Что называется тактом в работе двигателя?

Такт – это что? Латинское слово tactus переводится как «прикосновение». От него произошло французское слово takt, означающее норму поведения. В немецком языке Takt означает музыкальный интервал. В русский язык это слово пришло с девятнадцатого века и употребляется в нескольких значениях.

Музыкант уверен, что это метрическая единица в музыке. Можно сбиться с такта во время танца. А когда сбивается с такта сердце – срочно нужен врач. Механик уверен, что это технический термин, относящийся к двигателю. Программист скажет – к процессору. А лингвист вспомнит о речевом такте. И только педагог с психологом сойдутся во мнении, что такт – это чуткость в отношениях с людьми.

Рабочий цикл двигателя

Рабочим циклом называется совокупность периодически повторяющихся в определенной последовательности процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя, в результате которых тепловая энергия переходит в работу.
Тактом называется процесс, происходящий в цилиндре при перемещении поршня от одной мертвой точки к другой.

Если рабочий цикл совершается за четыре хода поршня, чему соответствует два оборота коленчатого вала, то двигатель с таким циклом называется четырехтактным. Каждый такт такого двигателя имеет свое наименование и свои особенности.

Рис.2. Рабочий цикл четырёхтактного дизеля: 1-топливный насос; 2-поршень; 3-форсунка; 4-воздухоочиститсль; 5-впускной клапан; 6-выпускной клапан; 7-цилиндр

Такт впуска. При перемещении поршня от ВМТ до НМТ над ним освобождается пространство, куда через открывающийся впускной клапан 5 (рис.2) поступает чистый воздух у дизеля или смесь воздуха с мелко распыленным бензином (горючая смесь). Поступивший свежий заряд смешивается с остатками отработавших газов от предыдущего такта (такая смесь называется рабочей). При подходе к НМТ давление в цилиндре вследствие сопротивления во впускном трубопроводе, ниже атмосферного и составляет 0,07. 0,09. Температура газов в конце этого такта достигается 40. 70°С у дизеля и 70. 13О°С у карбюраторного двигателя.

Такт сжатия. При перемещении поршня от НМТ к ВМТ впускной клапан закрывается и поступивший в цилиндр воздух или рабочая смесь сжимается, вследствие чего их температура и давление повышаются. Величина повышения давления и температуры определяется степенью сжатия двигателя. У дизеля температура в конце такта сжатия достигает 550. 750°С, а давление 4. 5МПа; у карбюраторного двигателя рабочая смесь нагревается до 300. 430°, а давление составляет 0,8. 1.5МПа.

Такт расширения. При подходе поршня к ВМТ в цилиндр дизеля через форсунку впрыскивается топливо, которое, перемещаясь с нагретым и сжатым воздухом, сгорает; при этом давление газов в цилиндре возрастает до 6. 9 МПа, а их температура поднимается до 1800. 2000° С. Под действием давления расширяющихся газов поршень перемещается от ВМТ к НМТ. В конце этого такта температура газов понижается до 700. 900° С, а давление до 0,3. 0,5МПа.

В карбюраторном двигателе при подходе поршня к ВМТ сжатия горючая смесь воспламеняется от электрической искры, возникающей между электродами свечи, ввернутой в цилиндра. От сгорания смеси давление газов возрастает до 3,5. 5 МПа, а температура до 2100. 2400°. К концу такта расширения у карбюраторного двигателя температура газов снижается до 900. 1200°, а давление до 0,3. 0,35 МПа.

Такт выпуска. При перемещении поршня от НМТ к ВМТ открывается выпускной клапан, и отработавшие газы выталкиваются из цилиндра в атмосферу. При этом давление газов к концу такта снижается до 0,11. 0,12 МПа, а температура до 500. 700°С у дизеля и 300. 400° у карбюраторного двигателя.

Таким образом, в четырехтактном двигателе только один такт расширения – ход поршня под действием давления газов поворачивает коленчатый вал и совершает полезную работу; этот ход называется рабочим. Остальные такты – впуска, сжатия и выпуска – называются вспомогательными. После такта выпуска рабочий цикл двигателя повторяется.

Что такое рабочий цикл двигателя автомобиля

Существует несколько различных типов двигателей, при этом на колесном, гусеничном, водном и даже иногда воздушном транспорте (грузовые и легковые авто, спецтехника, моторные лодки, самолеты и т. п.), нередко можно встретить двигатель внутреннего сгорания (ДВС).

Так или иначе, широкое распространение силовой агрегат данного типа получил благодаря своей автономности, универсальности, а также целому ряду других преимуществ. При этом агрегаты имеют много различных параметров и характеристик, среди которых стоит отдельно выделить рабочий цикл. Далее мы поговорим о том, что означает рабочий цикл автомобильного двигателя внутреннего сгорания.

Вывод

Тактовая частота – характеристика процессора, численно характеризующая количество операций, который может произвести CPU за секунду. От данного параметра зависит мощность ПК. Тем не менее стоит помнить, что частота – далеко не единственная характеристика, которая влияет на общую производительность ПК. Если частоты процессора не хватает для удовлетворения ваших потребностей, то стоит либо приобрести новую видеокарту, либо разогнать старый процессор. Если вы выбрали второй вариант, то будьте предельно осторожны. Процедура разгона может привести к сгоранию CPU. Поэтому неопытным пользователям лучше этим не заниматься.

Рабочий цикл ДВС: что нужно знать

Если рассматривать принцип работы двигателя внутреннего сгорания, топливо в таких агрегатах сгорает в закрытой камере (камера сгорания), куда подается готовая топливно-воздушная смесь или воздух и топливо по отдельности (дизельные агрегаты и моторы с прямым впрыском).

Работа такого мотора основана на том, что во время сгорания топлива происходит расширение газов. Указанные газы становятся причиной роста давления в цилиндре, благодаря чему поршень получает «толчок». Затем энергия, переданная на поршень, преобразуется в механическую работу. Давайте рассмотрим принцип работы двигателя, а также рабочие циклы более подробно.

Двигатели, которые устанавливаются на автомобили, обычно работают по четырехтактному циклу (четырехтактный двигатель). Это значит, рабочий цикл совершается за два оборота коленвала и четыре хода поршня. Работу такого ДВС можно разделить на такты: такт впуска, такт сжатия, такт рабочего хода, такт выпуска.

Как работает четырехтактный бензиновый двигатель

Чтобы было понятнее, начнем с того, что когда поршень в цилиндре во время работы ДВС начинает занимать крайние положения (максимально приближен или удален по отношению к оси коленчатого вала), эти положения принято называть ВМТ и НМТ. ВМТ означает верхняя мертвая точка, тогда как НМТ значит нижняя мертвая точка. Теперь вернемся к тактам.

• На такте впуска коленчатый вал двигателя делает первую половину оборота, при этом поршень из ВМТ движется в НМТ. В этот момент открыт впускной клапан, а выпускной клапан закрыт. При движении поршня вниз в цилиндре образуется разрежение, в результате чего в цилиндр «засасывается» топливно-воздушная смесь через открытый впускной клапан. Рабочая смесь состоит из воздуха и распыленного топлива (в некоторых двигателях на такте впуска поступает только воздух).
• Следующим тактом является сжатие. После того, как произойдет наполнение цилиндра топливно-воздушной смесью, коленвал начинает совершать вторую половину оборота. В этот момент поршень начинает подниматься из НМТ в ВМТ. При этом впускной клапан уже закрыт. Далее поршень сжимает смесь в герметично закрытом цилиндре. Чем больше уменьшается объем цилиндра, тем сильнее сжимается смесь. Результатом такого сжатия является повышение температуры смеси.
• К тому времени, когда поршень подойдет к концу такта сжатия (практически дойдет до ВМТ), смесь в бензиновых двигателях воспламеняется от внешнего источника (электрическая искра на свече зажигания). Затем топливный заряд сгорает, в результате в цилиндре резко повышается температура и давление. В этот момент поршень уже перемещается обратно из ВМТ в нижнюю мертвую точку, принимая на себя энергию расширяющихся газов.

• После того, как поршень почти дойдет до НМТ в конце рабочего хода, происходит открытие выпускного клапана. После этого давление в цилиндре снижается, несколько падает и температура. Затем начинается такт выпуска. В это время коленчатый вал совершает последний полуоборот, при этом поршень снова поднимается из НМТ в ВМТ, буквально «выталкивая» отработавшие газы из цилиндра через открытый выпускной клапан в выпускной коллектор.

Работа четырехтактного дизельного ДВС

Хотя дизель конструктивно похож на бензиновый мотор, в дизельных двигателях изначально сжимается только воздух, после чего прямо в камеру сгорания впрыскивается дизтопливо. При этом воспламенение такой смеси происходит самостоятельно (под большим давлением, а также в результате контакта с нагретым от сильного сжатия воздухом).

Простыми словами, воздух сначала сжимается и нагревается, в среднем, до 650 градусов по Цельсию. В самом конце такта сжатия в камеру сгорания топливная форсунка впрыскивает солярку, затем смесь дизтоплива и воздуха самовоспламеняется.

С учетом данной особенности на такте впуска (поршень движется из ВМТ в НМТ), за счет разряжения в цилиндр подается воздух через открытый впускной клапан. Давление и температура воздуха в этот момент имеют низкие показатели.

Затем начинается сжатие, поршень поднимается из НМТ в верхнюю мертвую точку. Как и в случае с бензиновым мотором, впускной и выпускной клапаны полностью закрыты, что позволяет поршню сильно сжать воздух.

Будет полезно: Как циркулирует жидкость в системе охлаждения двигателя?

Если учесть, что давление воздуха в цилиндре высокое (необходимо для его нагрева), дизельное топливо в момент впрыска должно также подаваться под очень высоким давлением. Фактически, форсунке нужно «продавить» солярку в камеру сгорания, в которой уже находится сильно сжатый поршнем и горячий воздух.

Для решения этой задачи многие системы питания дизельного двигателя имеют ТНВД (топливный насос высокого давления). Также в схеме могут быть использованы насос-форсунки (форсунка и насос объединены в одно устройство). Еще существуют варианты, когда питание двигателя реализовано при помощи так называемого «аккумулятора» высокого давления. Речь идет о системах Common Rail.

После воспламенения заряда происходит расширение газов и начинается рабочий ход поршня. Температура в результате горения смеси повышается, происходит увеличение давления. Указанное давление газов «толкает» поршень, происходит рабочий ход. Завершающим этапом становится выпуск, когда поршень после совершения рабочего хода снова поднимается из НМТ в ВМТ. Затем весь описанный выше процесс (рабочий цикл двигателя) повторяется.

Так в чем же разница?

Статья получилась сложнее, чем я предполагал, но если подвести итог. ТО получается:

ОТТО – это стандартный принцип обычного мотора, которые сейчас стоят на большинстве современных автомобилей

АТКИНСОН – предлагал более эффективный ДВС, за счет изменения степени сжатия при помощи сложной конструкции из рычагов которые подсоединялись к коленчатому валу.

ПЛЮСЫ — экономия топлива, эластичнее мотор, меньше шума.

МИНУСЫ – громоздкая и сложная конструкция, низкий крутящий момент на низких оборотах, плохо управляется дроссельной заслонкой

В чистом виде сейчас практически не применяется.

МИЛЛЕР – предложил использовать пониженную степень сжатия в цилиндре, при помощи позднего закрытия впускного клапана. Разница с АТКИНСОНОМ огромна, потому как он использовал не его конструкцию, а ОТТО, но не в чистом виде, а с доработанной системой ГРМ.

Предполагается что поршень (на такте сжатия) идет с меньшим сопротивлением (насосные потери), и лучше геометрически сжимает воздушно-топливную смесь (исключая ее детонацию), однако степень расширения (при воспламенении от свечи) остается почти такая же, как и в цикле ОТТО.

ПЛЮСЫ — экономия топлива (особенно на низких оборотах), эластичность работы, низкий шум.

МИНУСЫ – уменьшение мощности при высоких оборотах (из-за худшего наполнения цилиндров).

Стоит отметить, что сейчас принцип МИЛЛЕРА используется на некоторых автомобилях при невысоких оборотах. Позволяет регулировать фазы впуска и выпуска (расширяя или сужая их при помощи фазовращателей). Так двигатель SKYACTIV, на низких оборотах работает по принципу МИЛЛЕРА, а на высоких по принципу ОТТО. В чистом виде МИЛЛЕР (однако, почему то он называется АТКИНСОН) работает на гибридах ТОЙОТА.

Сейчас видео версия смотрим

НА этом я заканчиваю, думаю было полезно и интересно. Рассказывайте своим друзьям (кидайте им ссылку на статью или видео), будет еще много интересных материалов. ИСКРЕННЕ ВАШ, АВТОБЛОГГЕР.

Похожие новости

• Крутящий момент и мощность двигателя. Что важнее? Пару слов про …
• Распределенный или непосредственный впрыск (MPI или GDI). Какая …
• Гидрокомпенсаторы или толкатели (клапанов). Что лучше?

Синхронная работа нескольких цилиндров

Выше были описан принцип работы ДВС, при этом рассматривались процессы в одном цилиндре. Однако, как известно, большинство двигателей являются многоцилиндровыми. Для того чтобы добиться ровной и синхронной работы всех цилиндров, рабочий ход поршня в каждом отдельном цилиндре должен происходить через равный промежуток времени (одинаковые углы поворота коленвала).

В зависимости от компоновки двигателя и его конструктивных особенностей последовательность (порядок работы) может быть разной. Дело в том, что двигатели бывают не только рядными, но и V-образными.

Во втором случае такая компоновка позволяет разместить цилиндры под углом, при этом становится возможным увеличить общее количество цилиндров без увеличения самой длины блока цилиндра двигателя. Такое решение позволяет разместить мощный многоцилиндровый ДВС под капотом не только большого внедорожника или грузовика, но и легкового авто.

Обороты и мотресурс двигателя. Недостатки езды на низких и высоких оборотах. На каком количестве оборотов мотора ездить лучше всего. Советы и рекомендации.

Зависимость мощности и крутящего момента двигателя от числа оборотов коленвала. Крутящий момент бензинового и дизельного ДВС, полка момента, эластичность.

Что означает понятие объем двигателя. Определение рабочего объема мотора. Классы авто в зависимости от объема ДВС, плюсы и минусы большого объема двигателя.

Почему дизельный мотор имеет больший коэффициент полезного действия по сравнению с двигателями на бензине. Крутящий момент и обороты, энергия дизтоплива.

Виды двигателей внутреннего сгорания, отличия различных типов ДВС. Особенности компоновки, объем двигателя, мощность, крутящий момент и другие параметры.

Что нужно знать об электромобилях. Устройство машин с электродвигателем, основные характеристики. Эксплуатация и обслуживание в теории и на практике.

Как повысить частоту?

Мало кто знает, но мощность процессора можно повысить. Как увеличить производительность CPU? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно понять от чего она зависит. Тактовая частота прямо пропорциональна произведению множителя, который закладывается при проектировании, на частоту шины. Причем встречаются два вида множителей – заблокированные и открытые. Не трудно понять, что первые не поддаются разгону.

Процедура увеличения тактовой частоты проводится на устройствах с разблокированным множителем. Для того, чтобы произвести разгон необходимо обладать специальными знаниями, уметь работать с БИОС и знать английский язык (хотя бы уметь читать). Процедура увеличения частоты довольно-таки сложна и неопытные пользователи вряд ли смогут ее произвести без негативных последствий для ПК. Если вкратце, то суть разгона в том, чтобы постепенно увеличивать частоту шины процессора через вышеупомянутый множитель.

Важно! Разгон CPU – опасная процедура, которая может негативно сказаться на компьютере, а то и вовсе вывести его из строя. Это связано с тем, что при повышении частоты процессор начинает сильнее нагреваться. Соответственно, если у вас слабая система охлаждения, то CPU может попросту сгореть.

Что такое мертвые точки и такты ДВС

Количество этапов, входящих в один рабочий цикл ДВС (двигателя внутреннего сгорания), принято считать исходя из числа ходов поршня в цилиндре. Такие этапы получили название такты двигателя. Непосредственно ход поршня определяется его перемещением из одной крайней точки в другую. Они получили наименование мертвые, поскольку если в такой точке произойдет остановка поршня, он не сможет начать движение без внешнего воздействия. Простыми словами мертвые точки — это позиции, при которых движение в текущем направлении поршня прекращается и он начинает обратный ход.

Мертвые точки и ход поршня ДВС

Существуют две мертвые точки:

• Нижняя (НМТ) — положение, при котором расстояние между поршнем и осью вращения коленвала минимально.
• Верхняя (ВМТ) — положение, при котором цилиндр находится на максимальном удалении от оси вращения коленвала двигателя.

В англоязычной документации ВМТ обозначается как TDC (Top Dead Centre), А НМТ — BDC (Bottom Dead Centre).

Существуют двигатели, рабочий цикл которых может состоять из двух, а также из четырех тактов. Исходя из этого их разделяют на двухтактные и четырехтактные моторы.

В речи

Речь человека, подобно музыке, тоже имеет свой такт. Как в слове существует ударение, то есть более громко произносимый звук, так и во всей фразе есть смысловое ударение. Речевой такт характеризуется ударением в группе слов. В речи всегда есть паузы – подлиннее и покороче. Пауза после законченной фразы более длинная, внутри фразы – более короткие паузы.

Фраза может состоять из одного или нескольких предложений. Каждое предложение – из одного или нескольких тактов. Каждый такт – из одного или нескольких слов. Таким образом, такт – это единица речевого потока.

Такт образует незаконченную конструкцию речи. Он, как кирпичик, всего лишь часть целого. Что будет создано из таких кирпичиков, зависит от оратора. Самое выразительное деление на такты встречается в стихотворениях. Неправильное деление речи на такты совершенно изменяет смысл сказанного.

Как работает четырехтактный двигатель

Конструктивно рабочий цикл типового четырехтактного агрегата обеспечивается работой следующих элементов:

• цилиндр;
• поршень — выполняет возвратно-поступательные движения внутри цилиндра;
• клапан впуска — управляет процессом подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания;
• клапан выпуска — управляет процессом выброса отработавших газов из цилиндра;
• свеча зажигания — осуществляет воспламенение образовавшейся топливовоздушной смеси;
• коленчатый вал;
• распределительный вал — управляет открытием и закрытием клапанов;
• ременной или цепной привод;
• кривошипно-шатунный механизм — переводит движение поршня во вращение коленчатого вала.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя

Рабочий цикл такого механизма состоит из четырех тактов, в ходе которых реализуются следующие процессы:

1. Впуск (нагнетание топлива и воздуха). В начале цикла поршень находится в ВМТ. В момент, когда коленвал начинает вращаться, он воздействует на поршень и переводит его в НМТ. Это приводит к образованию разрежения в камере цилиндра. Распредвал воздействует на клапан впуска, постепенно открывая его. Когда поршень оказывается в крайнем положении клапан полностью открыт, в результате чего происходит интенсивное нагнетание топлива и воздуха в камеру цилиндра.
2. Сжатие (увеличение давления горючей смеси). На втором этапе поршень начинает обратное перемещение к верхней мертвой точке такта сжатия. Коленвал совершает еще один поворот, а оба клапана полностью закрыты. Внутреннее давление увеличивается до величины 1,8 МПа и повышается температура горючей смеси до 600 С°.
3. Расширение (рабочий ход). При достижении верхней позиции поршнем в камере сгорания устанавливается максимальная компрессия до 5 МПа и срабатывает свеча зажигания. Это приводит к возгоранию смеси и увеличению температуры до 2500 С°. Давление и температура приводят к интенсивному воздействию на поршень, и он начинает вновь перемещаться к НМТ. Коленвал совершает еще поворот, и таким образом, тепловая энергия переходит в полезную работу. Распредвал открывает выпускной клапан, и при достижении поршнем НМТ он полностью раскрыт. В результате отработавшие газы начинают постепенно выходить из камеры, а давление и температура снижаются.
4. Выпуск (удаление отработавших газов). Коленвал двигателя поворачивается, и поршень начинает движение в верхнюю точку. Это приводит к выталкиванию отработавших газов и еще большему снижению температуры и уменьшению давления до 0,1 МПа. Далее, начинается новый цикл, в ходе которого указанные процессы вновь повторяются.

В ходе каждого такта коленчатый вал двигателя совершает поворот на 180°. За полный рабочий цикл коленвал поворачивается на 720°.

Четырехтактный двигатель получил широкое распространение. Он может работать как с бензином, так и с дизельным топливом. Отличием рабочего цикла для дизеля является то, что воспламенение топливовоздушной смеси происходит не от искры, а от высокого давления и температуры в конечной точке такта сжатия.

Как посмотреть тактовую частоту процессора

Известно несколько способов, как узнать частоту процессора на своем персональном компьютере. Самый простой – заглянуть в свойства ПК. Если возникла необходимость узнать тактовую частоту, выполните следующие действия:

1. Перейдите в «Мой Компьютер», путем открытия ярлыка на рабочем столе.
2. В открывшемся окне нажмите правой кнопкой мыши на пустой области.
3. Выберите пункт «Свойства».
4. В следующем окне обратите внимание на центральную область экрана, а именно на блок «Система».
5. В строке «Процессор» отображены все важные характеристики ЦП.

Кроме стандартных методов есть еще и обширные способы проверки – с помощью стороннего софта. Лучшей утилитой, отображающей характеристики ключевых компонентов компьютера, считается CPU-Z.

Достаточно выполнить её установку на ПК и запустить. В окошке «Тактовая частота» она отображает то, что нужно.

Особенности работы двухтактных моторов

Основой того, чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного, можно назвать тот факт, что в первом за один рабочий цикл коленвал совершает два оборота, а во втором весь рабочий цикл укладывается в один оборот коленвала (360°). Поршень при этом совершает лишь два хода. Процессы, происходящие в камере сгорания в течение рабочего цикла у двухтактного мотора, не отличаются от четырехтактных, но впуск горючей смеси и выпуск отработавших газов выполняются одновременно с тактами сжатия и расширения.

Процесс одновременного удаления отработавших газов и нагнетания в цилиндр свежего заряда, происходящий в двухтактном двигателе, получил название продувка.

Принцип работы простейшего двухтактного двигателя заключается в следующем:

1. Такт сжатия. В начале цикла поршень находится в НМТ и движется в положение ВМТ такта сжатия. При этом происходит перекрытие окна продувки (впуска), а затем канала выпуска. В момент, когда поршень закрывает окно выпуска, начинается сжатие горючей смеси, и в пространстве под поршнем возникает разрежение. Это обеспечивает нагнетание топлива в камеру через приоткрытый клапан впуска.
2. Такт расширения (рабочего хода). Когда поршень приближается к ВМТ, происходит срабатывание свечи зажигания, и горючая смесь воспламеняется. Это провоцирует резкое повышение давления и температуры, в результате чего поршень начинает движение вниз. Таким образом, газы совершают полезную работу, а поршень при движении к НМТ увеличивает компрессию топливовоздушной смеси. С ростом давления клапан начинает закрываться и препятствует попаданию горючей смеси во впускной коллектор. При достижении поршнем выпускного окна, происходит открытие последнего, и отработавшие газы удаляются в систему выхлопа. Давление в камере снижается, а дальнейшее движение поршня открывает канал продувки и топливовоздушная смесь подается в камеру, вытесняя отработавшие газы.

Будет полезно: Как почистить радиатор отопления своими руками?

В зависимости от того, как реализована система продувки в устройстве двухтактного двигателя, их разделяют на разные типы:

• С контурной кривошипно-камерной продувкой. Горючая смесь подается в камеру цилиндра напрямую из картера двигателя. При этом она всасывается в момент движения поршня к ВМТ, а при движении поршня к НМТ обеспечивается продувка за счет избыточного давления.
• С клапанно-щелевой продувкой. Применяется для одноцилиндровых двигателей. Газораспределение реализуется путем перекрытия окон, выполненных в стенке цилиндра.
• С прямоточной продувкой. В такой конструкции впуск выполняется через специальные продувочные окна, выполненные по окружности цилиндра в его нижней части. В свою очередь, выпуск реализуется через выхлопной клапан.
• С использованием продувочных насосов. Применяется на многоцилиндровых двухтактных двигателях. При этом воздух для продувки сжимается специальным компрессором.

В отличие от четырехтактного, двухтактный двигатель не имеет системы газораспределения. Не требуют такие конструкции и организации сложной системы смазки. С другой стороны, четырехтактные моторы более экономичны по расходу топлива, а также меньше подвержены вибрации и обеспечивают более чистый выхлоп.

Какие есть двигателя внутреннего сгорания? Классификация двигателей внутреннего сгорания.

Двигатели внутреннего сгорания различаются по типам. Давайте разберем типы двигателей внутреннего сгорания:

• Поршневые;
• Роторно-поршневые;
• Газотурбинные;
• Дизельные.

Существуют различные виды двигателей внутреннего сгорания и производительность каждого отличается друг от друга. Как работает каждый вид?

Поршневые

Механическая работа формируется при использовании кривошипно-шатунного механизма. При его воздействии, движение передается на коленвал.

В карбюраторных двигателях формирование воздушно-топливной смеси производится в карбюраторе, после чего она перераспределяется в цилиндр.

В инжекторных двигателях регулировкой подачи топлива занимается ЭБУ. Распределение топлива осуществляется во впускной коллектор, попадая туда через форсунки.

Роторно-Поршневые

Механическая работа формируется при использовании ротора. Он выполняет работу газораспределительного механизма, коленвала, а также поршней.

Газотурбинные

В этих моторах механическая работа формируется также при использовании ротора. Он при вращении заставляет двигаться турбинный вал.

Дизельные

При впрыске топлива используются форсунки. Однако для воспламенения этим моторам не требуется свеча. Под температурой происходит нагревание сжатого воздуха. Температура же обязательно должна быть больше, чем температура горения.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Поршневой двигатель в своей работе является цикличным. Цикл может производить около ста тактов в одну минуту, что позволяет коленвалу непрерывно вращаться.

Такт двигателя внутреннего сгорания – это ход поршня. То есть поршень двигается именно либо вверх, либо вниз. Цикл – это последовательность тактов, которые постоянно повторяются.

Также существуют 2 типа поршневых ДВС, – это 2-тактные моторы и 4-тактные.

Принцип работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания

Как только водитель заводит автомобиль, тут же начинают двигаться поршни. Они всегда двигаются по направлению либо вверх, либо вниз. Изначально поршень начинает движение вниз. Когда он касается нижней мертвой точки и меняет свое направление, то в цилиндр, а именно в камеру сгорания начинает проходить подача топлива. Когда поршень поднимается вверх, топливо начинает сжиматься.

От свечей зажигания образовывается искра. И когда поршень доходит до верхней стадии, то происходит воспламенение топливной смеси. В дальнейшем пары расширяются и заставляют поршень двигаться вниз.

Двухтактные двигатели неэффективны по сравнению с четырехтактными, поскольку при удалении отработавших газов теряется мощность.

Вся маломощная техника использует именно 2-тактные моторы.

Принцип работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания

Все автомобили, которые используются в 21 веке уже имеют 4-тактные моторы.

Четырехтактный двигатель отличается от двухтактного тем, что при осуществлении впуска/выпуска топливно-горючей смеси, а также отработанных газов никак не совмещаются со сжатием/расширением, а работают как отдельные процессы.

В отношениях

Словарь Ефремовой так объясняет значение слова «такт» в отношениях с людьми: чувство меры в поведении, деликатность, подсказывающая бережное отношение, подход к человеку. Понятие педагогического такта тесно связано с психологией. Что значит такт, хорошо объяснял К. Д. Ушинский. Он говорил, что воспитатель-практик обязан иметь психологический такт. Без этого бесполезны его знания теории педагогики.

Такт основан на душевных качествах: терпение, доверие, отзывчивость, чуткость. Они помогают правильно понять ситуацию, разрешить назревший конфликт, подобрать верные слова и не ущемить чувство собственного достоинства собеседника.

Можно быть тактичным и бестактным. Пример тому – девочка Алиса. Она пытается вести светскую беседу и быть образцом порядочности, но ей это не удается.

Алиса в стране чудес попала в слезное море и заметила, что рядом кто-то барахтается. Оказалось, это мышь. Начав вести с ней светскую беседу, она заговорила о своей кошке, как она ловко ловит мышей. Но мышь обиделась. Тогда Алиса стала рассказывать о соседском фокстерьере и дошла до случая, когда он всех крыс и мышей переловил. На это мышь резонно заметила: «Вы просто бестактная девочка. Уплываю».

Рабочие циклы двигателей

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя

Работа двигателя внутреннего сгорания может быть представлена в виде систематически повторяющихся процессов, которые принято называть рабочими циклами. Рабочим циклом двигателя называется ряд последовательных, периодических повторяющихся процессов в цилиндрах, в результате которых тепловая энергия топлива преобразуется в механическую работу. При этом каждый полный рабочий цикл может быть разделен на одинаковые (повторяющиеся) части – такты.

Часть рабочего цикла, совершаемого за время движения поршня от одной мертвой точки до другой, т. е. за один ход поршня, называется тактом . Двигатели, рабочий цикл которых совершается за четыре хода поршня (два оборота коленчатого вала), называются четырехтактными. В головке блока цилиндров, над камерой сгорания (рис. 1) карбюраторного двигателя устанавливаются впускной 4 и выпускной 6 клапаны, управляемые газораспределительным механизмом, а также свеча зажигания 5.

Рабочий цикл карбюраторного четырехтактного двигателя состоит из последовательных тактов впуска, сжатия, расширения и выпуска.

Такт впуска

В результате вращения коленчатого вала при пуске двигателя (вручную или с помощью специального устройства – например, заводной рукоятки или электродвигателя – стартера) поршень совершает движение от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ). При этом впускной клапан 4 открыт, а выпускной клапан 6 закрыт. Так как объем цилиндра при движении поршня вниз (к НМТ) быстро увеличивается, давление над поршнем уменьшается до 0,07. 0,09 МПа, т. е. внутри цилиндра создается вакуум – избыточное разрежение. Впускной клапан 3 сообщается со специальным устройством – карбюратором, который приготавливает горючую смесь из топлива и воздуха. Вследствие разности давлений в карбюраторе и цилиндре горючая смесь всасывается через открытый впускной клапан в цилиндр двигателя.

Если двигатель уже работает, то горючая смесь, попадая в цилиндр из карбюратора, смешивается с остаточными продуктами сгорания от предыдущего цикла, и образует рабочую смесь. Смешиваясь с остаточными продуктами сгорания и соприкасаясь с нагретыми деталями цилиндра, рабочая смесь нагревается до температуры 75. 125 ˚С.

Такт сжатия

При подходе поршня к НМТ впускной клапан закрывается. Далее поршень начинает перемещаться вверх (к ВМТ), сжимая смесь воздуха, топлива и остаточных продуктов сгорания, которые не были удалены из цилиндра при выпуске. При движении поршня от НМТ к ВМТ вследствие сокращения объема цилиндра при закрытых клапанах повышаются давление, при этом возрастает температура рабочей смеси (в соответствии с законом Гей-Люссака). В конце такта сжатия давление внутри цилиндра повышается до 0,9…1,5 МПа, а температура смеси достигает 270-480 ˚С. В этот момент к электродам свечи зажигания 5 подводится высокое напряжение, которые вызывает между ними искровой разряд, результате чего рабочая смесь воспламеняется и сгорает. В процессе сгорания топлива выделяется большое количество теплоты, из-за чего температура газов (продуктов сгорания) повышается до 2200-2500 ˚С, и давление внутри цилиндра достигает 3,0…4,5 МПа. Газы начинают расширяться, перемещая поршень вниз, к НМТ.

Будет полезно: Как определить наружную сторону шины?

Такт расширения (рабочий ход)

Под давлением расширяющихся газов поршень движется от ВМТ к НМТ (при этом оба клапана закрыты). В этот промежуток времени (такт) происходит преобразование тепловой энергии в полезную работу, поэтому ход поршня в такте расширения называют рабочим ходом. При движении поршня к НМТ объем цилиндра увеличивается, вследствие чего давление уменьшается до 0,3…0,4 МПа, а температура газов снижается до 900…1200 ˚С.

Такт выпуска

При подходе поршня к НМТ открывается выпускной клапан 6, в результате чего продукты сгорания рабочей смеси вырываются наружу из цилиндра. При дальнейшем вращении коленчатого вала поршень начинает перемещаться от НМТ к ВМТ. Выталкивая отработавшие газы через открытый выпускной клапан, выпускной канал 7 и выпускную трубу в окружающую среду. К концу такта выпуска давление в цилиндре составляет 0,11…0,12 МПа, а температура – 600…900 ˚С.

При подходе поршня к ВМТ выпускной клапан закрывается, впускной открывается и начинается такт впуска, дающий начало новому рабочему циклу.

Рабочий цикл четырехтактного дизеля

Рабочий цикл дизельного двигателя принципиально отличается от цикла карбюраторного двигателя тем, что рабочая смесь (смесь топлива, воздуха и остаточных продуктов сгорания) приготовляется внутри цилиндра, поскольку воздух подается в цилиндр отдельно, а топливо отдельно – через форсунку. В дизельном двигателе нет специального устройства для поджигания рабочей смеси – она самовозгорается в результате высокой степени сжатия. Т. е. в дизеле, в отличие от карбюраторного двигателя, через впускной клапан подается не горючая смесь, а атмосферный воздух, а топливо впрыскивается через форсунку в конце такта сжатия. В цилиндре, как и в случае с карбюраторным двигателем, остаются продукты сгорания рабочей смеси, которые не удалось удалить продувкой. Смесеобразование (перемешивание воздуха, топлива и остаточных продуктов сгорания) в дизеле протекает внутри цилиндра, что и обуславливает основные отличия череды тактов, составляющих рабочий цикл.

Высокая степень сжатия приводит к тому, что поступивший в цилиндр через впускной клапан воздух, смешивается с остаточными газами и раскаляется (в буквальном смысле этого слова) до высоких температур. И в это время в цилиндр впрыскивается топливо, которое вспыхивает и начинает гореть.

Рабочие процессы в дизельном двигателе протекают в следующей последовательности (рис. 2) :

Такт впуска

В период такта впуска поршень 2 движется от НМТ к ВМТ. При этом впускной клапан 5 открыт, выпускной клапан 6 закрыт. В цилиндре 7 из-за разности давлений в окружающей среде и в цилиндре в конце такта впуска возникает разрежение 0,08. 0,09 МПа, при этом температура внутри цилиндра не превышает 40…70 ˚С.

Такт сжатия

В процессе такта сжатия оба клапана закрыты. Поршень 2 движется от НМТ к ВМТ, сжимая смесь воздуха и отработавших газов. Давление в конце такта сжатия достигает 3…6 МПа, а температура – 450…650 ˚С (превышает температуру самовоспламенения топлива).

При подходе поршня к ВМТ, в цилиндр через форсунку 3 впрыскивается распыленное жидкое топливо. Топливо подается к форсунке (через трубку высокого давления) топливным насосом 1 высокого давления (ТНВД). Форсунка обеспечивает тонкое распыление топлива в сжатом воздухе. Распыленное топливо самовоспламеняется и сгорает. В результате сгорания температура в цилиндре достигает 1600…1900 ˚С, давление – 6…9 МПа.

Такт расширения (рабочий ход)

Из чего состоит двигатель

Чтобы понять принцип работы, познакомимся с основными составляющими движка:

• блок цилиндров;
• кривошипно-шатунный механизм (включает коленвал, поршни, шатуны) ‒ он необходим для преобразования поступательно-возвратных движений поршня во вращательное движение коленвала;
• головка блока вместе с газораспределительным механизмом, который открывает впускные и выпускные клапаны, для того чтобы поступала рабочая смесь и выходили отработавшие газы. ГРМ может включать один или более распредвалов, которые состоят из кулачков для толкания клапанов, самих клапанов и клапанных пружин. Для стабильной работы четырехтактного движка существует ряд вспомогательных систем:
• система зажигания ‒ для поджига горючей смеси в цилиндрах;
• впускная система ‒ для подачи воздуха и рабочей смеси в цилиндр;
• топливная система ‒ для непрерывной подачи топлива, получения смеси воздуха и горючего;
• система смазки – для смазки трущихся деталей, а также одновременного удаления продуктов износа;
• выхлопная система – для удаления отработанных газов из цилиндров, снижения токсичности выхлопа;
• система охлаждения – для поддержки оптимальной температуры движка.

Такт работы двигателя

В нижней мертвой точке (НМТ) у поршня происходит «перекладка» т. е. изменение опоры поршня на цилиндр с левой стороны юбки на правую.

Чем больше зазор между юбкой поршня и цилиндром, тем интенсивнее перекладка, а значит шумность двигателя, дальнейший износ юбки поршня и нижней части цилиндра, по которой «бьет» правая сторона юбки поршня.

После прохода поршнем нижней мертвой точки начинается второй такт работы двигателя — сжатие топливо-воздушной смеси.

Такт сжатия

Непосредственно сжатие (повышение давления в цилиндре) начинается не сразу после начала движения поршня вверх. Дело в том, что топливо-воздушная смесь при открытом впускном клапане некоторое время продолжает поступать в цилиндр, несмотря на начало повышения давления. Поэтому закрытие впускного клапана должно быть согласовано с характером течения смеси у его тарелки.

С точки зрения наилучшего наполнения цилиндра (и, соответственно, наибольшей мощности) в момент закрытия впускного клапана смесь у клапана должна остановиться, т. е. в этот момент через клапан нет ни прямого — в цилиндр, ни обратного — из цилиндра, течения. Здесь на процесс очень сильно влияет конструкция впускной системы, частота вращения, положение дроссельной заслонки. В общем случае, чем больше частота вращения и открытие дроссельной заслонки, тем больше при неизменной длине впускного канала должен запаздывать с закрытием впускной клапан.

На практике, как правило, выбирают компромиссный вариант, однако существуют конструкции с переменными фазами газораспределения (при которых изменяется запаздывание закрытия впускного клапана) и с переменной длиной каналов впускной системы, улучшающих наполнение цилиндров и параметры двигателя в широком диапазоне режимов. Компромиссные решения обычно приводят к ухудшению параметров двигателя за счет обратного выброса смеси на низких частотах вращения и «

недозарядки» цилиндра (т. е. снижения количества поступающей смеси относительно максимально возможного) на высоких оборотах. Меньшее по сравнению с традиционными конструкциями запаздывание закрытия клапана имеют двигатели с многоклапанными головками (с тремя или четырьмя клапанами на цилиндр).
При движении поршня вверх при закрытых клапанах происходит сжатие топливо-воздушной смеси. При этом давление в цилиндре зависит от утечек смеси через поршневые кольца и клапаны. Их износ или повреждения, а также царапины и риски на поверхности цилиндра также увеличивают утечки смеси через поршневые кольца. Поршневые кольца под действием трения и давления в цилиндре прижимаются к нижним поверхностям канавок, а уплотнение полости цилиндра над поршнем достигается с одной стороны по стыку колец с поверхностью цилиндров, а с другой — по нижним торцевым поверхностям колец и канавок.

Перекладка поршня в нижней мертвой точке.

Под действием сил давления и трения торцевые поверхности колец и канавок изнашиваются, а торцевой зазор в канавках увеличивается. При большом зазоре кольца вблизи мертвых точек (ВМТ и НМТ) передвигаются от одного торца канавки к другому. Возникает так называемый «насосный» эффект, характерный для изношенных двигателей, из-за которого значительно увеличивается расход масла. Возрастает также прорыв газов в картер из камеры сгорания. Кроме того, при большом торцевом зазоре кольца достаточно быстро разбивают края канавок, вследствие чего «насосный» эффект и прорыв газов быстро прогрессируют.

Когда поршень находится вблизи ВМТ, не доходя до нее обычно 5-30° по углу поворота коленчатого вала (ПКВ), происходит искровой разряд на свече зажигания. Этот угол, называемый углом опережения зажигания, при работе двигателя обязательно регулируется. Дело в том, что процесс горения смеси происходит с некоторым запаздыванием с момента искрового разряда на величину так называемого времени формирования фронта пламени. В двигателях с искровым зажиганием это величина условная и равна времени с момента искрового разряда до начала «видимого» сгорания (начала повышения давления свыше давления в цилиндре без сгорания). В дизелях процесс видимого сгорания также происходит с задержкой. При этом время задержки воспламенения в дизелях имеет физический смысл как время, необходимое для нагрева и испарения топпива, впрыскиваемого в цилиндр.
Поскольку горение смеси — химическая реакция, времена формирования фронта пламени (задержки воспламенения) и горения зависят от давления и температуры смеси, а также от интенсивности ее перемешивания (турбулентности): чем они больше, тем быстрее идет процесс. Открытие дроссельной заслонки приводит к увеличению давления и плотности смеси во впускном коллекторе, увеличиваются давление и температура в цилиндре на такте всасывания и, соответственно, в конце такта сжатия, улучшается перемешивание смеси. Эти факторы определяют уменьшение времени горения и формирования фронта пламени. При увеличении частоты вращения эти времена уменьшаются не так быстро, как время цикла (время, за которое коленчатый вал делает 2 оборота). Поэтому при неизменном моменте зажигания процесс сгорания с увеличением частоты сдвигается далеко в область рабочего хода и «растягивается» по циклу, что приводит к ухудшению параметров двигателя. Чтобы этого не происходило, угол опережения зажигания приходится увеличивать на 25-30° с ростом частоты вращения. Зависимость угла опережения от нагрузки более слабая — при открытии дроссельной заслонки обычно требуется уменьшать угол опережения зажигания в среднем на 8.
Непосредственно перед воспламенением смеси давление в цилиндре достаточно высоко — свыше 1,0-И ,2 МПа. Это давление несколько ниже максимального давления, которое было бы в цилиндре при проверке компрессии, т. к. воспламенение начинается до прихода поршня в ВМТ. Максимальное давление в цилиндре (без сгорания) зависит от степени сжатия б = Vh/VKC, где Vh — рабочий объем цилиндра (Vh = Fn.S), Fn — площадь поршня; S — ход поршня; VKc — объем камеры сгорания.
Степень сжатия — величина чисто геометрическая.  По этой весьма приближенной зависимости давление измеряемое компрессометром, численно должно быть существенно выше степени сжатия. Однако в действительности из-за задержки закрытия впускного клапана, возможного некоторого разрежения в цилиндре и начале сжатия, потерь тепла и т.

д. максимальное давление (компрессия) существенно ниже — порядка 1,1-1 ,5 МПа.
При приближении поршня к ВМТ начинают «работать» так называемые вытеснители. Вытеснители образуются поверхностями днища поршня и головки, которые при положении поршня в ВМТ подходят друг к другу наиболее близко обычно зазор между поршнем и головкой в таких местах 0,5-5-1,0 мм. При подходе поршня к ВМТ смесь, расположенная между вытеснительными поверхностями, как бы «вытесняется» в зону камеры сгорания, образуя потоки определенного направления.
Чем ближе подходят друг к другу поршень и головка, тем сильнее эффект вытеснения, т. е. больше скорость вытеснения потока. Вытеснители выполняют весьма важную задачу — турбупизируют (т. е. интенсивно перемешивают) смесь в момент воспламенения, а это повышает скорость и полноту сгорания. Турбулизация смеси препятствует также распространению детонации.
При движении поршня к ВМТ во время такта работы двигателя давление в цилиндре быстро растет. Увеличивается и давление в зазоре между верхней частью боковой поверхности поршня (огневым поясом) и цилиндром. Рост давления при сгорании приводит к существенному увеличению усилия прижатия компрессионных колец к поверхности цилиндра и нижним поверхностям канавок поршня. Наибольшие усилия испытывает верхнее кольцо, поскольку давление в канавке верхнего кольца значительно выше, чем среднего. Под действием силы давления газов и силы трения кольца о цилиндр верхнее кольцо разворачивается (закручивается) в канавке. После непродолжительной работы кольцо приобретает характерный профиль поперечного сечения с несимметричной бочкообразностью наружной поверхности и небольшой вогнутостью на нижнем торце, а нижняя поверхность канавки становится конической со скругленным краем. От формы наружной поверхности кольца сильно зависят износ цилиндра и расход масла. В частности, при сжатии в цилиндре закручивание кольца может привести к его маслосъемному действию при движении поршня вверх, т. е. к вытеснению части масла со стенок цилиндра в камеру сгорания. В этом случае скребковая верхняя кромка кольца уменьшает и без того тонкую масляную пленку между кольцом и цилиндром, в результате чего возможно образование прижогов на кольце и задиров на поверхности цилиндра.
При движении поршня вверх по мере роста давления толщина масляной пленки уменьшается, а вблизи ВМТ становится очень малой. Чтобы недостаток смазки не приводил к повышенному износу, очень важное значение имеют материалы трущихся деталей, состояние их поверхностей, а также упругость колец.
Стойкую к износу пару трения «кольцо-цилиндр» образуют обычно твердые гладкие покрытия колец и, как правило, более мягкий материал цилиндра, на поверхности которого создается шероховатость в виде наклонных рисок определенной глубины. Чем глубже риски, тем больше масла в них находится, тем лучше смазка колец и цилиндра.
При подходе поршня к ВМТ на поршень действует сила давления газов. Поршень опирается на поршневой палец и чем больше сила давления поршня на палец, тем выше трение в отверстии бобышек поршня и тем труднее поршню повернуться на неподвижном пальце. На практике это выглядит как поворот поршня вместе с шатуном вблизи ВМТ, т. е. как уже упомянутая выше «перекладка», но с гораздо большими усилиями. Для уменьшения этих усилий и снижения возможного стука поршня при повышенном зазоре в цилиндре ось пальца на поршне обычно смещают на 0,05 мм влево, если смотреть на поршень спереди. Тогда, как это видно на схеме, момент сил, поворачивающих поршень вблизи ВМТ, компенсируется моментом от сил давления газов на поршень.
Силы давления газов и силы инерции, действующие на поршень, передаются через поршневой палец и шатун на шейку коленчатого вала.
Вблизи ВМТ суммарные силы от давления газов и инерции вызывают большие напряжения в шатуне и бобышках поршня. В эксплуатации представляют большую опасность случаи значительного (во много раз) увеличения давления в ВМТ. Обычно это связано с попаданием в камеру сгорания различных жидкостей, например, воды через входной патрубок воздушного фильтра, топлива, масла или охлаждающей жидкости при возникновении соответствующих неисправностей. В таких случаях происходит деформация стержня шатуна — так называемая потеря устойчивости, а также поломки шатуна и поршня, опасные серьезными повреждениями в двигателе. Далее поговорим о такте впуска двигателя.

Рабочий цикл двигателя состоит из четырех тактов: Такт впуска, такт сжатия, такт расширения, такт выпуска. 

Не в такт — журнал За рулем

ТЕХНИКА

/ЭКЗОТИКА

НЕ В ТАКТ

ДВА ТАКТА, ЧЕТЫРЕ… КТО БОЛЬШЕ?

ТЕКСТ / АЛЕКСЕЙ ВОРОБЬЕВ-ОБУХОВ

Впуск-сжатие-рабочий ход-выпуск: по такому циклу работают сегодня большинство двигателей внутреннего сгорания, будь то бензиновые или дизельные. Кажется, процесс доведен уже до совершенства и конструкторы подбирают последние крохи, добиваясь максимально возможного КПД. А он не так велик, ведь из четырех ходов поршня (тактов) лишь один — рабочий. Остальные в большей или меньшей степени потребляют энергию. Мотоциклистам хорошо известен другой, двухтактный процесс; делаются попытки применить его и на автомобилях (ЗР, 1999, № 12). Тут эффективность повыше, но есть специфические проблемы с ресурсом, смазкой, наполнением цилиндров смесью.

А если… не уменьшать, а увеличивать количество тактов, причем не только «паразитных», но и рабочих? Существуют два совершенно независимых проекта — австралийский и швейцарский, в которых реализованы шеститактные циклы для бензинового и дизельного двигателей. Здесь на шесть ходов поршня — два рабочих, значит, можно ожидать большего КПД. Впрочем, почему ожидать? Построены прототипы, бегают по дорогам опытные мотоциклы — ожидания оправдались. Разработчики добились снижения удельного расхода топлива аж на 30%: завидуйте, изобретатели «коммон рейлов», «вэлвтроников», хитрых систем зажигания и прочей надстройки! Тут замахнулись на базис.

Пойдут ли шеститактные двигатели в серию? Пока не знаем. Но давайте познакомимся с ними поближе.

АВСТРАЛИЙСКИЙ ДВУХПОРШНЕВОЙ

Малколм Бер мог бы считаться типичным австралийским фермером, если бы кроме своего земельного надела в 1300 га не занимался одержимо мотоциклами и их моторами. Начав в 1981 году конструировать «заряженные» оппозитные двухтактники, через 17 лет он пришел к идее… двухпоршневого шеститактного двигателя (патент США № 5713314). Он представлен на рис. 1. 

Если вы внимательно считали ходы поршня, то, наверное, удивлены. Их четыре, где же здесь шесть тактов? Автор изобретения просто приплюсовал еще два хода второго поршня, всего, стало быть, шесть (интересно, сколько тактов он насчитал бы в моторе советского танка Т-64 со встречно-движущимися поршнями?).

Свою идею Малколм проверил на переделанном двигателе «Дукати» (суммарный объем двух цилиндров 616 смз, степень сжатия 10,6). Он выдал 64 кВт (87 л.с.) при 9000 об/мин и 55,6 Н.м при 6000 об/мин. 104 кВт, или 141 л.с. с литра — блестящий результат! Этот моторчик был установлен на мотоцикле «Ямаха-SR500» и протестирован известным мотожурналистом Аланом Катхартом. Заявленные преимущества подтвердились, более того, экономия топлива (по сравнению с исходным четырехтактным мотором) составила 35,8% при скорости 48 км/ч и 13% при 72 км/ч.

ШВЕЙЦАРСКИЙ ТРЕХКАМЕРНЫЙ

У этого дизеля, придуманного Роже Бажюлазом, поршень один, зато по три камеры на цилиндр: сгорания, нагревания и рабочая. Несмотря на кажущуюся сложность конструкции, принцип его работы достаточно прост (рис. 2).

В отличие от традиционных ДВС, этот мотор можно было бы назвать двигателем внешнего сгорания: ведь топливо горит не в цилиндре, а в отдельной камере при постоянном объеме. Выделяющаяся теплота не рассеивается без пользы в охлаждающей жидкости, а через тонкие стенки раскаляет закачанный в камеру нагрева чистый воздух, который, расширяясь, совершает полезную работу, толкая поршень в пятом такте. Горение топлива происходит неспешно на протяжении полного оборота коленчатого вала. Раскаленные докрасна стенки камеры способствуют полному сгоранию и доокисляют все частицы сажи без остатка. Холодный пуск, как обычно, обеспечивает свеча накаливания.

Степень сжатия в камере сгорания здесь значительно меньше, чем это принято для дизельных двигателей, на поршень также не воздействуют столь высокие температуры, как при непосредственном сжигании топлива в цилиндре. Значит, всю конструкцию можно облегчить!

Новый двигатель способен работать не только на дизельном топливе, но и на газе, бензине, метаноле или растительном масле. Тепловой КПД достигает 50% против средних 30% у ДВС, расход топлива снижается более чем на 40%, шумность и выбросы вредных веществ также значительно ниже, чем обычно. Мотор швейцарской фирмы Bajulaz Inc. запатентован в США (№ 4809511, № 4513568) и большинстве индустриально развитых стран.

Впрочем, патенты и успешная работа опытных образцов еще не гарантия больших перспектив. Вполне возможно, существуют проблемы, о которых разработчики умалчивают: иначе мы бы уже слушали необычный звук шеститактного выхлопа…

Рис. 1. БЕНЗИНОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ МАЛКОЛМА БЕРА

ВПУСК. Большой поршень 3 начинает движение от ВМТ (верхней мертвой точки) вниз. Второй поршень 7 приблизился к своей ВМТ. Выпускной канал быстро закрывается вращающимся клапаном 5. Клапан 8 пропускает смесь в цилиндры. Суммарный объем цилиндров сейчас максимален, и в них поместится больший заряд!

СЖАТИЕ. Большой поршень достиг НМТ (нижней мертвой точки), а второй находится на полпути и начинает перекрывать впускной и выпускной каналы. Поначалу небольшому давлению сжимаемой горючей смеси противостоят вращающийся 5 и лепестковый 8 клапаны. Затем опускающийся второй поршень надежно перекрывает впускной и выпускной каналы, и двигатель готов к полезной работе.

РАБОЧИЙ ХОД. Большой поршень находится в ВМТ, второй — вблизи НМТ; камера сгорания заполнена горючей смесью, которую поджигает искровая свеча 4. Давление нарастает, и оба поршня двигаются в разные стороны, вращая коленчатые валы 6 и 1. Обороты верхнего вдвое меньше — так подобраны диаметры звездочек, связанных цепью. Впускной и выпускной каналы пока перекрыты. Энергия не расходуется на преодоление кулачковым валом сопротивления пружин клапанов и давления газов в цилиндре; напротив, верхний поршень «подкручивает» основной коленчатый вал через цепную передачу (не показана).

ВЫПУСК. Большой поршень пришел в НМТ, его коленчатый вал повернулся на пол-оборота, а верхний вал — на 90°. Начинается выпуск отработавших газов. Впускной канал расположен чуть выше выпускного, так что он в этот момент еще не открывается.

Рис. 2. ДИЗЕЛЬНЫЙ МОТОР РОЖЕ БАЖЮЛАЗА

ВПУСК. Впускной клапан 1 открыт, поршень идет вниз, засасывая воздух. Тем временем в камере сгорания 6 горит рабочая смесь.

ВЫПУСК. Открыт выпускной клапан 4. Поршень идет вверх, выбрасывая в глушитель отработавшие газы. Воздух в камере нагрева продолжает разогреваться от стенок камеры.

СЖАТИЕ I. Открыт клапан 2 камеры нагрева 7. Поршень идет вверх, сжимая воздух и закачивая его в камеру нагрева. В камере сгорания продолжается горение топлива.

РАБОЧИЙ ХОД II. Вновь открылся клапан 2 камеры нагрева. Но теперь воздух под большим давлением поступает обратно в цилиндр, толкая поршень вниз.

РАБОЧИЙ ХОД I. Открылся клапан 3 камеры сгорания. Раскаленные газы поступают в рабочий цилиндр 5 и толкают поршень вниз. В камере нагрева растет давление воздуха.

СЖАТИЕ II. Поршень пошел вверх и через открывшийся клапан камеры сгорания закачивает в нее отработавший в предыдущем такте воздух. Он успел остыть, да и объем камеры сгорания больше, чем камеры нагрева. Поэтому степень сжатия здесь меньше. В конце такта произойдет впрыск и воспламенение топлива. Этот второй такт сжатия разработчики назвали рекомпрессией.

Не в такт

Не в такт

Четырехтактный двигатель: принцип работы, основные отличия

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

• Принцип работы и основная характеристика
• История
• Особенности работы 4-х тактного двигателя
• Конструкция агрегата
• Работа двигателя
• Конструктивные и эксплуатационные отличия четырехтактных двухтактных бензиновых двигателей

Принцип работы и основная характеристика

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

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

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

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

Основные характерные показатели 4 тактного двигателя:

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

История

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

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

Особенности работы 4-х тактного двигателя

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

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

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

Конструкция агрегата

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

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

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

Работа двигателя

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

Этапы работы :

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

Конструктивные и эксплуатационные отличия четырехтактных двухтактных бензиновых двигателей

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

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

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

Основные отличия двухтактных и четырехтактных двигателей:

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

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

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

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

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

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

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

Четырехтактный двигатель. Работа четырехтактного двигателя

В цилиндре четырехтактного поршневого двигателя циклическая последовательность энергетических преобразований начинается с реакции горения ТВ-заряда, когда поршень находится в ВМТ. В результате сгорания химическая энергия топлива переходит в тепловую энергию сильно сжатых газов.

Так в камере сгорания образуется газообразное рабочее тело теплового двигателя. Далее тепловая энергия рабочего тела за счет его интенсивного расширения переходит в механическую работу по перемещению поршня из ВМТ в НМТ. Следующим этапом преобразований является кинематическое превращение линейного перемещения поршня в возвратно-поступательное его движение и получение вращательного движения на выходном валу двигателя. Это преобразование реализуется с помощью кривошипно-шатунного механизма, коленчатого вала и его маховика. При этом сам коленчатый вал и навешенные на него детали (массы) получают значительный импульс движения, за счет которого совершается полезная работа двигателя, а поршень переходит через НМТ и начинает обратное движение к ВМТ.

Эта часть энергетического цикла соответствует рабочему такту двигателя «рабочий ход» и заканчивается в НМТ. С этого момента (от нижней мертвой точки) на полезную нагрузку одноцилиндрового двигателя и на последующие вспомогательные процессы энергетических преобразований начинает работать кинетическая энергия инерционных масс коленчатого вала, ранее разогнанных рабочим ходом поршня. Вслед за процессом «рабочий ход» в любом поршневом двигателе должны быть выполнены два насосных процесса: выпуск отработавших газов и впуск свежего топливовоздушного заряда.

В четырехтактном одноцилиндровом двигателе такты выпуска, впуска и сжатия реализуются инерционным вращением коленвала с массивным маховиком (тремя ходами поршня между НМТ и ВМТ). В многоцилиндровом двигателе поршни поочередно работают на один общий коленвал, и процессы выпуска, впуска и сжатия в цилиндре реализуются не только инерционным вращением коленвала, но и рабочими ходами поршней в других цилиндрах, на выполнение насосных процессов затрачивается часть энергии рабочего хода.

Чем продолжительнее насосные процессы в общей продолжительности рабочего цикла, тем ниже КПД двигателя. Именно поэтому двухтактные двигатели эффективнее четырехтактных, а четырехтактные — эффективнее шеститактных.

После завершения насосных процессов, сразу вслед за впуском, в цилиндре четырехтактного двигателя начинается энергетический процесс сжатия. Этот процесс реализуется четвертым (последним) в данном цикле ходом поршня (вверх).

Рассмотрев последовательность основных процессов энергетического преобразования и сопутствующие им вспомогательные процессы в четырехтактном двигателе, можно перейти к рассмотрению рабочих тактов в четырехтактном цикле.

Четырехтактным циклом называется последовательность из четырех рабочих тактов двигателя: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. За начало цикла обычно принимают такт впуска.

Следует предварительно заметить, что хотя по определению рабочий такт включает в себя несколько рабочих процессов, приходящихся на один ход поршня, в четырехтактном двигателе каждому такту присваивается наименование только одного (основного) рабочего процесса. Например, рабочий такт «сжатие» (ход поршня из НМТ в ВМТ после впуска) включает в себя не только само сжатие, но и внутреннее перемешивание ТВ-смеси, формирование ТВ-заряда, воспламенение ТВ-заряда перед его сгоранием, начало формирования газообразного рабочего тела. Но называется данный такт — тактом сжатия.

То же самое можно показать на примерах других тактов. Но главное здесь то, что довольно продолжительная последовательность различных процессов, имеющих место в каждом такте, в целях упрощения «раскладывается» только на четыре рабочих такта. Эти такты: ВПУСК, СЖАТИЕ, РАБОЧИЙ ХОД, ВЫПУСК Таким образом, для четырехтактного двигателя рабочим циклом можно считать не совокупность рабочих процессов, приходящихся на один акт сгорания ТВ-заряда, а последовательность четырех конкретных рабочих тактов.

Рассмотрение четырехтактного цикла удобнее проводить с помощью индикаторной диаграммы, которая отображает изменение давления в цилиндре по ходу поршня за рабочий цикл.

Индикаторная диаграмма состоит из четырех характерных участков:
1. Участок (71) — впуск ТВ-смеси под разрежением от всасывания (Р = 0,8 атм). Температура ТВ-смеси в конце впуска Ti = 10О°С. Имеет место вентиляционное охлаждение цилиндра.
2. Участок (123) — сжатие. При степени сжатия еа = 10 (для бензинового ДВС) давление в конце сжатия Рс = 15 атм, температура Тс = 500°С.
3. Участок (3456) — сгорание ТВ-заряда и расширение (рабочий ход). Воспламенение ТВ-зарядв в точке 2. Окончание процесса сгорания ТВ-заряда в точке 3. Дааление газов Р4 = 40 атм, температура Т4 & 2800°С. К концу расширения (точка 5) давление Р5 = 4 атм, Т5 = 1000°С. В точке 6 давление Р6 = 1,3 атм (остаточное давление газов), Т6 = 800°С.
4. Участок (67) — выпуск отработавших газов. Выпускной клапан открывается в точке 5.

Процесс выпуска протекает при даалении, которое превышает атмосферное. К концу выпуска температура падает до Т7 = 700°С, и далее там. Здесь же показаны схемы текущего положения порш-при впуске — до Т± = 100°С. ня в четырехтактном двигателе.
Управление клапанами в поршневых двигателях осуществляется от специального вала, который называется распределительным. Распределительный вал механически жестко сочленен с коленчатым валом через цепную, шестеренчатую или зубчатую ременную передачу. В двигателях с четырехтактным рабочим циклом передвточное отношение такой передачи равно один к двум. То есть за два оборота коленчатого вала распределительный вал делает один оборот.

Третьим рабочим тактом поршневого двигателя является такт рабочий ход. Он начинается сразу после того, как поршень 6 начнет перемещаться из верхней мертвой точки снова вниз. Такт «рабочий ход» наиболее важный в работе двигателя. Именно в этом такте происходит главное энергетическое преобразование ДВС — превращение тепловой энергии сгоревшего топливовоздушного заряда в механическую работу.

В бензиновых поршневых ДВС этот такт происходит следующим образом. В зоне, близкой к ВМТ, еще в такте сжатия топливовоздушный заряд принудительно воспламеняется от электрической искры в свече 13 зажигания. Топливовоздушный заряд быстро сгорает, и к началу такта рабочий ход давление в образовавшихся газах достигает максимального значения (точка Z). Газы, образовавшиеся в результате сгорания топливовоздушного заряда, с этого момента выполняют роль сильно разогретого рабочего тела, сжатого в объеме камеры сгорания. Как только поршень за ВМТ начинает перемещаться вниз, рабочее тело, интенсивно расширяясь, высвобождает приобретенную тепловую энергию, которая превращается в механическую работу в виде движения поршня вниз под действием расширения газов.

Последний (четвертый) рабочий такт поршневого двигателя называется тактом выпуска, так как в нем осуществляется эвакуация из объема цилиндра отработавших газов.

Важно понимать, что из всех четырех тактов четырехтактного двигателя только такт «рабочий ход» полезно работает на нагрузку ДВС, так как только в нем коленчатый вал 10 получает от поршня 6 через шатун 7 и кривошип 8 разгонное механическое усилие. Во всех остальных рабочих тактах двигатель не вырабатывает, а потребляет часть механической энергии от коленчатого вала.

Описанные четыре рабочих такта во время работы ДВС чередуются друг за другом и образуют полный четырехтактный рабочий цикл двигателя.

Следует иметь в виду, что строгого соответствия между рабочими тактами (ходами поршня) и тактовыми рабочими процессами в четырехтактных (так же, как и в двухтактных) поршневых двигателях нет. Это объясняется тем, что при работе двигателя фазы клапанного газораспределения и фазовые состояния клапанов накладываются на рабочие ходы поршня в разных конструкциях двигателей по-разному.

Работа многоцилиндровых ДВС происходит по цилиндрам последовательно, в каждом из которых рабочие процессы протекают так же, как и в вышеописанном одноцилиндровом двигателе. Все цилиндры в многоцилиндровом ДВС работают на один коленчатый вал, который воспринимает рабочие усилия от разных цилиндров через заданный числом цилиндров угол поворота.

Чередование срабатываний цилиндров в многоцилиндровых двигателях носит наименование — порядок работы.

Порядок работы ДВС задается конструктивно соответствующим исполнением распределительного и коленчатого валов и не может быть изменен в процессе эксплуатации.

Реализуется порядок работы ДВС чередованием искр зажигания, поступающих на свечи цилиндров от системы зажигания. К примеру, порядок работы четырехцилиндровых двигателей может быть либо 1342, либо 1243

Газораспределительные механизмы в современных поршневых двигателях

При различных режимах работы двигателя газообмен в его цилиндрах происходит по-разному. На оборотах холостого хода, когда скорость движения газообразных масс в двигателе низкая, отработавшие газы не успевают эвакуироваться из цилиндров и двигатель, «задыхаясь», может остановиться. Чтобы этого не произошло, горючую смесь обогащают, что приводит к дополнительному расходу топлива и повышенному образованию СО в отработавших газах. Оптимальные условия работы двигателя нарушаются. Однако эффект задымления цилиндров на холостом ходу можно свести к минимуму более ранним открытием выпускного клапана в такте «рабочий ход». Тогда часть энергии расширения рабочего тела будет затрачиваться на принудительную и интенсивную эвакуацию отработавших газов. Мо при высоких оборотах двигателя под большой нагрузкой раннее открытие выпускного клапана приводит к значительной потере развиваемой двигателем мощности. Получается так: фазу начала открытия выпускного клапана желательно иметь разной, а жесткий распредвал этого не обеспечивает.

Другой пример. Когда двигатель работает на очень высоких оборотах, скорость движения топливовоздушной смеси на входе цилиндра и выхлопных газов на его выходе тоже очень высокая. Это придает газовым потокам значительную дополнительную энергию движения за счет инерции. Поэтому одновременное открытие впускного и выпускного клапанов (перекрытие клапанов) в цилиндрах в конце выпуска и в начале впуска является крайне желательным явлением.

Фаза перекрытия клапанов в таком случае должна быть расширена по сравнению с режимами работы двигателя в менее скоростных режимах, так как это способствует дополнительной продувке цилиндра под напором быстрых впускных газов и под сильным разрежением быстро вылетающих отработавших газов. Однако подобное расширение фазы перекрытия клапанов в режиме холостого хода недопустимо, т.к. приводит к нарушению процесса внешнего смесеобразования из-за обратного выхлопа части отработавших газов во впускной коллектор. Из этого примера следует, что и фазу перекрытия клапанов жесткий распредвал формирует неоптимально.

Ясно, что каждому виду фазовой диаграммы соответствует определенная форма кулачков на распредвале. Так, для впускного и выпускного клапанов в идеальном двигателе кулачки симметричные, с идеальным профилем; у двигателя ЗИЛ кулачки гармонические, впускной с разворотом в сторону опережения, выпускной — почти симметричный; двигатель оптимальный по холостому ходу имеет тангенциальные кулачки — выпускной кулачок со значительным разворотом в сторону отставания, а впускной — в сторону опережения; у двигателя, работающего в форсированном режиме с расширенной фазой перекрытия клапанов, впускной кулачок гармонический и должен давать опережение по открытию клапана, а выпускной тангенциальный — отставание по закрытию.

Опережение или отставание фазовых состояний клапана определяется и формируется разворотом кулачка против вращения распредвала (отставание) или по направлению (опережение). Важно также заметить, что в реальных двигателях с жестким распредвалом фазы впуска и выпуска почти никогда не бывают симметричными (их середина сдвинута относительно середины рабочего такта — хода поршня от одной мертвой точки к другой).

• Из рассмотрения диаграмм ясно, что жесткая привязка фаз газораспределения к вращению коленчатого вала, даже при их расширении и (или) смещении относительно рабочих тактов двигателя, не является оптимальным способом формирования процессов газораспределения в реальных ДВС. Получается так: изменился режим работы двигателя, надо бы соответственно изменить и фазы газораспределения. Но газораспределительный механизм с жесткими кинематическими связями не позволяет этого сделать. Приходится искать «золотую середину». Компромиссное среднее положение фаз газораспределения относительно нижней и верхней мертвых точек для каждого конкретного двигателя определяется опытным путем на специальном экспериментальном стенде. Найденные таким способом фазы газораспределения называются установочными. До недавнего времени опытный подбор установочных фаз был единственной возможностью подогнать жесткий распредвал под реальные процессы газообмена в ДВС на различных режимах его работы.

При подборе установочных фаз имеют в виду следующие соображения. Фазы, раскрыв угла которых более 180°, могут быть сдвинуты относительно мертвых точек, а также относительно друг друга. Манипулируя шириной фаз впуска и выпуска и их сдвигом, можно подгонять рабочие параметры двигателя под заданные условия эксплуатации. Такая возможность обусловлена тем, что эффективность газообмена в цилиндрах ДВС определяется степенью их наполнения свежим зарядом и степенью их очистки от отработавших газов. А наполнение и очистка цилиндров непосредственно зависят от продолжительности фаз впуска и выпуска, и от фазы их взаимного наложения друг на друга (фаза перекрытия клапанов).
Можно детально объяснить, почему так происходит, но здесь ограничимся тем, что укажем на три основных момента:
1. В высокоскоростном двигателе наполнение цилиндра свежим зарядом несколько увеличивается (примерно на 10…15%) за счет напора газов со стороны впускного коллектора, если впускной клапан остается открытым на некоторое время после НМТ (50е…80° по углу поворота KB).

2. При раннем открытии выпускного клапана (за 40°…70° до НМТ, в такте «рабочий ход») большая часть отработавших газов (до 60%) эвакуируется из цилиндра достаточно высоким (4…5 атм) давлением газов. (Поршень в такте выпуска вытесняет из цилиндра всего 40…50% отработавших газов.)

3. Одновременное открытие выпускного и впускного клапанов (перекрытие клапанов) в конце такта выпуска (за 20…30° до ВМТ) и в начале такта впуска (20…50° после ВМТ) способствует продувке камеры сгорания, из которой вытесняются остаточные отработавшие газы. Продувка происходит за счет инерционного движения газовых потоков во впускном и выпускном коллекторах.
Используя эти три фактора воздействия на эффективность газообмена, можно создавать двигатели с различными рабочими характеристиками. Для двигателей обычного назначения фазы газораспределения устанавливаются таким образом, чтобы они наиболее оптимально соответствовали применяемому на данном двигателе способу смесеобразования и конструкции газопропускных каналов и тем самым обеспечивали устойчивую работу двигателя при всех возможных режимах его работы.

Однако усредненный подбор фаз газораспределения не является единственным способом улучшения характеристик двигателя внутреннего сгорания с жестким распредвалом. Так, современные двигатели теперь стали оборудовать многоклапанным газораспределительным механизмом, в котором на один цилиндр приходится до четырех и даже до пяти клапанов. Клапаны приводятся в действие от двух распределительных валов группами по два или три клапана.

Такая конструкция газораспределительного механизма дает возможность значительно увеличивать суммарную площадь пропускных щелей клапанов во время одновременного их открытия сравнительно небольшим ходом.

Таким образом, многоклапанная система позволяет реализовать более эффективный газообмен в цилиндрах ДВС при высокой степени сжатия и при высоких оборотах без применения искусственного наддува цилиндров свежей порцией воздуха и без значительного расширения фаз. Это существенно повышает выход мощности ДВС с единицы его конструктивного объема. Как следствие, многоклапанные двигатели меньше по весу и габаритам в сравнении с классическими моделями ДВС.

«Audi-A4» с двадцатью клапанами работает без наддува и развивает мощность в 125 л.с. уже при 5800 об/мин. Он имеет плавный ход за счет «длинной полочки» в характеристике крутящего момента (крутящий момент в 165 Нм развивается на 3500 об/мин и в 173 Нм — на 3950 об/мин). Три впускных и два выпускных клапана своим коротким ходом и малой длительностью открытия позволяют приблизить продолжительность и место нахождения фаз газораспределения к их соответствию с рабочими тактами идеального теоретического двигателя. Перекрытие клапанов в такой конструкции минимальное. Это значительно улучшает такие показатели работы ДВС, как бесшумность и плавность хода, динамичность и расход топлива. Вращение коленчатого вала вначале передается зубчатым ремнем на выпускной распределительный вал (в передней части двигателя), а с него — на впускной распределительный вал цепной передачей (сзади двигателя).

В настоящее время многоклапанные системы находят широкое применение на ДВС для современных легковых автомобилей.

Еще одно новшество в современном механизме газораспределения — это гидравлические толкатели. Существуют две разновидности гидравлических толкателей: с подачей масла под давлением от системы смазки и с герметичной масляной подушкой, находящейся под давлением пружины или сжатого газа. Такие толкатели передают усилие от распределительных валов непосредственно на клапаны без промежуточных коромысел, что исключает необходимость регулировки клапанов в процессе эксплуатации ДВС.
Но самым перспективным направлением в повышении эффективности работы газораспределительного механизма является гибкое программное управление работой клапанов, что может быть реализовано несколькими способами: поворотом составного распредвала относительно коленчатого вала на соответствующий угол, создавая тем самым опережение или отставание распредвала с одновременным расширением вершин кулачков; изменением профиля кулачка по заданному закону управления: или, например, сделать кулачок вращающимся на распредвалу с жесткой его фиксацией в нужный момент от электронной автоматики.
Наиболее активно и плодотворно в направлении внедрения электроники в управление механизмом газораспределения работали японские автомобилестроители. Так, в 1992 году две японские фирмы «Honda» и «Mitsubishi» объявили о своих намерениях выпустить двигатель с автотронной системой управления клапанами. С 1993 года фирма «Honda» действительно освоила серий ный выпуск таких двигателей, на которых получила широкую и выпуклую характеристику для крутящего момента и значительную удельную мощность — 75 кВт/л. Не менее интересны достижения фирмы «Mitsubishi». Эта фирма оснастила автотронной системой «Mivec» двигатель автомобиля «Lanser». Этот двигатель объемом 1600 см3 до модернизации развивал мощность 83 кВт при 6000 об/мин и максимальный крутящий момент 137 Нм. После замены обычной головки блока цилиндров на головку с автотронным управлением клапанами двигатель стал мощнее на 40 кВт, а максимальный крутящий момент достиг значения в 167 Нм.

С этим же двигателем более легкий автомобиль «Mit-Colt» показал расход топлива 3,75 л/100 км при постоянной скорости движения 60 км/ч. Такие показатели получены за счет применения в автотронной системе управления клапанами, в системе впрыска топлива и в системе цифрового зажигания единой гибко интегрированной программы управления, заложенной в память центрального бортового компьютера, тем самым достигнута высокая точность срабатывания всех систем.

В этом механизме два верхних распредвала впускной и выпускной. На каждую пару одноименных клапанов работают не два одинаковых, а два разнопрофильных кулачка: один пологий, другой острый. Толкающие действия клапанам могут сообщаться или от острого, или от пологого кулачка попеременно или от обоих кулачков сразу. Режимы работы кулачков, зависящие от режима работы двигателя, заложены в программу бортового компьютера и реализуются с помощью электрогидраалического или электромагнитного управления системой передаточных коромысел. Такой работой механизма реализуется автоматическое управление фазами и высотой хода клапанов.

Функциональная модель узла с электронным упраалением механизмом газораспределения работает следующим образом. Если по программе требуется, чтобы клапан открывался и закрывался по синусоидальному закону, в работу включается гармонический (пологий) кулачок. Для этого сигнал управления от ЭБУ подается на соленоид 2, который выталкивает шток 3, а тот в свою очередь надавливает на фиксатор 4. Происходит жесткая фиксация толкателя 6 на промежуточном валу 5, который одновременно является поворотной осью для Т-образного коромысла 8. Пологий кулачок 13 набегает на левый ролик 9, и спаренные клапаны 7 открываются наклоном Т-образного коромысла. Так как в это время правый толкатель 6 не зафиксирован на оси 5, то он никакого действия на коромысло 8 не оказывает. Аналогично работает и острый кулачок 11 или оба кулачка сразу.

В последнем случае может быть получена сколько угодно сложная форма управления клапанами. Достоинством системы является возможность выключения клапанов. Недостатки — конструктивная сложность и низкая надежность механизма фиксации толкателя 6 на оси 5. Сравнительно быстрый износ фиксаторов приводит не только к нарушению программы работы двигателя, но и к полной его остановке. Возможны и другие варианты исполнения фиксаторов, например с электромагнитным гидрофиксатором.

Однако идеальный по газораспределению двигатель внутреннего сгорания пока еще не создан, хотя изобретен профессором МАДИ В.М. Архангельским еще в пятидесятых годах XX века. По идее Архангельского идеальный двигатель должен управляться не механическими клапанами с приводом от распределительного вала, а электромагнитными клапанами с электрическим управлением процессами их открывания и закрывания. Ясно, что если клапаны будут включаться и выключаться по электрическим сигналам, то можно будет создать программу идеального газораспределения и управления клапанами так, как это делается в современных системах зажигания при формировании момента новообразования.

Главной проблемой реализации идеи электромагнитного управления газораспределительными клапанами является пока непреодолимая сложность создания малогабаритных, мощных и быстродействующих электрических клапанов с тихой работой. Когда это станет возможным, процессы газораспределения в поршневом ДВС будут осуществляться не газораспределительным механизмом с распредвалом, а электромагнитными клапанами с управлением от электронной автоматики или от центрального бортового компьютера.

Четырехтактный двигатель одноцилиндровый — принцип работы и устройство

В настоящее время, двигатели внутреннего сгорания применяются в большом количестве различных технических средств, причем, данными средствами являются не только автомобили. Такой род двигателей, как и двухтактный ДВС, применяется и в мототехнике и в специализированных устройствах, предназначенных для строительства, например, бензопила. Данные агрегаты представлены 4 тактными ДВС, имеющие по одному цилиндру, а не как в современном автомобиле – по четыре. В этой статье вы узнаете, как устроен одноцилиндровый четырехтактный двигатель, его принцип работы и ремонт.

Принцип работы одноцилиндрового четырехтактного двигателя

Устройство одноцилиндрового ДВС: 1 – головка цилиндра; 2 – цилиндр; 3 – поршень; 4 – поршневые кольца; 5 – поршневой палец; 6 – шатун; 7 – коленчатый вал; 8 – маховик; 9 – кривошип; 10 – распределительный вал; 11 – кулачок распределительного вала; 12 – рычаг; 13 – впускной клапан; 14 – свеча зажигания

 

Данные двигатели получили широкое распространение даже в автомобилях. Несмотря на малое количество цилиндров, они имеют довольное малое отношение площади рабочей части цилиндра ко всему рабочему объему двигателя. Это преимущество говорит о том, что такой мотор имеет минимальные потери самое главной — тепловой энергии, а значит, обладает высоким коэффициентом полезного действия.

Устройство такого двигателя практически не представляет собой ничего сложного, в отличии от современных атмосферных и турбированных моторов. Он представлен всего одним цилиндром, во внутренней части которого перемещается такой же поршень, как и во многоцилиндровых автомобильных двигателях. В верхней части камеры сгорания располагаются два клапана, которые отвечают за подачу топливной смеси, а второй за выпуск отработавших газов.

Работа данного двигателя заключается в следующем. Всего такой мотор имеет четыре такта:

• Впуск. Поршень внутри цилиндра располагается в самой верхней мертвой точке и движется вниз в строгом соответствии с поворотом коленчатого вала на 180 градусов. Пока поршень движется вниз, открывается, клапан, отвечающий за подачу топливной смеси, и в камеру сгорания подается топливо, смешанное с воздухом. После достижения поршнем самой нижней мертвой точки начинается следующий такт.
• Сжатие. Во время этого такта задача поршня – вернуться в верхнюю мертвую точку. Коленчатый вал вращается дальше, еще на 180 градусов, при этом: впускной клапан полностью закрывается, а поршень движется наверх, сжимая уже готовую смесь.
• Рабочий ход. Как только поршень достигнет самой верхней мертвой точки, в камере сгорания смесь будет сжата до критической отметки. В этот самый момент на электродах свечи зажигания при помощи ряда устройств возникает искра, которая воспламеняет топливовоздушную смесь. С этого момент начинается такт расширения, или как его называют по-другому – рабочего хода. Поршень, под действием энергии, возникшей от воспламенения смеси, движется снова вниз, заставляя вращаться коленчатый вал. Клапана находятся в закрытом состоянии.
• Такт выпуска. После достижения нижней мертвой точки, поршень снова движется вверх под действием силы инерции, передаваемой от коленчатого вала. В этот момент открывается выпускной клапан и под давлением через него во впускной коллектор выходят отработавшие газы. Такт завершается после закрытия выпускного клапана и после того, как поршень окажется в верхней точке. Далее цикл тактов повторяется.

Основным тактом любого двигателя является рабочий ход. Именно в этот момент происходит самое главное – преобразование энергии тепла в механическую энергию.

Частые неисправности 4-х тактных ДВС

Чтобы изучать особенности ремонта двигателей такого типа, необходимо кое-что знать о его основных проблемах. А он имеет всего одну проблему – это высокая температура. Так как потери тепла стали минимальными, трущиеся детали стали уязвимее к механическим нагрузкам, а значит, нуждаются в качественном охлаждении. Дело в том, что основная жидкость, которая на максимальном уровне контактирует с этими деталями – масло, не может обеспечить должного отвода тепла. Поэтому для такого мотора разрабатываются две системы охлаждения: воздушная и жидкостная со специальной системой термостатов.

 

Ремонт такого двигателя можно выполнить своими силами. Для этого нужен минимум знаний и стандартный набор инструментов. Если в процессе эксплуатации наблюдаются различные стуки, которые доносятся из головки блока цилиндров, то клапанный механизм нуждается в регулировке. Все регулировки производятся при снятом двигателе и демонтированной клапанной крышке. Кроме того, необходимо снять специальную крышку на генераторе, под которой расположена гайка. Вращая эту гайку, мы вращаем коленчатый вал, для установки поршня в верхнюю мертвую точку. Чтобы определить этот момент, необходимо довести до совмещения специальные метки на роторе. После этого, под кулачки распределительного вала устанавливают измерительные щупы и замеряют тепловые зазоры клапанов. Выполнять данную процедуру нужно, естественно, на холодном двигателе, иначе результат регулировки будет не правильным.

После этого, мотор необходимо собрать и проверить. Его устанавливают на агрегат и запускают. Если он работает ровно без шумов, то регулировка клапанов прошла успешно.

Вот и все. Вот так легко можно произвести ремонт одноцилиндрового четырехтактного двигателя своими руками без помощи мастеров автосервиса. Это поможет вам хорошо сэкономить на их услугах и даст вам бесценный опыт.

Разница между 2-тактным и 4-тактным двигателями

Несмотря на многочисленные изменения и инновации в конструкции автомобилей и двигателей, одна вещь оставалась неизменной — конструкция двухтактных и четырехтактных двигателей. Хотя вы, возможно, слышали об этих типах двигателей раньше, вы можете спросить себя, в чем разница между ними. Вот что вам нужно знать об эффективности и обслуживании каждого типа двигателя.

В чем разница между двухтактным и четырехтактным двигателем?

Основное различие между 4-тактным двигателем и 2-тактным двигателем заключается в том, что 4-тактный двигатель проходит четыре этапа или два полных оборота, чтобы завершить один рабочий такт, а 2-тактный двигатель проходит 2 этапа. , или один полный оборот, чтобы выполнить один рабочий такт. Это означает, что двухтактный двигатель потенциально может производить в два раза больше мощности, чем четырехтактный двигатель, а также весить меньше.

Четырехтактный двигатель

Четырехтактные двигатели экономичны и экологичны. Они работают в четыре этапа:

1. Впуск: Впускной клапан открыт, топливо всасывается движением вниз.
2. Сжатие:  Когда поршень движется вверх, топливо сжимается.
3. Мощность:  После сжатия топливо воспламеняется для обеспечения мощности двигателя.
4. Выхлоп: Выпускной клапан открывается, и выхлопные газы выходят из цилиндра.

Двухтактный двигатель

Двухтактный двигатель сочетает в себе этапы сжатия и воспламенения при ходе вверх и этапы мощности и выпуска при ходе вниз. Этот процесс требует меньшего количества движущихся частей для упрощения обслуживания, но обеспечивает меньший крутящий момент.

Двухэтапный процесс включает:

1. Ход вверх (зажигание/сжатие):  Поршень поднимается, воздух и топливо поступают в картер. Топливно-воздушная смесь сжимается и воспламеняется.
2. Ход вниз (мощность/выхлоп):  После воспламенения топлива поршень толкается вниз, и выхлоп выбрасывается.

Оба типа двигателей имеют свои плюсы и минусы, и тот, который подойдет вам лучше всего, зависит от потребностей вашего приложения. В то время как 4-тактные двигатели работают хорошо и обычно служат дольше, чем 2-тактные двигатели, 2-тактные двигатели легче и быстрее, чем 4-тактные двигатели.

Сравнение двухтактных и четырехтактных двигателей

При сравнении двухтактных и четырехтактных двигателей основное различие заключается в том, как они работают. Оба двигателя используют цикл сгорания для производства энергии.

Основное различие между 2-тактным и 4-тактным двигателями заключается в том, что 4-тактный двигатель проходит четыре стадии или два полных оборота, чтобы завершить один рабочий такт. Двухтактный двигатель проходит 2 этапа или один полный оборот, чтобы завершить один рабочий такт.

Во время цикла сгорания в двигателе поршень перемещается вверх и вниз внутри цилиндра, в котором движется поршень. Ход — это когда поршень перемещается из верхней части цилиндра в нижнюю. Во время цикла сгорания, когда поршень движется вниз по цилиндру, он захватывает воздух и газ. Когда поршень движется обратно вверх, выпускной клапан открывается, чтобы вытеснить выхлоп.

Двухтактные двигатели объединяют больше функций в одно движение поршня; при движении поршня вверх (сжатие смеси воздух/топливо/масло) в камере сгорания под поршень в герметично закрытый картер всасывается свежая смесь воздух/топливо/масло.

Четырехтактный двигатель — очень распространенная разновидность двигателя внутреннего сгорания. Во время работы двигателя поршни проходят 4 этапа для достижения каждого рабочего цикла. Определение события — это движение поршня вверх или вниз. По завершении 4 событий цикл завершается и готов к повторному запуску.

Хотя цикл сгорания в обоих двигателях относительно одинаков, они различаются количеством ходов, которые должен совершить поршень, чтобы завершить процесс. Двухтактный двигатель выполняет пять функций цикла сгорания (впуск, сжатие, воспламенение, сгорание и выпуск) за два хода поршня. С другой стороны, четырехтактный двигатель завершает цикл сгорания после четырех ходов поршня. Другой способ представить этот процесс как один оборот коленчатого вала для двухтактного двигателя и два оборота коленчатого вала для четырехтактной версии.

Плюсы двухтактного двигателя

Использование двухтактного двигателя дает множество преимуществ. Вот некоторые преимущества:

1. Двухтактный двигатель весит меньше, чем четырехтактный, и занимает меньше места.
2. Движение двигателя равномерным, так как на каждый оборот коленчатого вала требуется один рабочий такт.
3. Конструкция этого двигателя проста из-за отсутствия клапанного механизма.
4. Во время работы этот двигатель создает меньшее трение деталей и имеет повышенный механический КПД.
5. Этот двигатель отличается значительным увеличением мощности и высоким удельным весом.
6. Двигатель может работать при низких и высоких температурах наружного воздуха.
7. Двигатель имеет впускной и выпускной каналы.

Недостатки двухтактного двигателя

Использование двухтактного двигателя имеет некоторые недостатки, такие как:

1. Двухтактные двигатели потребляют больше топлива, и только небольшое количество свежих зарядов смешивается с газами от выхлопных газов.
2. Во время работы может возникать сильная вибрация или шум.
3. Этот двигатель имеет более короткий срок службы, поскольку он подвергается повышенному износу.
4. Двухтактный двигатель имеет узкий диапазон мощности или диапазон скоростей, при которых двигатель наиболее эффективен.
5. Этот тип двигателя может работать нестабильно на холостом ходу.
6. У вас могут возникнуть проблемы с очисткой с помощью этого движка.
7. Двухтактный двигатель не сгорает так чисто, что приводит к более высокому уровню загрязнения воздуха, чем четырехтактный двигатель.

Применение двухтактного двигателя

Двухтактный двигатель можно использовать в различных целях. В силовом оборудовании для наружного применения, таком как бензопилы, воздуходувки, триммеры и кусторезы, используется двухтактный двигатель. Вы также можете использовать двухтактный двигатель в транспортных средствах и устройствах, таких как подвесные моторы, мотоциклы или велосипеды для бездорожья.

Плюсы четырехтактного двигателя

Использование четырехтактного двигателя дает ряд преимуществ. Вот некоторые из этих преимуществ:

1. Четырехтактные двигатели обеспечивают более высокий крутящий момент при более низких оборотах во время работы.
2. Четырехтактный двигатель потребляет топливо только один раз за четыре такта, что делает его более экономичным вариантом двигателя.
3. Четырехтактные двигатели выделяют меньше вредных веществ, поскольку они не требуют добавления масла или смазки в топливо.
4. Эти двигатели долговечны и могут выдерживать более высокие степени износа.
5. Для четырехтактного двигателя дополнительное масло не потребуется.
6. Четырехтактный двигатель производит меньше шума и вибрации при работе.

Минусы четырехтактного двигателя

Четырехтактные двигатели также имеют некоторые недостатки, такие как:

1. Дополнительные компоненты в четырехтактной конструкции делают эти двигатели более тяжелыми по сравнению с двухтактной версией.
2. Четырехтактный двигатель содержит больше деталей и клапанов, что делает ремонт и обслуживание более дорогим.
3. Поскольку он получает мощность только один раз за каждые четыре оборота поршня, эта конструкция менее мощная, чем сопоставимый двухтактный двигатель.
4. Данная конструкция двигателя имеет шестеренчатый и цепной механизм, что может вызвать сложности при техническом обслуживании.
5. Четырехтактный двигатель требует регулярного обслуживания, что приводит к увеличению затрат на продукцию и услуги.

Применение 4-тактного двигателя

Четырехтактные двигатели — отличный выбор для различных применений, например, для наружного энергетического оборудования и транспортных средств. Одним из наиболее распространенных примеров техники с четырехтактным двигателем является газонокосилка. Вы также можете найти эти двигатели от двигателя RC объемом 7 куб. см до дизельного двигателя Cat C18 мощностью примерно 800 л.с.

Какой двигатель лучше?

Однозначного ответа на вопрос, что лучше двухтактный двигатель или четырехтактный, не существует — ваш выбор полностью зависит от ваших личных предпочтений и областей применения.

Перед тем, как выбрать двигатель, также важно понять потребности каждого типа в смазке. Для двухтактного двигателя требуется смесь масла и топлива, которая воспламеняется при работе двигателя и постоянно потребляет масло. В четырехтактном двигателе масло возвращается в картер после смазывания различных частей двигателя.

Задача системы смазки — распределять масло по движущимся частям, чтобы уменьшить трение между поверхностями, которые трутся друг о друга. Трение повреждает не только движущиеся части, но и эффективность двигателя. Снижение эффективности означает мощность и крутящий момент, сокращение срока службы двигателя, увеличение затрат на техническое обслуживание и увеличение выбросов.

В конечном счете, понимание разницы между двухтактными и четырехтактными двигателями и их потребностей поможет вам сделать правильный выбор и активно проводить техническое обслуживание на протяжении всего срока службы вашего двигателя.

Выберите запасные части и оборудование от Prime Source для ваших потребностей в малом двигателе

Учитывая различия между 2-тактными и 4-тактными дизельными двигателями, необходимо учитывать многое.

В компании Prime Source Parts and Equipment мы предлагаем решения по поддержке продуктов для владельцев двухтактных и четырехтактных двигателей. У нас есть обширная сеть поставщиков, чтобы помочь нашим клиентам найти нужные детали для всех их потребностей.

Наш опытный штат технических специалистов, сертифицированных OEM и прошедших обучение на заводе, может помочь вам найти лучший продукт для любого проекта, независимо от того, ищете ли вы запчасти или услуги для двухтактных или четырехтактных двигателей. Для получения дополнительной информации или если у вас есть какие-либо вопросы, свяжитесь с нами, позвонив по телефону 704.610.5081 или заполнив нашу контактную форму сегодня!

Отличия двухтактных и четырехтактных двигателей? – Блог AMSOIL

• Как

Поделиться:

У двухтактных и четырехтактных двигателей есть свои плюсы и минусы.

Купить артикул

AMSOIL DOMINATOR® Synthetic 2-Stroke Racing Oil

SABRE® Professional 2-Stroke Oil

AMSOIL INTERCEPTOR® Synthetic 2-Stroke Oil

Разница между двухтактными и четырехтактными двигателями.

Двигатели внутреннего сгорания преобразуют химическую энергию в механическую энергию, используемую для приведения в действие транспортного средства или другого оборудования, посредством процесса сгорания, требующего воздуха, топлива и источника воспламенения.

Термины «двухтактный» и «двухтактный» часто взаимозаменяемы, как и «четырехтактный» и «четырехтактный». Каждое движение поршня вверх или вниз в двигателе называется тактом. Принципиальное различие между двухтактными и четырехтактными двигателями заключается в том, как они подают воздух и топливо для сгорания для создания мощности, а затем удаляют выхлопные газы после каждого цикла сгорания.

Конструкция камеры четырехтактного двигателя

В четырехтактном двигателе впускные и выпускные отверстия расположены в верхней части камеры сгорания. Впускные и выпускные клапаны контролируют открытие и закрытие портов для управления входящими и выходящими газами. Впускное отверстие регулирует поступающий воздух, обеспечивая воздух, который вступает в реакцию с топливом при воспламенении. Выпускное отверстие выбрасывает образующиеся газы, включая водяной пар (h3O), двуокись углерода (CO2) и азот (N2), из камеры сгорания.

Цикл сгорания четырехтактного двигателя

В четырехтактном двигателе требуется два полных оборота коленчатого вала, то есть четыре поршневых цикла, для выполнения тактов впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска. Во время первого оборота топливовоздушная смесь всасывается в камеру сгорания через впускное отверстие и сжимается. Во время второго оборота топливно-воздушная смесь воспламеняется для создания мощности, и все образовавшиеся газы выпускаются.

 

Четырехтактные двигатели более долговечны, экономичны и имеют более низкий уровень выбросов.

Процесс сгорания в четырехтактном двигателе.

1. Такт впуска

Когда поршень движется вниз по цилиндру, он создает вакуум в пространстве над ним и всасывает воздух в цилиндр через открытый впускной клапан.

2. Такт сжатия

Впускной и выпускной клапаны закрываются, когда поршень движется вверх и сжимает топливно-воздушную смесь для подготовки к сгоранию.

3. Рабочий ход

Во время рабочего такта впускной и выпускной клапаны закрыты, так как свеча зажигания воспламеняет смесь воздуха и топлива. Взрыв толкает поршень вниз, вращая коленчатый вал.

4. Такт выпуска

По мере того, как поршень движется вверх, он вытесняет все газы, оставшиеся после цикла сгорания, через открытый выпускной клапан, подготавливая цилиндр к новой заправке воздухом и топливом.

Двухтактный камерный дизайн

В двухтактном двигателе отверстия по обеим сторонам поршня используются для регулирования газов, поступающих в цилиндр и выходящих из него. Движущийся поршень закрывает и открывает порты вместо того, чтобы использовать клапаны для открытия и закрытия портов, как в четырехтактном двигателе.

Цикл сгорания в двухтактном двигателе

В двухтактном двигателе требуется только один оборот коленчатого вала, то есть два цикла поршня, для завершения полного цикла сгорания. Двигатель срабатывает каждый раз, когда вращается коленчатый вал, что удваивает количество взрывов по сравнению с четырехтактным двигателем, который вырабатывает большую мощность при сравнении цилиндров одинакового размера.

 

Двухтактные двигатели

дешевле и легче, обеспечивая более высокое отношение мощности к весу.

Двухтактный двигатель создает мощность с каждым оборотом коленчатого вала.

1. Такт впуска-воспламенения

Впускное отверстие открывается при движении поршня вверх, что создает вакуум в пространстве под поршнем, который заставляет воздух устремляться в картер. Когда воздух проходит через карбюратор, он забирает порцию топлива и масла.

По мере движения поршня топливовоздушная смесь, уже находящаяся в цилиндре, сжимается. Когда поршень достигает верхней мертвой точки (ВМТ), свеча зажигания воспламеняется, вызывая взрыв воздушно-топливной смеси.

2. Такт сжатия-выпуска

Поршень прижимается взрывом топливовоздушной смеси. Топливно-масляная смесь в картере находится под давлением, когда поршень движется вниз, и проталкивается через перепускное отверстие в цилиндр. Поступающий заряд выталкивает оставшиеся газы в цилиндре через выпускное отверстие.

Применение двухтактных двигателей в сравнении с четырехтактными

Преимущества двухтактных двигателей заключаются в том, что они дешевле в изготовлении, имеют меньший вес и более высокое отношение мощности к весу, чем четырехтактные двигатели.

По этим причинам двухтактные двигатели идеально подходят для ручных устройств, таких как бензопилы, триммеры для струн и ранцевые воздуходувки. Двухтактные мотоциклы для бездорожья также возвращаются благодаря более удобному диапазону мощности и новым конструкциям двигателей, снижающим выбросы. Двухтактные двигатели также легче запускаются при низких температурах, что делает их идеальными для использования на снегоходах.

Однако четырехтактные двигатели развивают больший крутящий момент при более низких оборотах, как правило, имеют большую долговечность, чем высокооборотные двухтактные двигатели, а также обеспечивают повышенную топливную экономичность и более низкий уровень выбросов. По этим причинам четырехтактные двигатели идеально подходят для таких применений, как мотоциклы, квадроциклы, морские моторы и гидроциклы.

AMSOIL

РУКОВОДСТВО ПО ПОИСКУ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

• Найдите товары для своего автомобиля: автомобили и легкие грузовики, мотоциклы, квадроциклы, снегоходы, морские суда, гидроциклы, большегрузные автомобили и многое другое.
• Руководство по поиску старинных автомобилей.
• Поиск фильтров и руководство по перекрестным ссылкам.

Ознакомьтесь с направляющими

Смазка для четырехтактных двигателей

Четырехтактные двигатели смазываются маслом, находящимся в масляном поддоне. Масло распределяется по двигателю за счет смазки разбрызгиванием или насосной системы смазки под давлением; эти системы могут использоваться по отдельности или вместе.

Смазка разбрызгиванием достигается путем частичного погружения коленчатого вала в масляный картер. Импульс вращающегося коленчатого вала разбрызгивает масло на другие компоненты двигателя, такие как кулачки распределительного вала, поршневые штифты и стенки цилиндров.

Смазка под давлением использует масляный насос для создания смазочной пленки под давлением между движущимися частями, такими как коренные подшипники, шатунные подшипники и кулачковые подшипники. Он также перекачивает масло в направляющие клапанов двигателя и коромысла.

Смазка для двухтактных двигателей

Двухтактные двигатели собирают некоторое количество масла под коленчатым валом; однако в двухтактных двигателях используется система смазки с полными потерями, в которой масло и топливо сочетаются для обеспечения как энергии, так и смазки двигателя. Масло и топливо смешиваются во впускном тракте цилиндра и смазывают важные компоненты, такие как коленчатый вал, шатуны и стенки цилиндров.

Двухтактные двигатели с впрыском масла впрыскивают масло непосредственно в двигатель, где оно смешивается с топливом, в то время как для двухтактных двигателей с предварительным смешиванием требуется топливно-масляная смесь, которая смешивается перед установкой в ​​топливный бак. Как правило, двухтактные двигатели изнашиваются быстрее, чем четырехтактные, потому что у них нет специального источника смазки; однако качественное двухтактное масло значительно снижает износ двигателя.

Это ключевые отличия при рассмотрении конструкции четырехтактного и двухтактного двигателя и потребности в смазке. Независимо от конструкции используемого двигателя выбирайте высококачественное масло, которое поможет предотвратить износ и максимизирует производительность.

Купить артикул

AMSOIL DOMINATOR® Synthetic 2-Stroke Racing Oil

SABRE® Professional 2-Stroke Oil

AMSOIL INTERCEPTOR® Synthetic 2-Stroke Oil

Больше похоже на это

Двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания

Морской

Энергетический

В двигателе внутреннего сгорания энергия, получаемая от сжигания топлива, непосредственно преобразуется в механическую энергию путем контролируемого сжигания топлива в замкнутом пространстве. Взрывоопасная топливно-воздушная смесь может воспламениться либо от электрической искры, либо от возникающей при этом температуры сжатия. В поршневых двигателях взрыв вызывает вращение некоторых частей двигателя за счет движения поршня в цилиндре. Движение передается на коленчатый вал посредством шатуна.

Поршневые двигатели внутреннего сгорания можно классифицировать по числу ходов поршня за один полный рабочий цикл. Таким образом, можно говорить о двухтактных двигателях и четырехтактных двигателях.

Полный цикл событий первой группы, то есть всасывание, сжатие, взрыв и выпуск, совершается за один оборот коленчатого вала или за два хода поршня, так как сжатие и расширение заряда происходят во время один такт, а поступление свежего заряда происходит во время другого такта одновременно с выходом отработавших газов. В четырехтактных двигателях полный рабочий цикл совершается за два оборота коленчатого вала или за четыре хода поршня.

Существует еще одна классификация в зависимости от процесса сгорания: взрывные двигатели или двигатели внутреннего сгорания постоянного объема и двигатели внутреннего сгорания постоянного давления или дизельные двигатели.

— Двигатель с искровым зажиганием – Двигатель внутреннего сгорания, обычно работающий на бензине или природном газе, в котором процесс сгорания инициируется свечой зажигания.

Ознакомьтесь с нашей продукцией для силовых установок здесь.

Скачать морские термины

---

Связанный контент

#}# #если (тмбурл) {#

#}# #if (вебинар) {# #если (!wCompl) {#

${длинная дата}

#если (оставшееся время) {#

Забронируйте место сейчас

#}# #}# #}#

#если (подкаст){# #}#

#if (contentType === ‘Telerik. Sitefinity.DynamicTypes.Model.UniversalArticles.UniversalArticle’ || contentType === ‘Telerik.Sitefinity.DynamicTypes.Model.Podcasts.Podcast’) {# #: длинная дата # #}# #if (isWebinar && wCompl) {# #: длинная дата # #}# #: этикетка #

#if (contentType === ‘Telerik.Sitefinity.DynamicTypes.Model.UniversalArticles.UniversalArticle’) {#

#: readTime # МИН ЧТЕНИЕ

#}# #if (contentType === ‘Telerik.Sitefinity.DynamicTypes.Model.Podcasts.Podcast’) {#

#: durationOfThePodcast # МИН ПРОСЛУШИВАНИЕ

#}# #if (contentType === ‘Telerik. Sitefinity.DynamicTypes.Model.Whitepapers.Whitepaper’) {#

#: pageAmount # #if(число_страниц > 1){# СТРАНИЦ #}еще{# СТРАНИЦА #}#

#}#

#: название #

#: резюме #

#if (!isWistia){# #}#

#for (var i=0,len=classificationNames.length; i${classificationTitles[i] } # } #

Четырехтактный двигатель | Автопедия | Fandom

Четырехтактный цикл, используемый в бензиновых двигателях. Правая синяя сторона — впуск, левая желтая сторона — выхлоп. Стенка цилиндра представляет собой тонкую гильзу, окруженную охлаждающей водой.

Сегодня в двигателях внутреннего сгорания автомобилей, грузовиков, мотоциклов, самолетов, строительной техники и многих других чаще всего используется четырехтактный цикл . Четыре такта относятся к тактам впуска, сжатия, сгорания (мощности) и выпуска, которые происходят во время двух оборотов коленчатого вала за рабочий цикл бензинового двигателя и дизельного двигателя. Менее техническое описание четырехтактного цикла: «Соси, сжимай, хлопай, дуй».

Цикл начинается в верхней мертвой точке (ВМТ), когда поршень максимально удален от оси коленчатого вала. Под ходом понимается полный ход поршня от верхней мертвой точки (ВМТ) до нижней мертвой точки (НМТ).

Ход 1 из 4 «Всасывание»: На впуске или впуске хода поршня, поршень опускается из верхней части цилиндра в нижнюю часть цилиндра, снижая давление внутри цилиндра. Смесь топлива и воздуха нагнетается атмосферным (или более высоким) давлением в цилиндр через впускное отверстие. Затем впускной клапан (клапаны) закрывается.

Такт 2 из 4 «Сжатие»: При закрытых впускном и выпускном клапанах поршень возвращается в верхнюю часть цилиндра, сжимая топливно-воздушную смесь. Это известно как ход сжатия .

Такт 3 из 4 «Взрыв»: Когда поршень находится в верхней мертвой точке или близко к ней, воспламеняется топливно-воздушная смесь, обычно от свечи зажигания (для бензинового двигателя или двигателя с циклом Отто) или от теплота и давление сжатия (для дизельного двигателя или двигателя с воспламенением от сжатия). Результирующее огромное давление от сгорания сжатой топливно-воздушной смеси толкает поршень обратно к нижней мертвой точке с огромной силой. Это известно как мощность ход поршня, который является основным источником крутящего момента и мощности двигателя.

Такт 4 из 4 «Удар»: Во время такта выпуска поршень снова возвращается в верхнюю мертвую точку, когда выпускной клапан открыт. Это действие удаляет продукты сгорания из цилиндра, проталкивая отработанную топливно-воздушную смесь через выпускной клапан (клапаны).

Расширение и отвод тепла при постоянном объеме.

Основная статья: Октановое число

Мощность двигателя внутреннего сгорания в основном возникает за счет расширения газов в рабочем такте. Сжатие топлива и воздуха в очень маленьком пространстве увеличивает эффективность рабочего такта, но увеличение степени сжатия в цилиндре также увеличивает нагрев топлива при сжатии смеси (в соответствии с законом Шарля).

Легковоспламеняющееся топливо с низкой температурой самовоспламенения может воспламениться до того, как цилиндр достигнет верхней мертвой точки (ВМТ), потенциально заставляя поршень двигаться назад против вращения. С другой стороны, топливо, которое самовоспламеняется в ВМТ, но до того, как цилиндр начал опускаться вниз, может повредить поршень и цилиндр из-за чрезмерной тепловой энергии, сконцентрированной в очень маленьком пространстве без рельефа. Это повреждение часто называют детонацией двигателя и может привести к необратимому повреждению двигателя, если оно происходит часто.

Октановое число является мерой устойчивости топлива к самовоспламенению за счет повышения температуры, при которой оно самовоспламеняется. Топливо с более высоким октановым числом обеспечивает гораздо более высокую степень сжатия без риска повреждения из-за самовоспламенения.

Для работы дизельных двигателей требуется самовоспламенение. Они решают проблему повреждения двигателя за счет раздельного впрыска топлива под высоким давлением в цилиндр незадолго до достижения поршнем ВМТ. Воздух без топлива может быть сжат до очень высокой степени, не опасаясь самовоспламенения, а топливо под высоким давлением в системе впрыска топлива не может воспламениться без присутствия воздуха.

Содержимое

• 1 Ограничение выходной мощности
  • 1.1 Поток впускного/выпускного отверстия
  • 1.2 Наддув
  • 1. 3 Турбокомпрессор
• 2 Отношение штока и поршня к ходу
• 3 Отношение штока и поршня к ходу
• 4 Энергетический баланс
• 5 См. также
• 6 Каталожные номера
• 7 Внешние ссылки

Ограничение выходной мощности

Четырехтактный цикл
1=ВМТ
2=НМТ
c: впуск
a: компрессия
d: мощность
D: выпуск

Максимальная мощность, генерируемая двигателем, определяется максимальным количеством всасываемого воздуха. Количество энергии, вырабатываемой поршневым двигателем, связано с его размером (объемом цилиндра), будь то двухтактная или четырехтактная конструкция, объемным КПД, потерями, соотношением воздух-топливо, теплотворной способностью топлива. , содержание кислорода в воздухе и скорость (об/мин). Скорость в конечном итоге ограничивается прочностью материала и смазкой. Клапаны, поршни и шатуны испытывают большие силы ускорения. На высоких оборотах двигателя может произойти физическая поломка и вибрация поршневых колец, что приведет к потере мощности или даже разрушению двигателя. Флаттер поршневых колец возникает, когда кольца колеблются вертикально внутри поршневых канавок, в которых они находятся. Флаттер колец нарушает герметичность между кольцом и стенкой цилиндра, что приводит к потере давления и мощности в цилиндре. Если двигатель вращается слишком быстро, пружины клапанов не могут сработать достаточно быстро, чтобы закрыть клапаны. Это обычно называют «поплавком клапана», и это может привести к контакту поршня с клапаном, что серьезно повредит двигатель. При высоких скоростях смазка поверхности контакта поршень-цилиндр имеет тенденцию к нарушению. Это ограничивает скорость поршня промышленных двигателей примерно до 10 м/с.

Поток впускных/выпускных отверстий

Выходная мощность двигателя зависит от способности впускных (топливно-воздушной смеси) и выхлопных газов быстро проходить через отверстия клапанов, обычно расположенные в головке цилиндров. Для увеличения выходной мощности двигателя можно устранить неровности во впускных и выпускных трактах, такие как дефекты литья, а также с помощью стенда воздушного потока можно изменить радиусы поворотов портов клапанов и конфигурацию седла клапана, чтобы уменьшить сопротивление. Этот процесс называется портированием, и его можно выполнить вручную или на станке с ЧПУ.

Наддув

Одним из способов увеличения мощности двигателя является нагнетание большего количества воздуха в цилиндр, чтобы можно было производить больше мощности при каждом рабочем такте. Первоначально это было сделано с использованием типа устройства сжатия воздуха, известного как нагнетатель, который приводится в действие коленчатым валом двигателя.

Наддув увеличивает пределы выходной мощности четырехтактного двигателя, но нагнетатель всегда работает. Для непрерывного сжатия всасываемого воздуха требуется некоторая механическая энергия, поэтому нагнетатель снижает эффективность использования топлива, когда двигатель работает на низких уровнях мощности или когда двигатель просто разгружен и работает на холостом ходу.

Турбокомпрессор

Турбокомпрессор был разработан как временный метод сжатия большего количества воздуха в головке блока цилиндров. Он состоит из двух частей высокоскоростного узла турбины, одна сторона которого сжимает всасываемый воздух, а другая сторона приводится в действие отходящим потоком выхлопных газов.

На холостом ходу и на низких и средних оборотах турбонагнетатель не включается, и двигатель работает как без наддува. Когда требуется гораздо большая выходная мощность, скорость двигателя увеличивается до тех пор, пока выхлопных газов не станет достаточно, чтобы «раскрутить» турбину турбонагнетателя, чтобы начать сжимать во впускном коллекторе гораздо больше воздуха, чем обычно.

Турбонаддув обеспечивает более эффективную работу двигателя на низких и средних скоростях, но существует конструктивное ограничение, известное как турбозадержка. Увеличенная мощность двигателя доступна не сразу из-за необходимости резко увеличить обороты двигателя, чтобы раскрутить турбо, прежде чем турбо начнет выполнять какое-либо полезное сжатие воздуха.

Отношение штока и поршня к ходу

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

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

Отношение штока и поршня к ходу

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

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

Энергетический баланс

Двигатели Отто имеют КПД около 35 % – другими словами, 35 % энергии, вырабатываемой при сгорании, преобразуется в полезную энергию вращения на выходном валу двигателя, а остальная часть выделяется в виде отработанного тепла. Напротив, шеститактный двигатель может преобразовывать более 50% энергии сгорания в полезную энергию вращения.

Современные двигатели часто специально разрабатываются так, чтобы они были немного менее эффективными, чем могли бы быть в противном случае. Это необходимо для контроля выбросов, таких как рециркуляция отработавших газов и каталитические нейтрализаторы, которые уменьшают смог и другие атмосферные загрязнители. Снижение эффективности можно компенсировать с помощью блока управления двигателем, использующего методы сжигания обедненной смеси. ^[1]

Начальное положение, такт впуска и такт сжатия.

Воспламенение топлива, такта рабочего хода и такта выпуска.

См.

также

• Тарельчатый клапан
• Цикл Аткинсона
• Десмодромный клапан
• Шеститактный двигатель
• Двухтактный двигатель
• История двигателя внутреннего сгорания
• Двигатели Стирлинга

Ссылки

• Харденберг, Хорст О., Средневековье двигателя внутреннего сгорания , Общество автомобильных инженеров (SAE), 1999
• scienceworld.wolfram.com/physics/OttoCycle.html

Внешние ссылки

• Четырехтактная анимация и видео
• Патент США 194047
• Детализированная анимация двигателя
• Как работают автомобильные двигатели
• Анимированные двигатели, четырехтактный еще одно объяснение четырехтактного двигателя
• CDX e Учебник – несколько видеороликов об автомобильных компонентах в действии
• Видео изнутри цилиндра четырехтактного двигателя.

Конфигурации поршневого двигателя Это поле: просмотреть • говорить • редактировать
Тип	Bourke • Контролируемое сгорание • Дельтообразный • Орбитальный • Поршневой • Беспоршневой (Wankel) • Радиальный • Роторный • Одинарный • Разделенный цикл • Stelzer • Tschudi
Встраиваемые типы	H · U · Квадратная четверка · VR · Оппозитная · X
Циклы хода	Двухтактный цикл • Четырехтактный цикл • Шеститактный цикл
Прямой	Одноместный · 2 · 3 · 4 · 5 · 6 · 8 · 10 · 12 · 14
Плоский	2 · 4 · 6 · 8 · 10 · 12 · 16
В	4 · 5 · 6 · 8 · 10 · 12 · 16 · 20 · 24
Вт	8 · 12 · 16 · 18
Клапаны	Портирование головки блока цилиндров • Corliss • Салазки • Коллектор • Мульти • Поршень • Тарельчатый • Гильза • Поворотный клапан • Изменяемая фаза газораспределения • Бескулачковый
Механизмы	Кулачок • Шатун • Кривошип • Заменитель кривошипа • Коленчатый вал • Кулисный кулачок • Перекосная шайба • Ромбический привод
Связи	Эванс • Поселье–Липкин • Сектор прямой • Уоттс (параллельный)
Прочее	Hemi • Рекуператор • Турбокомпаундирование

1. ↑ Загрязнение воздуха от автомобилей Асиф Фаиз, Кристофер С. Уивер, Майкл П. Уолш

Пятитактный двигатель внутреннего сгорания

1. Область техники

Настоящее изобретение относится к двигателям, в частности к пятитактным двигателям внутреннего сгорания.

2. Описание предшествующего уровня техники

В прошлом было разработано множество конструкций двигателей внутреннего сгорания. Однако ни один из них не включает пятитактный двигатель внутреннего сгорания, который обеспечивает рециркуляцию части топливно-воздушной смеси во время такта рециркуляции и обеспечивает большее отношение рабочего такта к такту сжатия. Рециркуляция топливно-воздушной смеси во время такта рециркуляции повышает эффективность использования топлива, выходную мощность и снижает выбросы. Пять тактов — это такт впуска, такт рециркуляции, такт сжатия, рабочий такт и такт выпуска. Сепаратор сжиженного топлива и воздуха для топливно-воздушной смеси и рециркуляционный клапан для этого сепаратора сжиженного топлива и воздуха являются частью конструкции.

Из многочисленных конструкций поршневых двигателей внутреннего сгорания большинство из них имеют четырехтактные конструкции. Конструкции этого типа теряют эффективность во время рабочего хода, когда поршень достигает нижней мертвой точки, а выпускной клапан находится в открытом положении, тем самым прерывая энергию, вырабатываемую расширяющимся газом. Это приводит к тому, что полезный несгоревший расширяющийся газ сгорает за пределами камеры сгорания в выхлопной системе.

Заявитель полагает, что ближайшая ссылка соответствует патенту США No. № 4289097 выдано Уорду за шеститактный двигатель. Однако оно отличается от настоящего изобретения, поскольку Уорд предлагает усовершенствованный шеститактный двигатель, который улучшает характеристики экономии топлива и отношения мощности к размеру. Шесть циклов представляют собой первый такт впуска, такт сжатия и накопления, второй такт впуска, такт сжатия и объединения, рабочий такт и такт выпуска. Изобретение предусматривает использование части энергии топлива, которая обычно теряется в системе охлаждения двигателя, за счет поглощения тепла после первого такта и последующего использования его в рабочем такте. Частью конструкции является специальная конфигурация отдельной камеры для сжатия газов, создаваемых в первом такте впуска, и специальная конфигурация клапана для этой камеры. Два индукционных цикла включены в шесть циклов для каждого рабочего такта.

Другие патенты, описывающие наиболее близкий объект, предусматривают ряд более или менее сложных признаков, которые не позволяют решить проблему эффективным и экономичным способом. Ни один из этих патентов не предлагает новых признаков настоящего изобретения.

Пятитактный двигатель внутреннего сгорания, улучшающий топливную экономичность, выходную мощность и снижающий выбросы. Пять тактов — это такт впуска, такт рециркуляции, такт сжатия, рабочий такт и такт выпуска. Пятитактный двигатель внутреннего сгорания обеспечивает рециркуляцию части топливно-воздушной смеси во время такта рециркуляции и обеспечивает большее отношение рабочего цикла к такту сжатия. Сепаратор сжиженного топлива и воздуха для топливно-воздушной смеси и рециркуляционный клапан для этого сепаратора сжиженного топлива и воздуха являются частью конструкции. Настоящее изобретение может быть использовано для дизельных, бензиновых и газовых двигателей.

Первый цикл — такт впуска. Первичный впуск топливно-воздушной смеси (бензиновая модель) или только воздуха (дизельная модель) поступает в цилиндр, когда поршень перемещается в направлении вниз на полный продольный ход поршня. В предпочтительном варианте мы предполагаем, что полный продольный ход поршня составляет 8 дюймов. Конфигурация клапана для такта впуска указывает, что впускной клапан открыт, а выпускной и рециркуляционный клапаны закрыты.

Второй цикл — это ход рециркуляции. Поршень перемещается вверх на заданное расстояние, которое в предпочтительном варианте составляет приблизительно половину полного продольного хода поршня. Во время этого такта часть топливно-воздушной смеси нагнетается через открытый рециркуляционный клапан в сепаратор конденсированного топлива и воздуха. Конфигурация клапана для такта рециркуляции указывает, что клапан рециркуляции должен быть открыт, а впускной и выпускной клапаны закрыты.

Третий цикл — такт сжатия. Оставшаяся топливно-воздушная смесь в цилиндре сжимается по мере того, как поршень продолжает движение вверх в положение верхней мертвой точки. Конфигурация клапана для такта сжатия дает команду на закрытие рециркуляционного, впускного и выпускного клапанов.

Четвертый цикл — рабочий ход. При воспламенении (модель с инжекторным дизельным двигателем) свечи зажигания расширяющийся газ перемещает поршень в направлении вниз на полный ход поршня в продольном направлении. Конфигурация клапана для рабочего хода дает команду закрыть рециркуляционный, впускной и выпускной клапаны.

Пятый цикл — такт выпуска. Когда поршень движется вверх, сгоревший газ выбрасывается через открытое отверстие выпускного клапана. Конфигурация клапана для такта выпуска указывает, что выпускной клапан открыт, а впускной и рециркуляционный клапаны закрыты.

Топливно-воздушная смесь, собранная в вышеупомянутом сепараторе конденсированного топливовоздушного топлива, охлаждается и разделяется, а жидкое топливо возвращается в топливный бак. Затем оставшиеся топливно-воздушные пары возвращаются в камеру сгорания через впускной коллектор для еще одной попытки сгорания в повторяющихся циклах.

В частности, настоящее изобретение включает корпусную конструкцию и цилиндрические средства. Цилиндровые средства заключены в корпусную конструкцию. Настоящее изобретение дополнительно включает средства картера. Средства картера прикреплены к конструкции корпуса. Настоящее изобретение дополнительно включает средства коленчатого вала. Средства коленчатого вала расположены в средствах картера. Настоящее изобретение дополнительно включает средства клапанной системы. Клапанная система состоит из впускного клапана, рециркуляционного клапана и выпускного клапана. Средства клапанной системы прикреплены к конструкции корпуса. Настоящее изобретение дополнительно включает сепаратор конденсированного топлива и воздуха. Сепаратор конденсированного топлива и воздуха расположен на заданном расстоянии в непосредственной близости от средства цилиндра и расположен внутри конструкции корпуса. Сепаратор конденсированного топлива и воздуха сообщается с цилиндром через первый удлиненный соединитель. Рециркуляционный клапан расположен внутри средства цилиндра и устроен таким образом, чтобы периодически в заданные моменты времени в течение заданных периодов обеспечивать протекание топливно-воздушной смеси из средства цилиндра через первый удлиненный элемент в сепаратор конденсированного топлива и воздуха, когда клапан рециркуляции находится в открытом положении.

Пять тактов: такт впуска воздуха; ход рециркуляции; такт сжатия; силовой удар; и такта выпуска. Во время такта рециркуляции заданное количество топливно-воздушной смеси, поступившей во время такта впуска, сжимается в сепараторе конденсированного топливо-воздуха. Сепаратор конденсированного топлива и воздуха содержит резервуар, в котором скапливается топливно-воздушная смесь, а жидкое топливо возвращается в топливный бак. Оставшиеся пары топлива и воздуха в сепараторе сконденсированного топлива и воздуха возвращаются в средство цилиндра через второй удлиненный соединитель для новой попытки сгорания в средстве цилиндра.

Резервуар содержит датчик уровня топлива, который контролирует уровень жидкого топлива, а также поплавок, который открывает клапан, когда уровень жидкого топлива достигает заданного уровня. Это позволяет накопленному жидкому топливу вернуться в топливный бак.

Настоящее изобретение имеет большее отношение рабочего хода к такту сжатия. Сепаратор конденсированного топлива и воздуха повышает эффективность использования топлива, выходную мощность и снижает выбросы двигателя.

Настоящее изобретение дополнительно включает поршень и поршневой шток. Поршень и поршневой шток собраны в цилиндре. Шток поршня соединяется с коленчатым валом в картере. Настоящее изобретение дополнительно включает систему впрыска топлива. Система впрыска топлива имеет впускное отверстие для впрыска топлива в цилиндр.

Таким образом, одной из основных задач настоящего изобретения является создание пятитактного двигателя внутреннего сгорания, который обеспечивает рециркуляцию части топливно-воздушной смеси во время такта рециркуляции.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание пятитактного двигателя внутреннего сгорания, который обеспечивает большее отношение рабочего такта к такту сжатия.

Другой целью настоящего изобретения является создание пятитактного двигателя внутреннего сгорания, который включает в себя регулируемую синхронизацию клапана рециркуляции для оптимизации эффективности двигателя, при этом замедление или опережение фазы газораспределения рециркуляции изменяет как степень сжатия, так и степень рециркуляции.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание пятитактного двигателя внутреннего сгорания, в котором имеется сепаратор конденсированного топлива и воздуха в качестве средства для повторного использования несгоревшего топлива, при этом сепаратор конденсированного топлива и воздуха может охлаждаться воздухом или жидкостью.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание такого устройства, которое было бы недорогим в производстве и обслуживании, сохраняя при этом свою эффективность.

Дополнительные цели изобретения будут изложены в следующей части описания, где подробное описание предназначено для полного раскрытия изобретения без наложения на него ограничений.

С учетом вышеизложенного и других связанных целей изобретение состоит из деталей конструкции и комбинации частей, что будет более полно понято из следующего описания, если его читать вместе с прилагаемыми чертежами, на которых:

РИС. 1 представляет собой вертикальное сечение через коленчатый вал, поршень, головку блока цилиндров, клапанную систему и конденсаторный топливно-воздушный сепаратор пятитактного двигателя.

РИС. 2 представляет собой схематическое изображение работы коленчатого вала, поршня, головки блока цилиндров, системы клапанов и конденсаторного топливно-воздушного сепаратора пятитактного двигателя на такте впуска.

РИС. 3 представляет собой схематическое изображение работы коленчатого вала, поршня, головки цилиндров, системы клапанов и конденсаторного топливно-воздушного сепаратора пятитактного двигателя в такте рециркуляции.

РИС. 4 представляет собой схематическое изображение работы коленчатого вала, поршня, головки блока цилиндров, системы клапанов и конденсаторного топливно-воздушного сепаратора пятитактного двигателя на такте сжатия.

РИС. 5 представляет собой схематическое изображение работы коленчатого вала, поршня, головки цилиндров, системы клапанов и конденсаторного топливно-воздушного сепаратора пятитактного двигателя на рабочем такте в верхней мертвой точке.

РИС. 6 представляет собой схематическое изображение работы коленчатого вала, поршня, головки цилиндров, системы клапанов и конденсаторного топливно-воздушного сепаратора пятитактного двигателя на рабочем такте в нижней мертвой точке.

РИС. 7 представляет собой схематическое изображение работы коленчатого вала, поршня, головки цилиндров, системы клапанов и конденсаторного топливно-воздушного сепаратора пятитактного двигателя в такте выпуска.

Обратимся теперь к чертежам и, в частности, к фиг. 1 под номером 9 показан усовершенствованный пятитактный двигатель. 0016 10 . Можно заметить, что он в основном включает узел цилиндра 20 , узел картера 30 , узел клапана 40 и сепаратор конденсированного топлива и воздуха 50 .

Пятитактный двигатель может состоять из одного или нескольких цилиндров и связанных с ним механизмов, собранных с ним, как описано в настоящем изобретении. Типичный цилиндр и связанные с ним механизмы пятитактного двигателя изображены на фиг. 1, как предусмотрено в данном изобретении.

Конструкция двигателя состоит из блока цилиндров 20 , картер в сборе 30 , клапан в сборе 40 и сепаратор конденсированного топлива и воздуха 50 . Для описания изобретения показана только часть узла цилиндра 20 , узла картера 30 , узла клапана 40 и сепаратора конденсированного топлива и воздуха 50 . Этой частичной иллюстрации достаточно для описания изобретения. Однако следует понимать, что изменение этих элементов конструкции для получения одной и той же операции находится в пределах объема и цели изобретения.

Цилиндр в сборе 20 сконструирован в подходящем корпусе, к которому крепится блок картера 30 , а корпус для клапана в сборе 40 также прикреплен к цилиндру в сборе 20 для закрытия внешних частей клапана в сборе 40 . Типичный поршень 24 , поршневой шток 26 и коленчатый вал 34 показаны в собранном виде внутри цилиндра 22 и картера 32 9.0017 . Предполагая, что двигатель 10 является бензиновым, впускной клапан 42 , пружина 48 и кулачок впускного клапана 70 служат для подачи топливно-воздушной смеси в цилиндр 22 . Впускной клапан 42 показан закрытым. При циклическом открытии впускной клапан 42 допускает введение воздуха через впускное отверстие 43 , показанное на ФИГ. 2 . Стрелка указывает направление потока воздуха во впускное отверстие 9.0016 43 . В точно заданный и синхронизированный момент топливо впрыскивается в цилиндр 22 через топливную форсунку 28 .

Клапан рециркуляции 44 , пружина 48 и кулачок клапана рециркуляции 72 служат для рециркуляции топливно-воздушной смеси из цилиндра 22 в сепаратор сжиженного топлива 50 . Клапан рециркуляции 44 показан закрытым. При циклическом открытии клапан рециркуляции 44 пропускает несгоревший газ из цилиндра 9.0016 22 в сепаратор конденсированного топлива и воздуха 50 через выпускное отверстие 45 , показанное на РИС. 3 . Стрелка указывает направление потока топливно-воздушной смеси через выпускной патрубок 45 . Отмечено, что изменение фаз газораспределения рециркуляции (замедление или опережение) приведет к увеличению или уменьшению сжатия, что, наоборот, приведет к уменьшению или увеличению объема рециркулируемого топлива для достижения оптимальной производительности.

Выпускной клапан 46 , пружина 48 и кулачок выпускного клапана 74 служат для удаления продуктов сгорания из цилиндра 22 . Выпускной клапан 46 показан закрытым. При циклическом открытии выпускной клапан 46 позволяет удалить сгоревший газ от рабочего хода (описанного ниже) через выпускное отверстие 47 . Стрелка указывает направление потока дымовых газов из выпускного отверстия 47 .

Особенностью настоящего изобретения является специально сконфигурированный сепаратор конденсированного топлива и воздуха 9.0016 50 , примерно рядом с блоком цилиндров 20 . Корпус 52 включает перегородку 54 и резервуар 56 . Топливно-воздушная смесь, поступающая из выпускного отверстия 45 , проходит через односторонний клапан 64 на одной стороне корпуса 52 и в резервуар 56 , где в основном завершается разделение топлива и воздуха. Топливно-воздушная смесь накапливается в резервуаре 56 , а жидкое топливо возвращается в топливный бак по обратке, которую не видно. Поплавок 58 контролирует подачу жидкого топлива в топливный бак, не виден. Оставшиеся пары топлива и воздуха в сепараторе конденсированного топлива 50 возвращаются в узел цилиндра 20 по возвратной трубе 60 для еще одной попытки сгорания в следующем наборе циклов. Возвратная труба 60 имеет клапан регулятора давления 62 для обеспечения достаточного давления.

Следует отметить, что кулачки клапанов могут быть различных типов, а пружины 48 обычно держат клапаны 42 , 44 и 46 закрытыми до тех пор, пока кулачки не воздействуют на кулачки 70 , 72 и 72 и 72 , и они служат для открытия клапанов в цикле. Топливная форсунка 28 установлена ​​на головке блока цилиндров 23 цилиндра 22 . Кроме того, дроссельная заслонка 36 и воздушный фильтр 38 могут иметь различные стили или как показано на рисунке.

Обратимся теперь к фиг. 1 в сочетании с фиг. 2-7 последовательно, далее будет описана работа пятитактного двигателя по настоящему изобретению.

РИС. 2 показан поршень 24 , начинающийся в направлении вниз для первого цикла такта впуска для всасывания топливно-воздушной смеси в узел 20 цилиндра. Конфигурация клапана для такта впуска требует, чтобы впускной клапан 42 был открыт, а выпускной 46 и рециркуляционный 44 клапаны были закрыты. Когда поршень 24 движется вниз, воздух всасывается во внутреннюю полость цилиндра 22 до тех пор, пока поршень 24 достигает нижней части своего хода для завершения первого хода. Направление вращения коленчатого вала 34 показано на каждой из фиг. со 2 по 7. Воздух поступает через впускное отверстие 43 , как показано стрелкой, в цилиндр 22 . В предпочтительном варианте мы предполагаем, что полный продольный ход поршня составляет 8 дюймов.

Как видно на фиг. 3, поршень 24 движется вверх для рециркуляции части топливно-воздушной смеси в цилиндре 22 , который был нарисован в первом цикле. Конфигурация клапана для такта рециркуляции указывает, что клапан рециркуляции 44 должен быть открыт, а впускной 42 и выпускной 46 клапаны закрыты. Поршень перемещается вверх на заданное расстояние, которое в предпочтительном варианте составляет приблизительно половину полного продольного хода поршня. Движущийся вверх поршень 24 сжимает часть вышеупомянутой топливно-воздушной смеси в конденсированный топливно-воздушный сепаратор 9.0016 50 , через открытый рециркуляционный клапан 44 . В то же время впускной 42 и выпускной 46 клапаны закрыты, чтобы перекрыть отверстия вокруг впускного 42 и выпускного 46 клапанов во время сверхвысокого давления в это время. Этот такт обеспечивает рециркуляцию части топливно-воздушной смеси и обеспечивает большее отношение рабочего такта к такту сжатия. Рециркуляция топливно-воздушной смеси во время такта рециркуляции повышает эффективность использования топлива, выходную мощность и снижает выбросы по сравнению с тем, что было возможно в предшествующем уровне техники.

В предпочтительном варианте сепаратор конденсированного топлива и воздуха 50 дополнительно содержит два сотовых теплообменника с воздушным охлаждением, соединенных вместе, но разделенных перегородкой 54 , которую можно определить как перегородку. А если точнее, поплавок 58 — это система датчиков уровня топлива, которая контролирует уровень жидкого топлива. Поплавок 58 открывает невидимый клапан, когда уровень жидкого топлива достигает заданного уровня, тем самым позволяя накопленному жидкому топливу вернуться в топливный бак. В альтернативном варианте осуществления уровень жидкого топлива может регулироваться системой электромагнитных клапанов.

Как видно на фиг. 4, поршень 24 продолжает движение вверх до положения верхней мертвой точки. Конфигурация клапана для такта сжатия дает команду на закрытие рециркуляционного, впускного и выпускного клапанов. Во время этого такта оставшаяся топливно-воздушная смесь сжимается, а поршень 24 продолжает движение вверх.

Как видно на фиг. 5, поршень 24 находится в положении верхней мертвой точки для завершения такта сжатия. Теперь топливно-воздушная смесь готова к воспламенению, и непосредственно последующий рабочий такт, показанный на фиг. 6 .

При воспламенении топливно-воздушной смеси расширяющийся газ перемещает поршень 24 в направлении вниз на полный продольный ход поршня, как показано на РИС. 6 . Конфигурация клапана для рабочего хода дает команду закрыть рециркуляционный, впускной и выпускной клапаны.

На фиг. 7 — пятый штрих. На пятом или последнем такте пятитактного двигателя 10 отработавшие газы удаляются движением поршня вверх 24 через выпускной клапан 46 , который теперь открыт, и наружу через выпускное отверстие 47 , как показано на рисунке. Конфигурация клапана для такта выпуска указывает, что выпускной клапан 46 должен быть открыт, а впускной 42 и рециркуляционный клапаны 44 закрыты. При непрерывной работе этого пятитактного двигателя такт впуска (фиг. 2) следует за тактом выпуска (фиг. 7 ).

В Таблице 1 ниже показано влияние изменения фаз газораспределения рециркуляции. Особый интерес представляет увеличение эффективности и мощности за счет замедления и опережения фазы рециркуляционного клапана.

Это изобретение подходит для использования с бензином, дизельным топливом или сжатым газом. Зажигание можно осуществить с помощью свечи зажигания, свечи накаливания или теплоты сжатия традиционным способом. Традиционные компоненты, такие как цепи ГРМ, шестерни и т. д., не изображены. Понятно, что эти компоненты будут частью окончательного варианта осуществления. Пятитактный двигатель внутреннего сгорания может состоять из одного или нескольких цилиндров и необходимых механизмов, изготовленных из подходящих материалов, как описано в данном изобретении. Только часть средств механизма была проиллюстрирована в достаточной степени для описания изобретения, следует понимать, что изменение этих элементов конструкции для получения тех же результатов находится в пределах объема изобретения.

Как можно легко понять из приведенного выше описания изобретения, настоящая конструкция может быть сконфигурирована в различных режимах, чтобы обеспечить возможность создания пятитактного двигателя. Соответственно, приведенное выше описание дает лучшее понимание целей и преимуществ настоящего изобретения. Различные варианты осуществления могут быть сделаны из изобретательской концепции этого изобретения. Следует понимать, что все материалы, раскрытые здесь, должны интерпретироваться только как иллюстративные, а не в ограничительном смысле.

Двухтактный двигатель внутреннего сгорания с впускным поршнем рядом с каждым рабочим поршнем (Патент)

Двухтактный двигатель внутреннего сгорания с впускным поршнем рядом с каждым рабочим поршнем (Патент) | ОСТИ.GOV

перейти к основному содержанию

• Полная запись
• Другое связанное исследование

Двухтактный двигатель внутреннего сгорания, имеющий впускной поршень, который подает воздух к соседнему силовому поршню. И впускной поршень, и рабочий поршень удерживаются в узлах качающихся цилиндров, а штоки поршня составляют единое целое с поршнями, так что шток поршня всегда находится на одной линии с поршнем. Узлы цилиндров поддерживаются цапфами, и воздух из узла впускного цилиндра подается через отверстие в центре двух цапф между узлом впускного цилиндра и узлом силового цилиндра. Предпочтительно штоковая часть узла впускного поршня и штока короче, чем штоковая часть узла силового поршня и штока. 17 рис.

Изобретатели:

Спрингер, Дж. Э.

Дата публикации:

1994-01-04

Идентификатор OSTI:

7158329

Номер(а) патента:

США 5275134; А

Номер заявки:

PPN: США 8-047467

Правопреемник:

ВОМ; ЭДБ-94-152027

Тип ресурса:

Патент

Отношение ресурсов:

Дата файла патента: 19 апреля 1993 г.

Страна публикации:

США

Язык:

Английский

Тема:

33 УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЕ ДВИГАТЕЛИ; ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ; ВОЗДУШНЫЙ ПОТОК; ПОРШНИ; ЦИЛИНДРЫ; КОЛЕБАНИЯ; ДВИГАТЕЛИ; ПОТОК ЖИДКОСТИ; ПОТОК ГАЗА; ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ; ЧАСТИ МАШИН; 330100* — Двигатели внутреннего сгорания

---

Форматы цитирования

• MLA
• АПА
• Чикаго
• БибТекс

Springer, JE. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания, имеющий впускной поршень, примыкающий к каждому силовому поршню . США: Н. П., 1994. Веб.

Копировать в буфер обмена

Springer, JE. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания, имеющий впускной поршень, примыкающий к каждому силовому поршню . Соединенные Штаты.

Копировать в буфер обмена

Спрингер, Дж. Э. 1994. «Двухтактный двигатель внутреннего сгорания, имеющий впускной поршень, примыкающий к каждому силовому поршню». Соединенные Штаты.

Копировать в буфер обмена

@статья{osti_7158329,
title = {Двухтактный двигатель внутреннего сгорания с впускным поршнем, примыкающим к каждому силовому поршню},
автор = {Springer, J E},
abstractNote = {Двухтактный двигатель внутреннего сгорания, имеющий впускной поршень, который подает воздух к соседнему силовому поршню. И впускной поршень, и рабочий поршень удерживаются в узлах качающихся цилиндров, а штоки поршня составляют единое целое с поршнями, так что шток поршня всегда находится на одной линии с поршнем.