Двигатель 4 тактный: Четырехтактный двигатель | Мото-мануалы и инструкции

Содержание

Четырехтактный двигатель | Мото-мануалы и инструкции


В то время как четырехтактный двигатель может устранить многие из недостатков, свойственных двухтактному, у него есть свои собственные недостатки. В итоге нельзя сказать, какой из них лучше другого, все зависит от предназначения двигателя. У каждого двигателя есть свое место в мире мотоциклов, где он работает наилучшим образом и идеально подходит для этого, как ни один другой.

Пока сложно оспаривать достоинство четырехтактных двигателей с точки зрения расхода топлива и уровней выбросов, однако их повышенная сложность означает удорожание производства, что приводит к сложившейся ситуации, благодаря которой двухтактные двигатели идеальны для небольших мотоциклов серийного производства и скутеров, стоимость которых относительно невысока (хотя по-прежнему они занимают свое место среди спортивных машин с высокими показателями, по крайней мере, в настоящее время). Четырехтактные двигатели идеальны для большинства мотоциклов от 125 куб.см. и выше, от учебного мотоцикла до спортивных машин большой кубатуры с отличными, характеристиками. В свое время были распространены двухтактные двигатели среднего объема (от 250 до 750 куб см.), которые очень активно противостояли четырехтактным двигателям равного или большего объема, но те дни прошли, и теперь редко встретишь на дороге двухтактник объемом больше 250 куб, см.

4-Stroke-Engine1. Впуск 2. Сжатие 3. Рабочий ход 4. Выпуск

Впуск, сжатие, воспламенение, выпуск

В двухтактных двигателях внутреннего сгорания четыре процесса (наполнение, сжатие.рабочий ход и выпуск.или каких иногда называют: впуск, сжатие, воспламенение, выпуск) взаимопереплетены, в четырехтактном двигателе границы между процессами более четкие, и в принципе каждому процессу отведен свой такт в цикле (хотя на практике, это не совсем так).

Конструктивно четырехтактный двигатель подобен двухтактному и состоит из основных узлов, а именно: поршня, цилиндра, шатуна и коленчатого вала. Однако у него есть множество дополнительных узлов и деталей, в совокупности известных как клапанный механизм, который служит для управления и задания фаз впуска и выпуска. Управление наполнением происходит при помощи впускного клапана, а выпуском управляет выпускной клапан, в принципе в четырехтактном двигателе они заменяют поршень и дисковый или лепестковый клапан. Можно рассмотреть множество различных схем, но все они отражают различные подходы к достижению одного и того же конечного результата.

В четырехтактном двигателе поступающая смесь попадает непосредственно в камеру сгорания, и картер больше не участвует в процессе наполнения. Несмотря на усложнение конструкции и уменьшение числа рабочих тактов вдвое, появляется возможность точнее управлять процессами впуска и выпуска и, таким образом, обеспечивать достаточно высокую эффективность двигателя.

Тарельчатые клапанаТарельчатые клапанаДетали клапанного механизмаДетали клапанного механизма

Клапана

Отличительной особенностью всех четырехтактных двигателей являются клапана, если говорить точнее — тарельчатые клапана, через которые смесь попадает в камеру сгорания, а иные газы отводятся из нее. Во всех современных конструкциях клапана спроектированы исходя из формы головки цилиндра. До 50-х годов прошлого века существовало много машин, у которых клапана открывались вверх в полость камеры сгорания, расположенную сбоку от цилиндра. Такие двигатели носят название нижнеклапанных или двигателей с боковым расположением клапанов, Хотя они проще в изготовлении, их эффективность ниже по сравнению с двигателями с верхним расположением клапанного механизма. Тарельчатый клапан состоит из круглой тарелки, прикрепленной к длинному стержню, и похож на гвоздь с большой шляпкой. У тарелки клапана есть коническая уплотняющая поверхность, переходящая в стержень клапана.которая предназначена для уплотнения по соответствующей поверхности седла, расположенного в головке цилиндра (или полости камеры сгорания на нижнеклапанных двигателях). Стержень клапана проходит через направляющую в головке цилиндра и выступает снаружи.

Клапан самостоятельно закрывается и удерживается в закрытом положении сильной пружиной (иногда применяются две пружины), которая зафиксирована упором пружины, в свою очередь, закрепленном при помощи двух сухарей, установленных в канавку в верхней части стержня клапана. Привод клапанов может быть различным, но принцип один и тот же, вне зависимости от схемы газораспределительного механизма, однако за исключением распредвала используемые при этом детали сильно отличаются.

распределительного вала, управляющего движением клапановКомпьютерная анимация распределительного вала, управляющего движением клапанов

Распредвалы

Распредвал можно обнаружить на всех традиционных четырехтактных двигателях с тарельчатыми клапанами. Непосредственно или косвенно он используется для открытия и закрытия каждого клапана в заданной точке четырехтактного цикла. В связи стем, что цикл занимает четыре хода поршня (которые соответствуют двум полным оборотам коленчатого вала) и тем, что каждый клапан необходимо открыть один раз за цикл, частота вращения распредвала вдвое меньше частоты вращения коленчатого вала. Это означает, что за время двух полных оборотов коленчатого вала распредвал совершает один оборот, Это осуществляется за счет простого шестеренчатого, цепного или ременного привода между этими валами, при этом у шестерни или звездочки,установленной на коленчатом валу, вдвое меньшее число зубьев по сравнению с ответной деталью, установленной на распредвале.

По длине распредвала выполнены выступы механизма и открытия в заданный момент называемые кулачками, которые служат для времени соответствующего клапана.

Конструкция четырехтактного двигателя — клапанный механизм

Основная статья: Четырехтактный двигатель: Клапанный механизм

В принципе, все четырехтактные двигатели похожи, они отличаются только расположением и приводом впускных и выпускных клапанов. Как и многое другое в мотоцикле, стремление достичь высоких скоростей и мощностей привело к существенному усовершенствованию четырехтактного двигателя.

Системы впуска четырехтактных двигателей — альтернативы таральчатым клапанам

Развитие четырехтактной системы впуска шло по пути устранения, насколько это возможно, поступательно движущихся узлов клапанного механизма. В то время, как схема DOHC максимально приблизилась к этой цели, сам тарельчатый клапан остается ограничивающим фактором. Тарельчатый клапан успешно работает, но обладает очевидными недостатками. Кроме того, что он относится к возвратно-поступательно движущимся массам, он также представляет собой значительную преграду для поступающей смеси, тем самым порождая нежелательную турбулентность и сопротивление, которые препятствуют наполнению цилиндра. При разработке современных конструкций прилагается множество усилий для компенсации этих недостатков, но основные проблемы по прежнему остаются. За последние годы было предпринято бесчисленное количество попыток заменить тарельчатый клапан альтернативной системой клапанов, среди них наиболее обнадеживающим выглядит схема с вращающимся крестообразным клапаном. Он представляет собой полый цилиндр, установленный поперек головки цилиндра в специальной камере. Цилиндр клапана вращается с частотой, вдвое меньшей частоты вращения коленчатого вала двигателя, при этом прорезь в его стенке совпадает с впускным или выпускным отверстием в соответствующей точке цикла двигателя. Таким образом, клапанный механизм приводится в действие аналогично дисковому клапану двухтактных двигателей и обеспечивает свободное поступление газа в камеру сгорания. Компания

Norton опробовала такие клапана на своих спортивных двигателях в начале 50-х годов XX века, но, столкнувшись с проблемой уплотнений, впоследствии вернулась к тарельчатым клапанам.

Наряду с золотниковым клапаном и клапаном типа

Aspin, вращающийся крестообразный клапан был отвергнут,главным образом, из-за свойственных ему проблем герметизации, а тарельчатый клапан занимал достаточно прочные позиции для того, чтобы заставить изготовителей отказаться от дальнейших исследований. Однако концепция вращающегося клапана не забыта, и уже существует четырехтактный двигатель, в котором не используются тарельчатые клапана. Он представляет собой вращающийся цилиндр с окнами. Привод цилиндра осуществляется от коленчатого вала при помощи шестеренчатой передачи, частота вращения цилиндра ниже скорости коленчатого вала вдвое.

Существенная особенность этого двигателя — поршень, поступательно движущийся в том же самом цилиндре, то есть герметизацию обеспечивает стандартный поршень и его кольца. Посути это совмещение конструкций вращающихся клапанов, упомянутых выше, и системы каналов, используемой на двухтактном двигателе.

Фазы газораспределения четырехтактных двигателей

Естественно, что впускной клапан должен быть открыт во время такта впуска, выпускной — во время такта выпуска. Но на самом деле двигатель с такими фазами газораспределения будет обладать очень скромными характеристиками.

Моменты открытия и закрытия впускного клапана

Механизм газораспределения спроектирован тж. что впускной клапан открывается до того, как поршень окажется в ВМТ (в конце такта выпуска), а закрывается после прохождения поршнем НМТ (в начале такта сжатия). Для этого существуют очень серьезные основания. Во-первых, клапан на может открыться мгновенно. Так, если бы впускной клапан начал открываться в ВМТ, то он не был бы полностью открыт до тех пор, пока поршень не сместился бы в цилиндре на некоторое расстояние от ВМТ, и, если бы он полностью закрывался к тому моменту времени, когда поршень окажется в НМТ, то сокращалось бы фактическое время полного открытия клапана: при этом величина подъема (величина, на которую клапан выступит в цилиндр при полном открытии) будет невелика из-за времени, потраченного на открытие и закрытие. Это снизило бы количество смеси, поданной в цилиндр, а следовательно, и индикаторный КПД двигателя. Во-вторых, поступающая смесь обладает массой, и она по инерции стремится продолжать перемещение по мере поступления в цилиндр. Если впускной клапан остается открытым после НМТ, то импульс смеси способствует большему наполнению даже тогда, когда поршень начинает двигаться вверх. Угол, который коленчатый вал пройдет от НМТ до момента закрытия впускного клапана, называется «запаздыванием закрытия впускного клапана».

Моменты открытия и закрытия выпускного клапана

По аналогии с впускными клапанами в конструкцию заложено, чтобы выпускной клапан открывался до достижения поршнем НМТ (к концу рабочего хода), а закрывался после прохождения поршнем ВМТ, (в начале такта впуска). Кроме гарантии полного открытия клапана в начале такта выпуска, опережение открытия клапана предотвращает формирование демпфирующего воздействия отработавших газов (находящихся под высоким давлением), препятствующего подъему поршня в цилиндре.

Закрытие клапане после ВМТ обеспечивает полную очистку цилиндра, так как впускной клапан открывается до ВМТ на такте впуска (что означает, что оба клапана открыты одновременно), а вырывающиеся наружу отработавшие газы создают разрежение во впускном тракте, что способствует проникновению свежей смеси в цилиндр. Наполнение цилиндра свежей смесью способствует вытеснению отработавших газов. Угол, который пройдет коленчатый вал после открытия выпускного клапана до НМТ, называется «опережением открытия выпускного клапана». Угол, который коленчатый вал проходит за время, когда вблизи ВМТ одновременно открыты впускной и выпускной клапана, называется «перекрытием». Угол, в течение которого открыт клапан, называется «продолжительностью»

Опережение, запаздывание и перекрытие

Величина опережения, запаздывания и перекрытия определяет рабочие характеристики двигателя, а предназначение двигателя определяет моменты задания открытия или закрытия клапанов. Например, низкооборотные двухцилиндровые длинноходные двигатели, используемые в «кастомах» и «круиэерах», должны обладать большим запасом тяги на низах в виде крутящего момента. Их фазы газораспределения будут сильно отличаться от фаз высокооборотных многоцилиндровых короткоходных двигателей, применяемых на спортивных мотоциклах, мощность которых должна быть высокой при больших частотах вращения. Это связано с тем, что фазы газораспределения влияют на то, при каких частотах вращения достигаются максимальные крутящий момент и мощность. По мере роста частоты вращения на процессы, происходящие в двигателе, отводится меньше времени, поэтому высокооборотным двигателям требуются большие по сравнению с низкооборотными перекрытие, опережение открытия и запаздывание закрытия клапанов, чтобы впустить большее количество смеси за меньший период времени. Однако при большом перекрытии клапанов получаются невысокие характеристики при низких частотах вращения, поскольку у поступающей свежей смеси есть время, чтобы покинуть цилиндр по кратчайшему расстоянию прямо через выпускной канал. В низкооборотном двигателе на происходящие в двигателе процессы отводится большее количество времени, а необходимая величина перекрытия углов опережения открытия и запаздывания закрытия клапанов — меньше, благодаря этому достигается эффективное наполнение и продувка при низких частотах вращения двигателя. Однако это означает, что времени для подачи достаточного количества смеси недостаточно для получения удовлетворительных характеристик при высоких частотах вращения. Существует «золотая середина» между крайностями: спортивным мотоциклом и «кастомом» или «круизером», и можно получить хорошее распределение мощности во всем диапазоне частот вращения, хотя в этом случае ни «тяга на низах», ни высокая максимальная мощность не будет характерна.

Изменяемые фазы газораспределения

Каждый двигатель с постоянными фазами газораспределения — своего рода компромисс. Каждая частичка дополнительной мощности, полученной при высоких частотах вращения за счет более широких фаз газораспределения, приводит к потере крутящего момента и мощности при низких частотах вращения, и наоборот.

Термин «изменяемые фазы газораспределения» означает, что для любой заданной частоты вращения двигателя можно оптимизировать величины перекрытия, опережения открытия, запаздывания закрытия и продолжительности открытия клапанов. В начале 80-х годов XX века компания Honda разработала систему для 16-клапанного двигателя, в которой было применено дуплексное коромысло для использования при низких частотах вращения только двух из четырех клапанов в каждом цилиндре. При заданной частоте вращения оно блокировалось с дополнительным коромыслом для использования всех четырех клапанов. Система получила дальнейшее развитие за счет применения трех кулачков распредвала на одно дуплексное коромысло; центральный кулачок такого распредвала обладал большими подъемам и продолжительностью открытия клапана, чем два внешних. Это позволяло использовать при низких частотах вращения двигателя все четыре клапана за счет меньшего подъема и продолжительности открытия, затем при заданной частоте вращения для привода коромысел использовался третий кулачок, а величина подъема и продолжительность открытия возрастала. Самая последняя разработка компании Honda система — Hyper V-TEC, представленная на предназначенной для японского рынка модели Honda СВ400 Super Four в 1999 году и использованная на модели Honda VFR800 2002 года. Она возвращается к схеме, когда при низких частотах вращения работают два клапана, а при высоких-четыре, но отказывается от сложной конструкции с коромыслами, которые добавляют возвратно-поступательно движущихся масс.

В цилиндре привод пары клапанов (впускной и выпускной) осуществляется традиционными «чашеобразными» толкателями, которые работают постоянно. Привод другой пары клапанов осуществляется «чашеобразными» толкателями, которые также работают все время, но в каждом толкателе присутствует палец с отверстием, установленный между толкателем и стержнем клапана. При низких скоростях вращения отверстие располагается напротив стержня клапана, тогда контакт с толкателем отсутствует, и клапан остается закрытым. При заданной скорости открывается масляная магистраль, и под давлением масла палец располагается так, что отверстие уже не совпадает со стержнем клапана. В этом случае толкатель через палец и открывает клапан.

Компания Suzuki для моделей Suzuki GSF 400 Bandit и Suzuki RF400, предназначенных для японского рынка, разработала свою систему изменяемых фаз газораспределения. В этой системе используется электрический привод в виде сервомотора, установленного на клапанной крышке двигателя. При заданной частоте вращения двигателя сервомотор приводит в действие дополнительные клапана при помощи реечно-шестеренчатого механизма

[kkstarratings] Share Button

Статью прочитали: 716

Что значит четырехтактный двигатель и почему четыре такта?

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.

chet_dv

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.

Эжен-Альфонс Бо де Роша и 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.

Работа четырехтактного 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.

Готлиб Даймблер и Карл Бенц

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.

До новых встреч!

Устройство и принцип работы четырёхтактного двигателя и двухтактного двигателя с

Преимущества четырёхтактных двигателей
  • Б́ольшая экономичность
  • Более чистый выхлоп (экологически чище)
  • Не требуется сложная выхлопная система
  • Меньший шум, вибрация
  • Отсутствие необходимости постоянного контроля уровня масла

 

Преимущества двухтактных двигателей
  • Отсутствие громоздких систем смазки и газораспределения
  • Б́ольшая мощность в пересчёте на 1 литр рабочего объёма
  • Проще и дешевле в изготовлении
  • Меньший вес

Устройство и принцип работы четырёхтактного двигателя и двухтактного двигателя


 

 

Рабочий цикл четырёхтактного двигателя состоит из четырёх основных этапов — тактов.
Поршень - металлический стакан, опоясанный пружинящими кольцами (поршневые кольца), вложенными в канавки на поршне. Поршневые кольца не пропускают газов, образующихся при сгорании топлива, в промежутке между поршнем и стенками цилиндра. Пoршень снабжен металлическим стержнем - пальцем, соединение с шатуном. Шатун передаёт прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.

1. Впуск - четырёхтактный двигатель

В процессе впуска поршень четырёхтактного двигателя идёт из верхней мёртвой точки (ВМТ) в нижнюю мёртвую точку (НМТ). Одновременно кулачком распредвала открывается впускной клапан, - в цилиндр четырёхтактного двигателя затягивается свежая топливно-воздушная смесь.

