Двигатель четырехтактный внутреннего сгорания: устройство и порядок работы

История создания

В 18 веке многие изобретатели работали над созданием силовых агрегатов, которые могли бы заменить паровой двигатель. Появление устройств, в которых топливо горело не в топке, а непосредственно в цилиндре двигателя, стало возможным после того, как французский изобретатель Филипп Ле Бон в 1799 году открыл светящийся газ. Спустя два года он также сконструировал газовый силовой агрегат, в котором газо-воздушная смесь воспламенялась в баллоне. Он имел 1 рабочий цилиндр двустороннего действия (камеры сгорания располагались по обе стороны от поршня, и рабочая смесь в них горела попеременно). И только спустя много лет появился более совершенный четырехтактный двигатель, нашедший широкое применение во многих отраслях промышленности.

Впервые такой двигатель продемонстрировал немецкий инженер Август Отто в 1877 году. Это произошло после того, как бельгийский изобретатель Жан Этьен Ленуар предложил зажечь горючую смесь с помощью электрической искры. Его появлению способствовало и изобретение устройства, позволяющего испарять жидкое топливо и обеспечивать приготовление рабочей газо-воздушной смеси (карбюратор).

Серийное производство четырехтактных бензиновых двигателей началось в 1883 году. Тогда немецкий инженер Готлиб Даймлер предложил использовать вставленные в цилиндры раскаленные трубы для воспламенения газовоздушной смеси.

Как всё начиналось

В 19 веке двигатели уже существовали, но в основном это были большие паровые механизмы. Конечно, они частично снабжали развивающуюся отрасль, но у них было много недостатков.

Они были тяжелыми, имели низкую эффективность, большие размеры, долго запускались и останавливались, а для работы требовались квалифицированные рабочие.

Производителям нужен был новый агрегат без вышеупомянутых недостатков, они уже понимали, что такое четырехтактный двигатель. И как при определенных условиях его можно использовать для увеличения прибыли.

он был разработан изобретателем Эженом-Альфонсом Бо де Роша и в 1867 году изготовлен из металла Николаусом Августом Отто.

В то время это было чудо техники. Двигатель внутреннего сгорания отличался низкими эксплуатационными расходами, небольшими габаритами и не требовал постоянного присутствия обслуживающего персонала.

Устройство работало по особому алгоритму, который теперь называется «цикл Отто». Спустя 8 лет после запуска первого экземпляра компания Otto уже выпускала более 600 электростанций в год.

Очень быстро, благодаря своей автономности и компактности, получили распространение двигатели внутреннего сгорания.

Четырехтактные двигатели внутреннего сгорания: история создания и принцип действия

В 1876 году немецкий инженер Николаус Отто изобрел и запатентовал первый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания.

Конструкции четырехтактных дизельных и бензиновых двигателей очень похожи. В обоих случаях смесь топлива и воздуха подается в цилиндр, оснащенный поршнем. Они могут быть от 4 до 8 цилиндров и даже больше. Они работают последовательно, чтобы мощность двигателя оставалась постоянной. Рабочий цикл каждого цилиндра состоит из 4-х раз: движение поршня.

Цикл начинается с 1 выстрела — приема. Впускной клапан открывается, под действием коленчатого вала поршень движется вниз, втягивая топливо и воздух в цилиндр.

Затем впускной клапан закрывается, и поршень, толкаемый рукояткой, возвращается в цилиндр, сжимая топливно-воздушную смесь и тем самым нагревая ее. Эти вторые часы называются сжатием. В бензиновых двигателях в этот момент смесь воспламеняется свечой зажигания. При горении смесь расширяется. Происходит цикл 3: рабочий прогон. Давление газа заставляет поршень опускаться и вращать коленчатый вал.

В конце хода впускной клапан открывается, и выхлопной газ начинает течь. Эта четвертая мера называется освобождением. При этом коленчатый вал толкает поршень назад, вытесняя оставшиеся газы из цилиндра. В конце процесса начинается новый 4-тактный цикл.

Схема работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания

На следующей инфографике схематически показаны все четыре столбца.

1. Впуск: поршень опускается, чтобы втянуть воздух и топливо в цилиндр.
2. Сжатие: поршень поднимается и сжимает топливную смесь.

3. Ход: искра воспламеняет топливно-воздушную смесь, и газы толкают поршень вниз.
4. Выход: поршень поднимается, и цилиндр выталкивает выхлопные газы наружу.

Конструкция двигателя Отто была улучшена и изменена другим немецким инженером, Готлибом Даймлером (1834-1900). В 1887 году компания Daimler запатентовала более мощную и более быструю модель двигателя. Обычный двигатель внутреннего сгорания может иметь 8 или даже более длинных цилиндров. В каждом цилиндре поршень после воспламенения топливовоздушной смеси опускается и вращает коленчатый вал. Специальные клапаны осуществляют впуск топливовоздушной смеси и выпуск выхлопных газов.

Четырехтактные двигатели в основном используются в автомобильной промышленности. Цикл их работы состоит из 4-х циклов: всасывания, сжатия, рабочего хода и выхлопа. Только рабочий ход вращает коленчатый вал. Двигатели современных автомобилей имеют несколько цилиндров одновременно. Поршни, помещенные в эти цилиндры, последовательно выполняют каждый из 4 ходов рабочего цикла.

Скутеры Обслуживание и ремонт

Как известно, почти все автомобили и мотоциклы оснащены четырехтактными двигателями внутреннего сгорания. Современные технологии позволяют полностью раскрыть их потенциал и использовать его максимально эффективно. Тенденция к экономии топлива стимулирует новые разработки и инновации.

Изначально все скутеры объемом до 50 кубических сантиметров оснащались исключительно двухтактными двигателями, а мопеды и скутеры, такие как легендарный Honda Cub, оснащались четырехтактными двигателями. Этому есть объяснение. Самокат имеет бесступенчатую трансмиссию в виде вариатора, причем вариатору нужны постоянные высокие обороты, при этом пиковая мощность должна соответствовать частоте вращения коленчатого вала.

В идеале при минимальных расчетах для этой цели подходят двухтактные двигатели.

Мопеды и скутеры имеют от двух до четырех передач, при этом самый эффективный двигатель для такой трансмиссии — четырехтактный. Кроме того, он необычайно экономичен и мощный.

Спустя некоторое время после изобретения скутера инженеры задумались о внедрении маломощного четырехтактного двигателя на кубиках молока, при этом по мощности они не должны уступать своим двухтактным собратьям. Также ставилась цель сделать их дешевле, менее шумными и значительно повысить надежность.

Использование на скутере четырехтактного двигателя объемом до 50 см3 требует значительных вложений и, как следствие, увеличения производственных затрат. Поскольку деталей стало больше, ремонт теперь будет стоить дороже, и сделать ремонт самостоятельно будет намного сложнее. Однако рубеж пройден, и почти все современные скутеры оснащены четырехтактными двигателями. Большая часть такого оборудования поступает из Китая и постепенно начинает приобретать хотя бы какое-то качество пластика и других деталей, но потребуется больше нескольких лет, чтобы приблизиться к японским и европейским технологиям, и, как следствие, добиться такого качества достигнуто, китайские скутеры приблизятся к ним по цене.

Устройство четырехтактного двигателя

На следующей диаграмме показан рабочий цикл. Как видите, топливо и кислород, попадая в карбюратор, смешиваются в заданной пропорции, образуя топливную смесь. Затем он подается в цилиндр, где сжимается поршнем и воспламеняется. Затем газы расширяются и через выпускной клапан попадают в крабюратор.

Основы четырехтактного двигателя

Если говорить о мощности, то главным параметром должен быть объем камеры сгорания или, как говорится, объем двигателя. Следует различать полный объем и рабочий объем.

1 — голова; 2 — цилиндр; 3 — поршень; 4 — шатун; 5 — коленчатый вал; 6 — блок-картер; 7 — свеча

Принцип работы четырехтактного двигателя

Работа двигателя в целом состоит из четырех циклов, это:

1. Вход
2. Сжатие
3. Расширение
4. Публикация

Каждый цикл имеет четкую цель и воспроизводится с сознательно рассчитанной точностью. Малейшее отклонение в расчетах приводит к снижению мощности и некорректной работе.

Набор ходов при работе двигателя на входе; б — сжатие; в — расширение (полезный ход); г — выпуск; 1 — впускной клапан; 2 — свеча; 3 — выпускной клапан.

Рассмотрим каждую из мер отдельно.

Такт впуска

Во время такта впуска в камеру сгорания подается готовая смесь кислорода и бензина. Для качественной работы и максимальной производительности двигателя эта смесь должна быть в правильных пропорциях. Поэтому очень важно настроить карбюратор.

Во время такта впуска впускной клапан открыт, выпускной клапан закрыт.

Такт сжатия

После подачи определенного количества смеси в камеру сгорания впускной клапан закрывается, и поршень начинает движение от нижней мертвой точки (НМТ) вверх. При движении вверх он сжимает смесь, доводя ее до критических скоростей.

Во время такта сжатия оба клапана закрыты

Такт расширения или рабочего хода

именно во время третьего такта происходит самый важный процесс в двигателе. Когда рабочая смесь уже сжата, смесь воспламеняется от искры, образуется взрыв. Из-за теплового расширения поршень начинает двигаться вниз и с большой силой давит через шатун на коленчатый вал. Именно в это время происходит рабочий ход. Очень важно, чтобы свеча зажигания вовремя зажигала рабочую смесь, от этого зависит основа правильной работы двигателя, как четырехтактного, так и двухтактного.

Ход расширения (ход). Клапаны по-прежнему закрыты.

Такт выпуска

Во время такта выпуска после расширения уже отработавшие газы проходят через выпускной клапан к глушителю.

Цикл выпуска. Впускной клапан закрыт, выпускной клапан открыт.

Глушитель четырехтактного двигателя не работает как резонатор и имеет совершенно иную конструкцию, чем двухтактный. Они не взаимозаменяемы, и это очень важный момент, например, если вы решили поменять глушитель. Это невозможно. Он служит только для гашения звука, а также в некоторых современных моделях содержит фильтрующие элементы, соответствующие европейским стандартам.

Преимущества четырехтактного двигателя на скутере

Достоинств четырехтактного двигателя намного больше, чем недостатков. И в этом случае, конечно, сравним с двухтактными двигателями. Итак, плюсы:

• экономичность (расходуют намного меньше топлива);
• длительность (длительность на порядок больше);
• экологичность (меньшие выбросы в атмосферу);
• стабильность (как на холостом ходу, так и на передаче; четырехтактный двигатель более устойчив, меньше вибрирует и лучше работает в сложных условиях, например зимой),
• шум двигателя намного тише.

Недостатки четырехтактного двигателя на скутере

• большой вес;
• высокая цена;
• меньшая мощность, чем у двухтактного, но только при разгоне;
• сложность и дороговизна ремонта.

Дальнейшая перспектива таких двигателей очевидна, это неизбежный переход и отказ от шумных и неэкономичных, но в то же время мощных двухтактных скутеров.

Порядок работы

4-х тактный двигатель внутреннего сгорания — самый распространенный силовой агрегат на сегодняшний день. Он работает с использованием так называемого цикла Отто, который состоит из четырех последовательных долей.

Один ход — это полный ход поршня, во время которого коленчатый вал делает два оборота по часовой стрелке.

Работу 4-тактного двигателя проще описать, обратившись к простейшей конструкции, состоящей из:

1. собственно цилиндр;
2. поршень;
3. два клапана (впускной и выпускной);
4. свеча;
5. коленчатый вал;
6. шатун.

Классический двигатель внутреннего сгорания отличается от такого механизма только большим количеством цилиндров, работа которых определенным образом синхронизирована.

В простейшем одноцилиндровом двигателе внутреннего сгорания последовательно выполняются следующие операции:

• 1 ход: всасывание или всасывание.

Все начинается с того, что поршень находится в самом верхнем положении (верхняя мертвая точка). И коленчатый вал поворачивается на пол-оборота (0-180 градусов), толкая поршень в нижнее положение (нижняя мертвая точка).

Это действие создает разрежение в верхней части цилиндра и открывает впускной клапан. Он становится полностью открытым, когда поршень достигает нижнего уровня. За счет образовавшегося вакуума часть горючей смеси (воздух + пары бензина) втягивается в цилиндр. При смешивании горючей смеси с продуктами сгорания предыдущего цикла в цилиндре образуется рабочая смесь.

Примечание: горючая смесь образуется непосредственно в цилиндре дизельного двигателя. Сначала всасывается часть воздуха, который в процессе сжатия нагревается до температуры воспламенения, затем, прежде чем поршень достигает верхнего положения, впрыскивается жидкое топливо в форме капли. Процесс сгорания происходит только при впрыске топлива.

• 2-й такт: сжатие или сжатие

Он начинается, когда поршень движется снизу вверх. В это время коленчатый вал снова поворачивается на ½ оборота (180–360 градусов).

При этом закрываются впускной и выпускной клапаны, из-за чего рабочая смесь начинает сжиматься.

Во время этого хода давление и температура в цилиндре повышаются примерно до 1,8 МПа и 600 ° C соответственно.

• 3-тактный: расширение или рабочий ход

В момент достижения максимального значения сжатия зажигается свеча зажигания, от искры которой загорается и горит рабочая смесь. В этом цикле температура и давление в цилиндре достигают 2500 ° C и 5 МПа. Повышение температуры и давления заставляет поршень двигаться вниз. А шатун, соединяющий поршень и коленчатый вал, дает последнему вращательное действие и делает следующие ½ оборота.

именно в этом цикле тепловая энергия преобразуется в механическую и совершается полезная работа. Затем выпускной клапан открывается из-за движения поршня вниз, что позволяет выхлопным газам откачиваться. Когда поршень достигает своего нижнего уровня, клапан максимально открыт. Сброс давления на 0,65 МПа сопровождается понижением температуры до 1200 ° С°.

• 4-й цикл: выпуск

Поршень расположен на нижнем уровне и под действием поворота коленчатого вала (180-360 градусов) движется вверх, выталкивая выхлопные газы через открытый выпускной клапан.

В результате температура в цилиндре падает до 500 ° C и поршень находится в верхнем положении. Поскольку полностью удалить выхлопные газы невозможно, остаточное давление в цилиндре поддерживается на уровне 0,1 МПа, а оставшийся газ принимает участие в следующем такте.

Работа двигателя происходит из-за многократного повторения 4-тактного цикла.

Плюсы и минусы ДВС

Для начала рассмотрим все достоинства и недостатки двухтактных двигателей, которые, несмотря на свою конструкцию, пользуются большой популярностью. К их достоинствам можно отнести:

1. Простота конструкции
2. Высокая скорость оборотов
3. Низкая стоимость, что делает инструменты, оснащенные такими агрегатами, очень популярными
4. Простота обслуживания благодаря отсутствию ремня ГРМ и отдельной системе смазки
5. Легкость и габариты, что делает инструменты с такими двигателями внутреннего сгорания удобными и практичными

Теперь давайте рассмотрим все недостатки двухтактных двигателей:

• Шумная работа
• Низкая экологическая совместимость из-за выброса несгоревшего топлива в атмосферу
• Плохой рабочий ресурс
• Необходимость смешивать бензин и масло при каждой заправке. К тому же разбавленное топливо нельзя долго хранить, иначе оно испортится
• Высокий расход топлива
• Низкая мощность по сравнению с четырехтактным

У 4-тактных агрегатов гораздо больше преимуществ, однако такие недостатки, как сложность конструкции, большой вес и цена, оставляют отрицательный след. Не каждый может позволить себе купить, например, снегоуборщик с 4-х тактным двигателем, который стоит в 2 раза дороже аналога с более примитивным агрегатом. Все недостатки двухтактных двигателей являются преимуществами четырехтактных двигателей.

Из-за большого количества недостатков обоих типов двигателей производители запатентовали производство модернизированных моделей ДВС, получивших названия 4-MIX и 2-MIX. Наверняка вы сталкивались с тем, что при ремонте или замене деталей двигателя бензопилы или резака было обнаружено наличие механизма газораспределения, но инструмент залит разбавленным бензином и маслом, типа указанным производителем. Правильно, там сказано, что ваш инструмент имеет 4-микшерный движок. Мы узнаем больше об этих типах двигателей позже.

Конструктивные особенности и различия

Двухтактный двигатель отличается от четырехтактного не только тем, сколько циклов работы имеет место газообмен.

Четырехтактный требует наличия системы фаз газораспределения (впускные и выпускные клапаны, распределительный вал и т.д.). В двухтактной системе такой системы нет, благодаря чему она намного проще.

Четырехтактный двигатель требует полной системы смазки из-за большого количества движущихся и трущихся деталей. Масло можно использовать для смазки двухтактного двигателя, просто разбавив его топливом.

ДВС или двигатель внутреннего сгорания. Принцип работы 4-х тактного двигателя.

Двигатель внутреннего сгорания или двигатель внутреннего сгорания преобразует энергию сгорания топлива в движение и имеет высокий КПД (КПД).

4-тактный двигатель называется так, потому что цикл двигателя происходит в 4-тактном, и тогда все новое.

Действие происходит в цилиндре, где расположен поршень, который перемещается вверх и вниз. Над цилиндром находится камера сгорания и отверстия для впрыскивающего и выпускного клапанов. Еще есть свеча. Поршень движется на шатуне, который вращается на коленчатом валу со смещением вокруг своей оси.

Основные отличия между двухтактным и четырехтактным ДВС

Одним из основных отличий рассматриваемых агрегатов является наличие газораспределительного механизма на 4-тактном двигателе. На 2-тактных аппаратах нет газораспределительного механизма. Вместо этого в стенках цилиндров имеются отверстия, через которые подается готовая топливовоздушная смесь, а также удаляются выхлопные газы.

Выбор ГРМ не только увеличивает вес и габариты двигателя, но и существенно влияет на его стоимость. Отсутствие ГРМ приводит к тому, что у двигателя всего два цикла работы. Наличие каналов в стенках цилиндров приводит к повышенному износу колец и поршня двигателя. Вот почему у двухтактных двигателей короткий срок службы. Далее давайте посмотрим на конструктивные различия между 2-тактными и 4-тактными двигателями.

1. Расход топлива — несмотря на то, что двухтактный агрегат имеет простую конструкцию, по расходу бензина он проигрывает четырехтактному. Это связано с количеством мер. В то время как 4-тактный двигатель делает 2 оборота коленчатого вала, потребляя часть топлива, двухтактный двигатель делает только один оборот. Увеличение расхода топлива примерно в 1,5 раза. Также не стоит забывать, что у 2-тактного агрегата несовершенная система и во время работы происходит утечка топливной смеси, забрасываемой в глушитель. Это та часть смеси, которая «летит в трубку», когда поршень движется вверх в момент сжатия
2. Тип топлива: 4-тактные двигатели работают на чистом бензине, который смешивается с воздухом в карбюраторе. Двухтактные агрегаты работают на смеси масла и бензина. Недопустимо использование чистого бензина, что приведет к быстрому выходу из строя цилиндро-поршневого узла
3. Система смазки — многие знают, что именно по этому принципу различаются рассматриваемые агрегаты. 4-х тактный двигатель имеет отдельную систему смазки, состоящую не только из емкости, но и масляного насоса, фильтров и трубопровода. Система смазки не взаимосвязана с механизмом подачи топлива, что говорит не только об эффективности, но и о длительном сроке службы. Двухтактные двигатели работают на бензине и масле. Пропорции смешивания бензина с маслом для бензопилы и бензокосы описаны на сайте. Бензин вместе с бензином подается в двигатель, где смазывается механизм. Следует отметить, что не все двухтактные двигатели имеют общую систему смазки, но есть и агрегаты с отдельным механизмом, в которых смешивание происходит автоматически в зависимости от количества оборотов
4. Тип смазки или разница между маслом для двухтактного и четырехтактного двигателя. Для двухтактных двигателей используются специальные масла типа «внутреннего сгорания». Это масло смешивается с бензином и попадает в систему КШМ, обеспечивая смазку движущихся частей. Впоследствии масло в составе с бензином попадает в цилиндр, где воспламеняется и горит. Это масло называется маслом для двухтактных двигателей и бывает красного или зеленого цвета. Цвет не играет важной роли и указывает на использование добавок в составе. Четырехтактные двигатели работают на чистом бензине, так как имеют отдельный механизм, отвечающий за смазку КШМ. В этих двигателях используется обычное моторное масло, которое нельзя смешивать с бензином и не заливать в двухтактные агрегаты. Это приведет к быстрому засорению электродов свечей зажигания и выходу из строя ДВС. Оказывается, разница между маслом для двухтактных и четырехтактных двигателей заключается в консистенции и составе. В двухтактных двигателях внутреннего сгорания используются виды жидкого топлива, которые смазывают всю систему перед сгоранием

Что касается системы смазки четырехтактных двигателей, следует отметить, что они бывают двух типов: с сухим и мокрым картером. Они различаются способом смазки. В мокром типе масло подается из картера на КШМ. Насос перекачивает масло из картера двигателя.

На ДВС с сухим картером используется отдельный масляный бак. Из него масло перекачивается насосом в систему КШМ, обеспечивая смазку деталей. Накопленное масло возвращается в бак дополнительным насосом.

Зная основные конструктивные и принципиальные отличия рассматриваемых механизмов, следует понимать достоинства и недостатки обоих вариантов.

Конструкция

Сегодня 4-тактные двигатели имеют более сложную конструкцию. Например:

• коленчатый вал снабжен массивным маховиком, обеспечивающим плавное движение поршней за счет инерции;
• блок цилиндров снабжен газораспределительным механизмом;
• запуск двигателя осуществляется стартером;
• правильную работу всех агрегатов обеспечивают многочисленные вспомогательные устройства (системы управления, смазки, впрыска топлива, охлаждения и т д.).

Рабочий цикл

Последовательность столбцов выглядит так:

• Ход всасывания. За счет вращения коленчатого вала поршень движется от наивысшей точки к самой низкой, кулачки распредвала открывают клапан на впуск. Через него смесь впитывается.
• Цикл сжатия. Коленчатый вал толкает поршень вверх, впускной клапан закрывается, а выпускной клапан остается закрытым. Температура и давление в цилиндре повышаются.
• Цикл расширения. Прежде чем сжатие завершится, свеча зажигания воспламеняет смесь. Топливо горит, смесь расширяется и перемещает поршень. Шатун, соединенный с поршнем, передает крутящий момент на коленчатый вал. Во время расширения работают газы, поэтому ход коленчатого вала называется рабочим. Угол недостаточного вращения коленчатого вала, который еще не довел поршень до наивысшей точки, называется моментом зажигания (синхронизацией клапана). Это делается для того, чтобы смесь успела подгореть при достижении поршнем нижней точки. Для повышения эффективности двигателя внутреннего сгорания необходимо регулировать угол наклона при увеличении скорости. Эти углы регулируются электронной системой автомобиля.
• Цикл выпуска. Когда поршень достигает своей нижней точки, давление выталкивает выхлопные газы из цилиндра через открытый выпускной клапан. После того, как поршень достигает наивысшей точки, сливной клапан снова закрывается, цикл работы повторяется.

Что значит четырехтактный двигатель и почему четыре такта

1. Теперь, когда вы более или менее представляете себе устройство четырехтактного двигателя, можно рассмотреть рабочий процесс.
   Он состоит из следующих ступеней: впуск — поршень опускается, цилиндр заполняется горючей смесью из карбюратора через впускной клапан, который открывается кулачком распределительного вала. При опускании поршня в корпусе создается отрицательное давление цилиндр, засасывая таким образом рабочую смесь, то есть воздух из паров топлива. Всасывание продолжается до тех пор, пока поршень не достигнет НМТ (нижней мертвой точки). В этот момент впускной клапан закрывается;
2. сжатие или сжатие — после достижения ВМТ поршень начинает двигаться в ВМТ (верхняя мертвая точка). При подъеме поршня происходит сжатие, сжимается смесь топлива и рабочего воздуха, давление внутри цилиндра увеличивается. Впускной и выпускной клапаны закрыты;
3. ход или расширение — в конце цикла сжатия (в ВМТ) рабочая смесь воспламеняется искрой в свече зажигания. Поршень мчится от микровзрыва до НМТ. Когда поршень движется из ВМТ в НМТ, смесь сгорает, и разбухающие газы толкают поршень, выполняя полезную работу. По этой причине движение поршня в этом такте называется рабочим ходом. Впускной и выпускной клапаны закрыты;
4. выпуск выхлопных газов — в последнем четвертом такте открывается выпускной клапан, поршень поднимается в наивысшую точку и выталкивает продукты сгорания из цилиндра в выхлопную систему, проходя через глушитель, попадают в атмосферу. После достижения поршнем ВМТ клапан сброса закрывается, затем цикл повторяется. Эти четыре хода представляют собой рабочий цикл двигателя. Сам ход относится к движению поршня вверх или вниз. Один оборот коленчатого вала соответствует двум ходам, а два оборота соответствуют 4 ходам. Отсюда и название четырехтактного двигателя.

Принцип работы и основная характеристика

Рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания (двигателя внутреннего сгорания) состоит из ряда процессов, которые увеличивают мощность двигателя за счет воздействия на коленчатый вал. Рабочий цикл состоит из нескольких этапов:

• цилиндр заполнен топливной смесью;
• смесь прессуется;
• топливная смесь воспламеняется;
• газы расширяются, и цилиндр очищается.

В двигателе внутреннего сгорания поршень движется в одном направлении (вниз или вверх). Коленчатый вал совершает один оборот за два цикла. Рабочим ходом поршня называется тот, при котором совершается полезная работа и сгоревшие газы расширяются.

Двухтактными двигателями называют двигатели, у которых цикл происходит при одном обороте коленчатого вала или в двухтактных. Четырехтактные агрегаты характеризуются завершением рабочего цикла за два оборота коленчатого вала или четырехтактными.

Основными характеристиками четырехтактного двигателя являются:

1. За счет движения рабочего поршня происходит обмен газов.
2. Агрегат оборудован газораспределительным механизмом, который позволяет включать и выключать полость цилиндра.
3. На время отдельного полуоборота коленвала происходит газообмен.
4. Коробки передач и цепной привод с ременным приводом позволяют изменять моменты впрыска бензина, зажигания и механизма газораспределения в зависимости от частоты вращения коленчатого вала.

Как устроен и работает четырехтактный движок

Работа 4-тактного двигателя позволяет вращать коленчатый вал, который передает движение на полный привод автомобиля через кривошипно-шатунный механизм. Самая простая одноцилиндровая конструкция состоит из:

• металлический корпус, состоящий из крышки и блока цилиндров;
• цилиндр, внутри которого поршень движется вверх и вниз;
• впускной и выпускной клапаны, подающие топливную смесь в камеру сгорания и отводящие выхлопные газы;
• поршень, который сжимает топливную смесь, вызывая воспламенение, а также вращает маховик коленчатого вала и, как следствие, колеса автомобиля;
• свечи зажигания, подающие искру в цилиндр, воспламеняющий горючую смесь (на бензиновых моделях);
• системы маслоснабжения внутри силового агрегата для смазки и охлаждения движущихся частей;
• контур жидкостного охлаждения, удаляющий излишки тепла от двигателя.

Модульный одноцилиндровый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания.

Противовес коленчатого вала необходим для устранения детонаций из-за неравномерного распределения импульса, возникающего из-за того, что зажигание происходит не каждый, а после одного оборота коленчатого вала.

Как работает четырехтактный двигатель:

1. Впуск (вращение кривошипа от 0 до 180 °): поршень опускается в нижнюю мертвую точку (PMI), впускной канал открывается одновременно, и смесь топлива и кислорода поступает в двигатель.
2. Сжатие (от 180 до 360 °): поршень поднимается в верхнюю мертвую точку (ВМТ), сжимая топливную смесь внутри.
3. Рабочий ход (от 360 до 540 °): топливо внутри цилиндра воспламеняется свечой зажигания (или по температуре — на дизельных двигателях) и поршень снова сбивается силой образовавшегося взрыва. Третий такт называется рабочим ходом, потому что именно в нем поршень совершает полезную работу, передавая крутящий момент на коленчатый вал, а затем на ведущее колесо (остальные такты ДВС происходят, наоборот, за счет движению кривошипно-шатунного механизма, поэтому КПД двигателя этого типа составляет около 40%).
4. Выпускной канал (кривошипная система от 540 ° до 720 °): в это время выпускной канал открывается, и поршень поднимается обратно в ВМТ, выталкивая отработанные газы в систему выпуска.

Рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя.

Степень сжатия трансмиссии и ее компрессия не совпадают. Первое значение — это отношение общего объема цилиндра к объему камеры сгорания, а второе — коэффициент сжатия, умноженный на коэффициент (1,2 для бензина или 1,7-2,0 для дизеля).

В чем особенность дизельных силовых агрегатов

Все ДВС можно разделить на две группы по принципу смесеобразования:

1. Бензин (карбюраторный или инжекторный) и газ — в которых топливо смешивается с воздухом перед поступлением в цилиндр.
2. Дизель: топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя на дизельных силовых агрегатах немного отличается от такового на бензине. Камеры сгорания содержат кислород, который нагревается до температуры, достаточной для воспламенения топлива. Прежде чем поршень достигнет верхней мертвой точки, в цилиндр впрыскивается жидкое дизельное топливо, которое форсунки разбрызгивают небольшими каплями для более быстрой реакции с нагретым воздухом.

4-х тактный дизельный двигатель.

Мощные дизельные двигатели могут иметь несколько форсунок на цилиндр.

Многоцилиндровые модели

Чем больше цилиндров у четырехтактного двигателя, тем больше общий объем камер сгорания, поэтому силовые агрегаты автомобилей оснащены большим количеством цилиндров. Чаще всего это число четное, чтобы обеспечить сбалансированность установки, но есть и трехцилиндровые модели.

Классификация двигателей для многоцилиндровых автомобилей:

• В линию: на одном коленчатом валу, параллельно друг другу;
• V-образный — два ряда цилиндров на коленчатом валу, расположенных под углом;
• VR-образная — аналогична предыдущей, но имеет меньший угол развала (около 15o).

Двигатель внутреннего сгорания в ряду в разрезе.

Чтобы многоцилиндровый двигатель работал плавно, ходы различных цилиндров должны чередоваться в определенной последовательности и через равные промежутки времени. Примерный порядок работы четырехцилиндрового двигателя внутреннего сгорания:

Таблица представлена ​​в качестве примера. Порядок работы цилиндров индивидуален для каждой модели силового агрегата, точные номера можно найти в документации на автомобиль.

От чего зависит мощность четырехтактного мотора

Основными параметрами, влияющими на мощность силового агрегата, являются:

• общий объем цилиндров;
• частота вращения вала двигателя;
• прохождение входных и выходных отверстий;
• уровень сжатия топливной смеси.

Мощность также увеличивается при максимальном заполнении цилиндров, поэтому были изобретены турбины, которые дополнительно нагнетают кислород в камеру сгорания.

Схема турбонаддува двигателя с турбонаддувом.

Устройство автомобиля для чайников

Каждый штифт имеет два шатуна: на первом — шатун первого и четвертого цилиндров, на втором — второго и пятого, на третьем — третьего и шестого цилиндров. Кривошипно-шатунные механизмы V-образных четырехтактных двигателей и схемы их работы показаны на рисунке 3.

Порядок работы цилиндров в таком двигателе 1-4-2-5-3-6.

В этих двигателях невозможно добиться равномерного чередования ходов цилиндров. Они проходят через 90˚ и 150˚.

При движении первого цилиндра четвертый цилиндр начинается под углом 90 °, второй цилиндр — под углом 150 °, пятый — под 90 ° и шестой — под 150 °, что является существенным недостатком данного конструктивного решения для расположение цилиндров в шестицилиндровом двигателе.

Эксплуатационные показатели

Теперь о производительности.

Емкость литров.

Во многом по этим показателям двухтактные двигатели лучше. Влияет энергия, затраченная и полученная на выполнение рабочего цикла.

В двухтактном двигателе каждый оборот представляет собой полный цикл, что дает более высокий показатель мощности в литрах, то есть отношение объема цилиндра к мощности. В среднем мощность в литрах двухтактного двигателя в 1,5 раза выше, чем у четырехтактного.

Удельная мощность.

Еще один показатель того, что двухтактный двигатель превосходит четырехтактный, — это удельная мощность.

Этот показатель характеризует соотношение между отдаваемой мощностью и полной массой двигателя.

Потеряв показатели мощности, 4-х тактный двигатель лучше по расходу топлива.

Он подает смесь дозированно, через входное окно, а выходное отверстие закрыто.

В двухтактном двигателе есть момент, когда выходное и байпасное окна открыты, при этом поступающее топливо частично выходит через выходное окно вместе с продуктами сгорания, т.е часть топлива в процессе не участвует, а просто летит в атмосферу.

Смазка двигателя.

4-х тактный двигатель имеет систему смазки, которая смазывает все агрегаты, но при этом масло циркулирует по замкнутой системе, его потери незначительны и в основном из-за износа двигателя.

Смазка двухтактного двигателя осуществляется вместе с топливом, а это значит, что, выполнив свою функцию, масло попадает в цилиндр, где горит.

Надежность двигателей.

Что касается надежности конструкции этих двигателей, то здесь довольно интересная ситуация.

Конструктивно двухтактный двигатель проще и поэтому надежнее. Но 4-тактный двигатель имеет более совершенную систему смазки, которая обеспечивает более длительный срок службы двигателя.

Получается, что оба двигателя надежны, но каждый по-своему. Но в плане ремонтопригодности двухтактный двигатель даже лучше.

Такая же совместная смазка с топливом в 2-тактных двигателях также влияет на экологичность этого двигателя. Горящее масло больше всего способствует загрязнению воздуха.

Комбинация рабочих ходов в 2-тактном двигателе влияет на уровень шума установки, он немного выше, чем у 4-тактного агрегата.

Но отсутствие дополнительных систем и механизмов обеспечивает более легкую и менее металлоемкую конструкцию, что сказывается на общем весе установки.

Положительную роль играет и более сложная конструкция 4-тактной конфигурации.

Эти двигатели могут модернизировать топливную систему, используя системы впрыска с раздельной подачей топлива и воздуха в цилиндры, что увеличивает мощность и экономичность двигателей.

В 2-тактных двигателях возможность улучшения ограничена тем же смазочным материалом вместе с топливом. Хотя предпринимаются попытки улучшить характеристики этих двигателей.