Как работает 4 тактный двигатель: Как работает 4-тактный двигатель, требования к вспомогательным системам | 🚘Авто Новости Онлайн — Шины для спецтехники, шины для погрузчика

Содержание

Как работает 4-тактный двигатель, требования к вспомогательным системам | 🚘Авто Новости Онлайн

Содержание

Виды двигателей внутреннего сгорания
Цикл работы автомобильного движка
Особенности систем двигателя
4-тактный двигатель: описание преимуществ
Минусы четырехтактных силовых агрегатов
Особенности работы системы смазки четырехтактного мотора
Требования, предъявляемые к моторным маслам для четырехтактного двигателя

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:

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:

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:

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.

Источник

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

Виды двигателей внутреннего сгорания

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

Карбюраторный бензиновый движок.
Дизельный мотор.
Газовый двигатель.

Цикл работы автомобильного движка

В процессе работы двигателя поршень совершает ходы в 4 такта:

впуск;
сжатие;
расширение;
выпуск.

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

Особенности систем двигателя

Четырехтактный двигатель функционирует бесперебойно благодаря слаженной работе вспомогательных систем:

Системы зажигания.
Системы выпуска.
Топливной системы двигателя.
Смазочной.
Выхлопной.
Системы охлаждения двигателя.

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

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.

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.

Минусы четырехтактных силовых агрегатов

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

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

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

Особенности работы системы смазки четырехтактного мотора

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.

Требования, предъявляемые к моторным маслам для четырехтактного двигателя

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

Как работает четырехтактный двигатель? – MechStuff

Это самые основные двигатели, используемые в автомобилях и мотоциклах, например, Четырехтактный бензиновый двигатель ИЛИ четырехтактный двигатель (часто называемый). Это очень легко понять до тех пор, пока вы не захотите выполнять все термодинамические расчеты и все такое прочее!

4-тактный двигатель

Анимация – 1. Впуск 2. Сжатие 3. Мощность 4. Выпуск ! Кредиты — Zephyris

Само название дает нам представление — это двигатель внутреннего сгорания, в котором поршень совершает 4 такта, дважды поворачивая коленчатый вал. Ход относится к полному перемещению поршня в любом из направлений. Цикл завершается, когда все 4 такта завершены. Четырехтактный двигатель впервые был продемонстрирован Николаус Отто в 1876 году, поэтому он также известен как цикл Отто.

Перейдем к деталям, которые есть у 4-х тактного двигателя,
Поршень – В двигателе поршень используется для передачи силы расширения газов на механическое вращение коленчатого вала через шатун. Поршень может сделать это, потому что он плотно закреплен внутри цилиндра с помощью поршневых колец, чтобы минимизировать зазор между цилиндром и поршнем!
Коленчатый вал — Коленчатый вал — деталь, способная преобразовывать возвратно-поступательное движение во вращательное.
Шатун – Шатун передает движение от поршня к коленчатому валу, который действует как плечо рычага.
Маховик – Маховик представляет собой вращающееся механическое устройство, используемое для накопления энергии.
Впускной и выпускной клапаны – Позволяет подавать свежий воздух с топливом и выводить отработавшую топливно-воздушную смесь из цилиндра.
Свеча зажигания – Свеча зажигания подает электрический ток в камеру сгорания, который воспламеняет топливно-воздушную смесь, что приводит к резкому расширению газа.

Детали четырехтактного двигателя. источник: — xorl.wordpress.com

Четыре такта 4-тактного двигателя имеют название —

1. Такт всасывания/впуска: —

В этом такте поршень перемещается от ВМТ к НМТ [( Верхней мертвой точки Центр – крайняя дальность положения поршня от коленчатого вала) до ( НМТ – ближайшее положение поршня к коленвалу)].
Поршень движется вниз, всасывая топливовоздушную смесь из впускного клапана.
Ключевые точки :-
Впускной клапан – ОТКРЫТ
Выпускной клапан – ЗАКРЫТ
Поворот коленчатого вала – 180°

2. Компрессия Ход :-

Здесь поршень движется от НМТ к ВМТ, сжимая топливно-воздушная смесь. Импульс маховика помогает поршню двигаться вверх.
Ключевые точки :-
Впускной клапан – ЗАКРЫТ
Выпускной клапан – ЗАКРЫТ
Вращение коленчатого вала – 180° (всего = 360°)

источник :- cdn3.kidsdiscover.com

3. Рабочий ход: —

Начался второй оборот коленчатого вала, так как он совершает один полный оборот в такте сжатия. Рабочий такт начинается с расширения воздушно-топливной смеси, воспламеняемой с помощью свечи зажигания. Здесь поршень движется от ВМТ к НМТ. Этот ход производит механическую работу по вращению коленчатого вала.
Ключевые точки :-
Впускной клапан – ЗАКРЫТ
Выпускной клапан – ЗАКРЫТ
Поворот коленчатого вала – 180° (всего = 540°)

9 0048 4. Выпускной такт :-

Снова импульс маховика перемещает поршень вверх от НМТ к ВМТ, тем самым выталкивая выхлопные газы наружу через выпускной клапан.
Ключевые точки :-
Впускной клапан – ЗАКРЫТ
Выпускной клапан – ОТКРЫТ
Обороты коленчатого вала – 180°(всего = 720°)

Здесь завершаются два полных оборота (720°) коленчатого вала вместе с одним циклом ( Один цикл, потому что термодинамический цикл является серией термодинамических процессы, которые возвращают систему в исходное состояние.Здесь ряд термодинамических процессов происходит во время тактов.4 такта = 4 процесса!)

Предлагаемая статья – Как работают двухтактные двигатели?

Как впускной и выпускной клапаны открываются и закрываются в определенное время хода?

Ну, они не рассчитаны с помощью таймера или часов (пошутить надо мной). Ответ такой удивительный, а решение чертовски простое — распределительный вал !
Распределительный вал соединен с коленчатым валом через шестеренчатый механизм или зацеплен с помощью зубчатой цепи.

Вращающийся кулачок на распределительном валу!

Анимация вверху — кулачок на распределительном валу, преобразующий вращательное движение в колебательное движение клапанов, тем самым открывая и закрывая клапаны в точное время. Источник

Опять же, это доказывает, что иногда все, что нам нужно, это простой дизайн.

Вам может понравиться – Различия, преимущества и недостатки 4-тактного и 2-тактного двигателя!

Свеча зажигания используется только в бензиновых двигателях и поэтому используется здесь. Дизельные двигатели не имеют свечи зажигания. Смесь настолько сильно сжата, что способна самовоспламениться.

Как запускается двигатель ИЛИ как опускается поршень при запуске двигателя?

Ответ: когда вы вставляете ключ в машину, чтобы включить ее, батарея приводит в действие небольшой двигатель, который находится в зацеплении с большей шестерней маховика. Таким образом, двигатель запускается путем всасывания в него воздушно-топливной смеси, а затем следует описанному выше циклу.

Вот видео как заводятся двигатели?

Четырехтактный дизельный двигатель

Дизельный цикл — дизельный двигатель

В 1890-х годах немецкий изобретатель Рудольф Дизель запатентовал свое изобретение эффективного двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия и низким уровнем горения. . Первоначальный цикл, предложенный Рудольфом Дизелем, представлял собой цикл с постоянной температурой. В последующие годы Дизель понял, что его первоначальный цикл не работает, и принял цикл постоянного давления, известный как 9-й.0003 Дизельный цикл .

Дизельный цикл является одним из наиболее распространенных термодинамических циклов , встречающихся в автомобильных двигателях, а описывает работу типичного поршневого двигателя с воспламенением от сжатия. Дизельный двигатель по принципу действия аналогичен бензиновому двигателю. Самое главное отличие состоит в том, что:

В начале такта сжатия в цилиндре нет топлива. Поэтому самовоспламенения в дизельных двигателях не происходит.
В дизельном двигателе вместо искрового зажигания используется воспламенение от сжатия.
Из-за высокой температуры, возникающей при адиабатическом сжатии, топливо самовозгорается при впрыске. Поэтому свечи зажигания не нужны.
Перед началом рабочего такта форсунки начинают впрыскивать топливо непосредственно в камеру сгорания. Поэтому первая часть рабочего хода происходит примерно при постоянном давлении.
Более высокая степень сжатия может быть достигнута в Дизельные двигатели , чем в двигателях Отто.

Дизельный двигатель аналогичен бензиновому двигателю. На этом снимке двигатель Отто, который воспламеняется от свечи зажигания, а не от сжатия.

Четырехтактный двигатель – двигатель Отто
Источник: wikipedia.org, собственная работа Zephyris, CC BY-SA 3.0 В отличие от цикла Отто , цикл Дизеля не выполняет подвод изохорного тепла.

В идеальном цикле Дизеля система, выполняющая цикл, проходит серию из четырех процессов: два изоэнтропических (обратимых адиабатических) процесса чередуются с одним изохорным процессом и одним изобарическим процессом.

Поскольку принцип Карно гласит, что ни один двигатель не может быть более эффективным, чем реверсивный двигатель ( тепловой двигатель Карно ), работающий между одними и теми же высокотемпературными и низкотемпературными резервуарами, дизельный двигатель должен иметь более низкий КПД, чем КПД двигателя Карно . Типичный дизельный автомобильный двигатель работает с тепловым КПД примерно от 30% до 35% . Около 65—70% отбрасывается в виде сбросного тепла, не превращаясь в полезную работу, т. е. работу, переданную колесам. В общем, двигатели, использующие цикл Дизеля, обычно более эффективны, чем двигатели, использующие цикл Отто. Дизельный двигатель имеет самый высокий тепловой КПД среди всех существующих двигателей внутреннего сгорания. Тихоходные дизельные двигатели (используемые на судах) могут иметь тепловой КПД, превышающий 50% . Самый большой дизельный двигатель в мире достигает 51,7%.

Четырехтактный дизельный двигатель

Дизельные двигатели могут быть двухтактными или четырехтактными. Четырехтактный дизельный двигатель представляет собой двигатель внутреннего сгорания (ВС), в котором поршень совершает четыре отдельных хода при вращении коленчатого вала. Под ходом понимается полный ход поршня вместе с цилиндром в любом направлении. Следовательно, каждый удар не соответствует одному термодинамическому процессу, описанному в главе 9.0003 Дизельный цикл – Процессы.

Четырехтактный двигатель состоит из:

Такт впуска – Поршень движется от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ), и цикл проходит точки 0 → 1 В этом такте впускной клапан открыт, в то время как поршень втягивает воздух (без топлива) в цилиндр, создавая разрежение в цилиндре посредством своего движения вниз.
Такт сжатия – Поршень движется от нижней мертвой точки (НМТ) к верхней мертвой точке (ВМТ), и цикл проходит точки 1 → 2 . В этом такте закрыты впускной и выпускной клапаны, что приводит к адиабатическому сжатию воздуха (т. е. без передачи тепла в окружающую среду или из нее). Во время этого сжатия объем уменьшается, а давление и температура повышаются. В конце этого такта топливо впрыскивается и сгорает в сжатом горячем воздухе. В конце этого такта коленчатый вал совершил полный оборот на 360 градусов.
Рабочий ход – Поршень перемещается от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ), и цикл проходит точки 2 → 3 → 4. В этом такте и впуск, и выпуск клапаны закрыты. В начале рабочего такта почти изобарическое сгорание происходит между 2 и 3. В этом интервале давление остается постоянным, так как поршень опускается, а объем увеличивается. При 3 впрыск топлива и сгорание завершаются, и в цилиндре находится газ с более высокой температурой, чем при 2. Между 3 и 4 этот горячий газ расширяется, опять же примерно адиабатически. В этом такте поршень движется к коленчатому валу, объем увеличивается, и работа совершается газом над поршнем.
Такт выпуска. Поршень движется от нижней мертвой точки (НМТ) к верхней мертвой точке (ВМТ), и цикл проходит 4 → 1 → 0. камера. В конце этого такта коленчатый вал совершил второй полный оборот на 360 градусов.

Обратите внимание, что: В идеальном случае адиабатическое расширение должно продолжаться до тех пор, пока давление не упадет до уровня окружающего воздуха. Это увеличило бы тепловой КПД такого двигателя, но это также вызывает практические трудности с двигателем. Просто двигатель должен быть намного больше.

Примеры степеней сжатия — бензин по сравнению с дизельным двигателем

Степень сжатия в бензиновом двигателе обычно не намного выше 10:1 из-за потенциальной детонации двигателя (самовоспламенения) и не ниже
6: 1 .
Subaru Impreza WRX с турбонаддувом имеет степень сжатия 8,0:1 . Как правило, двигатели с турбонаддувом или наддувом уже имеют сжатый воздух на впуске воздуха. Поэтому они обычно строятся с более низкой степенью сжатия.
Стандартный двигатель Honda S2000 (F22C1) имеет степень сжатия 11,1:1 .
Некоторые атмосферные двигатели спортивных автомобилей могут иметь степень сжатия до 12,5 : 1 (например, Ferrari 458 Italia).
В 2012 году Mazda выпустила новые бензиновые двигатели под торговой маркой SkyActiv со степенью сжатия 14:1 . Остаточный газ снижается за счет использования выхлопных систем двигателя 4-2-1, внедрения поршневой полости и оптимизации впрыска топлива для снижения риска детонации двигателя.

Дизельные двигатели имеют степень сжатия, которая обычно превышает 14:1, а также распространены степени выше 22:1.

Ссылки:
Ядерная и реакторная физика:
Ламарш Дж. 983).
Дж. Р. Ламарш, А. Дж. Баратта, Введение в ядерную технику, 3-е изд., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
В. М. Стейси, Физика ядерных реакторов, John Wiley & Sons, 2001, ISBN: 0-471-39127-1.
Гласстоун, Сезонске. Разработка ядерных реакторов: разработка реакторных систем, Springer; 4-е издание, 1994 г., ISBN: 978-0412985317
WSC. Уильямс. Ядерная физика и физика элементарных частиц. Кларендон Пресс; 1 издание, 1991 г., ISBN: 978-0198520467
Кеннет С. Крейн. Введение в ядерную физику, 3-е издание, Wiley, 1987, ISBN: 978-0471805533
Г. Р. Кипин. Физика ядерной кинетики. Паб Эддисон-Уэсли. Ко; 1-е издание, 1965 г.
Роберт Рид Берн, Введение в работу ядерного реактора, стр. 1988.
Министерство энергетики, ядерной физики и теории реакторов США. Справочник по основам Министерства энергетики США, том 1 и 2. Январь 1993 г.
Advanced Reactor Physics:
К.