Продажа квадроциклов, снегоходов и мототехники
second logo
Пн-Чт: 10:00-20:00
Пт-Сб: 10:00-19:00 Вс: выходной

+7 (812) 924 3 942

+7 (911) 924 3 942

Содержание

Чем отличаются 2-х тактный и 4-х тактный двигатель


Это общий вопрос, который многих интересует, особенно когда стоит выбор перед покупкой бензоинструмента с разными типами двигателей. У каждого типа двигателя есть свои преимущества и недостатки, которые мы постараемся изложить в этой статье. Давайте начнем…

Основное отличие двухтактных и четырехтактных двигателей в основном сосредоточена вокруг области применения, для которой используется двигатель. Небольшие двигателя, работающие на высоких оборотах, как правило, двухтактные. Более крупные двигателя, с большим крутящим моментом при более низких оборотах, обычно имеют 4-тактные двигателя.

Принцип работы двигателя.


Совокупность периодически повторяющихся в определенной последовательности процессов, в результате которых происходит преобразование тепловой энергии в механическую называется замкнутым рабочим циклом. А именно двигатель приводится в движение с помощью поршня, который движется вверх и вниз в цилиндре, за счет возгорания смеси из бензина и воздуха. Бензиновые двигатели используют электрическую искру для зажигания горючей смеси, от сгорания которой создается давление, необходимое для движение поршня. Этот процесс происходит в вакууме и изолирован в блоке цилиндра.

Рабочий цикл, включающий в себя подачу бензина и воздуха, воспламенение горючей смеси, выталкивание отработанных газов, и повторяется тысячи раз в минуту. Так для оборота коленчатого вала на 360 ° или одного оборота, поршень должен перемещаться из своей наивысшей точки, верхней мертвой точки (ВМТ), в свою нижнюю точку, в нижнюю мертвую точку (НМТ), а затем обратно в ВМТ. К примеру, при 1000 оборотах в минуту рабочий цикл происходит 1000 раз в минуту.

По этому принципу работают все двигатели внутреннего сгорания, разница между 4-тактным и 2-тактным двигателями заключается в действиях, при которых происходит подача, сжатие топлива, выхлоп газов.

Как работает двухтактный двигатель?



Двухтактный двигатель не использует впускные и выпускные клапаны, для подачи горючей смеси и вывода отработанных газов из камеры сгорания. За полный рабочий цикл, то есть за один ход коленчатого вала выполняется два такта.

Вместо клапанов двухтактный двигатель имеет впускной и выпускной каналы – отверстия в боковой части цилиндра, которые совпадают с предварительно рассчитанным положением поршня, где поршень используется для закрытия или открытия этих каналов.

Впускной канал расположен чуть ниже положения ВМТ (верхняя мертвая точка) и когда поршень движется вверх из НМТ, этот канал открыт и производится подача топливной смеси в камеру сгорания. Когда поршень проходит мимо впускного канала, боковая стенка поршня блокирует отверстие, а свеча зажигания зажигает топливо. Сжатие происходит из-за движения поршня к ВМТ, закрывающего впускное отверстие, в сочетании с одновременным сгоранием. Таким образом, такт сжатия и зажигания происходит как одно целое.

Выпускной канал находится на противоположной стороне цилиндра рядом с ВМТ. Когда поршень приближается к самой низкой точке (НМТ), он проходит через выпускной канал открывая его, в результате чего выходят сгоревшие газы.

Рабочий цикл двухтактного двигателя.


Такт 1: впуск и зажигание горючей смеси
Когда поршень движется вверх, топливо и воздух нагнетаются в камеру сгорания и свеча зажигания дает искру. Это происходит как раз перед тем, как поршень достигает ВМТ.

Такт 2: Сжатие и Выхлоп
В положении ВМТ поршень блокирует впускное отверстие, герметизируя камеру сгорания, и в результате воспламенения смеси температура и давление газов резко возрастают. Под этим действием поршень перемещается вниз к НМТ. В самой нижней точке выпускное отверстие больше не закрыто поршнем, и происходит выход отработанных газов.

Как работает четырехтактный двигатель?


Четырехтактный двигатель разделяет каждый этап: процесс сгорания и выпуска на четыре отдельных шага или такта.

Чтобы топливо могло попасть в камеру сгорания, непосредственно перед тем, как поршень достигнет ВМТ, открывается впускной клапан, позволяющий подавать топливно-воздушную смесь из карбюратора или системы впрыска топлива. Когда в камеру сгорания поступает достаточно топлива, клапан закрывается и создается вакуум и герметизация цилиндра. После свеча зажигания дает искру вызывающую воспламенение горючей смеси (взрыв смеси), это заставляет поршень двигаться вниз. Затем открывается выпускной клапан, позволяющий отходящим газам выходить. В это время герметизация нарушается, что вызывает декомпрессию в цилиндре, и импульс коленчатого вала толкает поршень обратно в верхнее положение ВМТ, и весь процесс начинается заново.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя.

Такт 1: впуск

Во время первого такта поршень начинает движение от ВМТ и заканчивается в НМТ, в этот момент клапан впрыска находится в открытом положении и поршень втягивает топливовоздушную смесь в цилиндр, путем создания вакуума.

Такт 2: сжатие

Второй такт начинается в НМТ и заканчивается в ВМТ, то есть сразу после поступления горючей смеси в цилиндр, поршень поднимаясь сжимает ее, подготавливая к возгоранию во время рабочего хода. Впускной и выпускной клапана на этом этапе закрыты.

Такт 3: воспламенение

В этот момент коленвал завершил полный оборот на 360 градусов и пока поршень находится в ВМТ (конец такта сжатия), сжатый воздух и топливо воспламеняется от свечи зажигания (в бензиновом двигателе) и затем под действием силы взрыва поршень совершает рабочий ход вниз к НМТ и производит механическую работу для поворота коленвала.

Такт 4: выпуск

После возгорания горючей смеси поршень сначала опускается к НМТ и затем поднимается к ВМТ. Двигаясь (поршень) к ВМТ выталкивает из цилиндра продукты сгорания через открытый выпускной клапан.

Механические Различия 2-х тактного и 4-х тактного двигателей.


При рассмотрении, различия этих двигателей выходят за рамки основного процесса сгорания. Четырехтактный двигатель имеет клапана находящиеся в головке блока цилиндров, работающие независимо друг от друга, и требующие особого контроля, чтобы открываться и закрываться точно в нужный момент. Другими словами – газораспределительный механизм, работа которого регулируется механически с помощью цепи или ремня ГРМ, которая приводит в движение распределительный вал, в тех случаях, если в двигателе больше одного цилиндра. Этому способствуют гидравлические подъемники, которые используют давление моторного масла для подъема клапанов.

Ремень ГРМ приводится в движение коленвалом в нижней части двигателя и затем ремень (цепь) приводит в движение распределительный вал (газораспределительный механизм). При вращении вала кулачки прижимаются к коромыслам или толкателям клапанов, чтобы открывать и закрывать клапаны. Распределительные валы работают с помощью клапанных кулис, которые непосредственно соприкасаются с кулачком и клапаном.

Четырехтактный двигатель имеет полностью герметичный цилиндр, клапана открываются только сверху, в камеру сгорания. Таким образом, масло, смазывающее двигатель, не попадает в камеру сгорания. В двухтактном двигателе все иначе, когда поршень проходит через впускное отверстие, камера сгорания открыта, а это означает, что масло свободно попадает в цилиндр и смешивается с топливом. Именно поэтому, в двухтактных двигателях для смазки двигателя используется масло другого типа, которое сгорает вместе с топливом. Смешивание топлива с маслом производят перед заливкой в бак.

Источник

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания в 4 такта

Двигатель внутреннего сгорания, который сейчас стоит едва ли не на каждом автомобиле в мире, был создан настолько давно, что сейчас это даже сложно представить. Ведь датой появления первого образца такого агрегата считается 1860 год.

То есть, механизм, который, пусть и претерпел ряд изменений, но остался всё тем же устройством, был создан ещё в девятнадцатом столетии. Причиной такой популярности стал простой и понятный принцип работы двигателя внутреннего сгорания.

Проведём небольшой экскурс в историю. Уже упомянутое выше изобретение Ленуара, созданное в 1860 году, имело ряд конструктивных недоработок, что серьёзно его снижало КПД. Потому, широкого распространения этот двигатель не получил.

Зато стал плодом для размышлений другого конструктора, чьё имя так же вошло в историю. Им стал немец Николаус Отто, который смог доработать механизм, создав двухтактный двигатель.

В итоге работа двигателя внутреннего сгорания Отто показала КПД выше 15%, таким образом полностью вытеснив двигатели первооткрывателя. Конечно же, созданный в 1863 году двигатель не был верхом совершенства.

И спустя некоторое время, после значительных коррекций своего механизма, Отто выпускает четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания – предка тех моторов, работу которые мы каждый день видим, наблюдая за современным автотранспортом.

В разное время механизм, созданный Отто многократно улучшали. Но принцип работы двс существенно не изменился.

Четыре такта Отто — так происходит работа ДВС

Гениальный немец создал принцип, который никто не сумел не только превзойти, но и существенно улучшить так, чтобы вытеснить оригинал.

Работа ДВС это четыре повторяющихся действия, которые получили название «цикл Отто». Первым идёт такт впуска, затем – сжатие, рабочий ход, и, наконец – выпуск. Чтобы понять, как работает ДВС, рассмотрим каждый такт работы двигателя отдельно.

Шаг первый в работе двигателя внутреннего сгорания — впуск

В процессе этого такта топливо, смешиваясь с воздухом, попадает в цилиндр, благодаря действию поршня.

Клапан впуска при этом находится в открытом состоянии. К слову, в наше время есть масса двигателей, где клапанов сразу несколько. И это делается с целью повышения мощности двигателя.

Ещё одним способом повышением мощности стали двигатели, в которых педалью газа можно регулировать количество топлива, попадающего в цилиндры, путём удержания клапанов в открытом состоянии. На время ускорения машины это влияет весьма положительно.

Шаг второй в работе ДВС — сжатие

В ходе второго такта, поршень из нижней точки начинает постепенно подниматься. Благодаря этому, топливовоздушная смесь сжимается и попадает уже в таком состоянии в камеру сгорания. Движение поршня обеспечивается вращением коленчатого вала и шатуна.

Третий шаг в принципе работы двигателя внутреннего сгорания — рабочий ход

Такт сжатия завершается воспламенением горючей смеси в результате попадания искры зажигания. Полученные в результате сжигания газы имеют больший объём, потому двигают поршень вниз, и он через шатун двигает коленвал. Это называется рабочим циклом.

Четвертый шаг в работе двигателя внутреннего сгорания — выпуск

Четвёртый такт называется выпуском. При перемещении поршня в верхнее положение, происходит открытие впускного клапана. Теперь газы могут выйти наружу а цилиндр получает вентиляцию.

Современные двигатели внутреннего сгорания, типы и принципы работы

Автомобильный рынок предлагает очень много различных типов двигателей, созданных по знакомому нам принципу.

Сейчас мы привыкли считать классикой карбюраторный двигатель, который обычно устанавливается на ВАЗ 2106. Что примечательно, его создал наш соотечественник Огнеслав Костович. Произошло это в 1880, или чуть позже. Сейчас нет точной информации об этом. Тем не менее, это был первый шаг к появлению того, что мы привыкли считать стандартным карбюраторным ДВС.

Работа двигателя стала более производительной. Пользуясь этой разработкой, немцы Даймлер и Майбах (сейчас эти фамилии известны всем автолюбителям), создали облегчённую версию карбюраторного двигателя на бензине. Первым такой двигатель получил не автомобиль из Германии, а мотоцикл.

Дизельные двигатели

Казалось бы, всё, что можно было придумать, уже создано. Но, так не считал талантливый изобретатель из Германии Рудольф Дизель. Его интересовало, как можно ещё изменить и усовершенствовать принцип Отто. В результате его трудов, появился ещё один двигатель, который по сей день используется повсеместно, особенно – в грузовом автотранспорте.

В чём же принцип работы дизельного двигателя? В таких двигателях, дизельное топливо, или как его ещё называют, солярка, впрыскивается в нужное время под давлением. В результате, горючая смесь образуется непосредственно в двигателе, где частички сжатого топлива соединяются с воздухом и под давлением происходит возгорание.

Увидеть, как работает двигатель внутреннего сгорания можно здесь:

Также на эту тему вы можете почитать:

Поделитесь в социальных сетях

Alex S 8 октября, 2013

Опубликовано в: Полезные советы и устройство авто

Метки: Как устроен автомобиль

Принцип работы двс 4 такта

Вот уже около ста лет повсюду в мире основным силовым агрегатом на автомобилях и мотоциклах, тракторах и комбайнах, прочей технике является двигатель внутреннего сгорания. Придя в начале двадцатого века на смену двигателям внешнего сгорания (паровым), он и в веке двадцать первом остаётся наиболее экономически эффективным видом мотора. В данной статье мы подробно рассмотрим устройство, принцип работы различных видов ДВС и его основных вспомогательных систем.

Определение и общие особенности работы ДВС

Главная особенность любого двигателя внутреннего сгорания состоит в том, что топливо воспламеняется непосредственно внутри его рабочей камеры, а не в дополнительных внешних носителях. В процессе работы химическая и тепловая энергия от сгорания топлива преобразуется в механическую работу. Принцип работы ДВС основан на физическом эффекте теплового расширения газов, которое образуется в процессе сгорания топливно-воздушной смеси под давлением внутри цилиндров двигателя.

Классификация двигателей внутреннего сгорания

В процессе эволюции ДВС выделились следующие, доказавшие свою эффективность, типы данных моторов:

  • Поршневые двигатели внутреннего сгорания. В них рабочая камера находится внутри цилиндров, а тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством кривошипно-шатунного механизма, передающего энергию движения на коленчатый вал. Поршневые моторы делятся, в свою очередь, на
  • карбюраторные, в которых воздушно-топливная смесь формируется в карбюраторе, впрыскивается в цилиндр и воспламеняется там искрой от свечи зажигания;
  • инжекторные, в которых смесь подаётся напрямую во впускной коллектор, через специальные форсунки, под контролем электронного блока управления, и также воспламеняется посредством свечи;
  • дизельные, в которых воспламенение воздушно-топливной смеси происходит без свечи, посредством сжатия воздуха, который от давления нагревается от температуры, превышающей температуру горения, а топливо впрыскивается в цилиндры через форсунки.
  • Роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания. В моторах данного типа тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством вращения рабочими газами ротора специальной формы и профиля. Ротор движется по «планетарной траектории» внутри рабочей камеры, имеющей форму «восьмёрки», и выполняет функции как поршня, так и ГРМ (газораспределительного механизма), и коленчатого вала.
  • Газотурбинные двигатели внутреннего сгорания. В данных моторах преображение тепловой энергии в механическую работу осуществляется с помощью вращения ротора со специальными клиновидными лопатками, который приводит в движение вал турбины.

Технику с прочими видами ДВС можно вносить в Красную книгу. В наше время автомобили с роторно-поршневыми двигателями делает только «Mazda». Опытную серию автомашин с газотурбинным двигателем выпускал «Chrysler», но было это в 60-х годах, и более к этому вопросу никто из автопроизводителей не возвращался. В СССР газотурбинными двигателями оснащались танки «Т-80» и десантные корабли «Зубр», но в дальнейшем решено было отказаться от данного типа моторов. В связи с этим, подробно остановимся на «завоевавших мировое господство» поршневых двигателях внутреннего сгорания.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Корпус двигателя объединяет в единый организм:

  • блок цилиндров, внутри камер сгорания которых воспламеняется топливно-воздушная смесь, а газы от этого сгорания приводят в движение поршни;
  • кривошипно-шатунный механизм, который передаёт энергию движения на коленчатый вал;
  • газораспределительный механизм, который призван обеспечивать своевременное открытие/закрытие клапанов для впуска/выпуска горючей смеси и отработанных газов;
  • система подачи («впрыска») и воспламенения («зажигания») топливно-воздушной смеси;
  • система удаления продуктов горения (выхлопных газов).

Четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания в разрезе

При пуске двигателя в его цилиндры через впускные клапаны впрыскивается воздушно-топливная смесь и воспламеняется там от искры свечи зажигания. При сгорании и тепловом расширении газов от избыточного давления поршень приходит в движение, передавая механическую работу на вращение коленвала.

Работа поршневого двигателя внутреннего сгорания осуществляется циклически. Данные циклы повторяются с частотой несколько сотен раз в минуту. Это обеспечивает непрерывное поступательное вращение выходящего из двигателя коленчатого вала.

Принципы работы ДВС

— Принцип работы двухтактного двигателя

Когда происходит запуск двигателя, поршень, увлекаемый поворотом коленчатого вала, приходит в движение. Как только он достигает своей нижней мёртвой точки (НМТ) и переходит к движению вверх, в камеру сгорания цилиндра подаётся топливно-воздушную смесь.

В своём движении вверх поршень сжимает её. В момент достижения поршнем его верхней мёртвой точки (ВМТ) искра от свечи электронного зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь. Моментально расширяясь, пары горящего топлива стремительно толкают поршень обратно к нижней мёртвой точке.

В это время открывается выпускной клапан, через который раскалённые выхлопные газы удаляются из камеры сгорания. Снова пройдя НМТ, поршень возобновляет своё движение к ВМТ. За это время коленчатый вал совершает один оборот.

При новом движении поршня опять открывается канал впуска топливно-воздушной смеси, которая замещает весь объём вышедших отработанных газов, и весь процесс повторяется заново. Ввиду того, что работа поршня в подобных моторах ограничивается двумя тактами, он совершает гораздо меньшее, чем в четырёхтактном двигателе, количество движений за определённую единицу времени. Минимизируются потери на трение. Однако выделяется большая тепловая энергия, и двухтактные двигатели быстрей и сильнее греются.

