Принцип работы четырёхтактного двигателя

1 ≫

Сегодня редко встретишь человека, который не имел бы понятия о двигателях

внутреннего сгорания (ДВС). Не один десяток транспортных средств, бензогенераторов и

любых иных устройств, использующие в качестве привода тактный двигатель

внутреннего сгорания (ДВС).

4 х тактный двигатель

Немного истории

Уже в 19 веке, в связи с тем, что устройства в промышленности и различные механизмы

нуждались в создании привода, которые отличался особенной эффективностью. Это и

послужило поводом для появления двигателя такого типа. На тот момент, в ходу был

двигатель, работающий на пару. Но он обладал массой недостатков – низким КПД,

большими габаритами и нуждался в квалифицированном обслуживании с большой

временной затратой на его запуск и остановку.

Промышленности был необходим новый агрегат, у которого не было бы подобных

недостатков. Таким агрегатом стал ДВС, у которого за счет сгорания химической энергии

топлива в рабочей зоне, преобразуясь, тем самым, в механическую работу. Из-за

сильного шума, токсичных выбросов их нельзя назвать совершенными, но из-за своей

автономности эти двигатели получили огромное распространение. Есть еще один

недостаток, который относится к основным – это возможность производить высокую

мощность только в условиях узкого диапазона оборотов. В связи с этим к основным

атрибутам ДВС относится трансмиссия и стартер. Также для ДВС необходимы:

топливная система – подается топливная смесь;
выхлопная система – отвод выхлопных газов.

Есть, конечно, случаи, когда нет необходимости в сложной трансмиссии – таким примером

Виды ДВС

Двигатели различают по виду потребляемого ими топлива и могут различаться на:

Карбюраторные – этот тип моторов характеризуется работой на бензине при

принудительном зажигании. Принцип работы основан на поступлении топлива в

цилиндры после того, как смешивается с воздухом.

Дизельные – характеризуется своей работой на дизеле. Принцип работы агрегата

основан на работе форсунок – смешивание дизельного топлива с воздухом в

цилиндре.

Газовые – принцип работы заключается на пропано-бутановом газе. Перед

подачей газа в цилиндры, в карбюраторе происходит смешивание газа с воздухом.

Рабочий процесс

Рабочий процесс четырехтактного агрегата заключена в совершении ряда задач,

принцип которых заключается в усиление мощности, воздействующей на коленвал

двигателя. Такие функции, как:

Впуск – за счет движения поршня вниз происходит заполнение цилиндра горючей

смесью;

Сжатие – за счет движения поршня вверх происходит сжатие рабочей смеси;

Расширение или рабочий ход – смесь воспламеняется за счет сжатия или

электрической искры, образуя горючие газы, которые приводят поршень к

движению в ВМТ. Расширение газов происходит от взрывной силы и приводит к

движению поршня в НМТ;

четвертый такт или выпуск – поршень начинает подниматься в верхнюю точку, что

приводит к выталкиванию продуктов сгорания из цилиндра.

Все эти 4 такта составляют рабочий цикл мотора.

Тогда появляется вполне разумный вопрос – что такое такт? Такт представляет собой

движение (вверх или вниз) поршня. Один оборот коленвала равен двум тактам. А тот

такт, который сопровождается расширением сгоревших газов и приводит к совершению

полезной работы, относится к рабочему ходу поршня. Таким образом, два оборота

коленвала равно 4 тактам – что послужило названием четырехтактного двигателя.

Устройство ДВС Невозможно понять принцип работы тактного движка без ознакомления с его

основными составляющими, к которым можно отнести:

Один (бывает несколько) блок цилиндров;
Кривошипно-шатунный механизм, который состоит из коленвала, поршней и

шатунов;

Головка блока с газораспределительным механизмом (ГРМ).

Кривошипно-шатунного механизм принцип работы которого связан с преобразованием

поступательно-возвратного движения поршней во вращение коленвала. Этому движению

способствует энергия, которая получается в цилиндрах от сгорания топлива.

Для отлаженной работы этого механизма необходим ГРМ, принцип его работы основан

в открытии впускных и выпускных клапанов, для того чтобы впустить рабочую смесь и

выпустить отработавшие газы. В составе ГРМ может быть более одного распредвала,

которые имеют кулачки, толкающие клапаны, клапанов и возвратных пружин.

Бесперебойную работу четырехтактного движка обеспечивают вспомогательные

системы с четко налаженной работой:

Система зажигания. Отвечает за то, чтобы в цилиндрах воспламенялась горючая

смесь;

Выпускная система. Отвечает за подачу воздуха для того, чтобы происходило

образование рабочей смеси;

Топливная система. Отвечает за то, чтобы непрерывно осуществлялась подача

топлива, в том числе для получения смеси воздуха с горючим;

Система смазки – для того, чтобы регулярно смазывались трущиеся детали с

одновременным удалением продуктов износа;

Выхлопная система. Принцип этой системы заключается в удалении

отработанных газов из цилиндров и снижение токсичности;

Система охлаждения. Следит за тем, чтобы поддерживать температуру для

налаженной работы движка.

Описание одного цикла

Как уже говорилось выше, один цикл равен 4 тактам.

В течение первого тактного хода происходит толчок кулачком распредвала на

впускной клапан, в результате чего он открывается, и поршень начинает движение

вниз. В цилиндре, за счет разряжения, идет поступление в него рабочей смеси.

Шатуном, через поршень придается сообщение движения коленвалу, который

проворачивается на 0,5 оборота (180 градусов) в момент, когда поршнем

достигнута НМТ.

В течение второго тактного хода (сжатие) – впускной клапан закрывается.

Поршень, в свою очередь начинает движение вверх, тем самым, осуществляя

сжатие и нагрев рабочей смеси. К концу тактного хода, принцип заключается в

подаче электрического разряда на свечу при помощи системы зажигания, что

приводит к образованию искры, с помощью которой происходит поджиг сжатой

топливно-воздушной смеси. Коленвал проворачивается еще на 0,5 оборота. Таким

образом, коленвал за два тактного хода выполнил один (360 градусов) полный

оборот.

В течение третьего тактного хода, его еще называют рабочий ход – в результате

которого газы, образованные во время сгорания топлива расширяются, и приводят

в движение поршень к нижнему крайнему положению. Коленвалу через шатун

передается энергия поршнем, заставляя его проворачиваться еще на 0,5 оборота.

 Достигнув НМТ, начинается 4 такт – выпуск. В течение этого тактного хода

кулачок распредвала толчком открывает выпускной клапан, происходит движение

поршня вверх, который и выгоняет из цилиндра отработанные газы. Коленвал

вновь проворачивается на 0,5 оборота.

Установка четырехтактного движка может иметь несколько цилиндров. Чтобы

обеспечить равномерную и отлаженную работу движку в разных цилиндрах одновременно

совершаются разные такты, и на каждый поворот коленвала в каком-то из цилиндров осуществляется рабочий ход. Это дает возможность уравновесить силы, оказывающие

действие на коленвал за счет снижения вибраций, тем самым, обеспечивая ровную работу

четырехтактного силового агрегата (ДВС).

Похожие темы

Всегда будьте в курсе наших новостей

Подпишись на ежедневную рассылку лучших новостей

Подписка бесплатна для любых мобильных абонентов Вы можете отказаться от рассылки в любой момент

Размещенная на сайте информация является собственностью администрации сайта и охраняется законом об авторском праве. Копирование информации возможно только при размещении активной гиперссылкой на страницу-источник.

Материалы: http://autodont.ru/dvigatel/rabota-chetyryoxtaktnogo-dvigatelya

2 ≫

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

- Такт сжатия

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

Такт расширения, или рабочий ход

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

Гивка наглядно демонстрирует процесс работы четырехтактного двигателя

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

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

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

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

При движении поршня от ВМТ к НМТ вследствие образующегося разряжения из воздухоочистителя в полость цилиндра через открытый впускной клапан поступает атмосферный воздух.

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

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

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

Все холостые ходы (впуск, сжатие, выпуск) совершаются за счёт кинетической энергии, запасённой кривошипно0шатунным механизмом и связанными с ним деталями во время рабочего хода, в процессе которого химическая энергия топлива превращается в механическую энергию движущихся частей двигателя. Поскольку сгорание происходит в доли секунд, то оно сопровождается быстрым увеличением нагрузки на крышку (головку) цилиндра, поршень и другие детали двигателя внутреннего сгорания. Наличие такой нагрузки неизбежно приводит к необходимости увеличить массу движущихся деталей (для повышения прочности), что в свою очередь сопровождается ростом инерционных нагрузок на движущиеся детали.

Уступают по мощности двухтактным.

Специализированное, мощное оборудование для ремонта и обслуживания. Четырехтактные ДВС имеют большие размеры, их детали более объёмны, сложны. Для осуществляеня ремонта таких двигателей, необходимо использовать тяжелое гаражное оборудование: стенды-кантователи, стенды для ремонта ДВС, кран-манипулятор и т.д.

-четырехтактный двигатель работает тише и устойчивей.

В отличие от двухтактного двигателя, в котором смазка коленвала, подшипников коленвала, компрессионных колец, поршня, пальца поршня и цилиндра осуществляется благодаря добавлению масла в топливо; коленвал четырехтакного двигателя находится в маслянной ванне. Благодаря этому нет необходимости смешивать бензин с маслом или доливать масло в специальный бачок. Достаточно залить чистый бензин в топливный бак и можно ехать, при этом отпадает необходимость покупки специального масла для 2-тактных двигателей.

Так же на зеркале поршня и стенках глушителя и выхлопной трубы образуется значительно меньше нагара. К тому же, в 2-тактном двигателе происходит выброс топливной смеси в выхлопную трубу, что объясняется его конструкцией.

Материалы: http://www.studiplom.ru/Technology-DVS/4-x_DVS.html

3 ≫

Дорогой друг, сегодня поговорим о том, что значит четырехтактный двигатель. О истории его изобретения, принципе работы, особенностях, технических характеристиках и сферах применения.

Конечно, если у вас есть водительское удостоверение, то вы по крайней мере слышали этот термин, когда учились в автошколе. Но вряд ли тогда стали вникать во все тонкости, поэтому сейчас самое время разобраться, что же там происходит под капотом вашего железного коня.

В 19 веке уже были двигатели, но это были в основном большие механизмы, работающие на пару. Они конечно частично обеспечивали развивающуюся промышленность, но имели много недостатков.

Были тяжелые, имели низкий КПД, большие габариты, требовалось много времени на запуск и остановку, для эксплуатации нужны были квалифицированные рабочие.

Промышленникам нужен был новый агрегат без перечисленных недостатков они уже поняли что значит четырехтактный двигатель. И как при определенных условиях с его помощью можно повысить прибыль.

Его и разработал изобретатель Эжен-Альфонс Бо де Роша, а в 1867 году воплотил в металл Николаус Август Отто.

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

Работало устройство по особому алгоритму, который и сейчас называют «цикл Отто». Спустя 8 лет, после запуска первого экземпляра, компания Отто выпускала уже более 600 силовых установок в год.

Очень быстро, из-за автономности и компактности, двигатели внутреннего сгорания получили широкое распространение.

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.

Теперь, когда вы более-менее представляете устройство четырехтактного двигателя, можно рассмотреть рабочий процесс.

Он состоит из следующих этапов:впуск – поршень движется вниз, цилиндр заполняется горючей смесью из карбюратора через впускной клапан, который открываются кулачком распределительного вала.При движении поршня вниз, создается отрицательное давление в цилиндре, тем самым происходит всасывание рабочей смеси, а именно воздуха с парами топлива. Впуск продолжается пока поршень не достигнет НМТ (нижняя мертвая точка). В этот момент закрывается впускной клапан;

сжатие или компрессия – после того как будет достигнута НМТ поршень начинает двигаться вверх к ВМТ (верхняя мертвая точка). При движении поршня вверх происходит сжатие, рабочая топливо-воздушная смесь сжимается, давление внутри цилиндра возрастает. Впускной и выпускной клапан закрыты;

рабочий ход или расширение – в конце цикла сжатия (в ВМТ), рабочая смесь воспламеняется от искры в свече зажигания. Поршень от микровзрыва устремляется к НМТ.В процессе движения поршня от ВМТ к НМТ смесь сгорает, а увеличивающиеся в объеме газы толкают поршень, выполняя полезную работу. Именно по этой причине движение поршня в этом такте назвали рабочий ход. Впускной и выпускной клапан закрыты;

выпуск выхлопных газов – в заключительном четвертом такте открывается выпускной клапан, поршень поднимается в верхнюю точку и выталкивает продукты сгорания из цилиндра в выхлопную систему, пройдя через глушитель, они попадают в атмосферу. После достижения поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается, затем цикл повторяется. Эти четыре такта представляют собой рабочий цикл мотора. Тактом же именуется движение поршня вверх или вниз. Один оборот коленчатого вала соответствует двум тактам, а два оборота – 4 тактам. Отсюда пошло название четырёхтактного двигателя.

Тут вроде бы всё ясно — мощность поршневого двигателя в основном определяется:

объёмом цилиндров;
степенью сжатия рабочей смеси;
частотой вращения.

Поднять мощность четырехтактного двигателя также можно повысив пропускную способность тактов всасывания и выхлопа, увеличив диаметр клапанов (особенно впускных).

Так же максимальная мощность получается при максимальном заполнении цилиндров, для этого используют турбины принудительной подкачки воздуха в цилиндр. В следствии чего повышается давление в цилиндре и соответственно КПД двигателя значительно возрастает.

Четырёхтактные двигатели бывают бензиновыми и дизельными. Применяются эти двигатели на транспортных или стационарных энергоустановках. Использовать такой двигатель рекомендуется в случаях, когда есть возможность регулировать соотношение оборотов, мощности и крутящего момента.

Например, если двигатель, работает в паре с электрогенератором, то нужно выдерживать нужный диапазон оборотов. А при использование промежуточных передач, четырёхтактный двигатель можно адаптировать к нагрузкам в достаточно широких пределах. То есть использовать в автомобилях.

Вернёмся к истокам его создания. В группе изобретателя Отто работал очень талантливый инженер Готлиб Даймлер, он понял что значит четырехтактный двигатель, его перспективы развития, и предложил на базе четырёхтактного двигателя построить автомобиль. Но шеф не посчитал нужным что-то менять в двигателе, и Даймлер, увлеченный своей идеей, покинул мэтра.

И через некоторое время, вместе с другим энтузиастом Карлом Бенцом в 1889 году создали автомобиль, который приводился в движение именно бензиновым четырехтактным двигателем внутреннего сгорания изобретателя Отто.

Эта технология с успехом используется и сегодня. В случаях, когда силовая установка работает на переходных режимах или режимах со снятием частичной мощности ‒ она незаменима, так как обеспечивает стабильную устойчивость процесса.

Теперь, дорогой друг, ты в общих чертах знаешь что значит четырехтактный двигатель, где он используется. Теперь ты стал на голову выше. Но не скупись полученой информацией, поделись с друзьями. К твоим услугам кнопки социальных сетей.

Да и подписаться можно на наш блог, чтобы всегда быть в курсе интересного материала, а его всегда много и будет еще больше.

До новых встреч!