенде. Найденные таким способом фазы газораспределения называются установочными. До недавнего времени опытный подбор установочных фаз был единственной возможностью подогнать жесткий распредвал под реальные процессы газообмена в ДВС на различных режимах его работы.

При подборе установочных фаз имеют в виду следующие соображения. Фазы, раскрыв угла которых более 180°, могут быть сдвинуты относительно мертвых точек, а также относительно друг друга. Манипулируя шириной фаз впуска и выпуска и их сдвигом, можно подгонять рабочие параметры двигателя под заданные условия эксплуатации. Такая возможность обусловлена тем, что эффективность газообмена в цилиндрах ДВС определяется степенью их наполнения свежим зарядом и степенью их очистки от отработавших газов. А наполнение и очистка цилиндров непосредственно зависят от продолжительности фаз впуска и выпуска, и от фазы их взаимного наложения друг на друга (фаза перекрытия клапанов).
Можно детально объяснить, почему так происходит, но здесь ограничимся тем, что укажем на три основных момента:
1. В высокоскоростном двигателе наполнение цилиндра свежим зарядом несколько увеличивается (примерно на 10…15%) за счет напора газов со стороны впускного коллектора, если впускной клапан остается открытым на некоторое время после НМТ (50е…80° по углу поворота KB).

2. При раннем открытии выпускного клапана (за 40°…70° до НМТ, в такте «рабочий ход») большая часть отработавших газов (до 60%) эвакуируется из цилиндра достаточно высоким (4…5 атм) давлением газов. (Поршень в такте выпуска вытесняет из цилиндра всего 40…50% отработавших газов.)

3. Одновременное открытие выпускного и впускного клапанов (перекрытие клапанов) в конце такта выпуска (за 20…30° до ВМТ) и в начале такта впуска (20…50° после ВМТ) способствует продувке камеры сгорания, из которой вытесняются остаточные отработавшие газы. Продувка происходит за счет инерционного движения газовых потоков во впускном и выпускном коллекторах.
Используя эти три фактора воздействия на эффективность газообмена, можно создавать двигатели с различными рабочими характеристиками. Для двигателей обычного назначения фазы газораспределения устанавливаются таким образом, чтобы они наиболее оптимально соответствовали применяемому на данном двигателе способу смесеобразования и конструкции газопропускных каналов и тем самым обеспечивали устойчивую работу двигателя при всех возможных режимах его работы.

Однако усредненный подбор фаз газораспределения не является единственным способом улучшения характеристик двигателя внутреннего сгорания с жестким распредвалом. Так, современные двигатели теперь стали оборудовать многоклапанным газораспределительным механизмом, в котором на один цилиндр приходится до четырех и даже до пяти клапанов. Клапаны приводятся в действие от двух распределительных валов группами по два или три клапана.

Такая конструкция газораспределительного механизма дает возможность значительно увеличивать суммарную площадь пропускных щелей клапанов во время одновременного их открытия сравнительно небольшим ходом.

Таким образом, многоклапанная система позволяет реализовать более эффективный газообмен в цилиндрах ДВС при высокой степени сжатия и при высоких оборотах без применения искусственного наддува цилиндров свежей порцией воздуха и без значительного расширения фаз. Это существенно повышает выход мощности ДВС с единицы его конструктивного объема. Как следствие, многоклапанные двигатели меньше по весу и габаритам в сравнении с классическими моделями ДВС.

Четырехцилиндровый двигатель

«Audi-A4» с двадцатью клапанами работает без наддува и развивает мощность в 125 л.с. уже при 5800 об/мин. Он имеет плавный ход за счет «длинной полочки» в характеристике крутящего момента (крутящий момент в 165 Нм развивается на 3500 об/мин и в 173 Нм — на 3950 об/мин). Три впускных и два выпускных клапана своим коротким ходом и малой длительностью открытия позволяют приблизить продолжительность и место нахождения фаз газораспределения к их соответствию с рабочими тактами идеального теоретического двигателя. Перекрытие клапанов в такой конструкции минимальное. Это значительно улучшает такие показатели работы ДВС, как бесшумность и плавность хода, динамичность и расход топлива. Вращение коленчатого вала вначале передается зубчатым ремнем на выпускной распределительный вал (в передней части двигателя), а с него — на впускной распределительный вал цепной передачей (сзади двигателя).

В настоящее время многоклапанные системы находят широкое применение на ДВС для современных легковых автомобилей.

Еще одно новшество в современном механизме газораспределения — это гидравлические толкатели. Существуют две разновидности гидравлических толкателей: с подачей масла под давлением от системы смазки и с герметичной масляной подушкой, находящейся под давлением пружины или сжатого газа. Такие толкатели передают усилие от распределительных валов непосредственно на клапаны без промежуточных коромысел, что исключает необходимость регулировки клапанов в процессе эксплуатации ДВС.
Но самым перспективным направлением в повышении эффективности работы газораспределительного механизма является гибкое программное управление работой клапанов, что может быть реализовано несколькими способами: поворотом составного распредвала относительно коленчатого вала на соответствующий угол, создавая тем самым опережение или отставание распредвала с одновременным расширением вершин кулачков; изменением профиля кулачка по заданному закону управления: или, например, сделать кулачок вращающимся на распредвалу с жесткой его фиксацией в нужный момент от электронной автоматики.
Наиболее активно и плодотворно в направлении внедрения электроники в управление механизмом газораспределения работали японские автомобилестроители. Так, в 1992 году две японские фирмы «Honda» и «Mitsubishi» объявили о своих намерениях выпустить двигатель с автотронной системой управления клапанами. С 1993 года фирма «Honda» действительно освоила серий ный выпуск таких двигателей, на которых получила широкую и выпуклую характеристику для крутящего момента и значительную удельную мощность — 75 кВт/л. Не менее интересны достижения фирмы «Mitsubishi». Эта фирма оснастила автотронной системой «Mivec» двигатель автомобиля «Lanser». Этот двигатель объемом 1600 см3 до модернизации развивал мощность 83 кВт при 6000 об/мин и максимальный крутящий момент 137 Нм. После замены обычной головки блока цилиндров на головку с автотронным управлением клапанами двигатель стал мощнее на 40 кВт, а максимальный крутящий момент достиг значения в 167 Нм.

С этим же двигателем более легкий автомобиль «Mit-Colt» показал расход топлива 3,75 л/100 км при постоянной скорости движения 60 км/ч. Такие показатели получены за счет применения в автотронной системе управления клапанами, в системе впрыска топлива и в системе цифрового зажигания единой гибко интегрированной программы управления, заложенной в память центрального бортового компьютера, тем самым достигнута высокая точность срабатывания всех систем.

В этом механизме два верхних распредвала впускной и выпускной. На каждую пару одноименных клапанов работают не два одинаковых, а два разнопрофильных кулачка: один пологий, другой острый. Толкающие действия клапанам могут сообщаться или от острого, или от пологого кулачка попеременно или от обоих кулачков сразу. Режимы работы кулачков, зависящие от режима работы двигателя, заложены в программу бортового компьютера и реализуются с помощью электрогидраалического или электромагнитного управления системой передаточных коромысел. Такой работой механизма реализуется автоматическое управление фазами и высотой хода клапанов.

Функциональная модель узла с электронным упраалением механизмом газораспределения работает следующим образом. Если по программе требуется, чтобы клапан открывался и закрывался по синусоидальному закону, в работу включается гармонический (пологий) кулачок. Для этого сигнал управления от ЭБУ подается на соленоид 2, который выталкивает шток 3, а тот в свою очередь надавливает на фиксатор 4. Происходит жесткая фиксация толкателя 6 на промежуточном валу 5, который одновременно является поворотной осью для Т-образного коромысла 8. Пологий кулачок 13 набегает на левый ролик 9, и спаренные клапаны 7 открываются наклоном Т-образного коромысла. Так как в это время правый толкатель 6 не зафиксирован на оси 5, то он никакого действия на коромысло 8 не оказывает. Аналогично работает и острый кулачок 11 или оба кулачка сразу.

В последнем случае может быть получена сколько угодно сложная форма управления клапанами. Достоинством системы является возможность выключения клапанов. Недостатки — конструктивная сложность и низкая надежность механизма фиксации толкателя 6 на оси 5. Сравнительно быстрый износ фиксаторов приводит не только к нарушению программы работы двигателя, но и к полной его остановке. Возможны и другие варианты исполнения фиксаторов, например с электромагнитным гидрофиксатором.

Однако идеальный по газораспределению двигатель внутреннего сгорания пока еще не создан, хотя изобретен профессором МАДИ В.М. Архангельским еще в пятидесятых годах XX века. По идее Архангельского идеальный двигатель должен управляться не механическими клапанами с приводом от распределительного вала, а электромагнитными клапанами с электрическим управлением процессами их открывания и закрывания. Ясно, что если клапаны будут включаться и выключаться по электрическим сигналам, то можно будет создать программу идеального газораспределения и управления клапанами так, как это делается в современных системах зажигания при формировании момента новообразования.

Главной проблемой реализации идеи электромагнитного управления газораспределительными клапанами является пока непреодолимая сложность создания малогабаритных, мощных и быстродействующих электрических клапанов с тихой работой. Когда это станет возможным, процессы газораспределения в поршневом ДВС будут осуществляться не газораспределительным механизмом с распредвалом, а электромагнитными клапанами с управлением от электронной автоматики или от центрального бортового компьютера.

Четырехтактный двигатель, принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Время не стоит на месте и сегодня практически на всех современных мотоциклах устанавливается двигатель внутреннего сгорания с четырехтактным циклом работы. Произошли перемены и в мотоциклах Минск, которые еще не так дано были оснащены двухтактными моторами, но в теперешнее время они тоже работают на четырехтактных двигателях. Так же и мопеды со скутерами в основном имеют четыре такта, не говоря уже за автомобили, которые в редких случаях имеют двухтактный двигатель.

Благодаря этой статье, многое мотолюбители смогут понять принцип работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. Приобретенные знания помогут многим в процессе ремонта моторов. Ведь изучив структуру, гораздо проще будет обозначить, взяв во внимания существующие симптомы, место поломки мототранспорта.

Как наверное многим известно, двигатель внутреннего сгорания был придуман известным изобретателем имя которого Отто Николаус. Произошло это событие в 1867 году. В честь этого замечательного изобретателя четырехтактный цикл работы теперь называется циклом Отто, это название нередко можно услышать. С тех пор как был изобретен двигатель прошло много времени и теперь не многие задумываются о людях, которые смогли воплотить в жизнь и по сегодняшний день удивительную вещь — цикл в четыре такта – знаменитый цикл Отто.

Цикл Отто обозначен четырьмя тактами: впуск, сжатие, рабочий такт и выпуск. Если нажать на ниже представленную картинку, то очень хорошо видно движение топлива во время каждого из тактов, а рядом, меняющиеся цифры слева, указывают на номер каждого из тактов. Теперь будет правильно рассмотреть каждый такт в отдельности.

Первым тактом является впуск. Когда происходит пуск, то в это время четырехтактный двигатель засасывает в себя рабочую смесь. В этот момент поршень перемещается к низу, а клапан впуска открывается и во внутрь цилиндра поступает топливо с воздухом.

Вторым тактом является сжатие. После произведения впуска клапан вновь закрывается и поршень производит свое движение обратно. Он значительно сжимает топливо, и от этого давления происходит его нагрев, что и производит повышенную концентрацию, делает его взрывоопасным.

Третий тактом является рабочий такт. В тот момент, когда поршень приблизился к самому верху, нашел свое место расположение в верхней мертвой точке, свеча зажигания выдает искру и рабочая смесь просто напросто возгорается. И из-за внезапного распространения энергии от расширения полученных газов, они усиленно толкают поршень в низ. Этот такт является основным, именно он обозначает момент, во время образовании энергии. Остальные три такта не имеют силы и представляют из себя дополнительные.

Четвертый такт работает при выпуске. Уже когда поршень достиг самого низа и газ отдал энергию, преобразовав ее в механическое движение и механическую энергию, работает четвертый такт. В это время поршень движется вверх, делая при этом выпуск отработанных газов. В этот момент клапан выпуска находится в открытом положении.

И все дальше идет по кругу опять, первый так, второй и т. д. Вот так работает четырехтактный двигатель внутреннего сгорания. У вас не должно возникнуть сложностей, что бы понять его работу.

Ну если у кого-то возникает вопрос, по какой причине поршень во время остальных тактов производит движение, ведь по сути только во время рабочего такта газы толкают поршень, то этому есть объяснение — весь процесс происходит с помощью инерции. Коленчатый вал одновременно выполняет функции маховика (но бывает, что кроме него существует дополнительный маховик, как в авто или мотоциклах ИЖ-Юпитер), который сберегает энергию и благодаря ему двигатель не останавливается. Для того чтобы объяснить что такое инерция можно поставить пример, когда вы разгоняетесь на велосипеде и останавливаете педали, а движении происходит еще долго — по инерции.

Вот так и в этом случаи, поршень единожды может дать толчок, чтобы в процессе от остальных трех тактов коленчатый вал оборачивался самостоятельно.

Видео на тему: «Как работает четырехтактный двигатель внутреннего сгорания»

Похожие статьи:

Такты работы четырехтактного двигателя — Яхт клуб Ост-Вест

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

Основные термины и определения

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

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

Принцип работы четырехтактного двигателя

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

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

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

Такт сжатия. Продолжающий двигаться вверх поршень сжимает воздушную смесь.

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

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

Затем снова начинается такт впуска и так бесконечно.

Рабочий цикл из двух тактов

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

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

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

Конструктивные особенности и различия

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

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

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

Эксплуатационные показатели в сравнении

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Однотактные и трехтактные силовые агрегаты

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

Дорогой друг, сегодня поговорим о том, что значит четырехтактный двигатель. О истории его изобретения, принципе работы, особенностях, технических характеристиках и сферах применения.

Конечно, если у вас есть водительское удостоверение, то вы по крайней мере слышали этот термин, когда учились в автошколе. Но вряд ли тогда стали вникать во все тонкости, поэтому сейчас самое время разобраться, что же там происходит под капотом вашего железного коня.

Как всё начиналось

В 19 веке уже были двигатели, но это были в основном большие механизмы, работающие на пару. Они конечно частично обеспечивали развивающуюся промышленность, но имели много недостатков.

Были тяжелые, имели низкий КПД, большие габариты, требовалось много времени на запуск и остановку, для эксплуатации нужны были квалифицированные рабочие.

Промышленникам нужен был новый агрегат без перечисленных недостатков они уже поняли что значит четырехтактный двигатель. И как при определенных условиях с его помощью можно повысить прибыль.

Его и разработал изобретатель Эжен-Альфонс Бо де Роша, а в 1867 году воплотил в металл Николаус Август Отто.

В то время это было чудо техники. Двигатель внутреннего сгорания отличался низкими эксплуатационными расходами, небольшими размерами и не требовал постоянного присутствия обслуживающего персонала.

Работало устройство по особому алгоритму, который и сейчас называют «цикл Отто». Спустя 8 лет, после запуска первого экземпляра, компания Отто выпускала уже более 600 силовых установок в год.

Очень быстро, из-за автономности и компактности, двигатели внутреннего сгорания получили широкое распространение.

Из чего состоит двигатель

Чтобы понять принцип работы, познакомимся с основными составляющими движка:

• блок цилиндров;
• кривошипно-шатунный механизм (включает коленвал, поршни, шатуны) ‒ он необходим для преобразования поступательно-возвратных движений поршня во вращательное движение коленвала;
• головка блока вместе с газораспределительным механизмом, который открывает впускные и выпускные клапаны, для того чтобы поступала рабочая смесь и выходили отработавшие газы. ГРМ может включать один или более распредвалов, которые состоят из кулачков для толкания клапанов, самих клапанов и клапанных пружин. Для стабильной работы четырехтактного движка существует ряд вспомогательных систем:
• система зажигания ‒ для поджига горючей смеси в цилиндрах;
• впускная система ‒ для подачи воздуха и рабочей смеси в цилиндр;
• топливная система ‒ для непрерывной подачи топлива, получения смеси воздуха и горючего;
• система смазки – для смазки трущихся деталей, а также одновременного удаления продуктов износа;
• выхлопная система – для удаления отработанных газов из цилиндров, снижения токсичности выхлопа;
• система охлаждения – для поддержки оптимальной температуры движка.

Что значит четырехтактный двигатель и почему четыре такта

1. Теперь, когда вы более-менее представляете устройство четырехтактного двигателя, можно рассмотреть рабочий процесс.
   Он состоит из следующих этапов:впуск – поршень движется вниз, цилиндр заполняется горючей смесью из карбюратора через впускной клапан, который открываются кулачком распределительного вала.При движении поршня вниз, создается отрицательное давление в цилиндре, тем самым происходит всасывание рабочей смеси, а именно воздуха с парами топлива. Впуск продолжается пока поршень не достигнет НМТ (нижняя мертвая точка). В этот момент закрывается впускной клапан;
2. сжатие или компрессия – после того как будет достигнута НМТ поршень начинает двигаться вверх к ВМТ (верхняя мертвая точка). При движении поршня вверх происходит сжатие, рабочая топливо-воздушная смесь сжимается, давление внутри цилиндра возрастает. Впускной и выпускной клапан закрыты;
3. рабочий ход или расширение – в конце цикла сжатия (в ВМТ), рабочая смесь воспламеняется от искры в свече зажигания. Поршень от микровзрыва устремляется к НМТ.В процессе движения поршня от ВМТ к НМТ смесь сгорает, а увеличивающиеся в объеме газы толкают поршень, выполняя полезную работу. Именно по этой причине движение поршня в этом такте назвали рабочий ход. Впускной и выпускной клапан закрыты;
4. выпуск выхлопных газов – в заключительном четвертом такте открывается выпускной клапан, поршень поднимается в верхнюю точку и выталкивает продукты сгорания из цилиндра в выхлопную систему, пройдя через глушитель, они попадают в атмосферу. После достижения поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается, затем цикл повторяется. Эти четыре такта представляют собой рабочий цикл мотора. Тактом же именуется движение поршня вверх или вниз. Один оборот коленчатого вала соответствует двум тактам, а два оборота – 4 тактам. Отсюда пошло название четырёхтактного двигателя.

От чего зависит мощность четырехтактного ДВС

Тут вроде бы всё ясно — мощность поршневого двигателя в основном определяется:

1. объёмом цилиндров;
2. степенью сжатия рабочей смеси;
3. частотой вращения.

Поднять мощность четырехтактного двигателя также можно повысив пропускную способность тактов всасывания и выхлопа, увеличив диаметр клапанов (особенно впускных).

Так же максимальная мощность получается при максимальном заполнении цилиндров, для этого используют турбины принудительной подкачки воздуха в цилиндр. В следствии чего повышается давление в цилиндре и соответственно КПД двигателя значительно возрастает.

Применение в настоящее время

Четырёхтактные двигатели бывают бензиновыми и дизельными. Применяются эти двигатели на транспортных или стационарных энергоустановках. Использовать такой двигатель рекомендуется в случаях, когда есть возможность регулировать соотношение оборотов, мощности и крутящего момента.

Например, если двигатель, работает в паре с электрогенератором, то нужно выдерживать нужный диапазон оборотов. А при использование промежуточных передач, четырёхтактный двигатель можно адаптировать к нагрузкам в достаточно широких пределах. То есть использовать в автомобилях.

Вернёмся к истокам его создания. В группе изобретателя Отто работал очень талантливый инженер Готлиб Даймлер, он понял что значит четырехтактный двигатель, его перспективы развития, и предложил на базе четырёхтактного двигателя построить автомобиль. Но шеф не посчитал нужным что-то менять в двигателе, и Даймлер, увлеченный своей идеей, покинул мэтра.

И через некоторое время, вместе с другим энтузиастом Карлом Бенцом в 1889 году создали автомобиль, который приводился в движение именно бензиновым четырехтактным двигателем внутреннего сгорания изобретателя Отто.

Эта технология с успехом используется и сегодня. В случаях, когда силовая установка работает на переходных режимах или режимах со снятием частичной мощности ‒ она незаменима, так как обеспечивает стабильную устойчивость процесса.

Теперь, дорогой друг, ты в общих чертах знаешь что значит четырехтактный двигатель, где он используется. Теперь ты стал на голову выше. Но не скупись полученой информацией, поделись с друзьями. К твоим услугам кнопки социальных сетей.

Да и подписаться можно на наш блог, чтобы всегда быть в курсе интересного материала, а его всегда много и будет еще больше.

Рабочий цикл карбюраторного четырехтактного двигателя

Рассмотрим подробно каждый такт цикла.

Такт впуска

Поршень 4 движется от в.м.т. к н.м.т. Над ним в полости цилиндра 1 создается разрежение. Впускной клапан 6 при этом открыт, цилиндр через впускную трубу 7 и карбюратор 8 сообщается с атмосферой. Под влиянием разности давлений воздух устремляется в цилиндр. Проходя через карбюратор, воздух распыливает топливо и, смешиваясь с ним, образует горючую смесь, которая поступает в цилиндр. Заполнение цилиндра 1 горючей смесью продолжается до прихода поршня в н.м.т. К этому времени впускной клапан закрывается.

Такт сжатия

При дальнейшем повороте коленчатого вала 10 поршень движется от н.м.т. к в.м.т. В это время впускной 6 и выпускной 3 клапаны закрыты, поэтому поршень сжимает находящуюся в цилиндре рабочую смесь. В такте сжатия составные части рабочей смеси хорошо перемешиваются и нагреваются. В конце такта сжатия между электродами свечи 5 возникает электрическая искра, от которой рабочая смесь воспламеняется. В процессе сгорания топлива выделяется большое количество теплоты, давление и температура газов повышаются.

Такт расширения

Оба клапана закрыты. Под давлением расширяющихся газов поршень движется от в.м.т. к н.м.т. (рисунок в) и при помощи шатуна 9 вращает коленчатый вал 10, совершая полезную работу.

Такт выпуска

Когда поршень подходит к н.м.т., открывается выпускной клапан 3 и отработавшие газы под действием избыточного давления начинают выходить из цилиндра в атмосферу через выпускную трубу 2. Далее поршень движется от н.м.т. к в.м.т. (рисунок г) и выталкивает из цилиндра отработавшие газы.

Далее рабочий цикл повторяется.

Рисунок. Рабочий цикл одноцилиндрового четырехтактного карбюраторного двигателя:
а — такт впуска; б — такт сжатия; в — такт расширения; г — такт выпуска; 1 — цилиндр, 2 — выпускная труба; 3 — выпускной клапан; 4 — поршень; 5 — искровая зажигательная свеча; 6 — впускной клапан; 7 — впускная труба; 8 — карбюратор; 9 — шатун; 10 — коленчатый вал.

Рабочий цикл четырехтактного дизеля

В отличие от карбюраторного двигателя в цилиндр дизеля воздух и топливо вводятся раздельно.

Такт впуска

Поршень движется от в.м.т. к н.м.т. (рисунок а), впускной клапан открыт, в цилиндр поступает воздух.

Такт сжатия

Оба клапана закрыты. Поршень движется от н.м.т. к в.м.т. (рисунок б) и сжимает воздух. Вследствие большой степени сжатия (порядка 14…18) температура воздуха становится выше температуры самовоспламенения топлива.

Рисунок. Рабочий цикл одноцилиндрового четырехтактного дизеля: а — такт впуска; б — такт сжатия; в — такт расширения; г — такт выпуска

В конце такта сжатия при положении поршня, близком к в.м.т., в цилиндр через форсунку начинает впрыскиваться жидкое топливо. Устройство форсунки обеспечивает тонкое распыливание топлива в сжатом воздухе.

Топливо, впрыснутое в цилиндр, смешивается с нагретым воздухом и оставшимися газами, образуется рабочая смесь. Большая часть топлива воспламеняется и сгорает, давление и температура газов повышаются.

Такт расширения

Оба клапана закрыты. Поршень движется от в.м.т. к н.м.т. (рисунок в). В начале такта расширения сгорает остальная часть топлива.

Такт выпуска

Выпускной клапан открывается. Поршень движется от н.м.т. к в.м.т. (рисунок г) и через открытый клапан выталкивает отработавшие газы в атмосферу.

Далее рабочий цикл повторяется.

У описанных двигателей в течение рабочего цикла только в такте расширения поршень перемещается под давлением газов и посредством шатуна приводит коленчатый вал во вращательное движение. При выполнении остальных тактов — выпуске, впуске и сжатии — нужно перемещать поршень, вращая коленчатый вал. Эти такты являются подготовительными и осуществляются за счет кинетической энергии, накопленной маховиком в такте расширения. Маховик, обладающий значительной массой, крепят на конце коленчатого вала.

Дизель по сравнению с карбюраторным двигателем имеет следующие основные преимущества:

• на единицу произведенной работы расходуется в среднем на 20…25 % (по массе) меньше топлива
• работа на более дешевом топливе, которое менее пожароопасно

Недостатки дизеля:

• более высокое давление газов в цилиндре требует повышенной прочности деталей, а это приводит к увеличению размеров и массы дизеля
• пуск его затруднен, особенно в зимнее время

Хорошие экономические показатели дизелей обусловили их широкое применение в качестве двигателей для тракторов, грузовых и легковых автомобилей.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя — Энциклопедия по машиностроению XXL

Рабочий цикл четырехтактного двигателя совершается за два оборота коленчатого вала (рис. 5.10). В крышке цилиндра двигателя расположены клапаны впуска 1 свежего заряда и выпуска 2 продуктов сгорания, форсунки или свечи зажигания и другие устройства. Клапаны удерживаются в закрытом состоянии силой упругости пружин и избыточным давлением в цилиндре. Открытие клапанов в нужные моменты производится с помощью газораспределительного механизма. Этот механизм обычно состоит из рычагов, штанг и толкателей, на которые воздействуют кулачки распределительного вала. Последний приводится в движение от коленчатого вала двигателя и имеет частоту вращения  [c.231]
В 1824 г. основоположник термодинамики С. Карно предсказал теоретический рабочий цикл четырехтактного двигателя внутреннего сгорания (ДВС), соответствующий четырем ходам поршня I — всасывание воздуха  [c.95]

Рабочий цикл четырехтактного двигателя (рис. 6) начинается с такта впуска (а), затем следуют такты сжатия (б), расширения (в) (рабочий ход) и выпуска (г).  [c.11]

Таким образом, в рабочем цикле четырехтактного двигателя только один такт — такт расширения — является рабочим, остальные три такта вспомогательные и требуют затраты энергии. Эту энергию накапливает и расходует маховик.  [c.12]

Из четырех тактов, составляющих рабочий цикл четырехтактного двигателя, такты сжатия и расщирения могут быть названы основными, а такты впуска и выпуска являются вспомогательными, так как они предназначаются для периодической смены рабочего тела в цилиндре.  [c.272]

Рассматривая рабочий цикл четырехтактного двигателя, замечаем, что только один такт является рабочим, а остальные три— подготовительными (вспомогательными). В одноцилиндровых двигателях подготовительные такты выполняются за счет энергии, накопленной маховиком при рабочем ходе, а в многоцилиндровых — за счет рабочих ходов, происходящих в это время в других цилиндрах.  [c.14]

Объясните рабочий цикл четырехтактного двигателя.  [c.18]

Рабочий цикл четырехтактного двигателя происходит следующим образом.  [c.15]

Рабочий цикл четырехтактного двигателя  [c.9]

РАБОЧИЕ ЦИКЛЫ ЧЕТЫРЕХТАКТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ С ВОСПЛАМЕНЕНИЕМ ОТ СЖАТИЯ  [c.27]

РАБОЧИЕ ЦИКЛЫ ЧЕТЫРЕХТАКТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ С ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ ЗАЖИГАНИЕМ  [c.37]

Четырехтактные двигатели. Рассмотрим рабочий цикл четырехтактного двигателя с внешним смесеобразованием.  [c.193]

Протекание рабочих циклов разных карбюраторных двухтактных двигателей с кривошипно-камерной продувкой сильнее различается, чем рабочие циклы четырехтактных двигателей. Это объясняется более сложными процессами наполнения, продувки и выпуска, а также тем, что эти процессы зависят от степени сжатия  [c.158]

Сила К, перенесенная на шатунную шейку, в свою очередь, может быть разложена на силу Z, направленную по кривошипу к центру коленчатого вала и называемую нормальной силой, и на тл/ Т, действующую перпендикулярно оси кривошипа и назы-вае.мую тангенциальной силой. Эта сила создает крутящий. момент и вызывает вращение вала. На рис. 21. г показано из.менение тангенциальной силы Т одного цилиндра за один рабочий цикл четырехтактного двигателя.  [c.61]

Совокупность перечисленных тактов, происходящих в цилиндре, в зависимости от конструкции двигателя может совершаться за один или два оборота коленчатого вала, т. е. за два или четыре полных хода поршня. За два оборота коленчатого вала совершается рабочий цикл четырехтактного двигателя, а за один оборот — двухтактного.  [c.128]

Шестерня 2 распределительного вала 3 имеет в два раза больше зубьев, чем шестерня 1 коленчатого вала, поэтому распределительный вал вращается в два раза медленнее, чем коленчатый. Это необходимо для того, чтобы клапаны открывались один раз за два оборота коленчатого вала, в течение которых протекает рабочий цикл четырехтактного двигателя.  [c.136]

В течение рабочего цикла четырехтактного двигателя мощность выделяется только при такте расширения. Для того чтобы двигатель не остановился во время тактов выпуска, впуска и сжатия, на коленчатом валу укрепляют тяжелый маховик, который, получив энергию во время такта расширения, продолжает вращаться по инерции, преодолевает сопротивление тактов выпуска, впуска и сжатия и сохраняет необходимую энергию до следующего такта расширения.  [c.15]

Р и с. 6. Рабочий цикл четырехтактного двигателя  [c.17]

Рис. 3.3. Схема рабочего цикла четырехтактного двигателя а — впуск б — сжатие в—рабочий ход, в — выпуск

Распределительный вал имеет столько же кулачков, сколько клапанов у всех цилиндров дизеля. Распределительный вал (см. рис. 5.1) вращается вдвое медленнее коленчатого вала, тa как за два оборота последнего, в течение которых протекает рабочий цикл четырехтактного двигателя, клапаны в каждом цилиндре должны открываться и закрываться только один раз.  [c.42]

Работа любого двигателя внутреннего сгорания связана с периодически повторяющимися и последовательно осуществляемыми в его цилиндрах процессами впуска, сжатия, сгорания, расширения (рабочего хода) и выпуска. Совокупность этих процессов представляет собой рабочий цикл двигателя. Рабочий цикл четырехтактного двигателя осуществляется за четыре хода поршня или за два оборота коленчатого вала, а двухтактного двигателя — за два хода поршня или за один оборот коленчатого вала.  [c.67]

В двухтактных двигателях рабочий цикл состоит из тех же процессов, что и рабочий цикл четырехтактных двигателей. Однако при осуществлении рабочего цикла в двухтактном двигателе поршень совершает всего два хода (такта). Основные зависимости, полученные для четырехтактных двигателей, справедливы и для двухтактных двигателей.  [c.405]

РАБОЧИЙ ЦИКЛ ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ  [c.44]

Такие чугуны работают при высоких температурах и их широко применяют в двигателестроении и металлургической промышленности. Сфера применения износостойких и жаропрочных чугу-нов представлена на рис. 26. Например, температура газов внутри цилиндра автотракторных двигателей в момент сгорания топлива достигает 2800°С, а температура рабочего цикла четырехтактного карбюраторного двигателя колеблется в широком диапазоне  [c.62]

Особенность протекания рабочего цикла двухтактного двигателя, отличающая его от четырехтактного, состоит в том, что в нем заполнение цилиндра зарядом (смесью) осуществляется в начале хода сжатия, а очищение цилиндра — в конце хода расширения, т. е. процессы впуска и выпуска рабочего тела не требуют самостоятельных ходов поршня. Процессы впуска и выпуска в четырехтактном двигателе занимают более 50% продолжительности цикла, а в двухтактном двигателе эти процессы протекают за время, составляющее 25—30% продолжительности цикла.  [c.418]

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя представлен схемой (рис. 2.4). В течение первого такта (рис. 2.4, а) приводимый коленчатым валом I через шатун 2 поршень 4 перемещается вниз, всасывая в рабочую полость цилиндра 5 через открытый впускной клапан 6 топливо-воздушную смесь из паров бензина и воздуха, поступающую из карбюратора — специального устройства для ее приготовления. На втором такте (рис. 2.4, б) поршень, также приводимый коленчатым валом, перемещается снизу вверх, сжимая находящуюся в цилиндре рабочую смесь при закрытых впускном 6 и выпускном 8 клапанах. Вследствие сжатия рабочей смеси ее давление и темпе-  [c.27]

Какую энергию преобразуют двигатели внутреннего сгорания в механическое движение Какие типы двигателей внутреннего сгорания применяют в приводах строительных машин На каких видах топлива они работают Что такое рабочий цикл или рабочий процесс двигателя внутреннего сгорания Что такое такт Опишите рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя. Чем отличается от него рабочий цикл дизеля Для чего в конструкциях двигателей внутреннего сгорания применяют несколько рабочих цилиндров Каков порядок их работы Каково назначение маховика в конструкции двигателя внутреннего сгорания  [c.75]

Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя. В четырехтактном дизельном двигателе рабочий цикл (рис. 3) совершается за два оборота коленчатого вала или за четыре хода поршня и состоит из тактов впуска, сжатия, расширения или рабочего хода и выпуска. В камере сжатия установлены впускной 1 и выпускной 3 клапаны и форсунка 2.  [c.11]

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя (рис. 5) протекает примерно так же, как и в четырехтактном дизеле. Он совершается за два оборота коленчатого вала или за четыре хода поршня. Разница заключается в том, что в цилиндр поступает не чистый воздух, а заранее приготовленная горючая смесь и зажигание смеси принудительное, при помощи электрической искры. Степень сжатия у карбюраторных двигателей примерно  [c.13]

На рис. 1 показаны индикаторные диаграммы рабочего цикла четырехтактного карбюраторного двигателя (рис. 1,а) и четырехтактного дизеля (рис. 1,6). По вертикальным осям диаграмм откладывается давление газов в цилиндре р кг см ), а по горизонтальной оси объем в цилиндре над поршнем V (см ). Вертикальные линии на диаграмме отмечают объемы, соответствующие нахождению поршня в верхней мертвой точке (в.м.т.) и нижней мертвой точке (н.м.т.), а горизонтальная линия ро — атмосферное давление. Индикаторные диаграммы двухтактных двигателей, карбюраторного и дизеля, показаны на рис. 1,ей 1,г.  [c.6]

На рис. 1 изображена индикаторная диаграмма рабочего цикла четырехтактного карбюраторного двигателя, снятая при работе его иа максимальной мощности. Здесь по горизонтальной оси отложен объем цилиндра V в см (или ход поршня), а по вертикальной оси — давление р в кг/см» . Изменение давлений в цилиндре при разных тактах цикла может быть определено по положению наиболее важных точек на индикаторной диаграмме.  [c.8]

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя начинается с такта впуска и происходит следующим образом.  [c.106]

Рабочий цикл четырехтактного дизеля происходит в той же последовательности, что и у карбюраторного двигателя. Отличие работы дизеля состоит в следующем.  [c.107]

По способу осуществления рабочего цикла различают двигатели четырехтактные и двухтактные. Под тактом понимают ход поршня от одного крайнего положения до другого, во время которого происходит один или несколько процессов рабочего цикла. В четырехтактных двигателях все процессы рабочего цикла осуществляются за четыре хода поршня, соответствующих двум оборотам коленчатого вала, в двухтактных — за два хода поршня или один оборот коленчатого вала.  [c.7]

Изменение давления и температуры по ходу рабочего цикла четырехтактного карбюраторного двигателя  [c.37]

Карбюраторные двигатели. Рассмотрим рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя.  [c.217]

Полный рабочий цикл у большинства карбюраторных двигателей совершается в каждом цилиндре за два оборота коленчатого вала, т. е. за четыре такта. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя состоит из трех вспомогательных и одного рабочего тактов впуска, сжатия, расширения (рабочий такт), выпуска (выхлопа).  [c.21]

Рабочий цикл четырехтактного дизеля состоит из тех же тактов, что и рабочий цикл карбюраторного двигателя. Но происходящие во время этих тактов процессы внутри цилиндров различны.  [c.24]

Порядок работы многоцилиидрового двигателя. Из характеристики тактов рабочего цикла четырехтактного двигателя следует, что для равномерного вращения коленчатого вала и плавной работы многоцилиндрового двигателя нужно установить такую последовательность чередования тактов, чтобы рабочие ходы в отдельных цилиндрах чередовались через равные углы поворота коленчатого вала. Такая последовательность чередова-  [c.22]

Газораспределительный механизм с нижним расположением клапанов (рис. 26, ж) работает аналогично описанному выше, но конструкция его проще, так как отсутствуют штанги, коромысла,и детали, на которых монтируются коромысла. При работе этого механизма движение от толкателя 2 передается непосредственно клапану 10. В двигателях с предкамерно-факельным зажиганием коромысло 5 впускного калапана (см. рис. 8) управляет одновременно впускными клапанами 7 основной камеры и 6 предкамеры 3. В течение одного рабочего цикла четырехтактного двигателя происходит одно открытие впускного и выпускного клапанов. Для.этого распределительный вал за цикл должен сделать один оборот, а коленчатый — два.  [c.49]

Часть рабочего цикла, со1вершаемого в течение одного хода поршня, называется ТАКТОМ. Такт именуется по названию основного процесса, происходящего на данном участке цикла. Рабочий цикл четырехтактного двигателя совершается за четыре такта — впуска, сжатия, расширения (рабочего хода) и выпуска — и за два оборота коленчатого вала или четыре хода поршня. Полезная работа создается только во время рабочего хода. Все другие такты являются подготовительны.ми и на их совершение затрачивается часть работы, полученной в такте рабочего хода.  [c.11]

Рассмогрим теперь последовательно отдельные процессы действительного рабочего цикла четырехтактного двигателя.  [c.443]

Рис. 6. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя а — впуск, б — сжатие, в — рабочий ход, г — выпуск / — поршень, — выпускной клапан, 5 — карбюратор, 4 —свеча,- 6 — впускной клапан, 5 — шатун, 7 — маковик, в — коленчатый вал

---

Как работают 2-тактные и 4-тактные двигатели

Drive и его партнеры могут получать комиссию, если вы покупаете продукт по одной из наших ссылок. Подробнее.

Вы когда-нибудь задумывались, почему вам нужно добавлять масло в топливный бак вашей бензопилы? Или почему у некоторых мотоциклов для бездорожья звук выхлопа выше, чем у других?

Мы все были обременены дворовой работой или сидели за рулем автомобиля. Но это не значит, что у вас была возможность погрузиться в специфику 2-тактных и 4-тактных двигателей.На самом деле, вы могли и не подозревать о разнице, пока кто-нибудь не упомянул в разговоре о двухтактности.

Тут тоже нечего стыдиться. Дело в том, что большинство людей полагаются только на 4-тактные двигатели. И даже это меняется, поскольку электромобили, мотоциклы и садовые инструменты становятся все более заметными в повседневной жизни. Но если вы собираетесь заняться чем-либо, связанным с двигателем, вам нужно знать разницу. Не волнуйтесь, Drive в деле!

Понимание цикла двигателя

В первую очередь, двухтактный и четырехтактный — это термины, которые относятся к продолжительности цикла двигателя.Чтобы лучше понять, что означают эти термины, нам нужно начать с очищения вашего разума. Избавьтесь от всего, что вы знаете о поршневых двигателях, кроме того факта, что поршень постоянно перемещается вверх и вниз в камере сгорания.

Визуализируйте, как поршень движется вверх и вниз. Энергия, приводящая в движение это движение, исходит от воспламенения или сгорания смеси, в результате чего поршень с огромной силой опускается вниз. Зажигание — это основная цель, но для этого в камеру должны сначала попасть топливо и воздух.Затем его нужно сжать, чтобы получить максимальное количество энергии от ожога. После сжатия происходит возгорание. Но прежде, чем цикл может начаться снова, выхлоп отработанной смеси должен выйти из камеры.

Термин «ход» происходит от движения поршня в течение цикла двигателя. Соответствующее число означает, сколько раз поршню необходимо пройти внутри камеры для выполнения всех функций. Проще говоря, 4-тактный гребок позволяет достичь этих целей за четыре гребка, а 2-тактный — за, как вы уже догадались, за два.

Что такое 4-тактный двигатель?

Четырехтактный цикл впервые появился еще в 1861 году, когда его разработал человек по имени Николас Отто. Вот почему вы, возможно, слышали, что он упоминается как «цикл Отто» , в редких случаях .

Этот метод выделяет один штрих для каждой из четырех функций, которые мы обсуждали ранее. Но это не единственная определяющая характеристика двигателя этого типа. В этой конструкции решающее значение имеет то, как топливо и воздух входят в камеру и выходят из нее. Вот здесь и вступают в игру распределительный вал и тарельчатые клапаны в верхней части камеры сгорания.

Давайте разберемся с четырехтактным циклом. В 4-тактном двигателе цикл начинается с такта впуска. Когда поршень движется вниз, распределительный вал перемещается в положение, при котором открывается впускной клапан. Вакуум, создаваемый движением поршня вниз, втягивает смесь воздуха и топлива через этот клапан. Как только поршень достигает дна камеры, он больше не может всасывать воздух, и впускной клапан закрывается.

После такта впуска поршень начинает двигаться вверх по камере для сжатия смеси.Как только поршень достигает верха камеры, происходит воспламенение, которое снова направляет его вниз, при этом все клапаны остаются закрытыми во время тактов сжатия и зажигания. После такта зажигания выпускной клапан открывается, позволяя поршню проталкивать отработанную смесь, пока она не достигнет верха камеры. Затем выпускной клапан закрывается, и цикл начинается снова.

Что такое двухтактный двигатель?

Как ни странно, двухтактные двигатели появились вскоре после четырехтактных, когда человек по имени сэр Дугальд Клерк изобрел первую успешную конструкцию в 1878 году.

Как только вы поймете основы 4-тактного цикла, с 2-тактными двигателями будет намного легче набрать скорость. Прежде чем мы сможем погрузиться в то, как 2-тактный двигатель завершает свой цикл, нам нужно исключить несколько деталей, на которые полагаются 4-тактные двигатели.

2-тактные двигатели не имеют ни распределительного вала, ни клапанов, как у 4-тактных. Вместо этого они оснащены системой золотниковых клапанов, в которой два постоянно открытых порта расположены рядом друг с другом в стенке цилиндра. Они известны как выпускной порт и впускной порт.Сам поршень работает как клапан, регулирующий поток в любой порт и из него.

Важно отметить, что выпускной порт обычно находится выше, чем впускной порт, потому что такая конфигурация дает больше времени для выхода выхлопа в этом цикле.

Эта компоновка позволяет выпуску, впуску и сгоранию топливных смесей происходить во время одного такта. С точки воспламенения поршень начинает двигаться вниз. Как только поршень проходит так далеко, он открывает выпускное отверстие, позволяя отработанной топливной смеси начать покидать камеру.Когда поршень продолжит движение, позиция начнет открывать входное отверстие, так что в него начнет поступать свежая топливная смесь. Как только поршень достигает дна, он начинает двигаться обратно вверх, продолжая выталкивать оставшийся выхлоп и сжимать новую топливную смесь, пока она не закроет отверстие, и работает только для сжатия свежей топливной смеси. Зажигание снова запускает цикл.

Ключевым компонентом этого цикла является пластинчатый клапан в высокопроизводительных приложениях. Этот клапан существует во впускном отверстии и позволяет разрежению при ходе поршня вниз втягивать топливо, но не проталкивать его обратно, когда поршень создает давление при ходе поршня вверх.

Уникальной характеристикой двухтактных двигателей является то, что поступающее топливо также попадает в картер. В двухтактных двигателях используется система смазки с полными потерями, в которой топливо используется для смазки вращающегося узла. Поэтому в топливо этих двигателей необходимо добавлять специальное масло для двухтактных двигателей.

Как цикл двигателя влияет на производительность двигателя?

Цикл двигателя играет важную роль в производительности, но ни один универсально не превосходит другой.

Просто для удовольствия, давайте начнем с разговора об очевидных преимуществах двухтактного двигателя.Поскольку у него гораздо более быстрый цикл, он может производить намного больше мощности без увеличения рабочего объема. В некоторых случаях выходная мощность более чем вдвое больше, чем у 4-тактного двигателя аналогичного размера. 2-тактные двигатели действительно развивают пиковую мощность при гораздо более высоких оборотах, но укороченный цикл позволяет двигателю достигать высоких оборотов за гораздо более короткий период, эффективно увеличивая реакцию дроссельной заслонки.

Это еще не все, что касается производительности. 2-тактный двигатель намного легче 4-тактного. 2-тактные двигатели не имеют клапанного механизма, что является наиболее существенным фактором снижения веса.Таким образом, 2-тактный двигатель не только мощнее, но и весит почти на 50% меньше, чем его 4-тактный эквивалент, что обеспечивает значительно лучшее соотношение мощности и веса.

Еще одним преимуществом двухтактной конструкции является то, что она может работать в любом положении, поскольку подача топлива не зависит от гравитационной подачи, что идеально подходит для ряда применений.

Если двухтактные двигатели способны создавать больше мощности, то почему мы не видим их чаще? На то есть две важные причины. Во-первых, они не так долговечны, как 4-тактные, и не совсем безопасны для выхлопных газов.Другой фактор заключается в том, что среднему автомобилисту их не так легко контролировать.

По сути, относительно высокая долговечность и меньшее загрязнение окружающей среды являются причиной того, почему мы склонны отдавать предпочтение 4-тактным двигателям для многоцилиндровых двигателей, которые мы используем в легковых, грузовых автомобилях и других больших уличных транспортных средствах.

Высокая выходная мощность двухтактного двигателя и возможность развивать высокую мощность без увеличения размера и веса делают его очевидным выбором для других применений. Такие области применения, как высокопроизводительные внедорожники и оборудование для газонов, которые требуют низкого отношения мощности к весу и нуждаются в двигателе, который может работать с ориентацией в пользу двухтактных двигателей.

Однако важно не исключать 4-тактные движения в любом из этих сегментов. Долговечность и низкий крутящий момент этих двигателей имеют свои преимущества. Во-первых, автомобили или коммунальное оборудование, в которых используются 4-тактные двигатели, легче обслуживать. Как и в случае с автомобилями, крутящий момент на низких оборотах более управляем и требует меньших навыков для безопасного управления, что делает его более приятным для гонщиков и операторов.

Это не значит, что из правил не бывает исключений. «Раньше» вы могли даже найти промышленные дизельные двигатели, использующие двухтактный цикл.

Engine термины, которые вы должны знать

Получите образование.

Ход

Ход происходит от движения поршня в камере сгорания. Любой цикл не требует пояснений. Соответствующее число означает, сколько раз поршню нужно пройти, чтобы выполнить четыре функции, необходимые для работы двигателя.

Тарельчатый клапан

Тарельчатый клапан — это клапаны, используемые в 4-тактных двигателях. По крайней мере, эти двигатели будут иметь по два клапана на цилиндр.Впускной клапан позволяет топливу и воздуху попадать в камеру, а выпускные клапаны позволяют отработанной смеси выходить.

Распредвал

Еще один важный компонент 4-тактных двигателей. Это компонент, отвечающий за открытие клапанов в камере сгорания. Он связан с коленчатым валом и должен быть правильно рассчитан, чтобы клапаны открывались и закрывались в нужные моменты.

Порты

2-тактные двигатели используют порты, которые работают с поршнем, чтобы создать систему золотниковых клапанов.Когда поршень проходит через эти отверстия, они позволяют отработавшему топливу выходить из камеры, а свежей смеси — входить.

Герконовый клапан

Герконовый клапан присутствует на впускном отверстии в высокопроизводительных 2-тактных двигателях. Эта простая система клапанов позволяет топливу поступать в камеру из-за вакуума, создаваемого поршнем, движущимся вниз, но не позволяет топливу выталкиваться при движении поршня вверх.

Часто задаваемые вопросы о 2-тактном и 4-тактном корпусе

У вас есть вопросы, У Drive есть ответы!

Q: В чем разница между 2-тактным и 4-тактным ходом?

A: Четырехтактный двигатель с основным отличием выполняет все функции двигателя за четыре такта, а двухтактный — за два.Существуют также некоторые существенные различия в используемых компонентах и ​​смазке этих двигателей.

Q: Вредны ли двухтактные двигатели для окружающей среды?

A: Двухтактные двигатели вносят значительный вклад в загрязнение транспортных средств. Поскольку они используют порты вместо клапанов, несгоревшее топливо может покидать камеру и увеличивать выбросы. Вот почему они обычно ограничены для использования во внедорожниках и небольших двигателях.

Q: Почему 2-тактный ход быстрее?

A: Двухтактные двигатели выполняют все функции быстрее, чем четырехтактные.У них также меньше деталей, что делает их легче. Повышенная частота вращения двигателя и лучшее соотношение мощности и веса способствуют повышению производительности автомобилей, оснащенных этими двигателями.

Q: Почему двухтактные двигатели не используются в автомобилях?

A: Основная причина, по которой мы не используем двухтактные двигатели в автомобилях, связана с их выбросами. Вдобавок ко всему, они обычно не такие прочные и простые в управлении, как 4-тактные.

Q: Что произойдет, если вы поместите 2-тактный бензиновый двигатель в 4-тактный двигатель?

A: Масло добавляется к двухтактному топливу для таких применений, как внедорожные мотоциклы, потому что топливо также используется в качестве смазочного материала для двигателя.4-тактный двигатель может сжечь это топливо, но может вызвать проблемы. Это может повредить насос и фильтры, поэтому их не следует смешивать.

Давайте поговорим, прокомментируем ниже, чтобы поговорить с редакторами

Drive !

Мы здесь, чтобы быть экспертами во всем, что связано с практическими рекомендациями. Используйте нас, хвалите нас, кричите на нас. Прокомментируйте ниже, и давайте поговорим! Вы также можете написать нам в Twitter или Instagram, вот наши профили.

Джонатон Кляйн: Twitter (@ jonathon.klein), Instagram (@jonathon_klein)

Тони Маркович: Twitter (@T_Marko), Instagram (@t_marko)

Крис Тиг: Twitter (@TeagueDrives), Instagram (@TeagueDrives)

Хэнк О’Хоп: Twitter (@HankOHop), Instagram (@HankOHop)

Анимированные двигатели — четырехтактный

Четырехтактный двигатель

Четырехтактный двигатель был впервые продемонстрирован Николаусом Отто в 1876 ​​ ¹ , поэтому он также известен как Отто цикл .Технически правильным термином на самом деле является четырехтактный цикл . Четырехтактный двигатель, пожалуй, самый распространенный тип двигателя в настоящее время. На нем установлены почти все легковые и грузовые автомобили.

Четыре такта цикла — это впуск, сжатие, мощность и выхлоп. Каждый соответствует одному полному ходу поршня; следовательно, полный цикл требует двух оборотов коленчатого вала для полный.

Впуск

Во время такта впуска поршень движется вниз, вытягивая свежий заряд испаренной топливно-воздушной смеси.Изображенный двигатель имеет тарелка впускной клапан, который открывается под действием вакуума, создаваемого впускной ход. Некоторые ранние двигатели работали таким образом; однако самые современные двигатели включают дополнительный кулачок / подъемник, как показано на выхлопной клапан. Выпускной клапан удерживается закрытым пружиной (не показано здесь).

Компрессия

Когда поршень поднимается, тарельчатый клапан принудительно закрывается из-за повышенного давления. давление в баллоне. Импульс маховика движет поршень вверх, сжатие топливно-воздушной смеси.

Мощность

В верхней части такта сжатия свеча зажигания загорается, воспламеняя сжатое топливо. Когда топливо сгорает, оно расширяется, приводя в движение поршень. вниз.

Выхлоп

В нижней части рабочего такта выпускной клапан открывается механизмом кулачка / подъемника. Восходящий ход поршень вытесняет отработанное топливо из цилиндра.

---

Система зажигания

На этой анимации также показана простая система зажигания с выключателем. точки, катушка, конденсатор и аккумулятор.

Ряд посетителей написали, что указали на проблему с точки прерывания на моей иллюстрации. В этой схеме зажигания свеча зажигания загорится, как только откроются точки прерывателя . Иллюстрация похоже, это наоборот.

На самом деле, иллюстрация верна; он просто движется так быстро, что это трудно увидеть! Вот кадры в точке, где розетки:

Моим первоначальным намерением было точно показать, что точки должны оставаться закрывается всего на долю секунды, называется задержкой . Автор иллюстрируя это, я непреднамеренно скрыл общую работу схема. Возможно, когда-нибудь я подготовлю более подробную иллюстрацию только система зажигания.

Более крупные четырехтактные двигатели обычно включают более одного цилиндра, имеют различные приспособления для распределительного вала (сдвоенные, верхние и т. д.), иногда с системой впрыска топлива, турбокомпрессорами, несколькими клапанами и т. д. эти усовершенствования изменяют базовую работу двигателя.

Различные части 4-тактного двигателя

4-тактный двигатель — это тип небольшого двигателя внутреннего сгорания, в котором для завершения одного рабочего цикла используются четыре различных хода поршня.Во время этого цикла коленчатый вал дважды поворачивается, а поршень дважды поднимается и опускается, чтобы запустить свечу зажигания.

Перечень деталей 4-тактного двигателя

Части 4-тактного маломощного двигателя включают:

• Поршень
• Коленчатый вал
• Распредвал
• Свеча зажигания
• Цилиндр
• Клапаны
• Карбюратор
• Маховик
• Шатун
• Форсунки топливные

Циклы 4-тактного двигателя

Вот детали и функции 4-х тактного дизельного двигателя.

1. Ход всасывания

Малые двигатели получают топливо и воздух через карбюратор. Затем карбюратор объединяет топливо и воздух для сгорания. Во время такта впуска впускной клапан между камерой сгорания и карбюратором открывается, что позволяет атмосферному давлению выталкивать топливно-воздушную смесь в цилиндр, когда поршень движется вниз.

2. Ход сжатия

Впускной и выпускной клапаны закрыты в такте сжатия. По мере того, как поршень движется вверх, он сжимает топливно-воздушную смесь.Сжатие облегчает воспламенение свечой зажигания топливно-воздушной смеси в рабочем такте.

3. Рабочий ход

Когда поршень достигает вершины, это оптимальная точка для воспламенения топлива. Свеча зажигания создает высокое напряжение, необходимое для зажигания. Тепло, создаваемое искрой, воспламеняет газ, который затем заставляет поршень вернуться в цилиндр.

4. Ход выхлопа

Когда поршень достигает дна, выпускной клапан открывается.Когда поршень движется обратно вверх, он вытесняет выхлопные газы из цилиндра. Как только поршень достигает вершины, выпускной клапан снова закрывается. Впускной клапан снова открывается, и 4-тактный процесс повторяется.

Свяжитесь с Prime Source Parts and Equipment сегодня

В Prime Source Parts and Equipment мы предлагаем решения по поддержке продукции и стремимся помочь нашим клиентам найти именно те детали, которые нужны. Благодаря нашей обширной сети поставщиков у нас есть беспрецедентный доступ к лучшим запасным частям.

Если вам нужны мелкие детали для двигателей или услуги, свяжитесь с нами сегодня. Наши опытные сотрудники и технические специалисты помогут вам точно определить, какие решения лучше всего подходят для ваших нужд.

Четырехтактный цикл

— обзор

13.18 Цикл Отто

Циклы внешнего сгорания газа Стерлинга и Эрикссона были первоначально разработаны для борьбы с опасными котлами высокого давления первых паровых двигателей. Двигатель внутреннего сгорания Ленуара был проще, меньше по размеру и использовал более удобное топливо, чем любой из этих двигателей, но имел очень низкий тепловой КПД.Брайтону удалось повысить тепловой КПД двигателя внутреннего сгорания, обеспечив процесс сжатия перед сгоранием с использованием двухпоршневой техники Стирлинга и Эрикссона с отдельной камерой сгорания. Но конечной целью разработки коммерческих двигателей внутреннего сгорания было объединение всех основных процессов впуска, сжатия, сгорания, расширения (мощности) и выпуска в одном поршневом цилиндре. Это было окончательно достигнуто в 1876 году немецким инженером Николаусом Августом Отто (1832–1891).Основные элементы модели ASC цикла Отто показаны на рисунке 13.48. Он состоит из двух изохорных процессов и двух изоэнтропических процессов.

Рисунок 13.48. Стандартный цикл воздуха Отто.

После нескольких лет экспериментов Отто наконец построил успешный двигатель внутреннего сгорания, который позволил всем основным процессам протекать в пределах одного поршневого цилиндра. Термодинамический цикл двигателя Отто требовал четырех тактов поршня и двух оборотов коленчатого вала, но он работал плавно, был относительно тихим и очень надежным и эффективным.Двигатель Отто имел немедленный успех, и к 1886 году было продано более 30 000 экземпляров. Они стали первым серьезным конкурентом паровой машины на рынке двигателей малого и среднего размера.

Первоначально двигатель Отто использовал осветительный газ (метан) в качестве топлива, но к 1885 году многие двигатели с циклом Отто уже были преобразованы в двигатели, работающие на жидких углеводородах (бензине). Разработка гениального карбюратора с поплавковой подачей для испарения жидкого топлива в 1892 году немцем Вильгельмом Майбахом (1847–1929) ознаменовала начало автомобильной эры.Немецкому инженеру Карлу Фридриху Бенцу (1844–1929) обычно приписывают создание первого практичного автомобиля с использованием низкоскоростного двигателя цикла Отто, работающего на жидком углеводородном топливе, в 1885 году. Он использовал тепло выхлопных газов двигателя для испарения топлива до того, как оно было подается в двигатель.

Кто изобрел цикл «Отто»?

Николаус Отто не знал, что четырехтактный двигатель внутреннего сгорания уже был запатентован в 1860-х годах французским инженером Альфонсом Эженом Бо де Роша (1815–1893).Однако Рошас на самом деле не строил и не тестировал двигатель, который он запатентовал. Поскольку Отто был первым, кто фактически сконструировал и эксплуатировал двигатель, цикл назван в его честь, а не в честь Роша.

В 1878 году шотландский инженер Дугальд Клерк (1854–1932) разработал двухтактную версию цикла Отто, производящую один оборот коленчатого вала за термодинамический цикл (это было похоже на двигатель Ленуара, но с предварительным сжатием). В 1891 году Клерк продолжил разработку концепции наддува двигателя внутреннего сгорания.Это увеличило тепловой КПД двигателя за счет дальнейшего сжатия индукционного заряда перед зажиганием.

Хотя двухтактный двигатель Клерка по своей природе был менее экономичен, чем четырехтактный двигатель Отто, он давал более равномерную выходную мощность (что важно только для одно- или двухцилиндровых двигателей) и имел почти вдвое большую мощность по сравнению с массой. передаточное отношение двигателя Отто. Двухтактный двигатель с циклом Отто (он никогда не стал известен как цикл Клерка) стал успешным в качестве небольшого и легкого двигателя для лодок, газонокосилок, пил и т. Д.

Тепловой КПД цикла Отто определяется как

(ηT) Otto = (W˙out) netQ˙H = Q˙H− | Q˙L | Q˙H = 1− | Q˙L | Q˙ H

, где из рисунка 13.48 | Q˙L | = m˙ (u2s − u3) и Q˙H = m˙ (u1 − u4s).

Тогда термический КПД Otto hot ASC составляет

(ηT) Ottohot ASC = 1 − u2s − u3u1 − u4s

Для Otto hot ASC , таблица C.16a или C.16b в термодинамических таблицах. для сопровождения современной инженерной термодинамики используются для определения значений удельных внутренних энергий.Поскольку процессы с 1 по 2 с и с 3 по 4 с являются изоэнтропическими, мы используем столбцы v _r в этих таблицах, чтобы найти

v3v4s = vr3vr4 = v2sv1 = vr2vr1 = CR

где CR = v3 / v4s — степень изоэнтропического сжатия. Если температура и давление на входе ( T ₃ и p ₃ ) известны, мы можем найти u ₃ и v _{r 3} из таблицы.Затем, если мы знаем степень сжатия (CR), мы можем найти

vr4 = vr3CR и vr2 = vr1 × CR

Теперь мы можем найти u _{4 s} и T _{4 s} из таблиц. Однако, чтобы найти u ₁ , T ₁ , u _2s и T _2s , нам необходимо знать больше информации о системе. Следовательно, теплота сгорания ( Q _H / м = Q˙H / m˙), максимальное давление ( p ₁ ) или максимальная температура ( T ₁ ) в цикле обычно дается полный анализ.

Для Otto холодный ASC ,

| Q˙L | = m˙ (u2s − u3) = m˙cv (T2s − T3) и Q˙H = m˙ (u1 − u4s) = m˙cv (T1 − T4s).

Тогда

(ηT) Ottocold ASC = 1 − T2s − T3T1 − T4s = 1− (T3T4s) (T2s / T3−1T1 / T4s − 1)

Процесс с 1 по 2 с и процесс от 3 до 4 s изоэнтропичны, поэтому

T1 / T2s = T4s / T3 = (v1 / v2s) 1 − k = (v4s / v3) 1 − k = (p1 / p2s) (k − 1) / k = ( p4s / p3) (k − 1) / k

Поскольку T1 / T4s = T2s / T3,

(13.30) (ηT) Ottocold ASC = 1 − T3 / T4s = 1 − PR (1 − k) / k = 1 − CR1 − k

, где CR = v3 / v4s — степень изоэнтропического сжатия, а PR = p4s / p3 — степень изоэнтропического давления.

Поскольку T3 = TL, но T4s T ₁ и T ₃ ). Поскольку цикл Отто требует процесса сгорания с постоянным объемом, он может эффективно осуществляться только в пределах поршневого цилиндра или другого устройства с фиксированным объемом с помощью почти мгновенного процесса быстрого сгорания.

Пример 13.14

Изэнтропическая степень сжатия бензинового двигателя с циклом Отто новой газонокосилки составляет 8.От 00 до 1, а температура входящего воздуха составляет T ₃ = 70,0 ° F при давлении p ₃ = 14,7 фунт / кв. Определить

a.

Температура воздуха в конце такта изоэнтропического сжатия T _{4 с} .

б.

Давление в конце такта изоэнтропического сжатия перед воспламенением p _{4 s} .

г.

Тепловой КПД двигателя Otto cold ASC.

Решение

a.

Степень изоэнтропического сжатия для двигателя с циклом Отто определяется как

CR = v3v4s = (T3T4s) 11 − k

, откуда мы получаем

T4s = T3CR1 − k = T3 × CRk − 1 = (70,0 + 459,67 R ) (8.00) 0.40 = 1220 R

б.

Для цикла Отто изоэнтропическое давление и степени сжатия связаны соотношением PR = CR ^k , где PR = p4s / p3 и CR = v ₃ / v _{4 s} .Тогда

p4s = p3CRk = (14,7 фунтов на кв. Дюйм) (8,00) 1,40 = 270. psia

c.

Уравнение (13.30) дает тепловой КПД холодного ASC Отто как

(ηT) Ottocold ASC = 1 − T3T4s = 1 − PR1 − kk = 1 − CR1 − k = 1− (8,00) 1−1,40 = 0,565 = 56,5%

Упражнения

40.

Если газонокосилка в Примере 13.14 остается на улице в холодный день, когда температура T ₃ понижается с 70,0 ° F до 30,0 ° F, определите новый температура в конце такта изоэнтропического сжатия.Предположим, что все остальные переменные не изменились. Ответ : T _{4 s} = 1130 R.

41.

Если зазор газонокосилки в Примере 13.14 уменьшается так, что степень сжатия увеличивается с 8,00 до 8,50 до 1, определите новое давление в конце такта изоэнтропического сжатия. Предположим, что все остальные переменные не изменились. Ответ : p _{4 s} = 294.1 фунт / кв. Дюйм.

42.

Если максимальная температура в цикле ( T _{4 с} ) составляет 2400 R, определите тепловой КПД цикла Отто hot ASC этого двигателя. Предположим, что все остальные переменные не изменились. Ответ : ( η _T ) _{Otto hot ASC} = 52,8%.

Фактическая диаграмма давление-объем для двигателя, работающего на газовом или паросиловом цикле, называется индикаторной диаграммой , ¹⁰ , а замкнутая площадь равна чистой реверсивной работе, производимой внутри двигателя. среднее эффективное давление (МПа) поршневого двигателя — это среднее эффективное давление , действующее на поршень во время его перемещения. означает (или обратимый) рабочий выход (WI) из поршня — это чистая положительная площадь, ограниченная индикаторной диаграммой, как показано на рисунке 13.49, и равна произведению mep и смещения поршня, V̶2− V̶1 = π4 (Диаметр отверстия) 2 (Ход), или

(13,31) (WI) вых = mep (V̶2 − V̶1)

Рисунок 13.49. Соотношение среднего эффективного давления (mep) и индикаторной диаграммы.

указывает выходную мощность (W˙I) — это чистая (реверсивная) мощность, развиваемая внутри всех камер сгорания двигателя, содержащего n цилиндров, и составляет

(13,32) (W˙I) вне = mep (n) (V̶2 − V̶1) (N / C)

, где N — частота вращения двигателя, а C — количество оборотов коленчатого вала на рабочий ход ( C = 1 для двух -тактный цикл и C = 2 для четырехтактного цикла).Фактическая выходная мощность двигателя, измеренная динамометром, называется выходной мощностью тормозов (Вт˙Б), а разница между указанной мощностью и мощностью торможения известна как мощность трения , мощность (т. Е. Мощность рассеивается во внутреннем трении двигателя) W˙F, или

(W˙I) out = (W˙B) out + W˙F

, следовательно, механический КПД двигателя η _м просто ( см. таблицу 13.2)

(13,33) ηm = W˙actualW˙reversible = (W˙B) out (W˙I) out = 1 − W −F (W˙I) out

Из уравнения.(13.31) можно записать

mep = (WI) out / (V̶2 − V̶1) = ((WI) out / ma) / v2 − v1 = [(W˙I) out / m˙a] / (v2 −v1)

, где м _a и m˙a — масса воздуха в цилиндре и массовый расход воздуха в цилиндре, соответственно. ASC (т.е. реверсивный или указанный, см. Таблицу 13.2) тепловой КПД любого двигателя внутреннего или внешнего сгорания теперь можно записать как

(ηT) ASC = (W˙out) reversibleQ˙in = (W˙1) outQ˙fuel = (W˙1) out / m˙aQ˙fuel / m˙a

, где Q˙in = Q˙fuel — теплотворная способность топлива.Объединение этих уравнений дает

mep = (ηT) ASC (Q˙fuel / m˙a) v2 − v1 = (ηT) ASC (Q˙fuel / m˙fuel) (A / F) (v2 − v1)

где A / F = m˙a / m˙fuel — соотношение воздух-топливо в двигателе. Теперь

v2 − v1 = v1 (v2 / v1−1) = RT1 (CR − 1) / p1

, поэтому уравнение. (13.32) становится

(13.34) (W˙1) out = (ηT) ASC (Q˙ / m˙) топливо (DNp1 / C) (A / F) (RT1) (CR − 1)

, где D = n (V̶2 − V̶1) = π4 (Диаметр цилиндра) 2 × (Ход) × (Количество цилиндров) — общий рабочий объем поршня двигателя. Уравнение (13.34) позволяет нам определить выходную мощность идеального двигателя внутреннего сгорания без трения, и, когда доступны фактические данные динамометрических испытаний, уравнение.(13.33) позволяет определить механический КПД двигателя.

Пример 13,15

Шестицилиндровый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания с циклом Отто имеет полный рабочий объем 260, ³ и степень сжатия 9,00: 1. Он заправляется бензином с удельной теплотворной способностью 20,0 × 10 ³ Btu / lbm, и это топливо, впрыскиваемое с массовым соотношением воздух-топливо от 16,0 до 1. Во время динамометрического испытания давление и температура на впуске оказались равными 8,00 psia и 60.0 ° F, в то время как двигатель выдавал 85,0 л. С. На торможении при 4000 об / мин. Для холодного ASC Отто с k = 1,40 определите

a.

Холодный ASC тепловой КПД двигателя.

б.

Максимальное давление и температура цикла.

г.

Указанная выходная мощность двигателя.

г.

КПД двигателя механический.

e.

Фактический тепловой КПД двигателя.

Решение

a.

Из уравнения. (13.30), используя k = 1,40 для холодного ASC,

(ηT) Ottocold ASC = 1 − CR1 − k = 1−9,00−0,40 = 0,585 = 58,5%

b.

Из рисунка 13.48 a ,

Q˙H = Q˙fuel = (m˙cv) a (T1 − T4s) = m˙fuel (A / F) (cv) a (T1 − T4s)

и

T1 = Tmax = T4s + (Q˙ / m˙) топливо (A / F) масса (cv) a

Поскольку процесс 3–4 с является изоэнтропическим, уравнение. (7.38) дает

T4s = T3CRk − 1 = (60,0 + 459.67) (9,00) 0,40 = 1250 R

Тогда

Tmax = 20,0 × 103 Btu / lbm топлива (16,0 lbm air / lbm fuel) [0,172 Btu / (lbm air · R)] + 1250 R = 8520 R

Поскольку процесс 4 с к 1 является изохорическим, уравнение состояния идеального газа дает

pmax = p1 = p4s (T1 / T4s)

и, поскольку процесс 3–4 с изоэнтропен,

T4s / T3 (p4s / p3) (k − 1) / k

или

p4s = p3 (T4s / T3) k / (k − 1) = (8,00 psia) (1250 R520 R) 1,40 / 0,40 = 172 psia

, тогда

pmax = (172 фунтов на кв. дюйм) [(8520 R) / 1250 R] = 1170 фунтов на квадратный дюйм

c.

Уравнение (13.34) дает указанную мощность как

| W˙I | out = (0,585) (20,0 × 103 БТЕ / фунт) (260 дюймов3 / об) (4000 об / мин) (1170 фунт-сила / дюйм2) / 2 (16,0) [0,0685 БТЕ / (фунт · м · R)] (8520 R) (9,00-1) (12 дюймов / фут) (60 с / мин) = (132,00 ft (lbf / s) (1 л.с. 550 фут · фунт-сила / с) = 241 л.с.

d.

Уравнение (13.33) дает механический КПД двигателя как

ηm = (W˙B) out (W˙I) out = 85,0 л.с. 241 л.с. = 0,353 = 35,3%

e.

Наконец, фактический тепловой КПД двигателя может быть определен по формулам.(7.5) и (13.33) как

(ηT) Ottoactual = (W˙B) outQ˙fuel = (ηm) (W˙I) outQ˙fuel = (ηm) (ηT) Ottocold ASC = (0,353) (0,585 ) = 0,207 = 20,7%

Упражнения

43.

Если у двигателя с циклом Отто, описанного в примере 13.15, степень сжатия увеличится до 10,0: 1, какова будет его новая тепловая эффективность холодного ASC? Предположим, что все остальные переменные остаются неизменными. Ответ : ( η _T ) _{Отто холодный ASC} = 60.2%.

44.

Найдите p _max и T _max для двигателя с циклом Отто, обсуждаемого в примере 13.15, когда степень сжатия снижается с 9,00 до 8,00 до 1. Предположим, что все остальные переменные остаются неизменными. . Ответ : p _max = 1040 psia и T _max = 8460 R.

45.

Определите мощность, указанную в примере 13.15, если рабочий объем двигателя увеличился с 260.в ³ до 300. в ³ . Предположим, что все остальные переменные остаются неизменными. Ответ : (W˙I) _из = 280. л.

46.

Определите механический КПД двигателя цикла Отто в Примере 13.15, если фактическая тормозная мощность составляет 88,0 л.с. вместо 85,0 л.с. Предположим, что все остальные переменные остаются неизменными. Ответ : η _м = 36,3%.

Предыдущий пример показывает, что анализ холодного ASC Отто обычно предсказывает термический КПД, который намного превышает фактический тепловой КПД.Типичные двигатели с циклом Отто IC имеют фактический рабочий тепловой КПД в диапазоне 15-25%. Большая разница между тепловым КПД холодного АСК (который содержит хотя бы один изоэнтропический процесс) и фактическим тепловым КПД обусловлена ​​влиянием второго закона термодинамики за счет большого количества тепловых и механических необратимостей, присущих этому типу поршневого поршня. -цилиндровый двигатель. Для повышения фактического теплового КПД необходимо уменьшить тепловые потери при сгорании и количество движущихся частей в двигателе.

Какой самый маленький двигатель внутреннего сгорания?

Модель авиадвигателя Cox Tee Dee .010 (рис. 13.50) имеет самый маленький двигатель внутреннего сгорания, когда-либо выпускавшийся в производство. Этот удивительный маленький двигатель весит чуть меньше унции и работает со скоростью 30 000 об / мин. Топливо представляет собой 10–20% касторового масла плюс 20–30% нитрометана, смешанного с метанолом. С отверстием 0,237 дюйма (6,02 мм) и ходом 0,226 дюйма (5,74 мм) он имеет выходную мощность около 5 Вт.

Рисунок 13.50. Двигатель Cox Tee.

В чем разница между двухтактным и четырехтактным мотоциклетным двигателем?

Чтобы упростить ситуацию, обычно мотоциклы с двухтактными двигателями больше не производятся, поскольку они не соответствуют экологическим законам многих стран и не имеют права ездить в городах, и спор между двумя типами двигателей ведется. больше подходит для внедорожников, таких как мотоциклы для бездорожья.

Четырехтактный двигатель, как следует из названия, имеет поршень, который совершает четыре хода (или два оборота коленчатого вала) для завершения одного полного цикла; впуск, сжатие, мощность и ход выпуска.Это означает, что когда поршень движется вниз от верха цилиндра к низу, он снижает давление внутри цилиндра. Это пониженное давление втягивает смесь топлива и воздуха в цилиндр через впускной канал. Затем поршень снова поднимается вверх, сжимая топливно-воздушную смесь, после чего искра воспламеняет топливо и воздух. Получающееся сгорание — это то, что толкает поршень обратно вниз в так называемом «рабочем ходе». Наконец, поршень поднимается и выталкивает дымовые газы.Двухтактные двигатели работают за счет объединения большего количества функций в одном поршневом движении; во время движения поршня вверх (сжатие смеси воздух / топливо / масло) в камере сгорания под поршнем в герметично закрытый картер втягивается свежая смесь воздуха / топлива / масла. Во время движения поршня вниз (рабочий ход) смесь свежего воздуха / топлива / масла сжимается и проходит через одно или несколько промывочных отверстий в камеру сгорания, вымывая сгоревшие газы через нее за счет движения вниз открывшегося поршня, выхлопное отверстие.После этого следует новый ход сжатия. По сути, один полный цикл в двухтактном двигателе требует одного полного оборота коленчатого вала или двух тактов поршня, тогда как в четырехтактном двигателе поршень должен совершить четыре такта или два полных оборота коленчатого вала.

Так что лучше? Это полностью зависит от предпочтений гонщика. Двухтактные двигатели обычно более шумные и производят больше выхлопных газов, но также производят большую мощность по сравнению с их весом, чем четырехтактные двигатели, что делает их популярными для гонок.Четырехтактные двигатели, будучи более тяжелыми и производящими меньшую мощность на единицу веса, как правило, работают более плавно, выделяют меньше выхлопных газов и, как правило, служат дольше.

Поскольку для этих двух двигателей требуются совершенно разные режимы смазки, когда в двухтактном двигателе масло смешивается с топливом, а затем воспламеняется (полная потеря смазки), тогда как в четырехтактном двигателе масло используется для смазки другого двигателя. детали перетекает обратно в картер и не расходуется .Это означает, что два моторных масла имеют совершенно разный состав в зависимости от их предназначения. Масло для двухтактных двигателей должно хорошо смешиваться с топливом и хорошо гореть в камере сгорания двигателя, тогда как масло для четырехтактных двигателей должно защищать клапанный механизм от износа и поддерживать двигатель в максимальной чистоте. В конечном итоге, независимо от типа двигателя, качественное моторное масло может значительно продлить срок его службы.

Цикл четырехтактного двигателя (анимированный) объяснен

Введение

Четырехтактные двигатели внутреннего сгорания (IC) используются более 100 лет, и их конструкция с тех пор существенно не изменилась.Каждый из четырехтактных двигателей тактов используется для одной стадии цикла сгорания , то есть есть один ход для каждой из стадий всасывания, сжатия, мощности и выпуска.

Анимация четырехтактного двигателя

По сравнению с двухтактными двигателями четырехтактные двигатели имеют больше компонентов и больше весят, но более эффективны. Четырехтактные двигатели могут работать на различных видах топлива, включая бензин / бензин , дизельное топливо , газ ( метан ) и биомасло (чтобы назвать несколько типов топлива).

Компоненты четырехтактного двигателя

Конструкции четырехтактных двигателей различаются, поэтому количество и типы компонентов, используемых в каждой конструкции, также различаются. Например, в двигателях с общей топливной магистралью используются другие детали двигателя по сравнению с двигателями без системы Common Rail.

Компоненты четырехтактного двигателя

Общие четыре компонента двигателя ход поршня включают:

1. Поршень
2. Шатун (Шатун)
3. Подшипник скольжения
4. Коленчатый вал
5. Распредвал
6. Камера сгорания (гильза цилиндра)
7. впускные клапаны и выпускные клапаны
8. Толкатели
9. коромысла
10. Топливные форсунки

Получите доступ к приведенной ниже 3D-модели, если вы хотите изучить все основные компоненты двигателя и некоторую терминологию двигателя.

Компоненты двигателя и терминология

Примечание: Тип двигателя, показанный на этой 3D-модели, использует непосредственный впрыск топлива с топливными форсунками common rail .

Видео ниже представляет собой отрывок из нашего онлайн-видеокурса «Основы двигателя внутреннего сгорания» .

Как работают четырехтактные двигатели

Четырехтактному двигателю требуется четыре такта для завершения одного цикла сгорания .Штрихи:

1. Всасывание (Впуск)
2. Компрессия
3. Питание (зажигание)
4. Выхлоп

Другой способ запомнить штрихи и их порядок — изменить формулировку на:

Ход 1 = Всасывание (всасывание) Ход 2 = Сжатие (сжатие) Ход 3 = Мощность (удар!) Ход 4 = Выпуск (удар)

Ход всасывания

Ход всасывания втягивает воздух в гильзу цилиндра (пространство сгорания), когда поршень движется вниз к нижней мертвой точке (НМТ) .Когда поршень достигает BDC , впускные клапаны закрываются, и поршень перемещается назад вверх к верхней мертвой точке (ВМТ) ; это ход сжатия .

Четырехтактный двигатель с указанием ВМТ и НМТ

Ход сжатия

Когда поршень движется к ВМТ , воздух в цилиндре сжимается ( объем уменьшается), и его температура и давление повышаются.Незадолго до ВМТ в камеру сгорания впрыскивается топливо. Топливо воспламеняется, и происходит управляемый взрыв .

График давления и объема

Рабочий ход

После зажигания начинается рабочий ход . Повышение давления и температуры, создаваемое сгоранием , толкает поршень в направлении НМТ. После достижения НМТ все топливо в камере сгорания сгорело, и последний такт двигателя готов к началу.

Ход выхлопа

Такт выпуска — четвертый и последний ход. Поршень перемещается из НМТ в ВМТ и удаляет выхлопные газы из камеры сгорания через клапаны выхлопных газов. Как только поршень достигает ВМТ, впускные воздушные клапаны открываются, а выпускные клапаны закрываются через короткое время (существует перекрытие клапанов , чтобы гарантировать удаление всего выхлопного газа из пространства сгорания). Цикл сгорания завершен, поскольку все четыре такта выполнены.

Двигатели с искровым и компрессионным зажиганием

Бензиновые / бензиновые двигатели используют свечи зажигания для зажигания, в то время как дизельные двигатели используют только тепло, выделяемое за счет сжатия. По этой причине бензиновые двигатели известны как двигатели с искровым зажиганием, , а дизельные двигатели — как двигатели с воспламенением от сжатия , .

Детали 3D-модели

Эта 3D-модель показывает каждую стадию цикла четырехтактного двигателя . Синий указывает на всасывание и сжатие, а красный указывает на расширение (мощность) и выпуск. Все клапаны и другие компоненты правильно рассчитаны, чтобы показать весь четырехтактный процесс.

Дополнительные ресурсы

http://www.animatedengines.com/otto.html

https://en.wikipedia.org/wiki/Four-stroke_engine

2-тактный или 4-тактный двигатель — что лучше и в чем разница?

На протяжении всей истории автомобилестроения и проектирования двигателей существовало два основных типа сгорания, приводимых в действие бензином — 2-тактный (или 2-тактный) и 4-тактный (или 4-тактный).

Хотя вы, возможно, слышали об этих терминах, возможно, они заставили вас задуматься, в чем разница? Если вы ищете новый двигатель, вот что вам нужно знать с точки зрения эффективности и технического обслуживания.

Сравнение 2-тактных и 4-тактных двигателей

Когда дело доходит до основных различий, связанных с 2- и 4-тактными двигателями, основное отличие этих двигателей заключается в том, как они работают. Что касается того, как работает двигатель, вы должны сначала понять концепцию сгорания в небольшом двигателе.

В этом случае для того, чтобы двигатель вырабатывал энергию, должно иметь место сгорание, которое, по сути, является процессом сжигания чего-либо. Хотя и двухтактный, и четырехтактный двигатель завершают цикл сгорания, они различаются по поршню. Точнее, количество ходов поршня.

Например, для того, чтобы двухтактный двигатель завершил полный цикл сгорания, состоящий из пяти функций (впуск, сжатие, зажигание, сгорание и выпуск), весь этот цикл завершается после двух ходов поршня.Для сравнения: цикл 4-тактного двигателя завершается после четырех тактов поршня — или одного оборота коленчатого вала против двух оборотов коленчатого вала соответственно.

С точки зрения их применения, четырехтактный двигатель будет использоваться в автобусах, легковых и грузовых автомобилях, тогда как двухтактный двигатель будет использоваться в большей степени в скутерах и мопедах. Тем не менее, некоторые инструменты для малых двигателей и некоторые триммеры теперь предлагаются с 2-тактными или 4-тактными двигателями — в этом случае есть ли большая разница в их производительности и общем необходимом техническом обслуживании?

Что лучше: 2-тактный двигатель или 4-тактный двигатель для небольших инструментов и машин?

При сравнении этих двух типов двигателей у каждого есть свои плюсы и минусы.

Для начала, двухтактные двигатели намного легче и дешевле в производстве. По сравнению с 4-тактными двигателями их легче ремонтировать. Однако, как правило, ремонт требуется чаще, если вы не обслуживаете двигатель активно.

В этом смысле, если вы хотите снизить затраты, используя эффективный станок или инструмент, вам обязательно нужно проявлять упреждающий подход и обеспечивать техническое обслуживание его частей. Если вы все же выберете 2-тактный двигатель, знайте, что, исходя из их конструкции, их легче исправить, но если вам действительно нужно сделать регулярное обслуживание приоритетом, они не прослужат так же долго, как 4-тактный двигатель.Изучите свой двигатель и будьте активны в отношении предотвратимых проблем.

Представляем двухтактное масло STA-BIL®

Если вы хотите повысить производительность и продлить срок службы двухтактного двигателя, масло STA-BIL® для 2-тактных двигателей станет идеальным решением. Будучи более экономичным, чем расфасованное топливо, это масло обеспечивает дополнительную смазку, что делает его идеальным выбором для косилки, мотоцикла, квадроцикла, снегохода, бензопилы или любой другой небольшой машины.

Хотя «лучший» вариант обычно сводится к личным предпочтениям и области применения, независимо от того, какой двигатель вы выберете, обслуживание — номер один.Если вы заботитесь о своем двигателе на протяжении всего срока его службы, вы будете вознаграждены более высокими уровнями производительности и большей экономией средств в долгосрочной перспективе.