В двухтактных двигателях поршень заменяет собой клапанный механизм газораспределения, в ходе своего движения в определённые моменты открывая и закрывая рабочие отверстия впуска и выпуска в цилиндре. Худший, по сравнению с четырёхтактным двигателем, газообмен является главным недостатком двухтактной системы ДВС. В момент удаления выхлопных газов теряется определённый процент не только рабочего вещества, но и мощности.

— Принцип работы четырёхтактного двигателя

Данных недостатков лишены четырёхтактные ДВС, которые, в различных вариантах, и устанавливаются на практически все современные автомобили, трактора и прочую технику. В них впуск/ выпуск горючей смеси/выхлопных газов осуществляются в виде отдельных рабочих процессов, а не совмещены со сжатием и расширением, как в двухтактных.

При помощи газораспределительного механизма обеспечивается механическая синхронность работы впускных и выпускных клапанов с оборотами коленвала. В четырёхтактном двигателе впрыск топливно-воздушной смеси происходит только после полного удаления отработанных газов и закрытия выпускных клапанов.

Процесс работы двигателя внутреннего сгорания

Каждый такт работы составляет один ход поршня в пределах от верхней до нижней мёртвых точек. При этом двигатель проходит через следующие фазы работы:

  • Такт первый, впуск. Поршень совершает движение от верхней к нижней мёртвой точке. В это время внутри цилиндра возникает разряжение, открывается впускной клапан и поступает топливно-воздушная смесь. В завершение впуска давление в полости цилиндра составляет в пределах от 0,07 до 0,095 Мпа; температура — от 80 до 120 градусов Цельсия.
  • Такт второй, сжатие
    . При движении поршня от нижней к верхней мёртвой точке и закрытых впускном и выпускном клапане происходит сжатие горючей смеси в полости цилиндра. Этот процесс сопровождается повышением давления до 1,2—1,7 Мпа, а температуры — до 300-400 градусов Цельсия.
  • Такт третий, расширение. Топливно-воздушная смесь воспламеняется. Это сопровождается выделением значительного количества тепловой энергии. Температура в полости цилиндра резко возрастает до 2,5 тысяч градусов по Цельсию. Под давлением поршень быстро движется к своей нижней мёртвой точке. Показатель давления при этом составляет от 4 до 6 Мпа.
  • Такт четвёртый, выпуск. Во время обратного движения поршня к верхней мёртвой точке открывается выпускной клапан, через который выхлопные газы выталкиваются из цилиндра в выпускной трубопровод, а затем и в окружающую среду. Показатели давление в завершающей стадии цикла составляют 0,1-0,12 Мпа; температуры — 600-900 градусов по Цельсию.

Вспомогательные системы двигателя внутреннего сгорания

— Система зажигания

Система зажигания является частью электрооборудования машины и предназначена для обеспечения искры, воспламеняющей топливно-воздушную смесь в рабочей камере цилиндра. Составными частями системы зажигания являются:

  • Источник питания. Во время запуска двигателя таковым является аккумуляторная батарея, а во время его работы — генератор.
  • Включатель, или замок зажигания. Это ранее механическое, а в последние годы всё чаще электрическое контактное устройство для подачи электронапряжения.
  • Накопитель энергии. Катушка, или автотрансформатор — узел, предназначенный для накопления и преобразования энергии, достаточной для возникновения нужного разряда между электродами свечи зажигания.
  • Распределитель зажигания (трамблёр). Устройство, предназначенное для распределения импульса высокого напряжения по проводам, ведущим к свечам каждого из цилиндров.

Система зажигания ДВС

— Впускная система

Система впуска ДВС предназначена для бесперебойной подачи в мотор атмосферного воздуха, для его смешивания с топливом и приготовления горючей смеси. Следует отметить, что в карбюраторных двигателях прошлого впускная система состоит из воздуховода и воздушного фильтра. И всё. В состав впускной системы современных автомобилей, тракторов и прочей техники входят:

  • Воздухозаборник. Представляет собою патрубок удобной для каждого конкретного двигателя формы. Через него атмосферный воздух всасывается внутрь двигателя, посредством разницы в показателях давления в атмосфере и в двигателе, где при движении поршней возникает разрежение.
  • Воздушный фильтр. Это расходный материал, предназначенный для очистки поступающего в мотор воздуха от пыли и твёрдых частиц, их задержки на фильтре.
  • Дроссельная заслонка. Воздушный клапан, предназначенный для регулирования подачи нужного количества воздуха. Механически она активируется нажатием на педаль газа, а в современной технике — при помощи электроники.
  • Впускной коллектор. Распределяет поток воздуха по цилиндрам мотора. Для придания воздушному потоку нужного распределения используются специальные впускные заслонки и вакуумный усилитель.

— Топливная система

Топливная система, или система питания ДВС, «отвечает» за бесперебойную подачу горючего для образования топливно-воздушной смеси. В состав топливной системы входят:

  • Топливный бак — ёмкость для хранения бензина или дизтоплива, с устройством для забора горючего (насосом).
  • Топливопроводы — комплекс трубок и шлангов, по которым к двигателю поступает его «пища».
  • Устройство смесеобразования, то есть карбюратор или инжектор — специальный механизм для приготовления топливно-воздушной смеси и её впрыска в ДВС.
  • Электронный блок управления (ЭБУ) смесеобразованием и впрыском — в инжекторных двигателях это устройство «отвечает» за синхронную и эффективную работу по образованию и подаче горючей смеси в мотор.
  • Топливный насос — электрическое устройство для нагнетания бензина или солярки в топливопровод.
  • Топливный фильтр — расходный материал для дополнительной очистки топлива в процессе его транспортировки от бака к мотору.

Схема топливной системы ДВС

— Система смазки

Предназначение системы смазки ДВС — уменьшение силы трения и её разрушительного воздействия на детали; отведение части излишнего тепла; удаление продуктов нагара и износа; защита металла от коррозии. Система смазки ДВС включает в себя:

  • Поддон картера — резервуар для хранения моторного масла. Уровень масла в поддоне контролируется не только специальным щупом, но и датчиком.
  • Масляный насос — качает масло из поддона и подаёт его к нужным деталям двигателя через специальные просверленные каналы-«магистрали». Под действием силы тяжести масло стекает со смазанных деталей вниз, обратно в поддон картера, накапливается там, и цикл смазки повторяется снова.
  • Масляный фильтр задерживает и удаляет из моторного масла твёрдые частицы, образующиеся из нагара и продуктов износа деталей. Фильтрующий элемент всегда меняется на новый вместе с каждой заменой моторного масла.
  • Масляный радиатор предназначен для охлаждения моторного масла, с помощью жидкости из системы охлаждения двигателя.

— Выхлопная система

Выхлопная система ДВС служит для удаления отработанных газов и уменьшения шумности работы мотора. В современной технике выхлопная система состоит из следующих деталей (по порядку выхода отработанных газов из мотора):

  • Выпускной коллектор. Это система труб из жаропрочного чугуна, которая принимает раскалённые отработанные газы, гасит их первичный колебательный процесс и отправляет далее, в приёмную трубу.
  • Приёмная труба — изогнутый газоотвод из огнестойкого металла, в народе именуемый «штанами».
  • Резонатор, или, говоря народным языком, «банка» глушителя — ёмкость, в которой происходит разделение выхлопных газов и снижение их скорости.
  • Катализатор — устройство, предназначенное для очистки выхлопных газов и их нейтрадизации.
  • Глушитель — ёмкость с комплексом специальных перегородок, предназначенных для многократного изменения направления движения потока газов и, соответственно, их шумности.

Выхлопная система ДВС

— Система охлаждения

Если на мопедах, мотороллерах и недорогих мотоциклах до сих пор применяется воздушная система охлаждения двигателя — встречным потоком воздуха, то для более мощной техники её, разумеется, недостаточно. Здесь работает жидкостная система охлаждения, предназначенная для забирания излишнего тепла у мотора и снижения тепловых нагрузок на его детали.

  • Радиатор системы охлаждения служит для отдачи избыточного тепла в окружающую среду. Он состоит из большого количества изогнутых аллюминиевых трубок, с рёбрами для дополнительной теплоотдачи.
  • Вентилятор предназначен для усиления охлаждающего эффекта на радиатор от встречного потока воздуха.
  • Водяной насос (помпа) — «гоняет» охлаждающую жидкость по «малому» и «большому» кругам, обеспечивая её циркуляцию через двигатель и радиатор.
  • Термостат — специальный клапан, обеспечивающий оптимальную температуру охлаждающей жидкости путём запуска её по «малому кругу», минуя радиатор (при холодном двигателе) и по «большому кругу», через радиатор — при прогретом двигателе.

Слаженная работа данных вспомогательных систем обеспечивает максимальную отдачу от двигателя внутреннего сгорания и его надёжность.

В заключение необходимо отметить, что в обозримом будущем не предвидится появления достойных конкурентов двигателю внутреннего сгорания. Есть все основания утверждать, что в своём современном, усовершенствованном виде, он ещё несколько десятилетий останется господствующим видом мотора во всех отраслях мировой экономики.

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.

Двигатели внутреннего сгорания широко применяются в различных областях. Двухтактный двигатель в сравнении с четырехтактным имеет свои преимущества и недостатки. Для того чтобы выяснить какой двигатель лучше, двухтактный или четырехтактный, необходимо понять принцип работы каждого из них.

Область применения

Четырехтактные моторы устанавливают на авто, трактора и другую технику. Легкое оборудование, мототехнику, катера, модели авиации и др. оснащают силовыми агрегатами, имеющими два рабочих такта. Подбор типа двигателя осуществляется исходя из его конструктивных особенностей.

Двухтактные силовые агрегаты отличаются простотой конструкции. В устройство силового агрегата входит минимальное количество деталей. Это способствует снижению стоимости капитального ремонта и уменьшению общей массы силовой установки. Ремонт мотора может выполнить человек с минимальными техническими знаниями.

СПРАВКА: Отсутствие газораспределительного механизма исключает необходимость регулировки теплового зазора.

Отличия двухтактного от четырехтактного двигателя

Двухтактный и четырехтактный двигатель работают при возгорании смеси воздушной массы с горючим. Принцип действия двухтактного силового агрегата отличается от четырехтактного:

  • Подачей смеси горючего;
  • Системой выпуска отработанных газов;
  • Охлаждением;
  • Массой;
  • Мощностью;
  • Смазкой.

Принцип работы четырехтактного двигателя

Силовая установка имеет заполненный маслом картер. Цилиндр не оборудован окнами для запуска смеси горючего и выпуска отработанных газов. Газообмен осуществляется при помощи механизма распределения газов. Он выполнен в виде клапанов сообщающих полость камеры сгорания с карбюратором и выхлопной трубой. На инжекторных двигателях карбюратор отсутствует. Горючее во впускной тракт подается через форсунки.

Поршневой элемент оснащен компрессионными и маслосъемными кольцами. Компрессионные кольца необходимы для предотвращения утечки смеси воздушной массы с горючим в картер во время сжатия. Маслосъемные кольца защищают цилиндровую полость от попадания смазочного материала.

Силовой агрегат имеет отдельную систему смазки. Кривошипно-шатунный механизм оснащен подшипниками скольжения. Они смазываются маслом, подаваемым под давлением. Во избежание возникновения давления в результате движения поршневых элементов и нагрева смазочного материала картер оборудован дыхательным клапаном. Он сообщает полость картера с атмосферой.

Возгорание смеси воздушной массы с горючим в камере четырехтактного мотора осуществляется через один оборот коленвала. За один цикл происходит 4 такта:

  • Впрыск. Поршневой элемент смещается сверху вниз, при этом открывается впускной клапан механизма распределения газов. При смещении поршневого элемента вниз образуется вакуум под действием, которого в гильзу попадает смесь воздушной массы с горючим;

ВНИМАНИЕ: В дизельных моторах через механизм впуска подается чистый воздух. Солярка попадает в камеру при помощи распылителей.

  • Сжатие. Поршневой элемент смещается вверх. При этом воздушная масса с горючим достигает высокого давления. Во избежание попадания смеси в поддон силовой установки поршневой элемент оборудован компрессионными кольцами. Благодаря такой конструкции удаётся создать высокое давление;
  • Рабочий ход. При нахождении поршневого элемента вверху происходит возгорание массы. Поршневой элемент под действием энергии от возгорания смещается вниз, увлекая за собой шейку коленвала;
  • Выпуск. Перемещаясь вверх, поршневой элемент выталкивает из гильзы выхлопные газы. Вывод газов осуществляется через выпускной клапан механизма распределения газов.

СПРАВКА: Управление клапанами осуществляется валом с установленными на нем кулачками. Привод вала бывает ременной, цепной, или шестерёнчатый.

Принцип работы двухтактного двигателя

Мотор с двумя тактами состоит из:

  1. Картера. Выполнен из двух частей. Между собой части соединяются болтами. Обе части имеют по одному отверстию. Оно необходимо для установки коленчатого вала. В отверстия картера устанавливаются подшипники;
  2. Гильзы. Устанавливается на картер. Оборудована окнами, служащими для движения воздушной массы и отработавших газов в камере сгорания. Соединение картера и гильзы герметизируется;
  3. Головки цилиндра. Закрывает верхнюю часть гильзы. Головка фиксируется болтами или гайками. Для предотвращения утечки рабочий смеси при сжатии, между головкой и гильзой устанавливается термоустойчивая прокладка. Головка оборудована отверстием для установки свечи;
  4. Одностороннего клапана. Используется для перекрывания впускного тракта при движении поршневого элемента вверх;
  5. Поршня. Изготовлен из лёгких материалов, в верхней части имеет пазы для установки колец. В нижней части поршневой элемент оборудован отверстием для соединения с шатуном при помощи пальца;
  6. Шатуна. Используется для передачи усилия от поршня к коленчатому валу силового агрегата. Для снижения трения при движении шатун оборудован подшипниками;
  7. Коленчатого вала. Необходим для передачи крутящего момента к оборудованию;
  8. Подшипников и сальников. Для снижения трения вращающихся частей предусмотрена установка подшипников. По краям коленчатого вала устанавливаются сальники. Они необходимы для герметизации картера. Такая конструкция предотвращает утечку рабочей массы в картер двигателя.

Некоторые люди задаются вопросом, как работает двухтактный двигатель? Возгорание воздуха с топливом происходит на каждом круге коленчатого вала. Механизм распределения газов отсутствует. Это упрощает конструкцию и снижает вес установки. Впрыск рабочей смеси, и выпуск выхлопных газов осуществляется через специализированные окна, расположенные в гильзе. В нужный момент они перекрываются поршневым элементом.

За один цикл происходят 2 такта. Выпускное окно расположено выше впускного. Перемещаясь вниз, поршень открывает выпускное окно, и отработавшие газы выходят в атмосферу. После этого открывается впускное окно, и рабочая смесь попадает в цилиндр. Двигаясь вверх, поршень перекрывает оба окна и создает давление топливной смеси. После воспламенения действие повторяется.

Система смазки

Силовые установки, имеющие четыре такта, оснащаются отдельной системой смазки. Подшипники скольжения кривошипно-шатунного механизма смазываются маслом под высоким давлением. Газораспределительный механизм смазывается путем разбрызгивания масла. Давление системе нагнетается насосом. Он имеет привод от коленчатого или распределительного вала.

Картер мотора наполнен маслом. Подача смазочного материала к насосу осуществляется через маслоприемник. Для предотвращения попадания смазочного материала в рабочую смесь, поршни оборудованы маслосъемными кольцами, а клапана газораспределительного механизма – защитными колпачками.

Силовой агрегат, рабочий цикл которого происходит за один круг коленчатого вала, не имеет отдельной системы смазки. Смазывание деталей происходит топливной смесью. Для этого в бензин добавляется масло.

ВНИМАНИЕ: В зависимости от модели, принцип добавления масла в топливную смесь может отличаться. В некоторых версиях предусмотрен специализированный насос-дозатор, подающий смазочный материал в карбюратор или коллектор впускного тракта. Такие модели имеют бачок для масла.

Охлаждение

Охлаждение четырёхтактного силового агрегата может быть жидкостным или воздушным. Жидкость, постоянно перемещающаяся в рубашке охлаждения, забирает часть тепла нагревающихся деталей. Остывание жидкости происходит в радиаторе.

Охлаждение двухтактного мотора воздушное. Для улучшения теплоотдачи поверхность рабочего цилиндра и головки выполнена в виде пластин. Для принудительного движения воздушной массы устанавливается вентилятор. Он имеет привод вот коленчатого вала.

Масса силовой установки

Силовая установка с четырьмя тактами имеет больший вес. Это обусловлено наличием большого количества деталей и более тяжёлым маховиком. Большой вес маховика и обвесов коленчатого вала необходим для увеличения инерции. Благодаря такой конструкции мотор работает устойчиво даже на холостых оборотах.

Возгорание в рабочем цилиндре двухтактного агрегата происходит при каждом повороте коленчатого вала. Это исключает необходимость увеличения веса маховика. На снижение массы влияет отсутствие газораспределительного механизма, деталей системы смазки и т.д.

Мощность

При одинаковом объеме показатели мощности двигателя с двумя тактами превосходят четырехтактную силовую установку. Это обусловлено увеличением количества рабочих ходов поршня за один промежуток времени в 2 раза.

Преимущества и недостатки двухтактного двигателя
Двухтактный мотор имеет ряд достоинств и недостатков. В связи с этим такие агрегаты используется для установки на определенный тип оборудования.

Достоинства

  • Отсутствие тяжёлого маховика. Благодаря воспламенению при каждом повороте коленчатого вала силовая установка работает ровно;
  • Небольшой вес. Отсутствие газораспределительного механизма, тяжёлого маховика, маслонаполненного картера и т.д. мотор имеет небольшую массу. Это позволяет применять установки в различных ручных приспособлениях;
  • Простота конструкции. Отсутствие деталей газораспределительного механизма позволяет выполнять ремонт человеку, с минимальными техническими знаниями;
  • Низкая стоимость капитального ремонта. Небольшое количество деталей прибыли снижение стоимости капитального ремонта;

  • Небольшие размеры. Габариты двигателей с двумя тактами позволяют устанавливать их на небольшое оборудование;
  • Мощность. Благодаря возгоранию воздушной массы с горючим при каждом повороте коленчатого вала мотор имеет высокую мощность;
  • Высокий механический коэффициент полезного действия. Минимальное количество комплектующих способствует повышению механического КПД.

Недостатки

  1. Охлаждение воздухом. Воздушная система охлаждения способствует повышению рабочей температуры силового агрегата при высоких нагрузках. Это затрудняет использование установки при высокой температуре окружающей среды;
  2. Плохое качество смазки. Смазочный материал попадает на вращающиеся детали агрегата вместе с топливной смесью. При плохом качестве масла или снижении его количества в смеси, трущиеся детали быстро выходят из строя;
  3. Сложность установки газобаллонного оборудования. Двухтактный двигатель на газу подразумевает модернизацию системы смазки. Это усложнит конструкцию и значительно увеличит стоимость ремонта;
  4. Большой расход горюче-смазочных материалов. Из-за воспламенения при каждом повороте коленвала, мотор потребляет больше горючего и смазочного материала. Часть рабочей смеси выходит вместе с газами.

Что лучше, двухтактный или четырехтактный двигатель

Выбор мотора производится исходя из целей его применения. Для легкого оборудования хорошо подходит двухтактный мотор с небольшими габаритами и маленьким весом. Для более высоких нагрузок используется четырёхтактный силовой агрегат. Он неприхотлив к температуре окружающей среды и имеет большой моторесурс.

Из вышеперечисленного следует, что двухтактный силовой агрегат имеет как преимущества, так и недостатки. Главными достоинствами являются небольшие габаритно массовые параметры, простота конструкции и низкая стоимость. Благодаря своим конструктивным особенностям силовые агрегаты с двумя тактами используются на скутерах, гидроциклах, лодках, сельскохозяйственном оборудовании и т.д.

4 Такта двигателя кратко

Четырехтактный двигатель – самый распространенный тип ДВС современного легкового автомобиля
Двигатель внутреннего сгорания должен был стать альтернативой промышленной паровой машины, но изобретатели-энтузиасты сразу почувствовали его потенциал. Им удалось найти способ увеличить мощность двигателя, не увеличивая его массу. Ключевую роль в этом сыграл Николаус Отто, создавший первый в истории четырехтактный двигатель.

История разработки двигателя Отто

Мотор, разработанный изобретателем Альфонсом Бо де Роша и воплощенный в металле немцем Николаусом Отто в 1867 году, по тем временам был верхом совершенства. Он был дешев в эксплуатации, компактен и не требовал постоянного контроля. Двигатель работал по особому алгоритму, широко известному в наши дни как «цикл Отто». В 1875 году компания Отто производила боле 600 двигателей в год.
Именно Готлиб Даймлер и его товарищи-инженеры привлекли внимание Николауса Отто к преимуществам четырехтактного двигателя
В команде Отто работал талантливый инженер по имени Готлиб Даймлер, загоревшийся идеей постройки автомобиля. Николаус Отто не считал нужным улучшать имевшийся двигатель, и Даймлеру, понявшему, как можно использовать мотор в конструкции автомобиля, пришлось уйти. Вместе с единомышленником по имени Карл Бенц, в 1889 году Даймлеру удалось создать первый автомобиль с бензиновым четырехтактным двигателем внутреннего сгорания, работающим по циклу Отто.

Что такое «такты» двигателя

Четырехтактный двигатель отличается от двухтактного тем, что газораспределение имеет отдельные фазы впуска и выпуска. Ими заведуют расположенные в головке блока цилиндров впускной и выпускной клапаны соответственно. Они открываются при помощи распредвала, приводимого в действие от коленчатого вала двигателя.

Первый такт называется «впуск». В этот момент поршень начинает двигаться вниз из верхней мертвой точки, создавая разряжение. В это же время открывается впускной клапан, и топливовоздушная смесь засасывается в цилиндр. Когда поршень доходит до нижней мертвой точки, клапан закрывается, и фаза впуска завершается.

Впрыск топлива одной порцией в строго определенный момент на современной стадии развития четырехтактных двигателей перестал быть догмой
Второй такт называется «сжатие». Поршень начинает движение вверх, оба клапана закрыты. В этот момент топливовоздушная смесь сжимается, при этом нагреваясь. Это необходимо для более полного и эффективного сгорания топлива.

Третий такт – «рабочий ход». Немного не доходя до верхней мертвой точки, при помощи искры от свечи зажигания (или за счет сжатия, если речь идет о дизельном двигателе) происходит воспламенение топливовоздушной смеси. В этот момент газы резко расширяются, толкая поршень вниз, тем самым совершая полезную работу.

Четвертый такт называется «выпуск». Когда поршень совершил рабочий ход и находится в нижней мертвой точке, и необходимо удалить отработавшие газы из цилиндра, открывается выпускной клапан. Через него поршнем, начинающим движение вверх, выталкиваются отработавшие газы.

Порядок работы дизельного двигателя отличается лишь тем, что на такте сжатия в цилиндр поступает только воздух, а топливо впрыскивается в камеру сгорания в конце такта сжатия при помощи форсунки.

Новые механизмы — старый принцип

С момента изобретения и до наших дней инженеры постоянно совершенствовали четырехтактный двигатель. Большинство нововведений приходились на долю газораспределительного механизма. Например, если раньше на цилиндр приходилось всего два клапана, то на современных моторах их число доходит до пяти. Кроме того, многие производители используют системы изменения фаз газораспределения. Самые известные — это VVT-i от Toyota и Valvetronic от BMW. Система изменяемых фаз позволяет менять время и высоту подъема клапанов в зависимости от режимов работы двигателя.
Спустя 150 лет принцип, названный циклом Отто, остается актуальным. Физики утверждают, что для дальнейшего прогресса необходим новый вид топлива
Изменилась и система питания. Практически на всех современных моторах карбюратор уступил место распределенному впрыску топлива. Зажиганием, дозировкой и подачей горючего теперь заведует электроника.

Для лучшего наполнения цилиндров все чаще применяется наддув поступающего воздуха. Увеличение плотности воздуха в цилиндре позволяет получить мощный мотор при сравнительно небольшом объеме двигателя и уменьшить расход топлива. Например, двигатель 1,4 TFSI от Volkswagen с двойным турбонаддувом «выдает» 185 л.с.

В последние два десятилетия небывалую популярность получили дизельные автомобили. Если раньше моторы на тяжелом топливе были прерогативой исключительно грузовиков и автобусов, то сейчас более 50% продающихся в Европе легковушек ездят на «солярке». Дизели экономичнее своих бензиновых собратьев и при равных объемах двигателя имеют гораздо больший крутящий момент и наделяют автомобиль приличной динамикой. На сегодняшний день практически все дизельные двигатели имеют турбонаддув.

Достоинства и недостатки четырехтактных двигателей

Самый главный плюс двигателей, работающих по циклу Отто – экономичность. Кроме того, четырехтактные двигатели относительно бесшумны, а использование каталитических нейтрализаторов делает их еще и наболее экологичными.

Неоспоримым преимуществом является надежность четырехтактных моторов. Ресурс легковых двигателей доходит до полумиллиона километров, и это еще не предел.

Недостатки современных моторов кроются в их сложном техническом устройстве. Они дороги в производстве, а в эксплуатации весьма требовательны к качеству топлива и масла. Ремонт своими силами в полевых условиях, без специального инструмента и навыков, практически невозможен.

Эксплуатация четырехтактных двигателей

В первую очередь следует тщательнее выбирать АЗС. Топливные системы, в особенности дизельных автомобилей, плохо «переваривают» некачественное топливо. Более того, всего одна заправка «левым» горючим может вывести из строя катализатор. А его замена может вылиться в «копеечку».

Развитие микропроцессорного управления процессами, происходящими в четырехтактном двигателе, привело к тому, что вмешательство человека не требуется годами
Большинство неисправностей современных двигателей не связаны непосредственно с механическими деталями. Неисправности, как правило, возникают в «слабых местах», в системе подачи воздуха или в электрооборудовании. По причине сложности и развития микропроцессорных систем управления, выявить поломку без подключения диагностического компьютера выяснить причину неисправности практически невозможно.

Двигатель — основная и самая дорогая часть автомобиля. Поэтому в случае поломки ремонт лучше доверить сервисному центру, избегая «гаражных» специалистов.

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.

Рабочий цикл авто с дизельным двигателем отличается тем, что при такте впуска в цилиндр двигателя поступает очищенный воздух, а не горючая смесь, как в карбюраторном двигателе.

Первый такт — впуск.

Устройство двигателя современного

автомобиля, устройство систем и механизмов

Поршень перемещается от ВМТ к НМТ, через открытый впускной клапан в цилиндр поступает очищенный воздух (из-за разрежения, создаваемого поршнем). Воздух перемешивается с небольшим количеством оставшихся от предыдущего цикла отработавших газов, температура повышается и в конце такта впуска достигает 300—320 К, а давление 0.08—0.09 МПа. Коэффициент наполнения цилиндра 0,9 и выше, т. е. больше, чем у карбюраторного двигателя.

Работа четырехтактного одноцилиндрового дизельного двигателя:

а — впуск воздуха; б — сжатие; в — рабочий ход; г – выпуск отработавших газов; 1— цилиндр; 2 — топливный насос, 3 — поршень: 4 — форсунка, 5 — впускной клапан, 6 — выпускной клапан

Второй такт — сжатие.

Как устроен простейший двигатель?

Устройство двигателя для детей

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

Третий такт — рабочий ход.

В конце такта сжатия (20—30 градусов угла поворота коленчатого вала ло прихода поршня в ВМТ) с помощью насоса через форсунку в цилиндр под высоким давлением (15—20 МПа) в мелкораспыленном виде впрыскивается порция топлива. Топливо от соприкосновения с нагретым воздухом испаряется, его пары перемешиваются с нагретым воздухом и воспламеняются. При сгорании топлива, вследствие подвода большого количества теплоты, резко увеличиваются лишение и температура образовавшихся газов. В начале такта расширения давление газов составляет 7—8 МПа. а температура 2100—2300 К. Под действием давления поршень перемешается от ВМТ к НМТ, совершая полезную работу. Объем цилиндра увеличивается, давление и температура газов снижаются и при подходе поршня к НМТ составляют 0,2-0,4 МПа .

Четвертый такт — выпуск.

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

При движении поршня от ВМТ к НМТ одновременно происходят процессы расширения и выпуска с продувкой цилиндра, а при обратном движении от НМТ к ВМ1 впуск и сжатие. Изменения параметров цикла (давление и температура) соответствуют изменениям параметров четырехтактного двигателя.
Сравнение рабочих циклов четырех- , двухтактных двигателей показывает, что при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения коленчатого вала мощность двухтактных двигателей выше в 1.5—1,7 раза. Он проще по конструкции и компактнее.
К недостаткам двухтактного двигателя следует отнести ограниченное время газообмена, что ухудшает очистку цилиндра от отработавших газов, увеличивает потери части свежею заряда, снижает экономичность.

Что такое 4 такта?

Четырёхтактный двигатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания, в котором рабочий процесс в каждом из цилиндров совершается за два оборота коленчатого вала, то есть за четыре хода поршня (такта).

Как работают 4 такта?

Процесс работы 4-тактного двигателя

Во время такта впуска воздух и топливо проходят через карбюратор и попадают в поршень при открытии впускного клапана. Клапан закрывается, отсекая подачу воздушно-топливной смеси, когда поршень достигает нижней части такта.

Что такое однотактный двигатель?

В частности, в однотактном двигателе процесс сгорания топлива происходит во внешней камере. А уже из нее продукты сгорания поступают в цилиндр. Таким образом, за один ход поршней реализуются все четыре такта четырехтактного ДВС: такт всасывания, сжатия, рабочий ход и выброс отработавших продуктов сгорания.

Какой процесс происходит в такте впуска в 4 х тактном двигателе?

При 4тактном процессе рабочий цикл осуществляется за два оборота вала, при 2-тактном — за один. Присутствуют те же 4 такта: впуск — сжатие — расширение — выпуск. … Затем клапан закрывается, поршень идёт вверх — происходит сжатие.

Что мощнее 2 такта или 4?

По весу двухтактные двигатели легче, чем четырехтактные. Четырехтактные весят, примерно, на 50% больше, так как для сложной конструкции требуется больше деталей. Благодаря большей эффективности 4-х тактные двигатели мощнее.

Что лучше 2 х тактный или 4 х тактный лодочный мотор?

Четырёхтактные двигатели расходуют меньше бензина, — и это неоспоримый факт. Меньше бензина — меньше загрузка лодки, меньше стоимость выезда. Однако, 4тактные двигатели той же мощности, как правило, тяжелее своих двухтактных собратьев и, так же, дороже их.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя — специфические особенности, схема и описание

Автолюбители должны хотя бы в общих чертах знать, как устроен и работает двигатель. В большинстве автомобилей установлен четырехтактный четырехцилиндровый мотор. Давайте рассмотрим рабочий цикл четырехтактного двигателя. Далеко не все знают, какие процессы происходят, когда автомобиль находится в движении.

Общий принцип действия

Двигатель работает следующим образом. В камеру сгорания попадает топливная смесь, далее она сжимается под воздействием поршня. После этого смесь воспламеняется. Это приводит к расширению продуктов сгорания, они давят на поршень и выходят из цилиндра.

В двухтактных двигателях один оборот коленчатого вала совершается в два такта. Четырехтактный поршневой двигатель совершает рабочий цикл за два оборота коленчатого вала. Двигатели оснащаются ГРМ. Что это за механизм? Это элемент, который позволяет впускать топливную смесь в камеры и выпускать оттуда продукты сгорания. Обмен газов осуществляется в момент отдельного оборота коленчатого вала. Газообмен происходит за счет движения поршня.

История

Первое устройство, напоминающее четырехтактный мотор, изобрели Феличче Матоци и Евгений Барсанти. Но данное изобретение невероятным образом утеряли. Лишь в 1861 году похожий агрегат запатентовали.

А первый пригодный к использованию двигатель разработал инженер из Германии Николаус Отто. Мотор получил имя изобретателя, а рабочий цикл четырехтактного двигателя также носит имя этого инженера.

Основные отличия четырехтактных моторов

В двухтактном двигателе поршневые и цилиндровые пальцы, коленчатый вал, подшипники и компрессионные кольца смазываются за счет масла, которое доливают в топливо. В четырехтактном моторе все узлы установлены в масляной ванне. Это существенное отличие. Поэтому в четырехтактном агрегате нет необходимости смешивать масла и бензин.

Преимущества системы заключаются в том, что на зеркале в цилиндрах и на стенках глушителя количество нагара значительно меньше. Еще одно отличие – в двухтактных двигателях в выхлопную трубу попадает горючая смесь.

Работа двигателя

Вне зависимости от типа мотора, принцип его работы аналогичен. Сегодня существуют карбюраторные моторы, дизельные, инжекторные. Во всех моделях происходит один и тот же рабочий цикл четырехтактного двигателя. Давайте подробно рассмотрим, какие же процессы работают внутри мотора и заставляют его приходить в движение.

Четырехтактный цикл – это последовательность из четырех рабочих тактов. За начало обычно принимается такт, когда в камеры сгорания попадает горючая смесь. Хоть за время его течения в двигателе проходят и другие действия, обозначаемый такт – это один рабочий процесс. К примеру, такт сжатия – это не только сжатие. В этот период смесь перемешивается в цилиндрах, начинается формирование газа, она воспламеняется.

То же самое можно сказать и о других этапах работы двигателя. Самое важное здесь то, что разные процессы для лучшего понимания и упрощения рабочего цикла четырехтактного двигателя раскладывают лишь на четыре такта.

Впуск

Итак, в камере сгорания силового агрегата циклы преобразований энергии начинаются с реакции горения топливной смеси. При этом поршень находится в самой верхней своей точке (положение ВМТ), а затем движется вниз. В результате в камере сгорания двигателя возникает разрежение. Под его воздействием горючая жидкость всасывает топливо. Впускной клапан при этом находится в открытом положении, а выпускной закрыт.

Когда поршень начинает движение вниз, то над ним увеличивается объем. Это и вызывает разрежение. Оно составляет примерно 0,071-0,093 МПа. Таким образом, в камеру сгорания попадает бензин. В инжекторных двигателях топливо впрыскивается форсункой. После поступления смеси в цилиндр ее температура может составлять 75 до 125 градусов.

То, как сильно цилиндр будет заполнен топливной смесью, определяют по коэффициентам заполнения. Для двигателей с карбюраторной системой питания данный показатель составит от 0,64 до 0,74. Чем выше значение коэффициента, тем более мощный мотор.

Сжатие

После заполнения камеры сгорания горючей смесью бензиновых паров и воздуха, если коленвал производит вращательные движения, поршень начнет возвращаться в свое нижнее положение. Впускной клапан на данном этапе начнет закрываться. А выпускной будет все еще закрыт.

Рабочий ход

Это третий такт рабочего цикла четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. Он самый важный в работе силового агрегата. Именно на данном этапе работы двигателя энергия от сгорания топлива преобразуется в механическую, заставляющую вращаться коленчатый вал.

Когда поршень находится в позиции, близкой к ВМТ, еще в процессе сжатия топливная смесь принудительным образом воспламеняется от свечи зажигания двигателя. Топливный заряд сгорает очень быстро. Еще до начала этого такта сгоревшие газы имеют максимальное значение давления. Эти газы являются рабочим телом, сжатым в небольшом объеме камеры сгорания двигателя. Когда поршень начнет двигаться вниз, газы начинают интенсивно расширяться, высвобождая энергию.

Среди всех тактов рабочего цикла четырехцилиндрового двигателя именно этот самый полезный. Он функционирует на нагрузку агрегата. Только на этом этапе коленвал получает разгонное ускорение. Во всех прочих мотор не вырабатывает энергию, а потребляет ее от того же коленчатого вала.

Выпуск

После совершения газами полезной работы они должны выйти из цилиндра, чтобы освободилось место для новой порции горюче-воздушной смеси. Это последний такт в рабочем цикле четырехтактного двигателя.

Газы на этом этапе находятся под давлением, существенно превышающем атмосферное. Температура к концу такта снижается примерно до 700 градусов. Коленвал посредством шатуна двигает поршень к ВМТ. Далее открывается выпускной клапан, газы выталкиваются в атмосферу через выхлопную систему. Что касается давления, то оно высокое только в самом начале. В конце такта оно снижается до 0,120 МПа. Естественно, полностью избавиться от продуктов сгорания в цилиндре невозможно. Поэтому они при следующем такте впуска смешиваются с топливной смесью.

Порядок работы

Описанные этапы составляют рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя. Нужно понимать, что каких-либо строгих соответствий между тактами и процессами в поршневых двигателях нет. Это легко объяснить тем, что при эксплуатации силового агрегата фазы газораспределительного механизма и то, в каком состоянии находятся клапаны, будет накладываться на движения поршней в различных моторах совершенно по-разному.

В любом цилиндре рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя протекает именно таким образом. Каждая камера сгорания в двигателе нужна для вращения единственного коленчатого вала, воспринимающего усилие от поршней.

Это чередование называют порядком работы. Такой порядок задается на этапе конструирования силового агрегата через особенности распределительного и коленчатого валов. Он не изменяется в процессе эксплуатации механизма.

Реализация порядка работы осуществляется чередованием искр, которые поступают на свечи от системы зажигания. Так, четырехцилиндровый мотор может работать в следующих порядках – 1, 3, 4, 2 и 1, 2, 4, 3.

Узнать порядок, в котором работают цилиндры двигателя, можно из инструкции к автомобилю. Иногда порядок работы указан на корпусе блока.

Вот как протекает рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя или любого другого. Система питания никак не влияет на принцип действия агрегата. Разница лишь в том, что карбюратор – это механическая система питания, имеющая определенные недостатки, а в случае с инжекторами этих недостатков в системе нет.

Дизельные моторы

Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя – это такая же последовательность процессов, как и цикл карбюраторного мотора. Разница состоит в том, как протекает цикл, а также в различиях процессов образования смеси и воспламенения.

Такт впуска на дизеле

При движении поршня по направлению вниз газораспределительный механизм открывает впускной клапан. В камеру сгорания попадает определенное количество воздуха. Температура в цилиндре при этом составляет примерно 80 градусов. В дизельных двигателях система питания значительно отличается от бензиновых карбюраторных моторов. Например, гидравлическое сопротивление в них ниже, а давление немного повышается.

Такт сжатия в дизельном двигателе

На данном этапе работы поршень в камере сгорания идет по направлению вверх к ВМТ. Оба клапана в двигателе автомобиля находятся в закрытом состоянии. В результате работы поршня воздух в цилиндре сжимается. Степень сжатия в дизельном двигателе более высокая, чем в бензиновых моторах, а давление внутри цилиндра может достигать 5 МПа. Сжатый воздух существенно нагревается. Температуры могут достигать 700 градусов. Это нужно, чтобы воспламенилось топливо. Оно на дизельных моторах подается через форсунки, установленные на каждом цилиндре. В зимнее время в работе участвуют свечи накаливания. Они предварительно подогревают холодную смесь. Таким образом мотор легче запускается в зимнее время. Но такая система есть не на всех авто.

Такт расширения газов в дизельном двигателе

Когда поршень дизельного двигателя еще не дошел до верхней точки примерно на 30 градусов по коленвалу, ТНВД через форсунку подает в цилиндр топливо под высоким давлением. Значение в 18 МПа необходимо, чтобы горючее могло тонко распыляться и распределиться по всему объему в цилиндре.

Далее топливо под действием высоких температур воспламеняется и быстро сгорает. Поршень движется к нижней точке. Температура внутри цилиндра в этот момент составляет около 2000 градусов. К концу такта температура снижается.

Выпуск в дизельном двигателе

На этом этапе выпускной клапан открыт, поршень движется к верхней точке. Из цилиндра принудительно удаляются продукты сгорания. Далее они идут на выпускной коллектор. После этого в работу включается каталитический нейтрализатор. Газы, проходя через него под высокой температурой, очищаются. В атмосферу уже выходит чистый, безвредный газ. На дизельных автомобилях дополнительно установлен сажевый фильтр. Он также способствует очистке газов.

Заключение

Мы подробно разобрали, как осуществляется рабочий цикл четырехтактного двигателя (проходит за два оборота коленчатого вала силовой установки). А сам цикл включает в себя много разных процессов.

4 — х тактный двигатель внутреннего сгорания. | ЭТО ИНТЕРЕСНО!

Источник картинки screen5

Основная часть всех автомобилей делается с поршневым 4-х тактным двигателем.
В этой статье мы разберём принцип работы 4-х тактного поршневого двигателя, работающего на бензине.
Кривошипно-шатунный механизм приводится в движения от энергии сгорания топлива и привращает его в механическо вращательную работу.
Газораспределительный механизм необходим, для открытия впускных и выпускных клапанов. Приводится в движения цепной или ременной передачи от коленчатого вала к распредвалу.
Давайте рассмотрим работу двигателя на примере одного цилиндра.
Один рабочий цикл состоит из 4-х тактов, которые выполняются за 2 оборота коленчатого вала. После чего рабочий цикл повторяется.
Один такт выполняется при ходе поршня от одного крайнего положения к другому крайнему положению. Это называется верхняя и нижняя мёртвая точка.
Какие бывают такты?
Первый такт — это впуск.  Когда поршень опускается от верхней точки к нижней мёртвой точки. Объём рабочей камеры увеличивается и там создаётся разряжение. Паралельно этому , с помощью распределительного вала ГРМ, открывается впускные клапаны. В цилиндр засасывается горючая смесь (бензин и воздух). Когда поршень опускается до нижней мёртвой точки, тогда впускные клапаны закрываются. Такт впуска закончен.
Второй такт — это сжатие. В этом такте, поршень двигается в верх от нижней к верхней точки. Оба клапана закрыты.  Объём цилиндра уменьшается сжимая горючую смесь. При сжатии,  температура горючей смеси повышается. В конце такта при подходе поршня к верхней точки, давление повышается на 15 бар, а температура горючей смеси повышается на 300-480 С.  Да, чуть не забыл, когда поршень подходит к верхней мёртвой точке, на опережения срабатывает свеча зажигания и получается между электродом и катодом проскакивает искра. Горючая смесь воспламеняется и полностью сжигается. Поле того как поршень подошёл к верхней точки, сжатие закончилось.
Третий такт — рабочий ход (расширение). В этом такте в цилиндре происходит пик сгорания горючей смеси. В процессе сгорания выделяется много тепла и из-за этого температура газов продуктов сгорания достигает до 2 200-2 500 С. Давления в цилиндре достигает до 45 бар.  Под давлением расширяющих газов , поршень движется в низ к нижней мёртвой точки и через шатун раскручивает коленчатый вал. Всё , такт с расширение закончен.
Четвёртый такт —  выпуск.В этом такте поршень движется с нижней мёртвой тачки к верхней мёртвой точки. Тогда распределительный вал ГРМ открывает выпускной клапан и поршень выдавливает отработанные газы. Поле этого , этот выпускной клапан закрывается и на этом, четвёртый такт закончен.
В разных цилиндров, одноимённые такты и приходится чередовать с определённой последовательностью (1-3-4-2). Это нужно для стабильной работы двигателя.
Вот в принципе и всё, что я хотел вам рассказать. Подписывайтесь на мой канал и делитесь с информацией со своими друзьями. И жду от вас много лайков!!!!!!!!!!!!!!

Основы 4-тактных двигателей внутреннего сгорания

Итак, во-первых, этот пост чрезвычайно прост, и я почти уверен, что большинство людей уже знают об этом. Я публикую это для дальнейшего ознакомления с более продвинутыми концепциями и модификациями основных компонентов, используемых в современных автомобилях. Здесь я попытаюсь продемонстрировать простейший из возможных 4-х тактных двигателей внутреннего сгорания, чтобы он был понятен даже людям без предварительных знаний.
Предупреждение: Как вы увидите в следующих статьях, двигатель, который я здесь обсуждаю, имеет очень мало общего с двигателями современных автомобилей, за исключением общих принципов работы.

Тем не менее, давайте начнем … Как общее неофициальное правило в двигателях внутреннего сгорания воздух (точнее кислород) + топливо = мощность. Имея это в виду, давайте посмотрим на изображение ниже.

Рабочий объем цилиндра
Сразу видно, что это 4-цилиндровый двигатель. Рабочий объем цилиндра — это то, что вы обычно слышите как 3,2 л, 3,200 куб. См, 195,3 куб. См в литрах, кубических сантиметрах и кубических дюймах. Фактически, это рабочий объем цилиндра, умноженный на общее количество цилиндров.

Впускной / выпускной клапан (ы)
Теперь найдите в левой части изображения впускной клапан. Как видите, это контролируется впускным распредвалом, который в реальной жизни выглядит примерно так.

При вращении он заставляет одни клапаны открываться, а другие оставаться закрытыми. Для лучшего понимания вот рисунок, который это демонстрирует.

Конечно, у клапанов есть пружины, которые возвращаются в исходное положение, если их не нажимать. Если вы посмотрите на конец распределительного вала, вы заметите, что у него есть шестерня.Он приводится в движение ремнем (известным как cambelt) с помощью вращающегося коленчатого вала в нижней части двигателя. Вот фотография, на которой, надеюсь, вы сможете идентифицировать обсуждаемые части.

Подобно впускному распредвалу и клапанам, вы можете расположить выпускной распредвал и клапаны на противоположной стороне цилиндра. Как вы, наверное, уже догадались, впуск открывается, чтобы заполнить камеры сгорания цилиндров смесью (топливо + воздух), а выпуск открывается после сгорания, чтобы выпустить выхлопные газы из камер.Это означает, что фазы газораспределения имеют решающее значение, поскольку клапаны должны быть согласованными.

Коленчатый вал
В предыдущем абзаце я говорил о вращающемся коленчатом валу. Посмотрите еще раз на первое изображение, чтобы найти кривошип в нижней части двигателя, который удерживает поршни с шатунами и имеет маховик на одном конце. Предполагая, что два из четырех поршней сжимают смесь внутри камеры (например, камеры 1 и 4 на первом изображении), когда свеча зажигания воспламенит смесь, давление от этого «взрыва» заставит эти два поршня двигаться вниз, в то время как две средние будут иметь противоположное движение, так как они уже проиграли.Это то, что заставляет двигатель работать, а коленчатый вал вращаться, что дает нам возможность соединить его с колесами и катиться. В большинстве автомобилей, которые я видел, то, что вы видите как индикатор оборотов (оборотов в минуту) на приборной панели, является вращением вышеупомянутого коленчатого вала.

Сцепление (трансмиссия)
Зная вышеизложенное, вы уже должны быть разочарованы. Если коленчатый вал двигателя не останавливается, пока он работает, то почему автомобиль не движется все время? Ответ заключается в том, что на конце маховика, который служит для передачи мощности от коленчатого вала к колесам, находится другая часть, называемая сцеплением (и коробкой передач, которую мы обсудим позже).
Существует множество различных типов сцеплений как для механических, так и для автоматических коробок передач. Самый простой — это тот, который вы видите здесь:

Как видно из рисунка, он прикреплен к концу маховика, который постоянно вращается. Когда сцепление нажато, нажимной диск толкает диск сцепления и, таким образом, отодвигает его от маховика, так что мощность не передается. Конечно, по прошествии некоторого времени (или при действительно неправильном использовании) сцепление будет повреждено трением во время этого подключения / отключения, и его необходимо будет заменить.Назначение муфты — позволить нам отсоединить коленчатый вал, выбрать передачу, подходящую для получения нужных нам оборотов и крутящего момента, а затем снова подключить ее. Это перемещает нас к следующей части…

Коробка передач (трансмиссия)
К настоящему времени вы должны знать, что сцепление находится между маховиком двигателя и коробкой передач, чтобы при необходимости разъединить их. Коробка передач — это не более чем то, что предполагает ее название. Коробка передач, которая может быть либо автоматической (с использованием различных технологий, таких как гидравлические системы для выбора правильной передачи и нажимать / тянуть сцепление), либо ручной.Вот простая коробка передач, с которой можно начать.

Когда селектор установлен в нейтральное положение, промежуточный вал будет вращаться (с теми же оборотами, что и коленчатый вал), но к нему не будет подключена шестерня для передачи движения на колеса (не обращайте внимания на дифференциал, упомянутый на рисунке для момент). Надеюсь, вы из школы знаете, что когда вы подключаете меньшую шестерню к большей, она будет вращаться с меньшими оборотами, и, конечно, большая передача мощности на меньшую будет иметь противоположный результат.В этом вся концепция передачи. Таким образом, в зависимости от выбора водителя трансмиссия может обеспечивать требуемые обороты и крутящий момент. В задней передаче нет ничего особенного. Если шестерня вращается по часовой стрелке, и вы подключите к ней другую шестерню, последняя будет вращаться против часовой стрелки. Следовательно, чтобы включить задний ход, единственное, что вам нужно сделать, это вставить другую шестерню между шестерней промежуточного вала и 1-й передачей (хотя на диаграмме показано, что в противном случае это происходит в большинстве автомобилей).

4-тактный
Теперь, когда вы, надеюсь, имеете очень общее представление о том, как работает двигатель, давайте взглянем на самую важную часть для большинства современных автомобилей. Их работа двигателя называется 4-тактной, потому что двигатель выполняет цикл задач, который разделен на 4 этапа.
1: Ход впуска
Поршень движется вниз, и впускной (е) клапан (ы) открывается, чтобы заполнить камеру смесью (топливо + воздух), в то время как выпускной (е) клапан (ы) закрыты. Вот цифра для лучшего понимания.

Когда поршень достигает крайнего нижнего положения, впускной клапан (ы) начнет закрываться (из-за вращения распределительного вала и пружин, показанных выше).
2: Ход сжатия
Во время этого хода цилиндр выглядит следующим образом:

Впускные и выпускные клапаны закрыты, и поршень сжимает смесь. Среди сообществ по настройке производительности очень часто слышать об идеальной степени сжатия для наилучшего зажигания.Степень сжатия — это разница между:
a) Объем цилиндра (и камеры сгорания), когда поршень находится внизу
b) Объем цилиндра (и камеры сгорания), когда поршень находится вверху
Здесь это хорошая диаграмма, чтобы понять это:

В статье в Википедии о степени сжатия (вы можете найти ее здесь) есть хороший и простой пример, который я вставлю сюда:

Изобразите цилиндр и его камеру сгорания с поршень в нижней части его хода, содержащий 1000 см3 воздуха (900 см3 в цилиндре плюс 100 см3 в камере сгорания).Когда поршень переместился в верхнюю часть своего хода внутри цилиндра, а оставшийся объем внутри головки или камеры сгорания был уменьшен до 100 см3, тогда степень сжатия будет пропорционально описана как 1000: 100 или с частичным уменьшением. , степень сжатия 10: 1.

Итак, предполагая, что мы достигли верхней части главы сгорания, мы можем перейти к следующему такту.
3: Power Stroke
Еще раз, впускной и выпускной клапаны закрыты, а поршень находится в верхней части камеры сгорания.Третий ход — когда свеча зажигания воспламеняет смесь.

Конечно, здесь важно иметь однородную смесь топливо / воздух, чтобы обеспечить наилучшее зажигание. Давление выпускаемых выхлопных газов этого зажигания заставит поршень двигаться вниз. Ранее в этом посте я сказал «взрыв». Я заключил это в кавычки, потому что хотел объяснить это здесь. По сути, это быстрое равномерное горение смеси. Не настоящий взрыв. Как вы, наверное, уже знаете, для возгорания нужен кислород.Вот почему так важно соотношение воздух / топливо (и многие из наиболее распространенных настроек производительности (нагнетатели, турбо, закись азота, вторичные воздушные фильтры и т. Д.) Связаны с получением смеси более высокого качества). Наиболее распространенным представлением этого отношения является представление лямбда (λ), но я расскажу об этом подробно в будущих сообщениях в блоге. Если хотите узнать больше, вы всегда можете почитать википедию.
4: Ход выхлопа
Если вы посмотрите на диаграмму первого двигателя, вы заметите, что два из четырех цилиндров опущены, а другие — вверху.Это сделано для обеспечения согласованной работы, поскольку такты впуска (такт один) и выпуска (такт четыре) перемещают поршни с силой коленчатого вала, который приводится в движение двумя другими цилиндрами, которые передают ему мощность.

Теперь, как вы и ожидали. Благодаря мощности соседнего цилиндра (ов), который перемещает коленчатый вал, поршень, который только что прошел третий ход, начнет двигаться вверх, и выпускной клапан (с использованием синхронизации распределительного вала) откроется, чтобы выпустить выхлопные газы от предыдущего зажигания.

Этот 4-тактный цикл продолжается до тех пор, пока в двигатель подается топливно-воздушная смесь. Вот анимированное изображение, которое, надеюсь, теперь будет понятно.

Это принципы работы четырехтактного двигателя, которые наиболее широко используются в автомобилях и современных мотоциклах.
Опять же, я намеренно опустил многие, многие, многие детали, так как это должно быть упрощенное введение, которое я буду использовать для будущих ссылок в других сообщениях блога.

Рисунки и фотографии взяты из поиска изображений Google, извините за то, что не упомянул каждый сайт.

Нравится:

Нравится Загрузка …

Связанные

Что такое четырехтактный двигатель? — Детали и работа

Что такое четырехтактный двигатель?

Четырехтактный двигатель является наиболее распространенным типом двигателя внутреннего сгорания и используется в различных автомобилях, которые специально используют бензин в качестве топлива, таких как автомобили, грузовики и некоторые мотоциклы.

Четырехтактный двигатель обеспечивает один рабочий ход на каждые два цикла поршня (или четырехтактных ходов).Ниже представлена ​​анимация четырехтактного двигателя и дальнейшее объяснение процесса.

  • Ход всасывания: Поршень движется вниз к основанию; это увеличивает объем, позволяя топливно-воздушной смеси попасть в камеру.
  • Ход сжатия: Впускной клапан закрывается, и поршень перемещается по камере вверх. Это сжимает топливно-воздушную смесь. В конце этого хода свеча зажигания обеспечивает сжатое топливо энергией активации, необходимой для начала горения.
  • Power Stroke: Когда топливо достигает конца сгорания, тепло, выделяющееся при сгорании углеводородов, увеличивает давление, которое заставляет газ давить на поршень и создавать выходную мощность.
  • Такт выпуска: Когда поршень достигает дна, выпускной клапан открывается. Оставшийся выхлопной газ выталкивается поршнем по мере его движения вверх.

Тепловой КПД этих бензиновых двигателей зависит от модели и конструкции автомобиля.Однако, как правило, бензиновые двигатели преобразуют 20% топлива (химическая энергия) в механическую энергию, из которой только 15% будет использоваться для движения колес.

Одним из способов повышения термодинамической эффективности двигателей является повышение степени сжатия. Это соотношение представляет собой разницу между минимальным и максимальным объемом в камере двигателя. Более высокое соотношение позволяет входить большей топливно-воздушной смеси, вызывая более высокое давление, что приводит к более горячей камере, что увеличивает тепловой КПД.

Детали четырехтактного двигателя:

Четырехтактные двигатели состоят из следующих частей:

  • Цилиндр: Это сердце двигателя. Поршень совершает возвратно-поступательное движение в цилиндре.
  • Головка блока цилиндров: Это верхняя крышка цилиндра в направлении ВМТ, которая называется головкой блока цилиндров.
  • Поршень: Это возвратно-поступательный элемент двигателя. Он совершает возвратно-поступательное движение в цилиндре.
  • Поршневые кольца: На поршне предусмотрено два или три поршневых кольца. Он закрывает зазор между гильзой цилиндра и поршнем.
  • Кривошип: Это вращающийся элемент. Он совершает круговое движение внутри картера.
  • Картер: Это кожух кривошипа и других деталей двигателя. Он также используется как поддон для смазочного масла.
  • Шатун: Он используется для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала.
  • Коленчатый вал: Это вращающийся элемент, который соединяет кривошип.
  • Ребра охлаждения или водяные рубашки: Используется для охлаждения.
  • Кулачок и распределительный вал: Он предназначен для открытия и закрытия впускного и выпускного клапана, а также для работы топливного насоса высокого давления в дизельном двигателе.
  • Впускной клапан: Этот клапан контролировал подачу заряда или воздуха внутрь цилиндра двигателя.
  • Выпускной клапан: Этот клапан регулирует удаление сгоревшего газа после сгорания.
  • Впускной коллектор: Это канал, по которому проходит свежий наддув или воздух.
  • Выпускной коллектор: это канал, через который выхлопные газы выходят из цилиндра двигателя.
  • Свеча зажигания: Используется в бензиновых двигателях или двигателях SI для воспламенения топлива.
  • Топливная форсунка: Используется в дизельном двигателе или двигателе CI для распыления топлива внутри цилиндра двигателя.
  • Карбюратор: Он используется в бензиновом двигателе для правильного смешивания воздуха и топлива.
  • Маховик: Он установлен на коленчатом валу и изготовлен из чугуна. Он хранит энергию в виде инерции.

Цикл Отто

Диаграмма давление-объем (PV-диаграмма), которая моделирует изменения давления и объема топливно-воздушной смеси в четырехтактном двигателе, называется циклом Отто. Изменения в них будут создавать тепло и использовать это тепло для перемещения транспортного средства или машины (поэтому это тип теплового двигателя).

Компонент в любом двигателе, который использует этот цикл, будет иметь поршень для изменения объема и давления топливно-воздушной смеси. Поршень получает движение от сгорания топлива (где это происходит, объясняется ниже) и электрического наддува при запуске двигателя.

Далее описывается, что происходит во время каждого шага на фотоэлектрической диаграмме, когда сгорание рабочего тела бензина и воздуха (кислорода), а иногда и электричества, изменяет движение поршня:

  • Реальный цикл-шаг 0 до 1 (идеальный цикл — зеленая линия) : называется фазой всасывания, поршень опускается вниз, чтобы позволить увеличению объема в камере, чтобы он мог «всасывать» топливно-воздушную смесь.С точки зрения термодинамики это называется изобарным процессом.
  • Процессы с 1 по 2: На этом этапе поршень будет втянут, чтобы он мог сжимать топливно-воздушную смесь, попавшую в камеру. Сжатие вызывает небольшое повышение давления и температуры смеси, однако теплообмен не происходит. С точки зрения термодинамики это называется адиабатическим процессом. Когда цикл достигает точки 2, это происходит тогда, когда свеча зажигания встречает топливо, которое должно воспламениться.
  • Процессы 2–3 : Здесь происходит возгорание из-за воспламенения топлива свечой зажигания. Сгорание газа завершается в точке 3, что приводит к образованию камеры с высоким давлением и большим количеством тепла (тепловой энергии). С точки зрения термодинамики это называется изохорическим процессом.
  • Процессы с 3 по 4: Тепловая энергия в камере в результате сгорания используется для работы с поршнем, которая толкает поршень вниз, увеличивая объем камеры.Это также известно как энергетический сток, потому что это когда тепловая энергия превращается в движение, приводящее в действие машину или транспортное средство.
  • Фиолетовая линия (процесс с 4 по 1 и фаза выпуска) : В процессе с 4 по 1 выпускной клапан открывается, и все отходящее тепло выводится из камеры двигателя. Когда тепло покидает газ, молекулы теряют кинетическую энергию, вызывая снижение давления. Затем происходит фаза выпуска (этапы от 0 до 1), когда оставшаяся в камере смесь сжимается поршнем для «выпуска» наружу без изменения давления.

Преимущества и недостатки четырехтактного двигателя:

Преимущества 4-тактного двигателя:
  • Больше крутящего момента
  • Больше экономии топлива, чем у 2-тактного двигателя
  • смазочное масло
  • Меньше загрязнения из-за правильного сжигания топлива
  • Больше долговечности
  • Хорошо управляемая система охлаждения, увеличивающая срок службы двигателя
  • Меньше шума
  • Очистка происходит очень хорошо, поэтому тепловая эффективность и мощность двигателя высоки

Недостатки 4-тактного двигателя:
  • Есть много движущихся частей и, следовательно, больше трения, поэтому двигатель имеет меньший механический КПД.
  • Конструкция сложная
  • Вес двигателя больше из-за более тяжелой конструкции маховика.
  • Из-за большего количества деталей обслуживание требуется довольно часто.

Применения четырехтактного дизельного двигателя:

Четырехтактный дизельный двигатель — один из самых популярных дизельных двигателей. Он имеет различные виды применения, например:

  • Малые насосные агрегаты
  • В автомобильной промышленности
  • Воздушный компрессор
  • Буровая установка
  • Лодки и корабли
  • Электропила
  • Бульдозеры
  • Танки
  • Дизель-электрические .

Система охлаждения четырехтактного двигателя:

Все тепло, выделяемое при сгорании топлива, не полностью преобразуется в мощность на коленчатом валу.

Только около 20 процентов тепла используется в качестве энергии на коленчатом валу. А 35 процентов тепла передается стенке цилиндра, что вызывает преждевременное воспламенение заряда, а также выгорает смазка из-за тепла, поэтому двигатель может заклинивать.

Принимая во внимание вышеуказанный фактор, нам необходимо установить надлежащую систему охлаждения.

В четырехтактном двигателе существует два типа охлаждения.

  • Охлаждение воздухом
  • Охлаждение водой

СВЯЗАННЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Что такое 4-тактный двигатель? Четырехтактный бензиновый двигатель

Двигатель — это устройство, преобразующее одну форму энергии в другую. Двигатель внутреннего сгорания — это тепловой двигатель, в котором он последовательно выполняет различные циклы операций для преобразования тепловой энергии в полезную работу.В этой статье мы собираемся обсудить принцип работы 4-тактного двигателя с искровым зажиганием. Так что он также известен как 4-тактный двигатель с искровым зажиганием или 4-тактный бензиновый двигатель.

Двигатели IC работают по принципу искрового или компрессионного зажигания.

Искровое зажигание: Обычно бензиновый двигатель, в котором процесс сгорания топливовоздушной смеси зажигается искрой от свечи зажигания.

воспламенение от сжатия: Обычно дизельные двигатели, в которых сгорание топлива вызывается повышенной температурой воздуха в цилиндре из-за механического сжатия.

  • В 4-тактном двигателе термодинамический цикл завершается за четыре хода положения или два оборота коленчатого вала.
  • Все четыре хода будут завершены при повороте кривошипа на 720 °.
  • Во время этих четырех тактов необходимо выполнить пять действий / событий. Они бывают всасывающими и компрессионными, сгорающими, расширяющими, выхлопными.
  • О сгорании топлива позаботится свеча зажигания, поэтому он называется 4-тактным двигателем с искровым зажиганием , также известным как 4-тактный бензиновый двигатель .
  • Этот 4-тактный бензиновый двигатель был изобретен Николаусом А. Отто в 1876, , поэтому этот двигатель также называют двигателем Отто.

Рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя состоит из следующих тактов:

  1. Такт всасывания или впуска,
  2. Ход сжатия,
  3. Такт расширения или рабочего хода,
  4. Такт выпуска.

Такт всасывания или всасывания

Ход всасывания начинается, когда поршень находится в верхней мертвой точке (ВМТ) и собирается двигаться вниз.В это время впускной клапан открыт, а выпускной клапан закрыт.

Всасывание, создаваемое в цилиндре из-за движения поршня вниз (нижняя мертвая точка), топливная смесь втягивается в цилиндр.

Когда поршень достигает нижней мертвой точки (НМТ), такт всасывания завершается.

Ход сжатия

Ход сжатия начинается сразу после завершения хода всасывания. то есть поршень достигает НМТ.

Во время такта сжатия поршень перемещается из нижней мертвой точки (НМТ) в верхнюю мертвую точку (ВМТ).За счет этого заряд, который втягивается в цилиндр, будет сжиматься. Во время этого хода как впускной, так и выпускной клапаны закрыты.

Заряд, который занимает цилиндр, сжимается до зазора, доступного, когда поршень находится в ВМТ. В результате давление и температура бензиновой смеси или заряда повышаются.

Непосредственно перед достижением поршнем ВМТ воздушно-бензиновая смесь (заряд) воспламеняется свечой зажигания; внезапное сгорание воздушно-бензиновой смеси происходит почти мгновенно.

Эти два хода (т.е. такт всасывания и такт сжатия) завершают один оборот коленчатого вала.

Рабочий ход или рабочий ход

Во время такта расширения впускной и выпускной клапаны остаются закрытыми. Высокое давление продуктов сгорания толкает поршень из верхней мертвой точки (ВМТ) в нижнюю мертвую точку (НМТ).

Это также называется рабочим ходом, поскольку линейное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатым валом.

На этом коленчатом валу установлен маховик для сбора избыточного количества энергии во время рабочего такта и помогает остающимся трем идеальным ходам.

Такт выпуска

В конце такта расширения выпускные клапаны открываются для выпуска отработавших газов из цилиндра.

Во время такта выпуска впускные клапаны остаются закрытыми.

В этом такте поршень начинает движение из нижней мертвой точки (ВМТ) в верхнюю мертвую точку (ВМТ) и уносит все сгоревшие газы из цилиндра в атмосферу.теперь цикл повторяется с первого шага снова как прием.

Эти два хода (т. Е. Такт расширения и такта выпуска) завершают один оборот коленчатого вала.

Принципы работы двигателей внутреннего сгорания — искровое зажигание и воспламенение от сжатия. Четырехтактный двигатель доступен как с искровым зажиганием, так и с воспламенением от сжатия. Мы обсудили четырехтактный двигатель с двигателем с искровым зажиганием. также прочтите 4-тактный двигатель с воспламенением от сжатия.Если у вас есть какие-либо мысли, оставьте их в разделе комментариев ниже.

Двигатель внутреннего сгорания с переключением 2-тактный / 4-тактный при работе

Резюме:
Двигатель внутреннего сгорания с 2/4-тактным (двух- и четырехтактным) переключением. Предлагаемые усовершенствования обычного четырехтактного двигателя внутреннего сгорания (ДВС) ускоряют его газообмен и позволяют переключать ДВС (особенно дизельный) с четырехтактного на двухтактный режим во время работы двигателя.Промывка в четырехтактном и двухтактном режимах работы осуществляется через одни и те же впускные и выпускные клапаны.

Полное описание:
Двигатель с предложенными улучшениями способен удвоить выходную мощность двигателя и поддерживать ее в течение определенного периода (время зависит от типа двигателя) без перегрева. Эта функция позволяет увеличивать удельную мощность автомобиля, когда это необходимо, в соответствии с изменяющимися режимами работы автомобиля и дорожными условиями.

Приемлемыми сферами деятельности для предлагаемых инноваций являются: (1) дизельные двигатели боевых танков, (2) дизельные двигатели боевых машин и тяжелых армейских грузовиков, (3) дизельные двигатели тяжелых грузовиков, (4) дизельные двигатели автомобилей специального назначения (аварийные автомобили, пожарные машины и др.) и (5) двигатели в электрогенераторных установках.

Суть нововведения — улучшение газообмена при двухтактном режиме работы двигателя. Четырехтактный газообмен осуществляется как в обычном четырехтактном дизельном двигателе.Двухтактный газообмен осуществляется через впускной и выпускной клапаны, в отличие от продувочных каналов в обычном двухтактном дизельном двигателе.

Схема газообмена показана на файле 0. 2 + 4 Stroke Gas Exchange.jpg. Впускные клапаны 6 расположены по периферии головки блока цилиндров; выпускной клапан 4 расположен по оси цилиндра или с небольшим смещением. Свежий воздух, предварительно сжатый в турбонагнетателе двигателя и дополнительно сжатый и охлажденный в нагнетателе с промежуточным охладителем, подается в рабочий цилиндр 1 через тангенциальные впускные каналы 5, расположенные под определенным углом к ​​поверхности головки блока цилиндров.Затем свежий воздух плотным слоем закручивается вдоль стенок цилиндра, смещается к его центру и выжимает выхлопные газы от стенок цилиндра к его оси. Когда поток свежего воздуха достигает нижней части поршня 2, он поворачивается и выпускает выхлопные газы, сконцентрированные вдоль оси цилиндра, через выпускной клапан 4 в выпускной канал 3.

Для снижения доли остаточных газов и охлаждения горячих поверхностей, продувка цилиндра, сопровождается сбросом некоторого количества свежего воздушного заряда в выхлопную систему.Фазы газообмена типичны для двухтактных обычных двигателей внутреннего сгорания. Нагнетатель любого подходящего типа с промежуточным охладителем дополняется обычным двигателем внутреннего сгорания, расположение как впускных, так и выпускных клапанов на головке блока цилиндров, а также система управления клапанами изменены, чтобы обеспечить четырехтактный и режим работы двухтактного двигателя. Топливный насос подбирается и настраивается на подачу топлива в соответствии с количеством рабочих ходов.
В отличие от обычного двухтактного двигателя внутреннего сгорания (особенно двухтактного дизельного двигателя), в предлагаемой конструкции отсутствуют продувочные отверстия и нет потерь сгоревшего масла через них.Он обеспечивает такие же вредные выбросы, как и выбросы в обычных дизельных двигателях.

Подробнее Сферы внедрения нововведения
Боевые танки
Средние характеристики современных боевых танков: машина массой ~ 60 тонн; максимальная скорость 72 км / ч; и разгон 0-36 км / ч за 6 сек. Такие параметры хода обеспечивает силовая установка мощностью 1500 л.с., которая представляет собой либо дизельный двигатель, либо газовую турбину. Несостоятельность танковой силовой установки состоит в том, что максимальная мощность требуется лишь на короткое время боевого срока службы танка — в основном во время боя или изредка в других случаях, в то время как обычно танк использует только 700-800 л.с. для простого перемещения своего танка. вес при постоянной скорости и благоприятных условиях движения.Предлагаемое нововведение предусматривает:
— Использование в качестве прототипа силовой установки перспективного боевого танка подходящего дизельного двигателя мощностью 1000-1500 л.с. любого производителя дизельных двигателей. Опытный образец двигателя с предложенными доработками за короткое время развивает мощность 2000–3000 л.с. и удваивает его удельную мощность в боевой работе;
— отказ от разработки полностью нового двухтактного дизельного двигателя с нуля;
— спроектировать боевой танк с максимальной удельной мощностью и превосходной маневренностью;
— Возможность установки дополнительных топливных баков на борту для увеличения дальности полета машины без дозаправки

Боевые машины и армейские тяжеловозы
Основные боевые машины армии США IFV M2 A1 и A2 «Bradley» оснащены дизельными двигателями Cummins VTA903-T500 мощностью 500 л.с. и VTA903-T600 мощностью 600 л.с. соответственно.Внедрение предложенных усовершенствований в эти дизельные двигатели увеличивает маневренность М2А1 и М2А2 за счет удвоения удельной мощности. Более того, новые Cummins VTTA903-T750 и T800 также могут быть «усилены» предлагаемым нововведением.

Грузовые автомобили
Возможно использование предложенных доработок для дизельных двигателей гражданских грузовиков. Для грузовиков с «форсированными» дизельными двигателями существует большой рынок сбыта в странах Латинской Америки, Китая, Индии и Юго-Восточной Азии (кроме Японии).Грузовик с «форсированным» дизельным двигателем получает возможность развивать заданную скорость в 1,7 раза быстрее, чем с обычным. Эта функция в основном полезна, когда грузовик опережает впереди идущее транспортное средство на полосе встречного движения, а также преодолевает подъем без переключения передачи и снижения скорости транспортного средства.

Статус проекта

Мы разработали основные теоретические основы предлагаемого процесса продувки как для двухтактных, так и для четырехтактных операций через модифицированную систему клапанов данного четырехтактного двигателя.Некоторые результаты этой разработки находятся в следующих файлах:

1. 2 + 4-тактный FlowWorks Model.easm — газообмен одной продувочной конструкции с помощью 4-клапанной системы в головке блока цилиндров. Для просмотра этого файла .EASM требуется eDrawings.

2. 2 + 4 продувочный поток Works.avi — газообмен одной продувочной конструкции через 4-клапанную систему в головке блока цилиндров. Это файл .AVI. Некоторые отдельные файлы .JPG, отражающие различные этапы процесса газообмена, находятся в файлах: 2_a.Сбор мусора 01.JPG, 2_b. Сбор мусора 02.JPG,
2_c. Сбор мусора 03.JPG, 2_d. Сбор мусора 04.JPG.

3. 2 + 4 Solid Head Cylinder Head Model.sldprt — 3D-модель одной 4-клапанной головки блока цилиндров. eDrawings необходим для просмотра этого файла .SLDPRT.

4. 2 + 4 ГБЦ Design.sldasm — 3D-дизайн одной из многих возможных 4-клапанных версий ГБЦ. eDrawings необходим для просмотра этого файла .SLDASM.

5. 2 + 4 Stroke Combat Vehicle.pdf — Модификация конструкции дизельного двигателя для военной техники./ Отчет по инженерному предложению /

Технологический фон включает:
1. Готовые к подаче заявки на патенты (как PPA, так и FPA)
2. Система расчета основных характеристик целевого двигателя после его модификации
3. Различные модели конструкций SolidWorks, результаты SolidWorks COSMOSFIoWorks и т. Д.

Мы ищем возможность продвигать проект в сотрудничестве с любой заинтересованной стороной, такой как частное лицо, автомобильная компания, университет или исследовательский институт, правительственное учреждение или некоторые из вышесказанное.Компьютерное моделирование продувки одновременно для 4-тактного и 2-тактного режимов с учетом движения поршня и определение оптимальных фаз газообмена являются первоочередными задачами предлагаемого сотрудничества.

Файлы, перечисленные выше в разделах 1., 2., 3., 4. и 5., а также дополнительная информация и данные, разъясняющие технологию и подходы, доступны по запросу.

Проблема, с которой связана эта идея / изобретение:
Производство дизельных двигателей, Производство двухтактных дизельных двигателей, Двигатель с газовым зажиганием
Производство бензиновых двигателей, производство двухтактных двигателей внутреннего сгорания
Применение военных (боевых) дизельных двигателей

Прикрепленные файлы:





5.2 + 4 Stroke Combat Vehicle.pdf
3. 2 + 4 Solid Head Cylinder Head Model.SLDPRT

Запрашиваемая цена: [СВЯЗАТЬСЯ С ПРОДАВЦОМ]
Доступны для консультации? Да

Изобретение № 11613
Дата публикации: 2010-02-18


«Больше изобретений в области транспорта
« Больше инженерных разработок — Изобретения в области машиностроения
«Больше изобретений в автомобильной промышленности

границ | Двигатели с воспламенением от сжатия — революционная технология, покорившая цивилизованные границы по всему миру от промышленной революции до XXI века

Введение и краткая история двигателей с воспламенением от сжатия

С тех пор, как Рудольф Дизель изобрел двигатель внутреннего сгорания, который в конечном итоге будет носить его имя, воспламенение от сжатия использовалось как эффективное и действенное средство инициирования сгорания в двигателях.Дизель использовал растительные масла, чтобы изобрести свой новый двигатель, поскольку в то время не было нефтяной инфраструктуры для топлива. Высокая степень сжатия для создания давления и температуры, необходимых для самовоспламенения, была отличительной чертой двигателя с воспламенением от сжатия. Также требовался механизм прямого впрыска топлива в камеру сгорания. Со временем инфраструктура нефтяных дистиллятов стала доступной для таких видов топлива, как бензин (для поддержки двигателей с искровым зажиганием), керосин и мазут (отопление домов) и, конечно же, дизельное топливо (Heywood, 1988).

Преимущества использования воспламенения от сжатия и прямого впрыска топлива в камеру сгорания проявились в течение следующих нескольких десятилетий его развития. Двигатель с воспламенением от сжатия по своей природе нуждается в высокой степени сжатия, чтобы создать необходимые условия для самовоспламенения. Высокая степень сжатия — одна из характеристик конструкции, повышающих эффективность. Кроме того, воспламенение от сжатия не требовало дросселирования для регулирования выходной мощности двигателя. Непосредственный впрыск топлива в камеру сгорания обеспечивал высокое сопротивление детонации, что ограничивало степень сжатия и, в конечном итоге, эффективность двигателей с искровым зажиганием.Дополнительным преимуществом является то, что без ограничения детонации двигатели с воспламенением от сжатия могут иметь значительное повышение давления на впуске за счет турбонаддува, что дополнительно увеличивает эффективность и удельную мощность.

Попутно возникло и преодолено множество технологических препятствий, таких как возможность изготовления поршней и головок цилиндров, которые могли бы надежно достичь высоких степеней сжатия, необходимых для самовоспламенения дизельного топлива, форкамеры, которые могли бы использовать доступные форсунки с относительно низким давлением в камеру сгорания с высокой степенью сжатия, новую технологию впрыска топлива под очень высоким давлением, чтобы исключить необходимость в форкамерах и обеспечить прямой впрыск в камеру сгорания, и, наконец, электронные органы управления и исполнительные механизмы для обеспечения более точной подачи топлива, воздуха , а также меры по контролю за выбросами, чтобы соответствовать строгим требованиям регулирования выбросов.

Текущее состояние двигателей с воспламенением от сжатия

Двигатели с воспламенением от сжатия используются в различных коммерческих и потребительских приложениях по всему миру, приводя в действие такие устройства, как большие корабли, локомотивы, грузовые автомобили, строительное и сельскохозяйственное оборудование, генераторы и даже автомобили. Почти исключительно в этих приложениях для сжигания используется дизельное топливо. Дизельный двигатель полагается на легкость самовоспламенения топлива, которую инженеры-химики называют цетановым числом / индексом — эмпирически полученный показатель, который описывает легкость самовоспламенения топлива.Биодизели также используются во многих областях, особенно в сельских районах и в развивающихся странах. Биодизельное топливо обычно производится из растительных масел, которые были химически обработаны для удаления продуктов глицерина, в результате чего остается метиловый (или этиловый) эфир жирной кислоты (FAME). Биодизельное топливо пытается имитировать свойства дизельного топлива, и, хотя они могут использоваться как чистый заменитель топлива, они обычно используются в качестве агента для смешивания с нефтяным дизельным топливом.

Существует два основных подхода к двигателю с воспламенением от сжатия — двухтактный и четырехтактный.Очень большие двигатели CI (в частности, для кораблей и локомотивов), как правило, являются двухтактными, в первую очередь потому, что частота вращения двигателя ограничена низкими оборотами в минуту (RPM). Двухтактные двигатели CI должны иметь внешний источник подачи воздуха, такой как турбонагнетатель или нагнетатель (или их гибрид в некоторых случаях), потому что воздух нагнетается в цилиндр через отверстия в гильзе цилиндра. На рисунке 1 показана эта конфигурация. Выхлоп выводится либо через другой набор отверстий (версия с искровым зажиганием), либо через тарельчатые клапаны в головке блока цилиндров (см. Рисунок 1).Отверстия для впуска воздуха в гильзе цилиндра открываются, когда поршень опускается ниже их во время рабочего хода, позволяя охлажденному воздуху под давлением поступать в цилиндр. Когда поршень направляется к НМТ в рабочем такте, выпускные клапаны в головке блока цилиндров начинают открываться, и горячий выхлоп начинает покидать цилиндр через установленные сверху выпускные клапаны. По мере того, как поршень продолжает двигаться в направлении НМТ, впускные отверстия в гильзе цилиндра открываются, позволяя свежему воздуху проникать в цилиндр, что выталкивает последние выхлопные газы из верхних выпускных клапанов.Этот процесс продувки продолжается до тех пор, пока выпускные клапаны не закроются (где-то около положения поршня в НМТ). Впускные отверстия все еще открыты, поэтому свежий воздух продолжает поступать в цилиндр от нагнетателя до тех пор, пока поршень не пройдет через верх впускных отверстий на гильзе, задерживая воздух в цилиндре. Затем этот воздух нагревается и сжимается до тех пор, пока поршень не окажется около ВМТ. Топливная форсунка создает струю под высоким давлением в горячий сжатый воздух, вызывая самовоспламенение и возгорание. Затем цикл начинается заново.

С другой стороны, четырехтактный двигатель с воспламенением от сжатия работает, нагнетая воздух из впускного коллектора в цилиндр во время такта впуска, от ВМТ до НМТ (см. Рисунок 2), затем впускные клапаны закрываются, и поршень затем движется обратно в направлении ВМТ при сжатии воздуха до повышенной температуры и давления. Форсунка распыляет топливо в камеру сгорания, происходит воспламенение, и поршень под высоким давлением движется вниз из-за сгорания в так называемом рабочем такте.Наконец, выпускные клапаны открываются, и поршень возвращается в ВМТ и вытесняет продукты сгорания отработавших газов в такте выпуска. Затем цикл повторяется отсюда.

Независимо от того, является ли двигатель двух- или четырехтактным, цель состоит в том, чтобы создать воздух с высоким давлением и высокой температурой ближе к концу компрессионной части цикла. Впрыскиваемое топливо затем подвергается воздействию воздуха под высоким давлением и высокой температурой и очень быстро самовоспламеняется. Задержка между впрыском топлива и самовоспламенением называется задержкой зажигания, которая обычно составляет несколько углов поворота коленчатого вала.Топливо продолжает впрыскиваться в виде струи, которая имеет зону реакции на периферии струи, и реакция контролируется диффузией воздуха в зону реакции, связанной с диффузией топлива наружу в зону реакции. Этот процесс диффузии происходит за миллисекунды, в то время как фактические реакции происходят в микросекундном масштабе времени, поэтому жидкостная механика диффузии контролирует скорость реакции.

Значительные усилия были потрачены на изучение путей повышения эффективности, характеристик выбросов, надежности и выходной мощности двигателей с ХИ.Производственные компании, университеты и исследовательские лаборатории предоставили свой опыт, оборудование и средства для развития технологии двигателей с непрерывным инверсионным взаимодействием. Некоторые из этих достижений включают в себя прямой впрыск (DI) для устранения необходимости в форкамерах и уменьшения теплопередачи, оптическую диагностику для изучения образования загрязняющих веществ в цилиндрах, расширенные возможности вычислительного моделирования для прогнозирования и оптимизации характеристик двигателя CI, значительные усилия для понимания химического состава топлива и состав для адаптации работы двигателя CI к местным видам топлива.Поскольку инженеры и ученые продолжают применять свои знания в фундаментальных исследованиях технологии двигателей с непрерывной интеграцией, нет никаких сомнений в том, что будут достигнуты дополнительные успехи.

Чем механизм CI отличается от модуля SI?

Есть несколько причин, по которым двигатели CI так популярны в коммерческих и промышленных приложениях. Одна из важных причин заключается в том, что собственная топливная эффективность двигателей CI выше, чем у двигателей SI. Характер воспламенения от сжатия обеспечивает несколько важных факторов, обеспечивающих высокую топливную эффективность.Одним из факторов является высокая степень сжатия (Gill et al., 1954). Поскольку двигатели CI зависят от топлива, впрыскиваемого в цилиндр, и смешивания этого топлива с воздухом, детонация двигателя предотвращается. Детонация в двигателе — одно из основных ограничений более высокой степени сжатия в двигателях SI. Второй фактор — это устраненная необходимость в дросселировании двигателя для регулирования выходной мощности. Опять же, поскольку топливо непосредственно впрыскивается и смешивается в камере сгорания, мощностью двигателя CI можно управлять, просто регулируя количество впрыскиваемого топлива, в отличие от двигателей SI, где топливо и воздух предварительно смешаны и по существу однородны при постоянной смеси. соотношение (Heisler, 1999).Это означает, что для поддержания постоянного отношения смеси, если топливо уменьшается, воздух также должен быть уменьшен в той же пропорции. Это управление воздухом осуществляется с помощью дроссельной заслонки или ограничения всасывания, и это создает значительные газообменные или «перекачивающие» потери. Третий фактор — теплопередача. Двигатели CI могут работать на обедненной смеси, что означает, что двигатель потребляет все топливо, но не весь кислород, присутствующий в камере сгорания. Это приводит к более низким температурам в цилиндрах и, как следствие, к меньшему отведению тепла охлаждающей жидкости двигателя и выхлопу двигателя, а также к более высокому КПД.В качестве дополнительного преимущества гамма или отношение удельных теплоемкостей C p / C v выше для двигателей с обедненным горением, чем для двигателей, которые работают со стехиометрией. Меньшая часть тепловой энергии, генерируемой реакциями горения, теряется в состояниях возбуждения более крупных трехатомных частиц (пар CO 2 и H 2 O). Это означает, что больше тепловой энергии доступно для повышения давления и температуры рабочего тела, что и создает работу, которую можно извлечь (Foster, 2013).

Однако у механизма CI есть и несколько недостатков, о которых стоит упомянуть. Двигатель CI должен быть спроектирован так, чтобы быть очень прочным, чтобы выдерживать повышенные давления и температуры, создаваемые высокой степенью сжатия и повышенным давлением на впуске. Это позволяет создавать двигатели с высокой инерцией вращения и, следовательно, ограничивать максимальную скорость вращения двигателя. Это также увеличивает стоимость, поскольку все оборудование должно быть очень прочным. Еще один недостаток двигателей CI — это характерные выбросы.Использование сгорания с контролируемой диффузией означает, что между топливом и воздухом существует значительное расслоение, в отличие от однородности бензиновых / воздушных смесей в двигателях SI. Эта стратификация создает твердые частицы (ТЧ) и оксиды азота (NO x ). Было обнаружено, что эти нежелательные продукты сгорания ХИ опасны для здоровья и вредны для окружающей среды. По сути, традиционный двигатель CI не имеет проблемы с эффективностью, у него есть проблема с выбросами.

А как насчет биотоплива?

Большая часть текущих и прогнозируемых работ по двигателям CI, по-видимому, сосредоточена на использовании альтернативных видов топлива или даже нескольких видов топлива, чтобы сохранить высокий КПД (возможно, даже улучшить его), но при этом значительно снизить уровень вредных выбросов и производство парниковых газов. Биотопливо — один из популярных подходов, особенно в развивающихся странах, для решения проблемы выбросов парниковых газов и снижения стоимости импорта нефти.Биотопливо обычно производится из какого-либо типа растительного масла и химически обрабатывается для создания продукта, во многих отношениях имитирующего нефтяное дизельное топливо. Таким образом использовалось несколько видов сырья, в зависимости от местных условий выращивания и культур, которые в этих условиях хорошо растут. Соевые бобы, рапс, масла семян пальмы, ятрофы и каранджи, а также многие другие перерабатываются в качестве топлива. Обычно биотопливо этого типа делится на категории: масла, полученные из съедобных растений, и масла, полученные из непищевых растений.С химической точки зрения топливо, получаемое из съедобных растений, легче и дешевле перерабатывать в топливо. Однако это также может создать проблему «продовольствия или топлива» для местной экономики. Непищевое биотопливо растительного происхождения сложнее и дороже в переработке, но, как правило, позволяет избежать трудностей, связанных с «едой или топливом». Одна из проблем традиционного биодизельного топлива заключается в том, что само топливо содержит кислород как часть своей структуры. Это кислородсодержащее топливо будет иметь значительно меньшее энергосодержание по сравнению с нефтяным дизельным топливом.Снижение содержания энергии обычно составляет порядка 7-8% по объему по сравнению с нефтяным дизельным топливом. Это приводит к большему расходу топлива при том же количестве доставляемой энергии. Более поздняя работа была проведена в отношении топлива, полученного из водорослей или водорослей, которое может дать гораздо больший урожай, чем традиционное биотопливо (Frashure et al., 2009). Другой недавней темой исследований является создание «возобновляемого» дизельного топлива путем гидротермальной или другой обработки материала биомассы для извлечения длинноцепочечных углеводородов, подобных нефтяному дизельному топливу (Aatola et al., 2008). Возобновляемое дизельное топливо не склонно к насыщению кислородом, поэтому энергосодержание, как правило, такое же, как и у нефтяного дизельного топлива. Тем не менее, другой подход к созданию дизельного топлива как из возобновляемых, так и из невозобновляемых источников использует процесс под названием Фишера-Тропша (FT), названный так в честь немецких изобретателей этого процесса в 1930-х годах. Топливо FT получают из метана, газифицированного угля или газифицированной биомассы для создания длинноцепочечных углеводородов, подходящих для использования в качестве топлива. Для этого типа топлива используется несколько аббревиатур, в зависимости от исходного сырья.Преобразование газа в жидкость (GTL), из угля в жидкость (CTL) и из биомассы в жидкость (BTL) — вот лишь некоторые из этих сокращений. В процессе FT создается дизельное топливо довольно высокого качества — с высоким цетановым числом, низкой вязкостью, без серы и с высоким содержанием энергии — но этот процесс также сложен и дорог, по крайней мере, в настоящее время (Agarwal, 2004).

Что является последним для двигателей CI?

Двигатели

CI используются во всем мире как источники движущей и стационарной энергии. По мере того как страны с развивающейся экономикой, такие как Индия и Китай, наращивают свой спрос на транспорт и электроэнергию для удовлетворения экономического спроса, возникают серьезные вопросы относительно будущего двигателей с непрерывной интеграцией в условиях все более строгого экологического регулирования, регулирования парниковых газов и спроса на ископаемое топливо. .Существуют ли стратегии, которые позволят движку CI развиваться для удовлетворения нынешних и будущих требований рынка?

Используя традиционное дизельное топливо, инженеры добились некоторых впечатляющих успехов в повышении эффективности и сокращении выбросов за счет применения передовых технологий впрыска, таких как насосы высокого давления Common Rail, топливные форсунки с пьезоприводом, передовое турбомашинное оборудование и рекуперация отработанного тепла (термоэлектричество и т. Д.), и почти полное удаление серы из дизельного топлива. Теперь можно гораздо точнее дозировать топливо в камеру сгорания, чтобы обеспечить более плавное сгорание и меньшее загрязнение окружающей среды.Использование рециркуляции выхлопных газов (EGR) позволило инженерам снизить концентрацию кислорода во всасываемом воздухе, обеспечивая более низкие пиковые температуры сгорания со значительным сокращением NO x . Достижения в области доочистки, такие как дизельные фильтры твердых частиц (DPF), катализаторы deNO x (как селективное каталитическое восстановление, так и ловушка обедненной смеси) и катализаторы окисления дизельного топлива (DOC), в настоящее время используются в современных двигателях CI.

Текущие усовершенствованные работы по сгоранию открыли захватывающие возможности для повышения эффективности двигателя с ХИ, а также для значительного улучшения характеристик выбросов.По мере продвижения исследований было показано, что возможно улучшение некоторого предварительного смешивания топлива и воздуха при сохранении способности контролировать выходную мощность за счет подачи топлива (без дросселирования) и сохранять высокую степень сжатия. Для достижения этих целей использовались различные стратегии. Одним из них является использование двойного топлива, широко известного как воспламенение от сжатия с контролируемой реактивностью (RCCI). В RCCI топливо с низкой реакционной способностью (например, бензин, этанол или подобное) вводится в камеру сгорания в качестве основного источника энергии и очень небольшое количество топлива с высокой реакционной способностью (например, дизельное топливо, биодизель и т. Д.)). Это не только обеспечивает возможность работы двигателя на обедненной смеси, что снижает пиковые температуры сгорания и повышает эффективность, но также обеспечивает стратегию положительного зажигания, позволяющую избежать пропусков зажигания и сохранить высокую надежность. RCCI в исследовательских двигателях продемонстрировал возможность достижения очень высокого уровня эффективности (в первую очередь за счет еще большего снижения теплопередачи, чем при традиционном дизельном сгорании) и надежности управления. Основным недостатком RCCI является требование наличия двух форсунок на цилиндр (по одному для каждого вида топлива) и требование либо нести два отдельных топлива, либо нести присадку, повышающую реактивность, для топлива с низкой реактивностью (Curran et al., 2013).

Еще одна интересная возможность в мире двигателей CI — это использование топлива с довольно низкой реакционной способностью (бензин, нафта и т. некоторый уровень предварительного смешивания при сохранении достаточной стратификации для обеспечения контроля нагрузки (Kalghatgi et al., 2007). Воспламенение от сжатия бензина (GCI) или воспламенение от сжатия с частичным предварительным смешиванием (PPCI) пытается достичь той же цели, что и использование двойного топлива в RCCI, но для этого путем точного расслоения одного топлива.Этот контроль воспламенения может быть довольно сложным по сравнению с RCCI, поскольку он зависит от постоянно меняющихся местных характеристик смешивания топлива и воздуха, а не от положительного добавления топлива с высокой реактивностью в определенное время. Преимущество состоит в том, что требуется только одно топливо и одна форсунка на цилиндр.

В каждом из случаев для RCCI и PPCI цель состоит в том, чтобы обеспечить достаточное предварительное смешивание для того, чтобы уровни ТЧ были низкими, и работать в режиме обедненного или разбавленного сгорания, чтобы поддерживать пиковые температуры сгорания ниже 2000K, избегая термического NO x производство.Устойчивость этих новых подходов к горению и воспламенению — это проблема, к которой обращаются несколько исследовательских организаций по всему миру (Johansson et al., 2014; Sellnau et al., 2014).

Что ждет двигатели CI в будущем?

По крайней мере, по состоянию на 2015 год двигатели CI занимают доминирующее положение на рынке коммерческих автомобилей и внедорожников. По мере того, как во всем мире все больше нормативных требований применяется к выбросам парниковых газов и качеству воздуха, двигатели CI будут продолжать развиваться, чтобы соответствовать этим требованиям.Комбинация высокой плотности энергии жидкого топлива в сочетании с высокой удельной мощностью двигателей с непрерывным включением и очень низкой стоимостью производства будет по-прежнему делать двигатели с непрерывной атмосферой популярным решением для двигательной и стационарной выработки энергии. В этой области продолжаются захватывающие исследования по повышению эффективности, сокращению выбросов, совершенствованию технологии очистки выхлопных газов, и был достигнут огромный прогресс. Однако необходим еще больший прогресс, поскольку население мира превышает 7 миллиардов человек, а спрос на электроэнергию в развивающихся странах стремительно растет.То, как мы решим транспортные и энергетические проблемы в следующие несколько десятилетий, задаст тон нашей способности как общества поддерживать как пригодную для жилья среду, так и уровень жизни, приемлемый для постоянно растущего населения во всем мире.

Заявление о конфликте интересов

Автор заявляет, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Представленная рукопись была создана UChicago Argonne, LLC, оператором Аргоннской национальной лаборатории («Аргонн»).Аргонн, лаборатория Управления науки Министерства энергетики США, работает в соответствии с Контрактом № DE-AC02-06Ch21357. Правительство США сохраняет для себя и других лиц, действующих от его имени, оплаченную неисключительную, безотзывную всемирную лицензию, указанную в указанной статье, на воспроизведение, подготовку производных работ, распространение копий среди публики, а также публичное исполнение и публичное отображение, посредством или от имени правительства. Это не влияет на права других лиц на повторную публикацию и распространение на условиях CC-BY (www.creativecommons.org). Автор хотел бы поблагодарить Управление автомобильных технологий Министерства энергетики США за финансовую поддержку программы усовершенствованного сгорания двигателей, управляемой г-ном Гурпритом Сингхом.

Список литературы

Атола, Х., Ларми, М., Сарджоваара, Т., и Микконен, С. (2008). Гидроочищенное растительное масло (HVO) в качестве возобновляемого дизельного топлива: компромисс между NOx, выбросами твердых частиц и расходом топлива в двигателе большой мощности . Технический документ SAE 2008-01-2500.Варрендейл, Пенсильвания: Общество автомобильных инженеров.

Google Scholar

Агарвал, А. К. (2004). Разработка и характеристика биодизеля из непищевых растительных масел индийского происхождения . SAE 2004-28-0079. Варрендейл, Пенсильвания: Общество автомобильных инженеров.

Google Scholar

Курран, С., Хэнсон, Р., Вагнер, Р., и Райтц, Р. (2013). Картирование КПД и выбросов RCCI в двигателе малой мощности .Технический документ SAE 2013-01-0289. Варрендейл, Пенсильвания: Общество автомобильных инженеров.

Google Scholar

Frashure, D., Kramlich, J., and Mescher, A. (2009). Технико-экономический анализ добычи промышленного масла из водорослей . Технический документ SAE 2009-01-3235. Варрендейл, Пенсильвания: Общество автомобильных инженеров.

Google Scholar

Гилл П., Смит Дж. И Зиурис Э. (1954). Основы двигателей внутреннего сгорания , 4-е изд.Аннаполис, Мэриленд: Военно-морской институт США.

Google Scholar

Хейслер, Х. (1999). Транспортные средства и двигатели , 2-е изд. Варрендейл, Пенсильвания: SAE International.

Google Scholar

Хейвуд, Дж. (1988). Основы двигателя внутреннего сгорания . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: McGraw-Hill Inc.

Google Scholar

Калгатги, Г. Т., Рисберг, П., и Ангстрем, Х. Э. (2007). Частично предварительно смешанное самовоспламенение бензина для достижения низкого уровня дыма и низкого уровня выбросов NOx при высокой нагрузке в двигателе с воспламенением от сжатия и сравнение с дизельным топливом .Технический документ SAE 2007-01-0006. Варрендейл, Пенсильвания: Общество автомобильных инженеров.

Google Scholar

Селльнау, М., Фостер, М., Хойер, К., Мур, В., Синнамон, Дж., И Хустед, Х. (2014). Разработка бензинового двигателя с прямым впрыском и воспламенением от сжатия (GDCI). SAE Int. J. Engines 7, 835–851. DOI: 10.4271 / 2014-01-1300

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Разработка 4-тактного оппозитно-поршневого двигателя с искровым зажиганием

1 Введение

В начале разработки конструкции этого оппозитно-поршневого двигателя было обнаружено, что есть основания для дальнейших исследований в этой области.Противоположные поршневые двигатели успешно использовались почти во всех гражданских и военных областях, где они установили рекорды низкого потребления и высокой удельной мощности, которые сохраняются и многие годы спустя, несмотря на несомненный прогресс в этой области [1]. Однако возникли два основных препятствия: первое связано с ограничениями, налагаемыми на выбросы двигателей внутреннего сгорания (2-тактные двигатели с противоположными поршнями значительно превышают действующие законодательные ограничения, что в течение некоторого времени привело к незначительной заинтересованности в его разработке. [2]), а второй обусловлен текущим экономическим кризисом и временами жесткой экономии, навязанной международной ситуацией (создающей трудности в инвестировании в исследования двигателей этого типа).После анализа потенциала двигателей этого типа было решено преодолеть два основных препятствия. Было принято решение разработать двигатель внутреннего сгорания, четырехтактный, с искровым зажиганием, с противоположными поршнями. Поскольку были доступны ограниченные материальные ресурсы, было решено разработать одноцилиндровый двигатель с несколько устаревшей технологией, поскольку цели были: показать жизнеспособность двигателя, сделать возможным открытие возможных путей развития этого типа двигателей и попытаться найти ответ на вопрос «почему поршневые двигатели внутреннего сгорания с четырехтактным искровым зажиганием были вытеснены по характеристикам традиционными двигателями?».Желательно, чтобы разработка была сосредоточена на легком и компактном двигателе, который будет использоваться в некоторых авиационных приложениях для замены доминирующих на рынке оппозитных двигателей мощностью до 8 кВт (что подразумевает двухтактный двигатель). Однако выбросы привели к тому, что выбор пал на двигатель с 4-тактным циклом вместо 2-тактного, хотя это сделало бы его более тяжелым и менее компактным, чем было бы желательно для авиационного применения. Тем не менее, во время Второй мировой войны большинство поршневых двигателей были 4-тактными [3], и с точки зрения удельной мощности они достигли значений, которые до сих пор трудно сопоставить.Этот выбор также обеспечивает совместимость с широко известными системами очистки газовых стоков.

2 Предшественники

Противоположные поршневые двигатели, которые лежали в основе этого альтернативного четырехтактного альтернативного поршневого двигателя с искровым зажиганием и которые оказали наибольшее влияние на его разработку, были: Четырехтактный двигатель Gobron Brillié с искровым зажиганием (успешно используется в автомобилей в начале двадцатого века) и двухтактный двигатель Junkers Jumo 205 с воспламенением от сжатия (который, возможно, был самым успешным поршневым двигателем противоположного типа, использовавшимся в авиации до конца Второй мировой войны в гражданских и военных целях).Этот последний двигатель вдохновил в 30-х, 40-х и даже 50-х годах 20 века на разработку двигателей этого типа по обе стороны Атлантики от бывшего Советского Союза до Соединенных Штатов Америки почти для всех видов применения. В ходе исследования двигателей с противоположным расположением поршней было обнаружено, что с тех пор, как двухтактные дизельные двигатели с противоположным расположением поршней начали пользоваться успехом, четырехтактные поршневые двигатели с противоположным искровым зажиганием, которые в начале 20 века успешно применялись в производство автомобилей (в частности, французского автомобиля Gobron-Brillié) прекращено.Автомобиль этой марки стал первым автомобилем, преодолевшим мифическую отметку 100 миль в час [4]. Двигатель Gobron-Brillié представлял собой двухцилиндровый четырехпоршневой двигатель с одним коленчатым валом. Два поршня классическим образом соединялись с коленчатым валом шатуном, а два других находились наверху цилиндров. Два последних были соединены перемычкой, соединенной с коленчатым валом двумя очень длинными боковыми шатунами, передающими движение двух верхних поршневых штоков на коленчатый вал.Похоже, что этот двигатель был вдохновлен противоположным поршневым двигателем, приписываемым Wittig 1878 [2], одним из первых успешных противоположных поршневых двигателей и двигателем Robson 1890, работающим аналогичным образом. Между прочим, эти два первых двигателя с противоположными поршнями работали по 4-тактному циклу с впускным и выпускным отверстиями, расположенными в камере сгорания. Двигатель Junkers Jumo 205, разработанный в Германии в 1930-х годах, имел легкую, компактную конфигурацию с двумя кривошипами, работающую с двухтактным воспламенением от сжатия.Этот двигатель оказал значительное влияние на гражданское и военное авиационное применение, так что он производился по лицензии несколькими производителями для гражданского применения. Это был единственный двухтактный дизельный двигатель, который регулярно использовался в авиации и производился в больших количествах [5]. Даже сегодня он продолжает считаться наиболее эффективным поршневым двигателем, используемым в авиации [1]. Следует отметить, что с 1910 года двигатели с конфигурацией с двумя коленчатыми валами стали более широко использоваться, поскольку они позволяли значительно более компактные рядные конструкции, чем конфигурации с одним коленчатым валом.Этот тип конфигурации затем использовался большинством производителей, что продемонстрировало семейство двигателей Junkers Jumo, Fairbanks Morse 38D, Rolls Royce K60, Leyland L60, Climax Coventry h40 и Харьков Морозов 6TD в широком диапазоне. областей применения.

3 Краткое описание происхождения двигателя

После этого начального этапа исследований была рассмотрена гипотеза создания двигателя с противоположными поршнями и двумя коленчатыми валами. Тем не менее, было сочтено более подходящим выбрать 4-тактный двигатель с циклом Отто вместо 2-тактного дизельного двигателя, который мог бы работать от более чем одного топлива с минимально возможными затратами.Для этого была рассмотрена возможность сконструировать двигатель с противоположными поршнями из другого, уже существующего, что снизит таким образом стоимость производства [6]. Был выбран бензиновый или керосиновый двигатель с боковым расположением клапанов марки Robin America, модель EY15, или водяной насос, см. Рис. 1, даже если он имел несколько устаревшую конфигурацию.

Рисунок 1

Внешний вид и схематическое изображение двигателя [7].

4 Характеристики исходного двигателя

В исходной конфигурации Robin America, Inc.двигатель модели EY15, работает как обычный 4-тактный бензиновый двигатель Otto. Рабочее положение — вертикальное, с рабочим объемом 143 куб. См, максимальной мощностью 3,5 л.с. при 4000 об / мин, с приводом от карбюратора, с боковыми клапанами в блоке, смазкой разбрызгиванием и зажиганием от транзисторного магнето.

5 Разработка встречно-поршневого двигателя

Поршневой двигатель внутреннего сгорания, разработанный в ходе этой работы, на стыке двух блоков двигателя Robin EY15, работает в соответствии с 4-тактным циклом с искровым зажиганием.Он имеет рабочий объем 286 куб. См и развивает максимальную мощность 7,3 л.с. при 4000 об / мин. Была принята конфигурация с двойным коленчатым валом, аналогичная двигателю Junkers Jumo 205, но работающая в горизонтальном положении. Синхронизация распределения и передачи мощности обеспечивалась зубчатой ​​передачей, состоящей из четырех зубчатых колес с правыми зубьями (модуль 1,5 мм, две центральные шестерни по 65 зубьев и два приводных вала с 56 зубьями). Двигатель работает на бензине и оснащен двумя оригинальными карбюраторами модели EY15, расположенными с обеих сторон двигателя.Система смазки разбрызгиванием и зажигание от магнето с транзисторным хранением также остались от оригинального двигателя. В центральной части цилиндра находится камера сгорания объемом 60 см3, состоящая из пространства между верхними мертвыми точками обоих поршней и боковой камерой, в которой расположены впускной и выпускной клапаны и свеча зажигания (аналогично той случилось с двигателем Gobron Brillié). Первый шаг в конструкции двигателя с противоположным поршнем заключался в снятии головок двух Robin EY15, чтобы два блока можно было соединить вместе в области прокладки головки.Это соединение позволяет обоим поршням располагаться лицом к лицу и двигаться в противоположных направлениях. В этой конфигурации ось одного цилиндра выровнена с осью другого цилиндра, так что два цилиндра в сборе функционируют как один цилиндр, с одним блоком выпускного клапана перед впускным клапаном другого, в пространстве между два блока двигателя. Это позволило уменьшить пространство камеры сгорания, поскольку открытие впускного клапана и закрытие выпускного клапана происходит почти одновременно.Чтобы двигатель работал в этой конфигурации, необходимо решить некоторые проблемы. Во-первых, размещение свечи зажигания (одна из самых больших технических трудностей), во-вторых, пространство между двумя блоками вызывало некоторые вопросы (значение степени сжатия), в-третьих, как соединить два двигателя, чтобы оси цилиндров оставались идеальными. совмещены с камерой сгорания, и, в-четвертых (возможно, наиболее сложный), как организовать их синхронизацию (чтобы поршни двигались в противоположных направлениях, в то время как система распределения позволяла одновременно открывать оба впускных клапана и, следовательно, одновременное движение оба выпускных клапана).Система синхронизации также должна гарантировать, что коленчатые валы сохраняют свое первоначальное направление вращения и поддерживают передачу мощности от двух коленчатых валов. Наконец, необходимо было вернуть карбюраторы в вертикальное положение, с впускным каналом горизонтально и организовать управление двумя карбюраторами одновременно с помощью одной и той же команды, отказавшись от исходного регулятора скорости. Свеча зажигания, первоначально установленная на головке двигателя, была установлена ​​в одном из блоков двигателя в пространстве между седлом клапана и цилиндром, как показано на рисунке 2.

Рисунок 2

Свеча зажигания в сборе, вид сбоку и сверху.

Поскольку пространство для размещения свечи зажигания было очень маленьким, была использована свеча зажигания меньшего диаметра, чтобы она могла помещаться между цилиндром и клапанами, не создавая помех другим компонентам двигателя. Чтобы гарантировать необходимое пространство для открытия клапанов (без ущерба для степени сжатия и обеспечения газообмена в центральной зоне цилиндра), алюминиевая прокладка, должным образом выпрямленная на параллельных поверхностях, с 5.Между двумя блоками двигателя разместили толщину 3 мм. Сохранились прокладки оригинальной головки, толщина которых составляла 1,5 мм. Эти прокладки сохраняли исходное положение, помещая между ними алюминиевую прокладку. Высота камеры сгорания составляла 8,3 мм. Чтобы обеспечить выравнивание цилиндров по общей оси двух блоков цилиндров, три направляющих были размещены в исходном отверстии под болты M8, которыми была затянута исходная головка (см. Рисунок 3). На основании блоков изготовлены две опоры из конструкционной стали и сварены МИГ.Когда блоки были выровнены, были использованы 6 стержней из нержавеющей стали (AISI 304L) диаметром 10 мм с резьбой M10 для обеспечения соединения двух мотоблоков, как показано на фотографии на рисунке 3.

Рисунок 3

Деталь алюминиевой проставки, прокладки головки двигателя и направляющих штуцеров.

Зубчатая передача, состоящая из 4 прямозубых шестерен с модулем 1,5 мм, использовалась для синхронизации двух коленчатых валов. Звездочки, используемые в обоих приводных валах, имеют 56 зубьев, а две промежуточные шестерни — 65 зубьев.Четырехзвездочная зубчатая передача позволяет поршню одного коленчатого вала двигаться в направлении, противоположном поршню другого, гарантируя, что распределение перемещается в нужное время как впускной, так и выпускной клапаны, и что оба коленчатых вала сохраняют направление вращения оригинальный двигатель. Для этой зубчатой ​​передачи были выбраны зубчатые колеса с правыми зубьями, как в случае двигателя Junkers Jumo 205, чтобы обеспечить передачу мощности на карданный вал, не вызывая осевых нагрузок на коленчатые валы, размер которых не рассчитан для этого.Для крепления промежуточных валов использовалась стальная пластина, закрепленная на блоке восемью болтами М8, что также помогает удерживать блоки вместе. Затем эта стальная пластина была усилена L-образной заслонкой, на которую была привинчена прозрачная крышка из полиэтилентерефталата, чтобы уменьшить шум шестерен и предотвратить разбрызгивание смазки, используемой в шестернях. Следует отметить, что часть этой крышки была затем разрезана, чтобы позволить передавать мощность на приводной вал в верхнем правом углу, как показано на Рисунке 4.Чтобы установить карбюраторы вертикально, был построен канал из нержавеющей стали с внутренним диаметром 20 мм (немного меньше диаметра впускного коллектора). Воздуховод имеет изгиб под углом 90 ° и горизонтальную трубку достаточной длины, чтобы установить карбюратор в вертикальное положение, не вызывая каких-либо неудобств и не подвергаясь воздействию потока горячего воздуха из системы охлаждения двигателя или выпускного коллектора. Карбюраторы располагались по обе стороны от двигателя. Чтобы управлять обоими карбюраторами одновременно и одной командой, было решено использовать систему, состоящую из стального троса, тяги, соединенной со стальным тросом, троса, шкива и ручки переключения передач велосипеда.

Рисунок 4

Окончательная установка ВОМ поршневого двигателя с возвратно-поступательным движением для данной конструкции.

6 Экспериментальная установка

Экспериментальная установка состоит из испытательного стенда двигателя марки STEM-ISI Impianti, модель TD340, оборудованного вихретоковым тормозом Borghi and Saveri, модели FE 150 и аналоговым контроллером Borghi и Saveri. модель A03, STEM-ISI (1992), инфракрасный газоанализатор от Tecnotest, модель MULTIGAS 488, для бензиновых двигателей, выхлопная система, дополнительный вентилятор охлаждения и система учета расхода топлива (состоящая из калиброванного топливного бака, топливного бака , цифровые электронные весы с разрешением 0.01 г и цифровой таймер с разрешением 0,01 с). На рис. 5 показан двигатель OP на динамометрическом испытательном стенде, установка и все оборудование.

Рис. 5

Обзор динамометрического испытательного стенда и встречного поршневого двигателя.

7 Характерные параметры двигателей внутреннего сгорания (ДВС)

Обзор характеристических параметров поршневых двигателей внутреннего сгорания будет использован для поддержки презентации и обсуждения экспериментальных результатов.Крутящий момент, мощность и общая производительность — три наиболее важных характеристических параметра любого двигателя внутреннего сгорания. Эффективная тормозная мощность (в кВт) определяется уравнением (1).

(1) W˙b = B2πn6010−3

Где B — крутящий момент, а n — частота вращения двигателя в оборотах в минуту. Расход топлива или массовый расход топлива определяется уравнением (2)

(2) m˙f = mfΔt

Где: f — масса топлива, а Δt — время интервал.Общий КПД определяется соотношением между эффективной тормозной мощностью и тепловой мощностью, подаваемой на двигатель, выраженной в уравнении (3). В свою очередь, тепловая мощность определяется произведением массового расхода топлива на меньшую теплотворную способность того же топлива.

(3) ηg = W˙bm˙fHV

Где: b — эффективная мощность тормоза, f — массовый расход топлива, а HV — нижний теплота сгорания топлива.В данном случае в качестве топлива используется бензин. Для расчетов было принято значение 44000 кДж / кг для бензина низкой теплоты сгорания [8].

В свою очередь, удельный расход топлива C SF определяется уравнением (4). Этот параметр связывает расход топлива с эффективной тормозной мощностью и позволяет получить хороший срок сравнения между двигателями.

(4) Csf = m˙fW˙b

В технической литературе удельный расход топлива обычно выражается в г / кВтч.Соответственно, уравнение 4 было переформулировано, как представлено в уравнении (5).

(5) Csf = m˙fhW˙b

Где: fh — массовый расход (г / ч).

Расход топлива (в час) или массовый расход топлива в г / ч определяется уравнением (6).

(6) m˙fh = mfΔt3600

Объемный КПД η V , уравнение (7) [9], связывает количество воздуха, фактически вводимого в цилиндр за цикл, с теоретической заполняющей способностью цилиндра. в том же цикле.Это один из наиболее важных параметров при характеристике и моделировании четырехтактных двигателей внутреннего сгорания.

(7) ηV = mamat = maρaiVd

Где: m a — масса, которая фактически входит в цилиндр в каждом цикле, m at — это масса, которая теоретически заполняет цилиндр, ρai , плотность воздуха (или смеси) в атмосферных условиях, и V d , смещенный объем.Теоретически масса свежего заряда в каждом цикле должна быть равна произведению плотности воздуха (или смеси), оцениваемой в атмосферных условиях вне двигателя, на смещение, , т.е. ., на объем, вытесняемый поршнем. . Однако из-за сокращенного времени, доступного для впуска и потерь нагрузки из-за существующих ограничений потока, только меньшее количество от теоретического количества свежего заряда, поступающего в цилиндр при атмосферных условиях [10], в конечном итоге попадает в цилиндр.Значение объемного КПД зависит от нескольких переменных двигателя, таких как частота вращения двигателя, давление во впускном и выпускном коллекторах и геометрия системы [11]. В этом случае уравнение (8) представлено как отношение между фактически допустимым расходом в цилиндре и массовым расходом, который теоретически допустим для этой скорости вращения.

(8) ηV = ηRm˙aρaiVdη

Где: η R представляет количество оборотов за цикл, а ṁ a — массовый расход, фактически поступающий в цилиндр.На практике значение объемного КПД получается из типа цикла, крутящего момента, отношения количества топлива к воздуху, плотности воздуха, вытесненного объема, общего КПД и более низкой теплотворной способности топлива, как показано в уравнении (9), которое является результатом комбинация уравнений (1) и (4), среди прочего.

(9) ηV = ηR60m˙fAFρaiVdη

Где: AF представляет соотношение топлива и воздуха с учетом значения 14,7. Соотношение топливо-воздух ( AF ), уравнение (10), связывает массу воздуха с массой топлива m f .Эти отношения также могут быть представлены как отношения между массовыми расходами.

(10) AF = mamf = m˙am˙f

8 Представление результатов

Данные, относящиеся к частоте вращения двигателя (об / мин), крутящему моменту (Нм), массе израсходованного топлива (г) и времени расхода топлива ( s), собранные во время динамометрических испытаний при полной нагрузке двигателя, в сочетании с предыдущими уравнениями, позволяют представить результаты (Рисунок 6). Этот график является результатом наложения двух графиков, первый, где представлена ​​мощность, а второй, где представлены мощность и удельное потребление.На обоих графиках по горизонтальной оси отложена скорость вращения двигателя (об / мин). Вертикальная ось слева соответствует тормозной мощности (кВт), правая ось — значениям тормозного момента (Н-м). В нижней части правой оси отображаются значения удельного расхода тормоза (г / кВтч). Оранжевые точки представляют собой результаты эффективной тормозной мощности, синие точки — данные крутящего момента, а удельное потребление отображается красным внизу. Соответствующие строки являются результатом полиномиальной интерполяции второго порядка, выполненной в программе Excel.Кривые следуют ожидаемой тенденции, однако следует отметить, что снижение крутящего момента с 2400 об / мин до 2800 больше не проверяется на 3200 и 3600. Фактически, только при 4000 об / мин снова наблюдается снижение крутящего момента. Значения, полученные при 2800 об / мин, кажутся необычными даже для удельного расхода, который представляет собой значения выше, чем значения тестов на более близкой скорости.

Рисунок 6

Характеристики двигателя.

На графике Рисунка 7 можно увидеть результаты глобальной эффективности и ее полиномиальную кривую тренда второго порядка, построенную в Excel.На этом графике показана потеря эффективности при 2800 об / мин, при этом наилучший общий выход будет выявлен в следующем тесте при 3200 об / мин.

Рисунок 7

Кривая общей производительности двигателя.

График на Рисунке 8 показывает результаты объемного КПД и его полиномиальную кривую тренда второго порядка, построенную в Excel. Можно заметить, что кривая тенденции показывает небольшое снижение от значения 1600 об / мин до значения 2800 об / мин, от которого, по-видимому, происходит почти незаметное снижение. Если выбрать линейную линию тренда, разница будет практически несущественной.

Рисунок 8

Кривая объемного КПД как функция скорости вращения.

9 Выводы

Разработка встречно-поршневого двигателя в результате соединения двух идентичных двигателей показала, что возможно построить один двигатель из существующего, тем самым снизив затраты на его производство и разработку. Кроме того, OPE обеспечивает более высокую мощность, лучшее удельное потребление и более высокую пропускную способность. Результаты разработки этого двигателя с противоположными поршнями также позволили идентифицировать области, в которых этот двигатель превзошел и где может быть широкий диапазон возможностей развития при исследовании этого типа двигателей, а именно в улучшении сгорания. условия.Среди различных возможностей — модернизация системы управления и питания двигателя с использованием электронного управления зажиганием, непосредственного впрыска топлива, наддува и строительство более компактной камеры сгорания, способствующей усилению турбулентного движения после воспламенения смеси. .

Настоящее исследование частично финансировалось Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT) в рамках проекта UID / EMS / 00151/2013 C-MAST, со ссылкой на POCI-01-0145-FEDER-007718.

Список литературы

[1] Бройо Ф., Сантос А., Грегорио Дж. (30 июня — 2 июля 2010 г.). Вычислительный анализ продувки двухтактного дизельного двигателя с оппозитными поршнями. Процедуры всемирных инженерных конгрессов 2010 Том II, WCE 2010, (Лондон, Соединенное Королевство): 1448-1453. Поиск в Google Scholar

[2] Пиро Дж. П., Флинт М. (2009). Противоположные поршневые двигатели: эволюция, использование и будущее применение, Warrendale: SAE International. Поиск в Google Scholar

[3] Фернандес А.(2008). Compêndio de Motores Alternativos, Centro de Formação Militar e Técnica, Португалия: Força Aérea Portuguesa, Ministério da Defesa Nacional. Искать в Google Scholar

[4] The Autocar. Справочник Autocar, Руководство по автомобилю (9-е издание), Лондон: Илифф и сыновья. Поиск в Google Scholar

[5] Gonçalves R. (2014). 3D CFD-моделирование четырехтактного оппозитно-поршневого двигателя с холодным потоком (кандидатская диссертация). Ковильян: Universidade da Beira Interior. Поиск в Google Scholar

[6] Alves, F.(2011), Rendimento volumétrico de ummotor de pistões opostos a quatro tempos (MSc. Диссертация). Ковильян: Университет Бейры Интерьер. Поиск в Google Scholar

[7] Руководство по обслуживанию EY15-3, EY20-3 Engines (2001), Robin America, Inc. Поиск в Google Scholar

[8] Martins J., Motores de Combustão Interna (2005), Porto: Publindustria. Поиск в Google Scholar

[9] Хейвуд Дж., Основы внутреннего сгорания (1988), Нью-Йорк: McGraw-Hill International Editions. Поиск в Google Scholar

[10] Pesic Р., Давинич А., Петкович С., Таранович Д., Милорадович Д. (2013). Аспекты измерения объемного КПД поршневых двигателей. Thermal Science 17-1, 35-48. Поиск в Google Scholar

[11] Николау Г., Скаттолини Р., Сивьеро К. (1996). Моделирование объемного КПД двигателей с интегральной схемой: параметрические, непараметрические и нейронные методы. Control Engineering Practice 4-10, 1405-1415. Искать в Google Scholar

Как Николаус Август Отто создал 4-тактный двигатель внутреннего сгорания

Как мы уже обсуждали ранее, Этьен Ленуар внес огромный вклад в разработку двигателя внутреннего сгорания , и его работа напрямую повлияет на один Николаус Август Отто, молодой Немецкий продавец.Во время своих путешествий Отто познакомился с первым двигателем внутреннего сгорания, построенным Ленуаром, и то, что Отто разработал, по-прежнему актуально для современных двигателей внутреннего сгорания.

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

Говорят, что Отто уже знал об интересе к предварительному сжатию топливовоздушной смеси перед воспламенением. Взял ли он этот момент из термодинамики, или он был в контакте с самим Ленуаром, которого в этот момент консультировал Бо де Роша? Или он уже знал о Райтмане? Как бы то ни было, Отто начал испытания своего первого 4-тактного двигателя, основанного на двигателе Ленуара, в начале 1860-х годов. После нескольких минут работы двигатель сломался вместе с партнерскими отношениями между Отто и его братом.

Отто искал инвесторов для финансирования своего исследования и нашел Ойгена Лангена, отец которого был промышленником.

Ланген был молодым немецким предпринимателем, инженером и изобретателем. Его собственные научные знания позволили ему признать великие способности Отто, и он решил объединить усилия с ним для создания первого завода по производству двигателей в континентальной Европе, NA Otto & Cie. Помимо своего участия в разработке двигателя внутреннего сгорания, Ланген разработал метод для производил кубики сахара на компании своего отца (1857), а позже стал отцом знаменитой Вуппертальской подвесной железной дороги, называемой «Schwebebahn», в 1890-х годах.

Вместе Отто и Ланген построили свой первый атмосферный двигатель в 1864 году, который был очень похож на тот, который был построен и запатентован Эухенио Барсанти и Феличе Маттеуччи несколькими годами ранее. На Всемирной выставке в Париже в 1867 году двигатель Отто и Лангена получил предпочтение по сравнению с другими газовыми двигателями. После измерения расхода газа жюри присудило Гран-при немецкому двигателю, так как он потреблял меньше половины газа, чем другие двигатели.

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

Развитие цикла Отто

В 1876 году Отто разработал 4-тактный цикл газообразного топлива со сжатым зарядом, который впоследствии стал известен как цикл Отто. Этот принцип до сих пор используется в большинстве автомобильных двигателей. Он основал двигатель на этом цикле после 14 лет усилий: это система, характеризующаяся четырьмя тактами поршня (впуск, сжатие, мощность расширения и выпуск) при двух оборотах двигателя.

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

Переход от внутреннего сгорания без предварительного сжатия к 4-тактному циклу с предварительным сжатием позволил повысить КПД с чуть менее 5% до 15% в период с 1880 по 1890-е годы.

Однако не все шло гладко, и через некоторое время между Даймлером и Отто возникли серьезные личные разногласия.После нескольких патентных битв Daimler и Maybach начали разработку двигателей для автомобилей на основе 4-тактного двигателя Отто, одновременно увеличив рабочую скорость до 650 об / мин, что позволило достичь идеальной удельной мощности для таких приложений. Несколько автомобилей было построено в течение 1880 и 90-х годов.

В конце 1890-х годов дуэт разработал для австрийского бизнесмена Эмиля Еллинека автомобиль, кузов которого представлял собой значительный отход от прежнего принципа каретки, и чей двигатель мощностью 35 л.

Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *