Рабочий цикл четырехтактного двигателя — как это работает
В числе процессов, характеризующих работу мощных и производительных машин и механизмов, следует отметить рабочий цикл четырехтактного двигателя. Это совокупность процессов, повторяющихся в определенной последовательности, во время которых цилиндр наполняется рабочей смесью, после чего происходит ее сжатие и воспламенение. Газы, образовавшиеся при сгорании, расширяются, а затем – удаляются из цилиндра.
- Рабочий цикл четырехтактного двигателя
- Двухтактный двигатель – особенности работы
- Рабочий цикл двухтактного двигателя – достоинства и недостатки
Рабочий цикл четырехтактного двигателя
Рабочим циклом двигателя называется периодически повторяющийся ряд последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу.
Если рабочий цикл совершается за два хода поршня, т. е. за один оборот коленчатого вала, то такой двигатель называется двухтактным.
В настоящее время двухтактные двигатели на автомобилях не применяют, а используют лишь на мотоциклах и как пусковые двигатели на тракторах. Это связано прежде всего с тем, что они имеют сравнительно высокий расход топлива и недостаточное наполнение горючей смеси из-за плохой очистки цилиндров от отработавших газов. Такт впуска
Поршень находится в в.м.т. и по мере вращения коленчатого вала (за один его полуоборот) перемещается от в.м.т. к н.м.т. При этом впускной клапан открыт, а выпускной клапан закрыт. При движении поршня вниз объем над ним увеличивается, поэтому в цилиндре создается разряжение, равное 0,07—0,095 МПа, в результате чего свежий заряд горючей смеси, состоящей из паров бензина и воздуха, засасывается через впускной трубопровод в цилиндр.
Степень заполнения цилиндра свежим зарядом характеризуется коэффициентом наполнения, который для высокооборотных карбюраторных двигателей находится в пределах 0,65—0,75. Чем выше коэффициент наполнения, тем большую мощность развивает двигатель.
Такт сжатия
После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем вращении коленчатого вала поршень перемещается от н.м.т. к в.м.т. Впускной клапан закрывается, а выпускной закрыт. По мере сжатия горючей смеси температура и давление ее повышаются. В зависимости от степени сжатия давление в конце такта сжатия может составлять 0,8—1,5 МПа, а температура газов
Такт расширения, или рабочий ход
В конце такта сжатия горючая смесь воспламеняется от электрической искры, возникающей между электродами свечи, и быстро сгорает, в результате чего температура и давление образующихся газов резко возрастают, поршень при этом перемещается от в.
м.т. к н.м.т. Максимальное давление газов на поршень при сгорании для карбюраторных двигателей находится в пределах 3,5—5 МПа, а температура газов 2100—2400 °С.
При такте расширения шарнирно связанный с поршнем шатун совершает сложное движение и через кривошип передает вращение коленчатому валу. При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при этом такте коленчатого вала называют рабочим ходом. В конце рабочего хода поршня давление в цилиндре снижается до 0,3—0,75 МПа, а температура — до 900—1200 °С.
Такт выпуска
Коленчатый вал через шатун перемещает поршень от н.м.т. к в.м.т. При этом выпускной клапан открыт и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосферу через выпускной трубопровод. В начале процесса выпуска продуктов сгорания давление в цилиндре значительно выше атмосферного, но к концу такта оно падает до 0,105—0,120 МПа, а температура газов в начале такта выпуска составляет 750— 900 °С, понижаясь к его концу до 500—600 °С.
Полностью очистить цилиндры двигателя от продуктов сгорания практически невозможно (слишком мало времени), поэтому при последующем впуске свежей горючей смеси она перемешивается 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 современных карбюраторных двигателей коэффициент остаточных газов находится в пределах
Двухтактный двигатель – особенности работы
Весь цикл работы двухтактного двигателя происходит за один оборот коленвала. Это позволяет на выходе получать приблизительно в 1,4-1,8 раз большую мощность, с того же рабочего объема, имея те же самые обороты двигателя. Разумеется, коэффициент полезного действия у таких агрегатов значительно ниже, чем у тех же 4 тактных моделей.
Это используется при создании тяжелых и низкооборотных двигателей судов. Здесь они напрямую соединяются с гребным валом. Нашли свое применение такие модели и в мотоциклах.
Это так же приводит к тому, что модели, работающие в 2 такта, очень сильно греются. Здесь выделятся большая тепловая энергия. В некоторых случаях приходится подключать к ним дополнительное охлаждение, чтобы агрегат всегда находился в работоспособном состоянии. Однако, можно выделить и плюс подобной технологии. Ввиду того, что работа поршня ограничивается 2 тактами, он совершает гораздо меньше движений за единицу времени, поэтому потери на трение минимальны. Это напрямую отражается на износе основных рабочих деталях двухтактного двигателя.
Еще одной актуальной проблемой для данной модели является тот факт, что постоянно нужно искать компромисс между потерями свежего заряда и качеством продувки. Да, принцип работы заставляет ведущих инженеров и техников трудится над созданием универсальной системы, которая бы сводила к минимуму потери.
4 тактный двигатель вытесняет отработанные газы в тот момент, когда его поршень находится в верхней мертвой точке. Здесь ситуация коренным образом меняется. Вся отработка вылетает в трубу в тот момент, когда цилиндр практически полностью свободен, то есть этот процесс захватывает его объем полностью. Качество обдува играет в этом очень важную роль.
Именно поэтому не всегда удается разделить свежую рабочую смесь от выхлопных газов. В любом случае они будут смешиваться. Особенно отчетливо такая проблема выделяется у карбюраторных моделей моторов, которые напрямую подают готовое к работе горючее в цилиндр. Естественно, в данном случае стоит говорить о большем количестве используемого воздуха. Отсюда возникает необходимость применения сложных по структуре и составу воздушных фильтров. 4 тактный двигатель обделен этим недостатком.
Принцип работы данной модели двигателя говорит о том, что его применение может быть ограничено ввиду особенностей конструкции и большого количества потерь.
Рабочий цикл двухтактного двигателя – достоинства и недостатки
Самое главное преимущество двухтактных двигателей – более высокая, по сравнению с четырехтактными, литровая мощность. Дело здесь в том, что при равном количестве цилиндров и количестве оборотов коленчатого вала в минуту, каждый цилиндр совершает рабочий ход вдвое чаще. При этом, за счет того, что фактический рабочий ход двухтактного двигателя короче (он укорочен за счет процессов газообмена), реально объем двигателя увеличивается на 50-60%.
Не менее важное преимущество – компактность.
В результате масло, не пошедшее на смазывания стенок цилиндра, сгорает вместе с топливом. Ресурс двухтактного двигателя также значительно меньше, главным образом, за счет высоких оборотов коленвала. По этой причине в двигателях этого типа применяется только специальное высококачественное масло, разработанное для применения в двухтактных двигателях.
Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя
При рассмотрении рабочего цикла двигателя условно принято, что каждый такт начинается и заканчивается при нахождении поршня в ВМТ или НМТ.
Первый такт — впуск.Поршень перемещается с ВМТ в НМТ. Освобождающаяся над поршневая полость цилиндра заполняется горючей смесью через открытый впускной клапан из-за возникающего разрежения. Горючая смесь, поступая в цилиндр, смешивается с остатками отработавших газов от предыдущего цикла, образует рабочую смесь. В конце такта давление в цилиндре составляет 0,07—0,95 МПа, температура — 350—390 К, коэффициент наполнения цилиндра — 0,6—0,7.
Работа четырехтактного одноцилиндрового карбюраторного двигателя
а — впуск в цилиндр горючей смеси; б — сжатие горючей смеси; в — расширение газов; г- выпуск отработавших газов; 1 — коленчатый вал; 2 — распределительный вал; 3-поршень; 4 — цилиндр; 5— впускной трубопровод; 6 — карбюратор; 7— впускной клапан; 8 — свеча зажигания; 9 — выпускной клапан; 10 — выпускной трубопровод; 11-шатун; 12 — поршневой палец; 13 — поршневые кольца
Второй такт — сжатие.
Поршень движется от НМТ к ВМТ, впускной и выпускной клапаны закрыты. Объем над поршневой полости уменьшается. Рабочая смесь сжимается. Сжатие сопровождается повышением давления и температуры. Степень сжатия регламентируется детонационной стойкостью топлива. В конце такта давление составляет 1,2—1,7 МПа, а температура — 600—700 К.
Третий такт — расширение.
В начале такта при сгорании рабочей смеси, которая ооспл а меняется от искровою разряда свечи зажигания, выделяется значительное количество теплоты, резко увеличивается температура и давление. Вследствие давления газон поршень перемешается от ВМТ к НМТ. Газы расширяются и совершают полезную работу. В начале расширения давление газов составляет 4—6 МПа, температура — 2500—2800 К. В конце расширения давление н цилиндре составляет 0,3—0.5 МПа, температура — 1100-1800 К.
Четвертый такт выпуск.
Поршень перемешается oт НМТ к ВМТ Через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются из цилиндра в выпускной трубопровод и в окружаюшую среду, В конце выпуска давление в цилиндре составляет 0,105—0,12 МПа, а температура — 85O-120O К.
Степень очистки цилиндра от отработавших газов характеризуется коэффициентом остаточных газов (отношение массы остаточных газов к массе свежего заряда). Для современных ДВС коэффициент остаточных газов составляет 0,08—0,2, он возрастает при увеличении частоты вращения коленчатого вала.
Рабочий цикл двигателя заканчивается четвертым тактом — выпуском. При дальнейшем движении поршня цикл повторяется в той же последовательности. Коленчатый вал в течение четырех тактов поворачивается на 720°, т. с. совершает два оборота.
В двигателях, работающих по четырехтактному циклу, полезная работа совершается только в период такта расширения (рабочего хода), когда поршень перемещается пол действием расширяющихся газов, поворачивая коленчатый вал на 180е Остальные три такта являются подготовительными и выполняются при поворачивании коленчатого вата на 540° за счет инерции маховика И работы других цилиндров (в многоцилиндровых двигателях).
Работа двигателя, рабочий цикл
Разница между 2-тактными и 4-тактными двигателями
Разница между 2-тактными и 4-тактными двигателями Подпишитесь, чтобы первыми узнавать о наших эксклюзивных предложениях и последних поступлениях.
Ваш адрес электронной почты
МЫ ОТКРЫТЫ ДЛЯ ДЕЛА — ДОСТАВЛЯЕМ ВАМ ПО ВСЕМУ МИРУ АВСТРАЛИИ!
Небольшие двигатели разных производителей изготавливаются как двухтактные или четырехтактные двигатели, но вам может быть интересно, в чем разница между этими двумя типами малых двигателей.
Двухтактные двигатели
Двухтактный двигатель — это двигатель без клапанов или специальной системы смазки. Двухтактный двигатель очень прост, намного проще, чем четырехтактный двигатель. Он имеет очень мало рабочих частей и очень легкий. Это означает, что требуется очень мало обслуживания, и это намного дешевле в производстве.
2-тактные двигатели обычно используются в ручном оборудовании для газонов, поскольку мощность на единицу веса выше, чем у 4-тактных двигателей; это означает, что двигатель меньшего размера будет обладать большей мощностью, чем четырехтактный двигатель меньшего размера. Срок службы двигателя на самом деле не так важен для бензопилы, как для транспортного средства, потому что они не используются постоянно, поэтому они прослужат достаточно долго при обычном использовании.
Они также используются с более короткими промежутками времени, поэтому проблема загрязнения не так серьезна.
В двухтактном двигателе требуется, чтобы масло было смешано с топливом в очень точном соотношении, чтобы определить соотношение, вы должны проверить руководство по эксплуатации вашего оборудования. Топливно-масляная смесь, протекающая через двигатель, смазывает детали, однако, поскольку это не специальная система смазки, эти двигатели обычно изнашиваются быстрее.
Принцип работы:
- Сжатие топлива и воздуха в главном цилиндре (такт сжатия)
- Свеча зажигания срабатывает, вызывая взрыв, который толкает поршень вниз (рабочий ход)
- Когда поршень приближается к концу своего хода, выпускное отверстие открывается (рабочий ход)
- Давление в цилиндре вытесняет большую часть выхлопных газов из цилиндра через выпускное отверстие (рабочий ход)
- Когда поршень достигает дна, впускное отверстие открывается, и топливо и воздух всасываются в главный цилиндр, чтобы начать процесс заново (такт сжатия)
Этот процесс также можно разделить на 2 вида тактов: такт сжатия и рабочий такт.
Такт сжатия — это когда поршень движется вверх и сжимает топливо и воздух, или шаг 1/5. Рабочий ход — это все остальные шаги, шаги, которые фактически производят взрыв и создают энергию.
Плюсы двухтактного двигателя:
- Отсутствие клапанов, более простая конструкция
- Срабатывание один раз за оборот, что означает, что I имеет более высокую выходную мощность, чем 4-тактный двигатель
- Он легче, поэтому его производство дешевле
- Их мощность вдвое больше, чем у 4-тактного двигателя того же размера
- Меньше обслуживания
Минусы 2-тактного двигателя:
- Не живут так долго, как 4-тактный двигатель из-за отсутствия специальной системы смазки
- Смешивание топлива и масла для смазки двигателя может обойтись дорого
- Они не являются экономичными двигателями
- Они производят больше загрязнения
- Очень дымные двигатели
- Топливно-воздушная смесь вытекает через выхлопное отверстие
4-тактные двигатели
4-тактные двигатели — это двигатели, которые часто используются в газонокосилках.
Он тяжелый и должен оставаться в вертикальном положении для использования, поэтому он не так хорошо работает с газонным оборудованием, таким как пожиратели сорняков или бензопилы. Они также дороже из-за сложности двигателя и необходимости ремонта, если что-то пойдет не так.
Цикл 4-тактного двигателя состоит из 4 тактов, в этих 4 тактах поршень совершает два оборота в двигателе, поэтому свеча зажигания срабатывает при каждом втором обороте. В этом типе двигателя есть два отдельных клапана, один для впуска и один для выпуска, в отличие от двухтактного двигателя.
В 4-тактном двигателе масло содержится в картере, и обычно имеется система смазки разбрызгиванием, при которой масло выбрасывается, и единственной задачей системы является постоянное смазывание всего. Из-за этого масло необходимо менять через определенное количество часов, а уровень необходимо часто проверять. Поскольку единственная функция состоит в том, чтобы все двигалось плавно, износ происходит намного медленнее на 4-тактном двигателе, чем на 2-тактном двигателе.
Принцип работы:
1) Поршень движется вверх и сжимает топливно-воздушную смесь в камере (такт сжатия) необходимый импульс для поддержания вращения коленчатого вала (рабочий ход)
3) Поршень движется обратно вверх и выталкивает использованные/сгоревшие газы из выпускного клапана (такт выпуска)
4) Поршень возвращается вниз и втягивает свежий воздуха и топлива в процессе подготовки к возврату и сжатию воздуха (такт впуска)
Плюсы 4-тактного двигателя:
- Больше крутящий момент, двигатель тише и надежнее
- Срок службы дольше, чем у двухтактного двигателя
- Не нужно смешивать масло и топливо
- Работает чище, чем двухтактный, меньше загрязняется
- Гораздо более экономичный
Минусы 4-тактного двигателя:
- Более сложная конструкция
- Клапаны сложной конструкции, труднее ремонтировать/устранить неисправности
- Мощность вдвое меньше, чем у двухтактного двигателя того же размера
- 4-х тактный срабатывает 1 раз за оборот
- 2-тактный срабатывает каждый оборот
- Дороже двухтактного двигателя
- Больше деталей, дороже в производстве, дороже в ремонте
- Из-за более сложной конструкции эти двигатели намного тяжелее
Доставка по Австралии
Мы обеспечиваем быструю и эффективную доставку по всей Австралии.
Самый большой ассортимент
У нас самый большой ассортимент малых двигателей в Австралии
Экспертная служба поддержки клиентов
Мы стремимся обеспечить 100% удовлетворенность клиентов
Безопасные платежи
Наш веб-сайт использует 128-битную технологию шифрования SSL
2-тактный и 4-тактный споры продолжаются
Смотреть видео6 мин
Мотокросс
За последние несколько лет наблюдается возрождение популярности двухтактных двигателей, хотя гонщики продолжают полагаться на мощность четырехтактных двигателей. Так что предпочтительнее?
Ли Спенсер
Чтение: 4 минОпубликовано
Звуки. Запахи. Чувства, которые электризуют чувства и возвращают вас в более простые времена. Для многих любителей мотоциклов работа и езда на двухтактных велосипедах отражают сущность ушедшей эпохи.
Но потребность в скорости может быть цикличной.
В начале истории мотоциклетного спорта все было четырехтактным. Четырехтактные двигатели разбили вечеринку в конце 90-х, приобрели известность в середине 2000-х и с тех пор остаются в профессиональном мотокроссе.
За последние несколько лет наблюдается возрождение популярности двухтактных двигателей, даже несмотря на то, что гонщики продолжают полагаться на мощность четырехтактных двигателей. Так что предпочтительнее?
Карсон Браун и Колтон Эке на Red Bull Straight Rhythm 2022 в Помоне
© Garth Milan
Мотоциклетные двигатели внутреннего сгорания бывают двух- или четырехтактными. Такты относятся к тому, сколько раз поршень проходит через цилиндр, чтобы завершить рабочий цикл за один оборот коленчатого вала в процессе сгорания.
Цилиндры в двухтактном двигателе поднимаются вверх для впуска и опускаются для выпуска. Двухтактный двигатель работает на смеси бензина и масла и не имеет распределительного вала или клапанов.
Он срабатывает каждый раз, когда поршень достигает вершины. Четырехтактный двигатель использует четыре отдельных такта — два вверх-вниз для впуска и два вверх-вниз для выпуска — и срабатывает каждый раз, когда достигает верхней точки.
В безмятежные дни мотоциклов двухтактные двигатели были заметно легче и обеспечивали постоянную мощность. Уровень ускорения из ворот был умопомрачительным. Двухтактные двигатели с меньшим количеством деталей и деталей были дешевле и проще в обслуживании. Даже с сегодняшними современными двигателями двухтактный двигатель эквивалентного рабочего объема производит гораздо больше мощности, чем его аналог в менее сложном корпусе.
Участники мероприятия соревнуются в 11-м этапе серии мотокросса AMA
© Garth Milan
Игра изменилась в 1997 году, когда Yamaha представила YZM400, четырехтактный двигатель, разработанный для участия в серии AMA Supercross. Задача состояла в том, чтобы создать легальный велосипед, который был бы достаточно легким, но при этом обеспечивал равномерную передачу мощности и достаточный крутящий момент.
В течение следующего десятилетия к нам присоединилось больше производителей, и четырехтактные велосипеды эволюционировали. Мало того, что четырехтактные двигатели стали более мощными и надежными, они также стали легче и на них легче ездить. Впрыск топлива был дополнительным бонусом к пакету наряду с более низким уровнем выбросов.
Для поклонников двухтактных двигателей единственное, что может быть лучше рева двигателя и сладкого запаха предварительно смешанного гоночного топлива, — это попытка сдержать мощность под сиденьем винтажного мотоцикла. Нельзя отрицать забавный фактор.
Кен Рочен и Брэндон Хартранфт
© Christian Pondella
В свои 28 лет Кен Рочен никогда не участвовал в гонках на двухтактных мотоциклах, пока не выиграл Red Bull Straight Rhythm в 2019 году. трехкратный чемпион AMA признает, что это другое животное.
«Мы вообще больше не тратим время на двухтактные двигатели», — сказал Рочен.
«Есть определенные бренды, у которых есть более новые велосипеды, но даже для этого мы просто недостаточно на них ездим. Существует большая разница в подаче мощности по сравнению с четырехтактным двигателем. Четырехтактный двигатель имеет очень стабильный диапазон мощности, большой запас мощности», — добавил он. немного плоский внизу, затем они поднимаются и выравниваются вверху.И весь диапазон мощности сильно отличается, не говоря уже о том, что это двухтактные и карбюраторные велосипеды.Вы просто должны относиться ко всему этому с большим уважением, старайтесь оставаться здоровыми, это точно».
Кен Рочен участвует в 12-м этапе серии мотокросса AMA на Fox Raceway
© Garth Milan
Современные гонщики, соревнующиеся на четырехтактных мотоциклах, тем не менее, глубоко уважают двухтактных кумиров, которые им предшествовали. Например, в соревнованиях класса 125 Red Bull Straight Rhythm 2019 года в одной из запоминающихся гонок участвовал Эй Джей Катандзаро, демонстрирующий идеальный для того времени сетап своего главного героя, Джеймса «Буббы» Стюарта, в то время как его противник, Люк Ренцланд, ехал в стиле ретро.