Четырёхтактный двигатель — это… Что такое Четырёхтактный двигатель?

Работа четырёхтактного двигателя в разрезе. Цифрами обозначены такты

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). Этими тактами являются:

1. Впуск — (такт впуска, поршень идёт вниз) свежая порция топливо-воздушной смеси всасывается в цилиндр через открытый впускной клапан.
2. Сжатие (такт сжатия, поршень идёт вверх) впускной и выпускной клапаны закрыты, и топливо-воздушная смесь сжимается в объёме.
3. Рабочий ход (такт рабочего хода, поршень идёт вниз) сжатое топливо воспламеняется свечой зажигания, расположенной над поршнем, при сгорании высвобождается энергия, которая воздействует на поршень, заставляя его двигаться вниз. Фактически на такте рабочего хода происходит работа двигателя.
4. Выпуск (такт выпуска, поршень идёт вверх) на этом такте открываются выпускные клапаны, и выхлопные газы, проходя через них, очищают цилиндр.

По окончании 4-го такта всё повторяется в том же порядке.

История

Цикл Отто

Идеализированный цикл Отто, показанный в координатах давление (Р) и объём (V):  такт впуска(A) , представляющий собой изобарическое расширение; за ним следует  такт сжатия (B) , представляющий собой адиабатический процесс. Далее следуют сжигание топлива, которое является изохорическим процессом, и адиабатическое расширение, характеризующие  такт рабочего хода (C) . Цикл завершается изохорическим процессом и изобарическим сжатием, характеризующими
 такт выпуска (D) . TDC — верхняя мёртвая точка; BDC — нижняя мёртвая точка

Четырёхтактный двигатель впервые был запатентован Алфоном де Роше (англ.) в 1861 году. До этого около 1854—1857 годов два итальянца (Евгенио Барсанти и Феличе Матоцци) изобрели двигатель, который, по имеющейся информации, мог быть очень похож на четырёхтактный двигатель, однако тот патент был утерян.

Первым человеком, реально построившим четырёхтактный двигатель, был немецкий инженер Николаус Отто. Вот почему четырёхтактный принцип сегодня известен, в основном, как цикл Отто, а четырёхтактный двигатель, использующий свечи зажигания, часто называется двигателем Отто.

Цикл Отто состоит из адиабатического сжатия, сообщения теплоты при постоянном объёме, адиабатического расширения и отдачи теплоты при постоянном объёме. В случае четырёхтактного цикла Отто имеется также изобарическое сжатие и изобарическое расширение, которые обычно не рассматриваются, так как в идеализированном процессе они не играют роли в сообщении рабочему газу теплоты или в совершении газом работы.

Это видеоролик о работе двигателя Отто. (2 мин 16 сек, 320×240, 340 кбит/с)

Октановое число топлива

Мощность на коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания передаётся на вал от расширяющихся газов, в основном, во время такта рабочего хода. Сжатие топливо-воздушной смеси до очень малого объёма повышает эффективность рабочего хода, но увеличение степени сжатия в цилиндре также сильнее нагревает сжимающуюся топливо-воздушную смесь (согласно закону Шарля).

Если топливо легковоспламеняемое, с низкой температурой вспышки, то это может привести к возгоранию топливо-воздушной смеси до того, как поршень достигнет верхней мёртвой точки. Это, в свою очередь, будет заставлять поршень двигаться в сторону, противоположную требуемому направлению вращения коленчатого вала. Топливо, которое воспламеняется в верхней мёртвой точке, но до того, как поршень начнёт двигаться вниз, может повредить поршень и цилиндр из-за наличия в малом объёме очень большого количества тепловой энергии, не имеющей возможности выхода. Это повреждение часто проявляет себя как стук двигателя, и оно ведёт к перманентному повреждению двигателя, если случается постоянно.

Октановое число является мерой сопротивления топлива к самовоспламенению под воздействием возрастающих температур. Топлива с более высокими октановыми числами позволяют осуществлять более высокую степень сжатия без риска повреждения двигателя вследствие самовоспламенения.

Для работы дизельных двигателей самовоспламенение необходимо. Они предотвращают возможное повреждение двигателей путём раздельного впрыска топлива под большим давлением в цилиндр очень незадолго до того, как поршень достигнет верхней мёртвой точки. Воздух без топлива может быть сжат очень сильно без опасности самовоспламенения, и в то же время, находящееся под высоким давлением топливо в системе подачи топлива не может самовоспламениться без присутствия воздуха.

Факторы, ограничивающие мощность двигателя

Четырёхтактный цикл
1=верхняя мёртвая точка
2=нижняя мёртвая точка
 A: такт впуска 
 B: такт сжатия 
 C: такт рабочего хода 
  D: такт выпуска 

Максимальная мощность двигателя вырабатывается при максимальном количестве всасываемого воздуха. Мощность, вырабатываемая поршневым двигателем, связана с его размерами (объёмом цилиндра), объёмным КПД, потерь энергии, степени сжатия топливо-воздушной смеси, содержания кислорода в воздухе и частоты вращения. Это справедливо как для двухтактных, так и для четырёхтактных двигателей. Частота вращения в конечном счёте ограничена прочностью материалов и свойствами смазки. Клапана, поршни и коленчатые валы испытывают больши́е динамические нагрузки. На слишком высоких оборотах двигателя могут происходить физические повреждения и дрожание поршневых колец, и это приводит к потерям энергии и даже разрушению двигателя. Поршневые кольца колеблются вертикально в каналах, в которых они находятся. Эти колебания колец ухудшают уплотнение между кольцами и стенками цилиндра, что приводит к потерям давления в цилиндре и мощности. Если вал двигателя вращается слишком быстро, то пружины клапанов не успевают достаточно быстро срабатывать, и клапана не успевают закрываться. Эта ситуация называется «плаванием клапанов» (

англ.), и она может привести к контакту поршня и клапанов, вызвав серьёзные повреждения. На высоких скоростях условия смазки на границе поверхностей поршня и цилиндра ухудшаются. Это ограничивает скорость поршней промышленных двигателей величиной около 10 м/с.

Потоки через впускной и выпускной каналы

Выходная мощность двигателя зависит от всасывающей способности, и от возможностей выхлопных газов быстро перемещаться через клапанные каналы, как правило расположенные в головках цилиндров (англ.

). Для увеличения выходной мощности можно минимизировать количество изгибов тех каналов, по которым движутся всасываемые и выхлопные потоки, а также сделать их более плавными, благодаря чему уменьшится сопротивление этим потокам. Для этого радиусы поворотов клапанных каналов и сёдла клапанов можно модифицировать таким образом, чтобы их аэродинамическое сопротивление было минимальным. Можно, кроме того, использовать разделение потока на несколько частей.

Принудительное нагнетание воздуха в цилиндры

Один из путей увеличения мощности — это принудительное нагнетание дополнительного количества воздуха в цилиндры, благодаря чему при каждом рабочем ходе может вырабатываться больше мощности. Такое принудительное нагнетание может производиться некоторыми типами компрессорных устройств, называемых нагнетателями. Последние могут приводиться в движение от коленчатого вала или выхлопных газов.

Нагнетание повышает предел мощности двигателя внутреннего сгорания при том же самом объёме цилиндра.

В общем случае, нагнетатель всегда работает, но есть конструкции, позволяющие отключать его, или позволяющие ему работать с разными скоростями (относительно скорости двигателя).

Недостатком механически осуществляемого нагнетания является то, что часть выходной мощности расходуется на приведение в движение нагнетателя. Воздух в цилиндре сжимается дважды, но расширяется только в один этап. Поэтому часть мощности понапрасну расходуется с выхлопами высокого давления.

Турбонагнетание

Турбонагнетатель или турбокомпрессор (ТК, ТН) — это такой нагнетатель, который приводится в движение выхлопными газами. Получил своё название от слова «турбина» (фр. turbine от лат. turbo — вихрь, вращение). Это устройство состоит из двух частей: роторного колеса турбины, приводимого в движение выхлопными газами, и центробежного компрессора, закреплённых на противоположных концах общего вала. Струя рабочего тела (в данном случае, выхлопных газов) воздействует на лопатки, закреплённые по окружности ротора, и приводит их в движение вместе с валом, который изготовляется единым целым с ротором турбины из сплава, близкого к легированной стали.

На вале, помимо ротора турбины, закреплён ротор компрессора, изготовленный из алюминиевых сплавов, который при вращении вала позволяет «закачивать» под давлением воздух в цилиндры ДВС. Таким образом, в результате действия выхлопных газов на лопатки турбины одновременно раскручиваются ротор турбины, вал и ротор компрессора. Применение турбокомпрессора совместно с промежуточным охладителем (интеркулером) позволяет обеспечивать подачу более плотного воздуха в цилиндры ДВС (в современных турбированных двигателях используется именно такая схема). Часто при применении в двигателе турбокомпрессора говорят о турбине, не упоминая компрессора. Турбокомпрессор — это одно целое. Нельзя использовать энергию выхлопных газов для подачи воздушной смеси под давлением в цилиндры ДВС при помощи только турбины. Нагнетание воздуха обеспечивает именно та часть турбокомпрессора, которая именуется компрессором.

На холостом ходу, при небольших оборотах, турбокомпрессор вырабатывает небольшую мощность и приводится в движение малым количеством выхлопных газов. В этом случае турбонагнетатель малоэффективен, и двигатель работает примерно так же, как без нагнетания. Когда от двигателя требуется намного большая выходная мощность, то его обороты, а также зазор дросселя, увеличиваются. Пока количества выхлопных газов достаточно для вращения турбины, по впускному трубопроводу подаётся намного больше воздуха.

Турбонагнетание позволяет двигателю работать более эффективно, потому что турбонагнетатель использует энергию выхлопных газов, которая, в противном случае, была бы (большей частью) потеряна.

Однако существует технологическое ограничение, известное как «турбояма» («турбозадержка») (за исключением моторов с двумя турбокомпрессорами — маленьким и большим, когда на малых оборотах работает маленький ТК, а на больших — большой, совместно обеспечивая подачу необходимого количества воздушной смеси в цилиндры). Мощность двигателя увеличивается не мгновенно из-за того, что на изменение частоты вращения двигателя, обладающего некоторой инерцией, будет затрачено определённое время, а также из-за того, что чем больше масса турбины, тем больше времени потребуется на её раскручивание и создание давления, достаточного для увеличения мощности двигателя. Кроме того, повышенное выпускное давление приводит к тому, что выхлопные газы передают часть своего тепла механическим частям двигателя (эта проблема частично решается заводами-изготовителями японских и корейских ДВС путём установки системы дополнительного охлаждения турбокомпрессора антифризом).

Отношение длины шатуна к длине хода поршня

Более длинный шатун уменьшает боковые нагрузки со стороны поршня на стенки цилиндра, и уменьшает ударные нагрузки. Как следствие двигатель с длинным шатуном служит дольше, и он надёжнее. Однако увеличение длины шатуна ведёт к увеличению габаритов двигателя, его массы и стоимости. Кроме того, при возрастании длины шатуна увеличивается время нахождения поршня в верхней мёртвой точке. Как следствие, увеличивается время, в течение которого газ в цилиндре находится при высокой температуре, что ведёт к повышенному нагреву двигателя.

В настоящее время более актуальным параметром оценки ДВС является отношение хода поршня к диаметру цилиндра или наоборот. Для более быстроходных бензиновых двигателей это отношение близко к 1, на дизельных моторах ход поршня, как правило, чуть больше диаметра цилиндра.

Газораспределительный механизм

Клапаны обычно управляются через распределительный вал, вращающийся со скоростью, равной половине скорости коленчатого вала. Распределительный вал имеет несколько кулачковых механизмов, каждый из которых рассчитан так, чтобы открывать и закрывать «свой» клапан в определённое время цикла.

Во многих двигателях используются один или несколько распределительных валов, расположенных над рядом цилиндров (или над каждым рядом цилиндров). Помимо верхнего расположения распредвала часто встречается, казалось бы, забытое на легковых авто нижнее положение распредвала в блоке цилиндров. При этом кинематическая цепочка включает (снизу вверх) толкатели штанги и коромысла. Эта система, применение которой обусловлено простотой, надёжностью и компактностью, успешно себя зарекомендовала на грузовых автомобилях. Эта схема позволяет конструировать моторы с более низким центром тяжести.

Первая из описанных выше конструкций газораспределительного механизма обычно позволяет двигателям работать с бо́льшими скоростями, поскольку в этом случае имеется более короткая кинематическая цепь от кулачка к клапану.

Баланс энергии

Двигатели Отто имеют КПД около 35 % — иными словами, 35 % энергии, генерируемой при сжигании топлива, преобразуется в энергию вращательного движения выходного вала двигателя, а остальное теряется в виде тепла. Для сравнения: шеститактный двигатель может преобразовывать в полезную вращательную энергию более 50 % энергии, высвобождаемой при горении топлива.

Современные двигатели часто конструктивно имеют намеренно меньший КПД, чем они могли бы иметь. Это необходимо для уменьшения выбросов с помощью таких средств как система рециркуляции выхлопных газов и каталитический конвертер.

Уменьшению КПД можно препятствовать с помощью системы контроля двигателя (англ. ), использующей технологии эффективного сжигания топлива.^[1]

Применение

Сегодня двигатели внутреннего сгорания в легковых и грузовых автомобилях, самолётах и во многих других машинах в большинстве случаев используют четырёхтактный цикл. Четырёхтактные двигатели могут быть как бензиновыми, так и дизельными.

Примечания

1. ↑ Air pollution from motor vehicles By Asif Faiz, Christopher S. Weaver, Michael P. Walsh

Рабочий цикл четырехтактного двигателя — 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-тактный двигатель: принцип работы

Тип силового оборудования имеет решающее значение при выборе. Сегодня существует два варианта – 4-тактный двигатель и 2-тактный.

Особенности

Силовое оборудование работает на основе расширения газов при нагреве, которое возникает при воспламенении топлива, попадающего во внутреннюю часть цилиндра. Многие придерживаются мнения о том, что 4-х-тактный двигатель Briggs Stratton обладает лучшими характеристиками. Чтобы получить однозначный ответ, стоит разобраться в особенностях работы обоих видов.

Кривошипно-шатунная конструкция и механизм, отвечающий за распределение газа – это главные составляющие, не менее важные системы, обеспечивающие смазку элементов, зажигание и питание.

Кривошипно-шатунное устройство производит передачу необходимого воздействия расширяющихся газов, в то время как механизм, распределяющий их, подает бензин в пространство цилиндра.

4-х-тактный двигатель характеризуется экономичным потреблением топлива, отсутствием горючих смесей в выхлопе, менее высоким уровнем воспроизводимого шума, а также экологичностью, благодаря чему он приобрел распространение у многих компаний, занимающихся выпуском автомобилей.

Как работает двухтактный двигатель

Весь процесс основывается на рабочем ходе и сжатии.

Поршень находится в основном в двух положениях – это нижняя и верхняя мертвые точки. При перемещении от одной к другой, перекрывается попеременно продувочное и выпускное отверстие, затем начинает сжиматься присутствующий в цилиндре газ. В это время горючая смесь выходит из впускного окна и поступает в камеру кривошипно-шатунного механизма, именно она впоследствии и будет сжиматься.

После того как пары воздуха и бензина дойдут до максимальной степени сжатия, электрическая искра, идущая от свечи, воспламеняет их. В это время образуется давление, способствующее движению поршня к нижней точке за счет резкого увеличения объема газа и температуры смеси. В процессе перемещения открывается выпускное отверстие и выходят продукты горения. Смесь сдавливается при движении поршня и оказывается в камере сгорания, одновременно открывается продувочное окно.

Положительные и отрицательные стороны

Механизм отличается достаточным количеством недостатков, среди которых высокий топливный расход, при этом большая часть уходит впустую. Это вызвано частичным выбросом смеси паров во время одновременного открытия выпускного и продувочного окна. Также нужно отметить непрерывный расход масла, так как оно входит в состав смеси и без него невозможна работа двигателя. Еще одна отрицательная сторона заключается в непрерывном приготовлении топливной смеси.

Двухтактный механизм обладает небольшим весом и габаритами, чем не может похвастаться 4-тактный двигатель. Но в процессе эксплуатации автомобиля он доставляет больше проблем, из-за чего такой вариант распространен в сфере моделирования, где особое значение придается каждому лишнему килограмму.

Как работает четырехтактный мотор

Он полностью отличается от своего более легкого аналога. Принцип 4-тактного двигателя заключается в цикле, состоящем из последовательного впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска, благодаря чему нашла свое применение клапанная система.

Поршень открывает впускное устройство путем перемещения вниз, затем горючая смесь попадает в цилиндр, одновременно создается рабочая смесь после перемешивания с остатками от использованного состава.

Процессы, систематически повторяющиеся, в установленной последовательности представляют собой рабочий цикл, они происходят во всех цилиндрах и обеспечивают проведение механической работы за счет преобразования энергии.

Достоинства

Мотор в обычном автомобиле работает на основе четырехэтапного цикла, он происходит во время четырех перемещений поршня или двух оборотов коленвала.

4-тактный дизельный двигатель обладает совершенно иным методом воспламенения рабочей смеси и ее образования, по сравнению с карбюраторным вариантом. Главное различие в такте впуска, так как в дизельный цилиндр поступает воздух, нагретый до высоких температурных значений, а топливо, распыленное на мельчайшие частицы, воспламеняется под влиянием уровня температур.

4-тактный двигатель имеет в своей конструкции масляный картер, эта деталь отвечает за смазочные материалы, точнее, за постоянное нахождение на установленном уровне. Масляный насос передает материал в систему смазки и распределяет на стенках внутренней части цилиндра. В итоге трение поршня снижается благодаря масляной тонкой пленке. Маслосъемные специальные кольцевые элементы предотвращают попадание масляной жидкости в камеру сгорания путем обратного отведения. При этом масляный насос используется, как правило, в двигателях с мощностью более 5 л/c. В других случаях смазка распределяется масляным туманом, создание которого обеспечивается коленвалом.

На 4-х-тактный двигатель приходится меньшая степень нагрузки, за счет этого масло поступает систематически в требуемом объеме, благодаря чему увеличивается срок эксплуатации механизма.

В течение сезона необходима только одна замена смазки. Стоит отметить, что нужно периодически проверять уровень масла, хотя оно не может внезапно исчезнуть. Сегодня производители упростили задачу водителям и оснастили современные модели специальными датчиками, контролирующими уровень смазки и сообщающими о необходимости ее замены.

Главное отличие

Как было отмечено выше, два вида мотора имеют принципиальное различие, которое заключается в смазке двухтактных механизмов, осуществляющейся смесью бензина и масла, которая впоследствии сгорает. Некоторые из них обладают специальной системой, осуществляющей подачу масла в картер, но смысл остается прежним – бензин сгорает вместе с маслом. В то время как китайский 4-тактный двигатель “Лифан”, как и любой другой подобного плана, оснащается приспособлениями для возвращения масла в специальный отсек.

Смазочные материалы

Ввиду имеющихся отличий у моторов, автомобильные масла должны соответствовать различным требованиям:

• масло для четырехтактного механизма должно обладать высокими смазочными свойствами, которые остаются прежними в течение долгого времени;
• для другого вида необходимо максимальное сгорание смазочного материала с минимальными остаточными явлениями в виде сажи и золы.

На заре существования двигателей обычная перегонка нефтяных продуктов применялась для производства смазки. При этом состав был одинаков для обоих вариантов. Необходимость в создании новых масел не возникала из-за того, что 4-тактный двигатель имел низкую мощность, и как следствие, незначительный износ и малые нагрузки на составные элементы. Позднее резерв составов был исчерпан постепенным возрастанием оборотов в процессе работы и общими параметрами. Данная задача была решена применением присадок – специальных добавок для автомобильных масел. Они и сегодня существенно повышают характеристики смазочного материала.

Мощность

Существует мнение о том, что двигатели 2Т мощнее за счет полного использования топливной энергии в течение двух оборотов вала. Это не совсем так, ведь в данном варианте цилиндр, в отличие от мотора другого вида, имеет не цельную конструкцию, и его часть приходится на выпускные и впускные отверстия, соответственно, сгорает меньший объем топлива.

Простота исполнения механизма 2Т вызвала использование в качестве смазки смеси бензина и масла. Рабочая смесь с содержанием смазки характеризуется более низким выделением энергии. Также конструкционные особенности привели к пустому расходу горючей смеси, на которую приходится достаточно весомая часть. При этом двигатель 4-тактный китайский обладает более сложным исполнением, и как следствие, незначительным количеством несгорающего топлива. То есть, моторы 2Т отличаются большей мощностью только в достаточно узком диапазоне.

Коромысло и клапаны четырехтактного двигателя

МенюРамаКоленвалШатунГильзаПоршеньГоловка цилиндровРаспредвалТопливный насосКлапаныТурбокомпрессорДвигатели Операционная информация Среднескоростной 4-тактный поршневой ствол Двигатель Рокер Редукторы и клапаны **** Выпадающее меню DHTML на основе JavaScript, созданное NavStudio.(OpenCube Inc. — http://www.opencube.com) **** 4-тактные судовые дизели, используемые для основных или вспомогательных мощность на борту корабля будет иметь несколько впускных и выпускных клапанов к головкам цилиндров. На среднеоборотных двигателях это обычно занимает в виде двух впускных и двух выпускных клапанов на агрегат.Причины для это следующие: Площадь отверстий клапана должна быть достаточно большой для обеспечения эффективного газообмена. Если область слишком маленький, тогда в цилиндр будет подаваться / втягиваться недостаточно воздуха во время такта впуска и на такте выпуска двигатель будет выполнять работу по выталкиванию выхлопных газов из цилиндра. В головке блока цилиндров должны быть впускной и выпускной патрубки. клапаны, поэтому в отличие от двухтактного двигателя, один большой центральный выхлоп клапан не возможен. Если клапаны слишком большие, то прочность головка блока цилиндров будет повреждена. Поддержание температуры выпускного клапана в пределах приемлемые пределы имеют первостепенное значение. Проще охладить меньший клапан. Подвижные части и пружины меньшего размера пропорции, уменьшающие инерцию деталей и потребляемую мощность по двигателю. Прочная головка блока цилиндров симметричной формы Достигнут. Выхлопные клапаны могут работать в тяжелых условиях, и требуют регулярного ремонта. Для этого выпускные клапаны часто помещается в отдельные клетки. Это позволяет выпускному клапану можно менять и ремонтировать без снятия ГБЦ.В клетки имеют каналы водяного охлаждения, подключенные к головке блока цилиндров охлаждающая вода. Клетка из литой стали. Охлаждаемые сиденья изготовлены из жаропрочная молибденовая сталь, которая может быть облицована стеллитом. В выпускной клапан может быть из аналогичного материала или из нимонового сплава. Впускные клапаны работают в гораздо менее тяжелых условиях и обычно не помещаются в отдельные клетки. Две пружины разного размера установлены для положительного закрытие клапанов. Причина установки двух пружин в том, что если один выйдет из строя, другой предотвратит падение клапана в цилиндр. Две пружины имеют разные характеристики вибрации, поэтому частота резонанса снижается. (резонанс — это когда два элемента вибрировать с той же частотой, поэтому амплитуда колебаний равна усилено.) Выпускные клапаны предназначены для вращения во время работы. В Причины этого заключаются в том, чтобы предотвратить неравномерную температуру, поэтому он не деформироваться и не просачиваться, а также помочь удалить любые скопления отложения на клапане и седле, которые могут препятствовать закрытию клапана должным образом и привести к «забиванию» посадочных поверхностей. А обычно используется механический метод, и это либо «ротокап» или «турномат».Крылатые ротаторы или блесны, используемые на Выхлопные клапаны двухтактных двигателей также могут использоваться, но для этого необходимо кольцо шарикового подшипника между держателем пружины и крышкой. Выгорание выпускных клапанов Если выпускной клапан не сидит правильно, Горящий газ под высоким давлением будет проходить через грани клапан и седло во время рабочего хода.Это вызовет температура клапана и седла повысится в этой области, ослабление материала и искажение поверхностей. Скорость горящего газа разрушит поверхность, позволяя утечка газа. Температура клапана в этой области будет поднимаются дальше, что приводит к дальнейшему прожиганию и еще большему искажению. Первым признаком сгорания клапана будет повышение температура выхлопных газов, которая будет быстро расти вместе с пропаданием мощности от агрегата. Отложения ванадиевого шлака, возникающие при температурах выше 540 C вызывает коррозию поверхностей клапана, что может привести к выхлопу. газ пролетел мимо. С этим борются за счет эффективного охлаждения и использования подходящие материалы (стеллит и нимоновые сплавы). Коромысло Главный и подчиненный Большинство четырехтактных двигателей средней скорости толкать штанги и коромысло, чтобы открывать и закрывать клапаны на правильное время.Управляется кулачками, механически синхронизированными с коленчатый вал толкатели передают движение на коромысло, который толкает клапаны в нужное время. Потому что там в головке блока цилиндров установлено по два клапана каждого клапана, коромысло шестерня должна управлять обоими клапанами одновременно. Различные методы используются, включая устройства ведущего и ведомого устройства (Sulzer ZA40) и коромысло (Fiat). Гидравлическая система управления была введена вместо толкателя тяги и коромысло на Sulzer ZA50. Это имело преимущество возможность регулировать время закрытия клапанов в соответствии с условиями эксплуатации. Хомут Зазоры коромысел или толкателей Зазоры коромысла или толкателя относятся к зазору между верхней частью шпинделя клапана и коромыслом.это чтобы гарантировать, что клапан закрывается должным образом, когда он расширяется, поскольку он доходит до рабочей температуры. Зазоры устанавливаются согласно инструкции производителя, но обычно выполняются с двигателем холодный, и с толкателем толкателя на основной окружности кулачок. (один из способов убедиться в этом — повернуть регулируется до ВМТ на рабочем ходе.) Если зазор слишком мал, то есть не только вероятность того, что клапан не закроется должным образом, когда он поднимется до температуры, но он эффективно откроется рано и закроется поздно. И наоборот, если зазор слишком велик, клапан будет открывать поздно и закрывать рано

Применение в 2-4-тактных двигателях и потребности в смазке

Двухтактные и 4-тактные двигатели

работают в разных условиях, требуя разных методов смазки.

Двухтактные и четырехтактные двигатели работают в разных условиях, требуя разных методов смазки.

Двигатели внутреннего сгорания, двухтактные или четырехтактные, преобразуют химическую энергию, содержащуюся в топливе, в механическую энергию, используемую для приведения в действие транспортного средства или другого оборудования.

Они достигают этого посредством события сгорания, которое включает в себя четыре отдельных цикла: впуск , сжатие , мощность и выпуск .

Двигатель втягивает воздух / топливо в цилиндр, сжимает его для подготовки к сгоранию, воспламеняет его, чтобы произвести взрыв, который толкает поршень вниз, и, наконец, вытесняет выхлопные газы перед началом нового цикла.

Различия между 2-тактными и 4-тактными двигателями
Каждое движение поршня вверх или вниз называется ходом . Термины «2-тактный» и «2-тактный», а также «4-тактный» и «4-тактный» часто меняются местами.Основное различие между 2-тактными и 4-тактными двигателями заключается в том, как они удаляют выхлопные газы после сгорания и вводят свежую смесь для следующего цикла.

Конструкция камеры четырехтактного двигателя
Для достижения этой цели в четырехтактном двигателе используются впускные и выпускные отверстия, расположенные в верхней части камеры сгорания. Впускные и выпускные клапаны управляют открытием и закрытием портов для управления входящими и выходящими газами. Впускной канал контролирует поступающий воздух, который вступает в реакцию с топливом при воспламенении.Выхлопное отверстие выводит сгоревшие газы из камеры сгорания.

Цикл сгорания четырехтактного двигателя
Для четырехтактного цикла требуется два полных оборота коленчатого вала для завершения тактов впуска, сжатия, мощности и выпуска. Во время первого оборота топливно-воздушная смесь втягивается в камеру сгорания через впускной канал и сжимается. Во время второго оборота происходит воспламенение топливно-воздушной смеси и выделяются сгоревшие газы.

Анимированные двигатели — четырехтактный

Четырехтактный двигатель

Четырехтактный двигатель был впервые продемонстрирован Николаусом Отто в 1876 ​​ ¹ , поэтому он также известен как Отто цикл . Технически правильный термин четырехтактный цикл . Четырехтактный двигатель, пожалуй, самый распространенный тип двигателя в настоящее время. На нем установлены почти все автомобили и грузовики.

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

Впуск

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

Сжатие

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

Мощность

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

Выхлоп

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

---

Система зажигания

На этой анимации также показана простая система зажигания, использующая прерыватель. точки, катушка, конденсатор и аккумулятор.

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

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

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

Более крупные четырехтактные двигатели обычно включают более одного цилиндра, имеют различное расположение распределительного вала (сдвоенное, верхнее и т. д.), иногда с системой впрыска топлива, турбокомпрессорами, несколькими клапанами и т. д. эти усовершенствования изменяют базовую работу двигателя.

2-тактные и 4-тактные двигатели

Что лучше: 2-тактный или 4-тактный двигатель?

Каждый просматриваемый вами веб-сайт, посвященный двух- и четырехтактным двигателям, представляет собой список, в котором сравниваются достоинства и недостатки каждого двигателя.Но действительно ли такой список справедлив или просто сравнение между дешевым двухтактным двигателем и дорогим четырехтактным двигателем, в который было вложено много времени и исследований?

Как работают двигатели

«Ход» относится к движению поршня в двигателе. 2 Ход означает один ход в каждом направлении. У двухтактного двигателя будет такт сжатия, за которым последует взрыв сжатого топлива. На обратном ходу в цилиндр подается новая топливная смесь.

Четырехтактный двигатель имеет 1 ход сжатия и 1 ход выхлопа. За каждым следует обратный ход. Такт сжатия сжимает топливно-воздушную смесь до взрыва газа. Такт выпуска просто выталкивает сгоревшие газы наружу.

Четырехтактный двигатель обычно имеет распределитель. который подает искру в цилиндр только тогда, когда его поршень находится рядом ВМТ (верхняя мертвая точка) на такте сжатия топлива, т.е.одна искра каждые два оборота коленчатый вал. Некоторые 4-тактные двигатели избавляются от распределителя и зажигать искры при каждом повороте рукоятки. Это означает, что искра происходит в баллон, в котором только что сгорели газы, что означает свечу зажигания изнашивается быстрее.

Анимированные изображения, демонстрирующие примеры этих двигателей, можно найти на сайте carbibles.com.

Общий список преимуществ и недостатков

Преимущества двухтактных двигателей:
— Двухтактные двигатели не имеют клапанов, что упрощает их конструкцию.
— Двухтактные двигатели срабатывают один раз на каждый оборот (четырехтактные двигатели стрелять один раз через каждую вторую революцию). Это дает двухтактным двигателям значительный прирост мощности.
— Двухтактные двигатели легче и дешевле в производстве.
— Двухтактные двигатели имеют потенциал примерно вдвое большей мощности того же размера, потому что в два раза больше силовых ходов на революция.

Недостатки двухтактных двигателей:
— Двухтактные двигатели не живут так долго, как четырехтактные.В Отсутствие специальной системы смазки означает, что детали двухтактного двигатель изнашивается быстрее. Для двухтактных двигателей требуется смесь масла в газом для смазки коленвала, шатуна и цилиндра стены.
— Масло для двухтактных двигателей может быть дорогим. Пропорция смешивания составляет около 4 унций. на галлон газа: сжигание около галлона нефти каждые 1000 миль.
— Двухтактные двигатели неэффективно расходуют топливо, сокращая пробег на галлон.
— Двухтактные двигатели производят больше загрязнений.
С:
— Сгорание масла в газе. Масло делает все двухтактные двигатели до некоторой степени задымлены, а сильно изношенный двухтактный двигатель может выделять более маслянистый дым.
— Каждый раз, когда в камеру сгорания загружается новая смесь воздух / топливо, часть его просачивается через выхлопное отверстие.

Очистка воздуха

Майкл Харрисон из команды DeepScience BIGENZ говорит следующее:
Большая часть написанного о преимуществах и недостатках 2 ходы против 4 ходов на самом деле не правильно.

Возьмем, к примеру, смазка выпуск 2-х тактных двигателей, обязательно малые двигатели бензопилы масло может смешаться с топливом, но это не прямой результат 2-тактный двигатель, это результат того, что кто-то очень простой движок. посмотрите на любую большую гусеницу или Детройт 2 ход у них обычные маслосборники, масляные насосы и полное давление питаются системы смазки и они 2-х тактные!

Также аргумент около клапанов 4-тактных по сравнению с язычками и 2-тактными портами также неверно.Конечно, для некоторых простых двух ударов могут использоваться очень примитивные системы. для достижения контроля топливно-воздушной смеси в двигателе и выхлопе из двигателя, но опять же это не функция того, что они 2 инсульт! Я работал над 2-тактными двигателями с тарельчатыми клапанами. в голове (как стандартный 4-тактный) — но их определенно 2 инсульт — просто таких двигателей не так много в народе глаз — в следующий раз, когда океанский лайнер (корабль) зайдет в порт, проверьте его 2-тактный дизельный двигатель с турбонаддувом и прямым впрыском!

Наконец, аргументы простота , вес, удельная мощность и стоимость изготовления не являются функцией двухтактных двигателей в сравнении с четырехтактными.Ошибка большинства этих комментариев заключается в том, что они сравнивают простые бензопила 2-х тактный двигатель со сложным 4-х тактным двигателем от автомобиля — не очень справедливое сравнение.

Что касается выхлопа emmisions 2-х тактный — ознакомьтесь с двухтактным дизайном Surrich / Orbital, который подвесные двигатели Mercury используете — это такое же чистое горение, как и любой 4-тактный.

ЕДИНСТВЕННОЕ правильное сравнение 2 удара с 4 ударами — это то, что 2 удара может (теоретически) произвести вдвое больше мощности четырехтактного двигателя того же размера и того же оборотов

Эти безумные снегоходы. Эпизод Анимация

В популярном и потрясающем телешоу Scrapheap Challenge по крайней мере в одном эпизоде ​​была показана анимация, в которой сравнивалась работа двухтактных и четырехтактных двигателей. К сожалению, похоже, что аниматор не совсем понял, что происходит, и в итоге показал одинаковую двухтактную анимацию для обоих, за исключением того, что двухтактная анимация воспроизводилась в два раза быстрее. Один ответ в защиту анимации предположил, что это произошло потому, что «этот конкретный 4-тактный двигатель зажигает свечу зажигания один раз за каждый оборот.«

Майкл, однако, отклоняет эту идею, говоря: «Что касается диаграммы [в снегоходах эпизод Scrapheap Challenge] — конечно, маленькие 4-тактные двигатели «тратить огонь» на свечу зажигания в конце такта выпуска, но это не приведет к взрыву, как показано на схемах, но опять же здесь идея «сжигания отходов» не имеет ничего общего с 4-тактным двигателем. цикл, скорее это результат простой конструкции двигателя газонокосилки.На диаграммах должны быть изображены основные отличия двухтактного двигателя. и 4-х тактный двигатель. Следовательно, нужно показывать стрельбу каждую революцию а другой — через каждые 2 оборота «.

Так что лучше?

В конце концов, победителем, вероятно, станет тот, кто потратил на это больше денег и технологий.