Четыре такта двигателя: Двигатель четырехтактный внутреннего сгорания: устройство и порядок работы

Четырёхтактный двигатель — Википедия. Что такое Четырёхтактный двигатель
Работа четырёхтактного двигателя в разрезе. Цифрами обозначены такты

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). Начиная с середины XX века — наиболее распространённая разновидность поршневого ДВС, особенно в двигателях средней и большой мощности.

Содержание

Порядок работы

Рабочий цикл четырёхтактного двигателя происходит за четыре такта, каждый из которых составляет один ход поршня между мертвыми точками, при этом двигатель проходит следующие фазы:

  • Впуск. Длится от 0 до 180° поворота кривошипа. При впуске поршень движется вниз от верхней мертвой точки, открыт впускной клапан. В цилиндре образуется разрежение, за счёт которого в него засасывается свежий заряд. При наличии нагнетателя смесь нагнетается в цилиндр под давлением.
  • Такт сжатия
    . 180—360° поворота кривошипа. Поршень движется к ВМТ, при этом заряд сжимается поршнем до давления степени сжатия. За счёт сжатия достигается бо́льшая удельная мощность, чем могла бы быть у двигателя, работающего при атмосферном давлении (такого как двигатель Ленуара), за счёт того, что в небольшом объёме заключен весь заряд рабочей смеси. Кроме того, повышение степени сжатия позволяет увеличить КПД двигателя. В двигателях Отто любой конструкции сжимается горючая смесь, в дизелях — чистый воздух.

В конце такта сжатия происходит зажигание заряда в двигателях Отто или начало впрыска топлива в двигателях Дизеля.

  • Рабочий ход 360—540° кривошипа — движение поршня в сторону нижней мёртвой точки под давлением горячих газов, передаваемого поршнем через шатун коленчатому валу. В двигателе Отто при этом происходит процесс изохорного расширения, в дизеле за счёт продолжающегося горения рабочей смеси подвод теплоты продолжается столько, сколько длится впрыск порции топлива. Поэтому сгорание в дизеле обеспечивает процесс, близкий к адиабатному, расширение происходит при одинаковом давлении.
  • Выпуск. 540—720° поворота кривошипа — очистка цилиндра от отработавшей смеси. Выпускной клапан открыт, поршень движется в сторону верхней мёртвой точки, вытесняя выхлопные газы.

В реальных двигателях фазы газораспределения подбираются таким образом, чтобы учитывалась инерция газовых потоков и геометрия трактов впуска и выпуска. Как правило, начало впуска опережает ВМТ от 15 до 25°, конец впуска отстает примерно на столько же от НМТ, так как инерция потока газов обеспечивает лучшее заполнение цилиндра. Выхлопной клапан опережает НМТ рабочего хода на 40 — 60°, при этом давление сгоревших газов к НМТ падает и противодавление на поршень при выхлопе оказывается ниже, что повышает КПД. Закрытие выхлопного клапана также относится за ВМТ впуска для более полного удаления выхлопных газов.

Так как процесс горения и распространение фронта пламени в двигателях Отто требуют определенного времени, зависящего от режима работы двигателя, а максимальное давление из соображений геометрии кривошипно-шатунного механизма желательно иметь от 40 до 45° от ВМТ начала рабочего хода, зажигание осуществляется с опережением — от 2 — 8° на холостом ходу до 25 — 30° на режимах полной нагрузки.

Рабочий процесс дизельного двигателя отличается от описанного выше тем, что заряд в камере сгорания — чистый воздух, нагретый от сжатия до температуры воспламенения. За некоторое время до ВМТ, называемое временем инициации, в камеру сгорания начинает впрыскиваться жидкое топливо, распыленное до капель, каждая из которых подвергается инициации, то есть нагревается, испаряясь с поверхности, при испарении вокруг каждой из капель образуется и воспламеняется в горячем воздухе горючая смесь. Время инициации для каждого дизеля стабильно, зависит от особенностей конструкции и изменяется только с его изнашиванием, поэтому, в отличие от момента зажигания, момент впрыска в дизеле задается раз и навсегда при его конструировании и изготовлении. Так как смесь во всем объёме камеры сгорания в дизеле не образуется, а факел распыла форсунки занимает небольшой объём камеры, количество воздуха на каждый объём впрыснутого топлива должно быть избыточным, в противном случае процесс горения протекает не до конца, а выхлопные газы содержат большое количество недогоревшего углерода в виде сажи. Само горение длится столько времени, сколько длится впрыскивание данной конкретной порции топлива — от нескольких градусов после ВМТ на холостом ходу до 45-50° на режимах полной мощности. В мощных дизелях цилиндр может снабжаться несколькими форсунками.

Главные особенности четырёхтактного двигателя

  • Газообмен в цилиндре практически полностью обеспечивается перемещением рабочего поршня;
  • Для переключения полости цилиндра на впуск и на выхлоп используется отдельный газораспределительный механизм;
  • Каждая фаза газообмена выполняется во время отдельного полуоборота коленчатого вала;
  • Привод систем газораспределения, зажигания и впрыска топлива должен вращаться с частотой вдвое меньшей, чем частота вращения коленчатого вала двигателя. Для этого могут применяться как шестерёнчатые редукторы, так цепная или ременная передача.

История

Цикл Отто

Идеализированный цикл Отто, показанный в координатах давление (Р) и объём (V): такт впуска(A) , представляющий собой изобарическое расширение; за ним следует такт сжатия (B) , представляющий собой адиабатический процесс. Далее следуют сжигание топлива, которое является изохорическим процессом, и адиабатическое расширение, характеризующие такт рабочего хода (C) . Цикл завершается изохорическим процессом и изобарическим сжатием, характеризующими
такт выпуска (D) . TDC — верхняя мёртвая точка; BDC — нижняя мёртвая точка

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, построившим первый практически используемый четырёхтактный двигатель, был немецкий инженер Николаус Отто. Поэтому четырёхтактный цикл известен как цикл Отто, а четырёхтактный двигатель, использующий свечи зажигания, называется двигателем Отто.

Идеальный цикл Отто состоит из адиабатического сжатия, сообщения теплоты при постоянном объёме, адиабатического расширения и отдачи теплоты при постоянном объёме. В практическом четырёхтактном цикле Отто имеются также изобарическое сжатие (выхлоп) и изобарическое расширение (впуск), которые обычно не рассматриваются, так как в идеализированном процессе они не играют роли ни в сообщении рабочему газу теплоты, ни в совершении газом работы.

Это видеоролик о работе двигателя Отто. (2 мин 16 сек, 320×240, 340 кбит/с)

Газораспределительный механизм

Атрибутивный агрегат четырёхтактного двигателя, управляет газообменом при смене тактов, обеспечивая поочередное подключение полости цилиндра к впускному и выхлопному коллекторам.

Управление газораспределением может осуществляться:

МЕХАНИЧЕСКИ:
 — распределительным кулачковым валом или валами с клапанами;
 — цилиндрическими гильзовыми золотниками, движущимися возвратно-поступательно либо вращающимися в головке цилиндров;
МИКРОПРОЦЕССОРОМ. В этом случае привод клапанов осуществляется непосредственно мощными быстродействующими электромагнитами (БМВ) или с использованием гидропривода (ФИАТ).

В первом случае клапанами управляет распределительный вал, вращающийся вдвое медленнее коленчатого вала. Распределительный вал имеет несколько кулачков, каждый из которых управляет одним впускным или выхлопным клапаном. От распредвалов часто приводятся дополнительные сервисные устройства двигателя — масляные, топливные насосы, распределитель зажигания, ТНВД, иногда — механические нагнетатели и др.

В разных двигателях используются один или несколько распределительных валов, расположенных возле коленвала, над рядом цилиндров или даже над каждым рядом клапанов. Привод распредвалов осуществляется от коленвала либо распределительными шестернями, либо пластинчато-роликовой цепью, либо зубчатым ремнем. В некоторых старых конструкциях использовались валики с коническими шестернями (В-2). В любом случае валы синхронизированы с частотами вращения 1 : 2.

В любом случае вал, расположенный рядом с коленчатым, называется нижним, в головке над или рядом с клапанами — верхним. Клапаны по расположению относительно камеры сгорания также могут быть верхними — расположенными над донышком поршня, или нижними — расположены рядом с цилиндрами сбоку. Нижние клапаны приводятся от нижнего вала через короткие стаканообразные толкатели. Привод верхних клапанов от нижнего вала осуществляется, как правило, штанговым механизмом, от верхнего либо через рокеры (коромысла), либо через стаканообразные толкатели. Во многих двигателях используются гидравлические толкатели, автоматически выбирающие зазоры в клапанных парах и делающие механизм газораспределения необслуживаемым.

Клапан представляет собой стержень с тарелкой, выполненной из жаростойких материалов. Стержень клапана совершает возвратно-поступательные движения в направляющей втулке, тарелка коническим герметизирующим пояском ложится на клапанное седло, также выполняемое из жаростойких материалов. И седло, и направляющая втулка являются контактными поверхностями, через которые осуществляется охлаждение клапана. Особено важно это положение для выхлопных клапанов, которые постоянно работают в потоках горячих газов (а при неправильной установке зажигания или момента впрыска — в потоке пламени) и нуждаются в интенсивном теплоотводе. Поэтому для улучшения охлаждения внутри стержня клапана может располагаться полость с теплопроводным материалом — с натрием, с медью. А сами контактирующие поверхности должны быть гладкими и иметь минимально возможные зазоры. Многие клапаны имеют механизмы поворота, обеспечивающие принудительное вращение вокруг продольной оси в процессе работы.

Открытие клапана осуществляет соответствующий кулачок, закрытие — либо возвратна клапанная пружина/пружины, либо особый десмодромный механизм (Даймлер-Бенц), позволяющий из-за отсутствия пружин достичь очень высоких скоростей перемещения клапанов и, соответственно, существенно поднять обороты двигателя без существенного повышения усилий в механизме распределения. Дело в том, что чем слабее клапанная пружина, тем медленнее возврат клапана в седло. Уже при работе на относительно невысоких оборотах слабые пружины позволяют клапанам «зависать» и соприкасаться с поршнями (двигатели ВАЗ без внутреннего ряда клапанных пружин — на 5500-6000 об/мин). Чем сильнее клапанные пружины, тем большие напряжения испытывают детали ГРМ и тем более качественное масло должно использоваться для его смазки. Десмодромный механизм позволяет перемещать клапана с такой скоростью, которая ограничена только моментом их инерции, то есть, существенно более высокой, чем достижимые для клапанов скорости в реальных двигателях.

Электромагнитное или электрогидравлическое управление с микропроцессором, сверх этого, позволяет легко корректировать фазы газораспределения двигателя, добиваясь наивыгоднейшей характеристики распределения на каждом режиме.

Некоторые ранние модели двигателей («Харлей-Дэвидсон», «Пежо») имели впускные клапаны со слабыми пружинами, обеспечивавшими «автоматическое» открывание клапана после начала впуска под действием вакуума над поршнем.

Для коррекции фаз газораспределения в ГРМ с распредвалами используются разного рода дифференцирующие механизмы, их конструкция зависит от компоновки двигателя и ГРМ (которая во многом определяет компоновку всего ДВС).

Системы смазки и охлаждения

Работа ДВС сопровождается выделением значительного количества теплоты из-за высоких температур рабочих газов и существенных контактных напряжений в трущихся деталях. Поэтому для обеспечения работы двигателя детали, образующие пары трения, необходимо охлаждать и смазывать, а из зазоров между ними вымывать продукты механического износа. Смазывающее масло, помимо обеспечения масляного клина в зазорах, отводит значительное количество тепла от нагруженных трущихся поверхностей. Для охлаждения гильз цилиндров и элементов головки двигателя дополнительно используется система принудительного охлаждения, которая может быть жидкостной и воздушной.

Система смазки двигателя состоит из ёмкости с маслом, в таком качестве часто используется поддон картера — в системе с масляным картером или отдельный масляный бак — в системе с сухим картером. Из ёмкости масло засасывается масляным насосом, шестерёнчатым или, реже, коловратным, и по каналам поступает под давлением к пáрам трения. В системе с масляным картером гильзы цилиндров и некоторые второстепенные детали смазываются разбрызгиванием, системы с сухим картером предусматривают наличие специальных лубрикаторов, обеспечивающих смазку и охлаждение этих же деталей. В двигателях средней и большой мощности в систему смазки включаются элементы масляного охлаждения поршней в виде залитых в донышки змеевиков или специальных форсунок, обливающих днище поршня со стороны картера. Как правило, система смазки содержит один или несколько фильтров для очистки масла от продуктов износа пар трения и осмоления собственно масла. Фильтры используются либо с картонной шторкой с определённой степенью пористости, либо центробежные. Для охлаждения масла часто применяют воздушно-масляные радиаторы или водомасляные теплообменники.

Система воздушного охлаждения в простейшем случае представлена просто массивным оребрением цилиндров и головок. Набегающий поток воздуха снаружи и масло изнутри охлаждает двигатель. Если обеспечить теплоотвод набегающим потоком невозможно, в систему включается вентилятор с воздуховодами. Наряду с таким неоспоримыми достоинствами, как простота двигателя и относительно высокая живучесть в неблагоприятных условиях, а также относительно меньшая масса, воздушное охлаждение имеет серьёзные недостатки:

— большое количество воздуха, продувающего двигатель, несёт большое количество пыли, которая оседает на оребрении, особенно при подтекании масла, неизбежном в эксплуатации, в результате эффективность охлаждения резко снижается;

— невысокая теплоёмкость воздуха заставляет продувать через двигатель существенные его объёмы, для чего требуется существенный отбор мощности для работы вентилятора охлаждения;

— форма деталей двигателя плохо соответствует условиям хорошего обтекания воздушным потоком, в связи с чем добиться равномерного охлаждения элементов двигателя очень трудно; из-за разницы рабочих температур в отдельных элементах конструкции возможны большие термические напряжения, что снижает долговечность конструкции.

Поэтому воздушное охлаждение применяется в ДВС нечасто и, как правило, либо на дешевых конструкциях, либо в тех случаях, когда работа двигателя протекает в особых условиях. Так, на транспортёре переднего края ЗАЗ-967 используется двигатель с воздушным охлаждением МеМЗ-968, отсутствие водяной рубашки, рукавов и радиатора охлаждения повышает живучесть транспортёра в условиях поля боя.

Жидкостное охлаждение имеет ряд преимуществ и применяется на ДВС в большинстве случаев. Преимущества:

— высокая теплоёмкость жидкости способствует быстрому и эффективному отводу тепла из зон теплообразования;

— гораздо более равномерное теплораспределение в элементах конструкции двигателя, что существенно снижает тепловые напряжения;

— использование жидкостного охлаждения позволяет быстро и эффективно регулировать поток тепла в системе охлаждения и, стало быть, быстрее и гораздо равномернее, чем в случае с воздушным охлаждением, прогревать двигатель до температур рабочего диапазона;

— жидкостное охлаждение позволяет увеличивать как линейные размеры деталей двигателя, так и его теплонапряжённость за счёт высокой эффективности теплоотведения; поэтому все средние и крупные двигатели имеют жидкостное охлаждение, за исключением ПДП-двухтактных двигателей, у которых зона продувочных окон гильз охлаждается продувочным воздухом из соображений компоновки;

— специальная форма водо-воздушного или водо-водяного теплообменника позволяет максимально эффективно передавать тепло двигателя в окружающую среду.

Недостатки водяного охлаждения:

— повышение веса и сложность конструкции двигателя из-за наличия водяной рубашки;

— наличие теплообменника/радиатора;

— снижение надёжности агрегата из-за наличия стыков рукавов, шлангов и патрубков с возможными течами жидкости;

— обязательное прекращение работы двигателя при потере хотя бы части охлаждающей жидкости.

Современные системы жидкостного охлаждения используют в качестве теплоносителя специальные антифризы, замерзающие при низких температурах и содержащие пакеты присадок разного назначения — ингибиторы коррозии, моющие, смазывающие, антипенные, а иногда и герметизирующие места возможных течей. С целью повышения КПД двигателя системы герметизируют, при этом повышая рабочий диапазон температур к области кипения воды. Такие системы охлаждения работают при давлении выше атмосферного, их элементы рассчитаны на поддержание повышенного давления. Этиленгликолевые антифризы имеют высокий коэффициент объёмного расширения. Поэтому в таких системах часто применяются отдельные расширительные бачки или радиаторы с увеличенными верхними бачками.

С целью стабилизации рабочей температуры и для ускорения прогрева двигателя в системы охлаждения устанавливают термостаты. Для воздушного охлаждения термостат — сильфон, заполненный церезином или этиловым спиртом в сочетании с обоймой и системой рычагов, поворачивающих заслонки, обеспечивающие переключение и распределение воздушных потоков. В системах жидкостного охлаждения точно такой же термоэлемент осуществляет открытие клапана или переключение системы клапанов, направляющих жидкость либо в радиатор, либо в специальный канал, обеспечивающий циркуляцию нагреваемой жидкости и равномерное прогревание двигателя.

Радиатор или теплообменник охлаждения имеет вентилятор, продувающий через него поток атмосферного воздуха, с гидростатическим или электрическим приводом.

Баланс энергии

Двигатели Отто имеют термический КПД около 40 %, что с механическими потерями дает фактический КПД от 25 до 33%.

Современные двигатели могут иметь уменьшенный КПД для удовлетворения высоких экологических требований.

КПД ДВС можно повысить с помощью современных систем процессорного управления топливоподачей, зажиганием и фазами газораспределения. Степень сжатия современных двигателей, как правило, имеет значения, близкие к предельным (спорный момент, см. Цикл Миллера).

Факторы, влияющие на мощность двигателя

Четырёхтактный цикл
1=верхняя мёртвая точка
2=нижняя мёртвая точка
A: такт впуска
B: такт сжатия
C: такт рабочего хода
D: такт выпуска

Мощность поршневого двигателя зависит от объёма цилиндров, объёмным КПД, потерь энергии — газодинамических, тепловых и механических, степени сжатия топливо-воздушной смеси, содержания кислорода в воздухе и частоты вращения. Мощность двигателя зависит также от пропускной способности тактов всасывания и выхлопа, а значит, от их проходных сечений, длины и конфигурации каналов, а также от диаметров клапанов, больше впускных. Это справедливо для любых поршневых двигателей. Максимальная мощность ДВС достигается при наивысшем наполнении цилиндров. Частота вращения коленвала в конечном счёте ограничена прочностью материалов и свойствами смазки. Клапана, поршни и коленчатые валы испытывают больши́е динамические нагрузки. На высоких оборотах двигателя могут происходить физические повреждения поршневых колец, механический контакт клапанов с поршнями, что приводит к разрушению двигателя. Поршневые кольца вертикально колеблются в канавках поршней. Эти колебания ухудшают уплотнение между поршнем и гильзой, что приводит к потере компрессии, падении мощности и КПД в целом. Если коленвал вращается слишком быстро, клапанные пружины не успевают достаточно быстро закрывать клапана. Это может привести к контакту поршней с клапанами и вызывать серьёзные повреждения, поэтому на скоростных спортивных двигателях используют привод клапанов без возвратных пружин. Так, «Даймлер-Бенц» серийно выпускает моторы с десмодромным управлением клапанами (с двойными кулачками, один открывает клапан, другой прижимает его к седлу), БМВ использует электромагнитное управление клапанами. На высоких скоростях ухудшаются условия работы смазки во всех парах трения.

Совокупно с потерями на преодоление инерции возвратно-поступательно движущихся элементов ЦПГ, это ограничивает среднюю скорость поршней большинства серийных двигателей 10 м/с.

Применение

Четырёхтактные двигатели могут быть как бензиновыми, так и дизельными. Они находят самое широкое применение в качестве первичных двигателей на стационарных и транспортных энергоустановках.

Как правило, четырёхтактные двигатели используются в тех случаях, когда имеется возможность более или менее широко варьировать соотношение оборотов вала со снимаемой мощностью и крутящим моментом либо тогда, когда это соотношение не играет роли при работе машины. Например, двигатель, нагруженный электрогенератором, в принципе может иметь любую рабочую характеристику и согласуется с нагрузкой только по рабочему диапазону оборотов, которые в принципе могут быть любыми, приемлемыми для генератора. Использование промежуточных передач вообще делает четырёхтактный двигатель более адаптированным к нагрузкам в самых широких пределах. Они же являются более предпочтительными в тех случаях, когда установка длительное время работает вне установившегося режима — благодаря более совершенной газодинамике их работа в переходных режимах и режимах со снятием частичной мощности оказывается более устойчивой.

При работе на вал в заданном диапазоне оборотов, особенно тихоходный (гребной вал теплохода), предпочтительнее использование двухтактных двигателей, как имеющих более выгодные массово-мощностные характеристики на низких оборотах.

Примечания

Ссылки

  • Рикардо Г.Р. Быстроходные двигатели внутреннего сгорания. — М.: ГНТИ Машиностроительной литературы, 1960.

Четырехтактный двигатель — Four-stroke engine

Четырехтактный цикл , используемый в бензин / бензиновых двигателей. 1 = Впускной, 2 = сжатие, 3 = мощность, 4 = Вытяжной. Правый синий сторона впускной порт и левая сторона коричневая выпускное отверстие. Стенки цилиндра представляет собой тонкий рукав , окружающий поршневую головку , которая создает пространство для сжигания топлива и генезиса механической энергии.

Четырехтактный (также четыре цикла ) двигатель является внутренним сгорание (IC) , двигатель , в котором поршень заканчивает четыре отдельных штрихов при повороте коленчатого вала. Инсульт относится к полному ходу поршня вдоль цилиндра, в любом направлении. Четыре отдельные штрихи называются:

  1. Впускной: Также известен как индукция или всасывания. Этот ход поршня начинается в верхней мертвой точке (ВМТ) и заканчивается в нижней мертвой точке (НМТ). В этом ходе впускной клапан должен находиться в открытом положении, в то время как поршень тянет воздушно-топливную смесь в цилиндр, производя давление вакуума в цилиндр через его движение вниз. Поршень двигается вниз, как воздух всасывается в нисходящем движении против поршня.
  2. Сжатие: Этот ход начинается в НМТ, или просто в конце такта всасывания, и заканчивается в верхней мертвой точке такта В этом поршень сжимает воздушно-топливную смесь в ходе подготовки к зажигания во время рабочего хода (ниже). Как впускные и выпускные клапаны закрыты во время этой стадии.
  3. Сгорание: Также известна как сила или воспламенения. Это начало второго оборота цикла четыре хода. На данный момент коленчатый вал завершил полный оборот на 360 градусов. В то время как поршень находится в верхней мертвой точке (конец такта сжатия) сжатой смеси воздух-топливо воспламеняется с помощью свечи зажигания (в бензиновый двигатель) или с помощью тепла , генерируемого высокой степенью сжатия (дизельные двигатели), принудительно возвращая поршень в НМТ Этот ход производит механическую работу от двигателя , чтобы повернуть коленчатый вал.
  4. Выхлоп: Также известен как выпускное отверстие. Во время выхлопного хода, поршень, еще раз, возвращается из НМТ в ВМТ , а выпускной клапан открыт. Это действие выталкивает использованную воздушно-топливную смесь через выпускной клапан.

Эти четыре удара можно запомнить разговорной фразой «Suck, Squeeze, взрыв, удар».

история

Отто цикл

Отто двигатель от 1920 США Производства

Николаус Август Отто , как молодой человек был коммивояжером для продуктового концерна. В своих путешествиях он столкнулся с двигателем внутреннего сгорания , построенным в Париже бельгийского экспатриантова Жан Жозеф Этьен Ленуар . В 1860 годе Ленуар успешно создал двойное действие двигатель , который работал на светильном газ с КПД 4%. 18 л Ленуар двигатель производится только 2 лошадиных сил. Двигатель Ленуара побежал светильный газ , сделанный из угля, который был разработан в Париже Филипп Лебон .

При тестировании реплики двигателя Ленуар в 1861 году Отто стало известно о влиянии компрессии на расхода топлива. В 1862 году, Отто попытался произвести двигатель, чтобы улучшить на низкой эффективности и надежности работы двигателя Ленуар. Он попытался создать двигатель, который будет сжимать топливную смесь перед воспламенением, но не так, что двигатель не будет работать не более чем за несколько минут до его разрушения. Многие другие инженеры пытались решить эту проблему, не имела успеха.

В 1864 году, Отто и Ойген Ланген основан первая внутреннего производство двигателя внутреннего сгорания компания, Н. А. Отто и Cie (Н. А. Отто и Company). Отто и Cie удалось создать успешный атмосферный двигатель в том же году. Завод побежал из космоса и был перенесен в город Дойцы , Германии в 1869 году, когда компания была переименована в Дойцах Gasmotorenfabrik AG (Deutz Gas Engine Manufacturing Company). В 1872 году Готлиб Даймлер был техническим директором и Вильгельм Майбах был главой конструкции двигателя. Daimler был оружейник , который работал на двигателе Ленуар. К 1876 году, Отто и Ланген удалось создать первый двигатель внутреннего сгорания , который сжатый топливную смесь перед сгоранием за гораздо более высокой эффективностью , чем любой двигатель , созданный к этому времени.

Даймлер и Майбах покинули используют на Отто и Cie и разработали первый высокоскоростной двигатель Отто в 1883. В 1885 г. они произвели первый автомобиль , чтобы быть оснащен двигателем Отто. Даймлер Reitwagen использовал систему зажигания горячей трубки и топливо , известное как лигроин , чтобы стать первым в мире транспортное средство , приводимое в движение двигателем внутреннего сгорания. Он использовал двигатель четырехтактный , основанный на конструкции Отто. В следующем году Карл Бенц произвел четыре-тактный с двигателем автомобиля на который считается первым автомобилем.

В 1884 году, компания Отто, тогда известный как Gasmotorenfabrik Дойц (GFD), разработал электрический зажигание и карбюратор. В 1890 году Даймлер и Майбах создали компанию , известную как Daimler Motoren Gesellschaft . Сегодня эта компания Daimler-Benz .

Аткинсон цикл

Этот 2004 Toyota Prius гибрид имеет двигатель Аткинсон цикла как бензиновый-электрический гибридный двигатель Цикл Аткинсона газа

Двигатель Аткинсон цикла представляет собой тип двигателя внутреннего сгорания одного хода изобретена Джеймс Аткинсон в 1882 году Atkinson цикла предназначен для обеспечения эффективности за счет плотности мощности , и используется в некоторых современных гибридных электрических приложениях.

Оригинальный Аткинсон цикла поршневого двигателя позволило впуска, сжатия, мощность, и выхлопные штрихов цикла четырехтактного происходить в один оборот коленчатого вала, и был разработан, чтобы избежать нарушения определенных патентов, охватывающих Отто цикла двигателей.

Благодаря уникальному коленвал конструкции Аткинсон, его коэффициент расширения может отличаться от его степени сжатия и, с рабочим ходом дольше , чем такт сжатия, то двигатель может достичь большего теплового коэффициента полезного действия по сравнению с традиционным поршневым двигателем. В то время как оригинальный дизайн Аткинсона не больше , чем историческое любопытство, многие современные двигатели используют нетрадиционный фаз газораспределения , чтобы произвести эффект более короткий такт сжатия / длительный рабочий ход, таким образом , реализации экономии топлива улучшений цикл Аткинсона может обеспечить.

Дизельное цикл

Audi Дизель R15 в Ле-Мане

Дизельный двигатель является техническим уточнением двигателя Отто цикла 1876. Там , где Отто понял , в 1861 году , что эффективность двигателя может быть увеличена путем сжатия первого топливной смеси до ее зажигания, Рудольф Дизель хотел разработать более эффективный тип двигателя , который может работать на гораздо более тяжелое топливо. Ленуар , Отто Атмосферные и двигатели Отто сжатия (как 1861 и 1876) были разработаны , чтобы работать на светильного газа (газ , уголь) . С той же мотивацией , как Отто, Дизель хотел создать двигатель , который дал бы небольшим промышленным предприятиям своего собственный источник питания , чтобы они могли конкурировать с более крупными компаниями, и как Отто, чтобы уйти от необходимости быть привязанными к муниципальной топливоподаче , Как Отто, потребовалось более десяти лет , чтобы произвести двигатель с высокой степенью сжатия , что может самовозгоранию топлива впрыскивается в цилиндр. Дизель используется воздушный спрей в сочетании с топливом в его первом двигателе.

Во время первоначальной разработки, один из двигателей взрыв чуть не убил Дизель. Он упорно и, наконец, создали успешный двигатель в 1893. с высокой степенью сжатия двигателя, который воспламеняет свое топливо за счет теплоты сжатия, теперь называют дизельный двигатель ли четырехтактного или двухтактного конструкции с.

Дизельный двигатель четырехтактный используется в большинстве тяжелых условий эксплуатации в течение многих десятилетий. Он использует тяжелое топливо, содержащие больше энергии и требует меньшего уточнения для производства. Самые эффективные Отто цикла двигатели работают вблизи тепловой КПД 30%.

Термодинамический анализ

Идеализированное четырехтактный цикл Отто пВ Диаграмма :  потребление (А)  хода выполняется с помощью изобарической расширения, с последующим  сжатием (B)  инсульт, выполняется с помощью адиабатического сжатия. Через сгорания топлива изохорная процесс производится, с последующим адиабатическим расширением, характеризующий  мощность (С)  хода. Цикл закрываются изохорическим процессом и изобарическим сжатием, характеризующим  выпускной (D)  инсульт.

Термодинамический анализ фактических четырехтактных и двухтактных циклов не является простой задачей. Однако анализ можно упростить , если существенно используются стандартные допущения воздуха. В результате чего цикл, который очень напоминает фактические условия эксплуатации, является циклом Отто.

Во время нормальной работы двигателя, как воздух / топливная смесь сжимается, электрическая искра создается для воспламенения смеси. На низких оборотах это происходит близко к верхней мертвой точке (ВМТ). При повышении оборотов двигателя, скорость фронта пламени не меняется, так что точка искры продвигается в начале цикла, чтобы позволить большую часть цикла для заряда сжигани до того, как начинается рабочий ход. Это преимущество находит свое отражение в различных конструкциях двигателей Отто; атмосферный (без сжатия) двигатель работает с КПД 12%, тогда как сжатый заряд двигатель имеет операционную эффективность около 30%.

соображения Топливные

Проблема с сжатых зарядом двигателями является то, что повышение температуры сжатого заряда может вызвать преждевременное зажигание. Если это происходит в то время, и слишком энергичный, это может привести к повреждению двигателя. Различные фракции нефти широко различной температуры вспышки (температуры, при которой топливо может самовозгоранию). Это необходимо учитывать в конструкции двигателя и топлива.

Тенденция к сжатой топливной смеси , чтобы воспламенить рано ограничивается химическим составом топлива. Есть несколько сортов топлива для размещения различных уровней производительности двигателей. Топлива изменяется , чтобы изменить его температуру самовоспламенения. Есть несколько способов сделать это. Как двигатели разработаны с более высокими коэффициентами сжатия результатом является то , что предварительно зажигание гораздо более вероятно, произойдет , поскольку топливная смесь сжимается до более высокой температуры до преднамеренного зажигания. Более высокая температура , более эффективно испаряется виды топлива , такие как бензин, что повышает эффективность работы двигателя сжатия. Более высокие коэффициенты сжатия также означает , что расстояние , на которое поршень может нажать , чтобы вырабатывать энергию больше (которая называется коэффициент расширения ).

Октановое число данного топлива является мерой сопротивления в топливе к самовозгоранию. Топливо с более высоким октановым числом численным обеспечивает более высокую степень сжатия, которая извлекает больше энергии из топлива и более эффективно преобразует эту энергию в полезную работу, в том же время предотвращая повреждение двигателя от предварительного зажигания. Высокооктанового топлива также является более дорогим.

Дизельные двигатели по своей природе не имеют проблем с предварительным зажиганием. Они имеют озабоченность , может ли быть запущенно сгорание. Описание того , как вероятно , Дизельное топливо для воспламенения называется цетановое. Поскольку дизельное топливо обладает низкой летучестью, они могут быть очень трудно начать , когда холодно. Различные методы используются для запуска холодного дизельного двигателя, наиболее распространенным является использование запальной свечи .

Принципы проектирования и инженерных

Выходная мощность ограничения

Четырехтактный цикл
1 = ВМТ
2 = НМТ
 А: Впускной 
 Б: Сжатие 
 С: Мощность 
 D: Выпускной 

Максимальное количество электроэнергии , вырабатываемой двигателем, определяется максимальным количеством воздуха внутрь. Количество электроэнергии , вырабатываемой с помощью поршневого двигателя связана с его размера (объема цилиндра), является ли это двухтактный двигатель или конструкция , четырехтактный, объемный КПД , потери, соотношение воздух-топливо, теплотворная из топлива, содержание кислорода в воздухе и скорости ( оборотов в минуту ). Скорость, в конечном счете ограничивается прочностью материала и смазкой . Клапаны, поршни и шатуны страдают серьезные силы ускорения. При высокой частоте вращения двигателя, физическое повреждение и поршневых колец флаттера может произойти, что приводит к потере мощности или даже к разрушению двигателя. Поршневые кольца флаттер происходит , когда кольца колеблются по вертикали в поршневых канавках они находятся в. Кольце флаттер ставит под угрозой уплотнения между кольцом и стенкой цилиндра, что приводит к потере давления в цилиндре и мощности. Если двигатель вращается слишком быстро, клапанные пружины не могут действовать достаточно быстро , чтобы закрыть клапаны. Это обычно называют как « клапан поплавка », и это может привести к поршню к клапану контакт, серьезно повредить двигатель. На высоких скоростях смазки поршня интерфейса стенки цилиндра имеет тенденцию ломаться. Это ограничивает скорость поршня для промышленных двигателей до около 10 м / с.

Впускной поток / выпускное отверстие

Выходная мощность двигателя зависит от способности потребления (воздушно-топливной смеси) и выхлопа, чтобы быстро перемещаться через порты клапанов, как правило , расположены в головке блока цилиндров . Для увеличения выходной мощности двигателя , в, нарушение в впускных и выпускных путях, такие как литейные дефекты, может быть удалено, и, с помощью к скамейке воздушного потока , радиусы порта клапана поворачивается и седло клапана конфигурация может быть изменена , чтобы уменьшить сопротивление. Этот процесс называется портированием , и это может быть сделано вручную или с ЧПУ станка.

Отходы рекуперации тепла из двигателя 12 IC

Двигатель IC в среднем способен преобразовывать только 30-40% от подводимой энергии в механическую работу. Большая часть энергии отходов в виде тепла, которое выделяется в окружающую среду через охлаждающую жидкость, плавники и т.д. Если бы мы могли как-то восстановить отработанного тепла мы можем улучшить производительность двигателя. Было обнаружено, что даже если 6% от полностью впустую тепла извлекают это может увеличить эффективность работы двигателя значительно.

Многие методы были разработаны для того , чтобы извлечь избыточное тепло от выхлопа двигателя и использовать его дальше , чтобы извлечь некоторую полезную работу, уменьшение выхлопных загрязняющих веществ в то же самое время. Использование цикла Ренкина, турбонаддув и термоэлектрического поколения может быть очень полезным в качестве утилизаторов системы.

Хотя система рекуперации тепла отходов в настоящее время часто используются среди всех устройств, но все еще некоторые вопросы, как их низкой эффективность при более низких скоростях подачи тепла и высоких насосных потерях по-прежнему вызывает озабоченность у исследователей.

Наддув

Одним из способов увеличения мощности двигателя, чтобы заставить больше воздуха в цилиндр таким образом , что больше мощности может быть получена от каждого рабочего хода. Это может быть сделано с помощью какого — то типа устройства сжатия воздуха , известное как нагнетатель , который может питаться от коленчатого вала двигателя.

Наддув увеличивает выходную мощность пределы внутреннего двигателя внутреннего сгорания по отношению к его смещению. Чаще всего, нагнетатель всегда работает, но были проекты, которые позволяют ему быть вырезаны или работать с разной скоростью (относительно скорости вращения двигателя). С механическим приводом нагнетателя имеет тот недостаток, что некоторые из выходной мощности используются для привода нагнетателя, в то время как сила впустую в выхлопных газах высокого давления, как воздух был сжат в два раза, а затем получает более потенциальный объем в камере сгорания, но это только расширяется в одну стадию.

турбонаддув

Турбокомпрессора является нагнетатель , который приводится в движение выхлопными газами двигателя, с помощью турбины . Турбонагнетатель встроен в выхлопной системе транспортного средства, чтобы использовать исключенного выхлопных газов. Он состоит из двух частей, высокоскоростной турбинной сборки с одной стороны , который сжимает всасываемый воздух, а с другой стороны , который питается от оттока выхлопных газов в.

Когда на холостом ходу, так и при низких до умеренных скоростей, турбина производит мало энергию из небольшого объема выхлопных газов, турбокомпрессор имеет небольшой эффект, и двигатель работает почти в безнаддувной образе. Когда требуется гораздо больше выходной мощности, частоты вращения двигателя и открытия дроссельной заслонки увеличивается до тех пор, выхлопные газы не являются достаточными, чтобы «золотник вверх» турбину турбонагнетателя, чтобы начать сжатия гораздо больше воздуха, чем обычно во впускной коллектор. Таким образом, дополнительная мощность (и скорость) выталкиваются через функцию этой турбины.

Турбонаддув обеспечивает более эффективную работу двигателя , поскольку он приводится в движение давлением выхлопных газов , которые бы в противном случае ( в основном) впустую, но есть ограничение дизайн известный как турбо лаг . Увеличенная мощность двигателя не сразу доступна в связи с необходимостью резко увеличить обороты двигателя, чтобы создать давление и раскручивает турбин до турбо начинает делать какое — либо полезное сжатие воздуха. Увеличение потребления приводит к увеличению объема выхлопных газов и спины турбо быстрее, и так далее до тех пор , устойчивая работа высокой мощности не будет достигнута. Другая трудность состоит в том , что чем выше давление выхлопных газов приводит к тому , отработавший газ передать больше своего тепла механических частей двигателя.

Род и отношение поршня к инсульту

Отношение стержня к инсульту является отношением длины шатуна к длине хода поршня. Более длинный стержень уменьшает бочком давления поршня на стенки цилиндра и сил напряжения, увеличивая срок службы двигателя. Это также увеличивает стоимость и двигатель роста и веса.

А «квадратный двигатель» представляет собой двигатель с диаметром отверстия , равным длине хода. Двигателя , где диаметр канала больше , чем его длина хода является oversquare двигатель, наоборот, двигатель с диаметром отверстия , который меньше , чем его длина хода является undersquare двигателя.

клапан поезд

Клапаны обычно работает с помощью распределительного вала вращающегося на половине скорости коленчатого вала . Он имеет ряд кулачков вдоль его длины, каждый из которых предназначен , чтобы открыть клапан , при соответствующей части впускного или выпускного хода. Толкателя между клапаном и кулачком является контактной поверхностью , на которой кулачок скользит , чтобы открыть клапан. Многие системы используют один или несколько распределительных валов «выше» строку (или каждый ряд) цилиндров, как показано на рисунке, в котором каждый кулачок , непосредственно приводит в действие клапан через плоский толкатель. В конструкции другого двигателя распредвал находится в картере , в этом случае каждый кулачок обычно контактирует с Шатуном , который контактирует с коромыслом , который открывает клапан, или в случае плоского двигателя толкатель не нужен. Верхний кулачок конструкция , как правило , обеспечивает скорость двигателя выше , так как она обеспечивает наиболее прямой путь между кулачком и клапаном.

Клапанный зазор

Клапанный зазор относится к небольшому зазору между подъемником клапана и штоком клапана, который гарантирует, что клапан полностью закрывается. На двигателях с механическим регулированием клапана, чрезмерный зазор вызывает шум поезда клапана. Слишком малый зазор клапана может привести клапаны не закрывается должным образом, это приводит к потере производительности и, возможно, перегрев выпускных клапанов. Как правило, зазор необходимо подрегулировать каждые 20000 миль (32000 км) с щупом.

Большинство современных производственных двигатели используют гидрокомпенсаторы для автоматической компенсации износа компонентов клапанного механизма. Грязное моторное масло может привести к отказу подъемного приспособления.

Энергетический баланс

Двигатели Отто примерно на 30% эффективнее; Другими словами, 30% энергии , вырабатываемой за счет сгорания преобразуется в полезную энергию вращения на выходном валу двигателя, в то время как оставшаяся часть потери из — за отходов тепла, трение и двигатель аксессуары. Есть несколько способов , чтобы восстановить часть энергии теряется впустую тепла. Использование Турбокомпрессор в дизельных двигателях является очень эффективным путем повышения давления входящего воздуха и , по сути, обеспечивает такое же увеличение производительности , как наличие большего количества перемещений. Компания Mack Truck, несколько десятилетий назад, была разработана система турбины , которая преобразуется отработанное тепло в кинетическую энергию , что она подается обратно в трансмиссию двигателя. В 2005 году BMW объявили о разработке в turbosteamer , двухступенчатую систему рекуперации тепла , аналогичной системе Mack , что восстанавливает 80% энергии в выхлопных газах и повышает эффективность работы двигателя Отто на 15%. В противоположность этому , шесть-тактный двигатель может снизить расход топлива на целых 40%.

Современные двигатели часто намеренно построены , чтобы быть немного менее эффективными , чем они могли бы быть иначе. Это необходимо для контроля выбросов , таких , как системы рециркуляции выхлопных газов и каталитических нейтрализаторов , которые снижают смога и других загрязняющих веществ в атмосферу. Снижение эффективности может быть нейтрализовано с блоком управления двигателем с использованием постного методов ожога .

В Соединенных Штатах, в корпоративной средней экономии топлива мандатов , что транспортные средства должны достичь в среднем 34,9 миль на галлон -US (6,7 л / 100 км; 41,9 миль на галлон -imp ) по сравнению с текущим стандартом 25 миль на галлон -US (9,4 л / 100 км ; 30,0 миль на галлон -imp ). Как автопроизводители смотрят , чтобы удовлетворить эти стандарты к 2016 году, новые способы инженерного традиционного двигателя внутреннего сгорания (ДВС) , должны быть рассмотрены. Некоторые потенциальные решения для повышения эффективности использования топлива для удовлетворения новых мандатов включают стрельбу после того, как поршень находится дальше от коленчатого вала, известного как верхней мертвой точке , и применяя цикл Миллера . В совокупности это реконструкция может значительно снизить потребление топлива и NO х выбросов.

Смотрите также

Рекомендации

Общие источники

  • Гарденберг, Хорст О. (1999). Средневековье из двигателей внутреннего сгорания . Общество инженеров автомобильной (SAE). ISBN  978-0-7680-0391-8 .
  • scienceworld.wolfram.com/physics/OttoCycle.html
  • Cengel, Юнус А; Майкл Boles; Yaling Он (2009). Термодинамика Инженерный подход. Np . The McGraw Hill Companies. ISBN  978-7-121-08478-2 .
  • Бенсон, Том (11 июля 2008). «4 тактный двигатель внутреннего сгорания» . п. Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства . Проверено 5 May 2 011 .

внешняя ссылка

Сравнение двухтактного мотора с четырехтактным в компании «Мореход»

Принцип работы 2-х и 4-х тактных двигателей

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

Четырехтактный двигатель

Рабочий 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.

I этап – Впуск. В процессе впуска поршень четырёхтактного двигателя идёт из верхней мёртвой точки в нижнюю мёртвую точку. Одновременно кулачком распредвала открывается впускной клапан, в цилиндр четырёхтактного двигателя затягивается свежая топливно-воздушная смесь.

II этап – Сжатие. Пoршень четырёхтактного двигателя поднимается из нижней мертвой точки в верхнюю мертвую точку, сжимая рабочую топливную смесь. Одновременно и значительно поднимается температура горючей смеси. Отношение рабочего объёма цилиндра в нижней мертвой точке и объёма камеры сгорания во внутренней мертвой точке называется степенью сжатия (не путать с компрессией). Степень сжатия — очень важный параметр, обычно, чем она больше, тем больше топливная экономичность двигателя. Но, для четырёхтактного двигателя с бОльшей степенью сжатия требуется топливо с бОльшим октановым числом, которое дороже.

III этап – Сгорание и расширение (рабочий ход поршня). Незадолго до окончания такта сжатия горючая смесь воспламеняется искрой от свечи зажигания. Во время следования поршня из верхней мертвой точки в нижнюю мертвую точку топливо сгорает, и под действием тепла сгоревшего топлива рабочая смесь расширяется, толкая поршень. Степень «недоворота» коленчатого вала двигателя до верхней мертвой точки при поджигании смеси именуется углом опережения зажигания. Опережение зажигания необходимо для того, чтобы давление газов достигло максимальной величины когда поршень будет находиться в верхней мертвой точке. 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.

IV этап – Выпуск. После нижней мертвой точки такта рабочего хода поршня четырёхтактного двигателя открывается выпускной клапан, и поднимающийся поршень вытесняет отработанные газы из цилиндра двигателя. При достижении поршнем верхней мертвой точки 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.

Двухтактный двигатель

Двухтактный двигатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания в котором рабочий процесс в каждом из цилиндров совершается за один оборот коленчатого вала, то есть за два хода поршня. Такты сжатия и рабочего хода в двухтактном двигателе происходят так же, как и в четырехтактном, но процессы очистки и наполнения цилиндра совмещены и осуществляются не в рамках отдельных тактов, а за короткое время, когда поршень находится вблизи нижней мертвой точки, с помощью вспомогательного агрегата — продувочного насоса.

В связи с тем, что в двухтактном двигателе при равном количестве цилиндров и числе оборотов коленчатого вала рабочие ходы происходят вдвое чаще, литровая мощность двухтактных двигателей выше чем четырехтактных — теоретически в два раза, на практике в 1,5-1,7 раза, так как часть полезного хода поршня занимают процессы газообмена, а сам газообмен менее совершенный чем у четырехтактных двигателей.

В отличие от четырехтактных двигателей, где вытеснение отработавших газов и всасывание свежей смеси осуществляется самим поршнем, в двухтактных двигателях газообмен выполняется за счет подачи в цилиндр рабочей смеси или воздуха (в дизелях) под давлением, создаваемым продувочным насосом, а сам процесс газообмена получил название — продувка. В процессе продувки свежий воздух (смесь) вытесняет продукты сгорания из цилиндра в выпускные органы, занимая их место.

По способу организации движения потоков продувочного воздуха (смеси) различают двухтактные двигатели с контурной и прямоточной продувкой.

Контурная продувка

При контурной продувке поток воздуха (смеси) движется вдоль внутренней поверхности цилиндра и его головки, повторяя их контур (отсюда название). Впускные и выпускные органы — окна в стенках цилиндра — расположены в его нижней части. Открытие и закрытие впускных и выпускных окон осуществляется самим поршнем, а специальный газораспределительный механизм отсутствует. Направление потока воздуха (смеси) по контуру цилиндра может осуществляться специальными дефлекторами на днище поршня и в головке цилиндра (в этом случае продувка называется дефлекторной) или специальной формой продувочных каналов, направляющих поток воздуха (смеси) к головке цилиндра, и сферической формой головки. Так как в последнем случае воздух (смесь) в цилиндре описывает петлю, такой тип продувки называется возвратно-петлевой или просто петлевой.

Прямоточная продувка

При прямоточной продувке поток воздуха (смеси) движется, не меняя направления, вдоль оси цилиндра. Управлять открытием и закрытием продувочных и выпускных окон одним поршнем невозможно, что требует применения специальных устройств. Может использоваться клапанный механизм, установленный в головке цилиндра, через который происходит выпуск отработавших газов (продувочные окна открываются и закрываются поршнем), или два поршня, встречно движущихся в одном цилиндре (один поршень управляет впускными окнами, другой выпускными).

При прямоточной продувке качество очистки цилиндра от остаточных газов существенно лучше, чем при контурной. Кроме того, поскольку открытие (и закрытие) выпускных и продувочных органов осуществляется различными элементами двигателя, подбор оптимальных фаз газораспределения не представляет затруднейний. Как правило, в двигателях с прямоточной продувкой выпускной клапан (выпускное окно) закрывается раньше продувочного, что исключает потерю свежего заряда и позволяет осуществлять дозарядку с повышением давления (то есть наддув).

Преимущества и недостатки 2-х и 4-х тактных подвесных лодочных моторов

Преимущества 2-х тактных перед 4-х тактными

Во-первых, меньший вес. Пример: 15 л.с. 2-х тактный 36 кг 4-х тактный 45 кг. Казалось — бы 45 кг. — легко. Все не так просто. Вес мотора распределен крайне неравномерно. Примерно 90% весит голова (сам двигатель) 10% 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.

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

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

В-четвертых, 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?

Недостатки 2-тактных перед 4-тактными

Во-первых, больший расход топлива. Напомним, примерный расход можно высчитать по формуле: для 2 такта 300 грамм на одну лошадинную силу для 4 такта 200 грамм.

Во-вторых, шумность. На максимальных оборотах 2-х тактные моторы как правило работают немного громче 4х тактников.

В-третьих, 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. Дымность важный момент, особенно если вы любите заниматься троллингом.

В-четвертых, 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?

Конечное решение всегда остается за вами, в этой статье мы лишь постарались дать объективную оценку этим моторам, поэтому 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, все зависит от того чего вы хотите от приобретаемого вами мотора, условия его использования и, конечно, ваши возможности.

Четырехтактный двигатель | Мото-мануалы и инструкции


В то время как четырехтактный двигатель может устранить многие из недостатков, свойственных двухтактному, у него есть свои собственные недостатки. В итоге нельзя сказать, какой из них лучше другого, все зависит от предназначения двигателя. У каждого двигателя есть свое место в мире мотоциклов, где он работает наилучшим образом и идеально подходит для этого, как ни один другой.

Пока сложно оспаривать достоинство четырехтактных двигателей с точки зрения расхода топлива и уровней выбросов, однако их повышенная сложность означает удорожание производства, что приводит к сложившейся ситуации, благодаря которой двухтактные двигатели идеальны для небольших мотоциклов серийного производства и скутеров, стоимость которых относительно невысока (хотя по-прежнему они занимают свое место среди спортивных машин с высокими показателями, по крайней мере, в настоящее время). Четырехтактные двигатели идеальны для большинства мотоциклов от 125 куб.см. и выше, от учебного мотоцикла до спортивных машин большой кубатуры с отличными, характеристиками. В свое время были распространены двухтактные двигатели среднего объема (от 250 до 750 куб см.), которые очень активно противостояли четырехтактным двигателям равного или большего объема, но те дни прошли, и теперь редко встретишь на дороге двухтактник объемом больше 250 куб, см.

4-Stroke-Engine1. Впуск 2. Сжатие 3. Рабочий ход 4. Выпуск

Впуск, сжатие, воспламенение, выпуск

В двухтактных двигателях внутреннего сгорания четыре процесса (наполнение, сжатие.рабочий ход и выпуск.или каких иногда называют: впуск, сжатие, воспламенение, выпуск) взаимопереплетены, в четырехтактном двигателе границы между процессами более четкие, и в принципе каждому процессу отведен свой такт в цикле (хотя на практике, это не совсем так).

Конструктивно четырехтактный двигатель подобен двухтактному и состоит из основных узлов, а именно: поршня, цилиндра, шатуна и коленчатого вала. Однако у него есть множество дополнительных узлов и деталей, в совокупности известных как клапанный механизм, который служит для управления и задания фаз впуска и выпуска. Управление наполнением происходит при помощи впускного клапана, а выпуском управляет выпускной клапан, в принципе в четырехтактном двигателе они заменяют поршень и дисковый или лепестковый клапан. Можно рассмотреть множество различных схем, но все они отражают различные подходы к достижению одного и того же конечного результата.

В четырехтактном двигателе поступающая смесь попадает непосредственно в камеру сгорания, и картер больше не участвует в процессе наполнения. Несмотря на усложнение конструкции и уменьшение числа рабочих тактов вдвое, появляется возможность точнее управлять процессами впуска и выпуска и, таким образом, обеспечивать достаточно высокую эффективность двигателя.

Тарельчатые клапанаТарельчатые клапанаДетали клапанного механизмаДетали клапанного механизма

Клапана

Отличительной особенностью всех четырехтактных двигателей являются клапана, если говорить точнее — тарельчатые клапана, через которые смесь попадает в камеру сгорания, а иные газы отводятся из нее. Во всех современных конструкциях клапана спроектированы исходя из формы головки цилиндра. До 50-х годов прошлого века существовало много машин, у которых клапана открывались вверх в полость камеры сгорания, расположенную сбоку от цилиндра. Такие двигатели носят название нижнеклапанных или двигателей с боковым расположением клапанов, Хотя они проще в изготовлении, их эффективность ниже по сравнению с двигателями с верхним расположением клапанного механизма. Тарельчатый клапан состоит из круглой тарелки, прикрепленной к длинному стержню, и похож на гвоздь с большой шляпкой. У тарелки клапана есть коническая уплотняющая поверхность, переходящая в стержень клапана.которая предназначена для уплотнения по соответствующей поверхности седла, расположенного в головке цилиндра (или полости камеры сгорания на нижнеклапанных двигателях). Стержень клапана проходит через направляющую в головке цилиндра и выступает снаружи.

Клапан самостоятельно закрывается и удерживается в закрытом положении сильной пружиной (иногда применяются две пружины), которая зафиксирована упором пружины, в свою очередь, закрепленном при помощи двух сухарей, установленных в канавку в верхней части стержня клапана. Привод клапанов может быть различным, но принцип один и тот же, вне зависимости от схемы газораспределительного механизма, однако за исключением распредвала используемые при этом детали сильно отличаются.

распределительного вала, управляющего движением клапановКомпьютерная анимация распределительного вала, управляющего движением клапанов

Распредвалы

Распредвал можно обнаружить на всех традиционных четырехтактных двигателях с тарельчатыми клапанами. Непосредственно или косвенно он используется для открытия и закрытия каждого клапана в заданной точке четырехтактного цикла. В связи стем, что цикл занимает четыре хода поршня (которые соответствуют двум полным оборотам коленчатого вала) и тем, что каждый клапан необходимо открыть один раз за цикл, частота вращения распредвала вдвое меньше частоты вращения коленчатого вала. Это означает, что за время двух полных оборотов коленчатого вала распредвал совершает один оборот, Это осуществляется за счет простого шестеренчатого, цепного или ременного привода между этими валами, при этом у шестерни или звездочки,установленной на коленчатом валу, вдвое меньшее число зубьев по сравнению с ответной деталью, установленной на распредвале.

По длине распредвала выполнены выступы механизма и открытия в заданный момент называемые кулачками, которые служат для времени соответствующего клапана.

Конструкция четырехтактного двигателя — клапанный механизм

Основная статья: Четырехтактный двигатель: Клапанный механизм

В принципе, все четырехтактные двигатели похожи, они отличаются только расположением и приводом впускных и выпускных клапанов. Как и многое другое в мотоцикле, стремление достичь высоких скоростей и мощностей привело к существенному усовершенствованию четырехтактного двигателя.

Системы впуска четырехтактных двигателей — альтернативы таральчатым клапанам

Развитие четырехтактной системы впуска шло по пути устранения, насколько это возможно, поступательно движущихся узлов клапанного механизма. В то время, как схема DOHC максимально приблизилась к этой цели, сам тарельчатый клапан остается ограничивающим фактором. Тарельчатый клапан успешно работает, но обладает очевидными недостатками. Кроме того, что он относится к возвратно-поступательно движущимся массам, он также представляет собой значительную преграду для поступающей смеси, тем самым порождая нежелательную турбулентность и сопротивление, которые препятствуют наполнению цилиндра. При разработке современных конструкций прилагается множество усилий для компенсации этих недостатков, но основные проблемы по прежнему остаются. За последние годы было предпринято бесчисленное количество попыток заменить тарельчатый клапан альтернативной системой клапанов, среди них наиболее обнадеживающим выглядит схема с вращающимся крестообразным клапаном. Он представляет собой полый цилиндр, установленный поперек головки цилиндра в специальной камере. Цилиндр клапана вращается с частотой, вдвое меньшей частоты вращения коленчатого вала двигателя, при этом прорезь в его стенке совпадает с впускным или выпускным отверстием в соответствующей точке цикла двигателя. Таким образом, клапанный механизм приводится в действие аналогично дисковому клапану двухтактных двигателей и обеспечивает свободное поступление газа в камеру сгорания. Компания Norton опробовала такие клапана на своих спортивных двигателях в начале 50-х годов XX века, но, столкнувшись с проблемой уплотнений, впоследствии вернулась к тарельчатым клапанам.

Наряду с золотниковым клапаном и клапаном типа Aspin, вращающийся крестообразный клапан был отвергнут,главным образом, из-за свойственных ему проблем герметизации, а тарельчатый клапан занимал достаточно прочные позиции для того, чтобы заставить изготовителей отказаться от дальнейших исследований. Однако концепция вращающегося клапана не забыта, и уже существует четырехтактный двигатель, в котором не используются тарельчатые клапана. Он представляет собой вращающийся цилиндр с окнами. Привод цилиндра осуществляется от коленчатого вала при помощи шестеренчатой передачи, частота вращения цилиндра ниже скорости коленчатого вала вдвое.

Существенная особенность этого двигателя — поршень, поступательно движущийся в том же самом цилиндре, то есть герметизацию обеспечивает стандартный поршень и его кольца. Посути это совмещение конструкций вращающихся клапанов, упомянутых выше, и системы каналов, используемой на двухтактном двигателе.

Фазы газораспределения четырехтактных двигателей

Естественно, что впускной клапан должен быть открыт во время такта впуска, выпускной — во время такта выпуска. Но на самом деле двигатель с такими фазами газораспределения будет обладать очень скромными характеристиками.

Моменты открытия и закрытия впускного клапана

Механизм газораспределения спроектирован тж. что впускной клапан открывается до того, как поршень окажется в ВМТ (в конце такта выпуска), а закрывается после прохождения поршнем НМТ (в начале такта сжатия). Для этого существуют очень серьезные основания. Во-первых, клапан на может открыться мгновенно. Так, если бы впускной клапан начал открываться в ВМТ, то он не был бы полностью открыт до тех пор, пока поршень не сместился бы в цилиндре на некоторое расстояние от ВМТ, и, если бы он полностью закрывался к тому моменту времени, когда поршень окажется в НМТ, то сокращалось бы фактическое время полного открытия клапана: при этом величина подъема (величина, на которую клапан выступит в цилиндр при полном открытии) будет невелика из-за времени, потраченного на открытие и закрытие. Это снизило бы количество смеси, поданной в цилиндр, а следовательно, и индикаторный КПД двигателя. Во-вторых, поступающая смесь обладает массой, и она по инерции стремится продолжать перемещение по мере поступления в цилиндр. Если впускной клапан остается открытым после НМТ, то импульс смеси способствует большему наполнению даже тогда, когда поршень начинает двигаться вверх. Угол, который коленчатый вал пройдет от НМТ до момента закрытия впускного клапана, называется «запаздыванием закрытия впускного клапана».

Моменты открытия и закрытия выпускного клапана

По аналогии с впускными клапанами в конструкцию заложено, чтобы выпускной клапан открывался до достижения поршнем НМТ (к концу рабочего хода), а закрывался после прохождения поршнем ВМТ, (в начале такта впуска). Кроме гарантии полного открытия клапана в начале такта выпуска, опережение открытия клапана предотвращает формирование демпфирующего воздействия отработавших газов (находящихся под высоким давлением), препятствующего подъему поршня в цилиндре.

Закрытие клапане после ВМТ обеспечивает полную очистку цилиндра, так как впускной клапан открывается до ВМТ на такте впуска (что означает, что оба клапана открыты одновременно), а вырывающиеся наружу отработавшие газы создают разрежение во впускном тракте, что способствует проникновению свежей смеси в цилиндр. Наполнение цилиндра свежей смесью способствует вытеснению отработавших газов. Угол, который пройдет коленчатый вал после открытия выпускного клапана до НМТ, называется «опережением открытия выпускного клапана». Угол, который коленчатый вал проходит за время, когда вблизи ВМТ одновременно открыты впускной и выпускной клапана, называется «перекрытием». Угол, в течение которого открыт клапан, называется «продолжительностью»

Опережение, запаздывание и перекрытие

Величина опережения, запаздывания и перекрытия определяет рабочие характеристики двигателя, а предназначение двигателя определяет моменты задания открытия или закрытия клапанов. Например, низкооборотные двухцилиндровые длинноходные двигатели, используемые в «кастомах» и «круиэерах», должны обладать большим запасом тяги на низах в виде крутящего момента. Их фазы газораспределения будут сильно отличаться от фаз высокооборотных многоцилиндровых короткоходных двигателей, применяемых на спортивных мотоциклах, мощность которых должна быть высокой при больших частотах вращения. Это связано с тем, что фазы газораспределения влияют на то, при каких частотах вращения достигаются максимальные крутящий момент и мощность. По мере роста частоты вращения на процессы, происходящие в двигателе, отводится меньше времени, поэтому высокооборотным двигателям требуются большие по сравнению с низкооборотными перекрытие, опережение открытия и запаздывание закрытия клапанов, чтобы впустить большее количество смеси за меньший период времени. Однако при большом перекрытии клапанов получаются невысокие характеристики при низких частотах вращения, поскольку у поступающей свежей смеси есть время, чтобы покинуть цилиндр по кратчайшему расстоянию прямо через выпускной канал. В низкооборотном двигателе на происходящие в двигателе процессы отводится большее количество времени, а необходимая величина перекрытия углов опережения открытия и запаздывания закрытия клапанов — меньше, благодаря этому достигается эффективное наполнение и продувка при низких частотах вращения двигателя. Однако это означает, что времени для подачи достаточного количества смеси недостаточно для получения удовлетворительных характеристик при высоких частотах вращения. Существует «золотая середина» между крайностями: спортивным мотоциклом и «кастомом» или «круизером», и можно получить хорошее распределение мощности во всем диапазоне частот вращения, хотя в этом случае ни «тяга на низах», ни высокая максимальная мощность не будет характерна.

Изменяемые фазы газораспределения

Каждый двигатель с постоянными фазами газораспределения — своего рода компромисс. Каждая частичка дополнительной мощности, полученной при высоких частотах вращения за счет более широких фаз газораспределения, приводит к потере крутящего момента и мощности при низких частотах вращения, и наоборот.

Термин «изменяемые фазы газораспределения» означает, что для любой заданной частоты вращения двигателя можно оптимизировать величины перекрытия, опережения открытия, запаздывания закрытия и продолжительности открытия клапанов. В начале 80-х годов XX века компания Honda разработала систему для 16-клапанного двигателя, в которой было применено дуплексное коромысло для использования при низких частотах вращения только двух из четырех клапанов в каждом цилиндре. При заданной частоте вращения оно блокировалось с дополнительным коромыслом для использования всех четырех клапанов. Система получила дальнейшее развитие за счет применения трех кулачков распредвала на одно дуплексное коромысло; центральный кулачок такого распредвала обладал большими подъемам и продолжительностью открытия клапана, чем два внешних. Это позволяло использовать при низких частотах вращения двигателя все четыре клапана за счет меньшего подъема и продолжительности открытия, затем при заданной частоте вращения для привода коромысел использовался третий кулачок, а величина подъема и продолжительность открытия возрастала. Самая последняя разработка компании Honda система — Hyper V-TEC, представленная на предназначенной для японского рынка модели Honda СВ400 Super Four в 1999 году и использованная на модели Honda VFR800 2002 года. Она возвращается к схеме, когда при низких частотах вращения работают два клапана, а при высоких-четыре, но отказывается от сложной конструкции с коромыслами, которые добавляют возвратно-поступательно движущихся масс.

В цилиндре привод пары клапанов (впускной и выпускной) осуществляется традиционными «чашеобразными» толкателями, которые работают постоянно. Привод другой пары клапанов осуществляется «чашеобразными» толкателями, которые также работают все время, но в каждом толкателе присутствует палец с отверстием, установленный между толкателем и стержнем клапана. При низких скоростях вращения отверстие располагается напротив стержня клапана, тогда контакт с толкателем отсутствует, и клапан остается закрытым. При заданной скорости открывается масляная магистраль, и под давлением масла палец располагается так, что отверстие уже не совпадает со стержнем клапана. В этом случае толкатель через палец и открывает клапан.

Компания Suzuki для моделей Suzuki GSF 400 Bandit и Suzuki RF400, предназначенных для японского рынка, разработала свою систему изменяемых фаз газораспределения. В этой системе используется электрический привод в виде сервомотора, установленного на клапанной крышке двигателя. При заданной частоте вращения двигателя сервомотор приводит в действие дополнительные клапана при помощи реечно-шестеренчатого механизма

[kkstarratings] Share Button

Статью прочитали: 581

Принцип работы двухтактного и четырехтактного двигателя

Изобретение двигателя внутреннего сгорания, а также применение его в разных сферах, в том числе и мото — и автотранспорте, позволило значительно упростить жизнь человеку.

Конечно, двигатели внутреннего сгорания, такими какие они есть сейчас, появились не сразу, с момента появления он постоянно совершенствуется.

Хотя на данный момент у этих двигателей лишь модернизируются те или иные составляющие, основная же концепция их остается неизменной.

Цикл работы двигателя, рабочие такты

Появившиеся очень давно двигателя внутреннего сгорания как работающие на бензине, так и дизельном топливе, и применяемые сейчас, делятся на два вида:

  1. Двухтактные;
  2. Четырехтактные.

Как видено из названия сводится различие принципа функционирования двигателя в количестве тактов – движений поршня, за которые он выполняет определенный цикл работ.

Для четырехтактного двигателя определено 4 такта в результате которых один поршень выполняет полный цикл – впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск.

В каждом из этих циклов в цилиндре двигателя выполняются определенные процессы. Все они направлены на достижение одной цели – обеспечение преобразования энергии сгорания топлива во вращение коленчатого вала.

Так, при такте впуска в цилиндр подается горючая смесь, состоящая из топлива и воздуха, без которого процесс горения невозможен. Причем образование и подача этой смеси у бензинового и дизельного двигателя отличаются.

Далее идет такт сжатия, при котором поступившая смесь сжимается в объеме. Делается это для того, чтобы в меньшем объеме образовалось больше горючей смеси.

 

Уменьшение объема позволяет при следующем такте обеспечить более высокое КПД при сгорании топлива.

Рабочий ход – единственный из всех тактов, при нем энергия отдается, а не забирается и для него существуют все остальные такты.

После сжатия происходит воспламенение смеси, у бензиновых двигателей – за счет искры, проскакиваемой между электродами свечи накаливания, у дизелей – за счет высокого давления, при котором смесь нагревается настолько, что воспламеняется.

При воспламенении смеси выделяется энергия, которая воздействует на поршень, заставляя его двигаться вниз, при этом выделенная от сгорания энергия передается поршнем на коленвал посредством шатуна.

Выпуск – такт, направленный на очистку полости цилиндра от продуктов горения. После очистки цикл повторяется вновь.

Из всего вышесказанного выходит, что один цикл движения поршня в цилиндре направлен только на получение одного такта – рабочего хода, все остальные такты только помогают получить его, причем для их выполнения задействуется часть энергии, которую отдает такт рабочего хода.

Каждый такт двигателя соответствует определенному движению поршня в цилиндре.

Существуют две крайние точки положения поршня, получивших название мертвых точек.

Одна из них верхняя – выше поршень уже подняться в цилиндре не может, а вторая – нижняя, при которой он ниже не опускается.

Обеспечиваются эти точки кривошипом коленчатого вала, к которому поршень присоединен шатуном.

При движении поршня от одной точки к другой, а затем наоборот, и выполняются такты. То есть, при движении поршня от нижней точки (НМТ) к верхней (ВМТ) могут выполняться два такта – сжатие и выпуск, а при движении наоборот – впуск и рабочий ход.

Имея представление о тактах, можно говорить и о типах двигателей, а их два – 2-тактный и 4-тактный.

У каждого из этих двигателей цикл производится по-разному, что влияет на их конструкцию и многие другие параметры и характеристики.

Конструкция и принцип работы 2-тактного двигателя

2-тактный двигатель нашел наибольшее распространение на малой технике (бензопилы, мотокосы), мотоциклах.

Когда-то существовали даже дизельные 2-х тактные двигатели, устанавливаемые на грузовики, к примеру, МАЗ-200.

МАЗ 200

Интересно, что описанные выше такты у любого двухтактного двигателя никуда не делись, просто они были совмещены.

В итоге это позволяет сократить полный цикл всего в один оборот колен. вала.

Так, при движении поршня от НМТ производится сразу два такта – выпуск и сжатие, а при движении от ВМТ – впуск и рабочий ход.

Достигнуть этого всего возможно при использовании окон в цилиндрах, через которые производится засасывание и перекачивание топливной смеси, а также отвод продуктов горения.

Открытие и закрытие этих окон обеспечивается самим поршнем. Чтобы соблюдалась правильность работы механизма, окна располагаются на разных уровнях в стенках цилиндра.

Чтобы было более понятно, возьмем двигатель мотоцикла «ИЖ Планета 5».

МАЗ 200

Данный мотоцикл укомплектован одноцилиндровым двухтактным мотором.

Цилиндр располагается поверх корпуса двигателя, охлаждение его воздушное, поэтому у него по окружности располагаются ребра охлаждения.

С одной стороны, к цилиндру прикреплен патрубок, идущий от карбюратора, по нему в цилиндр поступает горючая смесь.

Напротив, этого патрубка устанавливается труба отвода отработанных газов.

Вверху цилиндр прикрывает головка, в которой размещена свеча накаливания.

МАЗ 200

Внутри цилиндра располагается поршень, связанный с кривошипом коленчатого вала через шатун. Далее уже он связан со сцеплением и трансмиссией, но это пока неважно.

Для подачи топлива в надпоршневое пространство в двухтактном двигателе задействовано и подпоршневое пространство.

При движении поршня вверх в подпоршневом пространстве создается разряжение, в которое засасывается топливовоздушная смесь через впускное окно.

Подача же из подпоршневого пространства в надпоршневое производится от избыточного давления, которое возникает при движении поршня вниз.

Подача топлива производится через перепускное окно. Выпуск продуктов горения проходит через выпускное окно.

Теперь как все это работает.

Начнем с движения поршня к ВМТ. Находясь в НМТ, поршень обеспечивает открытие перепускного и выпускного окон. Избыточное давление в подпоршневом пространстве выталкивает горючую смесь в надпоршневое пространство.

Двигаясь вверх, поршень перекрывает открытые окна, в результате чего камера сгорания становится герметичной.

МАЗ 200

Доходя до ВМТ, поршень сжимает смесь далее подается искра от свечи накаливания, которая установлена в головке цилиндра.

В это время, поршень двигаясь вверх, открывает впускное окно, через которое смесь поступает в подпоршневое пространство. То есть получается, что в одном такте – движении поршня от НМТ к ВМТ происходит два действия: вначале впуск топлива, затем – сжатие.

После воспламенения топлива, выделенная при этом энергия толкает поршень вниз.

Двигаясь вниз он от ВМТ, поршень открывает сначала выпускное окно. При сгорании объем продуктов горения значительно увеличивается, поэтому они сразу начинают вырываться через это окно.

МАЗ 200

Получается, что при движении поршня вниз вначале выполняется рабочий ход, а после открытия выпускного окна – еще и такт выпуска.

Дальше при движении поршня вниз, он открывает перепускное окно и топливо начинает поступать в надпоршневое пространство – цикл начинает повторяться, при этом на выполнение всего цикла понадобилось только движение поршня сначала вверх, а затем вниз, что соответствует одному обороту колен. вала.

МАЗ 200

Принцип работы 4-тактного двигателя

Теперь о принципе работы 4-тактных двигателей. Опять же возьмем одноцилиндровый двигатель мотоцикла, но на этот раз «Honda CB 125E».

МАЗ 200

У этого мотора тоже цилиндр расположен над картером и имеет воздушное охлаждение.

Внутри цилиндра установлен поршень, связанный с коленвалом посредством шатуна. Сверху цилиндр закрыт головкой.

Конструктивной особенностью этого двигателя является наличие механизма, который обеспечивает подачу смеси и отвод продуктов горения – газораспределительный механизм.

Установлен у этого мотора он в головке блока. Суть работы этого механизма – своевременное открытие впускного и выпускного окон, которые закрыты клапанами.

Работает все по такому принципу. Вначале – такт впуска. Чтобы обеспечить этот такт, поршень должен двигаться от ВМТ вниз. При этом клапан открывает впускное окно, через которое разрежением засасывается топливо в цилиндр.

После достижения НМТ впускное окно клапаном закрывается, поршень в это время начинает двигаться вверх, начинается такт сжатия.

При этом такте оба окна закрыты, цилиндр полностью герметичен, а поршень при движении вверх сжимает горючую смесь, поступившую ранее.

При подходе поршня к ВМТ, когда смесь по максимуму сжата, производится ее воспламенение от искры свечи.

Избыточное давление при сгорании заставляет двигаться поршню вниз – происходит рабочий ход, при котором окна тоже остаются закрытыми.

МАЗ 200

После достижения НМТ, поршень начинает движение вверх, в этот момент клапан открывает выпускное окно и поршень выталкивает через него продукты горения.

В результате получается, что для выполнения тактов впуска и сжатия нужен один оборот колен. вала, а для рабочего хода и выпуска – еще один оборот.

МАЗ 200

Это были принципы работ 2-тактного и 4-тактного двигателей на примере мотоциклов.

Эти принципы используются на всех двигателях внутреннего сгорания – от моторчика авиамодели до мощного 12-цилиндрового мотора танка.

Конструктивные особенности

Помимо различий в принципе работы у этих моторов еще и существуют конструктивные особенности.

2-тактный двигатель конструктивно проще. Механизм газораспределения – это дополнительное оснащение мотора, которое усложняет конструкцию.

У 2-тактного мотора этот механизм отсутствует и его роль выполняет поршень, открывая и закрывая те или иные окна.

Помимо этого, данный двигатель не нуждается в системе смазки. Обусловлено это тем, что в процессе работы задействовано и подпоршневое пространство, где располагается колен. вал.

Но поскольку кривошипно-шатунный механизм требует смазки, то у этого двигателя она производится вместе с топливом, то есть моторное масло добавляет в топливо, и при поступлении топлива в это пространство, имеющееся масло смазывает механизм.

МАЗ 200

У 4-тактных двигателей конструкция включает и механизм газораспределения, и отдельную систему смазки.

Это значительно усложняет конструкцию, однако эти двигателя являются более приоритетными, чем двухтактные из-за ряда эксплуатационных недостатков последних.

МАЗ 200

Эксплуатационные показатели

Теперь об эксплуатационных показателях.

Литровая мощность.

Во многом 2-тактные двигатели по этим показателям лучше. Сказывается затраченная и полученная энергия на осуществление одного рабочего цикла.

У 2-тактного двигателя каждый оборот – это один полный цикл, что обеспечивает больший показатель литровой мощности – отношению объема цилиндра к выходной мощности. В среднем литровая мощность 2-тактного мотора выше, чем у 4-тактного в 1,5 раза.

Удельная мощность.

Еще один показатель, по которому 2-тактный мотор превосходит 4-тактный – это удельная мощность.

Данный показатель характеризует отношение выходной мощности к общей массе двигателя.

Проигрывая в мощностных показателях, 4-тактный двигатель лучше по показателям расхода топлива.

У него подача смеси происходит дозировано, через впускное окно, при этом выпускное – закрыто.

У 2-тактного же мотора существует момент, когда выпускное и перепускное окна оказываются открытыми, при этом поступающее топливо частично выходит через выпускное окно вместе с продуктами горения, то есть, часть топлива не участвует в процессе, а просто вылетает в атмосферу.

Смазка двигателя.

У 4-тактного мотора имеется система смазки, обеспечивающей смазку всех узлов, но при этом масло циркулирует по закрытой системе, потери его незначительны и в основном из-за износа двигателя.

Смазка 2-тактного мотора производится вместе с топливом, а значит, выполнив свою функцию масло попадает в цилиндр, где и сгорает.

Надежность моторов.

По поводу надежности конструкции этих моторов, то здесь довольно интересная ситуация.

Конструктивно 2-тактный мотор проще, а значит и надежнее. Но у 4-тактного мотора есть более совершенная система смазки, которая обеспечивает больший ресурс мотору.

Вот и получается, что оба мотора надежны, но каждый по-своему. А вот по ремонтопригодности 2-тактный мотор все-таки лучше.

Та же совместная смазка вместе с топливом у 2-тактных двигателей сказывается и на экологичности этого мотора. Сгорание масла в большей степени обеспечивает загрязнение атмосферы.

Совмещение рабочих тактов у 2-тактного двигателя сказывается на шумности работы установки, она несколько выше, чем у 4-тактного агрегата.

Зато отсутствие дополнительных систем и механизмов обеспечивает более легкую и менее металлоемкую конструкцию, что сказывается на общей массе установки.

Более сложная конструкция 4-тактной установки играет и положительную роль.

У этих моторов существует возможность модернизации системы питания, применение инжекторных систем с раздельной подачей топлива и воздуха в цилиндры, повышающих мощность и экономичность двигателей.

У 2-тактных моторов возможность совершенствования ограничена все той же смазкой вместе с топливом. Хотя попытки улучшить показатели этих моторов осуществляются постоянно.

Итог

В целом, применение до сих пор имеют оба этих мотора и вряд ли когда-либо откажутся от использования одного из них, оскольку у каждого из них имеются свои преимущества, востребованные в тех или иных условиях.

Чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного

При покупке нового скутера люди часто задаются вопросом типа «Какой лучше 2 тактный или 4 тактный«. Однозначного ответа на этот вопрос нету. Каждый мотолюбитель найдет для себя как недостатки так и преимущества в обоих типах двигателей. Чтобы разобратся для себя, какой скутер лучше 2 тактный или 4 тактный, прежде всего следует узнать чем отличается 2 тактный от 4 тактного двигателя.

Отличие двухтактного от четырехтактного

Главное различия двухтактных и четырехтактных двигателей обуславливается отличием устройств их газообмена — подачи топливно-воздушной смеси в цилиндр и удалении отработаных газов. В двигателе 4т процессы очищения и наполнения цилиндра выполнялняются с помощью особого газораспределительного механизма (ГРМ), какой закрывает и открывает в конкретное время рабочего цикла впускной и выпускной клапаны. В двигателе 2т заполнение и очистка цилиндра производятся параллельно с тактами сжатия и расширения — в то время, когда поршень располагаться поблизости НМТ (нижняя мертвая точка). Для этого в стенках цилиндра есть два отверстия — впускное (продувочное) и выпускное, через какие выполняется подача топливной смеси и выпуск отработанных газов. Распределительный механизм с клапанами у двухтактного двигателя отсутствует, что делает его существенно легче и проще.

Работа двигателя 2т

Работа 4т двигателя

 работа 2т двигателяработа 2т двигателя работа 4т двигателяработа 4т двигателя

Какой двигатель мощнее 2 тактный или 4 тактный

В отличие от 4 т двигателя, в котором один рабочий ход приходится на два оборота коленвала, в 2 т моторе рабочий ход совершается при каждом обороте коленчастого вала. Это значит, что двухтактный двигатель обязан иметь (в теории) в два раза большую литровую мощность (отношение мощности к объему мотора), чем четырехтактный. Но практически преобладание составляет только 1,5 — 1,8 раза. Это случается из-за неполноценного применения хода поршня при расширении, худшего механизма избавления цилиндра от отработавших газов, затраты доли мощности на продувку и остальных явлений, связанных с отличительными чертами газообмена 2 тактных двигателей.

Расход топлива 2т и 4т

Превосходя четырехтактный мотор в литровой и удельной мощности, двухтактный двигатель уступает ему в экономичности. Выталкивание отработавших газов исполняется в нем топливно-воздушной смесью, прибывающей в цилиндр из кривошипно-шатунной камеры. При этом часть топливной смеси оказывается в выхлопных каналах, удаляясь совместно с отработавшими газами и не вырабатывая полезной работы.

Смазка 4 т и 2 т

Двухтактные и четырехтактные двигатели обладают различной по конструкции и принципу действия системой смазки двигателя. В 2-х тактных скутерах она осуществляется смешиванием в установленных пропорциях (обычно 1:25 … 1:50) моторного масла с топливом. Топливно-воздушно-масляная смесь, циркулируя в кривошипной и поршневой камерах, смазывает подшипники шатуна и коленвала, а также зеркало цилиндра. При возгорании топливной смеси масло, сгорает совместно с бензином. Продукты его сгорания удаляются вместе с отработанными газами.

Используются 2 метода смешивания масла с бензином. Обычное смешивание перед заливкой горючего в бак и отдельная подача, при которой топливно-масляная смесь сформируется во впускном патрубке, находящемся между карбюратором и цилиндром.

Раздельная система смазки двухтактного двигателя

система смазки 2тсистема смазки 2т

  1. масляный бак
  2. карбюратор
  3. разделитель троса газа
  4. ручка газа
  5. трос управления подачей масла
  6. плунжерный насос-дозатор
  7. шланг, подводящий масло во впускной патрубок

Во всех современных скутерах 2т используется отдельная подача масла (мы заливаем масло 2т отдельно от бензина). В двухтактном скутере двигатель имеет масляный бак, трубопровод какого связан с маслонасосом, подающим масло во впускной патрубок в том количестве, какое необходимо в зависимости от количества воздушно-бензинной смеси. Продуктивность насоса находится в зависимости от положения ручки «газа». Чем больше подается горючего, тем больше поступает масла, и напротив. Отдельная система смазки двухтактных движков считается более безупречной. При ней отношение масла к бензину при небольших нагрузках может досягать 1:200, что приводит к сокращению дымности, уменьшению образования нагара и расхода масла. Эта конструкция применяется, на современных скутерах с двухтактными моторами.

В четырехтактном двигателе масло не смешивается с топливом, а подается раздельно. Для этого двигатели обустроены традиционной системой смазки, складывающейся из масляного насоса, фильтра, клапанов, трубопроводов. Роль масляного бачка может выполнять картер двигателя (система смазки с мокрым картером) или отдельный бачок (система с сухим картером).

Система смазки четырехтактного двигателя с мокрым и сухим картером

система смазки 4тсистема смазки 4т

  1. поддон картера
  2. маслозаборник
  3. масляный насос
  4. масляный фильтр
  5. предохранительный клапан

При смазке с «мокрым» картером насос 3 вбирает масло из поддона, нагнетает его в выходящую полость и дальше по каналам подает к подшипникам коленчастого вала, деталям КШМ и ГРМ. При смазке с «сухим» картером масло заливается в бак, откуда насосом подается к трущимся плоскостям. Та часть масла, которая стекает в картер, откачивается вспомогательным насосом, отдающем ее назад в бачок. Для очищения масла от продуктов износа деталей мотора имеется фильтр. При потребности устанавливается и охлаждающий радиатор, так как в процессе работы температура масла может подыматься до больших температур.

Чем отличается двухтактное масло от четырехтактного

Так как в 2т двигателях масло сгорает, а в 4т нет, требования к его свойствам очень разнятся. Масло, применяемое в 2 тактных двигателях, обязано оставлять минимальное колличество нагара в виде золы и сажи, в то время как масло для 4т двигателей должно гарантировать стабильность характеристик в течение как можно более долгого времени.

5 способов, как быстро отличить двухтактный лодочный мотор от четырехтактного двигателя

Всё еще спорите, какой лодочный мотор лучше? Узнайте, как быстро уметь отличать двухтактный лодочный мотор от четырехтактного. 5 простых и практичных советов помогут зрительно определить, сколько рабочих тактов поршня имеет та или иная модель мотора.

В рыночной экономике, когда можно красиво преподнести и продать практически любой товар, жизненно важно уметь разбираться в желанных приобретениях. Это полезно не только в быту, когда встречаешь коллегу по водному увлечению на моторной лодке, но и необходимо, отправляясь в магазин водомоторики в поисках нового лодочного мотора. Если в первом случае, не так критично оказаться некомпетентным в глазах рыбака, то во втором – некомпетентность в вопросе различий 2-х тактного лодочного мотора от 4-х тактного будет весомой. И даже если критерии выбора подвесного двигателя будут сугубо конкретными относительно рамок запланированного бюджета, то знания, как быстро отличить двухтактный лодочный мотор от четырехтактного, останутся с судовладельцем на всю жизнь.

Двухтактный подвесной лодочный мотор

О подвесных лодочных моторах с 2-х тактным принципом работы сказано так много хорошего и плохого, что только ленивый владелец моторной лодки об этом не знает. Двухтактник работает за два хода поршня, которые получаются за один оборот коленчатого вала.

КАК РАБОТАЕТ? Весь рабочий процесс 2-х тактного двигателя состоит из такта сжатия и такта возгорания. В результате возгорания воспламеняется топливовоздушная смесь и коленчатый вал начинает движение, после чего выталкивается выхлоп из цилиндра.

Отработавшие газы удаляются одновременно с получением новой порции зарядки двигателя. Такое дружное очищение и питание 2-х тактного лодочного мотора называют продувкой. И главная закономерность агрегата – это его заправка, заключающаяся в предварительном смешивании масла и бензина.

Двухтактный подвесной лодочный мотор – это самый распространенный вариант, который предлагает отечественным судовладельцам рынок водомоторики. Ввиду экономичности производства этих агрегатов при хороших показателях мощности, китайские производители активно поставляют 2-х тактные модели разной мощности и вариантов комплектации.

Двухтактный двигатель:

  • Практичен;
  • Компактен;
  • Легок;
  • Разнообразен;
  • Конкурентоориентирован;
  • Шумноват;
  • Требует повышенной аккуратности и бережливой эксплуатации;
  • Не экологичен за счет сгорания смеси из масла и бензина.

Четырехтактный подвесной лодочный мотор


Подвесные четырехтактные лодочные моторы тяжело приживаются на отечественных водоемах. И дело здесь не столько в преимуществах двухтактных лодочных двигателей перед четырехтактными, сколько в их дороговизне, по сравнению с двухтактниками.

КАК РАБОТАЕТ? Рабочий процесс 4-х тактного двигателя разделен на четыре такта: впуск, сжатие, сгорание, выхлоп. Движущихся частей в моторе больше, горение чище, эффективность выше, смазки требуется больше.

Коленчатый вал четырехтактных моторов совершает два оборота, во время которых происходит 4 рабочих такта поршня. Отличительная особенность 4-х тактного двигателя – это отсутствие необходимости смешивать топливо перед заправкой. У четырехтактных моторов имеется специальный картер для заливки масла. Впрочем, такая конструкция требует специальной переноски мотора в вертикальном положении, чтобы не вытекало масло.

Ввиду своей конструкции, четырехтактники имеют больший вес с аналогичными по мощности двухтактниками. Но если владелец делает акцент при выборе лодочного мотора на максимальную долговечность и комфорт эксплуатации, то 4-х тактный двигатель – это его вариант. Он тихий, удобный, экологичный и более выносливый, когда речь идет об активной эксплуатации на дальние расстояния.

Четырехтактный двигатель:

  • Экологичен;
  • Износоустойчив;
  • Тяжеловат;
  • Комфортен;
  • Малошумен;
  • Топливоэкономичен.

Как отличить двухтактный лодочный мотор от четырехтактного

Имеется пять основных способов, чтобы быстро отличить двухтактный лодочный мотор от четырехтактного:

  1. На крышку корпуса четырехтактных моторов нанесен специальный символ в виде кружочка, поделенного на четыре части или подписи «four stroke».
  2. Голова четырехтактного двигателя объемнее и более вытянута вперед за счет большего количества рабочих деталей и механизмов.
  3. Четырехтактный мотор тяжелее по весу, чем двухтактник.
  4. Под крышкой 4-х тактника можно наблюдать специальный резервуар для заправки масла – картер. За счет этого четырехтактный мотор экономичнее потребляет топливо.
  5. Рабочий рык двухтактного звонче и ярче, четырехтактный мотор издает приземистый, глухой рокот.

Видео

Видеосюжет демонстрирует сравнение двухтактного мотора с четырехтактным подвесным лодочным двигателем.

 

90000 2 Stroke vs 4 Stroke Engine 90001 90002 Updated on February 14, 2018 90003 90002 You may have operated a lawnmower, jet-ski, scooter or a much bigger engine like that of a truck. These engines are classified into two stroke or four stroke types. The make-up of an engine can sometimes help you determine which machine suits your needs. In order to understand the advantages and disadvantages of each of these engines, you need to know how they work. 90003 90006 Definitions 90007 90008 A 2 stroke diesel engine 90002 A 90010 2 stroke engine 90011 ‘s piston makes one stroke in each direction to operate a given machine.90003 90013 90014 A compression stroke compresses the fuel which then explodes. 90015 90014 The return stroke, called the power stroke, is driven by the exploded fuel. It moves the crank case, releases exhaust gases, and lets in new fuel and air for the next stroke. 90015 90018 90019 Illustration of a four stroke engine 90002 A 90010 4 stroke engine 90011 makes four strokes to drive the engine. 90003 90013 90014 The compression stroke compresses air and fuel. 90015 90014 The power stroke.The compressed air is ignited, driving down the piston which turns the crankshaft in the process as well as providing enough energy to drive the other three strokes. 90015 90014 Exhaust stroke. As the piston moves up, it releases exhaust gases through the exhaust valve. 90015 90014 Intake stroke lets in a new supply of fuel and air for the first stroke. 90015 90018 90006 Comparison chart 90007 90036 90037 90038 90039 90010 2 Stroke Engine 90011 90042 90039 90010 4 Stroke Engine 90011 90042 90047 90038 90039 Its piston makes two strokes in the engine 90042 90039 Its piston makes four strokes in the engine 90042 90047 90038 90039 Loud 90042 90039 Quieter 90042 90047 90038 90039 Less efficient, hence environmentally unfriendly 90042 90039 Efficient, hence environmentally friendly 90042 90047 90038 90039 Relatively cheaper as they do not have valves 90042 90039 Relatively expensive because of the complexity of incorporating valves 90042 90047 90038 90039 Produce high power for a relatively short period 90042 90039 Produce low power for a long period 90042 90047 90038 90039 The extra oil required to mix with fuel makes them expensive to maintain 90042 90039 Does not require oil in the fuel 90042 90047 90084 90085 90006 2 Stroke vs 4 Stroke Engine 90007 90002 What is the difference between a 2 Stroke En gine and a 4 Stroke Engine? The differences can be seen in the number of strokes each piston takes, and their structure.90003 90013 90014 The piston in a 4 stroke engine makes four strokes that drive the crankshaft. Due to their weight and the number of firings that drive the crankshaft, these engines can only produce low but sustained amounts of energy that is ideal for use in things like trucks that need to go long distances without stopping. By contrast, the 2 stroke engine is capable of producing quick and sudden bursts of power that are not sustained for a long period of time. This makes it ideal for use in chainsaws and jet skis that stop from time to time.90015 90014 A 2 stroke engine is easier to construct since it has no valves. This makes it lighter and cheap to manufacture. A 4 stroke engine requires elaborate valves to operate effectively, making it heavy and expensive to assemble. 90015 90014 A 2 stroke engine requires no oil sump. The oil mixed with the gas does not adequately lubricate the engine. It is therefore not likely to last long. The cost of the short life and that of mixing oil with its fuel makes them expensive in the long run.A 4 stroke engine does not require oil mixed with the gas and so it is cheap to run. 90015 90014 2 stroke engines are not so efficient in burning fuel. For this reason, they pollute the environment more than 4 stroke engines. 90015 90018 90006 Video 90007 90002 Here is a video that highlights the major differences between a two stroke and a four stroke engine, with pros and cons of each: 90103 90104 90105 90003.90000 Four stroke engine — Energy Education 90001 90002 Figure 1. 4-stroke internal combustion engine. 1: fuel injection, 2: ignition, 3: expansion (work is done), 4: exhaust. 90003 [1] 90004 90005 The 90006 four-stroke engine 90007 is the most common types of internal combustion engines and is used in various automobiles (that specifically use gasoline as fuel) like cars, trucks, and some motorbikes (many motorbikes use a two stroke engine). A four stroke engine delivers one power stroke for every two cycles of the piston (or four piston strokes).There is an animation to the right (Figure 1) of a four-stroke engine and further explanation of the process below. 90008 90009 90010 90006 Intake stroke: 90007 The piston moves downward to the bottom, this increases the volume to allow a fuel-air mixture to enter the chamber. 90013 90010 90006 Compression stroke: 90007 The intake valve is closed, and the piston moves up the chamber to the top. This compresses the fuel-air mixture. At the end of this stroke, a spark plug provides the compressed fuel with the activation energy required to begin combustion.90013 90010 90006 Power Stroke: 90007 As the fuel reaches the end of it’s combustion, the heat released from combusting hydrocarbons increases the pressure which causes the gas to push down on the piston and create the power output. 90013 90010 90006 Exhaust stroke: 90007 As the piston reaches the bottom, the exhaust valve opens. The remaining exhaust gas is pushed out by the piston as it moves back upwards. 90013 90026 90005 90028 The thermal efficiency of these gasoline engines will vary depending on the model and design of the vehicle.However in general, gasoline engines convert 20% of the fuel (chemical energy) to mechanical energy-in which only 15% will be used to move the wheels (the rest is lost to friction and other mechanical elements). 90003 [2] 90004 One way thermodynamic efficiency can improve in engines is through a higher compression ratio. This ratio is the difference between the minimum and maximum volume in the engine chamber (seen as TDC and BDC on figure 2). A higher ratio will allow a larger fuel-air mixture to enter, causing a higher pressure, leading to a hotter chamber, which increases thermal efficiency.90003 [2] 90004 90008 90034 The Otto Cycle 90035 90036 Figure 2.The real otto cycle process that occurs in a four stroke engine. 90003 [3] 90004 90039 Figure 3. The ideal Otto Cycle. 90003 [4] 90004 90005 The pressure volume diagram (PV diagram) that models the changes the fuel-air mixture undergoes in pressure and volume in a four stroke engine is called the Otto cycle. The changes in these will create heat, and use this heat to move the vehicle or machine (hence why it’s a type of heat engine).The Otto cycle can be seen in Figure 2 (real Otto Cycle) and Figure 3 (ideal Otto Cycle). The component in any engine that uses this cycle will have a piston to change the volume and pressure of the fuel-air mixture (as seen in Figure 1). The piston gains motion from combusting the fuel (where this happens is explained below), and an electric boost at the start up of the engine. 90008 90005 The following describes what occurs during each step on the PV diagram, in which the combustion of the working fluid-gasoline and air (oxygen), and sometimes electricity, changes the motion in the piston: 90008 90005 90006 Real cycle-step 0 to 1 (ideal cycle-green line): 90007 Referred to as the 90049 intake phase 90050, the piston is drawn down to the bottom to allow the volume in the chamber to increase so it can «intake «a fuel-air mixture.In terms of thermodynamics, this is referred to as an isobaric process. 90008 90005 90028 90006 Process 1 to 2: 90007 During this phase the piston will be drawn up, so it can compress the fuel-air mixture that entered the chamber. The compression causes the mixture to increase slightly in pressure and temperature-however, no heat is exchanged. In terms of thermodynamics, this is referred to as an adiabatic process. When the cycle reaches point 2, it is when the fuel is met by the spark plug to be ignited.90008 90005 90028 90006 Process 2 to 3: 90007 This is where combustion occurs due to the ignition of fuel by the spark plug. The combustion of the gas is complete at point 3, which results in a highly pressurized chamber that has lots of heat (thermal energy). In terms of thermodynamics, this is referred to as an isochoric process. 90008 90005 90006 Process 3 to 4: 90007 The thermal energy in the chamber as a result of combustion is used to do work on the piston-which pushes the piston down-increasing the volume of the chamber.This is also known as the 90049 power stoke 90050 because it is when the thermal energy is turned into motion to power the machine or vehicle. 90008 90005 90028 90006 Purple line (Process 4 to 1 and 90049 exhaust 90050 phase): 90007 From process 4 to 1 the exhaust valve opens and all the waste heat is expelled from the engine chamber. As the heat leaves the gas, the molecules lose kinetic energy causing the decrease in pressure. 90003 [5] 90004 Then the 90049 exhaust phase 90050 (step 0 to 1) occurs when the remaining mixture in the chamber is compressed by the piston to be «exhausted» out, without changing the pressure.90008 90034 For Further Reading 90035 90034 References 90035 90009 90010 ↑ Wikimedia Commons [Online], Available: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/dc/4StrokeEngine_Ortho_3D_Small.gif 90013 90010 ↑ 90003 2.0 90004 90003 2.1 90004 R. Wolfson, Energy, environment, and climate. New York: W.W. Norton & Company, 2012 p. 106. 90013 90010 ↑ Actual and Ideal Otto Cycle — Nuclear Power «, Nuclear Power, 2018. [Online]. Available: https://www.nuclear-power.net/nuclear-engineering/thermodynamics/thermodynamic-cycles/otto-cycle-otto -engine / actual-and-ideal-otto-cycle /.[Accessed: 22- Jun- 2018]. 90013 90010 ↑ Wikimedia Commons [Online], Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Otto_cycle#/media/File:P-V_Otto_cycle.svg 90013 90010 ↑ I. Dinçer and C. Zamfirescu, Advanced power generation systems. London, UK: Academic Press is an imprint of Elsevier, 2014 року, p. 266. 90013 90026 .90000 How a 4-Stroke Engine Works 90001 90002 In order to power your equipment, the overhead valve engine completes a repeating 4-step process detailed below. 90003 90002 90005 Element that Allow Internal Combustion Engines to Run 90006 90003 90008 90009 Air 90010 90009 Fuel 90010 90009 Compression 90010 90009 Spark 90010 90017 90002 90005 Step 1: Intake Stroke 90006 90003 90002 Air and fuel enter the small engine through the carburetor. It’s the job of the carburetor to supply a mixture of air and fuel that will allow for proper combustion.During the intake stroke, the intake valve between the carburetor and combustion chamber opens. This allows atmospheric pressure to force the air-fuel mixture into the cylinder bore as the piston moves downward. 90003 90002 >> Having performance problems? Find out how to troubleshoot carburetor repair and clean / maintain your small engine carburetors. 90003 90002 90005 Step 2: Compression Stroke 90006 90003 90002 Just after the piston moves to the bottom of its travel (bottom dead center), the cylinder bore contains the maximum air-fuel mixture possible.The intake valve closes and the piston returns back up the cylinder bore. This is called the 90005 compression stroke 90006 of the 4-stroke engine process. The air-fuel mixture is compressed between the piston and cylinder head. 90003 90002 90005 Step 3: Power Stroke 90006 90003 90002 When the piston reaches the top of its travel (top dead center), it will be at its optimum point to ignite the fuel to get maximize power to your outdoor power equipment. A very high voltage is created in the ignition coil.The spark plug enables this high voltage to be discharged into the combustion chamber. The heat created by the spark ignites the gases, creating rapidly expanding, super-heated gases that force the piston back down the cylinder bore. This is called the 90005 power stroke 90006. 90003 90002 90005 Step 4: Exhaust Stroke 90006 90003 90002 When the piston reaches bottom dead center again, the exhaust valve opens. As the piston travels back up the cylinder bore, it forces the spent combustion gases through the exhaust valve and out of the exhaust systems.As the piston returns to top dead center, the exhaust valve closes and the intake valve opens and the 4-stroke engine process repeat. 90003 90002 Ever repetition of the cycle requires two full rotations of the crankshaft, while the engine only creates power during one of the four strokes. To keep the machine running, it needs the small engine flywheel. The power stroke creates momentum that pushes the flywheel’s inertia keeps it and the crankshaft turning during the exhaust, intake and compression strokes.90003 .90000 Animated Engines — Four stroke 90001 90002 Four Stroke Engine 90003 90004 The four stroke engine was first demonstrated by Nikolaus Otto in 1876 ​​90005 1 90006, hence it is also known as the 90007 Otto cycle 90008. The technically correct term is actually 90007 four stroke cycle 90008. The four stroke engine is probably the most common engine type nowadays. It powers almost all cars and trucks. 90011 90004 90011 90004 The four strokes of the cycle are intake, compression, power, and exhaust.Each corresponds to one full stroke of the piston; therefore, the complete cycle requires two revolutions of the crankshaft to complete. 90011 90016 Intake 90017 90004 During the intake stroke, the piston moves downward, drawing a fresh charge of vaporized fuel / air mixture. The illustrated engine features a 90007 poppet 90008 intake valve which is drawn open by the vacuum produced by the intake stroke. Some early engines worked this way; however, most modern engines incorporate an extra cam / lifter arrangement as seen on the exhaust valve.The exhaust valve is held shut by a spring (not illustrated here). 90011 90016 Compression 90017 90004 As the piston rises, the poppet valve is forced shut by the increased cylinder pressure. Flywheel momentum drives the piston upward, compressing the fuel / air mixture. 90011 90016 Power 90017 90004 At the top of the compression stroke, the spark plug fires, igniting the compressed fuel. As the fuel burns it expands, driving the piston downward. 90011 90016 Exhaust 90017 90004 At the bottom of the power stroke, the exhaust valve is opened by the cam / lifter mechanism.The upward stroke of the piston drives the exhausted fuel out of the cylinder. 90011 90034 90016 Ignition System 90017 90004 This animation also illustrates a simple ignition system using breaker points, coil, condenser, and battery. 90011 90004 A number of visitors have written to point out a problem with the breaker points in my illustration. In this style ignition circuit, the spark plug will fire just as the breaker points 90007 open. 90008 The illustration appears to have this backwards.90011 90004 In fact, the illustration is correct; it just moves so fast it’s difficult to see! Here’s a close-up of the frames just at the point the plug fires: 90011 90004 90011 90004 My original intent was to accurately show that the points need to remain closed for only a fraction of a second, called the 90007 dwell. 90008 By illustrating this, I inadvertently obscured the overall operation of the circuit. Perhaps someday I’ll prepare a more detailed illustration of the ignition system alone.90011 90004 Larger four stroke engines usually include more than one cylinder, have various arrangements for the camshaft (dual, overhead, etc.), sometimes feature fuel injection, turbochargers, multiple valves, etc. None of these enhancements changes the basic operation of the engine. 90011.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *