Принцип работы четырехтактного двигателя

Такт — сжатие

Такт сжатия ( рис. 1 6) происходит при движении поршня от н.м.т. к в.м.т. При такте сжатия оба клапана закрыты. Рабочая смесь сжимается поршнем и незадолго до в.м.т. поджигается электрической искрой с некоторым опережением. Опережение зажигания необходимо для того, чтобы основная масса топливного заряда успела сгореть до достижения в.м.т., а догорание происходило при незначительном повороте коленчатого вала в такте расширения. Давление газов в цилиндре автомобильного двигателя в конце такта сжатия составляет 6 — 12 кгс / см2 ( 0 6 — 1 2 МН / м2), температура 150 — 350 С.
 

Индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя.

Такт сжатия протекает при закрытых впускных и выпускных клапанах. Поршень движется от нижней к верхней мертвой точке. При этом происходит подготовка топлива к сгоранию. Давление в конце такта сжатия достигает 4 — 12 бар у карбюраторных двигателей и 30 — 40 бар у дизелей, температура соответственно 650 — 700 и 800 — 900 К.
 

Такт сжатия подготовляет смесь для более эффективного сгорания. При повышении давления будет лучше теплообмен между частицами топлива, что положительно сказывается на процессе сгорания.
 

Индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя.

Такт сжатия протекает при закрытых впускных и выпускных клапанах. Поршень движется от нижней к верхней мертвой точке. При этом происходит подготовка топлива к сгоранию. Давление в конце такта сжатия достигает 4 — 12 бар у карбюраторных двигателей и 30 — 40 бар у дизелей, температура соответственно 650 — 700 и 800 — 900 К.
 

В такте сжатия рабочее Давление сжимает Донышко манжеты и приводит к расширению ее до диаметра цилиндра. При обратном движении поршня и отсутствии давления Донышко все же остается плотно зажатым кольцами и не может вернуться в исходное состояние. Внутреннее нажимное кольцо должно обеспечивать радиальный зазор, необходимый при набухании манжеты. Для кожаных, тканевых и однородных манжет зазор равен одной трети толщины нажимного кольца.
 

Рабочий процесс четырехтактного карбюраторного двигателя.

При такте сжатия ( рис. 86, б) происходит сжатие поступившего в цилиндр воздуха. В конце такта сжатия давление в цилиндре возрастает до 38 — 43 кГ / см2, а температура воздуха повышается до 620 — 680 С. В этот момент в цилиндр через форсунку / при помощи топливного насоса 2 под давлением 150 кГ / см2 впрыскивается распыленное дизельное топливо.
 

При такте сжатия внутри цилиндра сжимается воздух. Благодаря высокой степени сжатия давление воздуха повышается до 30 — 40 кг / см2, а температура до 500 и выше. В конце сжатия осуществляется впрыск в цилиндр через форсунку мелко распыленного топлива, которое под действием высокой температуры воздуха воспламеняется и начинает гореть.
 

Во время такта сжатия ( рис. 34 — 2, б; впускной и выпускной клапаны закрыты, поршень движется от н.м.т. к в.м.т.) горючая смесь сжимается и по мере уменьшения ее объема давление и температура в цилиндре повышаются. Частицы топлива и воздуха при сжатии приходят в тесное соприкосновение и происходит подготовка топлива к сгоранию. Давление конца сжатия находится в пределах 500 — 700 кн / м2, температура достигает 250 — 300 С.
 

Диаграмма рабочего цикла карбюраторного двигателя внутреннего сгорания.

В конце такта сжатия происходит воспламенение горючей смеси электрической искрой. Быстрое сгорание паров бензина сопровождается передачей рабочему телу — воздуху — количества тепла Qlt резким возрастанием температуры и давления воздуха и продуктов сгорания. За короткое время горения смеси поршень практически не изменяет своего положения в цилиндре, поэтому процесс нагревания газа в цилиндре можно считать изохорическим и изобразить его на диаграмме р — V участком ВС.
 

Схема насосного действия поршневых колец.

В конце такта сжатия давление в цилиндре сильно возрастает, маслосъемное действие компрессионных колец усиливается, и избыточное количество масла перемещается в сторону камеры сгорания. Если толщина масляной пленки велика, перед первым компрессионным кольцом образуется валик масла, который в момент остановки поршня у верхней мертвой точки силой инерции выбрасывается в зазор между цилиндром и головкой поршня. На количество масла, поступающего в камеру сгорания через ЦП Г, определенное влияние оказывает насосное действие поршневых колец ( рис. 10.1), но оно играет существенную роль только при высокой частоте вращения коленчатого вала, когда силы инерции достаточны для отрыва компрессионных колец от нижних торцов канавок и их перемещения к верхним торцам. В дизельных двигателях при высоких давлениях сжатия и сгорания насосное действие проявляется в меньшей степени.
 

Ремонт двухтактных двигателей внутреннего сгорания

Ремонт двухтактных ДВС осуществляется только квалифицированными рабочими по технологическим и маршрутным картам, которые разрабатывают инженеры и проектировщики. Эти инструкции дают рабочему понять, где и когда использовать ту или иную операцию, как и каким порядкм устанавливать детали, а также в какой последовательности их затягивать.

Сами «двухтактники» устанавливаются в специальные стенды-кантователи, которые позволяют с большим удобством и правильно, доступно визуально осуществить правильную сборку и протяжку.

Разработка процесса ремонта ДВС включает в себя не только визуальный осмотр и мойку всего узла в моечной машине, но и разработку карт дефектов деталей, маршрутные карты восстановления и т.д.

Именно таким образом осуществляет ремонт двухтактных ДВС в производственных условиях АТП.

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.

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.

Просто о сложном: что заставляет двигатель работать?

В скольких десятках статей мы с вами, друзья, обсуждали нюансы работы двигателя внутреннего сгорания. ГРМ, форсунки, зажигание, выпуск. Но не разбирали главного: а как это всё взаимосвязано, так сказать, глобально? Как работает ДВС в принципе? За счёт чего он «крутится» и не останавливается, пока не повернёшь ключ? Вот сегодня и рассмотрим этот коренной момент. Да, в сети есть гигатонны статей на эту тему, но они, на мой взгляд, по большей части занудны и не всегда понятны. Я же попробую рассказать «на пальцах», как всегда. Ну и анимация нам в помощь.

Что двигается внутри?

Есть некая идеально-выточенная (до тысячных долей миллиметра) «труба». Это цилиндр (что очевидно по геометрической форме). В него очень плотно вставляется цилиндрическая же подвижная часть — это поршень. Поршень непрерывно и циклически передвигается вверх-вниз по своей «трубе», и будучи связан некой палкой на двух осях с коленчатым валом , вращает его. Палка называется шатун , и превращает возвратно-поступательное движение поршня (то есть вверх-вниз) во вращательное движение коленчатого вала (по кругу).

Наверху, над поршнями, есть два вала называемых распределительными . Они «намертво» связаны с коленчатым валом цепью или ремнём, и вращаются всегда одновременно с ним. Задача распредвалов — вовремя открывать и закрывать клапаны над поршнями. Зачем нужны клапаны? Об этом далее.

За счёт чего двигаются поршни?

Чтобы толкнуть поршень вниз — то есть, заставить его надавить на шатун и провернуть коленчатый вал (коленвал) — необходима некая сила, которая вынудит его это сделать. В случае с двигателем внутреннего сгорания, это химическая энергия горения топлива, преобразуемая в механическую энергию движения поршней и всего остального. Но я обещал просто. Итак, что происходит в цилиндрах.

1) Сначала в цилиндр (для упрощения считаем его полностью герметичным) нужно добавить то, что будет гореть. Конечно, это топливо (в нашем случае бензин). Но ни один бензин не будет гореть в безвоздушной среде. Необходим окислитель — кислород, содержащийся в воздухе. Значит, подаём в цилиндр смесь бензина и воздуха. На этом этапе у нас открыт впускной клапан , откуда эта гремучая смесь и поступает. При этом цилиндр движется вниз, буквально засасывая эту смесь через клапан (как шприц воду, или тот же воздух). Этот такт называется впуск .

2) Отлично, взрывоопасная смесь в цилиндре! Но поршень-то уже внизу, а чтобы он начал «давить» на коленвал через шатун, он должен быть наверху! Да. Поэтому, за счёт движения других цилиндров (они обычно работают парно и асинхронно: два вверху, два внизу) и за счёт инерции вращения тяжеленного маховика , поршень снова идёт вверх. При этом, впускной клапан закрывается. Получается, что поршень, двигаясь вверх, сжимает топливовоздушную смесь в цилиндре. При этом она, по всем законам физики, ещё и нагревается. Этот такт называется сжатие . Всё логично и не так сложно, не правда ли?

3) Все мы знаем о свечах зажигания . Когда поршень, дойдя до верха, максимально сжал смесь, свеча даёт электродугу (искру). Её достаточно для того, чтобы смесь воспламенилась. При этом мы помним, что так как она была неслабо сжата поршнем (скажем, в 10 раз от первоначального объёма), то и без того находилась под давлением. А учитывая что смесь ещё и горючая. В общем, взрыв, возникающий в цилиндре, вызывает резкое расширение газов . А так как на данном этапе камера сгорания герметична (все клапаны закрыты), единственный «выход» для этих газов — продавить подвижный поршень вниз. Это и есть тот момент, когда на поршень давят сгораемые газы, а поршень через шатун крутит коленвал, совершая полезную работу. Такт рабочего хода .

4) Ну и «финал-апофеоз» происходящего. Логично, что теперь продукты сгорания нужно вытолкнуть из цилиндра и повторить цикл заново. Когда поршень дошёл до нижней точки и совершил работу, он снова начинает двигаться вверх (помним, что другие поршни тоже трудятся и коленвал вращается непрерывно). Но теперь уже не сжимая заготовленную смесь, а выталкивая отработанные газы. Для этого на данном этапе открывается выпускной клапан, а далее газы поступают в выпускной тракт и на улицу, через выхлопную трубу. Вы удивитесь, но это называется такт выпуска .

Ну а далее всё снова повторяется: дойдя до верха, поршень снова бежит вниз, засасывая свежий воздух вперемешку с бензином.

А «следит» за этим делом всё тот же механизм ГРМ, который строго в нужный момент открывает и закрывает нужные клапаны (на впуск и выпуск). Подробнее об этом мы уже разговаривали здесь .К слову, теперь понятно, почему двигатель называется четырёхтактный .

Надеюсь, кому-то будет полезно!Всем исправных двигателей и понятной матчасти!

Источник

Конструктивные и эксплуатационные отличия четырехтактных двухтактных бензиновых двигателей

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

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

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

Основные отличия двухтактных и четырехтактных двигателей:

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

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

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

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

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

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

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

Особенности работы 4-х тактного двигателя

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

Автовладельцу, таким образом, незачем приобретать специальное масло, без которого не может функционировать двухтактный мотор. Кроме того, при наличии четырехтактного мотора на поршневом зеркале и на стенах глушителя уменьшается количество нагара

Еще одно важное отличие — в двухтактном моторе в выхлопную трубу выплескивается горючая смесь, что обусловлено его устройством

https://youtube.com/watch?v=Pby7ms9Smiw

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

Недостатки четырёхтактных двигателей:

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

Особенности работы двухтактных моторов

Основой того, чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного, можно назвать тот факт, что в первом за один рабочий цикл коленвал совершает два оборота, а во втором весь рабочий цикл укладывается в один оборот коленвала (360°). Поршень при этом совершает лишь два хода. Процессы, происходящие в камере сгорания в течение рабочего цикла у двухтактного мотора, не отличаются от четырехтактных, но впуск горючей смеси и выпуск отработавших газов выполняются одновременно с тактами сжатия и расширения.

Рабочий цикл двухтактного двигателя

Принцип работы простейшего двухтактного двигателя заключается в следующем:

1. Такт сжатия. В начале цикла поршень находится в НМТ и движется в положение ВМТ такта сжатия. При этом происходит перекрытие окна продувки (впуска), а затем канала выпуска. В момент, когда поршень закрывает окно выпуска, начинается сжатие горючей смеси, и в пространстве под поршнем возникает разрежение. Это обеспечивает нагнетание топлива в камеру через приоткрытый клапан впуска.
2. Такт расширения (рабочего хода). Когда поршень приближается к ВМТ, происходит срабатывание свечи зажигания, и горючая смесь воспламеняется. Это провоцирует резкое повышение давления и температуры, в результате чего поршень начинает движение вниз. Таким образом, газы совершают полезную работу, а поршень при движении к НМТ увеличивает компрессию топливовоздушной смеси. С ростом давления клапан начинает закрываться и препятствует попаданию горючей смеси во впускной коллектор. При достижении поршнем выпускного окна, происходит открытие последнего, и отработавшие газы удаляются в систему выхлопа. Давление в камере снижается, а дальнейшее движение поршня открывает канал продувки и топливовоздушная смесь подается в камеру, вытесняя отработавшие газы.

В зависимости от того, как реализована система продувки в устройстве двухтактного двигателя, их разделяют на разные типы:

• С контурной кривошипно-камерной продувкой. Горючая смесь подается в камеру цилиндра напрямую из картера двигателя. При этом она всасывается в момент движения поршня к ВМТ, а при движении поршня к НМТ обеспечивается продувка за счет избыточного давления.
• С клапанно-щелевой продувкой. Применяется для одноцилиндровых двигателей. Газораспределение реализуется путем перекрытия окон, выполненных в стенке цилиндра.
• С прямоточной продувкой. В такой конструкции впуск выполняется через специальные продувочные окна, выполненные по окружности цилиндра в его нижней части. В свою очередь, выпуск реализуется через выхлопной клапан.
• С использованием продувочных насосов. Применяется на многоцилиндровых двухтактных двигателях. При этом воздух для продувки сжимается специальным компрессором.

В отличие от четырехтактного, двухтактный двигатель не имеет системы газораспределения. Не требуют такие конструкции и организации сложной системы смазки. С другой стороны, четырехтактные моторы более экономичны по расходу топлива, а также меньше подвержены вибрации и обеспечивают более чистый выхлоп.

Конструктивные и эксплуатационные отличия четырехтактных двухтактных бензиновых двигателей

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

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

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

Основные отличия двухтактных и четырехтактных двигателей:

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

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

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

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

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

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

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

Процессы, протекающие в цилиндрах двигателя при его работе, повторяются циклично. Одним таким рабочим циклом считается совокупность тактов (впуск топливовоздушной смеси, сжатие, воспламенение и расширение газов, а также выпуск продуктов сгорания), обеспечивающая переход тепловой энергии, выделяемой при воспламенении одной порции смеси, непосредственно в работу. О том, что представляют собой рабочие циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания, пойдет речь далее.