+7 495 665 08 52

+7 495 508 19 83

Такты 4х тактного двигателя


Четырехтактный двигатель: принцип работы, основные отличия

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

Принцип работы и основная характеристика

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

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

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

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

Основные характерные показатели 4 тактного двигателя:

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

История

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

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

Особенности работы 4-х тактного двигателя

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

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

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

Конструкция агрегата

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

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

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

Работа двигателя

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

Этапы работы :

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

Конструктивные и эксплуатационные отличия четырехтактных двухтактных бензиновых двигателей

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

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

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

Основные отличия двухтактных и четырехтактных двигателей:

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

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

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

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

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

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

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

Четырехтактный двигатель - Energy Education

Рисунок 1. Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания. 1: впрыск топлива, 2: зажигание, 3: расширение (работа выполнена), 4: выхлоп. [1]

Четырехтактный двигатель является наиболее распространенным типом двигателей внутреннего сгорания и используется в различных автомобилях (которые специально используют бензин в качестве топлива), таких как автомобили, грузовики и некоторые мотоциклы (многие мотоциклы используют двухтактный двигатель). Четырехтактный двигатель обеспечивает один рабочий ход на каждые два цикла поршня (или четыре хода поршня).Справа (рис. 1) изображен четырехтактный двигатель, а дальнейшее объяснение этого процесса приведено ниже.

  1. Ход впуска: Поршень движется вниз ко дну, это увеличивает объем, позволяя топливно-воздушной смеси проникать в камеру.
  2. Ход сжатия: Впускной клапан закрыт, и поршень движется вверх по камере вверх. Это сжимает топливовоздушную смесь. В конце этого хода свеча зажигания обеспечивает сжатое топливо энергией активации, необходимой для начала сгорания.
  3. Рабочий ход: Когда топливо достигает конца своего сгорания, тепло, выделяемое при сжигании углеводородов, увеличивает давление, которое заставляет газ давить на поршень и создавать выходную мощность.
  4. Ход выпуска: Когда поршень достигает дна, выпускной клапан открывается. Оставшийся выхлопной газ выталкивается поршнем, когда он движется назад вверх.


Тепловая эффективность этих бензиновых двигателей будет варьироваться в зависимости от модели и конструкции автомобиля.Однако в целом бензиновые двигатели преобразуют 20% топлива (химическая энергия) в механическую энергию, при которой только 15% будет использоваться для перемещения колес (остальное теряется на трение и другие механические элементы). [2] Одним из способов повышения термодинамической эффективности двигателей является более высокая степень сжатия. Это соотношение представляет собой разницу между минимальным и максимальным объемом в камере двигателя (обозначено как ВМТ и BDC на рисунке 2). Более высокое отношение позволит более крупной топливно-воздушной смеси поступать, вызывая более высокое давление, приводя к более горячей камере, которая увеличивает тепловой КПД. [2]

Цикл Отто

Рисунок 2. Реальный процесс отто цикла, который происходит в четырехтактном двигателе. [3] Рисунок 3. Идеальный цикл Отто. [4]

Диаграмма объема давления (PV-диаграмма), которая моделирует изменения в топливно-воздушной смеси, испытывающие давление и объем в четырехтактном двигателе, называется циклом Отто. Изменения в них будут создавать тепло и использовать это тепло для перемещения автомобиля или машины (отсюда и причина того, что это тип теплового двигателя).Цикл Отто можно увидеть на рисунке 2 (реальный цикл Отто) и на рисунке 3 (идеальный цикл Отто). Компонент любого двигателя, использующего этот цикл, будет иметь поршень для изменения объема и давления топливовоздушной смеси (как показано на рисунке 1). Поршень получает движение от сгорания топлива (где это происходит, поясняется ниже) и от электрического наддува при запуске двигателя.

Далее описывается, что происходит во время каждого шага на PV-диаграмме, в которой сгорание рабочей жидкости - бензина и воздуха (кислорода), а иногда и электричества, изменяет движение поршня:

Реальный цикл с 0 по 1 (идеальный цикл - зеленая линия): Упоминается как фаза впуска , поршень опускается вниз, чтобы увеличить объем в камере, чтобы он мог «впускать» топливно-воздушная смесь.С точки зрения термодинамики это называется изобарным процессом.


Процесс 1 до 2: На этом этапе поршень будет вытянут, чтобы он мог сжимать топливно-воздушную смесь, поступившую в камеру. Сжатие приводит к небольшому увеличению давления и температуры смеси, однако теплообмен не происходит. С точки зрения термодинамики это называется адиабатическим процессом. Когда цикл достигает точки 2, зажигание зажигания происходит при попадании топлива в свечу зажигания.


Процесс 2–3: Это место, где происходит сгорание из-за воспламенения топлива от свечи зажигания. Сгорание газа завершается в точке 3, в результате чего камера с высоким давлением имеет большое количество тепла (тепловой энергии). С точки зрения термодинамики это называется изохорным процессом.

Процесс с 3 по 4: Тепловая энергия в камере в результате сгорания используется для работы с поршнем, который толкает поршень вниз, увеличивая объем камеры.Это также известно как силовой сток , потому что это когда тепловая энергия превращается в движение для питания машины или транспортного средства.


Фиолетовая линия (процессы 4 к 1 и , выпуск , фаза): В процессе 4 к 1 открывается выпускной клапан, и все отработанное тепло выводится из камеры двигателя. Когда тепло покидает газ, молекулы теряют кинетическую энергию, вызывая снижение давления. [5] Затем фаза выпуска (этапы с 0 по 1) происходит, когда оставшаяся смесь в камере сжимается поршнем, чтобы «истощиться» без изменения давления.

для дальнейшего чтения

Список литературы

  1. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/dc/4StrokeEngine_Ortho_3D_Small.gif
  2. 2.0 2.1 Р. Вольфсон, Энергетика, окружающая среда и климат. Нью-Йорк: W.W. Нортон и Компания, 2012, с. 106.
  3. ↑ Фактический и идеальный цикл Отто - Ядерная энергетика ", Nuclear Power, 2018. [Online]. Доступно: https://www.nuclear-power.net/nuclear-engineering/thermodynamics/thermodynamic-cycles/otto-cycle-otto -движок / фактические и-идеальный цикл Отто /.[Доступ: 22 июня 2018 года].
  4. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: https://en.wikipedia.org/wiki/Otto_cycle#/media/File:P-V_Otto_cycle.svg
  5. ↑ I. Dinçer и C. Zamfirescu, Усовершенствованные системы производства электроэнергии. Лондон, Великобритания: Academic Press является отпечатком Elsevier, 2014, с. 266.
,

2-тактный или 4-тактный двигатель

Обновлено 14 февраля 2018 г.

Возможно, вы работали на газонокосилке, гидроцикле, мотороллере или двигателе большего размера, например, у грузовика. Эти двигатели подразделяются на двухтактные или четырехтактные. Состав двигателя может иногда помочь вам определить, какая машина соответствует вашим потребностям. Чтобы понять достоинства и недостатки каждого из этих двигателей, вам необходимо знать, как они работают.

Определения

Двухтактный дизельный двигатель

Двухтактный двигатель Поршень делает один ход в каждом направлении, чтобы привести в действие данную машину.

  • Ход сжатия сжимает топливо, которое затем взрывается.
  • Обратный ход, называемый силовым ходом, приводится в действие взорванным топливом. Он перемещает картер, выпускает выхлопные газы и впускает новое топливо и воздух для следующего удара.
Иллюстрация четырехтактного двигателя

Четырехтактный двигатель выполняет четыре такта для привода двигателя.

  • Ход сжатия сжимает воздух и топливо.
  • Силовой ход.Сжатый воздух воспламеняется, приводя в движение поршень, который вращает коленчатый вал в процессе, а также вырабатывая достаточно энергии для запуска трех других ходов.
  • Выхлопной ход. Когда поршень движется вверх, он выпускает выхлопные газы через выпускной клапан.
  • Впускной ход впускает новую подачу топлива и воздуха для первого хода.

Сравнительная таблица

Двухтактный двигатель Четырехтактный двигатель
Его поршень делает два такта в двигателе Его поршень делает четыре такта в двигателе
Громко тише
Менее эффективно, а значит, вредно для окружающей среды Эффективно, а значит экологически безопасно
Относительно дешевле, поскольку у них нет клапанов Относительно дорого из-за сложности встраивания клапанов
Производить высокую мощность за относительно короткий период Выработка малой мощности на длительный период Stroke Engine

Какая разница между двухтактным двигателем? Джин и 4-х тактный двигатель? Различия можно увидеть в количестве ударов, которые делает каждый поршень, и их структуре.

  • Поршень в 4-х тактном двигателе делает четыре такта, которые приводят в движение коленчатый вал. Из-за своего веса и количества выстрелов, которые приводят в движение коленчатый вал, эти двигатели могут производить только низкое, но устойчивое количество энергии, которое идеально подходит для таких вещей, как грузовые автомобили, которые должны преодолевать большие расстояния без остановки. Напротив, двухтактный двигатель способен генерировать быстрые и внезапные скачки мощности, которые не поддерживаются в течение длительного периода времени. Это делает его идеальным для использования в бензопилах и гидроциклах, которые время от времени останавливаются.
  • Двухтактный двигатель легче построить, поскольку он не имеет клапанов. Это делает его более легким и дешевым в производстве. 4-х тактный двигатель требует сложных клапанов для эффективной работы, что делает его тяжелым и дорогим в сборке.
  • Двухтактный двигатель не требует масляного картера. Масло, смешанное с газом, недостаточно смазывает двигатель. Поэтому вряд ли это продлится долго. Стоимость короткого срока службы и смешивания масла с его топливом делает его дорогим в долгосрочной перспективе.4-х тактный двигатель не требует масла, смешанного с газом, поэтому он дешев в эксплуатации.
  • Двухтактные двигатели не так эффективны при сжигании топлива. По этой причине они загрязняют окружающую среду более 4-х тактных двигателей.

Видео

Вот видео, которое подчеркивает основные различия между двухтактным и четырехтактным двигателями, с плюсами и минусами каждого:

.

Анимированных Двигателей - Четырехтактный

Четырехтактный Двигатель

Четырехтактный двигатель был впервые продемонстрирован Николаусом Отто в 1876 ​​ 1 , следовательно, он также известен как Отто цикл . Технически правильный термин - фактически четырехтактный цикл . Четырехтактный двигатель, вероятно, является наиболее распространенным типом двигателя в настоящее время. Он питает практически все легковые и грузовые автомобили.

Четыре такта цикла - это впуск, сжатие, мощность и выхлопные газы.Каждый соответствует одному полному ходу поршня; следовательно, полный цикл требует двух оборотов коленчатого вала, чтобы полный.

Впуск

Во время такта впуска поршень движется вниз, вытягивая свежий заряд испаренной топливно-воздушной смеси. Показанный двигатель имеет тарелка впускной клапан, который открывается вакуумом, создаваемым ход впуска. Некоторые ранние двигатели работали таким образом; тем не менее, большинство современных двигатели имеют дополнительное расположение кулачка / подъемника, как показано на выхлопной клапан.Выпускной клапан закрывается пружиной (не проиллюстрировано здесь).

Сжатие

Когда поршень поднимается, тарельчатый клапан принудительно закрывается давление в цилиндре. Импульс маховика ведет поршень вверх, сжатие топливно-воздушной смеси.

Мощность

В верхней части такта сжатия зажигается свеча зажигания, зажигая сжатое топливо. Когда топливо сгорает, оно расширяется, приводя в движение поршень вниз.

Выхлоп

В нижней части рабочего такта выпускной клапан открывается механизмом кулачка / подъемника.Восходящий ход поршень вытесняет израсходованное топливо из цилиндра.


Система зажигания

Эта анимация также иллюстрирует простую систему зажигания с использованием прерывателя точки, катушка, конденсатор и аккумулятор.

Ряд посетителей написали, чтобы указать на проблему с точки прерывания на моей иллюстрации. В этом стиле зажигания свеча зажигания сработает так же, как размыкаются точки выключателя . Иллюстрация кажется, имеет это задом наперед.

На самом деле иллюстрация верна; он просто движется так быстро трудно увидеть! Вот крупный план фреймов как раз в том месте, где зажигание зажигает:

Моим первоначальным намерением было точно показать, что очки должны оставаться закрыто только на долю секунды, называется dwell. By иллюстрируя это, я случайно скрыл всю работу цепи. Возможно, когда-нибудь я подготовлю более подробную иллюстрацию одна система зажигания.

Большие четырехтактные двигатели обычно включают в себя более одного цилиндра, имеют различные приспособления для распредвала (сдвоенные, накладные и т. д.), иногда функция впрыска топлива, турбокомпрессоры, несколько клапанов и т. д. Эти усовершенствования изменяют основную работу двигателя.


Смотрите также

тел. (495) 665 08 52

тел. (495) 508 19 83

ооо «автопроект» 2005 - 2019