Отличия 2-х тактного от 4-х тактного двигателя

Это общий вопрос, который многих интересует, особенно когда стоит выбор перед покупкой бензоинструмента с разными типами двигателей. У каждого типа двигателя есть свои преимущества и недостатки, которые мы постараемся изложить в этой статье. Давайте начнем…

Основное отличие двухтактных и четырехтактных двигателей в основном сосредоточена вокруг области применения, для которой используется двигатель. Небольшие двигателя, работающие на высоких оборотах, как правило, двухтактные. Более крупные двигателя, с большим крутящим моментом при более низких оборотах, обычно имеют 4-тактные двигателя.

Принцип работы двигателя.

Совокупность периодически повторяющихся в определенной последовательности процессов, в результате которых происходит преобразование тепловой энергии в механическую называется замкнутым рабочим циклом. А именно двигатель приводится в движение с помощью поршня, который движется вверх и вниз в цилиндре, за счет возгорания смеси из бензина и воздуха. Бензиновые двигатели используют электрическую искру для зажигания горючей смеси, от сгорания которой создается давление, необходимое для движение поршня. Этот процесс происходит в вакууме и изолирован в блоке цилиндра.

Рабочий цикл, включающий в себя подачу бензина и воздуха, воспламенение горючей смеси, выталкивание отработанных газов, и повторяется тысячи раз в минуту. Так для оборота коленчатого вала на 360 ° или одного оборота, поршень должен перемещаться из своей наивысшей точки, верхней мертвой точки (ВМТ), в свою нижнюю точку, в нижнюю мертвую точку (НМТ), а затем обратно в ВМТ. К примеру, при 1000 оборотах в минуту рабочий цикл происходит 1000 раз в минуту.

По этому принципу работают все двигатели внутреннего сгорания, разница между 4-тактным и 2-тактным двигателями заключается в действиях, при которых происходит подача, сжатие топлива, выхлоп газов.

Как работает двухтактный двигатель?

Двухтактный двигатель не использует впускные и выпускные клапаны, для подачи горючей смеси и вывода отработанных газов из камеры сгорания. За полный рабочий цикл, то есть за  один ход коленчатого вала выполняется два такта.

Вместо клапанов двухтактный двигатель имеет впускной и выпускной каналы – отверстия в боковой части цилиндра, которые совпадают с предварительно рассчитанным положением поршня, где поршень  используется для закрытия или открытия этих каналов.

Впускной канал расположен чуть ниже положения ВМТ (верхняя мертвая точка) и когда поршень движется вверх из НМТ, этот канал открыт и производится подача топливной смеси в камеру сгорания. Когда поршень проходит мимо впускного канала, боковая стенка поршня блокирует отверстие, а свеча зажигания зажигает топливо. Сжатие происходит из-за движения поршня к ВМТ, закрывающего впускное отверстие, в сочетании с одновременным сгоранием. Таким образом, такт сжатия и зажигания происходит как одно целое.

Выпускной канал находится на противоположной стороне цилиндра рядом с ВМТ. Когда поршень приближается к самой низкой точке (НМТ), он проходит через выпускной канал открывая его, в результате чего выходят сгоревшие газы.

Рабочий цикл двухтактного двигателя.

Такт 1: впуск и зажигание горючей смеси

Когда поршень движется вверх, топливо и воздух нагнетаются в камеру сгорания и свеча зажигания дает искру. Это происходит как раз перед тем, как поршень достигает ВМТ.

Такт 2: Сжатие и Выхлоп

В положении ВМТ поршень блокирует впускное отверстие, герметизируя камеру сгорания, и в результате воспламенения смеси температура и давление газов резко возрастают. Под этим действием поршень перемещается вниз к НМТ. В самой нижней точке выпускное отверстие больше не закрыто поршнем, и происходит выход отработанных газов.

Как работает четырехтактный двигатель?

Четырехтактный двигатель разделяет каждый этап: процесс сгорания и выпуска на четыре отдельных шага или такта.

Чтобы топливо могло попасть в камеру сгорания, непосредственно перед тем, как поршень достигнет ВМТ, открывается впускной клапан, позволяющий подавать топливно-воздушную смесь из карбюратора или системы впрыска топлива. Когда в камеру сгорания поступает достаточно топлива, клапан закрывается и создается вакуум и герметизация цилиндра. После свеча зажигания дает искру вызывающую воспламенение горючей смеси (взрыв смеси), это заставляет поршень двигаться вниз. Затем открывается выпускной клапан, позволяющий отходящим газам выходить. В это время герметизация нарушается, что вызывает декомпрессию в цилиндре, и импульс коленчатого вала толкает поршень обратно в верхнее положение ВМТ, и весь процесс начинается заново.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя.

такт 1: впуск

Во время первого такта поршень начинает движение от ВМТ и заканчивается в НМТ, в этот момент клапан впрыска находится в открытом положении и поршень втягивает топливовоздушную смесь в цилиндр, путем создания вакуума.

такт 2: сжатие

Второй такт начинается в НМТ и заканчивается в ВМТ, то есть сразу после поступления горючей смеси в цилиндр, поршень поднимаясь сжимает ее, подготавливая к возгоранию во время рабочего хода. Впускной и выпускной клапана на этом этапе закрыты.

такт 3: воспламенение

В этот момент коленвал завершил полный оборот на 360 градусов и пока поршень находится в ВМТ (конец такта сжатия), сжатый воздух и топливо воспламеняется от свечи зажигания (в бензиновом двигателе) и затем под действием силы взрыва поршень совершает рабочий ход вниз к НМТ и производит механическую работу для поворота коленвала.

такт 4: выпуск

 После возгорания горючей смеси поршень сначала опускается к НМТ и затем поднимается к ВМТ. Двигаясь (поршень) к ВМТ выталкивает из цилиндра продукты сгорания  через открытый выпускной клапан.

Механические Различия | 2-х тактного и 4-х тактного двигателей.

При рассмотрении, различия этих двигателей выходят за рамки основного процесса сгорания. Четырехтактный двигатель имеет клапана находящиеся в головке блока цилиндров, работающие  независимо друг от друга, и требующие особого контроля, чтобы открываться и закрываться точно в нужный момент. Другими словами – газораспределительный механизм, работа которого регулируется механически с помощью цепи или ремня ГРМ, которая приводит в движение распределительный вал, в тех случаях, если в двигателе больше одного цилиндра. Этому способствуют гидравлические подъемники, которые используют давление моторного масла для подъема клапанов.

Ремень ГРМ приводится в движение коленвалом в нижней части двигателя и затем ремень (цепь) приводит в движение распределительный вал (газораспределительный механизм). При вращении вала кулачки прижимаются к коромыслам или толкателям клапанов, чтобы открывать и закрывать клапаны. Распределительные валы работают с помощью клапанных кулис, которые непосредственно соприкасаются с кулачком и клапаном.

Четырехтактный двигатель имеет полностью герметичный цилиндр, клапана открываются только сверху, в камеру сгорания. Таким образом, масло, смазывающее двигатель, не попадает в камеру сгорания. В двухтактном двигателе все иначе, когда поршень проходит через впускное отверстие, камера сгорания открыта, а это означает, что масло свободно попадает в цилиндр и смешивается с топливом. Именно поэтому, в двухтактных двигателях для смазки двигателя используется масло другого типа, которое сгорает вместе с топливом. Смешивание топлива с маслом производят перед заливкой в бак.

Производительность.

Двухтактный двигатель имеет меньше компонентов и поэтому легче и компактнее, это предпочтительней для агрегатов, которые пользователю необходимо держать на весу или удерживать. Ручные инструменты, такие как бензопилы и садовые инструменты, работающие на бензине, являются хорошим примером весового преимущества двухтактных двигателей. Уменьшение веса машины облегчает управление и удержание одновременно.

Также двухтактный двигатель имеет более низкую степень сжатие и вращается более свободно. Это приводит к более быстрой реакции при увеличении подачи топлива и набирают обороты намного быстрее, чем четырехтактные.

При запуске двигателя при помощи ручного стартера более низкое сжатие означает, что для запуска двигателя требует меньших усилий. Для ручного запуска 4-тактных двигателей используют декомпрессионное устройство для открытия клапанов и снижения компрессии, а это означает, что двигатель должен иметь дополнительные механические компоненты, увеличивая вес и добавляя процедуры при техническом обслуживании и ремонте. Если 4-тактный двигатель оборудован электростартером, то декомпрессионное устройство не требуется, так как электродвигатель достаточно мощный, чтобы преодолеть сжатие и запустить двигатель.

Недостатком 2-тактных двигателей является то, что они плохо работают на низких оборотах и имеют оптимальный диапазон мощности только на высоких оборотах – когда двигатель встречает слишком большое сопротивление, обороты могут упасть, что приводит к потере мощности и возникает большая вероятность остановки двигателя.

4-тактный двигатель более устойчив при усилении сопротивления (нагрузки), пример: при увеличении нагрузки на двигатель генератора число оборотов в минуту падает и быстро восстанавливается, для поддержания постоянного количества числа оборотов, необходимых для выработки стабильного электрического тока.

Из-за этих ограничений двухтактные двигатели не используют в больших мотоциклах и других транспортных средствах, так как вес машин слишком велик для стабильной работы двигателя. Они также не всегда подходят для генераторов, поскольку генератор предполагает большие перепады нагрузки на двигатель.

В то время как 4-тактный двигатель стабилен при работе на низких оборотах, он не может ускоряться так же быстро, как 2-тактный двигатель. Время задержки является распространенным явлением, когда 4-тактный двигатель должен ускориться, так как механическая работа, связанная с работой клапанов требует времени – это и приводит к основной причине задержке ускорения.

Поскольку 4-тактным двигателям требуется больше времени для ускорения, 2-тактные двигатели являются предпочтительными для высокопроизводительных мотоциклов и моторных лодок. Хотя это можно применять только в том случае, если мотоцикл или лодка не слишком тяжелые. Облегченное транспортное средство, приводимое в действие двухтактным двигателем, имеет лучшее ускорение, если обороты остаются достаточно высокими, чтобы поддерживать оптимальную работу двигателя в диапазоне высоких оборотов.

Техническое обслуживание и ремонт

Двухтактный двигатель требует частого технического обслуживания, это вызвано тем, что моторное масло смешивается с топливом, а масло в свою очередь при сгорании с топливом оставляет черный след (диоксид и оксид углерода) на свече зажигания и требует периодичной очистки свечи. Также остатки масла накапливаются в карбюраторе, и требует своевременного обслуживания.

Топливная смесь для работы 2-тактного двигателя требует особого внимания: если в топливной смеси слишком много масла, сгорание будет не полным. Это снижает производительность двигателя и потребует более частой очистки свечи зажигания и карбюратора; если в топливной смеси слишком мало масла, это может привести к недостаточной смазке блока цилиндра, перегреву и сокращению срока службы двигателя.

Двухтактный двигатель нуждается в частом техническом обслуживании, но эти процедуры просты в исполнении и недороги. Текущее техническое обслуживание 4-тактного двигателя проводиться через определенное количество моточасов или километров. По сравнению с двухтактным двигателем, он не такой частый по времени, но более сложный и дороже. Поскольку современные 4-тактные двигатели используют гидравлические подъемники для управления клапанами, особое внимание следует уделять уровню и типу используемого масла. Так как давление масла и его вязкость напрямую влияют на работу гидравлических подъемников клапанов.

Если уровень масла слишком низкий или неисправен масляный насос, давление масла будет ниже, чем должно быть. Низкое давление масла приводит к неисправности клапанов и может легко привести к поломке двигателя или серьезному повреждению. Если давление масла слишком высокое из-за переполнения масляного картера, двигатель также будет поврежден. Ремонт клапанов двигателя – сложная и дорогостоящая процедура, поэтому крайне важно, чтобы 4-тактный двигатель всегда работал при правильном давлении масла, используя правильный тип масла.

При сравнении технического обслуживания и ремонту двухтактные двигатели проще и обойдутся дешевле. Из-за своей простоты двухтактный двигатель намного легче разобрать и собрать, это занимает меньше времени и требует меньше навыков для ремонта. Отсутствие клапанов или масляного насоса, означает – меньше проблем. В четырехтактным двигателе при длительном использовании клапана будут нуждаться во внимании. С течением времени изнашиваются уплотнения и прокладки штока клапана, а также сами клапана и отверстия клапанов в головке двигателя. Снятие и ремонт клапанов – это сложная операция и требует вмешательство специалиста.

Уровень шума

Когда дело доходит до уровня шума, 4-тактные двигатели, как правило, на холостом ходу работают тише.

Please follow and like us:

Первый пятитактный поршневой двигатель — DRIVE2

Двигатель с нечетным числом тактов — это, согласитесь, немного странно. На сегодняшний день у нас существуют двух-, четырех- и даже шеститактные двигатели (сразу после фазы «выпуска» в цилиндры впрыскивается вода для создания пара и получения двух дополнительных свободных тактов вследствие отходящего тепла). Теория пятитактного мотора была изобретена Герхардом Шмитцем довольно давно, и только сейчас британской компании Ilmor удалось создать полностью функциональный прототип.
Будучи разработчиком и поставщиком двигателей для Формулы-1 и Indycar, Ilmor построил то, что многие считали абсурдом, — пятитактный бензиновый мотор, который более эффективен, чем традиционные «четырехтактники». Если вы думаете, что это очень комплексное изобретение, то вы ошибаетесь: его принцип работы довольно прост.
Нормальный четырехтактный ДВС, который можно найти в любом автомобиле, работает в 4 этапа: впуск (поршень идет вниз, всасывая воздушно-топливную смесь), сжатие (поршень идет вверх, сжимая смесь), рабочий ход (искра свечи воспламеняет смесь и посылает поршень вниз), выпуск (поршень идет вверх, выпуская горячие отработавшие газы).
Для человека, имеющего поверхностные знания об автомобилях, все это выглядит, как очень эффективный способ, однако много энергии тратится впустую в фазах «рабочего хода» и «выпуска», поскольку процесс генерирует огромное количество тепла, которое в сущности нужно отводить во избежание проблем. Не говоря уже о том, что из четырех тактов только один рабочий, а остальные три осуществляются инерцией маховика или другими цилиндрами.
Пятитактный концепт использует два активных цилиндра (высокое давление), которые работают по классической 4-тактной схеме, и третий наращивающий центральный цилиндр (низкое давление).
Ключевой момент здесь — дополнительный цилиндр, который поочередно используется другими двумя, чтобы загрузить дополнительное давление сразу после окончания рабочего хода. Как только поршень достигает нижней части цилиндра, выпускной клапан открывается, позволяя горячему расширяющемуся газу выйти из цилиндра. Обычно он выходит через выхлопную трубу, но это ведь чистая потеря энергии.
Вместо этого все еще горячий газ сбрасывается в третий цилиндр, толкая его вниз и создавая дополнительный пятый такт, дающий коленвалу лишние 180 градусов вращения.
В целом пятитактный двигатель обеспечивает расход топлива и уровень выбросов, сопоставимый с современными дизельными двигателями. 700-кубовый турбированный пятитактный мотор, собранный Ilmor, выдает 130 л. с. (более 185 л. с. на литр) и 166 Нм, что на 7 л. с. больше, чем у «фордовского» 1-литрового EcoBoost. Он потребляет 226 грамм бензина на 1 кВтч (измерения проходили на испытательном стенде при оптимальной работе двигателя, так что в реальности цифры будут немного другие).
Ну и видео:

Четырёхтактный двигатель — это… Что такое Четырёхтактный двигатель?

Четырёхтактный двигатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания, в котором рабочий процесс в каждом из цилиндров совершается за два оборота коленчатого вала, то есть за четыре хода поршня (такта). Этими тактами являются:

1. Впуск — (такт впуска, поршень идёт вниз) свежая порция топливо-воздушной смеси всасывается в цилиндр через открытый впускной клапан.
2. Сжатие (такт сжатия, поршень идёт вверх) впускной и выпускной клапаны закрыты, и топливо-воздушная смесь сжимается в объёме.
3. Рабочий ход (такт рабочего хода, поршень идёт вниз) сжатое топливо воспламеняется свечой зажигания, расположенной над поршнем, при сгорании высвобождается энергия, которая воздействует на поршень, заставляя его двигаться вниз. Фактически на такте рабочего хода происходит работа двигателя.
4. Выпуск (такт выпуска, поршень идёт вверх) на этом такте открываются выпускные клапаны, и выхлопные газы, проходя через них, очищают цилиндр.

По окончании 4-го такта всё повторяется в том же порядке.

История

Цикл Отто

Четырёхтактный двигатель впервые был запатентован Алфоном де Роше (англ.) в 1861 году. До этого около 1854—1857 годов два итальянца (Евгенио Барсанти и Феличе Матоцци) изобрели двигатель, который, по имеющейся информации, мог быть очень похож на четырёхтактный двигатель, однако тот патент был утерян.

Первым человеком, реально построившим четырёхтактный двигатель, был немецкий инженер Николаус Отто. Вот почему четырёхтактный принцип сегодня известен, в основном, как цикл Отто, а четырёхтактный двигатель, использующий свечи зажигания, часто называется двигателем Отто.

Цикл Отто состоит из адиабатического сжатия, сообщения теплоты при постоянном объёме, адиабатического расширения и отдачи теплоты при постоянном объёме. В случае четырёхтактного цикла Отто имеется также изобарическое сжатие и изобарическое расширение, которые обычно не рассматриваются, так как в идеализированном процессе они не играют роли в сообщении рабочему газу теплоты или в совершении газом работы.

Октановое число топлива

Мощность на коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания передаётся на вал от расширяющихся газов, в основном, во время такта рабочего хода. Сжатие топливо-воздушной смеси до очень малого объёма повышает эффективность рабочего хода, но увеличение степени сжатия в цилиндре также сильнее нагревает сжимающуюся топливо-воздушную смесь (согласно закону Шарля).

Если топливо легковоспламеняемое, с низкой температурой вспышки, то это может привести к возгоранию топливо-воздушной смеси до того, как поршень достигнет верхней мёртвой точки. Это, в свою очередь, будет заставлять поршень двигаться в сторону, противоположную требуемому направлению вращения коленчатого вала. Топливо, которое воспламеняется в верхней мёртвой точке, но до того, как поршень начнёт двигаться вниз, может повредить поршень и цилиндр из-за наличия в малом объёме очень большого количества тепловой энергии, не имеющей возможности выхода. Это повреждение часто проявляет себя как стук двигателя, и оно ведёт к перманентному повреждению двигателя, если случается постоянно.

Октановое число является мерой сопротивления топлива к самовоспламенению под воздействием возрастающих температур. Топлива с более высокими октановыми числами позволяют осуществлять более высокую степень сжатия без риска повреждения двигателя вследствие самовоспламенения.

Для работы дизельных двигателей самовоспламенение необходимо. Они предотвращают возможное повреждение двигателей путём раздельного впрыска топлива под большим давлением в цилиндр очень незадолго до того, как поршень достигнет верхней мёртвой точки. Воздух без топлива может быть сжат очень сильно без опасности самовоспламенения, и в то же время, находящееся под высоким давлением топливо в системе подачи топлива не может самовоспламениться без присутствия воздуха.

Факторы, ограничивающие мощность двигателя

Максимальная мощность двигателя вырабатывается при максимальном количестве всасываемого воздуха. Мощность, вырабатываемая поршневым двигателем, связана с его размерами (объёмом цилиндра), объёмным КПД, потерь энергии, степени сжатия топливо-воздушной смеси, содержания кислорода в воздухе и частоты вращения. Это справедливо как для двухтактных, так и для четырёхтактных двигателей. Частота вращения в конечном счёте ограничена прочностью материалов и свойствами смазки. Клапана, поршни и коленчатые валы испытывают больши́е динамические нагрузки. На слишком высоких оборотах двигателя могут происходить физические повреждения и дрожание поршневых колец, и это приводит к потерям энергии и даже разрушению двигателя. Поршневые кольца колеблются вертикально в каналах, в которых они находятся. Эти колебания колец ухудшают уплотнение между кольцами и стенками цилиндра, что приводит к потерям давления в цилиндре и мощности. Если вал двигателя вращается слишком быстро, то пружины клапанов не успевают достаточно быстро срабатывать, и клапана не успевают закрываться. Эта ситуация называется «плаванием клапанов» (англ.), и она может привести к контакту поршня и клапанов, вызвав серьёзные повреждения. На высоких скоростях условия смазки на границе поверхностей поршня и цилиндра ухудшаются. Это ограничивает скорость поршней промышленных двигателей величиной около 10 м/с.

Потоки через впускной и выпускной каналы

Выходная мощность двигателя зависит от всасывающей способности, и от возможностей выхлопных газов быстро перемещаться через клапанные каналы, как правило расположенные в головках цилиндров (англ. ). Для увеличения выходной мощности можно минимизировать количество изгибов тех каналов, по которым движутся всасываемые и выхлопные потоки, а также сделать их более плавными, благодаря чему уменьшится сопротивление этим потокам. Для этого радиусы поворотов клапанных каналов и сёдла клапанов можно модифицировать таким образом, чтобы их аэродинамическое сопротивление было минимальным. Можно, кроме того, использовать разделение потока на несколько частей.

Принудительное нагнетание воздуха в цилиндры

Один из путей увеличения мощности — это принудительное нагнетание дополнительного количества воздуха в цилиндры, благодаря чему при каждом рабочем ходе может вырабатываться больше мощности. Такое принудительное нагнетание может производиться некоторыми типами компрессорных устройств, называемых нагнетателями. Последние могут приводиться в движение от коленчатого вала или выхлопных газов.

Нагнетание повышает предел мощности двигателя внутреннего сгорания при том же самом объёме цилиндра. В общем случае, нагнетатель всегда работает, но есть конструкции, позволяющие отключать его, или позволяющие ему работать с разными скоростями (относительно скорости двигателя).

Недостатком механически осуществляемого нагнетания является то, что часть выходной мощности расходуется на приведение в движение нагнетателя. Воздух в цилиндре сжимается дважды, но расширяется только в один этап. Поэтому часть мощности понапрасну расходуется с выхлопами высокого давления.

Турбонагнетание

Турбонагнетатель или турбокомпрессор (ТК, ТН) — это такой нагнетатель, который приводится в движение выхлопными газами. Получил своё название от слова «турбина» (фр. turbine от лат. turbo — вихрь, вращение). Это устройство состоит из двух частей: роторного колеса турбины, приводимого в движение выхлопными газами, и центробежного компрессора, закреплённых на противоположных концах общего вала. Струя рабочего тела (в данном случае, выхлопных газов) воздействует на лопатки, закреплённые по окружности ротора, и приводит их в движение вместе с валом, который изготовляется единым целым с ротором турбины из сплава, близкого к легированной стали. На вале, помимо ротора турбины, закреплён ротор компрессора, изготовленный из алюминиевых сплавов, который при вращении вала позволяет «закачивать» под давлением воздух в цилиндры ДВС. Таким образом, в результате действия выхлопных газов на лопатки турбины одновременно раскручиваются ротор турбины, вал и ротор компрессора. Применение турбокомпрессора совместно с промежуточным охладителем (интеркулером) позволяет обеспечивать подачу более плотного воздуха в цилиндры ДВС (в современных турбированных двигателях используется именно такая схема). Часто при применении в двигателе турбокомпрессора говорят о турбине, не упоминая компрессора. Турбокомпрессор — это одно целое. Нельзя использовать энергию выхлопных газов для подачи воздушной смеси под давлением в цилиндры ДВС при помощи только турбины. Нагнетание воздуха обеспечивает именно та часть турбокомпрессора, которая именуется компрессором.

На холостом ходу, при небольших оборотах, турбокомпрессор вырабатывает небольшую мощность и приводится в движение малым количеством выхлопных газов. В этом случае турбонагнетатель малоэффективен, и двигатель работает примерно так же, как без нагнетания. Когда от двигателя требуется намного большая выходная мощность, то его обороты, а также зазор дросселя, увеличиваются. Пока количества выхлопных газов достаточно для вращения турбины, по впускному трубопроводу подаётся намного больше воздуха.

Турбонагнетание позволяет двигателю работать более эффективно, потому что турбонагнетатель использует энергию выхлопных газов, которая, в противном случае, была бы (большей частью) потеряна.

Однако существует технологическое ограничение, известное как «турбояма» («турбозадержка») (за исключением моторов с двумя турбокомпрессорами — маленьким и большим, когда на малых оборотах работает маленький ТК, а на больших — большой, совместно обеспечивая подачу необходимого количества воздушной смеси в цилиндры). Мощность двигателя увеличивается не мгновенно из-за того, что на изменение частоты вращения двигателя, обладающего некоторой инерцией, будет затрачено определённое время, а также из-за того, что чем больше масса турбины, тем больше времени потребуется на её раскручивание и создание давления, достаточного для увеличения мощности двигателя. Кроме того, повышенное выпускное давление приводит к тому, что выхлопные газы передают часть своего тепла механическим частям двигателя (эта проблема частично решается заводами-изготовителями японских и корейских ДВС путём установки системы дополнительного охлаждения турбокомпрессора антифризом).

Отношение длины шатуна к длине хода поршня

Более длинный шатун уменьшает боковые нагрузки со стороны поршня на стенки цилиндра, и уменьшает ударные нагрузки. Как следствие двигатель с длинным шатуном служит дольше, и он надёжнее. Однако увеличение длины шатуна ведёт к увеличению габаритов двигателя, его массы и стоимости. Кроме того, при возрастании длины шатуна увеличивается время нахождения поршня в верхней мёртвой точке. Как следствие, увеличивается время, в течение которого газ в цилиндре находится при высокой температуре, что ведёт к повышенному нагреву двигателя.

В настоящее время более актуальным параметром оценки ДВС является отношение хода поршня к диаметру цилиндра или наоборот. Для более быстроходных бензиновых двигателей это отношение близко к 1, на дизельных моторах ход поршня, как правило, чуть больше диаметра цилиндра.

Газораспределительный механизм

Клапаны обычно управляются через распределительный вал, вращающийся со скоростью, равной половине скорости коленчатого вала. Распределительный вал имеет несколько кулачковых механизмов, каждый из которых рассчитан так, чтобы открывать и закрывать «свой» клапан в определённое время цикла.

Во многих двигателях используются один или несколько распределительных валов, расположенных над рядом цилиндров (или над каждым рядом цилиндров). Помимо верхнего расположения распредвала часто встречается, казалось бы, забытое на легковых авто нижнее положение распредвала в блоке цилиндров. При этом кинематическая цепочка включает (снизу вверх) толкатели штанги и коромысла. Эта система, применение которой обусловлено простотой, надёжностью и компактностью, успешно себя зарекомендовала на грузовых автомобилях. Эта схема позволяет конструировать моторы с более низким центром тяжести.

Первая из описанных выше конструкций газораспределительного механизма обычно позволяет двигателям работать с бо́льшими скоростями, поскольку в этом случае имеется более короткая кинематическая цепь от кулачка к клапану.

Баланс энергии

Двигатели Отто имеют КПД около 35 % — иными словами, 35 % энергии, генерируемой при сжигании топлива, преобразуется в энергию вращательного движения выходного вала двигателя, а остальное теряется в виде тепла. Для сравнения: шеститактный двигатель может преобразовывать в полезную вращательную энергию более 50 % энергии, высвобождаемой при горении топлива.

Современные двигатели часто конструктивно имеют намеренно меньший КПД, чем они могли бы иметь. Это необходимо для уменьшения выбросов с помощью таких средств как система рециркуляции выхлопных газов и каталитический конвертер.

Уменьшению КПД можно препятствовать с помощью системы контроля двигателя (англ.), использующей технологии эффективного сжигания топлива.^[1]

Применение

Сегодня двигатели внутреннего сгорания в легковых и грузовых автомобилях, самолётах и во многих других машинах в большинстве случаев используют четырёхтактный цикл. Четырёхтактные двигатели могут быть как бензиновыми, так и дизельными.

Примечания

1. ↑ Air pollution from motor vehicles By Asif Faiz, Christopher S. Weaver, Michael P. Walsh

Как работает четырехтактный двигатель?  — Школьные Знания.com

Четырёхтактный двигательРабочий цикл четырёхтактного двигателя состоит из четырёх основных этапов — тактов. 
Поршень — металлический стакан, опоясанный пружинящими кольцами (поршневые кольца), вложенными в канавки на поршне. Поршневые кольца не пропускают газов, образующихся при сгорании топлива, в промежутке между поршнем и стенками цилиндра. Пoршень снабжен металлическим стержнем — пальцем, соединение с шатуном. Шатун передаёт прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.1. Впуск — четырёхтактный двигательВ процессе впуска поршень четырёхтактного двигателя идёт из верхней мёртвой точки (ВМТ) в нижнюю мёртвую точку (НМТ). Одновременно кулачком распредвала открывается впускной клапан, — в цилиндрчетырёхтактного двигателя затягивается свежая топливно-воздушная смесь.2. Сжатие — четырёхтактный двигательПoршень четырёхтактного двигателя поднимается из НМТ в ВМТ, сжимая рабочую топливную смесь. Одновременно и значительно поднимается температура горючей смеси. Отношение рабочего объёма цилиндра в НМТ и объёма камеры сгорания в ВМТ называетсястепенью сжатия (не путать с компрессией). Степень сжатия — очень важный параметр, обычно, чем она больше, тем больше топливная экономичность двигателя. Но, для четырёхтактного двигателя с б́ольшей степенью сжатия требуется топливо с б́ольшим октановым числом, которое дороже.3. Сгорание и расширение (рабочий ход поршня) — четырёхтактный двигательНезадолго до окончания такта сжатия горючая смесь воспламеняется искрой от свечи зажигания. Во время следования поршня из ВМТ в НМТ топливо сгорает, и под действием тепла сгоревшего топлива рабочая смесь расширяется, толкая поршень. Степень «недоворота» коленчатого вала двигателя до ВМТ при поджигании смеси именуется углом опережения зажигания. Опережение зажигания необходимо для того, чтобы давление газов достигло максимальной величины когда пoршень будет находиться в ВМТ. Тогда использование энергии сгоревшего топлива будет максимальным. Скороть горения топлива практически не меняется, то есть занимает фиксированное время, следовательно чтобы достичь максимальной производительности двигателя нужно увеличивать угол опережения зажигания пропорционально уровню оборотов коленвала. В старых двигателях эта регулировка производилась механическим устройством (центробежным и вакуумным регулятором воздействующим на прерыватель). В более современных двигателях для регулировки угла используется электронное опережение зажигания.4. Выпуск — четырёхтактный двигательПосле НМТ такта рабочего хода поршня четырёхтактного двигателя открывается выпускной клапан, и поднимающийся поршень вытесняет отработанные газы из цилиндра двигателя. При достижении поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается и четырёхтактный цикл начинается сначала.
Необходимо также помнить, что следующий процесс (например, впуск), необязательно должен начинаться в тот момент, когда закончится предыдущий (например, выпуск). Такое положение, когда открыты сразу оба клапана (впускной и выпускной), называется перекрытием клапанов. Перекрытие клапанов необходимо для лучшего наполнения цилиндра/-ов горючей смесью, а также для лучшей очистки цилиндра/-ов четырёхтактного двигателя от отработанных газов. 

Принцип работы 2-х и 4-х тактных двигателей

ПРИ КОПИРОВАНИИ СТАТЬИ АКТИВНАЯ ССЫЛКА НА НАШ САЙТ ОБЯЗАТЕЛЬНА. 

Принцип работы 2-х тактного двигателя, его достоинства и недостатки.

    Чем 4-х тактный мотор лучше двухтактного? Как выбрать лодочный мотор? Какой мотор лучше 2-х или 4-х тактный? Для начала рассмотрим устройство двигателей.    

Тактом рабочего цикла ДВС является ход поршня от одной мёртвой точки до другой. Один такт соответствует 180-градусному повороту (полуобороту) коленчатого вала.При 4-тактном процессе рабочий цикл осуществляется за два оборота вала, при 2-тактном — за один

При 4-тактном процессе (рис слева) присутствуют 4 такта: впуск — сжатие — расширение — выпуск. Сначала открывается впускной клапан, поршень идёт вниз, под действием создающегося разрежения в цилиндр поступает свежая топливовоздушная смесь или воздух — это такт впуска. Затем клапан закрывается, поршень идёт вверх — происходит сжатие. Следующий такт: сжатая смесь воспламеняется искрой или в сжатый воздух форсунка впрыскивает топливо, которое самовоспламеняется, поршень под действием этого идёт вниз — это расширение, или рабочий ход поршня. Двигатель совершает полезную работу именно в течение такта расширения. Потом поршень идёт вверх, открывается выпускной клапан, через который продукты сгорания топлива выходят в атмосферу — это такт выпуска.  

В случае с двухтактным процессом  (рис справа) всё уже не так просто. Такты условно называются сжатие и расширение. Как видно, места отдельным тактам впуска и выпуска здесь не нашлось. Это не случайно. Хотя в двухтактном двигателе процессы впуска и выпуска присутствуют, для их осуществления необходимо, чтобы давление на входе в цилиндр было выше атмосферного. То есть нужен принудительный наддув. Те, кто знаком с двухтактными мотоциклетными бензиновыми двигателями, могут возразить: на мотоциклах нет никаких турбо- или механических компрессоров. Отдельного компрессора в мотоциклетном двухтактнике действительно нет. Функция компрессора возложена на картер двигателя. В простых мотоциклетных (также и в лодочных) моторах нет клапанов в головке цилиндра, вместо них существуют впускные и выпускные окна в стенках цилиндра, перекрываемые телом поршня. Впускные окна связаны с карбюратором не напрямую, а через перепускные каналы, выходящие в картер. В течение хода поршня вверх, нижний край открывает окно, на котором находится карбюратор, рабочая смесь под действием разрежения, создаваемого идущим вверх поршнем, устремляется в картер. Когда поршень идёт вниз, он перекрывает это окно, рабочая смесь начинает сжиматься. Поршень идёт далее вниз, открывая перепускные окна, рабочая смесь под давлением подаётся в цилиндр, где вытесняет отработанные газы в выпускное окно. Поршень идёт снова вверх, и процессы под его днищем повторяются, а в это время в цилиндре происходит сжатие рабочей смеси. Затем сжатая смесь воспламеняется свечой, и поршень идёт вниз, совершая такт расширения, или рабочий ход.  

Преимущества и недостатки двух и четырех тактных ЛОДОЧНЫХ моторов.

Двухтактные преимущества

  1. Меньший вес. Пример: 15 л.с. 2х тактный — 36 кг, 4-х тактный — 50 кг. Казалось — бы 50 кг. — легко. Все не так просто. Вес мотора распределен крайне неравномерно. Примерно 80% весит голова (сам двигатель) 20% нога. Не нужно также забывать и о большем у 4-х тактников размере головы. Все это + одна маленькая не всегда удобная ручка для переноски делает этот процесс крайне затруднительным.

2. Цена. 4-х тактные двигатели сложнее в производстве, состоят из большего количества деталей, поэтому всегда дороже 2-х тактников.

3. Удобство перевозки 2-х тактника. Можно возить в любом положении, перед началом эксплуатации не требует отвешивания. Т.е. достал из багажника, поставил, завел, поехал.

4. 2-х такт мотор живее реагирует на ручку газ. В 4-х тактниках для совершения полного рабочего цикла поршню необходимо сделать 2 полных оборота в то время как в 2-х тактных только один. Частый вопрос: А правда ли что 4-х такная 15 л.с. бежит быстрее чем такая же 2-х тактная? Ответ: нет не правда. У обеих этих двигателей мощность на валу 15 л.с. При прочих равных условиях почему один мотор должен ехать быстрее второго?

Двухтактные лодочные моторы — недостатки

   1. Больший расход топлива. Напомним, примерный расход можно высчитать по формуле: для 2х такта — 300 грамм на одну лошадинную силу, для 4х такта — 200 грамм на 1л.с. в час при полном «газе». Больший расход связан с тем, что цикл выброса отработанных газов и впуска свежего топлива у двухтактников совмещен, поэтому часть свежего топлива выбрасывается вместе с отработанными газами в выхлоп. В этом же и экологическая проблема т.е. часть бензина, смешанного с маслом просто выливается в воду. Поэтому 2-х такные моторы (кроме моторов с системой поуровнего впрыска) запрещены в странах ЕС и США. 

2. Шумноть. На максимальных оборотах 2-х тактные моторы как правило работают немного громче 4х тактников.

3. Комфорт. 4-х тактные моторы не так вибрируют на малых оборотах (Касается только двухцилинровых двигателей. Одноцилиндровые и 2-х и 4-х тактники вибрируют примерно одинаково) и не так дымят как 2-х тактники. Дым образуется в основном из-за згорания масла, которое добавляется непосредственно в бензин у 2-х таных моделей. Дымность важный момент, особенно если вы любите тролить. Часто это очень напрягает особенно в тихую безветренную погоду. 

4. Долговечность. Довольно спорный пункт. Бытует мнение, что 2-хтактные моторы менее долговечны. С одной стороны это понятно, потому как масло для смазки трущихся элементов двигателя подается вместе с бензином, а значит работает не так эффективно в отличие от  4-х тактных двигателей, где трущиеся элементы буквально плавают в масле. Но с другой стороны 4-х тактный мотор по конструкции намного сложнее конкурента, состоит из значительно большего числа деталей, а золотой принцип механики «Чем проще тем надежнее» еще никто не отменял.  

Какой же мотор выбрать?

  Взвесьте все за и против изложенные выше и сделайте выбор самостоятельно. Однозначного ответа на вопрос: какой из моторов лучше Вы не найдете ни в одной из книг ни на одном из форумов. И у тех и у других типов двигателей есть свои поклонники. Личное мнение автора: основной параметр — вес. При выборе уделите этому наибольшее внимание.  

Бензиновый двигатель внутреннего сгорания: принцип работы

В основе принципа работы любого двигателя внутреннего сгорания лежит воспламенение небольшого количества топлива, обязательно высокоэнергетического, в небольшом замкнутом пространстве. При этом выделяется большое количество энергии, в виде теплового расширения нагретых газов. Так как давление под поршнем равно нормальному атмосферному, а компрессия в цилиндре намного превышает его, то под действием разницы давлений поршень совершает движение.

Для того чтобы двигатель внутреннего сгорания постоянно производил полезную механическую энергию, камеру сгорания цилиндра необходимо циклично заполнять новыми дозами воздушно-топливной смеси. В результате, поршень приводит в действие коленчатый вал, который и придает движение колесам автомобиля.

Двигатели почти всех современных автомобилей являются четырёхтактными по своему циклу работы, и энергия, полученная от сжигания бензина, почти полностью преобразовывается в полезную. Цикл Отто, так называется подобный принцип, по имени Николауса Отто, изобретателя двигателя внутреннего сгорания (1867 год).

Схема работы бензинового двигателя внутреннего сгорания:

— такт впуска;

— такт сжатия;

— рабочий такт;

— такт выпуска.

Главным элементом двигателя внутреннего сгорания является поршень, который связан шатуном с коленчатым валом. Так называемый, кривошипно-шатунный механизм, преобразующий прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня в радиальное движение коленвала.

Ниже более подробно расписан рабочий цикл бензинового двигателя:

1. Такт впуска

2. Такт сжатия

3. Рабочий такт

Воспламененная горючая смесь сгорает при высокой температуре, образовавшиеся газы моментально расширяются и толкают поршень вниз. Впускной и выпускной клапаны, во время этого такта, закрыты.

4. Такт выпуска

Коленвал продолжает вращаться по инерции, поршень идет в верхнюю мертвую точку. В то же время открывается клапан выпуска, и поршень вытесняет отработанные газы в выхлопную трубу. Когда он достигает верхней крайней точки, выпуск закрывается.

Следующий такт необязательно должен начинаться после окончания предыдущего. Такая ситуация, когда одновременно открыты оба клапана (впуска и выпуска), называется перекрытием клапанов. Это необходимо для эффективного наполнения цилиндра воздушно-топливным соединением, а также для более результативной очистки цилиндров от выхлопных газов. После этого рабочий цикл повторяется.

Отличительной особенностью двигателя внутреннего сгорания является то, что поршень двигается прямолинейно, а движение, осуществляющееся при сгорании топливной смеси, — вращательное. Линейный ход поршней преобразовывается в поворотное движение, необходимое для работы колес автомобиля, при помощи коленчатого вала.

Ниже рассмотрены основные элементы двигателя, которые принимают участие в преобразовании тепловой энергии в механическую.

1. Свеча зажигания

Искровая свеча вырабатывает электрическую искру, которая воспламеняет воздушно-топливную смесь. Для равномерной и бесперебойной работы поршня искра должна появляться в заданный момент времени.

2. Клапаны

Выпускные и впускные клапаны закрываются и открываются в заданный момент, впуская воздух в цилиндр и выпуская отработанные газы. Во время процесса горения топливной смеси оба клапана закрыты. Клапан выпуска открывается до достижения поршня крайней нижней точки и остается открытым до прохождения поршня к верхней крайней точке. К этому моменту впускной уже будет открыт.

3. Поршень

Образующиеся во время сгорания топливной смеси горячие газы выдавливают поршень, передавая энергию через шатун и палец коленвалу. Для сохранения компрессии в цилиндрах на поршень устанавливаются уплотняющие кольца, изготовленные из высокопрочного чугуна. Для повышения износостойкости поршневые кольца покрываются тонким слоем пористого хрома. К основным характеристикам колец относятся следующие показатели: высота, наружный диаметр, радиальная толщина, форма разреза в стыке и упругость. Внешний диаметр поршневого кольца должен соответствовать внутреннему диаметру цилиндра. В настоящее время применяются узкие кольца (высотой — 1,5-2 мм) и широкие (высотой — 2,5-3 мм). Первые более надежны при частом движении поршня. Радиальная толщина увеличивается с возрастанием диаметра цилиндра. Износ поршневых колец происходит, в среднем, через каждые 3 тысячи километров пробега.

4. Шатун

Шатун соединяет коленчатый вал с поршнем. Вращение шатуна является двухсторонним, это нужно для того, чтобы его угол мог изменяться в зависимости от местоположения поршня, обеспечивая движение коленвала. Обычно шатуны бывают стальными, иногда — алюминиевыми.

5. Коленчатый вал

Поворот коленчатого вала осуществляется вследствие вертикального хода поршня. Коленвал приводит в движение колеса автомобиля.

Современные двигатели внутреннего сгорания делятся на два типа: карбюраторные и инжекторные.

В карбюраторном двигателе процесс приготовления воздушно-топливной смеси происходит в специальном устройстве — карбюраторе. В нем, используя аэродинамическую силу, горючее смешивается с воздушным потоком, засасываемым двигателем.

В инжекторном типе двигателя топливо впрыскивается под давлением в поток воздуха при помощи специальных форсунок. Дозировка горючего происходит при помощи электронного блока управления, который открывает форсунку электрическими импульсами. В двигателях устаревшей конструкции, этот процесс происходит с использованием специфической механической системы. Последний тип почти полностью вытеснил устаревшие карбюраторные силовые агрегаты. Это произошло из-за современных экологических стандартов, которые устанавливают высокие нормы чистоты выхлопных газов. Что повлекло за собой внедрение новых эффективных нейтрализаторов выхлопа (каталитических конвертеров или катализаторов). Такие системы нейтрализации требуют постоянного состава отработанных газов, который могут обеспечить только инжекторные системы впрыска топлива, контролируемые электронным блоком управления. Нормальная работа катализатора обеспечивается исключительно при соблюдении стабильного состава выхлопных газов. Необходимостью этого является то, что он требует содержания определенных пропорций кислорода в отработанных газах. Для соблюдения подобных условий в таких системах катализации обязательно устанавливается кислородный датчик (лямбда-зонд), который анализирует процент содержания кислорода в выхлопных газах и контролирует точность пропорций оксида азота, несгоревших остатков топлива и углеводородов.

Основными вспомогательными системами являются:

Система зажигания. Отвечает за поджигание топливной смеси в нужный момент. Она бывает контактной, бесконтактной и микропроцессорной. Система контактного типа состоит из распределителя-прерывателя, катушки, выключателя зажигания и свечей. Бесконтактная система аналогична предыдущей, только вместо прерывателя стоит индукционный датчик. Управление системой зажигания микропроцессорного типа осуществляется специальным компьютерным блоком, в ее состав входит датчик положения коленвала, коммутатор, блок управления зажиганием, катушки, датчик температуры двигателя и свечи. В двигателях с инжекторной системой к ней добавляется еще датчик положения дроссельной заслонки и термоанемометрический датчик массового расхода воздуха.

Система запуска двигателя. Состоит из специального электромотора (стартера), подключенного к аккумулятору, или механического стартера, использующего физические усилия человека. Применение этой системы объясняется тем, что для запуска рабочего цикла двигателя необходимо, чтобы коленчатый вал произвел хотя бы один оборот.

Система выпуска выхлопных газов. Обеспечивает своевременное удаление продуктов горения топливной смеси из цилиндров. Включает в себя выпускной коллектор, катализатор и глушитель.

Система приготовления воздушно-топливной смеси. Предназначена для приготовления и впрыска смеси горючего с воздухом, в камеру сгорания цилиндров двигателя. Может быть карбюраторной или инжекторной.

Система охлаждения. Современная система состоит из вентилятора, радиатора, термостата, расширительного бачка, жидкостного насоса, датчика температуры, рубашки и головки охлаждения блока цилиндров. Предназначена для создания и поддержания приемлемого температурного режима работы ДВС. Обеспечивает отвод тепла от цилиндров клапанной системы и поршневой группы. Может быть воздушной, жидкостной или гибридной.

Система смазки. Состоит из масляного фильтра, маслонасоса с маслоприемником, каналов в блоке и головках цилиндров для впрыска масла под высоким давлением, поддона картера. Предназначена для подачи автомобильного масла с целью уменьшения трения и охлаждения, к взаимодействующим деталям двигателя. Также циркуляция масла смывает нагар и продукты механического износа.

Как работает четырехтактный двигатель? — MechStuff

Это самые основные двигатели, используемые в автомобилях и мотоциклах, например, 4-тактный бензиновый двигатель ИЛИ 4-тактный двигатель (часто называемый). Это очень легко понять, пока и если вы не хотите проводить все термодинамические расчеты и все такое!

4-тактный двигатель: — 4-тактный двигатель

Анимация — 1. Впуск 2. Компрессия 3. Мощность 4. Выхлоп! Кредиты — Zephyris

Само название дает нам представление — это двигатель внутреннего сгорания, в котором поршень совершает 4 хода, одновременно поворачивая коленчатый вал дважды.Под ходом понимается полный ход поршня в любом из направлений. Цикл завершается, когда выполнены все 4 удара. Четырехтактный двигатель был впервые продемонстрирован Nikolaus Otto в 1876 году, поэтому он также известен как цикл Отто.

Давайте перейдем к деталям, которые имеет четырехтактный двигатель,
Поршень — В двигателе поршень используется для передачи силы расширения газов механическому вращению коленчатого вала через шатун.Поршень способен на это, потому что он плотно закреплен внутри цилиндра с помощью поршневых колец, чтобы минимизировать зазор между цилиндром и поршнем!
Коленчатый вал — Коленчатый вал — это деталь, которая может преобразовывать возвратно-поступательное движение во вращательное движение.
Шатун — Шатун передает движение от поршня к коленчатому валу, который действует как плечо рычага.
Маховик — Маховик — это вращающееся механическое устройство, которое используется для хранения энергии.
Впускной и выпускной клапаны — Позволяет подавать свежий воздух с топливом и выводить отработанную топливно-воздушную смесь из цилиндра.
Свеча зажигания — Свеча зажигания подает электрический ток в камеру сгорания, которая воспламеняет топливовоздушную смесь, что приводит к резкому расширению газа.

Четыре такта 4-тактного двигателя имеют название —

1. Ход всасывания / впуска: —

В этом такте поршень перемещается из ВМТ в НМТ [( Top Dead Центр — самое дальнее положение поршня к коленчатому валу) до ( Нижняя мертвая точка — ближайшее положение поршня к коленчатому валу)].
Поршень движется вниз, всасывая топливовоздушную смесь из впускного клапана.
Ключевые точки : —
Впускной клапан — ОТКРЫТО
Выпускной клапан — ЗАКРЫТО
Вращение коленчатого вала — 180 °

2. Ход сжатия: —

Здесь поршень перемещается из НМТ в ВМТ, сжимая топливовоздушная смесь. Импульс маховика помогает поршню двигаться вверх.
Ключевые точки : —
Впускной клапан — ЗАКРЫТО
Выпускной клапан — ЗАКРЫТО
Вращение коленчатого вала — 180 ° (всего = 360 °)

3. Рабочий ход: —

Началось второе вращение коленчатого вала, когда он совершает один полный оборот во время такта сжатия. Рабочий ход начинается с расширения топливовоздушной смеси, воспламеняемой свечой зажигания. Здесь поршень перемещается из ВМТ в НМТ. Этот ход вызывает механическую работу по вращению коленчатого вала.
Ключевые точки : —
Впускной клапан — ЗАКРЫТО
Выпускной клапан — ЗАКРЫТО
Вращение коленчатого вала — 180 ° (всего = 540 °)

4.Ход выхлопа: —

И снова импульс маховика перемещает поршень вверх из НМТ в ВМТ, тем самым выталкивая выхлопные газы наружу через выпускной клапан.
Ключевые точки : —
Впускной клапан — ЗАКРЫТО
Выпускной клапан — ОТКРЫТО
Вращение коленчатого вала — 180 ° (всего = 720 °)

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

Предлагаемая статья — Как работают двухтактные двигатели?

Как впускные и выпускные клапаны открываются и закрываются в определенное время хода?

Ну, они не рассчитаны по таймеру или часам (шутите меня). Ответ настолько удивительный, а решение чертовски простое — Распределительный вал !
Распределительный вал соединен с коленчатым валом через зубчатый механизм или зацепляется с помощью цепи привода ГРМ.

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

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

Вам может понравиться — Различия, преимущества и недостатки 4-тактного и 2-тактного двигателей!

Свеча зажигания используется только в бензиновых двигателях и поэтому используется здесь.У дизельных двигателей нет свечей зажигания. Смесь настолько сжата, что способна воспламениться.

Как запускается двигатель ИЛИ при запуске двигателя как опускается поршень?

Ответ: когда вы вставляете ключ в машину, чтобы «включить», аккумулятор вращает небольшой мотор, который зацепляется с большей шестерней маховика. Таким образом, двигатель запускается путем всасывания в него топливовоздушной смеси, а затем следует вышеуказанному циклу.

Вот видео как запускаются двигатели?

Как работает четырехтактный двигатель — Новости мотоциклов, обзоры мотоциклов из Малайзии, Азии и мира

• Двигатель внутреннего сгорания должен сжигать воздух и топливо для выработки механической энергии.

• Топливно-воздушная смесь должна быть введена, сжата, сожжена и удалена.

• Вот основные принципы работы четырехтактного двигателя.

Недавно, тестируя Triumph Street Triple RS, я попросил кого-то спросить меня, был ли мотоцикл трехтактным. Был еще один случай, когда у меня был небольшой спор с другим человеком, который утверждал, что KTM 1290 Super Duke GT — двухтактный.Я бы не подумал, если бы эти ребята были новичками в мотоциклах, но они были гонщиками, и это случалось много раз за многие годы. Что будет, если это BMW K 1600 или Honda Gold Wing? У них есть шестицилиндровые двигатели?

Казалось, что это явление свирепствует в нашей стране последние двадцать лет. МОЙ БОГ.

Существует два распространенных типа силовых циклов для бензиновых двигателей: четырехтактный и двухтактный. Давайте посмотрим, как работает четырехтактный двигатель. Есть также роторный двигатель и двигатель с циклом Аткинсона, но они встречаются редко.

В первую очередь двигатель внутреннего сгорания должен сжигать топливо и воздух. Сила от этого горения передается механической энергии. Следовательно, четырехтактному двигателю требуется четыре различных хода, чтобы произвести мощность для движения транспортного средства.

Давайте взглянем на основы.

Также называется всасыванием, этот ход начинается с поршня в верхней мертвой точке (ВМТ), когда он движется вниз к нижней мертвой точке (НМТ).Впускной клапан открывается, и поршень, движущийся вниз, вызывает отрицательное давление (вакуум) в цилиндре, всасывая топливно-воздушную смесь и заполняя цилиндр.

Когда поршень движется обратно от НМТ к ВМТ, впускной клапан закрывается и захватывает топливно-воздушную смесь внутри цилиндра. Поршень сжимает смесь при подготовке к сгоранию.

Коленчатый вал совершит 1 полный оборот на 360 ^o об / мин (1 об / мин), когда поршень достигнет ВМТ.

Также известен как зажигание или рабочий ход. Свеча зажигания (или свечи зажигания) загорается, воспламеняя сжатую топливно-воздушную смесь. Давление повышается на 3200–5000 кПа (от 32 до 50 бар), а температура — на 600–^– градусов Цельсия.

Давление сжатия заставляет поршень опускаться обратно до НМТ, создавая механическую работу (кинетическую энергию) для поворота коленчатого вала.

Также известен как выходной ход.Выхлоп открывается, когда движение поршня вверх выталкивает сгоревшие газы через выпускной клапан в выхлопное отверстие и выхлопную трубу.

Коленчатый вал совершает два полных оборота, когда поршень полностью достигает ВМТ. Четырехтактному двигателю требуется два об / мин для выработки механической мощности. Таким образом, если вы удерживаете на тахометре 10 000 об / мин в течение одной минуты, за эту минуту будет выполнено 5000 рабочих ходов. Да, именно так на самом деле работает двигатель.

Как мы упоминали выше, это основы работы четырехтактного двигателя.Есть и другие мелкие детали, которые мы обсудим в будущем, такие как угол опережения зажигания, при котором действительно возникает искра до того, как поршень полностью достигает ВМТ и т. Д.

Возвращаясь к начальной истории, нет, нет трехтактного или шестицилиндрового двигателя. Обычно я использую такой ответ: «Это одно / двух / трех / четырех / шести поршневой четырехтактный двигатель». Или просто покажите им эту статью.

— цикл Отто

цикл Отто — проблема с решением

Предположим, что цикл Отто является одним из наиболее распространенных термодинамических циклов , которые можно найти в автомобильных двигателях .Одним из ключевых параметров таких двигателей является изменение объемов между верхней мертвой точкой (ВМТ) и нижней мертвой точкой (НМТ). Соотношение этих объемов ( V ₁ / V ₂ ) известно как степень сжатия .

Степень сжатия в бензиновом двигателе обычно не будет намного выше 10: 1 из-за потенциальной детонации (самовоспламенения) и не ниже 6: 1. Например, некоторые двигатели спортивных автомобилей могут иметь степень сжатия до 12.5: 1 (например, Ferrari 458 Italia) .pV-диаграмма цикла Отто. Область, ограниченная полным циклом, представляет собой общую работу, которую можно выполнить за один цикл.

В этом примере предположим, что цикл Отто с степенью сжатия из CR = 9: 1 . Давление всасываемого воздуха составляет 100 кПа = 1 бар, 20 ° C, а объем камеры до такта сжатия составляет 500 см3. Температура в конце адиабатического расширения составляет T ₄ = 800 K.

• Удельная теплоемкость при постоянном давлении воздуха при атмосферном давлении и комнатной температуре: c _p = 1.01 кДж / кгК.
• Удельная теплоемкость при постоянном объеме воздуха при атмосферном давлении и температуре помещения: c _v = 0,718 кДж / кгK.
• κ = c _p / c _v = 1,4

Рассчитать:

1. масса всасываемого воздуха ₃
2. давление p ₃
3. количество тепла, добавляемого за счет сжигания топливно-воздушной смеси
4. тепловой КПД этого цикла
5. 9018 MEP3

Решение:

1) масса всасываемого воздуха

В начале расчетов мы должны определить количество газа в цилиндре перед тактом сжатия.Используя закон идеального газа, мы можем найти массу:

pV = mR _specific T

где:

• p — абсолютное давление газа
• м — масса вещества
• T — абсолютная температура
• V — объем
• R _{удельная} — удельная газовая постоянная, равная универсальной газовой постоянной, деленной на молярную массу (M) газа или смеси.Для сухого воздуха R _{удельный} = 287,1 Дж. Кг ^-1 .K ^-1 .

, следовательно,

м = p ₁ V ₁ / R _{специфический} T ₁ = (100000 × 500 × 10 ^-6 ) / (287,1 × 293) = 5,95 × 10 ^-4 кг

В этой задаче известны все объемы:

• V ₁ = V ₄ = V _max = 500 × 10 ^{-6 902 3 (0.5l)}
• V ₂ = V ₃ = V _min = V _max / CR = 55,56 × 10 ^-6 м ³

Обратите внимание, что (V _max — V _мин. ) x количество цилиндров = общий рабочий объем двигателя.

2) температура T ₃

Поскольку процесс адиабатический, мы можем использовать следующее соотношение p, V, T для адиабатических процессов:

, таким образом

T ₃ = Т ₄ .CR ^{κ — 1} = 800. 9 ^{0,4 ​​} = 1926 K

3) давление p ₃

Опять же, мы можем использовать закон идеального газа, чтобы найти давление в начале рабочего хода как:

p ₃ = mR _{специфический} T ₃ / V ₃ = 5,95 × 10 ^-4 x 287,1 x 1926 / 55,56 × 10 ^-6 = 5920000 Па = 59,2 бар

4) количество добавленного тепла

Чтобы рассчитать количество тепла, добавленного за счет сжигания топливно-воздушной смеси, Q _{добавьте} , мы должны использовать первый закон термодинамики для изохорного процесса, который устанавливает Q _{добавить} = ∆U, поэтому:

Q _{добавить} = mc _v (T ₃ — T ₂ )

температуру в конце такта сжатия можно определить с помощью p, Соотношение V, T для адиабатических процессов между точками 1 → 2.

T ₂ = T ₁ . CR ^{κ — 1} = 293. 9 ^{0,4 ​​} = 706 K

, затем

Q _{добавить} = mc _v (T ₃ — T ₂ ) = 5,95 × 10 ^-184 x 7 = 521,2 Дж

5) тепловой КПД

Тепловой КПД для цикла Отто:

Как было выведено в предыдущем разделе, тепловой КПД цикла Отто является функцией степени сжатия и κ :

6) среднее эффективное давление

MEP был определен как:

В этом уравнении рабочий объем равен V _max — V _min .Чистая работа для одного цикла может быть рассчитана с использованием добавленного тепла и теплового КПД:

Вт _нетто = Q _{прибавить} . η _Otto = 521,2 x 0,5847 = 304,7 Дж
MEP = 304,7 / ( 500 × 10 ^-6 — 55,56 × 10

Как работают четырехтактные двигатели мотоциклов

С тех пор, как в начале 19-го века появился самый первый мотоцикл, представлявший собой перепрофилированные велосипеды с двигателями, прикрепленными к их раме, которые приводили в движение цепь или ремень, чтобы продвигать его вперед, двигатели внутреннего сгорания должны были работать на смеси двух вещей, чтобы чтобы продвинуть мотоцикл вперед — воздух и топливо. Путем подачи в двигатель нужного количества топливовоздушной смеси вместе с точно рассчитанной искрой зажигания поршень скользит вниз по каналу, вращает вал и преобразует химическую энергию в кинетическую энергию, а затем вытесняет отработанные газы.За прошедшие годы в самые первые двигатели, которые использовали мотоциклы, возможно, было внесено множество изменений, но традиционно их все еще можно разделить на два типа: четырехтактные и двухтактные.

Однако в наши дни двухтактные двигатели уже не так распространены, как раньше, потому что они печально известны своими выбросами и больше не предвещают ничего хорошего с сегодняшними стандартами. С другой стороны, четырехтактные двигатели по-прежнему широко распространены даже в современных машинах.Тем не менее, они по-прежнему генерируют мощность посредством серии событий, называемых четырехтактным циклом, которые происходят в цилиндрах двигателя тысячи раз в минуту, а именно: впуск, сжатие, сгорание и выпуск. Если вы хотите лучше запомнить этот процесс, вспомните излюбленные термины энтузиастов: сосать-сжимать-удар-удар.

1. Впуск

Во время впуска открывается впускной клапан, после чего воздух поступает через фильтр и впускные трубы, в то время как поршень движется вниз, что вакуумирует топливно-воздушную смесь в цилиндр через впускную и заправочную систему двигателя.

2. Сжатие

После полного такта впуска поршень затем входит в такт сжатия, сжимая топливно-воздушную смесь возле клапанов и свечи зажигания и создавая плотный заряд воздуха и топлива, который просто ждет искры, чтобы расширить его. Это подводит нас к следующему шагу.

3. Сжигание

Когда поршень приближается к верхней точке своего хода, свеча зажигания срабатывает и воспламеняет топливовоздушную смесь.Заряд расширяется, что заставляет поршень снова опускаться вниз по цилиндру.

4. Выхлоп

Когда поршень достигает дна, выпускной клапан открывается, чтобы удалить отработанные газы из выхлопной трубы. Последующий подъем поршня вытесняет отработанные газы из камеры сгорания в выхлопную систему мотоцикла, которая затем заглушает звук и, в конечном итоге, выводит выхлопные газы в атмосферу.

Как работает четырехтактный двигатель грязевого велосипеда? (The Techy Stuff)

Вы когда-нибудь задумывались, как работает четырехтактный двигатель для бездорожья?

Четырехтактный двигатель тяжелее и сложнее своего двухтактного собрата. В четырехтактном двигателе и движущихся частей на 30-50% больше движущихся частей. Кроме того, они весят больше, чем его сопоставимый 2-тактный аналог.

Четырехтактный двигатель для грязного велосипеда работает по принципу четырехтактного или четырехтактного поршневого двигателя. Четыре движения составляют два движения вверх и два движения вниз. Эти четыре такта называются тактом впуска , тактом сжатия , ходом сгорания и ходом выпуска . Во время впускного такта впускной или топливный клапаны открываются, позволяя воздушно-топливной смеси попасть в камеру сгорания. На такте выпуска выпускные клапаны открываются, чтобы выпустить сгоревшее топливо или выхлоп, образовавшийся из сгоревшего топлива.

Как 4-тактный двигатель работает на внедорожном велосипеде

4-тактный или 4-тактный двигатель — это тип двигателя внутреннего сгорания. Четырехтактные двигатели намного сложнее по сравнению с двухтактным двигателем для внедорожников.

В прошлом мотоциклов для бездорожья с четырехтактными двигателями выпускалось меньше, чем с двухтактными. Но это предубеждение сместилось в другую сторону. Причина, по которой предпочтение было отдано двухтактным двигателям, заключается в том, что они являются более легким двигателем.

Но при этом современные четырехтактные двигатели появились семимильными шагами. Это означает, что они легче и эффективнее, чем раньше. Грязевые байки с четырехтактными двигателями теперь более мощные по соотношению мощности к весу, чем были в прошлом. Но даже при всех достижениях четырехтактный двигатель никогда не сможет конкурировать по мощности с двухтактным двигателем.

В настоящее время большинство внедорожников производится с 4-тактным двигателем . Я помню, как 30 с лишним лет назад, когда 4-тактный велосипед начал использоваться в мотоциклах для бездорожья, я никогда не купил бы 4-тактный.2 такта были намного более крутыми (и все еще остаются) и имели намного лучшее ускорение, чем 4 такта тогда.

Это все еще относится к двухтактному двигателю. Двухтактный двигатель может производить вдвое большую мощность, чем четырехтактный двигатель с таким же объемом цилиндров. Это потому, что он срабатывает один раз при каждом обороте, тогда как четырехтактный срабатывает один раз при каждом втором обороте. Например, двухтактный двухтактный мотоцикл 125 будет иметь такую ​​же мощность, как четырехтактный мотоцикл 250.

Это приводит к , как работает четырехтактный двигатель .

Как работает четырехтактный цикл