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

Четырехтактный двигатель: принцип работы, основные отличия

Четырехтактный двигатель представляет собой поршневой мотор внутреннего сгорания. Рабочий процесс всех цилиндров в этих агрегатах занимает 2 кругооборота коленчатого вала или четыре поршневых такта. С середины ХХ века 4 тактный двигатель — самый распространенный вид поршневых моторов.

Принцип работы и основная характеристика

Рабочий цикл ДВС (двигателя внутреннего сгорания) состоит из ряда процессов, при которых усиливается мощность двигателя, воздействующего на коленчатый вал. Состоит рабочий цикл из нескольких этапов:

  • цилиндр заполняется топливной смесью;
  • смесь сжимается;
  • топливная смесь воспламеняется;
  • газы расширяются и цилиндр очищается.

В ДВС поршень двигается в одном направлении (вниз или вверх). Коленчатый вал совершает один оборот в два такта. Рабочим ходом поршня называют тот, при котором совершается полезная работа, и расширяются сгоревшие газы.

Двухтактными называют двигатели, в которых цикл совершается в один оборот коленчатого вала или за два такта. Четырехтактные агрегаты характеризуются совершением рабочего цикла за

два оборота коленвала или за четыре такта.

Основные характерные показатели 4 тактного двигателя:

  1. За счет движения рабочего поршня происходит обмен газов.
  2. Агрегат оснащен газораспределительным механизмом, позволяющим цилиндровую полость переключать на впуск и выпуск.
  3. Происходит обмен газов в момент отдельного полуоборота коленвала.
  4. Шестерные редукторы и ременная цепная передача дают возможность изменить моменты впрыскивания бензина, зажигания и привода газораспределительного механизма по отношению к частоте вращения коленвала.

История

Приблизительно в 1854—1857 годах итальянцами Феличче Матоци и Евгением Барсанти было создано устройство, которое по имеющимся сегодня сведениям было похоже на четырехтактный мотор. Изобретение итальянцев было утеряно и только в 1861 году. Алфоном де Роше был запатентован двигатель такого типа.

Впервые пригодный к работе четырехтактный мотор создал немецкий инженер Николаус Отто. В его честь был назван четырехтактный цикл работы циклом Отто, а 4-тактный мотор, применяющий свечи зажигания, называют двигателем Отто.

Особенности работы 4-х тактного двигателя

В двухтактном моторе смазывание поршневых и цилиндровых пальцев, коленвала, поршня, подшипника и компрессорных колец проводят, заливая масло в бензин. Коленчатый вал 4тактного мотора располагается в масляной ванне, что является существенным отличием. Именно поэтому отсутствует необходимость смешивать топливо и добавлять масло. Все, что необходимо сделать владельцу автомобиля — наполнить бензином топливный бак.

Автовладельцу, таким образом, незачем приобретать специальное масло, без которого не может функционировать двухтактный мотор. Кроме того, при наличии четырехтактного мотора на поршневом зеркале и на стенах глушителя уменьшается количество нагара. Еще одно важное отличие — в двухтактном моторе в выхлопную трубу выплескивается горючая смесь, что обусловлено его устройством.

Следует признать, что у четырехтактных двигателей также имеются небольшие недостатки. Например, у них не особо качественными являются рабочие моменты по регулированию теплового клапанного зазора.

Конструкция агрегата

Распредвал четырехтактного мотора размещается в крышке цилиндра. Он приводится в действие ведущим колесом, вмонтированном в коленчатый вал. Распределительный вал открывает и закрывает один из клапанов: выпускной или впускной, в зависимости от расположения поршня. На распределительном вале также расположены кулачки, которые приводят в действие клапанные коромысла.

Коромысла после срабатывания, начинают воздействовать на определенный клапан и открывают его. Важно, что между регулировочным винтом и клапаном должен быть тепловой зазор (узкий промежуток). При нагреве металл расширяется, поэтому, если зазор слишком маленький или его нет вообще, клапаны не могут закрыть полностью каналы выпуска и впуска.

У клапана впуска зазор должен быть меньше, чем у клапана выпуска, потому как газы выхлопа горячее, чем смесь. Соответственно клапан впуска нагревается меньше, чем клапаны выпуска.

Работа двигателя

Как уже было отмечено работа четырехтактного мотора состоит из четырех тактов поршня или из двух оборотов коленвала.

Этапы работы :

  1. Впуск. Поршень движется в нижнюю сторону, открывая клапан впуска. Из карбюратора горючая смесь поступает в цилиндр. Когда поршень достигает нижнего положения, клапан впуска закрывается.
  2. Сжатие. Поршень движется вверх, провоцируя сживание горючей смеси. Когда он приближается к верхней точке, сжатый бензин возгорается.
  3. Расширение. Бензин возгорается и сгорает. В результате чего происходит растяжение горючих газов, и поршень движется вниз. При этом два клапана оказываются закрытыми.
  4. Выпуск. Коленчатый вал по инерции продолжает двигаться вокруг своей оси, а поршень движется вверх. Вместе с этим открывается клапан выпуска, и выхлопные газы поступают в трубу. При прохождении клапаном мертвой точки, клапан впуска закрывается.

Конструктивные и эксплуатационные отличия четырехтактных двухтактных бензиновых двигателей

Главное отличие четырехтактного двигателя от двухтактного обусловлено разными механизмами газообмена, а именно: удалением отработанных газов и подачей топливно-воздушной смеси в цилиндр.

Процессы заполнения цилиндра

и его очистки в четырехтактном двигателе происходят с помощью газораспределительного специального механизма, который в определенное время открывает и закрывает рабочий цикл.

Очистка цилиндра и его заполнение в двухтактном двигателе выполняется в одно время с с расширением и сжатием при нахождении поршня поблизости мертвой нижней точки. В стенках цилиндра для этого имеется два отверстия: продувочное или впускное и выпускное. Через выпускное отверстие поступает топливная смесь, и выходят отработанные газы.

Основные отличия двухтактных и четырехтактных двигателей:

  1. Литровая мощность. В четырехтактном двигателе на два оборота коленчатого вала приходится один рабочий ход. Поэтому теоретически двухтактный двигатель должен иметь литровую мощность вдвое больше, чем четырехтактный. Но на практике превышение составляет около 1,8 раза, благодаря использованию поршня при расширении хода, а также наличия худшего механизма освобождения цилиндра от отработанных газов и больших затрат на продувку части мощности.
  2. Потребление топлива. Двухтактный двигатель превосходит четырехтактный в удельной и литровой мощности, но уступает в экономичности. Отработанные газы вытесняются воздушно — топливной смесью, которая поступает в цилиндр из шатунно-кривошипной камеры. Часть топливной смеси при этом поступает в выхлопные каналы и удаляется с отработанными газами.
  3. У двухтактного и четырехтактного двигателей принцип смазки двигателя существенно отличается. Двухтактные модели характеризуются необходимостью смешивания бензина с моторным маслом в определенных пропорциях. Масляная воздушно-топливная смесь циркулирует в поршневой и кривошипной камерах, смазывая подшипники коленчатого вала и шатуна. Мельчайшие капли масла при возгорании топливной смеси сгорают вместе с бензином. Продукты сгорания уходят вместе с отработанными газами.

Смешивают бензин с маслом двумя способами. Это может быть простое перемешивание, которое проводится перед тем, как залить в бак топливо и раздельная передача. Во втором случае масляно-топливная смесь образуется во впускном патрубке, расположенном между цилиндром и карбюратором.

Двигатель в последнем случае оснащен масляным бачком с трубопроводом, соединенным с плунжерным насосом. Насос подает масло во впускной патрубок в том количестве, которое необходимо. Производительность насоса зависит от того, как расположена ручка подачи «газа». Поступление масла тем больше, чем больше подается топливо. Более совершенной является раздельная система смазки двухтактного двигателя. Отношение бензина к маслу при ней может достигать 200:1. Это приводит к снижению расхода масла и к уменьшению дымности. Такую систему используют, например, на современных скутерах.

В четырехтактных двигателях бензин с маслом не смешивают, а подают отдельно, для чего двигатели имеют классическую систему смазки, которая состоит из фильтра, масляного насоса, трубопроводной магистрали и клапанов. В качестве масляного бачка может выступать картер двигателя (смазка с «мокрым «картером) либо отдельный бачок («сухой» картер).

В первом случае насос всасывает из поддона масло, направляет его во входную полость, а затем по каналам -к деталям шатунно-кривошипной группы, к подшипникам коленвала и газораспределительному механизму.

В случае смазки с «сухим» картером масло заливают в бочок. Оттуда оно при помощи насоса попадает к трущимся поверхностям. Стекающую в картер часть масла откачивают дополнительным насосом и возвращают в бачок.

Для очищения масла от разных продуктов износа двигатель имеет фильтр. Кроме того при необходимости устанавливают охлаждающие фильтра, потому как температура масла в процессе работы может очень сильно подниматься.

чем отличается от двухтактного, принцип работы, фазы газораспределения

На чтение 7 мин. Просмотров 250

Четырехтактный двигатель – самая распространенная модель двигателя внутреннего сгорания для автомобилей и не только. Двухтактные ДВС сегодня применяются, но сфера их использования ограничена некоторыми видами мототехники, микро- и малолитражных автомобилей, снегоходов, катеров и т. п. Широко применяется как бензиновый (обычно карбюраторный), так и дизельный тип. Часто такой двигатель бывает двухцилиндровый, его тип обычно инжекторный.

История четырехтактного двигателя

Началом истории самого популярного ДВС считаются 70-е годы 19 века, тогда первую рабочую модель такого мотора представил немецкий инженер и предприниматель Николаус Отто. Его работы были основаны на трудах предшественников, пытавшихся найти альтернативу паровой машине.

В начале 19 века французский изобретатель Филипп Лебон создал агрегат, в котором благодаря его же открытиям, горючая смесь загоралась в цилиндре двигателя, а не в топке. В середине века в Бельгии был создан двухтактный двигатель внутреннего сгорания, который затем усовершенствовал Отто. Его четырехтактный движок обладал более высоким КПД, был экономичней и не превосходил предшественника по размерам.

Отто не оценил перспектив своего изобретения, и не прислушался к своему сотруднику – Готлибу Даймлеру, который предложил создать на основе четырехтактного двигателя автомобиль. Даймлер ушел из команды Отто и через несколько лет такой автомобиль все-таки создал. Попутно добавил в него несколько своих идей. Например – вставил в цилиндры трубки накаливания.
Во второй половине 19 века был изобретен карбюратор, а конце века к нему добавили форсунку.

С тех пор кардинально четырехтактный ДВС переделывать не пришлось. Основная сфера современных изобретений – газораспределительная система, конструктивные модификации – OHV, SV или OHC (аббревиатуры означают расположение клапанов и распредвала), а также варианты системы смазки («сухой» картер).

Устройство четырехтактного ДВС

Современный двигатель по сути не отличается от прототипов, поэтому проще всего его функционирование показать на примере одноцилиндрового ДВС.

Конструктивно он состоит из:

  • Цилиндра.
  • Поршня.
  • Клапанов впуска и выпуска.
  • Свечи зажигания.
  • Коленчатого вала.
  • Шатуна.

Принцип работы


Схема работы четырехтактного двигателя; заполнить цилиндр горючей смесью (первый такт), сжать ее (второй), поджечь и расширить ее, толкнув поршень (третий), выпустить отработанный газ (четвертый).

Фазы газораспределения в четырехтактном ДВС

Фазы газораспределения – один из главных факторов эффективности мотора. Они напрямую влияют на его КПД. Основная проблема, связанная с ними, заключается в том, что при различных режимах смесь и выхлоп ведут себя по-разному.

ВАЖНО!Для холостого хода подойдут малые фазы (позднее открытие и раннее перекрытие клапанов). На высоких оборотах, наоборот, выгодно раннее время открытия клапанов, благодаря чему можно обработать больший объем газов.

В современной автомобильной промышленности эта проблема обычно решается с помощью специальной муфты, изменяющей угол распредвала при увеличении оборотов двигателя. Эта муфта называется фазовращателем, она управляется электронной системой и поворачивается гидравликой. Благодаря ей, при повышении оборотов обеспечивается раннее открытие клапанов, то есть – нужный темп наполняемости цилиндров.

Способов изменения фаз множество. Например, кулачок с измененным профилем, начинающий работать вместо основного при достижении заданного показателя высоких оборотов. Это позволяет добиться повышенной мощности.

Рабочий цикл

Последовательность тактов выглядит так:

  • Такт впуска. За счет вращения коленвала поршень из самой верхней точки идет в самую нижнюю, кулачки распредвала открывают клапан на впуск. Через него всасывается смесь.
  • Такт сжатия. Коленвал толкает поршень вверх, впускной клапан закрывается, выпускной остается закрытым. Температура и давление в цилиндре растут.
  • Такт расширения. Перед завершением сжатия, свеча зажигания воспламеняет смесь. Топливо сгорает, смесь расширяется и двигает поршень. Связанный с поршнем шатун передает вращательный момент коленвалу. При расширении газы проделывают работу, поэтому ход коленвала называется рабочим. Угол «недоворота» коленвала, который еще не довел поршень до максимальной верхней точки называется углом опережения зажигания (фазой газораспределения). Это делается, чтобы смесь успевала сгореть к моменту достижения поршнем нижней точки. Для повышения эффективности ДВС надо регулировать угол при повышении оборотов. Эти углы регулируются электронной системой автомобиля.
  • Такт выпуска. При достижении поршнем самой нижней точки, сила давления вытесняет выхлопные газы из цилиндра через открывшийся выпускной клапан. После достижения поршнем верхней точки выпускной клапан вновь закрывается, рабочий цикл повторяется.

Масло для четырехтактного двигателя

Масла делятся на два типа – для двигателей с воздушным и водяным охлаждением. Температура поршней в моторах с воздушным охлаждением гораздо выше, чем в случае с водяным, поэтому первые более требовательны к маслу.

Хотя в зимний период техника с воздушным охлаждением четырехтактного двигателя используется реже (в основном садовая и сельскохозяйственная техника, мотоциклы, моторные лодки и т.д используются летом), вопрос для ее владельцев стоит достаточно остро. Зимой актуально масло для квадроциклов, снегоходов и т.д.

Главное, и летом и зимой – это характеристики, позволяющие маслу сразу после запуска двигателя создать защитную пленку на механизмах. Это важно, даже если двигатель новый или бывший в употреблении, но в идеальном состоянии. Сравнительный анализ разных марок показывает, что масло может быть минеральным или синтетическим.

Разница между летними и зимними маслами определяется степенью вязкости и шириной диапазона температур, при которых конкретные марки масла можно применять. Число перед литерой W указывает на предел температуры, при которой масло густеет. Число после означает предельную температуру эффективного использования этого масла. Бывают всесезонные масла, например, 10w30. Аббревиатура SAE обозначает международный стандарт, по которому классифицируются моторные масла.

ВАЖНО! Зимние масла обладают самой низкой вязкостью, это SAE 0W, SAE 15W и другие. Летние более вязкие: SAE 20, SAE 30, SAE 50. Применяемое масло должно соответствовать показателям, указанным в спецификации к технике.

Высоковязкие масла, например, Sae 30 или Sae 40 ориентированы на летний период, а низковязкие (5W30 или близкие к нему) на зимний. Зимние масла летом будут ускоренно испаряться и не обеспечат смазку. Летние масла будут быстро густеть при низких температурах, осложняя работу мотора.

Понижающие редукторы для четырехтактных двигателей

Понижающий редуктор – устройство, которое должно понижать скорость с высокой с низким крутящим моментом до низкой с высоким крутящим моментом. Особенно они актуальны для сельскохозяйственной и садовой техники.

Среди самых популярных брендов, которые производят такие двигатели, обычно мощностью порядка 15лс – японская «Хонда» и китайский «Лифан» (есть модели с вариатором, автоматическим сцеплением). Также популярен американский производитель Briggs & Stratton, его двигатели используются в газонокосилках (бензотриммерах). Среди популярных двигателей с редукторами – «Чемпион» и его аналог, «Патриот Гарден».

ВАЖНО! Редукторы делятся на два типа: разборные и неразборные. Их действие одинаково. Второй вариант дешевле, но если возникнет неисправность, потребуется его замена. Разборный дороже, но в случае необходимости надо заменять только поломавшуюся запчасть. Обычно он ставится на сопоставимую по стоимости технику.

Чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного

Характеристика Четырехтактный двигатель Двухтактный двигатель
Мощность Меньшая мощность из-за большего количества тактов. Наддув дает дополнительную мощность. При одинаковых оборотах, диаметре цилиндра и хода поршня мощность (теоретически) в 2 раза больше. На практике, из-за механических потерь – примерно в 1,5 раза.
Эксплуатационные качества Больший эксплуатационный ресурс. Процесс ремонта может протекать сложнее, должен осуществляться с использованием сложного оборудования. Простота конструкции, ремонта. Отсутствие сложных устройств: карбюратора, клапанов. Преимущество по показателю равномерности вращения коленвала. Меньший эксплуатационный ресурс из-за более высокой температурной нагрузки на поршневой механизм.
Экономичность Низкий, по сравнению с двухтактным расход топлива и масла. Более высокие затраты на ремонт. Высокие затраты мощности на продувочный насос, недостаточная очистка цилиндра от выхлопных газов. Минус – высокий расход топлива и масла, которое приходится заливать в топливо.
Вес Больше двухтактного. Меньший вес за счет отсутствия крупногабаритных сложных деталей.
Размер Больше двухтактного. Меньший размер за счет отсутствия крупногабаритных сложных деталей.
Цена Выше двухтактного. Ниже четырехтактного.
Сфера применения Двигатели средней и большой мощности, в том числе стационарные. Используются как двигатель под инверторный генератор. Популярна их установка на снегоходы «Рысь» и «Тайга», мотороллеры «Муравей». Плавсредства, сельскохозяйственная и мототехника, малолитражные автомобили.

Таким образом, четырехтактные двигатели дороже сопоставимых по объему двухтактных и сложнее в эксплуатации. В тоже время они имеют больший срок эксплуатации и более экономичны. Четырехцилиндровый 4 тактный двигатель часто ставится на автомобили и тракторы, на инвертор-генераторы.

ВАЖНО! При выборе двигателя стоит рассчитать планируемый срок его эксплуатации. Если это техника для сельскохозяйственных работ, хорошо будет сделать расчет – за какой срок вложения могут окупиться.

Индикаторная диаграмма 4 х тактного дизельного двигателя


Двухтактный и четырехтактный двигатель – устройство, особенности | SUPROTEC

Дата публикации: 05-07-2018 Дата обновления: 14-01-2019

Двухтактный двигатель – это силовой агрегат, который стал базовым для многих транспортных средств и устройств, облегчающих жизнь современному человеку. Сразу же можно выделить два ключевых преимущества данного мотора: простота и надёжность. Рабочий цикл силовой установки – это всего два такта: сжатия и расширение.

Стоит отметить, что такие важные составляющие как пуск и выпуск рабочей смеси как раз и объединены с обозначенными выше сжатием и расширением.

Если сравнивать двухтактный или четырёхтактный мотор, то в первом варианте всего 1 оборот коленчатого вала на 1 рабочий цикл. Это дает возможность увеличить мощность силовой установки в 2 раза, по сравнению с аналогом того же кубического объема. Но сразу же стоит отметить, что коэффициент полезного действия значительно снижается.

Как видно из формулы коэффициент тактности 1 или 2. А за счет снижения к.п.д. мощность увеличивается приблизительно в 1,5 раза.

Двухтактный двигатель нашел широкое применение в бензопилах, триммерах, моторных лодках, скутерах и мотоциклах.

Одной из отрицательных особенностей данного типа двигателя является склонность к перегреву. При работе агрегата выделяется большое количество тепла. Охлаждение происходит в принудительном порядке. Но стоит подчеркнуть преимущества, всего два такта – это меньший физический износ ключевых деталей силового агрегата.

Перегрев мотоцикла – причины

Если сравнивать двухтактные и четырёхтактный двигатели, то первые более подвержены перегреву чем вторые, из-за своих конструктивных особенностей. При этом, помимо функциональных недоработок могут быть и другие причины вызывающие повышение температуры. Перегрев мотоцикла – это дорогостоящий ремонт и длительный срок простоя. Подробно обсудим причины и постараемся впредь их избегать.

  • Неоткалиброванная работа карбюратора.

В этом случае в камеру сгорания попадает обедненная смесь, то есть топлива по отношению к воздуху меньше, чем положено по норме. Вообще не рекомендуется поднимать или опускать иглу карбюратора в своем скутере или мотоцикле самостоятельно, желательно оставить все на базовых, заводских настройках. Карбюратор необходимо лишь периодически чистить и контролировать обороты на холостом ходу. Дальнейшие работы желательно выполнять, имея специальные технические знания.

  • Вторая причина перегрева двухтактного мотора – грязь и пыль.

Она скапливается на ребрах охлаждения. Таким образом, цилиндр перегревается. Кроме этого, некоторые «Кулибины» намеренно изменяют форму и размер кожуха закрывающего двигатель. И внешнее охлаждение перестаёт быть эффективным.

  • Третья возможная причина – это использование несоответствующий марки бензина.

Если по инструкции двухтактного двигателя положено заливать 92-й, то не нужно заправлять силовой агрегат 95-м. Бензин данной марки сгорает более медленно и часть газовоздушной смеси может догорать уже на выпуске мотора, тем самым перегревая силовой агрегат. Внимательно читайте инструкцию по эксплуатации вашего двухтактного или четырёхтактного мотора.

В данном аспекте четырёхтактные двигатели перегреваются значительно реже, так как имеет отдельную систему охлаждения. И повышенная температура может быть причиной утечки охлаждающей жидкости.

Четырех и двухтактные двигатели – самостоятельное устранение перегрева

Чтобы ваш двухтактный или четырёхтактный двигатель эффективно и безаварийно служил вам десятки лет используйте простые правила, устраняющие основные причины перегрева силовой установки:

  • следите за тем, чтобы системы принудительного охлаждения, ребра цилиндра были в чистом виде. Отсутствовала грязь и остатки травы, если дело касается бензотриммера или косы;
  • в процессе работы делайте паузы и давайте двигателю остыть;
  • соблюдайте точные пропорции при заливе бензино-масляной смеси в двухтактный двигатель;
  • не превышайте обороты силовой установки, предусмотренные заводом изготовителем;
  • следите за состоянием воздушного фильтра, периодически производите его прочистку;
  • соблюдайте инструкцию по эксплуатации.

Перегрев двигателя мотоцикла – помогут ли триботехнические составы?

Продлить эксплуатационный срок двухтактного и четырёхтактного мотора смогут триботехнические составы. Они добавляются в масло, но по своей сути не являются присадками в масло, так как не влияют на физические и химические свойства последнего. "MOTOTEC-2" и "MOTOTEC-4" специально созданы как для восстановления и протекции давно эксплуатируемых, так и защиты новых двухтактных силовых установок авто и мото средств и специальной техники: триммеров, бензиновых кос и т.д..

Триботехнический состав СУПРОТЕК частично восстанавливает геометрию и размеры изношенных деталей, оптимизирует зазоры и сохраняет на поверхностях трения плотный масляный слой.

Таким образом, достигаются:

  1. повышение мощности, из-за улучшенной компрессии и полного сгорания бензина;

  2. экономия – на 5-6 % по бензину и на 8-9% по маслу;

  3. снижение вибрации и уровня шума, из-за плавного и мягкого хода трущихся элементов;

  4. уменьшение гула в кпп, из-за восстановления геометрии подшипников и прочих движущихся элементов.

По стоимости триботехнические составы СУПРОТЕК находятся в бюджетном диапазоне, однако его покупка поможет сэкономить значительные суммы на ремонте двухтактного или четырёхтактного двигателя в будущем. Что будет если перегреть мотоцикл – дорогой и продолжительный ремонт!

Все показатели были получены в результате независимых исследований в промышленности и автоиндустрии. Соответствующий акт испытаний можно посмотреть на официальном сайте производителя.

Забота о вашем двухтактном или четырёхтактном двигателе начинается с малого – с соблюдения правил эксплуатации и применения ресурсосберегающей технологии СУПРОТЕК.

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, ремонт :: SYL.ru

Двигатели внутреннего сгорания должны были заменить промышленную паровую машину. Однако энтузиасты, которые работали над созданием мотора, смогли ощутить потенциал, который заложен в него. Изобретателям удалось отыскать способы, которые позволили в значительных пределах увеличить мощность агрегата без существенного увеличения массы. Так, Николаус Отто сыграл одну из главных ролей в этом проекте.

Он создал самый первый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания.

Как Отто двигатель разрабатывал

Агрегат, изобретенный ученым по имени Альфонс Бо де Роша, а затем построенный немецким инженером Николаусом Отто в 1867 году, в те годы считался максимумом технологичности и практически совершенством. Аналогов для него просто не существовало. Мотор был очень недорогим в эксплуатации, имел компактные размеры, а также ему не нужно было частое обслуживание.

Работа четырехтактного двигателя была построена по четкому алгоритму. Сегодня его называют «циклом Отто». В 1875 г. Николаус Отто в своей компании выпускал больше, чем 600 двигателей за год.

От четырехтактного ДВС до автомобиля

В команде инженеров, которые работали над созданием агрегата, был один талантливый парень – Готлиб Даймлер.

Он тогда горел идеей создания на базе этого мотора настоящего автомобиля. Но Отто не желал модернизировать уже имевшийся успешный мотор. Даймлер был вынужден уйти из проекта, но желание построить автомобиль никуда не делось.

В итоге вместе со своим другом и единомышленником в 1889 году Даймлер таки собирает автомобиль, в основе которого лежит бензиновый четырехтактный двигатель, функционирующий по алгоритму Отто.

Отличие 4-тактного двигателя от 2-тактного

Цикл работы ДВС – это несколько процессов, которые направлены на получение порции силы, которая будет воздействовать на коленвал. Цикл этот состоит из впрыска топлива, сжатия, зажигания топливной смеси, расширения газов, выпуска.

Такт в двигателе внутреннего сгорания – это один ход поршня либо вверх, либо вниз. В двухтактном моторе за один оборот коленвала совершается два такта. Когда газы расширяются, поршень совершает полезную работу.

Агрегаты, где рабочий ход происходит в два такта, называют двухтактными. А если за два оборота коленчатого вала совершается четыре такта, то это уже четырехтактный двигатель.

И те, и другие могут быть как бензиновыми, так и для дизельного топлива. Чтобы понять особенности конструкции и эксплуатации, различия между разными моторами, нужно рассмотреть принципы их работы.

Принцип работы четырехтактного двигателя

Главное отличие 4-тактного ДВС от 2-тактного - в работе газораспределения.

Так, имеются отдельные фазы для впуска и выпуска. Этими фазами заведуют впускные и выпускные клапаны, которые располагаются в головке блока цилиндров. Открываются и закрываются клапаны при помощи распределительного вала, который приводится в действие от вращения коленчатого вала.

Такт впуска

На первом такте осуществляется впуск. В этот самый момент поршень начинает свое движение вниз из своей верхней мертвой точки. В цилиндре вследствие этого создается разряжение. Тем временем открывается впускной клапан. Топливная смесь всасывается в полость цилиндра. Когда поршень достигает своего крайнего нижнего положения, клапан впуска закрыватся и впускная фаза полностью завершается.

Сжатие топливной смеси

Это второй такт. Здесь поршень движется вверх, а клапаны полностью закрыты. В этот момент топливно-воздушная смесь сжимается, тем самым нагреваясь. Это нужно для более эффективного сгорания смеси.

Рабочий ход поршня

Поршень не доходит до своего крайнего верхнего положения. В бензиновых агрегатах – от свечи, а в дизельных – от сжатия топливная смесь загорается. Газы от сгорания очень резко расширяются, сила воздействует на поршень, и он идет вниз. Так четырехтактный двигатель совершает работу.

Выпуск отработанных газов

После того как поршень совершил свою полезную работу, он находится в крайнем нижнем положении. Теперь нужно удалить из полости цилиндра отработанные газы. Это выполняется через выпускной клапан. Газы выталкиваются из цилиндра в тот момент, когда поршень идет вверх.

Такты в дизельных ДВС

Порядок или алгоритм в дизельных двигателях отличается только тем, что в момент сжатия в полость цилиндра подается лишь воздух. Дизельное топливо подается в камеру только в конце такта сжатия топлива при помощи форсунок.

Отличия двухтактного и четырехтактного двигателя

Среди основных отличий, как уже говорилось, выделяется разная система газообмена.

Двигатель внутреннего сгорания имеет для этого специальный газораспределительный механизм, который отвечает за открытие и закрытие клапанов в нужный момент цикла.

В двухтактном же моторе и процесс заполнения камеры сгорания, и ее очистка осуществляются вместе с тактом сжатия и расширения. Для этого в цилиндре имеются специальные технологические отверстия для впуска смеси и выброса газов. В агрегатах с такой конструкцией нет механизма ГРМ, что делает эти моторы гораздо проще и легче.

Одноцилиндровый четырехтактный двигатель

Моторы этой конструкции очень распространены. Их можно найти не только в автомобилях, но и в мотоциклах, скутерах, тракторах, мотоблоках. В Китае производят литровые двигатели, которые используются для работы с мотоблоками.

Одно из главных достоинств таких ДВС - это очень маленькое отношение площади камеры сгорания к объему. Это дает минимальные потери тепловой энергии. КПД в таких двигателях очень высокий.

Устройство аналогично многоцилиндровым двигателям. Ничего нового здесь нет.

Все те же четыре рабочих такта.

Этот четырехтактный двигатель предназначен для применения в утилитарных мотоциклах, мопедах, скутерах.

Капризы одноцилиндровых моторов

Во время работы двигателя создаются очень высокие температуры. Детали, которые работают в парах трения, должны периодически охлаждаться и хорошо смазываться. Зазоры между узлами нужно промывать, чтобы удалить продукты износа. Также хорошее масло отлично отводит тепло от поверхностей, которые работают наиболее интенсивно.

Также нужно позаботиться о хорошей дополнительной системе охлаждения. В мотоциклах и скутерах охлаждение зачастую воздушное.

Четырехтактники на мотоциклах

Да, эти моторы очень популярны среди производителей хороших, серьезных мотоциклов. Основное отличие – это дизайн. Если в автомобилях двигатель спрятан под капотом и дизайн его особо не разрабатывали, то в мире мотоциклов внешний вид силового агрегата имеет серьезное значение.

Вот уже более 15 лет в моде двухцилиндровый четырехтактный двигатель мотоцикла, представленный сегодня множеством моделей с самым разным объемом. Отличить такие двигатели можно по характерному звуку.

Однако среди мотоциклистов особой популярностью пользуются рядные четырехцилиндровые агрегаты. Эти моторы лишь немного опережают автомобильные ДВС. К примеру, схема на четырех клапанах лишь недавно получила признание в строительстве автомобилей. А на мотоциклах она использовалась еще с 70-х.

Для мотоцикла четырехтактник является более актуальным. Так, эти ДВС более экономичны, эффективны, экологичны, чем двухтактные агрегаты. Это – преимущества данных двигателей на мотоциклах. Также двигатели для мотоциклов сделаны таким образом, чтобы работать на высоких оборотах. Максимальная мощность выдается на оборотах до 14-16 тысяч на современных моделях.

Новые технологии по старому принципу

С того самого момента, как изобрели четырехтактный двигатель, он постоянно совершенствовался.

Много новинок пришлось на механизм ГРМ. К примеру, сейчас число клапанов на цилиндр может доходить и до 5-ти. Современные производители также применяют особые системы изменения фаз распределения газов.

Произошли изменения и в системе питания. Современные моторы больше не используют карбюратор – везде инжекторы и электроника.

Чтобы улучшить наполняемость камер сгорания воздухом, применяют системы наддува. Это позволяет увеличить мощность при малом объеме, а также снизить расход топлива.

Но при всем этом принцип действия ДВС остается все тем же, каким и был.

Четыре такта: недостатки и достоинства

Основной и "жирный" плюс таких агрегатов – это экономичность. К тому же они не слишком шумные.

Применение вместе с ними катализаторов позволяет снизить токсичность выброса отработанных газов.

Еще одно преимущество - это, конечно же, высокая надежность. Ресурс может доходить до миллиона километров, и это далеко не предел. Ремонт четырехтактного двигателя нужно делать не так часто.

Среди недостатков – сложная конструкция, дорогое производство, требовательность в эксплуатации. Этим агрегатам обязательно нужно качественное топливо и масло. Осуществить ремонт самостоятельно практически невозможно.

Чтобы с этими моторами никогда не было проблем, «кормите» их только качественным бензином. И тогда они будут работать долго, надежно и исправно. Конструкция, которая столько лет не меняется, – это показатель надежности и эффективности.

Урок 5 Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя. Работа четырехтактных многоцилиндровых двигателей

Инфоурок › Другое ›Видеоуроки›Урок 5 Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя. Работа четырехтактных многоцилиндровых двигателей

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайд Описание слайда:

Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя. Работа четырехтактных многоцилиндровых двигателей

2 слайд Описание слайда:

Рабочие циклы двигателя На автомобилях устанавливают двигатели внутреннего сгорания (ДВС), у которых топливо сгорает внутри цилиндра. В основу их действия положено свойство газов расширяться при нагревании. Рассмотрим принцип устройства и работы двигателя внутреннего сгорания, а также его рабочие циклы.

3 слайд Описание слайда:

Рабочие циклы двигателя Рабочим циклом двигателя называется периодически повторяющийся ряд последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу. Если рабочий цикл совершается за два хода поршня, т.е. за один оборот коленчатого вала, то такой двигатель называется двухтактным. Автомобильные двигатели работают, как правило, по четырехтактному циклу, который совершается за два оборота коленчатого вала или четыре хода поршня и состоит из тактов впуска, сжатия, расширения и выпуска. Что происходит в цилиндре двигателя? Давайте посмотрим сам процесс.

4 слайд Описание слайда: 5 слайд Описание слайда:

Рабочий цикл четырехтактного дизеля В отличие от бензинового двигателя, при такте "впуск" в цилиндры дизеля поступает чистый воздух. Во время такта "сжатие" воздух нагревается до 600 °С. В конце этого такта в цилиндр впрыскивается определенная порция топлива, которое самовоспламеняется.

6 слайд Описание слайда:

Впуск При движении поршня от ВМТ к НМТ вследствие образующегося разряжения из воздушного фильтра в цилиндр через открытый впускной клапан поступает атмосферный воздух. Давление воздуха в цилиндре составляет 0.08 - 0.095 МПа, а температура 40 - 60°С.

7 слайд Описание слайда: 8 слайд Описание слайда:

Сжатие Поршень движется от НМТ к ВМТ; впускной и выпускной клапаны закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень сжимает поступивший воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива. При ходе поршня к ВМТ цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо, подаваемое топливным насосом.

9 слайд Описание слайда: 10 слайд Описание слайда:

Расширение или рабочий ход Впрыснутое в конце такта сжатия топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, воспламеняется, и начинается процесс сгорания, характеризующийся быстрым повышением температуры и давления. При этом максимальное давление газов достигает 6 - 9 МПа, а температура 1800 - 2000°С. Под действием давления газов поршень перемещается от ВМТ в НМТ - происходит рабочий ход. Около НМТ давление снижается до 0.3 - 0.5 МПа, а температура до 700 – 900 °С.

11 слайд Описание слайда: 12 слайд Описание слайда:

Выпуск Поршень перемещается от НМТ в ВМТ и через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. Давление газов снижается до 0.11 - 0.12 МПа, а температура до 500-700 °С. После окончания такта выпуска при дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цикл повторяется в той же последовательности.

13 слайд Описание слайда: 14 слайд Описание слайда:

Порядок работы двигателя Последовательность чередования одноименных тактов в цилиндрах называют порядком работы двигателя. Порядок работы большинства четырехцилиндровых двигателей 1-3-4-2 или 1-2-4-3. Это означает, что после рабочего хода в первом цилиндре следующий рабочий ход происходит в третьем, затем в четвертом и, наконец, во втором цилиндре. Определенная последовательность соблюдается и в других многоцилиндровых двигателях.

15 слайд Описание слайда: 16 слайд Описание слайда:

Принцип работы многоцилиндровых двигателей На автомобилях устанавливают многоцилиндровые двигатели. Чтобы многоцилиндровый двигатель работал равномерно, такты расширения должны следовать через равные углы поворота коленчатого вала (т. е. через равные промежутки времени).

17 слайд Описание слайда:

Многоцилиндровые двигатели бывают рядными и V-образными. В рядных двигателях цилиндры расположены вертикально, а в V-образных — под углом. Последние характеризуются меньшей габаритной длиной по сравнению с первыми. Современные восьмицилиндровые двигатели выполняют двухрядными с V-образным расположением цилиндров.

18 слайд Описание слайда: 19 слайд Описание слайда:

Курс профессиональной переподготовки

Педагог-библиотекарь

Курс профессиональной переподготовки

Специалист в области охраны труда

Курс повышения квалификации

Найдите материал к любому уроку,
указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

Выберите категорию: Все категорииАлгебраАнглийский языкАстрономияБиологияВнеурочная деятельностьВсеобщая историяГеографияГеометрияДиректору, завучуДоп. образованиеДошкольное образованиеЕстествознаниеИЗО, МХКИностранные языкиИнформатикаИстория РоссииКлассному руководителюКоррекционное обучениеЛитератураЛитературное чтениеЛогопедия, ДефектологияМатематикаМузыкаНачальные классыНемецкий языкОБЖОбществознаниеОкружающий мирПриродоведениеРелигиоведениеРодная литератураРодной языкРусский языкСоциальному педагогуТехнологияУкраинский языкФизикаФизическая культураФилософияФранцузский языкХимияЧерчениеШкольному психологуЭкологияДругое

Выберите класс: Все классыДошкольники1 класс2 класс3 класс4 класс5 класс6 класс7 класс8 класс9 класс10 класс11 класс

Выберите учебник: Все учебники

Выберите тему: Все темы

также Вы можете выбрать тип материала:

Проверен экспертом

Общая информация

Номер материала: ДБ-086786

Похожие материалы

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Четырехтактный двигатель - Energy Education

Рис. 1. Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания. 1: впрыск топлива, 2: зажигание, 3: расширение (работа выполнена), 4: выхлоп. [1]

Четырехтактный двигатель является наиболее распространенным типом двигателей внутреннего сгорания и используется в различных автомобилях (которые специально используют бензин в качестве топлива), таких как автомобили, грузовики и некоторые мотоциклы (на многих мотоциклах используется двухтактный двигатель). Четырехтактный двигатель обеспечивает один рабочий ход на каждые два цикла поршня (или четыре хода поршня).Справа (рис. 1) изображен четырехтактный двигатель, а ниже приводится дальнейшее объяснение процесса.

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


Тепловой КПД этих бензиновых двигателей зависит от модели и конструкции автомобиля.Однако в целом бензиновые двигатели преобразуют 20% топлива (химическую энергию) в механическую энергию, в которой только 15% будет использоваться для движения колес (остальное теряется на трение и другие механические элементы). [2] Одним из способов повышения термодинамической эффективности двигателей является повышение степени сжатия. Это соотношение представляет собой разницу между минимальным и максимальным объемом в камере двигателя (на рисунке 2 обозначены как ВМТ и НМТ). Более высокое соотношение позволит входить большей топливно-воздушной смеси, вызывая более высокое давление, что приводит к более горячей камере, что увеличивает тепловой КПД. [2]

Цикл Отто

Рисунок 2. Реальный процесс отто-цикла, происходящий в четырехтактном двигателе. [3] Рисунок 3. Идеальный цикл Отто. [4]

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 движения транспортного средства или машины (поэтому это тип теплового двигателя).Цикл Отто можно увидеть на Рисунке 2 (реальный цикл Отто) и Рисунке 3 (идеальный цикл Отто). Компонент в любом двигателе, который использует этот цикл, будет иметь поршень для изменения объема и давления топливно-воздушной смеси (как показано на рисунке 1). Поршень получает движение от сгорания топлива (где это происходит, объясняется ниже) и электрического наддува при запуске двигателя.

Далее описывается, что происходит на каждом этапе фотоэлектрической диаграммы, в котором сгорание рабочего тела - бензина и воздуха (кислорода), а иногда и электричества, изменяет движение поршня:

Реальный шаг цикла от 0 до 1 (идеальный цикл - зеленая линия): Называется фазой всасывания , поршень опускается вниз, чтобы позволить объем в камере увеличиться, чтобы он мог «всасывать» «топливно-воздушная смесь.С точки зрения термодинамики это называется изобарическим процессом.


Процессы с 1 по 2: На этом этапе поршень будет вытянут вверх, 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, когда свеча зажигания встречает топливо, которое должно воспламениться.


Процессы 2–3: Здесь происходит горение из-за воспламенения топлива свечой зажигания. Сгорание газа завершается в точке 3, что приводит к образованию камеры с высоким давлением, которая имеет много тепла (тепловой энергии). С точки зрения термодинамики это называется изохорным 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.Он также известен как двигатель с силовым током , потому что он происходит, когда тепловая энергия превращается в движение, приводящее в действие машину или транспортное средство.


Фиолетовая линия (процесс с 4 по 1 и выхлоп , фаза ): В процессе с 4 по 1 выпускной клапан открывается, и все отходящее тепло отводится из камеры двигателя. Когда тепло покидает газ, молекулы теряют кинетическую энергию, вызывая снижение давления. [5] Затем происходит фаза выхлопа (этап от 0 до 1), когда оставшаяся в камере смесь сжимается поршнем для «выпуска» без изменения давления.

Для дальнейшего чтения

Список литературы

  1. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/dc/4StrokeEngine_Ortho_3D_Small.gif
  2. 2,0 2,1 Р. Вольфсон, Энергия, окружающая среда и климат. Нью-Йорк: W.W. Norton & Company, 2012, стр. 106.
  3. ↑ Actual and Ideal Otto Cycle - Nuclear Power », Nuclear Power, 2018. [Online]. Доступно: https://www.nuclear-power.net/nuclear-engineering/thermodynamics/thermodynamic-cycles/otto-cycle-otto -двигатель / актуальный-и-идеальный-отто-цикл /.[Доступ: 22 июня 2018 г.].
  4. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: https://en.wikipedia.org/wiki/Otto_cycle#/media/File:P-V_Otto_cycle.svg
  5. ↑ И. Динчер и К. Замфиреску, Современные системы производства электроэнергии. Лондон, Великобритания: Academic Press - это издание Elsevier, 2014, стр. 266.

Как работает 4-тактный двигатель

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

Элемент, обеспечивающий работу двигателей внутреннего сгорания

  • Воздух
  • Топливо
  • Сжатие
  • Искра

Шаг 1: Ход всасывания

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

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

Шаг 2: Ход сжатия

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

Шаг 3: Рабочий ход

Когда поршень достигает максимума своего хода (верхней мертвой точки), он будет в оптимальной точке для воспламенения топлива, чтобы получить максимальную мощность для вашего внешнего силового оборудования. В катушке зажигания создается очень высокое напряжение.Свеча зажигания обеспечивает сброс этого высокого напряжения в камеру сгорания. Тепло, создаваемое искрой, воспламеняет газы, создавая быстро расширяющиеся перегретые газы, которые заставляют поршень опускаться обратно в отверстие цилиндра. Это называется рабочий ход .

Шаг 4: ход выпуска

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

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

Двигатель четырехтактный

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

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

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

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

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

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

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

История

Цикл Отто

Двигатель Отто производства США 1920-х годов

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

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

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

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

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

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

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

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

Подробнее см. Двигатель Отто.

Дизельный цикл

Audi Diesel R15 в Ле-Мане

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

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

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

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

Термодинамический анализ

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

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

Требования к октановому числу

Октановое число топлива

Основная статья: Октановый рейтинг
Двигатели Отто

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

Огнеупорная башня, демонстрирующая различный вес различных продуктов.

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

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

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

Проблема двигателей со сжатым зарядом заключается в том, что повышение температуры сжатого заряда может вызвать преждевременное воспламенение.Если это произойдет в неподходящее время и будет слишком энергичным, это может привести к выходу двигателя из строя. Фракции нефти имеют сильно различающиеся температуры вспышки (температура, при которой топливо может самовоспламеняться). Это необходимо учитывать при проектировании двигателя и топлива.

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

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

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

Дизельные двигатели
Дизельные двигатели

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

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

Принципы проектирования и проектирования

Ограничения выходной мощности

Четырехтактный цикл
1 = ВМТ
2 = BDC
A: Впуск
B: Компрессия
C: Питание
D: Выпуск

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

Поток через впускное / выпускное отверстие

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

Нагнетатель

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

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

Турбонаддув

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

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

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

Передаточное отношение штока и поршня к ходу поршня

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

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

Клапанный

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

Клапанный зазор

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

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

Энергетический баланс

Двигатели

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

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

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

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

См. Также

Список литературы

Общие источники

Внешние ссылки

Что такое четырехтактный двигатель? (с иллюстрациями)

Четырехтактный двигатель - это тип двигателя внутреннего сгорания. Термин , четырехтактный, относится к числу шагов в цикле, который двигатель использует для создания мощности. В этом отличие от двухтактного двигателя, в котором используется двухступенчатый цикл преобразования топлива в энергию. Двухтактный двигатель обычно используется в небольших приложениях, таких как небольшие мотоциклы, мотороллеры, снегоходы, газонокосилки и бензопилы.Четырехтактная версия обычно используется в более крупных приложениях и является наиболее распространенным типом двигателей, используемых сегодня в автомобилях.

Четырехтактные двигатели, используемые в современных автомобилях, в основном разрабатывались для гоночных автомобилей 1920-х и 1930-х годов.

Этот тип двигателя представляет собой гениальную и практичную конструкцию, на которой установлены миллионы автомобилей.Он производит большое количество энергии эффективным и действенным образом. Кроме того, он обычно меньше загрязняет окружающую среду и служит дольше, чем двухтактный двигатель. Двигатель был создан Николасом Отто в середине 1800-х годов, и в его честь его иногда называют двигателем Отто. Четыре основных хода или шага, которые составляют цикл, - это впуск, сжатие, сгорание и выпуск, который иногда называют циклом Отто.

В четырехтактном двигателе свеча зажигания воспламеняет смесь топлива и воздуха.

Первый такт цикла четырехтактного двигателя состоит из фазы впуска. Во время этого хода поршень, находящийся внутри цилиндра, движется вниз. Движение вызывает открытие впускного клапана, что позволяет топливно-воздушной смеси попасть в цилиндр. Во время этого процесса создается вакуум, который втягивает топливную смесь в цилиндр.Движение поршня вниз также создает пространство в цилиндре для топлива и воздуха, которые в него втягиваются.

Фаза сжатия происходит, когда поршень перемещается обратно в верхнюю часть цилиндра. Движение поршня вверх сжимает топливно-воздушную смесь в цилиндре.Это важно, потому что это увеличивает давление воздуха и топлива, что служит для нагрева смеси, что, в свою очередь, обеспечивает быстрое сгорание.

Третий ход состоит из сгорания топлива. Фаза сгорания, также известная как рабочий ход, - это этап, на котором вырабатывается мощность двигателя.В большинстве четырехтактных двигателей свеча зажигания воспламеняет смесь топлива и воздуха. Сила сгорания смеси топлива и воздуха заставляет поршень снова опускаться в цилиндр.

Последний такт цикла - фаза выпуска. Когда поршень возвращается в верхнюю часть цилиндра, в цилиндре открывается выпускной клапан.Движущийся вверх поршень вытесняет сгоревший воздух и топливо. В большинстве автомобилей выхлопные газы затем направляются в выхлопную трубу, где они выходят из автомобиля.

Цилиндры, которые соединены с коленчатым валом и приводят в движение его, зажигаются вверх и вниз за счет взрыва топливно-воздушной смеси в четырехтактном двигателе.

Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания

4-тактный двигатель внутреннего сгорания

Гленн
Исследовательский центр

Это анимированный компьютерный рисунок одного цилиндра Райт. авиадвигатель братьев 1903 г. Этот двигатель приводил в действие первый, тяжелее воздушные, самоходные, маневренные, пилотируемые самолеты; Райт Флаер 1903 года.Двигатель состоял из четырех цилиндры как показано выше, с каждый поршень подключен к общему коленчатый вал. Коленчатый вал был соединен с двумя противоположно вращающимися пропеллеры который произвел тяга, необходимая для преодоления сопротивление самолета.

Дизайн братьев очень прост по сегодняшним меркам, так что это хороший двигатель для студентов, чтобы изучить основы работа двигателя. Этот тип внутреннее сгорание двигатель называется четырехтактный двигатель , потому что есть четыре движения, или удары поршня перед повторением всей последовательности запуска двигателя.Четыре штриха описаны ниже с некоторыми неподвижными фигурами. В анимации и на всех рисунках мы раскрасили система впуска топлива / воздуха красный, электрическая система зеленый, а Система вытяжки синий. Мы также представляем топливно-воздушную смесь и выхлопные газы небольшими цветные шарики, чтобы показать, как эти газы проходят через двигатель. Поскольку мы будем иметь в виду движение различных частей двигателя, вот рисунок, показывающий названия частей:

Ход всасывания

Двигатель цикл начинается с впускной ход как поршень потянул в сторону коленчатого вала (на рисунке слева).

Впускной клапан открыт, топливо и воздух проходят через клапан. и в камеру сгорания и цилиндр от впускного коллектора, расположенного сверху камеры сгорания. Выпускной клапан закрыт, а электрический контактный выключатель разомкнут. Топливно-воздушная смесь находится на относительно низком уровне. давление (около атмосферного) и окрашен в синий цвет на этом рисунке. В конце такта впуска поршень расположен в крайнем левом углу и начинает двигаться назад к правильно.

Цилиндр и камера сгорания заполнены топливовоздушной смесью низкого давления. и, когда поршень начинает двигаться вправо, впускной клапан закрывается.

Историческая справка - Открытие и закрытие впускного клапана двигателя Wright 1903 был назван братьями «автоматическим». Он основан на немного более низком давлении внутри в цилиндре во время такта впуска, чтобы преодолеть силу пружины, удерживающей клапан в закрытом состоянии. Современные двигатели внутреннего сгорания делают не работайте так, а используйте кулачки и коромысла, как выхлопную систему братьев. Кулачки и коромысла обеспечивают лучший контроль и время открытия и закрытие клапанов.

Ход сжатия

Когда оба клапана закрыты, комбинация цилиндра и камеры сгорания образуют полностью закрытую емкость, содержащую топливно-воздушную смесь. Как поршень сдвигается вправо, объем уменьшается, а топливно-воздушная смесь сжатый во время ход сжатия.

Во время сжатия нет высокая температура переходит в топливно-воздушную смесь. Поскольку объем уменьшается из-за движения поршня, давление в газе увеличена, как описано по законам термодинамика.На рисунке смесь окрашена желтый цвет означает умеренное повышение давления. Чтобы произвести повышенное давление, мы должны сделать Работа на смеси, просто поскольку вам нужно проделать работу, чтобы накачать велосипедную шину с помощью насоса. Во время такта сжатия электрический контакт остается разомкнутым. Когда объем самый маленький, и давление самое высокое, как показано на рисунке, контакт замкнут, и поток электричество течет через вилку.

Рабочий ход

В начале рабочего хода электрический контакт размыкается.Внезапное размыкание контакта вызывает искру в камере сгорания, которая воспламеняет топливно-воздушную смесь. Быстрый горение топливных выбросов высокая температура, и производит выхлопные газы в камере сгорания.

Поскольку впускной и выпускной клапаны закрыты, сгорание Топливо находится в полностью закрытом сосуде (и почти постоянного объема). В сгорание увеличивает температура выхлопных газов, остаточного воздуха в камере сгорания, и в самой камере сгорания.Из закон идеального газа, повышенная температура газов также вызывает повышенное давление в камере сгорания. Мы покрасили газы в красный цвет на рисунке. для обозначения высокого давления. Высокое давление газов, действующих на лицевой стороной поршня заставляет поршень двигаться влево, что инициирует рабочий ход.

В отличие от такта сжатия, горячий газ воздействует на поршень во время рабочего такта. Сила на поршне передается штоком поршня на коленчатый вал, где линейный движение поршня преобразуется в угловое движение коленчатого вала.Работа сделано на поршне, затем используется для вращения вала и гребных винтов, и для сжатия газов в такте сжатия соседнего цилиндра. Имея возникла искра зажигания, электрический контакт остается разомкнутым.

Во время рабочего такта объем, занимаемый газами увеличивается из-за движения поршня и нет высокая температура переходит в топливно-воздушную смесь. Поскольку объем увеличивается из-за движения поршня, давление и температура газа уменьшилось.Мы покрасили выхлопные «молекулы» в желтый цвет, чтобы обозначить умеренное давление. в конце рабочего хода.

Историческая справка - Способ получения электрической искры Братья Райт использовали это название для установления и разрыва соединения. Там подвижные части, расположенные внутри камеры сгорания. Современное внутреннее сгорание двигатели не используют этот метод, а вместо этого используют свечу зажигания, чтобы произвести искра зажигания. Свеча зажигания не имеет движущихся частей, что намного безопаснее, чем у свечи зажигания. метод, которым пользовались братья.

Ход выхлопа

В конце рабочего хода поршень находится в крайнем левом положении. Нагрейте это осталось от рабочего хода сейчас переведен к воде в водная куртка пока давление не приблизится к атмосферному давление. После этого открывается выпускной клапан. кулачком, нажав на коромысло, чтобы начать такт выпуска.

Назначение выхлопа ход заключается в очистке цилиндра от отработанного выхлопа для подготовки к следующему цикл зажигания.Когда начинается такт выпуска, цилиндр и камера сгорания заполнены. продуктов выхлопа при низком давлении (окрашены синим цветом на рисунке выше). Потому что выпускной клапан открыт, выхлопные газы проходят мимо клапана и выходят из двигателя. Впускной клапан закрыт, а электрическая контакт открыт во время этого движения поршня.

В конце такта выпуска выпускной клапан закрывается и двигатель начинается еще один такт впуска.

Историческая справка - Выхлопная система братьев Райт заставлял горячий выхлоп выходить из каждого цилиндра независимо... сразу за пилоту. Этот двигатель тоже был очень громким. Коллекционируют современные автомобили выхлоп из всех цилиндров в выпускной коллектор (как и впускной коллектор б / у братьев). Выпускной коллектор проходит через выхлоп до каталитического нейтрализатора для удаления опасных газов, а затем через глушитель, чтобы он не шуметь, и, наконец, выхлопную трубу.

Теперь вы можете понять анимация вверху этой страницы. Обратите внимание, что коленчатый вал делает два оборотов за каждый оборот кулачков.Это движение контролируется временная цепь. Также обратите внимание, как кулачок перемещает выпускной клапан. в нужный момент и как быстро впускной клапан открывается после выпуска клапан закрыт.

Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *