Схема работы четырехтактного двигателя: Принцип работы четырехтактного двигателя

Содержание

ᐉ Принцип работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС)

Принцип действия двигателя внутреннего сгорания (ДВС) показан на рисунке, где для наглядности совмещена индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя и его принципиальная схема.

Поршень, перемещаемый в цилиндре диаметром D, шарнирно соединен с шатуном, который в свою очередь шарнирно соединен с кривошипом коленчатого вала. В головке цилиндра установлены впускной к1, и выпускной к2 клапаны, которые связывают полость внутри цилиндра с окружающей средой. Поршень совершает возвратно-поступательное движение (ход поршня S), а коленчатый вал — вращательное. Так как двигатель четырехтактный, одному обороту коленчатого вала соответствуют два хода поршня.

Рис. Индикаторная диаграмма работы четырехтактного ДВС и его принципиальная схема

При движении поршня от клапанов внутрь цилиндра через впускной клапан к1 засасывается горючая смесь (кривая О—1′). Прямая a—а’ соответствует давлению окружающей среды. При впуске не происходит изменение параметров состояния смеси (р, v и Т), меняются лишь масса (G) и объем (V) смеси. При обратном движении поршня горючая смесь сжимается по адиабате (кривая 1’—2). Происходит изменение состояния смеси, параметры p, v и Т при постоянном количестве смеси, заключенной в цилиндре, при сжатии изменяются. Клапаны при этом закрыты.

По окончании сжатия смесь зажигается и очень быстро сгорает. Прямая 2—3 соответствует изменению состояния рабочего тела, причем происходит изменение как термодинамических параметров, так и химического состава рабочего тела. До вспышки (точка 2) рабочее тело представляло собой горючую смесь, в конце горения (точка 3) это уже продукт горения.

На этом этапе происходит очень резкое увеличение давления (р) и температуры (Т). Теплотой, выделившейся в результате сгорания смеси, нагреваются продукты сгорания, их давление и температура увеличиваются.

Когда поршень делает третий ход, происходит процесс расширения газов (кривая 3—4), осуществляется адиабатный процесс изменения состояния продуктов сгорания.

При четвертом ходе поршня, который совпадает по направлению со вторым, из цилиндра удаляются продукты сгорания через выпускной клапан к2. Причем начало этого процесса совпадает с концом процесса расширения (прямая 4—1). Избыточное давление в цилиндре падает. При этом не происходит изменения состояния рабочего тела, так как падает давление с р4 до р1 не в результате охлаждения рабочего тела посредством теплообмена в холодильнике, а путем выпуска рабочего тела, т.е. без теплообмена.

Далее, при движении поршня в сторону клапанов происходит принудительное удаление остатков продуктов сгорания из цилиндра (кривая 1—0)у меняется масса (G) и объем (V) рабочего тела. Далее цикл повторяется.

Таким образом, цикл двигателя внутреннего сгорания формируется четырьмя возвратно-поступательными ходами поршня, называемыми тактами двигателя. Поэтому данный двигатель называется четырехтактным.

Если у двигателя отсутствуют такты впуска и выпуска, то он называется двухтактным, и его вал делает один оборот за цикл. Цикл двухтактного двигателя состоит из тех же процессов, что и для четырехтактного, а название тактов определяется основными процессами, которые протекают в цилиндре (такт расширения и такт сжатия). При этом процессы впуска свежего заряда и выпуска продуктов сгорания осуществляются соответственно в начале такта сжатия и в конце такта расширения, протекая почти одновременно. Площадь фигуры 1234 на индикаторной диаграмме соответствует работе за один цикл.

На рисунке показана индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. Диаграмма термодинамического цикла отлична от индикаторной диаграммы, так как она показывает изменение состояния рабочего тела, а индикаторная — изменение давления в цилиндре в зависимости от положения поршня.

ДВС, как это видно из рисунка, не работают по замкнутому круговому процессу, но их циклы условно считают круговыми обратимыми циклами и при их исследовании используют те же термодинамические методы изучения, для чего действительные процессы, протекающие в ДВС, заменяются обратимыми термодинамически ми процессами. Составленный из термодинамических обратимых процессов цикл исследуется на термический КПД, работу и параметры состояния.

Исследование теоретических циклов позволяет определить максимальный с точки зрения термодинамики КПД в данных условиях и факторы, которые влияют на экономичность двигателя.

По принципу работы, т. е. по характеру подвода теплоты к рабочему телу циклы ДВС можно разбить на три группы:

циклы с подводом теплоты к газу при постоянном объеме;

циклы с подводом теплоты к газу при постоянном давлении;
смешанные циклы — с подводом теплоты к газу частично при постоянном объеме, частично при постоянном давлении.

Термодинамические циклы исследуются одним методом, который включает в себя следующие этапы:

по условию и характеру работы двигатели строится индикаторная диаграмма цикла;
определяются параметры рабочего тела в характерных точках на основании формул, выражающих соотношения между параметрами состояния для процессов данного цикла;
определяются теплота и работа цикла;
определяется термический КПД цикла по формуле:
n = I — (q2/q1)
выявляются факторы, влияющие на термодинамический КПД, и определяются пути его повышения.

Устройство и принцип работы четырехтактного двигателя скутера

271009

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

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

Справка

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

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

-экономичность расхода топлива

-надежность

-простота обслуживания

-четырехтактный двигатель работает тише и устойчивей.

В отличие от двухтактного двигателя, в котором смазка коленвала, подшипников коленвала, компрессионных колец, поршня, пальца поршня и цилиндра осуществляется благодаря добавлению масла в топливо; коленвал четырехтакного двигателя находится в маслянной ванне. Благодаря этому Вам не надо смешивать бензин с маслом или доливать масло в специальный бачок (на моделях двухтактных скутеров с раздельной системой смазки). Достаточно залить чистый бензин в топливный бак и можно ехать, при этом отпадает необходимость покупки специального масла для 2-тактных двигателей. Так же на зеркале поршня и стенках глушителя и выхлопной трубы образуется значительно меньше нагара. К тому же, в 2-тактном двигателе происходит выброс топливной смеси в выхлопную трубу, что объясняется его конструкцией. К незначительным недостаткам, которые с лихвой окупаются достоинствами, можно отнести работы по регулировке теплового зазора клапанов и время разгона скутера с места, которое несколько больше, чем у двухтактных мопедов.

Последнюю проблему можно устранить оптимальной настройкой вариатора и центробежного сцепления.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Далее повторяются все четыре такта.

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

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

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

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

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

Далее все повторяется.

Автор: Артем Петров

Картинки: „start your engines»

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

○ Вы можете купить скутер в нашем магазине выбрав удобный способ оплаты: наличными курьеру, картой, в кредит, рассрочка.

100922

080322

180521

070920

190820

Схема 4-тактного двигателя и принцип работы

Четырехтактный двигатель — это тип двигателя, который широко используется во многих автомобилях. Есть причина, по которой многие автомобили используют 4-тактный двигатель, в основном четырехтактный двигатель имеет более низкий расход топлива.

Это делает автомобили более экономичными, кроме того, этот тип двигателя имеет лучшие выбросы, чем двухтактный двигатель.

Сегодня мы познакомимся со схемой цикла 4-тактного двигателя. Если у вас есть вопрос, как работает четырехтактный двигатель? в этой статье вы найдете ответ.

Принцип работы 4-тактного двигателя

Как следует из названия, этот двигатель имеет 4 такта в цикле.

Такт всасывания/впуска
Такт сжатия
Такт сгорания
Такт выпуска

Прежде чем мы обсудим принцип работы, вам нужно понять основную часть этого двигателя. По крайней мере, есть 4 основные части;

Блок цилиндров, трубчатая часть, используемая для движения поршня.
Головной цилиндр, цилиндр с закрытым верхом, который используется в качестве камеры сгорания и части корпуса другой части двигателя (например, свечи зажигания и клапанного механизма).
Поршень, цилиндрическая деталь, перемещающаяся вверх и вниз. Движение поршня изменит объем внутри камеры сгорания, это основная идея работы четырехтактного двигателя.
Клапанный механизм, этот клапан играет роль двери для входа воздуха в камеру сгорания и для отвода выхлопных газов в глушитель. Клапан, управляемый механизмом, связанным с коленчатым валом двигателя.

После того, как вы поняли основную часть, давайте обсудим главное меню;

1. Такт впуска

Такт впуска — это процесс, при котором газ (смесь воздуха и топлива с определенным уровнем) вводится в пространство внутри двигателя, которое называется камерой сгорания.

Принцип его работы начинается от поршня, положение которого находится в ВМТ (верхней мертвой точке). Это положение означает, что поршень находится в верхней части блока цилиндров. В этом положении в камере сгорания остается очень мало места.

Однако, когда такт впуска начинается, когда поршень движется вниз. Так что объем камеры сгорания будет увеличиваться, и влияние вакуума в камере сгорания также становится больше. Увеличение объема камеры сгорания за счет движения поршня вниз, в другой стороне открывается впускной клапан и он будет всасывать газ, подготовленный для поступления в увеличенную камеру сгорания.

Где газ может попасть в камеру сгорания?

Не следует забывать, что в 4-тактном двигателе есть клапанный механизм, который может регулировать открытие клапана в зависимости от времени (когда всасывается). В этом случае, когда начнется такт впуска, впускной клапан откроется, чтобы газ из впускного коллектора мог беспрепятственно поступать в камеру сгорания.

В конце этапа всасывания поршень находится в НМТ (нижней мертвой точке), т. е. в положении, при котором поршень находится у нижнего конца блока цилиндров. Это делает объем камеры сгорания максимальным и полностью заполненным газом, готовым к сжиганию.

2. Такт сжатия

Такт сжатия — это процесс увеличения давления и температуры газа внутри камеры сгорания, потому что для получения более высокой взрывной мощности или расширения нам нужно сжигать газ при более высокой температуре и объеме.

Возможно, вы видели взрывную петарду. Почему петарды могут взрываться? а мощность расширения тоже есть? Это потому, что в закрытом помещении горят взрывчатые вещества. Даже на автомате в двигателе используется не взрывчатый порох, а газ.

Обычно этот газ легко адаптируется к пространству и легко воспламеняется, но его способность к расширению низка. Для увеличения мощности расширения одним из используемых методов является повышение давления и температуры газа.

Такт сжатия начинается, когда поршень в положении НМТ перемещается в ВМТ (движется вверх). Ранее в конце ступени всасывания камера сгорания на максимальном объеме заполнялась газом. При редком сжатии поршень движется обратно вверх. Другими словами, это движение уменьшит объем камеры сгорания.

В этом состоянии впускной клапан и выпускной клапан плотно закрыты. Так что сжатие внутри объема камеры сгорания будет сжимать газ в камере сгорания. К концу этапа сжатия давление и температура газа уже находятся на самом высоком уровне, поэтому они готовы к сжиганию.

3. Рабочий ход/такт сгорания

Этапы горения можно интерпретировать как воспроизведение удара, потому что на этом этапе происходит горение. Ранее в конце такта сжатия положение поршня было уже вверху с газом в камере сгорания при полном давлении и высокой температуре.

В этих условиях небольшие триггеры (например, электрические искры) могут сжечь газ. Так что, когда этот удар произойдет, свеча зажигания будет брызнуть огнем. В результате газы высокого давления сгорают и вызывают значительную взрывную силу.

Но конструкция двигателя сделана таким образом, чтобы выдерживать силу расширения. Так что взрывная сила сгорания может быть направлена на перемещение поршня вниз. Мощность расширения будет влиять на мощность движения поршня. В конце концов, мощность движения поршня будет влиять на мощность автомобиля.

Другими словами, почему поршень в двигателе может сам двигаться вверх и вниз? это происходит из-за влияния импульса или силы взрыва при горении. Сила расширения имеет достаточную мощность, чтобы не только поршень мог двигаться вверх и вниз, но также мог перемещать трансмиссию автомобиля, пока автомобиль не сможет двигаться быстро.

4. Такт выпуска

Это последний этап цикла четырехтактного двигателя, на этом этапе происходит сброс остаточных газов сгорания из камеры сгорания в выхлоп.

Процесс происходит, когда поршень получает мощность расширения, поршень движется к НМТ. Когда поршень достигает НМТ, поршень движется прямо вверх благодаря механизму коленчатого вала. При перемещении поршня в эту ВМТ выпускной клапан открывается. Так что поршень непосредственно выталкивает остаточный газ сгорания, чтобы выйти через трубу выпускного коллектора.

Затем, когда поршень достигнет ВМТ, выпускной клапан закроется и вернется на ступень всасывания, чтобы продолжить следующий цикл двигателя.

Пожалуй, хватит на данный момент, надеюсь, вы понимаете это обсуждение, надеюсь, это полезно для всех вас.

Четырехтактный двигатель | Конструкция, работа и ограничения

под редакцией Редакционная группа | Теплотехника

Несмотря на мнение, что простота означает эффективность, эта фраза не совсем подходит для двигателей. Хотя четырехтактный двигатель более эффективен, чем его двухтактный аналог, он имеет небольшую нагрузку на компоненты. Давайте посмотрим, что такое четырехтактные двигатели, и посмотрим на их конструкцию и работу.

Четырехтактный двигатель

Четырехтактные двигатели — это двигатели внутреннего сгорания (ВС), которые совершают 4 тактов за 1 термодинамический цикл для выработки энергии.

Под ходом понимается полный ход поршня по цилиндру. Таким образом, в четырехцилиндровом двигателе в первом такте поршень перемещается из нижней мертвой точки (НМТ) в верхнюю мертвую точку (ВМТ), а во втором такте — из ВМТ обратно в НМТ. Это приводит к одному обороту коленвала . Когда поршень проходит этот процесс дважды, то всего получается 4 хода. Так как во время всех этих процессов двигатель вырабатывает мощность только один раз, из-за чего этот двигатель и получил название четырехтактный двигатель.

Конструкция четырехтактного двигателя

Понимание того, как работают эти двигатели, требует визуализации и знания их конструкции. На простейшем уровне эти двигатели имеют поршень-цилиндр , коленчатый вал , клапаны , распределительный вал, и свечи зажигания или топливную форсунку .

Схема четырехтактного двигателя.

Компоненты, из которых состоят эти двигатели:

Поршень-цилиндр: Как и любой двигатель внутреннего сгорания, они также имеют поршни и цилиндры, содержащие воздушно-топливную смесь и передающие энергию на механическое вращение коленчатого вала.
Коленчатый вал: Преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение. Это также помогает в процессе сжатия.
Свеча зажигания или топливная форсунка: В бензиновом двигателе свеча зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь. А в дизелях вместо свечи зажигания стоит топливная форсунка, которая распыляет топливо внутри цилиндра.
Клапаны: Клапаны — это отверстия, через которые воздух или топливная смесь и выхлопные газы входят и выходят из двигателя. В отличие от двухтактного двигателя, в котором отверстия открываются и закрываются за счет движения поршня, клапаны в этих двигателях управляются распределительными валами, которые открывают и закрывают клапаны в заданное время.
Распределительные валы: Это асимметричный вал с имеющимися на нем кулачками, который открывает и закрывает клапаны. Вращение этих валов создается зубчатой цепью или зубчатым ремнем, соединенным с коленчатым валом.

Работа четырехтактного двигателя

Эти двигатели, как и любой тепловой двигатель, в каждом цикле охватывают 4 термодинамических процесса. Эти четыре процесса выполняются при каждом такте четырехтактного двигателя.

Как вы уже знаете, инсульт означает. Теперь давайте посмотрим, что делают такты в этих двигателях:

Такт впуска: Впускной клапан открыт, а выпускной клапан закрыт. Поршень движется от ВМТ к НМТ, что создает вакуум в цилиндре, который всасывает воздух или топливную смесь в двигатель через впускной клапан.
Такт сжатия: Клапаны остаются закрытыми, а поршень движется от НМТ к ВМТ. Таким образом, сжимая воздушную или топливную смесь в небольшой объем и тем самым повышая ее температуру.
Рабочий ход: При закрытых обоих клапанах свеча зажигания (в бензиновом двигателе) воспламеняет сжатую смесь. В результате воспламенения смесь расширяется, тем самым воздействуя на поршень.
Такт выпуска: Последний такт — когда выпускной клапан открывается, и поршень перемещается из НМТ в ВМТ. Это движение поршня выталкивает выхлопные газы из двигателя через выпускные клапаны.

В конце четвертого такта цикл завершается, и весь процесс начинается заново; это идет постоянно.

Четырехтактный двигатель работает.

Чтобы дать вам представление о том, как быстро происходит этот процесс. Обычный двигатель велосипеда или скутера обычно работает со скоростью от 4000 до 6000 об/мин. Это означает от 4000 до 6000 оборотов коленчатого вала в минуту. Таким образом, за одну секунду оборот коленчатого вала составляет

$$4000/60 = 66,6 \text{ об/с}$$

Каждый оборот представляет собой завершение вышеуказанных четырех событий (тактов). В результате в каждую секунду описанный выше процесс происходит 33 раза (66/2) раз. Удивительно, правда? В F1, далее увеличивается в 4 раза это.

Разница между четырехтактным и двухтактным двигателем

Помимо того простого факта, что количество тактов, которое они совершают для завершения одного термодинамического цикла, эти два двигателя имеют гораздо больше различий в конструкции и работе.

Разница между двухтактными и четырехтактными двигателями:

Клапаны вместо портов: В четырехтактном двигателе некоторые клапаны приводятся в действие распределительным валом. В то время как двухтактный двигатель имеет порты, которые открывает и закрывает поршень.
Отдельное моторное масло: Вместо смешивания смазочного масла с топливом в четырехтактном двигателе используется картер для хранения смазочного масла, что не позволяет смазочному маслу смешиваться с топливом. Это приводит к уменьшению загрязнения и увеличению срока службы смазочного масла.
Высокий КПД: Отсутствие продувки и правильного сгорания приводит к повышению эффективности этих двигателей.
Половина числа рабочих тактов: Так как этот цикл завершается за четыре такта, т. е. 2 оборота. Поэтому он дает вдвое меньше рабочих тактов на оборот по сравнению с двухтактным двигателем.

Преимущество четырехтактного двигателя

Хотя эти четырехтактные двигатели несколько сложнее двухтактных. Несомненно, он обладает многими преимуществами, которые делают его весьма применимым в практических приложениях.

Некоторые ключевые преимущества, которыми обладают эти двигатели:

Хорошая топливная экономичность: В целом, эти двигатели могут обеспечить достаточную топливную экономичность благодаря своей конструкции и рабочей мифологии.
Масло не добавляется дополнительно: Наличие в этих системах отдельной системы смазки устраняет необходимость добавления моторного масла в топливный бак для смазки.
Долговечность: Чем выше контакт между поверхностями, тем выше износ между деталями. Четырехтактные двигатели рассчитаны на работу на более низких оборотах, что увеличивает срок службы двигателя, так как он меньше изнашивается.

Ограничения 4-тактного двигателя

Сложная и изощренная конструкция этих двигателей имеет свою цену, причем не только сложную по конструкции, но и более дорогостоящую по конструкции.

Области, в которых 4-тактный двигатель отступает:

Сложный дизайн: Использование клапанов, цепи привода ГРМ и распределительного вала представляет собой небольшую часть дополнительных деталей по сравнению с двухтактным двигателем.
Дорого: В этих двигателях больше деталей, что напрямую увеличивает стоимость этих двигателей.

Выводы

В целом 4-тактные двигатели имеют долгую историю практического применения; их более высокая эффективность и долговечность часто делают их предпочтительным выбором для производителей автомобилей. Чтобы узнать больше об их двухтактном аналоге, вы можете прочитать предыдущий пост о двухтактном двигателе.

Некоторые ключевые выводы из этого поста:

Четырехтактный двигатель: Четырехтактный двигатель — это двигатель внутреннего сгорания (ВС), который совершает 4 такта за 1 термодинамический цикл для выработки энергии.

Разное