2. Сжатие - четырёхтактный двигатель

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

3. Сгорание и расширение (рабочий ход поршня) - четырёхтактный двигатель

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

4. Выпуск - четырёхтактный двигатель

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

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

 

Четырехтактный двигатель скутера:

1 - цилиндр с головкой
2 - крышка головки цилиндра
3 - карбюратор
4 - впускной патрубок
5 - электростартер.

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


 

 

 


 

 

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

Мощность двухтактного двигателя при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения вала теоретически в два раза больше четырехтактного за счет большего в 2 раза числа рабочих тактов. Однако неполное использование хода поршня двухтактного двигателя для расширения, худшее освобождение цилиндра от остаточных газов и затраты части вырабатываемой мощности на продувку приводят практически к увеличению мощности только на 60 - 70%.

 

Итак, рассмотрим конструкцию двухтактного ДВС, показанную на рисунке 1:

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

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

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

 

1. Такт сжатия - двухтактный двигатель

Пoршень двухтактного двигателя поднимается от НМТ поршня (в таком положении он находится на рис. 2) к ВМТ поршня (положение поршня на рис.3), перекрывая сначала продувочное 2, а затем выпускное 3 окна цилиндра двухтактного двигателя. После закрытия поршнем выпускного отверстия в цилиндре начинается сжатие ранее поступившего в него топливной смеси. Одновременно в кривошипной камере 1 вследствие ее герметичности и после того как пoршень перекрывает продувочные окна 2, под поршнем создается разряжение, под действием которого из карбюратора через впускное окно и открывающийся клапан поступает горючая смесь в кривошипную камеру двухтактного двигателя.

 

2. Такт рабочего хода - двухтактный двигатель

При положении поршня около ВМТ сжатая рабочая смесь (1 на рис. 3) воспламеняется электрической искрой от свечи, после этого температура и давление смеси резко подскакивают. Под действием теплового расширения газов поршень двухтактного двигателя опускается к НМТ, в это время расширяющиеся газы сгоревшей смеси совершают полезную работу, толкая поршень. В это же время, опускаясь, пoршень создает высокое давление в кривошипной камере двухтактного двигателя (сжимая топливо-воздушную смесь в ней). Под действием давления клапан закрывается, не давая таким образом горючей смеси снова попасть во впускной коллектор и затем в карбюратор.

Когда поршень двухтактного двигателя дойдет до выпускного отверстия (1 на рис. 4), оно откроется и таким образом выйдут отработавшие газы в выпускную систему, давление в цилиндре понизится. При дальнейшем перемещении пoршень открывает продувочное (впускное) окно (1 на рис. 5) и горючая смесь, сжатая в кривошипной камере, поступает по каналу (2 на рис. 5), заполняя цилиндр и одновременно продувая его от остатков отработавших газов.

Далее цикл повторяется.

Немного о принципе зажигания. Так как топливной смеси нужно время для воспламенения, искра на свече появляется чуть раньше, чем пoршень достигает ВМТ. В идеале, чем быстрей движения поршня, тем раньше должно быть зажигание, потому что пoршень от момента искры быстрее доходит до ВМТ. Существуют механические и электронные устройства, меняющие угол зажигания в зависимости от оборотов двигателя.

У большинства скутеров до 2000 г.в. таких систем не было и угол опережения зажигания был установлен в расчете на оптимальные обороты. На некоторых же скутерах, например Honda Dio ZX AF35, установлен электронный коммутатор с динамическим опережением, то есть с опережением, зависящим от оборотов коленвала. С ним расширяющаяся горючая смесь совершает работу с максимальной полезной отдачей, и двигатель развивает больше мощности.

 

 

 

 

 

 

 

Преимущества и недостатки двух- и четырехтактных двигателей.

Двухтактные преимущества

1. Меньший вес. Пример: 15 л.с. Двухтактный 36 кг четырёхтактный 45 кг.

2. Цена. Четырёхтактные двигатели сложнее в производстве, состоят из большего количества деталей, поэтому всегда дороже двухтактников.

3. Удобство перевозки двухтактника. Можно возить в любом положении, перед началом эксплуатации не требует отвешивания. Т.е. достал из багажника, поставил, завел, поехал.

4. Двухтактный двигатель живее реагирует на ручку газа. В четырёхтактных для совершения полного рабочего цикла поршню необходимо сделать 2 полных оборота в то время как в двухтактных только один. Частый вопрос: А правда ли что четырёхтактный 15 л.с. бежит быстрее чем такой же двухтактный? Ответ: нет не правда. У обоих этих двигателей мощность на валу 15 л.с. При прочих равных условиях почему один двигатель должен ехать быстрее второго?

Двухтактные недостатки

1. Больший расход топлива. Напомним, примерный расход можно высчитать по формуле: для двухтактного 300 грамм на одну лошадинную силу, для четырёхтактного 200 грамм.

2. Шумность. На максимальных оборотах двухтактные двигатели как правило работают немного громче четырёхтактных.

3. Комфорт. Четырёхтактные двигатели не так вибрируют на малых оборотах (Касается только двухцилинровых двигателей. Одноцилиндровые и двух и четырёхтактные вибрируют примерно одинаково) и не так дымят как двухтактные.

4. Долговечность. Довольно спорный пункт. Бытует мнение, что двухтактные двигатели менее долговечны. С одной стороны это понятно, потому как масло для смазки трущихся элементов двигателя подается вместе с бензином, а значит работает не так эффективно в отличие от четырёхтактных двигателей где трущиеся элементы буквально плавают в масле. Но с другой стороны четырёхтактный двигатель по конструкции намного сложнее конкурента, состоит из значительно большего числа деталей, а золотой принцип механики "Чем проще тем надежнее" еще никто не отменял.

Какой же двигатель выбрать?

Взвесь все за и против изложенные выше и сделай выбор самостоятельно. Однозначного ответа на вопрос: какой из двигателей лучше ты не найдешь ни в одной из книг ни на одном из форумов. И у тех и у других типов двигателей есть свои поклонники.

 

Просмотров: 3595

Сравнение двухтактного мотора с четырехтактным в компании «Мореход»

Принцип работы 2-х и 4-х тактных двигателей

Тактом рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания является ход поршня от одной мёртвой точки до другой. Один такт соответствует 180-градусному повороту (полуобороту) коленчатого вала. При 4-х тактном процессе рабочий цикл осуществляется за два оборота вала, при 2-х тактном — за один.

Четырехтактный двигатель

Рабочий цикл четырёхтактного двигателя состоит из четырёх основных этапов — тактов. Поршень - металлический стакан, опоясанный пружинящими кольцами (поршневые кольца), вложенными в канавки на поршне. Поршневые кольца не пропускают газов, образующихся при сгорании топлива, в промежутке между поршнем и стенками цилиндра. Пoршень снабжен металлическим стержнем - пальцем, соединение с шатуном. Шатун передаёт прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.

I этап – Впуск. В процессе впуска поршень четырёхтактного двигателя идёт из верхней мёртвой точки в нижнюю мёртвую точку. Одновременно кулачком распредвала открывается впускной клапан, в цилиндр четырёхтактного двигателя затягивается свежая топливно-воздушная смесь.

II этап – Сжатие. Пoршень четырёхтактного двигателя поднимается из нижней мертвой точки в верхнюю мертвую точку, сжимая рабочую топливную смесь. Одновременно и значительно поднимается температура горючей смеси. Отношение рабочего объёма цилиндра в нижней мертвой точке и объёма камеры сгорания во внутренней мертвой точке называется степенью сжатия (не путать с компрессией). Степень сжатия — очень важный параметр, обычно, чем она больше, тем больше топливная экономичность двигателя. Но, для четырёхтактного двигателя с бОльшей степенью сжатия требуется топливо с бОльшим октановым числом, которое дороже.

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

IV этап – Выпуск. После нижней мертвой точки такта рабочего хода поршня четырёхтактного двигателя открывается выпускной клапан, и поднимающийся поршень вытесняет отработанные газы из цилиндра двигателя. При достижении поршнем верхней мертвой точки выпускной клапан закрывается и четырёхтактный цикл начинается сначала.

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

Двухтактный двигатель

Двухтактный двигатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания в котором рабочий процесс в каждом из цилиндров совершается за один оборот коленчатого вала, то есть за два хода поршня. Такты сжатия и рабочего хода в двухтактном двигателе происходят так же, как и в четырехтактном, но процессы очистки и наполнения цилиндра совмещены и осуществляются не в рамках отдельных тактов, а за короткое время, когда поршень находится вблизи нижней мертвой точки, с помощью вспомогательного агрегата — продувочного насоса.

В связи с тем, что в двухтактном двигателе при равном количестве цилиндров и числе оборотов коленчатого вала рабочие ходы происходят вдвое чаще, литровая мощность двухтактных двигателей выше чем четырехтактных — теоретически в два раза, на практике в 1,5-1,7 раза, так как часть полезного хода поршня занимают процессы газообмена, а сам газообмен менее совершенный чем у четырехтактных двигателей.

В отличие от четырехтактных двигателей, где вытеснение отработавших газов и всасывание свежей смеси осуществляется самим поршнем, в двухтактных двигателях газообмен выполняется за счет подачи в цилиндр рабочей смеси или воздуха (в дизелях) под давлением, создаваемым продувочным насосом, а сам процесс газообмена получил название — продувка. В процессе продувки свежий воздух (смесь) вытесняет продукты сгорания из цилиндра в выпускные органы, занимая их место.

По способу организации движения потоков продувочного воздуха (смеси) различают двухтактные двигатели с контурной и прямоточной продувкой.

Контурная продувка

При контурной продувке поток воздуха (смеси) движется вдоль внутренней поверхности цилиндра и его головки, повторяя их контур (отсюда название). Впускные и выпускные органы — окна в стенках цилиндра — расположены в его нижней части. Открытие и закрытие впускных и выпускных окон осуществляется самим поршнем, а специальный газораспределительный механизм отсутствует. Направление потока воздуха (смеси) по контуру цилиндра может осуществляться специальными дефлекторами на днище поршня и в головке цилиндра (в этом случае продувка называется дефлекторной) или специальной формой продувочных каналов, направляющих поток воздуха (смеси) к головке цилиндра, и сферической формой головки. Так как в последнем случае воздух (смесь) в цилиндре описывает петлю, такой тип продувки называется возвратно-петлевой или просто петлевой.

Прямоточная продувка

При прямоточной продувке поток воздуха (смеси) движется, не меняя направления, вдоль оси цилиндра. Управлять открытием и закрытием продувочных и выпускных окон одним поршнем невозможно, что требует применения специальных устройств. Может использоваться клапанный механизм, установленный в головке цилиндра, через который происходит выпуск отработавших газов (продувочные окна открываются и закрываются поршнем), или два поршня, встречно движущихся в одном цилиндре (один поршень управляет впускными окнами, другой выпускными).

При прямоточной продувке качество очистки цилиндра от остаточных газов существенно лучше, чем при контурной. Кроме того, поскольку открытие (и закрытие) выпускных и продувочных органов осуществляется различными элементами двигателя, подбор оптимальных фаз газораспределения не представляет затруднейний. Как правило, в двигателях с прямоточной продувкой выпускной клапан (выпускное окно) закрывается раньше продувочного, что исключает потерю свежего заряда и позволяет осуществлять дозарядку с повышением давления (то есть наддув).

Преимущества и недостатки 2-х и 4-х тактных подвесных лодочных моторов

Преимущества 2-х тактных перед 4-х тактными

Во-первых, меньший вес. Пример: 15 л.с. 2-х тактный 36 кг 4-х тактный 45 кг. Казалось - бы 45 кг. - легко. Все не так просто. Вес мотора распределен крайне неравномерно. Примерно 90% весит голова (сам двигатель) 10% нога. Не нужно также забывать и о большем у 4-х тактников размере головы. Все это + одна маленькая не всегда удобная ручка для переноски делает этот процесс крайне затруднительным.

Во-вторых, цена. 4-х тактные двигатели сложнее в производстве, состоят из большего количества деталей, поэтому всегда дороже 2-х тактников.

В-третьих, удобство перевозки 2-х тактника. Можно возить в любом положении, перед началом эксплуатации не требует отвешивания. Т.е. достал из багажника, поставил, завел, поехал.

В-четвертых, 2-х такт мотор живее реагирует на ручку газ. В 4-х тактниках для совершения полного рабочего цикла поршню необходимо сделать 2 полных оборота в то время как в 2-х тактных только один.

Частый вопрос: А правда ли что 4-х такная 15 л.с. бежит быстрее чем такая же 2-х тактная?
Ответ: нет не правда. У обеих этих двигателей мощность на валу 15 л.с. При прочих равных условиях почему один мотор должен ехать быстрее второго?

Недостатки 2-тактных перед 4-тактными

Во-первых, больший расход топлива. Напомним, примерный расход можно высчитать по формуле: для 2 такта 300 грамм на одну лошадинную силу для 4 такта 200 грамм.

Во-вторых, шумность. На максимальных оборотах 2-х тактные моторы как правило работают немного громче 4х тактников.

В-третьих, комфорт. 4-х тактные моторы не так вибрируют на малых оборотах (Касается только двухцилинровых двигателей. Одноцилиндровые и 2-х и 4-х тактники вибрируют примерно одинаково) и не так дымят как 2-х тактники. Дымность важный момент, особенно если вы любите заниматься троллингом.

В-четвертых, долговечность. Довольно спорный пункт. Бытует мнение, что 2-хтактные моторы менее долговечны. С одной стороны это понятно, потому как масло для смазки трущихся элементов двигателя подается вместе с бензином, а значит работает не так эффективно в отличие от 4-х тактных двигателей где трущиеся элементы буквально плавают в масле. Но с другой стороны 4-х тактный мотор по конструкции намного сложнее конкурента, состоит из значительно большего числа деталей, а золотой принцип механики "Чем проще тем надежнее" еще никто не отменял.

Какой же мотор выбрать?

Конечное решение всегда остается за вами, в этой статье мы лишь постарались дать объективную оценку этим моторам, поэтому взвесьте все за и против изложенные выше и сделайте выбор самостоятельно. Однозначного ответа на вопрос: какой из моторов лучше вы не найдете ни в одной из книг ни на одном из форумов, все зависит от того чего вы хотите от приобретаемого вами мотора, условия его использования и, конечно, ваши возможности.

Чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного

При покупке нового скутера люди часто задаются вопросом типа «Какой лучше 2 тактный или 4 тактный«. Однозначного ответа на этот вопрос нету. Каждый мотолюбитель найдет для себя как недостатки так и преимущества в обоих типах двигателей. Чтобы разобратся для себя, какой скутер лучше 2 тактный или 4 тактный, прежде всего следует узнать чем отличается 2 тактный от 4 тактного двигателя.

Отличие двухтактного от четырехтактного

Главное различия двухтактных и четырехтактных двигателей обуславливается отличием устройств их газообмена — подачи топливно-воздушной смеси в цилиндр и удалении отработаных газов. В двигателе 4т процессы очищения и наполнения цилиндра выполнялняются с помощью особого газораспределительного механизма (ГРМ), какой закрывает и открывает в конкретное время рабочего цикла впускной и выпускной клапаны. В двигателе 2т заполнение и очистка цилиндра производятся параллельно с тактами сжатия и расширения — в то время, когда поршень располагаться поблизости НМТ (нижняя мертвая точка). Для этого в стенках цилиндра есть два отверстия — впускное (продувочное) и выпускное, через какие выполняется подача топливной смеси и выпуск отработанных газов. Распределительный механизм с клапанами у двухтактного двигателя отсутствует, что делает его существенно легче и проще.

Работа двигателя 2т

Работа 4т двигателя

 работа 2т двигателяработа 2т двигателя работа 4т двигателяработа 4т двигателя

Какой двигатель мощнее 2 тактный или 4 тактный

В отличие от 4 т двигателя, в котором один рабочий ход приходится на два оборота коленвала, в 2 т моторе рабочий ход совершается при каждом обороте коленчастого вала. Это значит, что двухтактный двигатель обязан иметь (в теории) в два раза большую литровую мощность (отношение мощности к объему мотора), чем четырехтактный. Но практически преобладание составляет только 1,5 — 1,8 раза. Это случается из-за неполноценного применения хода поршня при расширении, худшего механизма избавления цилиндра от отработавших газов, затраты доли мощности на продувку и остальных явлений, связанных с отличительными чертами газообмена 2 тактных двигателей.

Расход топлива 2т и 4т

Превосходя четырехтактный мотор в литровой и удельной мощности, двухтактный двигатель уступает ему в экономичности. Выталкивание отработавших газов исполняется в нем топливно-воздушной смесью, прибывающей в цилиндр из кривошипно-шатунной камеры. При этом часть топливной смеси оказывается в выхлопных каналах, удаляясь совместно с отработавшими газами и не вырабатывая полезной работы.

Смазка 4 т и 2 т

Двухтактные и четырехтактные двигатели обладают различной по конструкции и принципу действия системой смазки двигателя. В 2-х тактных скутерах она осуществляется смешиванием в установленных пропорциях (обычно 1:25 … 1:50) моторного масла с топливом. Топливно-воздушно-масляная смесь, циркулируя в кривошипной и поршневой камерах, смазывает подшипники шатуна и коленвала, а также зеркало цилиндра. При возгорании топливной смеси масло, сгорает совместно с бензином. Продукты его сгорания удаляются вместе с отработанными газами.

Используются 2 метода смешивания масла с бензином. Обычное смешивание перед заливкой горючего в бак и отдельная подача, при которой топливно-масляная смесь сформируется во впускном патрубке, находящемся между карбюратором и цилиндром.

Раздельная система смазки двухтактного двигателя

система смазки 2тсистема смазки 2т

  1. масляный бак
  2. карбюратор
  3. разделитель троса газа
  4. ручка газа
  5. трос управления подачей масла
  6. плунжерный насос-дозатор
  7. шланг, подводящий масло во впускной патрубок

Во всех современных скутерах 2т используется отдельная подача масла (мы заливаем масло 2т отдельно от бензина). В двухтактном скутере двигатель имеет масляный бак, трубопровод какого связан с маслонасосом, подающим масло во впускной патрубок в том количестве, какое необходимо в зависимости от количества воздушно-бензинной смеси. Продуктивность насоса находится в зависимости от положения ручки «газа». Чем больше подается горючего, тем больше поступает масла, и напротив. Отдельная система смазки двухтактных движков считается более безупречной. При ней отношение масла к бензину при небольших нагрузках может досягать 1:200, что приводит к сокращению дымности, уменьшению образования нагара и расхода масла. Эта конструкция применяется, на современных скутерах с двухтактными моторами.

В четырехтактном двигателе масло не смешивается с топливом, а подается раздельно. Для этого двигатели обустроены традиционной системой смазки, складывающейся из масляного насоса, фильтра, клапанов, трубопроводов. Роль масляного бачка может выполнять картер двигателя (система смазки с мокрым картером) или отдельный бачок (система с сухим картером).

Система смазки четырехтактного двигателя с мокрым и сухим картером

система смазки 4тсистема смазки 4т

  1. поддон картера
  2. маслозаборник
  3. масляный насос
  4. масляный фильтр
  5. предохранительный клапан

При смазке с «мокрым» картером насос 3 вбирает масло из поддона, нагнетает его в выходящую полость и дальше по каналам подает к подшипникам коленчастого вала, деталям КШМ и ГРМ. При смазке с «сухим» картером масло заливается в бак, откуда насосом подается к трущимся плоскостям. Та часть масла, которая стекает в картер, откачивается вспомогательным насосом, отдающем ее назад в бачок. Для очищения масла от продуктов износа деталей мотора имеется фильтр. При потребности устанавливается и охлаждающий радиатор, так как в процессе работы температура масла может подыматься до больших температур.

Чем отличается двухтактное масло от четырехтактного

Так как в 2т двигателях масло сгорает, а в 4т нет, требования к его свойствам очень разнятся. Масло, применяемое в 2 тактных двигателях, обязано оставлять минимальное колличество нагара в виде золы и сажи, в то время как масло для 4т двигателей должно гарантировать стабильность характеристик в течение как можно более долгого времени.

Как работает 4-тактный двигатель

Чтобы привести ваше оборудование в действие, двигатель с верхним расположением клапана выполняет повторяющийся четырехэтапный процесс, описанный ниже.

Элемент, обеспечивающий работу двигателей внутреннего сгорания

  • Воздух
  • Топливо
  • Сжатие
  • Искра

Шаг 1: Ход всасывания

Воздух и топливо попадают в небольшой двигатель через карбюратор. Работа карбюратора состоит в том, чтобы подавать смесь воздуха и топлива, которая обеспечивает правильное сгорание.Во время такта впуска открывается впускной клапан между карбюратором и камерой сгорания. Это позволяет атмосферному давлению нагнетать топливовоздушную смесь в канал цилиндра, когда поршень движется вниз.

>> Проблемы с производительностью? Узнайте, как устранить неполадки при ремонте карбюратора и очистить / обслужить карбюраторы двигателя малого объема.

Шаг 2: Ход сжатия

Сразу после того, как поршень переместится в нижнюю точку своего хода (нижняя мертвая точка), в отверстии цилиндра находится максимально возможная воздушно-топливная смесь.Впускной клапан закрывается, и поршень возвращается обратно в отверстие цилиндра. Это называется тактом сжатия процесса 4-тактного двигателя. Топливно-воздушная смесь сжимается между поршнем и головкой блока цилиндров.

Шаг 3: Рабочий ход

Когда поршень достигает вершины своего хода (верхней мертвой точки), он будет в оптимальной точке для воспламенения топлива и получения максимальной мощности для вашего внешнего силового оборудования. В катушке зажигания создается очень высокое напряжение.Свеча зажигания обеспечивает сброс этого высокого напряжения в камеру сгорания. Тепло, создаваемое искрой, воспламеняет газы, создавая быстро расширяющиеся перегретые газы, которые заставляют поршень возвращаться в отверстие цилиндра. Это называется рабочим ходом .

Шаг 4: ход выпуска

Когда поршень снова достигает нижней мертвой точки, выпускной клапан открывается. По мере того, как поршень движется обратно по каналу цилиндра, он выталкивает отработавшие газы сгорания через выпускной клапан и из систем выпуска.Когда поршень возвращается в верхнюю мертвую точку, выпускной клапан закрывается, а впускной клапан открывается, и процесс 4-тактного двигателя повторяется.

Постоянное повторение цикла требует двух полных оборотов коленчатого вала, в то время как двигатель создает мощность только во время одного из четырех тактов. Чтобы машина продолжала работать, ей нужен маховик небольшого двигателя. Рабочий ход создает импульс, который толкает маховик за счет инерции, удерживая его и коленчатый вал во время тактов выпуска, впуска и сжатия.

,

Двигатель четырехтактный

Четырехтактный цикл, используемый в бензиновых / бензиновых двигателях. Правая синяя сторона - это впуск, а левая желтая сторона - выхлоп. Стенка цилиндра представляет собой тонкую гильзу, окруженную охлаждающей жидкостью. Видеомонтаж двигателей Отто, работающих на паровой молотилке в Западной Миннесоте (WMSTR), в Роллаге, штат Миннесота.

Четырехтактный двигатель , также известный как четырехтактный двигатель , представляет собой двигатель внутреннего сгорания, в котором поршень совершает четыре отдельных хода - впуск, сжатие, мощность и выпуск - во время двух отдельных оборотов коленчатого вала двигателя, и один единственный термодинамический цикл.

Есть два общих типа двигателей, которые тесно связаны друг с другом, но имеют существенные различия в своей конструкции и поведении. Самый ранний из них, который будет разработан, - это двигатель цикла Отто, который был разработан в 1876 году Николаусом Августом Отто в Кельне, Германия [1] , по принципу действия, описанному Alphonse_Beau_de_Rochas в 1861 году. Этот двигатель чаще всего называют двигателем. бензиновый двигатель или бензиновый двигатель, после топлива, которое его питает. [2] Второй тип четырехтактного двигателя - это дизельный двигатель, разработанный в 1893 году Рудольфом Дизелем, также из Германии.Дизель создал свой двигатель, чтобы максимизировать эффективность, которой не хватало двигателю Отто. Есть несколько основных различий между двигателем цикла Отто и четырехтактным дизельным двигателем. Дизель выпускается как в двухтактном, так и в четырехтактном исполнении. По иронии судьбы, компания Отто Deutz AG в современную эпоху производит в основном дизельные двигатели.

Цикл Отто назван в честь двигателя 1876 года Николауса А. Отто, который построил успешный четырехтактный двигатель, основанный на работах Жана Жозефа Этьена Ленуара. [1] Это был третий тип двигателя, разработанный Отто. Он использовал скользящие шлюзы пламени для воспламенения топлива, которое представляло собой смесь освещающего газа и воздуха. После 1884 года Отто также разработал магнето, позволяющее использовать электрическую искру для воспламенения, что было ненадежным для двигателя Ленуара.

Сегодня двигатель внутреннего сгорания (ДВС) используется в мотоциклах, автомобилях, лодках, грузовиках, самолетах, кораблях, тяжелом оборудовании, а также в его первоначальном предполагаемом использовании в качестве стационарной энергии для выработки кинетической и электрической энергии.Дизельные двигатели используются практически во всех тяжелых приложениях, таких как грузовики, корабли, локомотивы, производство электроэнергии и стационарные электростанции. Многие из этих дизельных двигателей являются двухтактными и имеют номинальную мощность до 105 000 л.с. (78 000 кВт).

Четыре цикла относятся к циклам впуска, сжатия, сгорания (мощность) и выпуска, которые происходят во время двух оборотов коленчатого вала за цикл мощности четырехтактных двигателей. Цикл начинается в верхней мертвой точке (ВМТ), когда поршень находится дальше всего от оси коленчатого вала.Цикл означает полный ход поршня от верхней мертвой точки (ВМТ) до нижней мертвой точки (НМТ). (См. Мертвая точка.)

  1. Такт ВПУСКА: на впуске или ходе впуска поршня, поршень опускается от верхней части цилиндра к нижней части цилиндра, уменьшая давление внутри цилиндра. Смесь топлива и воздуха, или просто воздух в дизельном двигателе, нагнетается атмосферным (или более высоким) давлением в цилиндр через впускной канал.Затем впускной клапан (ы) закрывается. Объем воздушно-топливной смеси, втягиваемой в цилиндр, по отношению к объему цилиндра называется объемным КПД двигателя.
  2. Такт СЖАТИЯ: при закрытых впускных и выпускных клапанах поршень возвращается в верхнюю часть цилиндра, сжимая воздух или топливно-воздушную смесь в камеру сгорания головки блока цилиндров.
  3. POWER такт: это начало второго оборота двигателя. Когда поршень находится близко к верхней мертвой точке, смесь сжатого воздуха и топлива в бензиновом двигателе воспламеняется, обычно от свечи зажигания, или топливо впрыскивается в дизельный двигатель, который воспламеняется из-за тепла, выделяемого в воздухе во время ход сжатия.Результирующее сильное давление от сгорания сжатой топливно-воздушной смеси заставляет поршень вернуться в нижнюю мертвую точку.
  4. Такт ВЫПУСКА: во время хода выпуска поршень снова возвращается в верхнюю мертвую точку, когда выпускной клапан открыт. Это действие удаляет сгоревшие продукты сгорания из цилиндра путем вытеснения отработанной топливно-воздушной смеси через выпускной клапан (ы).

История

Цикл Отто

Двигатель Отто производства США 1920-х годов

Николаус Август Отто в молодости был коммивояжером в продуктовом магазине.В своих путешествиях он столкнулся с двигателем внутреннего сгорания, построенным в Париже бельгийским эмигрантом Жаном Жозефом Этьеном Ленуаром. В 1860 году Ленуару удалось создать двигатель двойного действия, который работал на осветительном газе с эффективностью 4%. 18-литровый двигатель Ленуара мог выдавать всего 2 лошадиные силы. Двигатель Ленуара работал на осветительном газе, который был сделан из угля, который был разработан в Париже Филипом Лебоном. [1] [3]

При испытании копии двигателя Ленуара в 1861 году Отто узнал о влиянии сжатия на топливный заряд.В 1862 году Отто попытался создать двигатель, чтобы улучшить низкий КПД и надежность двигателя Ленуара. Он попытался создать двигатель, который сжимал бы топливную смесь до воспламенения, но потерпел неудачу, поскольку этот двигатель работал не более чем за несколько минут до своего разрушения. Многие инженеры также безуспешно пытались решить проблему. [3]

В 1864 году Отто и Ойген Ланген основали первую компанию по производству двигателей внутреннего сгорания NA Otto and Cie (NA Otto and Company) .В том же году Отто и Си удалось создать успешный атмосферный двигатель. [3]

На заводе не хватило места, и в 1869 году он был перенесен в город Дойц, Германия, где компания была переименована в Deutz Gasmotorenfabrik AG (Компания по производству газовых двигателей Deutz). [3] В 1872 году Готтлиб Даймлер был техническим директором, а Вильгельм Майбах руководил конструкцией двигателей. Даймлер был оружейным мастером, который ранее также работал над двигателем Ленуара.

К 1876 году Отто и Лангену удалось создать первый двигатель внутреннего сгорания , который сжимал топливную смесь перед сгоранием , обеспечивая гораздо более высокий КПД, чем любой другой двигатель, созданный к тому времени. [1]

Готлиб Даймлер и Вильгельм Майбах оставили свою работу в Отто и Си и в 1883 году разработали первый высокоскоростной двигатель Отто. В 1885 году они выпустили первый автомобиль, оснащенный двигателем Отто. Petroleum Reitwagen использовал систему зажигания с горячей трубкой и топливо, известное как Ligroin, чтобы стать первым в мире силовым транспортным средством с двигателем внутреннего сгорания, использующим четырехтактный двигатель, основанный на конструкции Николауса Отто. В следующем году Карл Бенц выпустил четырехтактный автомобиль, который некоторые называют первым автомобилем в мире.

В 1884 году компания Отто, ныне известная как Gasmotorenfabrik Deutz (GFD), разработала электрическое зажигание и карбюратор.

В 1890 году Daimler и Maybach основали компанию, известную как Daimler Motoren Gesellschaft. Сегодня эта компания известна как Daimler-Benz.

Подробнее см. Двигатель Отто.

Дизельный цикл

Audi Diesel R15 в Ле-Мане

Дизельный двигатель (см. Эту страницу) представляет собой техническое усовершенствование двигателя Отто Цикл 1876 года. В то время как Отто в 1861 году понял, что эффективность двигателя можно повысить, сначала сжав топливную смесь перед ее воспламенением, Рудольф Дизель хотел разработать более эффективный тип двигателя, который мог бы работать на гораздо более тяжелом топливе.Двигатели Ленуара, Отто Атмосфера и Отто (1861 и 1876 гг.) Были разработаны для работы на освещающем газе (угольный газ). С той же мотивацией, что и Отто, Дизель хотел создать двигатель, который дал бы небольшим промышленным предприятиям собственный источник энергии, чтобы они могли конкурировать с более крупными компаниями, и, как Отто, уйти от требования быть привязанным к муниципальным источникам топлива. Как и Отто, потребовалось более десяти лет, чтобы создать двигатель с высокой степенью сжатия, который самовоспламенялся бы при попадании этого топлива в цилиндр.В своем первом двигателе Дизель использовал распылитель воздуха в сочетании с топливом.

Во время первоначальной разработки один из двигателей лопнул, чуть не погубив дизель. Он настаивал и, наконец, создал двигатель в 1893 году. Двигатель с высокой степенью сжатия, который воспламеняет топливо за счет тепла сжатия, теперь называется дизельным двигателем, будь то четырехтактный или двухтактный дизайн.

Четырехтактный дизельный двигатель уже много десятилетий используется в большинстве тяжелых условий эксплуатации. Основная причина этого заключается в том, что в нем используется тяжелое топливо, которое содержит больше энергии, требует меньшего количества очистки и более дешевое производство (хотя в некоторых регионах мира дизельное топливо стоит больше, чем бензин).Наиболее эффективные двигатели Otto Cycle работают с КПД около 30%. Двигатель Volkswagen Jetta TDI объемом 1,9 литра добился 46%. Он использует усовершенствованную конструкцию с турбонаддувом и прямым впрыском топлива. Эффективность некоторых судовых дизелей BMW с керамической изоляцией превышает 60%.

И Audi, и Peugeot соревнуются в гонках на выносливость серии Ле-Ман на гоночных автомобилях с дизельным двигателем. Это четырехтактные, четырехклапанные, высокооборотные дизельные двигатели с турбонаддувом, которые доминируют в основном за счет экономии топлива и необходимости делать меньше остановок.

Термодинамический анализ

Чарльз Лоу Идеализированная p-V диаграмма цикла Отто для четырехтактных двигателей: такт впуска (A) выполняется изобарическим расширением, за которым следует такт сжатия (B), выполняемый адиабатическим сжатием. При сгорании топлива происходит изохорный процесс, за которым следует адиабатическое расширение, характеризующее рабочий ход (C). Цикл замыкается изохорическим процессом и изобарическим сжатием, характерным для
выпускной (D) ход.

Термодинамический анализ реальных четырехтактных или двухтактных циклов - непростая задача. Однако анализ можно значительно упростить, если использовать стандартные допущения [4] для воздуха. Результирующий цикл, который очень похож на реальные рабочие условия, и есть цикл Отто.

Требования к октановому числу

Октановое число топлива

Основная статья: Октановый рейтинг
Двигатели Отто

Во время цикла сжатия двигателя внутреннего сгорания со сжатым зарядом температура топливовоздушной смеси повышается, как описано Чарльзом Лоу, исключительно за счет сжатия газов.Повышение температуры составляет несколько сотен градусов.

Огнеупорная башня, демонстрирующая различный вес различных продуктов.

Топливо, используемое в четырехтактных двигателях, чаще всего представляет собой фракции сырой нефти, каменноугольной смолы, горючего сланца или песков, которые производятся в процессе, называемом крекингом нефти. Температура воспламенения преломляемого топлива зависит от его веса. Он отделен, будучи нагреванием и извлекается на различных высотах в огнеупорной башне. Чем выше поднимается пар топлива в башне, тем меньше ее вес и меньше энергии в ней содержится.При переработке нефти отбирается стандартный вес топлива и продуктов, который связан с конкретным извлекаемым материалом. Бензин - легкий огнеупорный продукт и называется легкой фракцией. Как легкая фракция, она имеет относительно низкую температуру вспышки (то есть температуру, при которой она начинает гореть при смешивании с окислителем).

Топливо с низкой температурой воспламенения может самовоспламеняться во время сжатия, а также может воспламениться из-за нагара, оставшегося в цилиндре или головке грязного двигателя.В двигателе внутреннего сгорания самовоспламенение может произойти в неожиданные моменты. Во время нормальной работы двигателя, когда топливная смесь сжимается, создается электрическая дуга для воспламенения топлива. На низких оборотах это происходит около ВМТ (верхней мертвой точки). По мере увеличения числа оборотов двигателя точка искры смещается вперед, так что топливный заряд может воспламениться в более эффективный момент сжатия топливного заряда, чтобы топливо могло начать гореть, даже когда оно все еще сжимается. Это дает более эффективную мощность, основанную на возрастающей молекулярной плотности рабочего тела, поскольку в этом суть эффективности двигателя IE со сжатым зарядом.Более плотная рабочая среда (воздушно-топливная смесь) будет испытывать большее нагревание и, следовательно, давление будет повышаться в меньшем количестве, когда ее молекулы будут более плотно упакованы вместе.

Мы можем видеть это в двух моделях двигателей Отто. Двигатель без компрессии работал с КПД 12%. Двигатель со сжатым зарядом имел КПД 30%. Дизельный двигатель может достигать 70% (лабораторный двигатель Diesel испытал эффективность 75,6%, VW TDI - 46%).

Проблема с двигателями сжатого заряда заключается в том, что повышение температуры сжатого заряда может вызвать преждевременное воспламенение.Если это произойдет в неподходящий момент и будет слишком энергичным, это может привести к выходу двигателя из строя. Фракции нефти имеют сильно различающиеся точки воспламенения (температура, при которой топливо может самовоспламеняться). Это необходимо учитывать при проектировании двигателя и топлива.

В двигателях искра задерживается при запуске двигателя и увеличивается только до соответствующей величины в зависимости от частоты вращения двигателя. Это определяется лабораторными исследованиями. Поскольку двигатель вращается быстрее, он может принять более раннее воспламенение, поскольку движущийся фронт пламени не успевает стать разрушительным.

В топливе склонность сжатой топливной смеси к преждевременному воспламенению ограничивается химическим составом топлива. Существует несколько сортов топлива для различных уровней мощности двигателей. Топливо изменяют, чтобы изменить его температуру самовоспламенения. Есть несколько способов сделать это. Поскольку двигатели спроектированы с более высокими степенями сжатия, в результате гораздо более вероятно возникновение преждевременного зажигания, поскольку топливная смесь будет сжиматься до более высокой температуры перед преднамеренным воспламенением.Более высокая температура приведет к более эффективному испарению топлива, такого как бензин, и является фактором, способствующим повышению эффективности двигателя с более высокой степенью сжатия. Более высокие коэффициенты сжатия также означают, что расстояние, на которое поршень может толкать для выработки мощности, больше (что называется степенью расширения).

Таким образом, должны быть стандартизированные испытания и стандартная система отсчета для описания вероятности самовоспламенения топлива. Октановое число является мерой устойчивости топлива к самовоспламенению. Топливо с более высоким числовым октановым числом обеспечивает гораздо более высокую степень сжатия, которая извлекает больше энергии из топлива и более эффективно преобразует эту энергию в полезную работу, в то же время предотвращая повреждение двигателя из-за преждевременного зажигания.Топливо с высоким октановым числом также дороже.

Дизельные двигатели

Дизельные двигатели по своей природе не имеют проблем с преждевременным зажиганием. Их беспокоит, можно ли начать горение. Описание вероятности возгорания дизельного топлива называется цетановым числом. Поскольку дизельное топливо имеет низкую летучесть, его может быть очень трудно запустить в холодном состоянии. Для запуска холодного дизельного двигателя используются различные методы, наиболее распространенными из которых является использование свечи накаливания.

В некоторых случаях, например, при сжигании отработанного кулинарного жира, топливо само по себе является твердым и перед использованием его необходимо нагреть для разжижения.Часто здесь жалуются на то, что выхлопные газы могут иметь запах картофеля фри.

Принципы проектирования и проектирования

Ограничения выходной мощности

Четырехтактный цикл
1 = ВМТ
2 = BDC
A: Впуск
B: сжатие
C: мощность
D: Выхлоп

Максимальная мощность, вырабатываемая двигателем, определяется максимальным количеством всасываемого воздуха. Количество мощности, вырабатываемой поршневым двигателем, зависит от его размера (объема цилиндра), будь то двухтактная или четырехтактная конструкция, объемного КПД, потерь, отношения воздух-топливо, теплотворной способности топлива. , содержание кислорода в воздухе и скорость (об / мин).Скорость в конечном итоге ограничена прочностью материала и смазкой. Клапаны, поршни и шатуны испытывают сильные ускоряющие силы. При высоких оборотах двигателя может произойти физическая поломка и дрожание поршневого кольца, что приведет к потере мощности или даже к разрушению двигателя. Флаттер поршневого кольца возникает, когда кольца колеблются вертикально внутри поршневых канавок, в которых они находятся. Флаттер кольца нарушает уплотнение между кольцом и стенкой цилиндра, что приводит к потере давления и мощности в цилиндре.Если двигатель вращается слишком быстро, клапанные пружины не могут действовать достаточно быстро, чтобы закрыть клапаны. Это обычно называют «смещением клапана», и это может привести к контакту поршня с клапаном, что серьезно повредит двигатель. На высоких скоростях смазка поверхности раздела стенок поршневого цилиндра имеет тенденцию к разрушению. Это ограничивает скорость поршня промышленных двигателей примерно до 10 м / с.

Поток через впускное / выпускное отверстие

Выходная мощность двигателя зависит от способности впуска (воздушно-топливной смеси) и выхлопных газов быстро перемещаться через отверстия клапана, обычно расположенные в головке блока цилиндров.Чтобы увеличить выходную мощность двигателя, неровности впускного и выпускного трактов, такие как дефекты литья, могут быть устранены, а с помощью стенда воздушного потока можно изменить радиусы поворотов порта клапана и конфигурацию седла клапана, чтобы уменьшить сопротивление. Этот процесс называется портированием, и его можно выполнить вручную или с помощью станка с ЧПУ.

Нагнетатель

Одним из способов увеличения мощности двигателя является нагнетание большего количества воздуха в цилиндр, чтобы можно было производить больше мощности за каждый рабочий ход.Это можно сделать с помощью какого-либо типа устройства сжатия воздуха, известного как нагнетатель, который может приводиться в действие коленчатым валом двигателя.

Наддув увеличивает пределы выходной мощности двигателя внутреннего сгорания относительно его рабочего объема. Чаще всего нагнетатель всегда работает, но существуют конструкции, позволяющие отключать его или работать с различными скоростями (относительно частоты вращения двигателя). Недостаток наддува с механическим приводом состоит в том, что часть выходной мощности используется для приведения в действие нагнетателя, в то время как мощность тратится впустую в выхлопе высокого давления, так как воздух был сжат дважды, а затем получает больший потенциальный объем при сгорании, но только расширяется. в один этап.

Турбонаддув

Турбокомпрессор - это нагнетатель, который приводится в действие выхлопными газами двигателя с помощью турбины. Он состоит из двухкомпонентной высокоскоростной турбины в сборе, одна сторона которой сжимает всасываемый воздух, а другая сторона приводится в действие за счет выхода выхлопных газов.

На холостом ходу и на низких или средних оборотах турбина вырабатывает небольшую мощность из-за небольшого объема выхлопных газов, турбокомпрессор малоэффективен, и двигатель работает почти без наддува.Когда требуется гораздо большая выходная мощность, частота вращения двигателя и открытие дроссельной заслонки увеличиваются до тех пор, пока выхлопные газы не станут достаточными для «раскрутки» турбины турбонагнетателя, чтобы начать сжимать во впускной коллектор гораздо больше воздуха, чем обычно.

Турбонаддув обеспечивает более эффективную работу двигателя, поскольку он приводится в действие давлением выхлопных газов, которое в противном случае (в основном) было бы потрачено впустую, но существует конструктивное ограничение, известное как турбо-задержка. Увеличенная мощность двигателя доступна не сразу из-за необходимости резко увеличить обороты двигателя, чтобы создать давление и раскрутить турбонагнетатель, прежде чем турбо начнет производить полезное сжатие воздуха.Увеличенный объем впуска вызывает увеличенный выпуск и ускоряет вращение турбонагнетателя и так далее, пока не будет достигнута стабильная работа на высокой мощности. Другая трудность заключается в том, что более высокое давление выхлопных газов заставляет выхлопные газы передавать больше тепла механическим частям двигателя.

Передаточное отношение штока и поршня к ходу поршня

Отношение штока к ходу - это отношение длины шатуна к длине хода поршня. Более длинный шток уменьшит боковое давление поршня на стенку цилиндра и силы напряжения, тем самым увеличивая срок службы двигателя.Это также увеличивает стоимость и высоту и вес двигателя.

«Прямоугольный двигатель» - это двигатель, диаметр цилиндра которого равен длине его хода. Двигатель, у которого диаметр отверстия больше, чем длина его хода, является двигателем с квадратным сечением, и наоборот, двигатель с диаметром отверстия, который меньше его длины хода, является двигателем с квадратом.

Клапанный

Клапаны обычно приводятся в действие распределительным валом, вращающимся на половину скорости коленчатого вала. По всей длине он имеет ряд кулачков, каждый из которых предназначен для открытия клапана во время соответствующей части такта впуска или выпуска.Толкатель между клапаном и кулачком - это контактная поверхность, по которой кулачок скользит, открывая клапан. Во многих двигателях используется один или несколько распределительных валов «над» рядом (или каждым рядом) цилиндров, как показано на рисунке, на котором каждый кулачок непосредственно приводит в действие клапан через плоский толкатель. В двигателях других конструкций распределительный вал находится в картере, и в этом случае каждый кулачок контактирует с толкателем, который контактирует с коромыслом, открывающим клапан. Конструкция верхнего кулачка обычно допускает более высокие обороты двигателя, поскольку обеспечивает наиболее прямой путь между кулачком и клапаном.

Клапанный зазор

Клапанный зазор - это небольшой зазор между толкателем клапана и штоком клапана, который обеспечивает полное закрытие клапана. На двигателях с механической регулировкой клапана чрезмерный зазор вызывает шум клапанного механизма. Обычно зазор необходимо регулировать каждые 20 000 миль (32 000 км) с помощью щупа.

В большинстве современных двигателей используются гидравлические подъемники для автоматической компенсации износа компонентов клапанного механизма. Грязное моторное масло может привести к поломке подъемника.

Энергетический баланс

Двигатели Отто имеют КПД около 30%; Другими словами, 30% энергии, генерируемой при сгорании, преобразуется в полезную энергию вращения на выходном валу двигателя, а остальная часть приходится на потери из-за трения, вспомогательного оборудования двигателя и отходящего тепла. [5] Есть несколько способов восстановить часть энергии, потерянной в отходящем тепле. Использование турбонагнетателя в дизельных двигателях очень эффективно за счет повышения давления поступающего воздуха и, по сути, обеспечивает такое же повышение производительности, как и при увеличении рабочего объема.Компания Mack Truck несколько десятилетий назад разработала турбинную систему, которая преобразовывала отработанное тепло в кинетическую энергию, которая возвращалась в трансмиссию двигателя. Совсем недавно BMW разработала двухступенчатую систему рекуперации тепла, аналогичную системе Mack, которая восстанавливает 80% энергии выхлопных газов и повысила эффективность двигателей Otto, в которых она применяется, на 15%, поставив двигатель Otto наравне с некоторыми дизельными двигателями. двигатели. [6]

Напротив, шестицилиндровый двигатель может преобразовывать более 50% энергии сгорания в полезную энергию вращения.

Современные двигатели часто намеренно конструируют, чтобы они были немного менее эффективными, чем они могли бы быть в противном случае. Это необходимо для контроля выбросов, таких как рециркуляция выхлопных газов и каталитические нейтрализаторы, уменьшающие смог и другие атмосферные загрязнители. Снижению эффективности можно противодействовать с помощью блока управления двигателем, использующего методы сжигания обедненной смеси. [7]

В Соединенных Штатах в соответствии с корпоративной средней экономией топлива автомобили должны достигать в среднем 35 баллов.5 миль на галлон (миль на галлон) по сравнению с текущим стандартом 25 миль на галлон. Поскольку автопроизводители стремятся соответствовать этим стандартам к 2016 году, следует рассмотреть новые способы разработки традиционных двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Некоторые потенциальные решения для повышения эффективности использования топлива в соответствии с новыми требованиями включают запуск после того, как поршень находится дальше всего от коленчатого вала, известная как верхняя мертвая точка, и применение цикла Миллера. Вместе эта модернизация могла бы значительно снизить расход топлива и выбросы NOx.

См. Также

Ссылки

Общие источники

Внешние ссылки

,

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 выхлопные газы.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 тарельчатый 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).

Сжатие

Когда поршень поднимается, тарельчатый клапан принудительно закрывается за счет увеличения 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 хода 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 заглушки:

Моим первоначальным намерением было точно показать, что точки должны оставаться закрывается всего на долю секунды, называется задержкой . Автор иллюстрируя это, я непреднамеренно затемнил общую работу цепи. 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.

.

2-тактный и 4-тактный двигатель

Обновлено 14 февраля 2018 г.

Возможно, вы использовали газонокосилку, водный мотоцикл, скутер или двигатель гораздо большей мощности, например двигатель грузовика. Эти двигатели подразделяются на двухтактные и четырехтактные. Состав двигателя иногда может помочь вам определить, какая машина соответствует вашим потребностям. Чтобы понять преимущества и недостатки каждого из этих двигателей, вам необходимо знать, как они работают.

Определения

2 stroke engine 2-тактный дизельный двигатель

2-тактный двигатель Поршень совершает один ход в каждом направлении для работы данной машины.

  • Такт сжатия сжимает топливо, которое затем взрывается.
  • Обратный ход, называемый рабочим ходом, осуществляется за счет взорванного топлива. Он перемещает картер, выпускает выхлопные газы и впускает новое топливо и воздух для следующего хода.
4-stroke Иллюстрация четырехтактного двигателя

Четырехтактный двигатель делает четыре такта для приведения в действие двигателя.

  • Такт сжатия сжимает воздух и топливо.
  • Рабочий ход.Сжатый воздух воспламеняется, опуская поршень, который при этом вращает коленчатый вал, а также обеспечивает достаточную энергию для выполнения трех других ходов.
  • Ход выпуска. Когда поршень движется вверх, он выпускает выхлопные газы через выпускной клапан.
  • Такт впуска позволяет подавать новую подачу топлива и воздуха для первого хода.

Сравнительная таблица

2-тактный двигатель 4-тактный двигатель
Его поршень совершает два хода в двигателе Его поршень совершает четыре хода в двигателе
Громко Тише
Менее эффективен, следовательно, экологически вреден Эффективен, следовательно, экологически безопасен
Относительно дешевле, так как у них нет клапанов Относительно дорого из-за сложности установки клапанов
Производит высокую мощность в течение относительно короткого периода Производят низкую мощность в течение длительного периода
Избыточное масло, необходимое для смешивания с топливом, делает их обслуживание дорогим Не требует масла в топливе

2-тактный против 4 Тактный двигатель

В чем разница между 2-тактным двигателем En джин и 4-тактный двигатель? Различия можно увидеть в количестве ходов каждого поршня и в их конструкции.

  • Поршень 4-тактного двигателя совершает четыре хода, приводя в движение коленчатый вал. Из-за своего веса и количества включений, приводящих в движение коленчатый вал, эти двигатели могут производить только небольшое, но устойчивое количество энергии, что идеально подходит для использования в таких вещах, как грузовики, которым необходимо преодолевать большие расстояния без остановки. В отличие от этого двухтактный двигатель способен производить быстрые и внезапные всплески мощности, которые не поддерживаются в течение длительного периода времени. Это делает его идеальным для использования в бензопилах и гидроциклах, которые время от времени останавливаются.
  • Двухтактный двигатель проще построить, поскольку в нем нет клапанов. Это делает его более легким и дешевым в производстве. Для эффективной работы четырехтактного двигателя требуются продуманные клапаны, что делает его тяжелым и дорогостоящим в сборке.
  • Двухтактный двигатель не требует масляного картера. Масло, смешанное с газом, не обеспечивает достаточной смазки двигателя. Поэтому вряд ли это продлится долго. Стоимость короткого срока службы и смешения масла с его топливом делает их дорогими в долгосрочной перспективе.Четырехтактный двигатель не требует смешивания масла с газом и поэтому дешев в эксплуатации.
  • Двухтактные двигатели не так эффективно сжигают топливо. По этой причине они загрязняют окружающую среду более 4-х тактных двигателей.

Видео

Вот видео, в котором освещаются основные различия между двухтактным и четырехтактным двигателем, с плюсами и минусами каждого из них:

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *