Принцип работы 4 тактного двигателя: ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ • Большая российская энциклопедия

-

Содержание

4 Тактный двигатель: принцип работы

4 тактный двигатель является поршневым мотором внутреннего сгорания. В этих агрегатах рабочий процесс всех цилиндров занимает два кругооборота коленчатого вала. Два кругооборота коленчатого вала также можно охарактеризовать как четыре поршневых такта, от чего и произошло название четырехтактный двигатель.

Начиная с середины двадцатого века четырехтактный двигатель является самым распространенным видом поршневых моторов внутреннего сгорания.

Основные характеристики 4 тактного двигателя

  1. Обмен газов происходит за счет движения рабочего поршня;
  2. 4 тактный двигатель обладает газораспределительным механизмом, который позволяет переключить цилиндровую полость на впуск и выпуск;
  3. Обмен газов происходит в момент отдельного полуоборота коленвала;
  4. Цепная, ременная передача и шестеренчатые редукторы позволяют изменить моменты зажигания, впрыскивания бензина и привода газораспределительного механизма относительно частоты верчения коленвала.

История

Примерно 1854-1857 годов итальянцы Евгенио Барсанти и Феличче Матоци создали устройство, которое, согласно существующим сведениям, походило на 4 тактный мотор. Несмотря на это, 4 тактный мотор был запатентован только в 1861 Алфоном де Роше, поскольку изобретение итальянцев было потеряно.

В первый раз пригодный к работе 4 тактный мотор был создан немецким инженером Николаусом Отто, в честь которого четырехтактный цикл назвали циклом Отто, а применяющий свечи зажигания 4 тактный мотор – двигателем Отто.

4 тактный двигатель принцип работы

В двухтактном моторе смазывание коленвала, цилиндровых и поршневых пальцев, подшипника коленвала, поршня и компрессионных колец происходит путем заливки масла в бензин. 4 тактный мотор отличается тем, что в нем коленчатый вал расположен в масляной ванне. За счет этой особенности необходимость в добавлении масла или смешивании топлива попросту отсутствует.

Все, что нужно сделать владельцу транспортного средства – это наполнить топливный бак бензином, после чего можно продолжать пользоваться транспортом.

Таким образом, автовладельцу становится незачем приобретать специальное масло, которое нужно для функционирования двухтактных моторов. Помимо этого, 4 тактный мотор отличается уменьшенным количеством нагара на стенах глушителя и поршневом зеркале. Еще одним важным отличием является то, что при двухтактном моторе совершается выплеск горючей смеси в выхлопную трубу – это обусловлено его устройством.

Стоит признать, что четырехтактные двигатели также обладают небольшими недостатками. К примеру, у таких двигателей повышенная длительность старта скутера с места. Также не особо качественными являются работы по регулированию клапанного теплового зазора. При этом следует отметить, что проблему с повышенной длительностью старта скутера можно решить оптимизацией опций центробежного сцепления и передачи.

Конструкция агрегата

Устройство 4 тактного двигателя выглядит таким образом: распредвал размещен в крышке цилиндра и приводится в действие с помощью ведущего колеса, вмонтированного на коленчатом вале. В устройстве 4 тактного двигателя распределительный вал способен открывать и закрывать впускной и выпускной клапан, но лишь один из них, а какой конкретно – зависит от расположения поршня. Помимо этого, на распределительном вале расположены кулачки, с помощью которых приводятся в действие коромысла клапанов.

После своего срабатывания коромысла начинают воздействовать на один из двух клапанов, что приводит к его открытию. Стоит отметить, что между клапаном и регулировочным винтом должен быть узкий промежуток (его еще называют тепловым зазором) – во время нагрева происходит расширение металла, поэтому в случае неимения или слишком маленького размера зазора клапаны не смогут полностью закрыть каналы впуска и выпуска. Зазор при клапане выпуска должен быть большего размера, чем у клапана впуска, поскольку газы выхлопа более горячие, нежели горючая смесь, и, соответственно, это приводит к тому, что клапан выпуска нагревается больше клапана впуска.

Вот и все описание устройства 4 тактного двигателя.

Работа 4 тактного двигателя

Как уже было сказано, работа 4 тактного двигателя состоит из двух оборотов коленвала или, еще можно сказать, четырех тактов поршня.

Работа 4 тактного двигателя происходит таким образом:

  1. (впуск). Поршень продвигается в нижнюю сторону, что приводит к открытию клапана впуска. В итоге горючая смесь оказывается в цилиндре, куда она попадает из карбюратора. По достижению поршнем нижнего положения совершается закрытие клапана впуска.
  2. (сжатие). Поршень передвигается в верхнюю сторону, что провоцирует сжимание горючей смеси. После того, как поршень приближается к верхней мертвой точке, совершается возгорание сжатого поршнем бензина.
  3. (расширение). Происходит возгорание бензина, в результате которого он сгорает – это приводит к растяжению горючих газов и, соответственно, к движению поршня вниз (два клапана оказываются закрытыми).
  4. (выпуск). По инерции коленчатый вал продолжает кругооборот вокруг своей оси, а поршень – продвигаться вверх. Вместе с этим происходит открытие клапана выпуска, откуда выхлопные газы попадают в трубу. Когда поршень доходит до верхней мертвой точки, совершается закрытие клапана впуска.

По окончанию работы 4 тактного двигателя четыре такта проходят заново.

Функционирование двухтактного агрегата

Хоть и статья не об этом, однако стоит коротко описать функционирование двухтактного двигателя с целью сравнить их. Как становится понятно из наименования, функционирование такого мотора проходит только через два такта.

  1. Поршень продвигается наверх, что приводит к сжатию горючей смеси, после которого (без достижения верхней мертвой точки) она воспламеняется. По достижению поршнем верхней мертвой точки открываются окна впуска в стене цилиндра, из-за чего горючая смесь перетекает в кривошипную камеру.
  2. Под действием растягивающихся газов поршень продвигается в нижнюю сторону. Пребывая в нижнем положении, поршень открывает окна впуска и выпуска. Газы попадают в трубу выхлопа, а на их месте оказывается горючая смесь.

Поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) широко используются в разных сферах человеческой жизни. Однако не все они работают одинаково. Между ними есть одно принципиальное отличие. В зависимости от конструкции рабочий цикл двигателя может состоять из двух или четырёх тактов. Поэтому и называется он соответственно двухтактным двигателем или четырехтактным. Это справедливо как для бензинового мотора, так и для дизеля.

Основные термины и определения

Принцип работы всех поршневых двигателей заключается в превращении энергии сгорания топлива в механическую энергию. Передаточным звеном является кривошипно-шатунный механизм. Для описания их работы используются следующие понятия:

  • Рабочий цикл — это определённая последовательность взаимосвязанных событий, вследствие которых происходит преобразование энергии теплового расширения сгорающего топлива в механическую энергию перемещения поршня и поворота коленчатого вала.
  • Такт — последовательность изменения состояния узлов и механизмов, происходящая в течение одного хода поршня.
  • Ход поршня — это расстояние, которое проходит поршень внутри цилиндра между его крайними точками.
  • Верхняя мёртвая точка (ВМТ) — это наивысшее положение поршня в цилиндре, при этом объем камера сгорания имеет минимальный объем.
  • Нижняя мёртвая точка (НМТ) — максимально удалённое от ВМТ положение поршня.
  • Впуск — заполнение цилиндра топливовоздушной смесью.
  • Сжатие — уменьшение объёма смеси и сжатие её под давлением поршня.
  • Рабочий ход — перемещение поршня под давлением газов сгорающего топлива.
  • Выпуск — выталкивание из цилиндра продуктов горения топлива.

Принцип работы четырехтактного двигателя

Четырехтактным называется такой поршневой двигатель, в котором один рабочий цикл состоит из четырёх тактов. Они имеют следующие названия:

За один цикл поршень два раза двигается от ВМТ к НМТ и обратно, а коленчатый вал проворачивается на два полных оборота. События, которые происходят за это время в двигателе, имеют чётко определённую последовательность.

Впуск. Поршень перемещается вниз, к НМТ. Под ним образуется разрежение, благодаря которому через открытую тарелку впускного клапана из впускного коллектора в цилиндр затягивается топливо, смешанное с воздухом. Поршень проходит нижнюю мёртвую точку, после чего впускной клапан закрывает впускной коллектор.

Такт сжатия. Продолжающий двигаться вверх поршень сжимает воздушную смесь.

В верхней мёртвой точке над поршнем происходит поджог горючей смеси. Сгорая, оно вызывает значительное увеличение давления на поршень. Начинается такт рабочего хода. Под действием давления сгорающих газов поршень снова движется к НМТ, выполняя при этом полезную работу.

После прохождения поршнем НМТ открывается тарелка выпускной клапан. Поршень, двигаясь к ВМТ, выталкивает выхлопные газы в выпускной коллектор. Это такт выпуска.

Затем снова начинается такт впуска и так бесконечно.

Рабочий цикл из двух тактов

Одноцилиндровый двухтактный двигатель работает по-другому. Здесь все четыре действия происходят за один полный оборот коленвала. При этом поршень делает только два такта (расширения и сжатия), двигаясь от ВМТ к НМТ и обратно. А впуск и выпуск являются частью этих двух тактов. Подробней принцип работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания можно описать следующим образом.

Газы от сгорания топливной смеси толкают поршень вниз от ВМТ. Примерно на середине хода поршня в гильзе цилиндра открывается выпускное отверстие, через которое часть газов выбрасывается в патрубок глушителя. Продолжая двигаться вниз, поршень создаёт давление, благодаря которому в цилиндр поступает новая порция топлива, одновременно продувая его от остатков сгоревших газов. Подходя к ВМТ, поршень сжимает смесь и система зажигания воспламеняет её. Снова начинается такт расширения.

В авиамоделестроении широко используется двухтактный дизельный двигатель, его принцип работы тот же, что и у бензинового. Разница в том, что смесь топлива с воздухом самостоятельно воспламеняется в конце цикла сжатия. Горючим для таких моторов служит смесь эфира с авиационным керосином. Воспламенение этого горючего происходит при гораздо меньшей степени сжатия, чем у двигателей на традиционном дизельном топливе.

Конструктивные особенности и различия

Двухтактный двигатель отличается от четырехтактного не только тем, за сколько тактов работы происходит газообмен.

Четырехтактный требует наличия системы газораспределения (впускные и выпускные клапаны, распределительный вал с кулачковым механизмом и т. д. ). В двухтактном такой системы нет, благодаря этому он гораздо проще.

Двигатель с четырьмя тактами работы требует полноценной системы смазки из-за большого количества движущихся и трущихся частей. Для смазки двигателя с двумя тактами работы можно использовать масло просто разводя его вместе с топливом.

Эксплуатационные показатели в сравнении

Сопоставляя двухтактный двигатель и четырехтактный двигатель, разницу между ними можно заметить не только в устройстве, но и в эксплуатационных характеристиках. Сравнивать их можно по следующим показателям:

  • литровая мощность;
  • удельная мощность;
  • экономичность;
  • экологичность;
  • шумность;
  • ресурс работы;
  • простота обслуживания;
  • вес;
  • цена.

Литровой называется мощность, снимаемая с литра объёма цилиндра. Теоретически она должна быть в два раза больше у двухтактного. Однако на деле этот показатель составляет 1,5−1,8. Сказывается неполное использование рабочего хода газов, затраты энергии на продувку, неполное сгорание и потери топлива.

Удельная мощность представляет собой величину отношения мощности мотора к его весу. Она также выше у двухтактных. Для них нужен менее тяжёлый маховик и не нужны дополнительные системы (газораспределения и смазки), утяжеляющие конструкцию. КПД у них также выше.

Экономичность (расход топлива на единицу мощности) выше у четырехтактных. Двигатели с двумя тактами часть топлива теряют впустую при продувке цилиндра.

Экологичность двухтактных ниже, опять-таки из-за потери несгоревшего топлива и масла. Убедиться в этом можно на примере двухтактного лодочного мотора. Он всегда оставляет на воде тонкую плёнку из несгоревшего топлива.

Шумность выше у двухтактных. Это связано с тем, что выхлопные газы из цилиндра вырываются с большой скоростью.

Ресурс работы выше у четырехтактных. Отдельная система смазки и меньшая оборотистость двигателя положительно сказываются на сроке его службы.

Проще обслуживать, безусловно, двухтактные моторы из-за меньшего количества вспомогательных систем. Масса больше у четырехтактных. Двухтактные дешевле.

В некоторых механизмах применение двухтактных двигателей является однозначным. Это, например, бензопилы. Высокая удельная мощность, маленький вес и простота делают его здесь безусловным фаворитом.

Двухтактные двигатели используются также в мототехнике, лодочных моторах, газонокосилках, скутерах, авиамоделировании. В большинстве самодельных машин и механизмов умельцы также используют двухтактный мотор.

Однотактные и трехтактные силовые агрегаты

Существуют также одно- и трехтактные двигатели. Однотактные двигатели делают с внешней камерой сгорания. Такая схема реализует все четыре такта за один ход поршня. Трехтактный двигатель Ванкеля является роторно-поршневым. Из-за сложности конструкции и чрезвычайной требовательности к качеству обработки поверхностей такие моторы не получили широкого распространения.

Рабочим циклом двигателя называется периодически повторяющийся ряд последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу. Автомобильные двигатели чаще всего работают по четырёхтактному циклу, который совершается за два оборота коленчатого вала или четыре хода поршня и состоит из тактов впуска, сжатия, расширения и выпуска.

В карбюраторном четырёхтактном двигателе рабочий цикл происходит следующим образом.

Рабочий цикл карбюраторного двигателя:

— Такт сжатия
Поршень идёт из НМТ в ВМТ, сжимая рабочую смесь. При этом значительно возрастает температура смеси. Отношение рабочего объёма цилиндра в НМТ и объёма камеры сгорания в ВМТ называется степенью сжатия. Степень сжатия — очень важный параметр, обычно, чем она больше, тем больше топливная экономичность двигателя. Однако, для двигателя с большей степенью сжатия требуется топливо с большим октановым числом, которое дороже.
Такт расширения, или рабочий ход

Незадолго до конца цикла сжатия топливовоздушная смесь поджигается искрой от свечи зажигания. Во время пути поршня из ВМТ в НМТ топливо сгорает, и под действием тепла сгоревшего топлива рабочая смесь расширяется, толкая поршень. При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при этом такте коленчатого вала называют рабочим ходом. Степень «недоворота» коленчатого вала двигателя до ВМТ при поджигании смеси называется углом опережения зажигания. Опережение зажигания необходимо для того, чтобы сгорание топлива успело, полностью закончится к моменту достижения поршнем НМТ, то есть для наиболее эффективной работы двигателя. Сгорание топлива занимает практически фиксированное время, поэтому для повышения эффективности двигателя нужно увеличивать угол опережения зажигания при повышении оборотов. В старых двигателях эта регулировка производилась механическим устройством (центробежным и вакуумным регулятором, воздействующим на прерыватель). В современных двигателях для регулировки угла опережения зажигания используют электронику.

Гифка наглядно демонстрирует процесс работы четырехтактного двигателя

— Такт выпуска
После НМТ рабочего цикла открывается выпускной клапан, и движущийся вверх поршень вытесняет выхлопные газы из цилиндра двигателя. При достижении поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается, и цикл начинается сначала.

Полностью очистить цилиндры двигателя от продуктов сгорания практически невозможно (слишком мало времени), поэтому при последующем впуске свежей горючей смеси она перемещается с остаточными отработавшими газами и называется рабочей смесью.

Коэффициент остаточных газов характеризует степень загрязнения свежего заряда отработавшими газами и представляет собой отношение массы продуктов сгорания, оставшихся в цилиндре, к массе свежей горючей смеси. Для карбюраторных двигателей коэффициент остаточных газов находится в пределах 0,06-0,12.

По отношению к рабочему ходу такты впуска, сжатия и выпуска являются вспомогательными.

Рабочий цикл дизельного двигателя
Рабочие циклы четырёхтактного дизеля и карбюраторного двигателя существенно различаются по способу смесеобразования и воспламенения рабочей смеси. Основное отличие состоит в том, что в цилиндр дизеля при такте впуска поступает не горючая смесь, а воздух, который из–за большой степени сжатия нагревается до высокой температуры, а затем в него впрыскивается мелкораспыленное топливо, которое под действием высокой температуры воздуха самовоспламеняется.

Читайте также

В четырёхтактном дизеле рабочие процессы происходят следующим образом.

Поршень движется от НМТ к ВМТ. Впускной и выпускной клапаны закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень сжимает имеющийся в цилиндре воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива.

— Такт расширения, или рабочий ход
При подходе поршня к ВМТ в цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо, подаваемое топливным насосом высокого давления (ТНВД). Впрыснутое топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, самовоспламеняется и начинается процесс сгорания, характеризующийся быстрым повышением температуры и давления. Под действием давления газов поршень перемещается от ВМТ к НМТ. Происходит рабочий ход.

— Такт выпуска
Поршень перемещается от НМТ к ВМТ и через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. После окончания такта выпуска при дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цикл повторяется в той же последовательности.

На этом видео показана работа реального двигателя. Камера встроена в цилиндр блока.

Недостатки четырёхтактных двигателей:

Все холостые ходы (впуск, сжатие, выпуск) совершаются за счёт кинетической энергии, запасённой кривошипно шатунным механизмом и связанными с ним деталями во время рабочего хода, в процессе которого химическая энергия топлива превращается в механическую энергию движущихся частей двигателя. Поскольку сгорание происходит в доли секунд, то оно сопровождается быстрым увеличением нагрузки на крышку (головку) цилиндра, поршень и другие детали двигателя внутреннего сгорания. Наличие такой нагрузки неизбежно приводит к необходимости увеличить массу движущихся деталей (для повышения прочности), что в свою очередь сопровождается ростом инерционных нагрузок на движущиеся детали.

Уступают по мощности двухтактным.

Преимущества четырёхтактных двигателей:

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 четырехтактного двигателя находится в масляной ванне. Благодаря этому нет необходимости смешивать бензин с маслом или доливать масло в специальный бачок. 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.

Читайте также

Пишите, звоните до 21: 00 по Москве:

©Проект-Технарь, 2010-2020
Все работы, чертежи и связанные с ними материалы принадлежат их авторам и предоставляются только в ознакомительных целях.
ИНН550705958503

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.

  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.

4 тактный двигатель как работает


4-тактный двигатель, особенности работы и требования к смазочным материалам

Каждый современный четырехтактный автомобильный двигатель имеет в своем составе некоторое количество цилиндров. Равномерная синхронная работа силового агрегата осуществляется благодаря отлаженной одновременной работе всей группы цилиндров.

Поршни цилиндров во время рабочего хода оказывают мощное толкающее воздействие на коленчатый вал. При тщательных регулировках систем двигателя необходимо обеспечить отлаженность толчков поршней для полного уравновешивания сил, действующих на коленвал, с целью исключения возможных вибраций мотора и гарантирования его стабильной ровной работы.

Виды двигателей внутреннего сгорания

В зависимости от типа потребляемого топлива двигатели внутреннего сгорания (ДВС) различают по видам:

  1. Карбюраторный бензиновый движок.
  2. Дизельный мотор.
  3. Газовый двигатель.

Карбюраторные силовые агрегаты работают на бензине, используя принудительное зажигание. Принцип работы карбюраторных моторов: топливо в расчетных количествах поступает в рабочий цилиндр после смешивания его с воздушными массами.

Дизели работают на дизельном топливе. Принцип работы: при помощи форсунок подаваемое дизельное топливо обогащается воздухом непосредственно в цилиндрах.

Газовый двигатель внутреннего сгорания использует пропано-бутановый газ. Принцип работы газового мотора состоит в предварительном смешивании газа с кислородом перед подачей его в цилиндр.

Цикл работы автомобильного движка

Работа 4-тактного двигателя происходит по определенному циклу, состоящему из четырех тактов. Полный цикл завершается после совершения коленчатым валом двух полных оборотов или четырех ходов поршня. Четырехтактный силовой агрегат в процессе функционирования оказывает усиленное воздействие на коленчатый вал для приведения в действие рабочих систем автомобиля.

В процессе работы двигателя поршень совершает ходы в 4 такта:

  • впуск;
  • сжатие;
  • расширение;
  • выпуск.

При функции впуска полость цилиндра заполняется топливовоздушной смесью в результате перемещения поршня в нижнее положение, в нижнюю мертвую точку (НМТ).

Во время движения поршня в верхнюю мертвую точку (ВМТ) рабочая смесь сильно сжимается.

Функция расширения заключается в воспламенении топливовоздушной смеси под воздействием высокого давления, возникающего в процессе сжатия, или при помощи электрической искры. При воспламенении газы мгновенно расширяются и с большой силой толкают поршень вниз.

Четвертый такт выпуска производится благодаря перемещению поршня в верхнее положение. В это время образовавшиеся продукты сгорания выталкиваются из цилиндров.

Особенности систем двигателя

Четырехтактный двигатель функционирует бесперебойно благодаря слаженной работе вспомогательных систем:

  1. Системы зажигания.
  2. Системы выпуска.
  3. Топливной системы двигателя.
  4. Смазочной.
  5. Выхлопной.
  6. Системы охлаждения двигателя.

В задачу системы зажигания входит обеспечение надежного воспламенения топливовоздушной горючей смеси.

В процессе работы выпускной системы подается воздух в необходимых количествах в точно определенное время, чтобы образовать качественную рабочую смесь.

Осуществление непрерывной подачи горючего для смешивания с воздушными массами входит в обязанность топливной системы.

Без работы системы смазки невозможны следующие функции:

  • стабильный контакт трущихся деталей;
  • удаление мельчайших металлических фрагментов, возникающих в процессе износа трущихся поверхностей;
  • отвод повышенного тепла от рабочих элементов.

Система выхлопа занимается полным удалением из цилиндров отработавших газов, уменьшением содержания в них вредных веществ.

Охлаждающая система следит за поддержанием номинальной температуры рабочих элементов движка.

4-тактный двигатель: описание преимуществ

Четырехтактный силовой агрегат обладает несомненными преимуществами:

  • экономичным расходом топлива;
  • надежностью конструкции;
  • легкостью в обслуживании;
  • устойчивой работой;
  • высокой длительностью ресурса;
  • отсутствием повышенных шумовых эффектов.

К одному из основных достоинств устройства четырехтактного силового агрегата относится оригинальное расположение коленчатого вала в ванне, содержащей машинное масло для 4-тактных двигателей. В то время как в двухтактных моторах смазывание трущихся поверхностей происходит за счет смешивания специального машинного масла с топливом.

Благодаря улучшенной конструкции 4-тактный двигатель имеет небольшое количество нагара в поршнях и в глушителе, что дает возможность существенно уменьшить вредность выхлопных газов.

Минусы четырехтактных силовых агрегатов

Основным недостатком 4-тактных движков является меньшая мощность в сравнении с 2-тактными аналогами.

Часть кинетической энергии, полученной коленчатым валом от толчков поршней, расходуется на совершение впуска, сжатия и выпуска. Т. е. энергия, полученная в ходе химических процессов сгорания, частично расходуется на механическое приведение в движение внутренних рабочих элементов движка.

Во время сгорания топливной смеси происходит кратковременное мощное возрастание нагрузки на головку блока цилиндров (ГБЦ), поршни и прочие рабочие элементы движка. Во избежание их разрушений и выхода из строя возникает необходимость увеличения массы этих компонентов с целью увеличения их прочности. Данные преобразования влекут возрастание инерции и нагрузок на элементы, находящиеся в движении.

Все описанные моменты приводят к частичному отбору мощности 4-тактного двигателя.

К минусам также можно отнести увеличение периода разгона автомобиля в сравнении с 2-тактными моторами и необходимость регулировки тепловых зазоров клапанов.

Несмотря на наличие некоторых недостатков, очевидные достоинства четырехтактных силовых агрегатов являются неоспоримыми.

Особенности работы системы смазки четырехтактного мотора

В конструкцию четырехтактного силового агрегата включен масляный картер с поддоном, в котором постоянно находится смазочная жидкость на определенном уровне. При помощи масляного насоса моторная смазка поступает в систему и распределяется по внутренним поверхностям стенок цилиндров.

Тонкая масляная пленка существенно уменьшает силу трения контактирующих подвижных элементов. Кольца маслосъемные тщательно отводят моторное масло от камеры сгорания.

Благодаря меньшим нагрузкам, испытываемым 4-тактным двигателем, обеспечивается систематическое поступление смазочного материала в требуемых объемах на трущиеся поверхности рабочих деталей и узлов. За счет этого ресурс двигателя существенно увеличивается. Полную замену машинного масла следует производить один раз в сезон.

Чтобы предотвратить возможные утечки моторного масла из ДВС во время эксплуатации силового агрегата, необходимо регулярно замерять количество смазочной жидкости в картере при помощи специального маслозамерного щупа.

На современных моделях автомобилей производители устанавливают специальные контрольные датчики, при помощи которых производятся проверка уровня машинной смазки и незамедлительное информирование водителя о потребности полной замены смазочного материала.

Требования, предъявляемые к моторным маслам для четырехтактного двигателя

В связи с конструкционными особенностями 4-тактных моторов смазочные материалы, используемые в смазочной системе, должны обладать определенными характеристиками и уровнями качества в соответствии с предъявляемыми требованиями:

  1. Сохранение высоких смазочных свойств в течение длительного периода.
  2. Способность обеспечить качественную защиту и охлаждение рабочих элементов силового агрегата.
  3. Соответствие требованиям данных марок и моделей транспортных средств.

При соблюдении вышеперечисленных пунктов смазочная жидкость будет правильно подобрана. Выбранное моторное масло с успехом защитит детали от износа, будут созданы все необходимые условия для долгой и безотказной работы четырехтактного силового агрегата.

avtodvigateli.com

4-тактный двигатель: принцип работы

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

Особенности

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

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

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

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

Как работает двухтактный двигатель

Весь процесс основывается на рабочем ходе и сжатии.

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

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

Положительные и отрицательные стороны

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

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

Как работает четырехтактный мотор

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

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

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

Достоинства

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

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

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

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

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

Главное отличие

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

Смазочные материалы

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

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

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

Мощность

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

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

fb.ru

Новый двигатель оправдал себя на автомобилях Mazda – Автомобили – Коммерсантъ

Новый двигатель оправдал себя на автомобилях Mazda

Журнал «Коммерсантъ Автопилот» №9 от , стр. 12

&nbspНовый двигатель оправдал себя на автомобилях Mazda

       Двигатели бывают 2-тактные, 4-тактные, а в особый период — 3-тактные. Этот анекдот приписывают преподавателям военной кафедры одного из московских автомобильных вузов. А действительно, сколько тактов может быть в двигателе? Первый — впуск порции смеси в цилиндр, второй — сжатие смеси, третий — воспламенение сжатой смеси и рабочий ход, четвертый — выпуск отработавших газов. И так практически у всех двигателей, как бензиновых, так и дизельных. В немногих оставшихся двигателях тактов 2 («Автопилот» #3 1994 г.).
       Mazda, назло планете всей выпускающая автомобили с роторным двигателем Ванкеля (Felix Wankel), год назад вновь поразила всех, внедрив в серию 5-тактный двигатель американца Ральфа Миллера (Ralpf H. Miller). Он в конце 40-х годов развил принцип Отто (Nicolaus Otto), автора 4-тактного цикла. Mazda Xedos 9 (или Eunos 800 на японском рынке, или Millenia S — на американском) высшего среднего класса — стилистическое развитие моделей 626 и Xedox 6. Кстати, аэродинамический лидер в своем классе — CD=0,29.
       Как работает двигатель? При первом такте поршень движется вниз от верхней мертвой точки (ВМТ), открывается впускной клапан и в цилиндр поступает топливо-воздушная смесь. Второй такт. Поршень двигается к ВМТ. Если в 4-тактном двигателе в этот момент впускной клапан уже закрыт, то здесь он остается открытым еще на протяжении 1/5 хода поршня, но смесь продолжает поступать в цилиндры под небольшим давлением, которое обеспечивает спиральный нагнетатель Lysholm. Давление поршня дополнительно способствует равномерности заполнения цилиндра. Третий такт — сжатие — начинается со 2/5 хода. Впускной клапан закрыт. Дальше все обычно — поршень достигает ВМТ, сжатую смесь воспламеняют… Четвертый такт рабочий. Газы воздействуют на поршень на протяжении всего его хода от ВМТ к нижней мертвой точке. Пятый такт: через выпускной клапан выходят отработавшие газы, поджимаемые вновь поднимающимся поршнем. От хода поршня, как известно, зависит рабочий объем цилиндра и степень сжатия (отношение рабочего объема цилиндра к объему камеры сгорания). Чем больше степень сжатия, тем больше мощность. Но растут рабочая температура и выбросы NOx. И приходится использовать дорогое высокооктановое топливо. Словом, сложно, неэкологично, расточительно. Стоит в обычном двигателе укоротить ход поршня, как ухудшаются характеристики, поскольку газы, выделившиеся после воспламенения, действуют на поршень на меньшем расстоянии. Миллер, «растянув» цикл Отто, добился того, что ход поршня при сжатии меньше рабочего хода поршня. То есть, не проиграв в характеристике, он понизил рабочую температуру двигателя, уменьшил максимальные обороты и за счет этого увеличил ресурс. А также очистил выхлоп от NOx. И получил возможность использовать топливо с октановым числом 91.
       Двигатель V6 рабочим объемом 2255 куб. см имеет алюминиевые блок и головку цилиндров, 4 клапана на цилиндр, 2 распредвала в каждой головке, электронный многоточечный впрыск, степень сжатия 8,0, мощность 210 л. с. при 5500 об./мин., крутящий момент 194 Нм при 4500 об./мин., причем высокий момент держится в более широком диапазоне оборотов, чем у обычных двигателей. Кстати, еще один важный показатель эффективности двигателя, литровая мощность — едва ли не самая высокая среди всех Mazda: 97,6 л. с. с каждого литра. Остается ждать, что нечто подобное сделают с 2-тактным двигателем и появится… 3-тактный.

Комментарии Самое важное в канале Коммерсантъ в  Telegram

www. kommersant.ru

Отличия 2-х тактного от 4-х тактного двигателя

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

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

Принцип работы двигателя.

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

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

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

Как работает двухтактный двигатель?

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

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

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

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

Рабочий цикл двухтактного двигателя.

Такт 1: впуск и зажигание горючей смеси

Когда поршень движется вверх, топливо и воздух нагнетаются в камеру сгорания и свеча зажигания дает искру. Это происходит как раз перед тем, как поршень достигает ВМТ.

Такт 2: Сжатие и Выхлоп

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

Как работает четырехтактный двигатель?


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

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

Рабочий цикл четырехтактного двигателя.

такт 1: впуск

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

такт 2: сжатие

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

такт 3: воспламенение

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

такт 4: выпуск

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

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

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

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

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

Производительность.

Двухтактный двигатель имеет меньше компонентов и поэтому легче и компактнее, это предпочтительней для агрегатов, которые пользователю необходимо держать на весу или удерживать. Ручные инструменты, такие как бензопилы и садовые инструменты, работающие на бензине, являются хорошим примером весового преимущества двухтактных двигателей. Уменьшение веса машины облегчает управление и удержание одновременно.

Также двухтактный двигатель имеет более низкую степень сжатие и вращается более свободно. Это приводит к более быстрой реакции при увеличении подачи топлива и набирают обороты намного быстрее, чем четырехтактные.

При запуске двигателя при помощи ручного стартера более низкое сжатие означает, что для запуска двигателя требует меньших усилий. Для ручного запуска 4-тактных двигателей используют декомпрессионное устройство для открытия клапанов и снижения компрессии, а это означает, что двигатель должен иметь дополнительные механические компоненты, увеличивая вес и добавляя процедуры при техническом обслуживании и ремонте. Если 4-тактный двигатель оборудован электростартером, то декомпрессионное устройство не требуется, так как электродвигатель достаточно мощный, чтобы преодолеть сжатие и запустить двигатель.

Недостатком 2-тактных двигателей является то, что они плохо работают на низких оборотах и имеют оптимальный диапазон мощности только на высоких оборотах – когда двигатель встречает слишком большое сопротивление, обороты могут упасть, что приводит к потере мощности и возникает большая вероятность остановки двигателя.

4-тактный двигатель более устойчив при усилении сопротивления (нагрузки), пример: при увеличении нагрузки на двигатель генератора число оборотов в минуту падает и быстро восстанавливается, для поддержания постоянного количества числа оборотов, необходимых для выработки стабильного электрического тока.

Из-за этих ограничений двухтактные двигатели не используют в больших мотоциклах и других транспортных средствах, так как вес машин слишком велик для стабильной работы двигателя. Они также не всегда подходят для генераторов, поскольку генератор предполагает большие перепады нагрузки на двигатель.

В то время как 4-тактный двигатель стабилен при работе на низких оборотах, он не может ускоряться так же быстро, как 2-тактный двигатель.Время задержки является распространенным явлением, когда 4-тактный двигатель должен ускориться, так как механическая работа, связанная с работой клапанов требует времени – это и приводит к основной причине задержке ускорения.

Поскольку 4-тактным двигателям требуется больше времени для ускорения, 2-тактные двигатели являются предпочтительными для высокопроизводительных мотоциклов и моторных лодок. Хотя это можно применять только в том случае, если мотоцикл или лодка не слишком тяжелые. Облегченное транспортное средство, приводимое в действие двухтактным двигателем, имеет лучшее ускорение, если обороты остаются достаточно высокими, чтобы поддерживать оптимальную работу двигателя в диапазоне высоких оборотов.

Техническое обслуживание и ремонт

Двухтактный двигатель требует частого технического обслуживания, это вызвано тем, что моторное масло смешивается с топливом, а масло в свою очередь при сгорании с топливом оставляет черный след (диоксид и оксид углерода) на свече зажигания и требует периодичной очистки свечи. Также остатки масла накапливаются в карбюраторе, и требует своевременного обслуживания.

Топливная смесь для работы 2-тактного двигателя требует особого внимания: если в топливной смеси слишком много масла, сгорание будет не полным. Это снижает производительность двигателя и потребует более частой очистки свечи зажигания и карбюратора; если в топливной смеси слишком мало масла, это может привести к недостаточной смазке блока цилиндра, перегреву и сокращению срока службы двигателя.

Двухтактный двигатель нуждается в частом техническом обслуживании, но эти процедуры просты в исполнении и недороги. Текущее техническое обслуживание 4-тактного двигателя проводиться через определенное количество моточасов или километров. По сравнению с двухтактным двигателем, он не такой частый по времени, но более сложный и дороже. Поскольку современные 4-тактные двигатели используют гидравлические подъемники для управления клапанами, особое внимание следует уделять уровню и типу используемого масла. Так как давление масла и его вязкость напрямую влияют на работу гидравлических подъемников клапанов.

Если уровень масла слишком низкий или неисправен масляный насос, давление масла будет ниже, чем должно быть. Низкое давление масла приводит к неисправности клапанов и может легко привести к поломке двигателя или серьезному повреждению. Если давление масла слишком высокое из-за переполнения масляного картера, двигатель также будет поврежден. Ремонт клапанов двигателя – сложная и дорогостоящая процедура, поэтому крайне важно, чтобы 4-тактный двигатель всегда работал при правильном давлении масла, используя правильный тип масла.

При сравнении технического обслуживания и ремонту двухтактные двигатели проще и обойдутся дешевле. Из-за своей простоты двухтактный двигатель намного легче разобрать и собрать, это занимает меньше времени и требует меньше навыков для ремонта. Отсутствие клапанов или масляного насоса, означает – меньше проблем. В четырехтактным двигателе при длительном использовании клапана будут нуждаться во внимании. С течением времени изнашиваются уплотнения и прокладки штока клапана, а также сами клапана и отверстия клапанов в головке двигателя. Снятие и ремонт клапанов – это сложная операция и требует вмешательство специалиста.

Уровень шума

Когда дело доходит до уровня шума, 4-тактные двигатели, как правило, на холостом ходу работают тише.

Please follow and like us:

www.protools.co.ua

Первый пятитактный поршневой двигатель — DRIVE2

Двигатель с нечетным числом тактов — это, согласитесь, немного странно. На сегодняшний день у нас существуют двух-, четырех- и даже шеститактные двигатели (сразу после фазы «выпуска» в цилиндры впрыскивается вода для создания пара и получения двух дополнительных свободных тактов вследствие отходящего тепла). Теория пятитактного мотора была изобретена Герхардом Шмитцем довольно давно, и только сейчас британской компании Ilmor удалось создать полностью функциональный прототип.
Будучи разработчиком и поставщиком двигателей для Формулы-1 и Indycar, Ilmor построил то, что многие считали абсурдом, — пятитактный бензиновый мотор, который более эффективен, чем традиционные «четырехтактники». Если вы думаете, что это очень комплексное изобретение, то вы ошибаетесь: его принцип работы довольно прост.
Нормальный четырехтактный ДВС, который можно найти в любом автомобиле, работает в 4 этапа: впуск (поршень идет вниз, всасывая воздушно-топливную смесь), сжатие (поршень идет вверх, сжимая смесь), рабочий ход (искра свечи воспламеняет смесь и посылает поршень вниз), выпуск (поршень идет вверх, выпуская горячие отработавшие газы).
Для человека, имеющего поверхностные знания об автомобилях, все это выглядит, как очень эффективный способ, однако много энергии тратится впустую в фазах «рабочего хода» и «выпуска», поскольку процесс генерирует огромное количество тепла, которое в сущности нужно отводить во избежание проблем. Не говоря уже о том, что из четырех тактов только один рабочий, а остальные три осуществляются инерцией маховика или другими цилиндрами.
Пятитактный концепт использует два активных цилиндра (высокое давление), которые работают по классической 4-тактной схеме, и третий наращивающий центральный цилиндр (низкое давление).
Ключевой момент здесь — дополнительный цилиндр, который поочередно используется другими двумя, чтобы загрузить дополнительное давление сразу после окончания рабочего хода. Как только поршень достигает нижней части цилиндра, выпускной клапан открывается, позволяя горячему расширяющемуся газу выйти из цилиндра. Обычно он выходит через выхлопную трубу, но это ведь чистая потеря энергии.
Вместо этого все еще горячий газ сбрасывается в третий цилиндр, толкая его вниз и создавая дополнительный пятый такт, дающий коленвалу лишние 180 градусов вращения.
В целом пятитактный двигатель обеспечивает расход топлива и уровень выбросов, сопоставимый с современными дизельными двигателями. 700-кубовый турбированный пятитактный мотор, собранный Ilmor, выдает 130 л. с. (более 185 л. с. на литр) и 166 Нм, что на 7 л. с. больше, чем у «фордовского» 1-литрового EcoBoost. Он потребляет 226 грамм бензина на 1 кВтч (измерения проходили на испытательном стенде при оптимальной работе двигателя, так что в реальности цифры будут немного другие).
Ну и видео:


(материалы взяты с mail.ru)

www.drive2.ru

Виды двигателей внутреннего сгорания

При выборе садовой техники и оборудования нужно обращать внимание на тип двигателя. Существует два типа двигателей внутреннего сгорания: 2-х тактный и 4-х тактный. Для садовой техники более крупного размера, таких как газонокосилки, мотоблоки, мотокультиваторы, мини тракторы, рейдеры и т.д. в основном используют 4-х тактные двигатели, а для садовой техники малого размера — такой как бензокосы, бензопилы, и др. в основном 2-х тактные.

Рассмотрим принцип работы этих двух видов двигателей внутреннего сгорания.

Оба двигателя приводятся в действие за счет использования расширения газов при нагревании, которое происходит за счет принудительного воспламенения горючей смеси, поступаемой в воздушное пространство цилиндра. Все двигатели внутреннего сгорания, независимо от его типа, имеют основные механизмы, такие как кривошипно-шатунный механизм, газораспределительный механизм, система смазки, система охлаждения, система питания и система зажигания. Передача полезной энергии расширяющегося газа происходит через кривошипно-шатунный механизм, а за впрыск топливной смеси в цилиндр отвечает механизм газораспределения.

Принцип работы двухтактного двигателя

Рабочий цикл 2-х тактного двигателя состоит из двух этапов: ими являются сжатие и рабочий ход.

Сжатие.
Основными положениями поршня являются верхняя мертвая точка (ВМТ) и нижняя мертвая точка (НМТ). Двигаясь от НМТ к ВМТ, поршень поочередно перекрывает сначала продувочное окно, а затем выпускное окно, после чего смесь попадает в цилиндр и начинает сжиматься. При этом через впускное окно в кривошипную камеру поступает свежая горючая смесь, которая будет использована в последующем такте.

Рабочий ход.
После того, как горючая смесь максимально сжата, она воспламеняется при помощи электрической искры, образуемой свечой. При этом температура газовой смеси резко возрастает и объем газа стремительно растет, осуществляя давление, при котором поршень начинает движение к НМТ. Опускаясь, поршень открывает выпускное окно, при этом продукты горения горючей смеси выбрасываются в атмосферу. Следующее движение поршня приводит к повторному сжатию свежей горючей смеси и открытию продувочного отверстия, через которое горючая смесь поступает в камеру сгорания и так такт за тактом химическая энергия топлива превращается в механическую работу двигателя и его агрегатов.

Недостатком двухтактного двигателя является большой расход топлива, причем часть топлива не успевает сгорать и выбрасывается в атмосферу. Это связано с наличием момента, при котором продувочное и выпускное отверстие одновременно открыты. Требуется смесь на основе бензина и масла для смазки механизмов двигателя, что требует дополнительных расходов на покупку масла и необходимости постоянно готовить топливную смесь. Основными преимуществами двухтактного двигателя является его маленькие по сравнению с 4-х тактным двигателем размер и вес.

Принцип работы четырехтактного двигателя

Принцип работы четырехтактного двигателя значительно отличается от работы двухтактного. Рабочий цикл четырехтактного двигателя состоит из четырех этапов: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск, что стало возможным за счет применения системы клапанов. Когда происходит впускной этап поршень двигается вниз, открывается впускной клапан, в цилиндр поступает горючая смесь, которая при смешении с остатками отработанной смеси образует рабочую смесь. При сжатии поршень движется из НМТ к ВМТ, все два клапана закрыты. Чем выше поднимается поршень, тем выше давление и температура рабочей смеси.

Рабочий ход четырехтактного двигателя представляет собой принудительное движение поршня из ВМТ к НМТ за счет воздействия резко расширяющейся рабочей смеси, воспламененной искрой от свечи. Как только поршень достигает НМТ, открывается выпускной клапан. Во время выпускного этапа продукты сгорания, вытесняемые давлением поршня, движущимся из НМТ к ВМТ, выбрасываются в атмосферу через выпускной клапан.

За счет применения системы клапанов и фаз газораспределения четырехтактные двигатели внутреннего сгорания намного экономичнее и экологичнее — потому что исключает выброс неиспользованной топливной смеси. При работе 4-х тактные двигатели значительно тише, чем 2-х тактные и в эксплуатации намного проще. Масло в данных двигателях заливается в масляный картер, что значительно уменьшает его потребление и избавляет от заботы по приготовлению бензино-маслянной смеси. На сегодняшний день 4-х тактные двигатели становятся все компактнее, и ими оснащают такую садовую технику как бензокосы, мотобуры и т.д.

Для справки: Сравнение преимуществ и недостатков

Двигатели Преимущества
Двигатель внутреннего сгорания
  1. Высокая дальность передвижения на одной заправке;
  2. Малый вес и объем источника энергии (топливного бака).
Электродвигатель
  1. Малый вес;
  2. Максимальный момент доступный при 0 об/мин;
  3. Нет необходимости в КПП;
  4. Высокий КПД.
Паровой двигатель
  1. Работа на любом топливе.
  2. Самая высокая единичная мощность.
  3. Различные варианты теплоносителя.
  4. Широкая линейка мощностей.
  5. Значительный ресурс.
Реактивный двигатель
  1. Сверхбольшие скорости.
  2. Преодоление больших расстояний.
  3. Большая мощность.
Двигатели Недостатки
Двигатель внутреннего сгорания
  1. Низкий средний КПД во время эксплуатации;
  2. Высокое загрязнение окружающей среды;
  3. Обязательное наличие КПП;
  4. Отсутствие режима рекуперации энергии;
  5. Работа ДВС подавляющую часть времени с недогрузом.
Электродвигатель
  1. Малое плечо на одной зарядке;
  2. Долгая зарядка;
  3. Малый срок службы батареи;
  4. Большой объем и вес батареи.
Паровой двигатель
  1. Высокая инертность.
  2. Высокая стоимость.
  3. Производство тепла преобладает над электроэнергией.
  4. Сложный и дорогой капитальный ремонт.
  5. Высок нижний порог эффективного применения.
Реактивный двигатель
  1. Большой расход топлива.
  2. Дорогое обслуживание.
  3. Узкий спектр применения

Двигатель 4-MIX — лёгкий и мощный

Лёгкий и мощный

Получивший приз четырёхтактный двигатель STIHL работает на маслобензиновой смеси. Двигатель STIHL 4-MIX объединяет в себе преимущества 2- и 4-тактного двигателя. Помимо огромной силы тяги и заметно более высокого крутящего момента двигатель 4-MIX поражает также уменьшенным объёмом отработанных газов, низкими расходами на техническое обслуживание и мягким звуком.

Явные преимущества

  • Снижение объема выхлопа: Благодаря почти полному сгоранию топлива обеспечивается соблюдение жестких европейских норм токсичности выхлопных газов, ступень II.
  • Без обслуживания смазочной системы: Простое обслуживание, так как используется обычная топливная смесь.
  • Небольшой вес: Благодаря системе смазывания рабочей смесью стало возможным отказаться от таких традиционных компонентов четырехтактных двигателей, как масляный насос, масляный бачок и масляный поддон.
  • Более низкий уровень шума: Приятное звучание даже при максимальной мощности.
  • Хорошее тяговое усилие и высокий крутящий момент: Хорошее ускорение обеспечивает высокую мощность.

  • Вот как это работает

    В отличие от других четырёхтактных двигателей 4-MIX работает на привычной маслобензиновой смеси (1:50). Благодаря абсолютно новому принципу, маслобензиновая смесь распределяется по всему двигателю через обводной канал в головке цилиндров и обеспечивает полное смазывание.

  • Простой запуск
    Для обеспечения простого запуска двигателя STIHL 4-MIX в него встроена система декомпрессии, которая при запуске увеличивает время открытия клапана. Благодаря этому значительно снижаются прилагаемые усилия для запуска агрегата

  • Чемпион по удобству обслуживания в легком весе

    Двигатель STIHL 4-MIX с системой смазывания рабочей смесью — настоящий чемпион по удобству обслуживания в легком весе: У двигателя 4-MIX отсутствуют все традиционные для 4-тактных двигателей компоненты, такие как масляный насос, масляный бачок и масляный поддон. Таким образом, многие дорогостоящие операции по сервисному обслуживанию, например, регулярная регулировка зазора клапанов, проверка уровня масла, замена масла и утилизация отработанного масла уходят в далекое прошлое.

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


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

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

Принцип работы двигателя.


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

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

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

Как работает двухтактный двигатель?



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

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

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

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

Рабочий цикл двухтактного двигателя.


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

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

Как работает четырехтактный двигатель?


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

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

Рабочий цикл четырехтактного двигателя.

Такт 1: впуск

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

Такт 2: сжатие

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

Такт 3: воспламенение

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

Такт 4: выпуск

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

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


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

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

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

Источник

Двухтактные и четырехтактные двигатели мотобуров

Отличия двухтактного двигателя от четырёхтактного 

Двигатели внутреннего сгорания имеют классификацию в зависимости от количества оборотов коленчатого вала. Движок, в котором рабочий цикл происходит за два такта (один оборот коленвала), именуется двухтактным. Двигатель, с рабочим циклом состоящим из четырех тактов ( за два оборота коленного вала), относится к четырёхтактному.

Один такт двигателя внутреннего сгорания это движение поршня вверх или вниз внутри цилиндра. Рабочий цикл ДВС объединяет серию процессов, в ходе которых высвобождается определённый объем мощности, оказывающий воздействие на коленвал двигателя.

Рабочий цикл 4-х тактного двигателя внутреннего сгорания состоит из нескольких этапов:

  • Заполнение цилиндра топливной смесью.
  • Сжатия топливной жидкости.
  • Воспламенения смеси.
  • Расширение сгоревших газов и освобождения от них цилиндра.

Двух и четырёхтактные двигатели внутреннего сгорания бывают карбюраторными, то есть функционирующими на бензиновом топливе, или дизельными. Отличие этих двух видов ДВС состоит не только в количестве оборотов коленвала. Но также в конструктивных и эксплуатационных характеристиках, от чего зависит принцип работы двигателей.

 

Технология работы двухтактного бензинового двигателя

Рабочий цикл состоит из двух тактов: сжатия рабочего хода и его расширения. Впускание топливной смеси и выпускание отработанных газов осуществляется в пределах двух тактов, то есть во время расширения и сжатия. В отличие от четырёхтактного движка, в котором процесс вхождения топлива и освобождения от газов происходит в отдельных тактах.

В момент сжатия топливной смеси поршень передвигается из НМТ (нижней мёртвой точки) в ВМТ (верхнюю мёртвую точку). Затем перекрывается продувочное окно, сквозь которое проникает в цилиндр топливная смесь, а за ним и выпускное отверстие для выхода отработанных газов. После этого осуществляется сжатие воздушно-бензиновой смеси.

Параллельно с этим процессом в кривошипной камере возникает разрежение, которое получает из карбюратора очередную порцию топлива. В момент прохождения поршня ВМТ топливная жидкость воспламеняется от свечной искры, а посредством образовавшихся газов поршень толкается вниз, тем самым провоцируя вращение коленного вала, что производит полезную работу.

В камере с кривошипным механизмом при рабочем ходе увеличивается давление, которое сжимает топливную жидкость, оказавшуюся там, в предыдущем такте. Когда верхний уровень уплотнительного кольца поршня достигает выпускного окна, при его открытии отработавшие газы попадают в глушитель.

Дальнейшее движение поршня способствует открытию продувочного окна, из-за чего топливная смесь, пребывающая под давлением в кривошипной камере, попадает в цилиндр. В это время остаточные от сгорания газы, попутно выполняют продувку цилиндра и заполняют надпоршневую часть цилиндра. Когда же поршень проходит НМТ рабочий цикл возобновляется в том же порядке.

 

Технология работы четырёхтактного бензинового двигателя

Рабочий цикл включает в себя четыре такта: впуск, сжатие, рабочий ход (расширение), выпуск. На впуске происходит опускание поршня из ВМТ в НМТ, а кулачки распредвала открывают впускной клапан, через который в цилиндр попадает топливо. Когда поршень идёт обратно из нижней мёртвой точки в верхнюю, то возникает сжатие топливной смеси, которое провоцирует увеличение её температуры. После чего перед завершением процесса сжатия между электродами свечи зажигается искра, которая воспламеняет топливную жидкость.

Та в свою очередь, высвобождает горючие газы, подталкивающие поршень вниз. За счёт такой последовательности осуществляется рабочий ход, при котором происходит полезная работа. При прохождении поршнем нижней мёртвой точки происходит открытие выпускного клапана, позволяющее движущемуся по направлению вверх поршню вытеснить отработавшие газы из ёмкости цилиндра, происходит выпуск. После закрытия выпускного клапана в верхней мёртвой точке рабочий цикл возобновляется.

 

Разница конструктивных особенностей и эксплуатационных преимуществ между 2-х и 4-х тактными двигателями

Главное различие четырёхтактного двигателя от двухтактного ― это разные методы подачи подачи воздушно-топливной смеси в цилиндр и ликвидации продуктов газообмена. Газораспределительное устройство у двухтактного движка отсутствует, что существенно облегчает его массу. В то время как в четырёхтактном ДВС основные процессы происходят за счёт специального газораспределительного устройства, которое контролирует работу впускного и выпускного клапанов. Сравнительный анализ основополагающих параметров 2-х тактных и 4-х тактных двигателей выявляет их сильные и слабые стороны.

Преимущества четырёхтактных ДВС:

  • Высокий крутящий момент при более низких оборотах коленвала.
  • Экономичность более высокая у четырёхтактных движков, топливный расход у них почти на 30% меньше, чем у двухтактных двигателей внутреннего сгорания.
  • Качественная система смазки у четырёхтактных ДВС обеспечивает продолжительное использование масла. Для двухтактных движков масло разбавляется в бензине либо поступает из масляного бака во впускной коллектор и сжигается одновременно с топливом в поршневой камере.
  • Шумность работы ниже у двухтактников.
  • Рабочий ресурс выше у 4-х тактных устройств, преобразования энергии в механическую работу, по причине меньшей частоты вращения коленного вала и более усовершенствованной смазочной системы.
  • С точки зрения безопасности окружающей экологической среды четырёхтактные движки лучше, потому как выхлопные газы у двухтактных двигателей намного токсичнее.

Достоинства двухтактных двигателей:

  • Простейшее техобслуживание из-за отсутствия сложной смазочной системы и наличия газораспределительного механизма. 
  • Объемная мощность у 2-х тактных движков значительно выше , почти на 70%, чем в четырёхтактных движках.
  • Простая и легкая конструкция.
  • Скорость увеличения оборотов вращения у 2-х тактных ДВС быстрее.
  • Стоимость более доступная у двухтактного двигателя внутреннего сгорания.

 

На мотобурах используют двигатели обоих типов. Если вам нужен легкий мотобур обладающий высокой мобильностью и управляемый одним оператором, то ваш выбор это двухтактный двигатель.  Если вам необходимо бурение грунта от третей категории и выше, диаметрами от 250 мм, то вам однозначно нужен мотобур с четырехтатным двигателем.

Различие между двухтактными и четырехтактными двигателями для лодок

Думаете о том, какой мотор купить для своей лодки: двухтактный или четырехтактный. Чтобы на него ответить и наконец-то определиться с выбором, следует разобраться с отличиями лодочных двигателей 2х и 4х тактов. В чем, собственно, состоит отличие работы механизма на 2х и 4х тактах, какие из них могут развивать большую скорость при одинаковой мощности.

А еще давайте разберемся с качеством выбросов и с тем, на каких водоемах лучше использовать какие лодочные двигатели.

Мы рассмотрим все эти вопросы, после чего вы сами сможете определиться с отличиями и с выбором удобного для вас варианта.

Переход с двухтактных на четырехтактные моторы и насколько это оправдано

Еще несколько десятков лет тому назад гораздо более распространенными были двухтактные лодочные двигатели. В то время 4-тактные двигатели были гораздо более громоздкими и капризными, чем сегодня. Хотя и по сей день с 2-тактными моторами во время эксплуатации, как правило, возникает меньше хлопот, чем с 4-тактными.


Преимущества двухтактных лодочных моторов заключаются в том, что они, как правило, весят гораздо меньше четырехтактных. К тому же имеют относительно высокую удельную мощность (учитывая габариты).

Хотя современные лодочные 4-тактные двигатели начали совершенствоваться и по многим отличиям существенно опередили двухтактные. В частности, по легкому запуску.

Если говорить в общем, ни один профессионал, который действительно разбирается в лодочных двигателях, не сможет сказать наобум, какой, 2х или 4-тактный мотор будет лучше. Это довольно-таки индивидуальный вопрос. Все зависит от типа лодки, условий и частоты ее эксплуатации, характеристики будущего водоема. И чтобы на него ответить, следует разобраться с отличием принципа работы 2х и 4х тактных лодочных моторов.

Отличия по принципу работы двухтактных и четырехтактных лодочных моторов. Экологичность


Давайте разберемся с принципом работы. Двухтактный лодочный двигатель — это мотор внутреннего сгорания, в котором для завершения рабочего цикла необходимо два хода поршня. Четырехтактный лодочный мотор — это также двигатель внутреннего сгорания, но для завершения процесса его работы, то есть цикла, поршню нужно произвести 4 такта. Почему так?

В двухтактном лодочном моторе внутреннего сгорания, в отличие от 4х тактного, масло попадает в камеру сгорания уже с бензином (предварительно смешивается). В 4х тактном — оно попадает с коленчатого вала.

Таким образом в выхлоп, то есть в те отработанные газы, которые выпускает мотор в атмосферу, попадает определенное количество не полностью сгоревшего масла. Соответственно, “полупрогоревшее” масло загрязняет экологию водоема.

Конечно, катастрофы не случится, если лодка сделает несколько кругов по водной глади. Но все-таки, если сравнивать отличия степени экологичности и 2х тактных и 4х тактных лодочных моторов, то последнее одержат уверенную победу.

У двухтактных лодочных двигателей рабочим считается каждый второй такт, а у четырехтактных — каждый четвертый. Из этого следует, что при одинаковом объеме камеры сгорания мощнее будут именно 2х тактные моторы. И здесь мы плавно перешли к мощности, о которой более подробно поговорим в следующем разделе.


Кто одержит победу по параметрам мощности и расходу топлива: двухтактные или четырехтактные лодочные двигатели

Двухтактные лодочные двигатели действительно при одних и тех же базовых параметрах (вес и размер) отличаются мощностью от четырехтактных. Они примерно в 1.5 раза мощнее, чем четырехтактные.

Здесь может показаться, что они более экономные, ведь при одних и тех же параметрах, а значит, возможно, при одном и том же количестве топлива они выдают большую мощность? Это не совсем так.

Как правило, при выходе на глиссирование, то есть на режим скольжения судна по водной глади, лодочный мотор четырехтактный расходует топлива примерно на 20% меньше, чем двухтактный лодочный двигатель. Почему это происходит? Во-первых, двухтактные лодочные моторы часть масла теряют во время выброса его вместе с отработанными выхлопными газами. Именно поэтому “кушают” двухтактники топливо более аппетитно. Хотя по производительности двухтактные лодочные моторы получше четырехтактных.

Что в итоге? А в итоге цена покатушек на 2х тактном двигателе будет не особо отличаться от цены лодочных прогулок на четырехтактном, и вот почему. Дело в том, что 2х тактные традиционно дешевле 4х тактных лодочных двигателей (на примере лодочных подвесных двигателей Suzuki), и порой отличие цены весьма значительно.

Отличия двухтактных и четырехтактных двигателей в вопросах моторесурса, ремонта, обслуживания


Чтобы понять, какие моторы для лодок, двухтактные или четырехтактные, более устойчивы к эксплуатации и в чем отличие, нужно снова обратить внимание на специфику их работы. Если сравнивать отличие 4х и 2х тактов, то сразу можно сказать, что четыре такта менее агрессивно изнашивают детали механизма. Поэтому, что касается моторесурса, то здесь ответ однозначный. Четырехтактные подвесные моторы для лодок гораздо более износостойкие, чем двухтактные.

А вот если произойдет поломка примерно одинаковой степени тяжести у 2х тактного и 4х тактного мотора, то стоимость ремонта первого однозначно будет меньше, чем второго. Как и у любого другого механизма, стоимость ремонта мотора прямо пропорциональна стоимости самого мотора. То есть чем дороже будет движок, тем больше средств понадобится на его “лечение”.

И что касается замены запчастей, на двухтактные двигатели будет таковые найти по низкой цене гораздо легче. А все потому, что двухтактный подвесной двигатель выпускается уже порядка 80 лет, поэтому рынок вторсырья просто изобилует годными деталями от старых лодочных двигателей. А вот с четырехтактным, скорее всего, придется покупать новую деталь у производителя. Хотя, шанс найти на вторичном рынке сломавшуюся деталь и для 4х тактного лодочного мотора тоже имеется.

Ну и опять же, если покупать дорогой и качественный лодочный двигатель, например, мотор Suzuki, то здесь гораздо меньше шансов на то, что его нужно будет вообще когда-нибудь чинить.

Что касается обслуживания, 2х тактные моторы по легкости обслуживания опережают 4х тактные. Они менее прихотливы и в вопросах качества топлива, и в вопросах профилактических чисток.


Подвесные моторы 2х и 4х тактные — неоспоримые лидеры для современных малых плавсредств


И двухтактный, и четырехтактный подвесной лодочный мотор прикрепляется к транцу резиновой лодки. Внешне современные лодочные двигатели 2х и 4х тактные отличий, пожалуй, не имеют.

В целом, подвесные лодочные моторы и 2х, и 4х тактные хороши тем, что не занимают полезный объем лодки, тем самым не загромождают и без того маломерное пространство. Кроме того, неважно, двухтактный это или четырехтактный лодочный мотор, его будет легко демонтировать для ремонта или просто перед тем, как надувную лодку нужно будет спустить. Еще один несомненный плюс подвесных двигателей — это относительно низкий уровень шума. Современные лодочные двигатели, в отличие от прошлых моделей, действительно шумят гораздо меньше, но это не значит, что в лодке на бензиновом моторе можно перемещаться при идеальной тишине.

Подводим итоги: какой лучше мотор, двухтактный или четырехтактный

Конечно, четырехтактные моторы считаются более современными, экономичными и экологичными. Но одновременно с тем, цена двухтактных моторов гораздо ниже. Что ж, давайте кратко перечислим все достоинства и недостатки двухтактных и четырехтактных лодочных двигателей. Из этого сжатого списка вы сможете понять все их отличия и принять единственно правильное решение для себя решение касательно покупки.

Достоинства двухтактных моторов

  • Первым неоспоримым достоинством двухтактного лодочного мотора, в отличие от 4х тактного, является его относительно низкая стоимость.
  • Вторым неоспоримым плюсом двухтактного лодочного мотора, в отличие от четырехтактного, являются его относительно малые габариты и малый вес. При такой же мощности.
  • На 2х тактные лодочные двигатели, в отличие от 4х тактных, довольно легко найти сменные запчасти. Причем, смотря правде в глаза, можно сказать, что многие детали у них взаимозаменяемы. То есть есть большая вероятность, того, что можно безопасно установить ту или иную деталь с такого же, двухтактного мотора, но совершенно другой фирмы. Хотя ни производители, ни опытные мастера этого делать, конечно, не рекомендуют.

Недостатки двухтактных лодочных двигателей

  • 2х тактные лодочные моторы слишком шумные, по сравнению с четырехтактными. Они абсолютно не подходят для тихого перемещения по водной глади.
  • А если мы имеем дело с частыми перевозками или с теми людьми, которые рыбачат от последних льдов до первого снега? Для такого случая себестоимость работы с двухтактным мотором будет выше, чем с его 4х тактным конкурентом. Ведь прожорливость 2х тактных выше 4х тактных примерно на 20%.
  • Двухтактные моторы сильнее загрязняют окружающую среду, чем четырехтактные.
  • 2х тактный мотор работает на топливной смеси: масло + бензин. Ее нужно готовить отдельно перед тем, как запускать мотор.


Достоинства четырехтактных моторов:

  • Относительно малая шумность. Идеальный вариант для троллинга.
  • Неплохо идет на малых оборотах, не глохнет. Четырехтактный лодочный двигатель — это идеальный вариант для плавного перемещения по водной глади, без спешки и лишней суеты.
  • В отличие от 2х тактного лодочного двигателя, не требует заправки топливной смесью. Бензин в четырехтактный двигатель заправляется топливный бак, а масло заливается в картер.

Недостатки четырехтактных моторов:

  • Стоимость четырехтактного мотора одной и той же фирмы гораздо выше, чем двухтактного.
  • При одной и той же мощности, четырехтактный, в отличие от двухтактного, мотор развивает меньшую скорость.
  • Цена запчастей для четырехтактного мотора гораздо выше, чем для двухтактного. А еще считается, что первый более подвержен поломкам. Хотя, если мы говорим о проверенных магазинах именитых производителях, это вопрос спорный.

Итак, давайте подведем окончательные выводы.

Если вам двигатель нужен для того, чтобы использовать его очень часто.

Если повышенная скорость передвижения для вас не приоритетна, вы обращаете больше внимание на плавность.

А ещё, если вы предпочитаете рыбалку с помощью движущиеся приманки, то вам наверняка больше подойдут четырехтактные лодочные моторы.

Если же вы планируете купить двигатель для лодки, чтобы несколько раз за сезон выйти на отдых или на рыбалку, причем вы в настоящее время не готовы тратить большую сумму для покупки лодочного мотора, в таком случае обратите внимание на 2х тактники.

Главное, делать эту покупку только в проверенном и честном интернет-магазине. Aquamania.com.ua идеально пододет для осуществления таких покупок. Приятного отдыха!

Принципы работы четырехтактного двигателя

Принципы:

Первый четырехтактный двигатель был разработан немецким инженером Николаем Отто в 1876 году. В большинстве автомобильных двигателей используется четырехтактный цикл. Процесс начинается с того, что стартер вращает двигатель до тех пор, пока не произойдет сгорание. Четырехтактный цикл повторяется для каждого цилиндра двигателя.

Поршень, который движется вверх и вниз или совершает возвратно-поступательное движение в цилиндре, показан на следующем рисунке.Поршень прикреплен к коленчатому валу шатуном. Такое расположение позволяет поршню совершать возвратно-поступательное движение (движение вверх и вниз) в цилиндре при вращении коленчатого вала.

Операция:

Цикл — это полная серия событий, которые постоянно повторяются. В большинстве автомобильных двигателей используется четырехтактный цикл.

Циклы двигателя идентифицируются по количеству ходов поршня, необходимых для завершения цикла. Ход поршня — это одностороннее движение поршня сверху вниз или снизу вверх от цилиндра.За один ход коленчатый вал поворачивается на 180 градусов (1/2 оборота). Цикл — это полная серия событий, которые постоянно повторяются. В большинстве автомобильных двигателей используется четырехтактный цикл.

  • Ход впуска . Впускной клапан открыт, и поршень внутри цилиндра движется вниз, втягивая смесь воздуха и топлива в цилиндр. Коленчатый вал поворачивается на 180 градусов от верхней мертвой точки (ВМТ) до нижней мертвой точки (НМТ), а распределительный вал поворачивается на 90 градусов.
  • Ход сжатия .Когда двигатель продолжает вращаться, впускной клапан закрывается, и поршень движется вверх в цилиндре, сжимая топливно-воздушную смесь. Коленчатый вал поворачивается на 180 градусов от нижней мертвой точки (НМТ) до верхней мертвой точки (ВМТ), а распределительный вал поворачивается на 90 градусов.
  • Рабочий ход . Когда поршень приближается к верхней части цилиндра, искра на свече зажигания воспламеняет топливовоздушную смесь, которая заставляет поршень опускаться. Коленчатый вал поворачивается на 180 градусов от верхней мертвой точки (ВМТ) до нижней мертвой точки (НМТ), а распределительный вал поворачивается на 90 градусов.
  • Ход выпуска . Двигатель продолжает вращаться, и поршень снова движется вверх по цилиндру. Выпускной клапан открывается, и поршень выталкивает остаточные сгоревшие газы из выпускного клапана в выпускной коллектор и выхлопную систему. Коленчатый вал поворачивается на 180 градусов от нижней мертвой точки (НМТ) до верхней мертвой точки (ВМТ), а распределительный вал поворачивается на 90 градусов.

Эта последовательность повторяется по мере вращения двигателя. Чтобы остановить двигатель, выключатель зажигания отключает подачу электричества в систему зажигания, что прекращает подачу искры на свечи зажигания.Давление сгорания, создаваемое в камере сгорания в нужное время, толкает поршень вниз, чтобы вращать коленчатый вал.

Следующие шаги к сертификации ASE

Теперь, когда вы знакомы с четырехтактным циклом двигателей внутреннего сгорания, попробуйте наши бесплатные тесты качества обслуживания автомобилей, чтобы узнать, что вы знаете! Проверьте свои знания об автомобильных двигателях, чтобы сдать экзамены A1 — Engine Repair или A8 — Engine Performance!

Малые газовые двигатели

, 11-е издание стр. 85


85
ГЛАВА 5
Принципы работы двигателя
Работа, двух- и четырехтактный двигатель

Цели обучения Ключевые термины
распыление
нижняя мертвая точка
степень сжатия
ход сжатия
выхлоп ход
четырехтактный двигатель
ход впуска
двигатель внутреннего сгорания
двигатель
рабочий ход
потеря продувки
ход
верхняя мертвая точка
двухтактный двигатель
перекрытие клапанов
Изучив эту главу, вы сможете:
• Простое объяснение работа двигателя.
• Объясните, почему бензин распыляется в небольшом двигателе
.
• Опишите работу четырехтактного двигателя, а
объясните назначение каждого хода.
• Объясните понятие фаз газораспределения.
• Сравните систему смазки четырехтактного двигателя
с системой смазки двухтактного двигателя.
• Описать работу двухтактного двигателя, а
объяснить принципы работы двухтактного двигателя.
• Перечислите преимущества и недостатки двухтактных и четырехтактных двигателей
.
Принципы работы двигателя
Принцип работы
Бензиновый двигатель — это механизм
, предназначенный для преобразования химической энергии горящего топлива
в механическую энергию. В процессе работы
он контролирует и применяет эту энергию для стрижки газонов,
рубки деревьев, передвижения тракторов и выполнения многих других
работ по спасению труда.
Небольшой бензиновый двигатель называется двигателем внутреннего сгорания
, потому что топливно-воздушная смесь
воспламеняется (горит) и сгорает внутри двигателя.См.
Рисунок 5-1.
Для эффективной работы двигателя бензин
должен быть разбит на мелкие частицы, которые легко воспламенит
и быстро возгорают. Кроме того, энергию
, производимую при сжигании бензина, нужно каким-то образом контролировать, чтобы она могла выполнять полезную работу.
Бензин необходимо распылять
Чем больше площадь поверхности бензина подвергается воздействию воздуха
, тем быстрее сгорит определенное количество.Бензин
, помещенный в контейнер и воспламененный, образует горячее пламя
, но он не будет гореть достаточно быстро, чтобы произвести
быстрое выделение тепла, необходимое для работы двигателя.
Даже при том, что
может быть задействовано большое количество топлива, не обязательно возникнет большое пламя.
См. Рисунок 5-2.
Ни при каких обстоятельствах нельзя проводить эксперименты, проиллюстрированные
в этой главе. Бензин может быть очень опасным топливом, и с ним следует обращаться осторожно.
Обсуждаемые здесь иллюстрации и примеры предназначены для демонстрации
, как бензин готовится и используется в двигателе
.
U d i h ld i ill d
Предупреждение
Copyright Goodheart-Willcox Co., Inc.

Принцип работы двигателей внутреннего сгорания

Для правильной работы двигателя он должен непрерывно выполнять некоторый цикл операций. Принцип работы двигателей с искровым зажиганием (СИ) был изобретен Николаем А.Отто в 1876 году; поэтому двигатель SI также называют двигателем Отто. Принцип работы двигателя с воспламенением от сжатия (CI) был обнаружен Рудольфом Дизелем в 1892 году, поэтому двигатель CI также называют дизельным двигателем.

Принцип работы двигателей SI и CI практически одинаков, за исключением процесса сгорания топлива, который происходит в обоих двигателях. В двигателях SI сжигание топлива происходит за счет искры, генерируемой свечой зажигания, расположенной в головке блока цилиндров.Топливо сжимается до высокого давления, и его сгорание происходит при постоянном объеме. В двигателях с ХИ сгорание топлива происходит из-за сжатия топлива до чрезмерно высокого давления, что не требует наличия искры для инициирования воспламенения топлива. В этом случае сгорание топлива происходит при постоянном давлении.

Двигатели SI и CI могут работать как с двухтактным, так и с четырехтактным циклом. Оба цикла описаны ниже:

  1. Четырехтактный двигатель : В четырехтактном двигателе цикл работы двигателя завершается четырьмя тактами поршня внутри цилиндра.Четыре такта 4-тактного двигателя: всасывание топлива, сжатие топлива, такт расширения или рабочего хода и такт выпуска. В 4-тактных двигателях мощность вырабатывается, когда поршень совершает такт расширения. За четыре такта двигателя совершается два оборота коленчатого вала двигателя.

  2. Двухтактный двигатель : В случае двухтактного двигателя такты всасывания и сжатия происходят одновременно. Точно так же такты расширения и выпуска происходят одновременно.Мощность вырабатывается во время такта расширения. По завершении двух ходов поршня производится один оборот коленчатого вала двигателя.

В четырехтактных двигателях топливо сжигается один раз за два оборота колеса, а в двухтактных двигателях топливо сжигается один раз за один оборот колеса. Следовательно, эффективность 4-тактных двигателей выше, чем у 2-тактных двигателей. Однако мощность двухтактных двигателей больше, чем у четырехтактных.

Четырехтактный бензиновый двигатель

— цикл Отто

Цикл Отто — Проблема с решением


Предположим, цикл Отто , который является одним из наиболее распространенных термодинамических циклов , которые можно найти в автомобильных двигателях . Одним из ключевых параметров таких двигателей является изменение объемов между верхней мертвой точкой (ВМТ) и нижней мертвой точкой (НМТ). Соотношение этих объемов ( V 1 / V 2 ) известно как степень сжатия .

Степень сжатия в бензиновом двигателе обычно не будет намного выше 10: 1 из-за потенциальной детонации (самовоспламенения) и не ниже 6: 1. Например, некоторые двигатели спортивных автомобилей могут иметь степень сжатия до 12,5: 1 (например, Ferrari 458 Italia).

pV-диаграмма цикла Отто. Область, ограниченная полным циклом, представляет собой общую работу, которую можно выполнить за один цикл.

В этом примере предположим, что цикл Отто со степенью сжатия CR = 9: 1 .Давление всасываемого воздуха составляет 100 кПа = 1 бар, 20 ° C, а объем камеры до такта сжатия составляет 500 см3. Температура в конце адиабатического расширения T 4 = 800 К.

  • Удельная теплоемкость при постоянном давлении воздуха при атмосферном давлении и температуре помещения: c p = 1,01 кДж / кг · К.
  • Удельная теплоемкость при постоянном объеме воздуха при атмосферном давлении и температуре помещения: c v = 0.718 кДж / кгК.
  • κ = c p / c v = 1,4

Вычислить:

  1. Масса всасываемого воздуха
  2. температура T 3
  3. давление p 3
  4. количество тепла, добавляемого при сжигании топливовоздушной смеси
  5. тепловой КПД этого цикла
  6. МООС

Решение:

1) Масса всасываемого воздуха

В начале расчетов необходимо определить количество газа в цилиндре перед тактом сжатия.Используя закон идеального газа, мы можем найти массу:

pV = mR специфический T

где:

  • p — абсолютное давление газа
  • м — масса вещества
  • T — абсолютная температура
  • V объем
  • R специфический — удельная газовая постоянная, равная универсальной газовой постоянной, деленной на молярную массу (M) газа или смеси.Для сухого воздуха R удельный = 287,1 Дж. Кг -1 .K -1 .

следовательно

м = p 1 V 1 / R специальный T 1 = (100000 × 500 × 10 -6 ) / (287,1 × 293) = 5,95 × 10 -4 кг

В этой задаче известны все тома:

  • V 1 = V 4 = V max = 500 × 10 -6 м 3 (0.5л)
  • V 2 = V 3 = V мин = V макс / CR = 55,56 × 10 -6 м 3

Обратите внимание, что (V max — V min ) x количество цилиндров = общий рабочий объем двигателя.

2) температура T 3

Поскольку процесс является адиабатическим, мы можем использовать следующее соотношение p, V, T для адиабатических процессов:

, таким образом,

T 3 = T 4 .CR κ — 1 = 800. 9 0,4 = 1926 К

3) давление p 3

Опять же, мы можем использовать закон идеального газа, чтобы найти давление в начале рабочего такта как:

p 3 = mR специфический T 3 / V 3 = 5,95 × 10 -4 x 287,1 x 1926 / 55,56 × 10 -6 = 5920000 Па = 59,2 бар

4) количество добавленного тепла

Для расчета количества тепла, добавляемого при сжигании топливно-воздушной смеси, Q прибавляем , мы должны использовать первый закон термодинамики для изохорного процесса, который гласит, что Q прибавляет = ∆U, следовательно:

Q добавить = mc v (T 3 — T 2 )

температура в конце такта сжатия может быть определена с использованием соотношения p, V, T для адиабатических процессов между точками 1 → 2.

T 2 = T 1 . CR κ — 1 = 293. 9 0,4 = 706 К

, затем

Q добавить = mc v (T 3 — T 2 ) = 5,95 × 10 -4 x 718 x 1220 = 521,2 J

5) тепловой КПД

Тепловой КПД для цикла Отто:

Как было выведено в предыдущем разделе, тепловой КПД цикла Отто является функцией степени сжатия и κ:

6) среднее эффективное давление

MEP был определен как:

В этом уравнении рабочий объем равен V max — V min .Чистая работа для одного цикла может быть рассчитана с использованием добавленного тепла и теплового КПД:

W нетто = Q прибавить . η Отто = 521,2 x 0,5847 = 304,7 Дж
MEP = 304,7 / ( 500 × 10 -6 — 55,56 × 10 9014-6 685,6 кПа = 6.856 бар

5 Принципы работы двигателей, двух- и четырехтактных двигателей.

Презентация на тему: «5 принципов работы двигателя, двух- и четырехтактные двигатели» — стенограмма презентации:

1

2 5 принципов работы двигателей, двух- и четырехтактных двигателей

3 Цели обучения Объяснить простую работу двигателя.
Объясните, почему бензин распыляется в маленьком двигателе. Опишите работу четырехтактного двигателя и объясните назначение каждого хода. Объясните понятие фаз газораспределения. Сравните систему смазки четырехтактного двигателя с системой смазки двухтактного двигателя.

4 Цели обучения Описать работу двухтактного двигателя и объяснить принципы работы двухтактного двигателя. Перечислите достоинства и недостатки двухтактных и четырехтактных двигателей.

5 Принципы работы двигателя
Преобразует химическую энергию в механическую энергию Бензиновый двигатель — это двигатель внутреннего сгорания Бензин должен легко воспламеняться и быстро гореть Энергию, получаемую при сжигании бензина, необходимо контролировать

6 Бензин должен быть распылен
Чем больше площадь поверхности подвергается воздействию воздуха, тем больше пара выделяется Больше пара ведет к более быстрому горению Бензин необходимо распылять Распыление Увеличенная площадь горения Взрывное выделение тепловой энергии

7 Элементарный двигатель

8 Двух- и четырехтактные двигатели
Двигатели, идентифицируемые по количеству ходов поршня, необходимых для завершения одного рабочего цикла Каждый ход направлен либо к вращающемуся коленчатому валу, либо от него Нижняя мертвая точка Верхняя мертвая точка Ходы, определяемые выполняемой ими работой

9 Четырехтактный двигатель Для завершения рабочего цикла необходимо четыре такта
Такт всасывания Ход сжатия Рабочий ход Ход выпуска Два хода происходят во время каждого оборота коленчатого вала Два оборота коленчатого вала завершают один рабочий цикл

10 Четырехтактный двигатель

11 Ход впуска Поршень движется вниз
Объем пространства над поршнем увеличивается Создает частичный вакуум Впускной клапан открыт, а выпускной клапан закрыт

12 Ход впуска Атмосферное давление нагнетает воздух через карбюратор, через порт впускного клапана и в цилиндр Впускной клапан должен открываться и закрываться в нужное время Поступающая воздушно-топливная смесь охлаждает клапан во время работы двигателя

13 Ход сжатия Поршень движется вверх Оба клапана закрыты
Смесь сжимается Сила горения увеличивается

14 Рабочий ход Оба клапана закрыты Возгорание топливовоздушной смеси
Действие горения вынуждает поршень опускаться

15 Ход выхлопа Впускной клапан закрыт, а выпускной клапан открыт
Поднимающийся поршень выталкивает выхлопные газы из двигателя

16 Ход выхлопа Выпускной клапан Обеспечивает обтекаемый поток выхлопных газов
Необходимо контролировать тепло

17 Четырехтактные двигатели Смазка фаз газораспределения
Измеряется в градусах вращения коленчатого вала Зависит от разных двигателей Перекрытие клапанов Смазка Обеспечивается маслом в картере Системы разбрызгивания и насосов Масло необходимо сливать и периодически заменять

18 Двухтактный двигатель При каждом обороте коленчатого вала происходит два хода. Преимущества по сравнению с четырехтактным двигателем. Более простая конструкция.

19 Двухтактный двигатель (Kohler Co.)

20 Работа двухтактного двигателя
(Rupp Industries, Inc.)

21 год Впуск в картер Поршень движется вверх Падение давления в картере
Открыто впускное отверстие Впускной воздух через карбюратор втягивает топливо и масло в картер

22 Ignition-Power Поршень движется вверх Сжимает топливно-воздушную смесь
Искра зажигает топливно-воздушную смесь Поршень движется вниз Создает движение коленчатого вала

23 Выхлопной поршень движется вниз Открыто выхлопное отверстие
Выхлопные газы выброшены Полный выхлоп происходит при открытии передаточных отверстий Новый заряд врывается внутрь

24 Поршень перекачки топлива движется вниз
Воздушно-топливный заряд в картере сжат. Передаточное отверстие открыто. Сжатый заряд устремляется через порт.

25 Потери при продувке Происходит, когда значительная часть топливовоздушной смеси выходит через открытое выпускное отверстие. Потери при продувке приводят к увеличению выбросов углеводородов и снижению экономии топлива.

26 Двигатель со стратифицированной продувкой
Двухтактный двигатель, исключающий потери при продувке Дополнительное впускное отверстие и поршень специальной формы вводят свежий воздух в передаточное отверстие перед заправкой воздушным топливом Свежий воздух поступает в цилиндр перед заправкой воздушно-топливным, толкая отработавшие выхлопные газы из цилиндра и предотвращение выхода топливовоздушного заряда через выхлопное отверстие

27 Четырехтактный двигатель vs.Двухтактный двигатель


Двухтактная силовая установка — FLEX LNG

Парк танкеров-газовозов и внедрение двухтактной силовой установки для газовозов-газовозов

танкера СПГ было построено с 1964 года. До 2010 года танкеры СПГ в основном строились с паровыми турбинами для движения. Хотя эти суда по-прежнему составляют значительную часть флота, они имеют недостаток стоимости по сравнению с современными судами из-за более высокого расхода топлива. Примерно с 2002 года владельцы начали строить танкеры для перевозки СПГ с двухтопливными дизельными двигателями или трехтопливными дизельными двигателями, которые составляют основную часть современного тоннажа.Примерно с 2012 года производители двигателей начали предлагать двигатели с тихоходными двухтактными двигателями, известными как MEGI (высокое давление) или X-DF (низкое давление), специально предназначенные для судов, работающих на газе.

В настоящее время у владельцев есть выбор из двух различных вариантов двигателей для двухтактных низкоскоростных двигателей судов, работающих на СПГ: MEGI от MAN Diesel и Turbo и X-DF от WinGD (ранее Wärtsilä).

Двигатель MEGI — впрыск газа под высоким давлением

В дизельном двигателе MEGI, разработанном и продаваемом компанией MAN Marine Engines and Systems, применяется принцип сгорания без предварительного смешения (принцип дизельного топлива).Первое судно СПГ MEGI было сдано в 2016 году.

Двухтопливный двухтактный двигатель основан на принципе сгорания при работе на мазуте (HFO) или судовом дизельном топливе (MDO) вместе с природным газом высокого давления, при этом топливо впрыскивается и сжигается напрямую, а не предварительное смешение или сгорание по циклу Отто. Короче говоря, два или три газовых топливных клапана впрыскивают природный газ под высоким давлением в камеру сгорания, и для обеспечения оптимально контролируемого сгорания небольшое количество пилотного масла впрыскивается одновременно с природным газом через два или три обычных инжектора жидкого топлива.

Двигатель MEGI оснащен дополнительными системами безопасности, которые обеспечивают безопасную работу на газе, не требуя разрывных мембран в ресивере продувочного воздуха, ресивере выхлопных газов и в трубопроводе выхлопных газов.

Владельцам и операторам предоставляется максимальная гибкость в отношении топлива и, в зависимости от относительной цены и наличия газа и мазута, они могут свободно выбирать наиболее конкурентоспособное топливо, поскольку двигатель работает с одинаковой эффективностью как на газе, так и на топливе. Дизельный цикл обеспечивает стабильное сгорание газа при любых погодных условиях, таких как тяжелая погода и высокие температуры окружающей среды, без какого-либо риска пропусков зажигания или детонации.

СПГ любого качества можно сжигать с такой же высокой эффективностью, и двигатель не имеет особых требований к метановому числу. Двухтопливный двигатель может работать на природном газе в диапазоне нагрузок от 10% до 100%. Кроме того, в зависимости от наличия топлива на борту, двигатель может сжигать природный газ и дизельное топливо / дизельное топливо в любом соотношении. Двигатель MEGI запускается на дизельном топливе, и переключение на работу на газе может происходить при 10% нагрузке на двигатель. В качестве пилотного топлива можно использовать как HFO, так и MDO.

Еще одним преимуществом тоннажа, работающего на газовом топливе, является способность регулировать работу в соответствии с изменяющимися ценами на топливо и предельными уровнями выбросов выхлопных газов. Опыт эксплуатации показывает, что двигатель MEGI обеспечивает значительное снижение выбросов CO 2 , NO x и SO x .

Сосуды

MEGI генерируют незначительный проскок метана во время работы на газе, что делает их наиболее экологически чистой технологией. Сокращение выбросов парниковых газов, включая выброс метана, оказалось на 22% ниже по сравнению с мазутом.

Технология X-DF: закачка газа под низким давлением

Учитывая растущий спрос на низкооборотные двухтопливные двигатели, WinGD разработала процесс сжигания обедненной смеси Отто с впуском газа под низким давлением и зажиганием с микропилотом для своего портфеля двухтактных двигателей. Первое судно LNG X-DF было сдано в 2017 году.

Двухтопливная технология низкого давления, известная как серия двигателей X, является дальнейшим развитием хорошо зарекомендовавших себя среднеоборотных двухтопливных двигателей Wärtsilä.В отличие от двигателей с впрыском газа высокого давления, которые работают по дизельному циклу, двигатели WinGD X-DF низкого давления работают по циклу Отто при работе в газовом режиме, т.е. небольшое количество жидкого пилотного топлива.

Система газораспределения и впуска была специально разработана с учетом требований двухтактного двигателя. Газ подается и распределяется в газовых коллекторах по обеим сторонам двигателя для подачи газа в каждый цилиндр.Два клапана впуска газа с гидравлическим приводом (GAV) впрыскивают газ непосредственно в каждый цилиндр через стенку гильзы цилиндра. Поскольку газ впрыскивается в начале сжатия, в зависимости от выбранного номинального значения, подачи газа под низким давлением 10-13 бар изб. Достаточно для достижения однородной воздушно-газовой смеси даже при полной нагрузке двигателя.

В двигателях X-DF последнего поколения подача газа регулируется встроенным в двигатель встроенным блоком регулирования давления газа (iGPR), который дает большую свободу для оптимизации конструкции машинного отделения, обеспечивая значительную экономию места, стальной конструкции и т. Д. вентиляция, кабельная разводка — еще больше существенно снизят стоимость судна.Это стало возможным благодаря внедрению iGPR, который заменяет необходимость в выделенном отсеке для газового клапана открытого типа (GVU) или закрытого типа GVU.

Двигатели WinGD X-DF со значительным запасом соответствуют нормативам ограничения выбросов NOx Tier III IMO в газовом режиме в ECA без каких-либо дополнительных мер по снижению выхлопных газов, таких как EGR или SCR.

При расходе жидкого топлива для пилотного розжига ниже 1% от общего тепловыделения и практически без содержания серы в СПГ технология X-DF считается надежным решением для достижения нулевой отметки.5% -ый глобальный предел содержания серы в судовом топливе предлагается ввести в действие с января 2020 года.

Выбросы твердых частиц на двигателях X-DF снижены почти до нуля, а выбросы CO 2 , связанные с сжиганием природного газа, еще больше уменьшены. Общее содержание углеводородов в X-DF значительно ниже по сравнению с четырехтактными двигателями DF низкого давления, в которых используется та же технология и которые используются в качестве вспомогательного оборудования на каждом судне.

Происхождение четырехтактного цикла в JSTOR

Информация о журнале

Technology and Culture — ежеквартальный междисциплинарный журнал Общества истории технологий.В международном журнале публикуются работы историков, инженеров, ученых, кураторов музеев, архивистов, социологов, антропологов и других по различным темам, от сельского хозяйства до застежек-молний. «Технологии и культура» регулярно включают научные статьи, обзоры книг, обзоры музейных выставок и критические эссе. Текущая библиография общества по истории технологий также появляется под заголовком «Технологии и культура».

Информация об издателе

Одно из крупнейших издательств в США, Johns Hopkins University Press сочетает в себе традиционные издательские подразделения книг и журналов с передовыми сервисными подразделениями, которые поддерживают разнообразие и независимость некоммерческих, научных издателей, обществ и ассоциаций.Журналы The Press — это крупнейшая программа публикации журналов среди всех университетских изданий США. Отдел журналов издает 85 журналов по искусству и гуманитарным наукам, технологиям и медицине, высшему образованию, истории, политологии и библиотечному делу. Подразделение также управляет услугами членства более чем 50 научных и профессиональных ассоциаций и обществ. Книги Имея признанные критиками книги по истории, науке, высшему образованию, здоровью потребителей, гуманитарным наукам, классической литературе и общественному здравоохранению, Книжный отдел ежегодно публикует 150 новых книг и поддерживает более 3000 наименований.

No related posts.

Ваш электронный адрес не будет опубликован.