logo1

logoT

 

Принцип работы четырехтактного двигателя


Принцип работы четырехтактного бензинового двигателя

Тепловые двигатели

Принцип работы четырехтактного бензинового двигателя

Рабочий цикл 4-х тактного двигателя состоит из четырех тактов: впуска, сжатия, расширения (рабочего хода) и выпуска.

При впуске поршень опускается из верхней мертвой точки (ВМТ) в нижнюю (НМТ). При этом с помощью кулачков распределительного вала открывается впускной клапан, через который в цилиндр засасывается топливная смесь.

При обратном ходе поршня (из НМТ в ВМТ) происходит сжатие топливной смеси, сопровождающееся ростом ее температуры.

Перед самым концом сжатия между электродами свечи загорается искра, поджигающая топливную смесь, которая, сгорая, образует горючие газы, толкающие поршень вниз. Происходит рабочий ход, при котором совершается полезная работа.

После перехода поршня НМТ открывается выпускной клапан, позволяя двигающемуся вверх поршню вытолкнуть отработавшие газы из цилиндра. Происходит выпуск. В верхней мертвой точке выпускной клапан закрывается, и цикл повторяется снова.

Принцип работы четырехтактного дизельного двигателя

· 1-й такт. Впуск. Соответствует 0°—180° поворота коленвала. Через открытый приблизительно на 345—355° впускной клапан воздух поступает в цилиндр, на 190—210° клапан закрывается. При этом до 10—15° поворота коленвала одновременно открыт и выхлопной клапан. Время совместного открытия клапанов называется перекрытием клапанов.

· 2-й такт. Сжатие. Соответствует 180° — 360° поворота коленвала. Поршень, двигаясь к ВМТ (верхней мёртвой точке), сжимает воздух от 16 (в тихоходных двигателях) до 25 (в быстроходных) раз.

· 3-й такт. Рабочий ход, расширение. Соответствует 360°—540° поворота коленвала. При распылении топлива в горячий воздух происходит инициация сгорания топлива, то есть частичное его испарение, образование свободных радикалов в поверхностных слоях капель и в парáх. Наконец, оно вспыхивает и сгорает по мере поступления из форсунки, а продукты горения, расширяясь, двигают поршень вниз. Впрыск и, соответственно, воспламенение топлива происходит чуть раньше момента достижения поршнем мёртвой точки вследствие некоторой инертности процесса горения. Отличие от опережения зажигания в бензиновых двигателях в том, что задержка необходима только из-за наличия времени инициации, которое в каждом конкретном двигателе — величина постоянная и изменению в процессе работы не поддается. Сгорание топлива в дизельном двигателе происходит, таким образом, столько времени, сколько длится подача порции топлива из форсунки. Вследствие этого рабочий процесс протекает при относительно постоянном давлении газов, из-за чего двигатель развивает большой крутящий момент. Из этого следуют два важных вывода:

· 1. Процесс горения в длится ровно столько времени, сколько требуется для впрыска данной порции топлива, но не дольше времени рабочего хода. Это приводит к тому, что рабочий процесс протекает при постоянном давлении.

· 2. Соотношение топливо/воздух в цилиндре может существенно отличаться от стехиометрического, причём очень важно обеспечить избыток воздуха, так как пламя факела занимает небольшую часть объёма камеры сгорания и атмосфера в камере должна до последнего обеспечить нужное содержание кислорода. Если этого не происходит, возникает массивный выброс несгоревших углеводородов с сажей (тепловоз «даёт медведя́»).

· 4-й такт. Выпуск. Соответствует 540°—720° поворота коленвала. Поршень идёт вверх, через открытый на 520—530° выхлопной клапан, выталкивая отработавшие газы из цилиндра.

Далее цикл повторяется.

В зависимости от конструкции камеры сгорания, существует несколько типов дизельных двигателей:

· С неразделённой камерой: камера сгорания выполнена в поршне, а топливо впрыскивается в надпоршневое пространство. Главное достоинство — минимальный расход топлива. Недостаток — повышенный шум («жесткая работа»), особенно на холостом ходу. В настоящее время ведутся интенсивные работы по устранению указанного недостатка. Например, в системе Common Rail для снижения жёсткости работы используется (зачастую многостадийный) предвпрыск.

· С разделённой камерой: топливо подаётся в дополнительную камеру. В большинстве дизельных двигателей такая камера (она называется вихревой либо предкамерой) связана с цилиндром специальным каналом так, чтобы при сжатии воздух, попадая в оную камеру, интенсивно завихрялся. Это способствует хорошему перемешиванию впрыскиваемого топлива с воздухом и более полному сгоранию топлива. Такая схема долго считалась оптимальной для лёгких двигателей и широко использовалась на легковых автомобилях. Однако, вследствие худшей экономичности, последние два десятилетия идёт активное вытеснение таких двигателей двигателями с нераздельной камерой и с системами подачи топлива Common Rail.

Принцип работы двухтактного двигателя

Сжатие. Поршень двигается из положения нижней мертвой точки в положение к верхней, при этом закрывает сначала продувочное, а потом выпускное окно. После этого в цилиндре происходит сжатие поступившей в него раннее топливной смеси. Вместе с этим в кривошипной камере под поршнем, после перекрывания продувочного окна, создается разряженное пространство. Под действием этого разряжения через впускное окно в кривошипную камеру из карбюратора попадает горючая смесь.

Чугун Достоинства

· Поршни из чугуна прочны и износостойки.

· Благодаря небольшому коэффициенту линейного расширения они могут работать с относительно малыми зазорами, обеспечивая хорошее уплотнение цилиндра.

Недостатки

· Чугун имеет довольно большой удельный вес. В связи с этим область применения чугунных поршней ограничивается сравнительно тихоходными двигателями, в которых силы инерции возвратно движущихся масс не превосходят одной шестой от силы давления газов на днище поршня.

· Чугун имеет низкую теплопроводность, поэтому нагрев днища у чугунных поршней достигает 350—400 °C. Такой нагрев нежелателен особенно в карбюраторных двигателях, так как он служит причиной возникновения калильного зажигания.

Алюминий Подавляющее большинство современных автомобильных двигателей имеют алюминиевые поршни.

Достоинства

Достоинства алюминиевых поршней:

· малая масса (как минимум на 30 % меньше по сравнению с чугунными);

· высокая теплопроводность (в 3-4 раза выше теплопроводности чугуна), обеспечивающая нагрев днища поршня не более 250 °C, что способствует лучшему наполнению цилиндров и позволяет повысить степень сжатия в бензиновых двигателях;

· хорошие антифрикционные свойства.

Недостатки

Недостатками алюминиевых поршней являются:

· большой коэффициент линейного расширения (примерно в 2 раза больше, чем у чугуна),

· значительное снижение механической прочности при нагреве (повышение температуры до 300 °C приводит к снижению механической прочности алюминия на 50-55 % против 10 % у чугуна).

Недопустимые для нормальной работы двигателя зазоры между стенками цилиндров и алюминиевыми поршнями устраняются конструктивными мероприятиями, основными из которых являются:

· придание юбке поршня овальной или овально-конусной формы;

· изоляция тронковой (направляющей) части поршня от наиболее нагретой его части (головки);

· косой разрез юбки по всей длине, обеспечивающий пружинящие свойства стенок;

· Т- и П-образные прорези в юбке поршня не на полную её длину в сочетании с её овальностью;

· компенсационные вставки, ограничивающие тепловое расширение юбки в плоскости качания шатуна.

Поршневы́е ко́льца — это незамкнутые кольца, которые с небольшим зазором (до нескольких сотых долей миллиметра) посажены в канавках на внешних поверхностях поршней в поршневых двигателях, таких какдвигатели внутреннего сгорания или паровые двигатели.

Функции поршневых колец

1. уплотнение (герметизацию) камеры сгорания (или камеры расширения). Компрессионные кольца повышают компрессию, с изношенными, поломанными или залёгшими кольцами двигатель потеряет мощность или вообще не запустится.

2. улучшение теплопередачи через стенку цилиндра, отводят лишнее тепло от поршня, не допуская перегрева.

3. уменьшение расхода моторного масла (во всех четырёхтактных двигателях и в дизельных двухтактных двигателях)

Замок Стык (носит название замок) между концами поршневого кольца сжимается до нескольких сотых долей миллиметра, когда поршень установлен в цилиндре. Замок бывает прямой или косой (у четырёхтактных двигателей).

Кольца в канавках разворачивают таким образом, чтобы угол между замками был равным, если три кольца — тогда разворачивают на 120°, если два — то на 180°. Таким образом получается лабиринт, уменьшающий прорыв газов.

Компрессионные кольца[править | править вики-текст]

Основной функцией компрессионных (верхних) колец является герметизация камеры сгорания.

Более трёх компрессионных колец на поршень обычно не устанавливают, так как степень уплотнения поршня увеличивается незначительно, а потери на трение заметно возрастают.

На двухтактных бензиновых двигателях устанавливают, как правило, только два компрессионных кольца. Кольцо в замке соответствует форме и расположению стопорного штифта (предохраняет от проворачивания и повышает компрессию, устанавливается только на двухтактных бензиновых двигателях).

Обычно поперечное сечение компрессионного поршневого кольца имеет прямоугольную форму. Край кольца имеет либо цилиндрические профиль (верхнее уплотнительное кольцо), либо фаску, либо сужающуюся по натуральному логарифму форму (второе уплотнительное кольцо). При работе кольца несколько скручиваются благодаря зазору в канавке, что облегчает их приработку.

Поршневой палец

Поршневой палец является осью качания шатуна в соединении с поршнем. Через поршневой палец передаются все силы, возникающие между поршнем и шатуном. К этим силам относятся сила инерции, возникающая при изменении направления движения поршня, сила давления сжимаемой в цилиндре двигателя воздушно топливной смеси или воздуха в дизельном двигателе при сжатии и, главное, сила давления расширяющихся газов во время рабочего такта.

Поршневой палец относится к деталям двигателя, совершающим возвратно-поступательное движение во время работы. Конструкторы двигателей всеми способами стремятся уменьшить вес таких деталей. Но, как отмечалось ранее, через поршневой палец передаются очень большие силы. Поэтому размер (диаметр) пальца, конструкция, технология и материал изготовления пальца, с учётом себестоимости массового изготовления, это результат принятия сложного компромиссного инженерного решения.

Во время работы двигателя на поршневой палец действуют изгибающие усилия и усилия среза. Под воздействием этих усилий поршневой палец может принять недопустимую овальность, в результате которой возможно заклинивание поршня в поршневой головке шатуна или в бобышках поршня. Овальность поршневого пальца может привести к появлению трещин в бобышках поршня и последующему разрушению поршня.

Внутреннее отверстие пальца массовых двигателей цилиндрической формы, поскольку такой палец имеет самую низкую себестоимость изготовления. В двигателях, в которых стоимость изготовления не играет решающего значения, по сравнению с качественными показателями, для облегчения веса пальца, внутреннее отверстие изготавливается в виде двух конусов, сужающихся к середине пальца. На эпюре нагрузки, приложенной к поршневому пальцу, видно, что, усилие, приложенное к центру поршневого пальца, значительно меньше усилия, приложенного к его концам.

На современных автомобильных двигателях наибольшее распространение нашли плавающие пальцы.

Фиксированным называется поршневой палец, который не вращается в одном из соединяемых элементов за счёт установки с тугой посадкой или в верхней головке шатуна или в отверстиях бобышек поршня.

Тугая посадка поршневого пальца в одном из элементов обеспечивает осевую фиксацию пальца.

В старых автомобильных и стационарных двигателях палец в верхней головке шатуна вообще крепился при помощи разрезной втулки и стяжного болта, но в настоящее время в автомобильных двигателях такой способ крепления поршневого пальца не применяется.

Чаще фиксированное соединение обеспечивается в верхней головке шатуна. При этом вращение пальца осуществляется в отверстиях бобышек поршня.

Например, в двигателях автомобилей ВАЗ надёжная фиксация поршневого пальца обеспечивается за счёт установки пальца в верхней (поршневой) головке шатуна с натягом 0,01 ÷ 0,042 мм. При этом в соединении пальца с бобышками поршня, для обеспечения шарнирного соединения, устанавливается необходимый зазор. Это наиболее дешёвый способ фиксации пальца в массовом производстве. В этом случае во время ремонта двигателя при сборке шатунно-поршневой группы возникает необходимость нагрева шатуна до достаточно высокой температуры. В двигателях с фиксированным поршневым пальцем бронзовая втулка в поршневую головку шатуна не устанавливается.

Плавающим называется палец, установленный с необходимым зазором, и в верхней головке шатуна, и в бобышках поршня.

В этом случае осевая фиксация поршневого пальца осуществляется за счёт стопорных колец, устанавливаемых в специальные проточки в бобышках поршня.

Во время работы плавающий палец вращается и в головке шатуна и в бобышках поршня. При таком соединении необходимо обеспечить рекомендованный зазор как между пальцем и бобышками поршня, так и между пальцем и втулкой поршневой головки шатуна. В двигателе с плавающим поршневым пальцем для уменьшения трения в поршневую головку шатуна устанавливается бронзовая втулка. Из-за различного температурного коэффициента расширения материалов, из которых изготовлены шатун, поршневой палец и поршень эти зазоры различны.

При комнатной температуре во втулку верхней головки шатуна палец должен входить плотно без люфта и качания. А в бобышки поршня, в холодном состоянии, поршень должен входить с небольшим натягом.

Поэтому перед снятием или установкой плавающего пальца поршень необходимо нагреть в воде до температуры 60º ÷ 85º С.

Во время работы двигателя поршень и палец нагреваются, и из-за разности температурных коэффициентов расширения стального пальца и алюминиевого поршня зазор между этими деталями приобретает необходимое значение.

  1. Фиксированный палец с фиксацией в отверстии поршня
  2. Фиксированный палец с фиксацией в поршневой головке шатуна
  3. Плавающий палец с фиксацией при помощи стопорных колец

Этот рисунок дан больше для исторической информации, поскольку, в большинстве современных автомобильных двигателей применяются плавающие поршневые пальцы. А крепление фиксированного поршневого пальца осуществляется только за счёт тугой посадки в поршневой головке шатуна.

Правда в двигателях некоторых американских автомобилей поршневой палец в осевом направлении фиксируется при помощи специальных алюминиевых или бронзовых заглушек, вставляемых в отверстия бобышек поршня со стороны торцов поршневого пальца.

Для установки фиксированного пальца шатун необходимо нагреть в муфельной электрической печи до температуры 240º С. (При отсутствии муфельной печи шатун часто нагревают на простой электрической плитке). Шатун быстро охлаждается, а палец необходимо в осевом направлении устанавливать очень точно, поэтому делайте это только с применением специального приспособления. Необходимо помнить, что для каждого диаметра поршня существует своё приспособление, хотя все они похожи друг на друга, некоторые размеры приспособлений отличаются, но на глаз это не видно.

Специальное приспособление для установки поршневого пальца автомобиля ВАЗ.

Клапанный механизм

Механизм газораспределения предназначен для впуска в цилиндры двигателя свежей горючей смеси (в бензиновых) или воздуха ( в дизелях) и для выпуска отработавших газов.

Клапанный механизм должен обеспечивать четкое открытие и закрытие клапанов в соответствии с тактами работы двигателя, при этом должно быть выполнено обязательное условие герметичности камеры сгорания и длительное сопротивление износу и высоким температурным нагрузкам.

В современных автомобильных и тракторных двигателях применяют, клапанные механизмы газораспределения, характеризующиеся простотой конструкцией, малой стоимостью изготовления и ремонта, совершенством уплотнения и главное надежностью работы. Все детали клапанного механизма могут быть либо отремонтированы ( седла клапанов, клапана) , либо заменены на новые детали ( распредвал, втулки клапанов, толкатели, пружины и т.д.).

Вопрос№9

Система охлаждения

Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания — совокупность устройств, обеспечивающих подвод охлаждающей среды к нагретым деталямдвигателя и отвод от них в атмосферу лишней теплоты, которая должна обеспечивать наивыгоднейшую степень охлаждения и возможность поддержания в требуемых пределах теплового состояния двигателя при различных режимах и условиях работы.

В период сгорания рабочей смеси температура в цилиндре достигает 2000 °C и более. Система охлаждения предназначена для поддержания оптимального теплового состояния двигателя в пределах 80-90°C. Сильный нагрев может вызвать нарушения нормальных рабочих зазоров и, как следствие, усиленный износ, заклинивание и поломку деталей, а также снижение мощности двигателя, за счёт ухудшения наполнения цилиндров горючей смесью, самовоспламенения и детонации. Для обеспечения нормальной работы двигателя необходимо охлаждать детали, соприкасающиеся с горячими газами, отводя от них тепло в атмосферу непосредственно, либо при помощи промежуточного тела (воды, низкозамерзающей жидкости). При чрезмерно сильном охлаждении рабочая смесь, попадая на холодные стенки цилиндра конденсируется и стекает в картер двигателя, где разжижает моторное масло. Как следствие этого мощность двигателя уменьшается, а износ увеличивается. При понижении температуры масло густеет. Это является причиной того, что масло хуже подается в цилиндры и увеличивается расход топлива, уменьшается мощность. Поэтому система охлаждения должна ограничивать температурные пределы, обеспечивая наилучшие условия работы двигателя.

Вопрос№10

Система смазки

(другое наименование -смазочная система) предназначена для снижения трения между сопряженными деталями двигателя. Кроме выполнения основной функции система смазки обеспечивает охлаждение деталей двигателя, удаление продуктов нагара и износа, защиту деталей двигателя от коррозии.

Система смазки двигателя включает поддон картера двигателя с маслозаборником, масляный насос, масляный фильтр, масляный радиатор, которые соединены между собой магистралями и каналами.

В современных двигателях применяется комбинированная система смазки, в которой часть деталей смазывается под давлением, а другая часть – разбрызгиванием или самотеком.

Смазка двигателя осуществляется циклически. При работе двигателя масляный насос закачивает масло в систему. Под давлением масло подается в масляный фильтр, где очищается от механических примесей. Затем по каналам масло поступает к коренным и шатунным шейкам (подшипникам) коленчатого вала, опорам распределительного вала, верхней опоре шатуна для смазки поршневого пальца.

На рабочую поверхность цилиндра масло подается через отверстия в нижней опоре шатуна или с помощью специальных форсунок.

Остальные части двигателя смазываются разбрызгиванием. Масло, которое вытекает через зазоры в соединениях, разбрызгивается движущимися частями кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов. При этом образуется масляный туман, который оседает на другие детали двигателя и смазывает их.

Под действием сил тяжести масло стекает в поддон и цикл смазки повторяется.

На некоторых спортивных автомобилях применяется система смазки с сухим картером. В данной конструкции масло храниться в специальном масляном баке, куда закачивается из картера двигателя насосом. Картер двигателя всегда остается без масла – «сухой картер». Применение данной конструкции обеспечивает стабильную работу системы смазки во всех режимах, независимо от положения маслозаборника и уровня масла в картере.

Вопрос№11

Система питания топливом бензинового двигателя предназначена

для размещения и очистки топлива, а также приготовления горючей смеси определенного состава и подачи ее в цилиндры в необходимом количестве в соответствии с режимом работы двигателя (за исключением двигателей с непосредственным впрыском, система питания которых обеспечивает поступление бензина в камеру сгорания в необходимом количестве и под достаточным давлением).

Система питания карбюраторного двигателя включает в себя следующие элементы: 1) топливный бак; 2) топливопроводы; 3) топливные фильтры; 4) топливный насос; 5) карбюратор; 6) воздушный фильтр; 7) выпускной коллектор: 8) впускной коллектор;

9) глушитель шума выпуска отработанных газов.

На современных автомобилях вместо карбюраторных систем питания все чаще применяют инжекторные системы впрыска топлива. На двигателях легковых автомобилей может быть установлена система распределительного впрыска топлива или система центрального одноточечного впрыска топлива.

Инжекторные системы впрыска топлива имеют ряд преимуществ перед карбюраторными системами питания: 1) отсутствие добавочного сопротивления потоку воздуха в виде диффузора карбюратора, что способствует лучшему наполнению камер сгорания цилиндров и получению более высокой мощности; 2) улучшение продувки цилиндров за счет использования возможности более длительного периода перекрытия клапанов (при одновременно открытых впускных и выпускных клапанах); 3) улучшение качества приготовления рабочей смеси за счет продувки камер сгорания чистым воздухом без примеси паров топлива; 4) более точное распределение топлива по цилиндрам, что дает возможность использования бензина с более низким октановым числом;

5) более точный подбор состава рабочей смеси на всех стадиях работы двигателя с учетом его технического состояния.

Кроме достоинств инжекторная система имеет один существенный недостаток. Инжекторная система впрыска топлива имеет более высокую степень сложности изготовления деталей, а также эта система включает в себя множество электронных компонентов, что приводит к удорожанию автомобиля и к сложности его обслуживания.

Система распределительного впрыска топлива является наиболее современной и совершенной. Основным функциональным элементом этой системы является электронный блок управления (ЭБУ). ЭБУ по существу представляет собой бортовой компьютер автомобиля. ЭБУ осуществляет оптимальное управление механизмами и системами двигателя, обеспечивает наиболее экономичную и эффективную работу двигателя с максимальной защитой окружающей среды на всех режимах.

Система распределительного впрыска топлива состоит из: 1) подсистемы подачи воздуха с дроссельной заслонкой; 2) подсистемы подачи топлива с форсунками по одной на каждый цилиндр; 3) системы дожигания доработанных газов;

4) системы улавливания и сжижения паров бензина.

Вопрос№12

Система питания дизельного

двигателяВоспламенение смеси в таких моторах происходит не от искры, а от температур в цилиндре. Система питания воздухом дизельного двигателя подает в цилиндры очищенный воздух, который впоследствии сильно сжимается, а затем нагревается до 900 градусов. Топливо под высоким давлением при помощи системы впрыска подпадает в камеры сгорания в тот момент, когда поршень подходит к своей верхней мертвой точке. Воздух уже достаточно горячий, а когда горючее смешивается с воздухом, происходит воспламенение. Смесь воспламеняется, создавая при этом рост давления. Это влечет за собой шум и жесткость работы таких моторов. Так, можно применять более дешевые горючие вещества, а мотор может работать даже на очень бедных смесях. Отсюда и более высокая экономичность. Такая схема система питания дизельного двигателя отличается более высоким КПД и, соответственно, крутящим моментом. Недостатками считается шум, вибрации, уменьшенная мощность на литр и некоторые трудности при попытке холодного запуска, а также возможные неисправности

Устройство топливных систем Система питания дизельного двигателя является особенно важной частью. Она должна обеспечить подачу необходимого количества горючего непосредственно в камеры сгорания. Система питания дизельного двигателя: устройство Процесс подачи топлива начинается с насоса высокого давления. Он принимает солярку из бака, которая подается при помощи насоса для низкого давления. Затем необходимые порции солярки нагнетаются в топливную магистраль форсунок гидромеханического типа для каждого из цилиндров. Эти форсунки под воздействием высокого давления в магистралях открываются, а закрываются, когда давление снижается. Виды ТНВД В природе существуют всего лишь два вида насосов высоко давления. Это рядный насос с многоплунжерной системой и распределительный насос. Рядный насос Данный ТНВД представлен в виде нескольких секций по количеству цилиндров. Каждая секция имеет отдельную гильзу и плунжер. Привод плунжера – кулачковый вал, который вращается от силового агрегата. Такие механизмы располагаются в ряд, поэтому и имеют соответствующее название. Их на сегодняшний день фактически не используют в конструкциях. Эти устройства не справляются с современными требованиями по уровню шума и экологичности. Также уровень давления, которое могут создавать такие насосы, зависит от количества оборотов коленчатого вала. Система питания дизельного двигателя «Камаз» имеет насос именно такого типа. Устройство распределительного типа Более современная система питания дизельного двигателя и ТНВД распределительного типа позволяет создавать более высокие показатели давления для системы впрыска. Кроме этого, такие насосы полностью соответствуют всем современным нормативам по токсичности и шуму. Эта система питания дизельного двигателя способна поддерживать необходимое давление в магистралях и системах питания при разных режимах работы мотора. Распределительный насос высокого давления оснащен одним плунжером, который совершает поступательные движения для нагнетания топливной смеси, а также вращается для того, чтобы улучшить распределение горючего по форсункам. Эти устройства отличаются компактностью, равномерностью подачи, отличными рабочими показателями. Однако для того, чтобы эти устройства могли работать более эффективно, нужно следить за чистотой дизтоплива. Солярка работает в качестве смазки, а зазоры в узлах деталей очень маленькие. Форсунки Главное предназначение форсунок – это распыление смеси в камеру сгорания. Сколько горючей смеси будет распылено, оценивается по тонкости и однородности распыления, равномерности, отсечке, поддержке необходимого давления. Форсунки разделяют на две группы по особенностям конструкции. Различают открытые и закрытые детали. Самый ответственный элемент этого узла – распылитель. Эта деталь выбирается в зависимости от типа камеры сгорания и того, как создается смесь дизеля и воздуха

Вопрос№13

Система питания газобаллонного двигателяКак устроена газобаллонная установка для работы на сжиженном газе? К сжиженным газам относятся: пропан, бутан, пропилен, бутилен. Эти газы легко переходят из газообразного в жидкое состояние при нормальной температуре и низких давлениях (до 1,6 МПа). Их получают во время переработки нефтепродуктов и хранят на автомобиле в стальном баллоне под давлением 1,6 МПа. В таких газах содержится бо́льшая концентрация тепловой энергии в единице объема, чем в сжатых газах.

Газобаллонная установка автомобиля состоит из баллона 1 для хранения сжиженного газа; испарителя газа 16; двухступенчатого газового редуктора 14 с дозирующе-экономайзерным устройством; смесителя 10, в котором газ смешивается с воздухом в пропорции 1 : 1 и образует газовоздушную горючую смесь; магистрального вентиля 20, открывающего поступление газа в испаритель; манометра 21 высокого давления, показывающего давление газа в баллоне, манометра 6 низкого давления, показывающего давление газа в камере первой ступени газового редуктора; фильтра 15 для очистки газа; трубопровода 24 высокого давления, подводящего газ из баллона в газовый редуктор; трубопровода низкого давления 12 для подвода газа из камеры второй ступени газового редуктора в смеситель; трубопровода 11 вакуумного разгружателя и трубопровода 7 для подвода в смеситель газа при работе двигателя с малой частотой вращения коленчатого вала на холостом ходу.

Рис.73. Газобаллонная установка для питания двигателя сжиженным газом.

На баллоне установлены заправочный вентиль 3 для наполнения баллона жидким газом, контрольный вентиль 2 для отвода паровой фазы газа в момент наполнения баллона, предохранительный клапан 22, открывающий выход газа в атмосферу в случае чрезмерного повышения его давления в баллоне, указатель 4 уровня газа в баллоне, расходные вентили 5 жидкой и 23 парообразной фаз газа. На испарители установлен трубопровод 17 для подвода горячей охлаждающей жидкости из системы охлаждения двигателя и 18 – для отвода этой жидкости в систему охлаждения, кран 19 для слива отстоя или воды в холодное время года. Для питания двигателя 8 жидким топливом (бензином) имеется топливный бачок 13 емкостью 10 л и карбюратор 9, соединенные между собой топливопроводом.

Вопрос№14

ВОЗДУХОЗАБОРНИК

Зачастую, это пластиковая деталь, призванная, о чем можно догадаться из ее названия, «забирать воздух». Расположен он, чаще всего, максимально близко к передней части моторного отсека, обычно над радиатором (пример воздухозаборника приведен на рисунке 4.41). Деталь ответственная, особенно если автомобиль относится к классу внедорожников, хозяева которых эксплуатируют их в жестких бездорожных условиях, к которым относится преодоление ручейков и рек вброд.

Но, независимо от класса и условий эксплуатации автомобиля, воздухозаборник стараются установить повыше – дальше от дорожной грязи и пыли.

ВОЗДУШНЫЙ ФИЛЬТР

Это одна из самых простых и в то же время незаменимых деталей автомобиля. Воздушный фильтр призван очищать поступающий извне воздух от загрязнений и частиц пыли. Если бы не было фильтра, то попадающие внутрь инородные частицы превращались бы в «наждачную бумагу», исправно продирающую зеркало цилиндра (что это такое мы рассматривали в разделе «Описание устройства простейшего двигателя»). К чему приводит такая «обработка», можно не объяснять. Схематическое изображение корпуса воздушного фильтра приведено на рисунке 4.41.

ВОЗДУХОВОДЫ

Воздуховодами (рисунок 4.41) называются воздушные патрубки, соединяющие воздухозаборник с корпусом фильтра, а его, в свою очередь, с корпусом дроссельной заслонки и в конце — заслонку с ресивером.

ДРОССЕЛЬНАЯ ЗАСЛОНКА

Дроссельная заслонка — устройство, регулирующее количество поступающего в цилиндры двигателя воздуха. Дроссельная заслонка в корпусе представлена на рисунке 4.42. В сборе она представляет из себя корпус в виде трубки с установленной на оси внутри нее заслонкой. Через трос заслонка соединена с педалью акселератора («газа»). Вы нажимаете на педаль газа, трос перемещается и поворачивает заслонку на какой-то угол. Соответственно, через открытую заслонку начинает поступать большее количество воздуха, электроника «дает команду», и система питания начинает подавать больше топлива.

РЕСИВЕР

Ресивер предназначен для накопления определенного количества очищенного воздуха перед впускным коллектором и более равномерной его подачи в цилиндры.

ВПУСКНОЙ КОЛЛЕКТОР

Впускной коллектор (рисунок 4.41) является посредником между воздушными патрубками и головкой блока цилиндров. В него также устанавливаются топливные форсунки, если в автомобиле предусмотрена система распределенного впрыска. Иногда, в зависимости от конструкции, непосредственно на впускной коллектор устанавливается дроссельная заслонка.

Система выпуска

Система выпуска необходима для отвода отработанных газов и снижения шума при их выхлопе. Состоит из выпускного коллектора и выхлопной трубы. В современных двигателях для улучшения экологических показателей дополнительно между выпускным коллектором и выхлопной трубой устанавливается каталитический нейтрализатор.

Рисунок 4.43 Система выпуска.

ВЫПУСКНОЙ КОЛЛЕКТОР

Выпускной коллектор (схематически изображен на рисунке 4.43) — это деталь, устанавливаемая непосредственно на головку блока цилиндров и предназначенная для перенаправления отработанных газов далее – в выхлопную трубу.

Этот элемент системы выпуска сильно нагревается, потому в современных автомобилях прикрыт термоизоляционной крышкой. Выпускной коллектор может иметь различную форму, быть изготовленным различными способами и представлять собой литую деталь или набор патрубков (смотрите рисунок 4.44) одинаковой длины, изогнутых в причудливые формы (в быту часто называют «паук»). Сделано это для улучшения отвода отработанных газов от одного цилиндра за счет разряжения, создаваемого при выхлопе газов из другого (следующего согласно «тактности»).

Рисунок 4.44 Двигатель с выпускным коллектором из патрубков.

ВЫХЛОПНАЯ ТРУБА

Выхлопная труба представляет собой трубку, состоящую из нескольких секций, в промежутках которой установлены глушители.

Выхлопная труба в сборе.

Дело в том, что сгорание топливовоздушной смеси в цилиндре двигателя происходит настолько быстро, что получается почти взрыв и, как только выпускной клапан открывается, звук начинает распространяться от выпускного канала в головке блока через выпускной коллектор в выхлопную трубу. Дабы исключить грохот и шум, придумали глушители, которые, хоть и отбирают какую-то долю мощности двигателя, но делают это исключительно с благими намерениями – чтобы работа двигателя была по возможности незаметной.

Вопрос№15

Система зажигания

в настоящее время существуют три системы зажигания: с использованием магнето, батарейное зажигание савтомобильным аккумулятором и система зажигания без аккумулятора с использованием мотоциклетногогенератора переменного тока.



Двухтактный двигатель- Принцип работы и отличия от четырехтактного двигателя

Сегодня невозможно представить современную жизнь без двигателя внутреннего сгорания. Передвижение на собственном авто, поездки на общественном транспорте, покупка товаров, полет на самолете и другие действия. Эти процессы, так или иначе, связаны с двигателем.

Несмотря на количество всевозможных конструкций, и разновидностей силовых установок, поршневые моторы, на сегодня, распространены больше остальных. Количество тактов для выполнения рабочего цикла, делит агрегат на двухтактный и четырёхтактный двигатель. Эти типы моторов составляют большинство, среди разнообразия выпускаемой техники.

Разница между моторами возникает с точки зрения применения. Для установки на автомобильную технику, чаще используют четырехтактный агрегат, двухтактный двигатель применяют в том случае, если габариты и вес играют решающую роль.

Мотоцикл Suzuki RM125 с одноцилиндровым двухтактным двигателем

Создание двухтактного двигателя

Много предположений о том, кто первым создал двигатель внутреннего сгорания. Доподлинно известно, что первый двухтактный двигатель, работающий на газу, изобретен и сконструирован бельгийцем Жаном Жозефом Этьеном Ленуаром, произошло это событие в 1858 году.

Двигатель Ленуара (выставлен в музее)

На тот момент уже создана паровая машина, и изобретение бельгийца превосходило её по характеристикам. Мотор намного легче, проще, потреблял меньше топлива. Несмотря на преимущества, силовая установка имела много недоработок и уступала в надёжности. После того как Николас Отто, презентовал четырёхтактный двигатель, который на тот момент продуман детальней, о моторе работающем по принципу двух тактов, забыли, и длительный период времени нигде не использовали.

Во время Великой Отечественной войны силовая установка устанавливалась на самолёты. В нашем регионе моторы известны благодаря использованию на мотто технике. Трёхцилиндровые агрегаты, выполняющие два такта, используются на мотоциклах компаний Suzuki и Kawasaki. Сегодня двигатели эксплуатируются в авиации, здесь лидер австрийская фирма Rotax, выпускающая моторы для использования на небольших самолетах.

Двухтактный двухцилиндровый двигатель Rotax 582 UL

После ужесточения требований к экологическим нормам и выбросам двухтактный двигатель перестал применяться для установки на классический автомобильный транспорт. Однако, на лёгкой технике, как: скутера, снегоходы, катера заменить маленький и лёгкий агрегат не просто. Здесь конкурентов у двухтактной установки попросту нет.

Особенности двухтактного двигателя

Силовой агрегат, использующий два такта, хорош, поскольку прост и надёжен. Отличие двухтактного и четырехтактного двигателя заключается в выполнении рабочего цикла. Этот цикл заключается в двух тактах: сжатие и расширение, тогда как в четырёхтактном моторе присутствует такт впуска нового топлива и такт выпуска отработанного топлива. Интересен тот факт, что два эти такты присутствуют и у двухтактной силовой установки, иначе агрегат не смог бы работать, однако они объединены с процессами сжатия и расширения.

Читайте также...  Двигатель 3S GE - Технические характеристики

Выполняемый цикл наглядно демонстрирует, чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного мотора. Процесс двухтактного мотора проходит за оборот вала. Такая особенность добивается увеличения мощности установки в сравнении с оппонентом, в полтора раза. Несмотря на увеличение мощности, показатель отдачи занижен, а это отрицательный момент.

Кроме того, особенность приводит к выделению объёма тепла в процессе работы, что сильно перегревает мотор. Двухтактные силовые агрегаты нуждаются в интенсивном охлаждении. Положительный момент, работая, поршень совершает в два раза меньше движений, чем поршень четырехтактного механизма, это сокращает износ деталей и элементов.

Особенность агрегата, не присутствует механизм смазки. Масло подаётся непосредственно с горючим. С этой целью в бензобак добавляют смесь бензина и масла, соотношение один к пятидесяти, либо смешивают смазку с горючим в трубопроводе при впуске. Масло сгорает с бензином и выводится с продуктами отработки.

Отличительный момент и само горение. У четырёхтактного агрегата на это отводится один такт. В двухтактных установках сгорание происходит за доли секунды, поэтому для достижения эффекта механизм нуждается в настройках.

Двухтактные моторы нашли себя еще в одной отрасли, судостроение. Так же цилиндровые силовые установки применяют на скутерах, выпускаемых в больших количествах.

Принцип работы двухтактного двигателя

Что бы понять, почему четырёхтактные моторы вытеснили младших братьев на автомобильной технике, разберемся, как работает двухтактный двигатель.

Последовательность действий рабочего цикла силовой установки:

  • Процесс сопровождается перемещением поршня снизу вверх. Движение провоцирует поступление горючего через отверстия продувки в агрегат, впоследствии, юбка поршня перегораживает эти отверстия. Дальнейшее движение сопровождается закрытием каналов выпуска, в которые выталкивались отходы горения. Между поршнем и верхней частью цилиндра, образуется пространство сгорания, в котором создаётся избыточное давление. Одновременно, в пространстве под поршнем, возникает разряжение, и пространство используется для перетекания обновлённой дозы горючего. Достигнув верхней точки, заряд загорается.

Схема двухтактного двигателя

  • Воспламенившись, порция создаёт избыточное давление, которое жмёт на дно поршня и заставляет перемещаться. Процесс сопровождается поочерёдным открытием окон, сначала на выпуск, потом на продувку. Спуск создаёт избыточное давление под поршневой камеры, под его воздействием горючее снова поступает в цилиндр, выдавливая оставшуюся отработку и наполняя пространство для повторения предыдущего такта.

Принцип работы двухтактного двигателя позволяет обходиться без системы газораспределения, делая легче и надёжней конструкцию агрегата. Обратная сторона, качество процесса газообмена. Двухтактный режим невозможен без продувки, процесс которой сопровождается выходом не сгоревшего топлива вместе с отработанными газами наружу. Это ведет к перерасходу горючего и повышенной токсичности выхлопа агрегата.

Стоит заметить, что выше описанная схема характерна для карбюраторных моторов. В случае с дизелем или инжектором, в цилиндр через отверстия продувки подаётся чистый воздух. Горючая смесь поступает посредством впрыска, эту работу выполняют форсунки.

Способы продувки цилиндров

Очевидно, что процесс продувки, механизм, квалифицирующийся, как сложный. Правильно выполненная продувка напрямую влияет на показатели мощности и коэффициента полезного действия. Для улучшения характеристик, конструкторы постоянно стараются усовершенствовать и довести процесс до идеала.

Как можно продуть цилиндр:

  • «Контурная» продувка.Вид продувки прост и поэтому распространён. Недостаток то, что применение связано с перерасходом топлива. Разновидности контурной продувки: возвратно-петлевая, дефлекторная, высотная.

  • «П-образная» продувка.Принцип «П-образной» заключается в применении только на моторах с двумя цилиндрами. При проведении, один цилиндр участвует в процессе впуска газов, второй выпускает отработку. Эффект продувки ощущается в топливной экономичности, процесс сопровождается неравномерным нагревом пары, отвечающей за выпуск.

  • «Клапанно-щелевая» продувка.Отличается тем, что требует наличия газораспределительного механизма для управления клапанами. Клапан используется, как для предоставления горючего, так и для вывода отработанных паров. Продувка предусматривает отвод отработки посредством клапана в головке цилиндров и поступление горючего через отверстия. Преимущество, что продувка повышает топливную экономичность и минимизирует показатель токсичности выпускаемых паров. Недостаток, сложность конструкции и нарушения режимов, связанных с повышением температуры работы агрегата.

  • «Прямоточная» продувка.Используется в силовых установках с количеством поршней равным двум. При этом расположение цилиндра находится в горизонтальном положении. Поршни двигаются, друг навстречу другу. В движении каждый поршень освобождает и перекрывает клапан: один поршень впускает порцию горючего, второй удаляет порцию отработки из цилиндра. Камера сгорания образуется в момент сближения поршней друг с другом. Эффект этого варианта продувки максимален: удаляет сгоревшие газы и экономит горючее. Минус, требуется сложный механизм кривошипов и шатунов, показатели температуры двигателя требуют применения охладителей и устойчивых материалов для изготовления деталей.

Двухтактный двигатель 5 ТДФ с прямоточной продувкой

Отличие двухтактного двигателя от четырёхтактного

Авто владельцы задаются вопросом: что лучше двухтактный или четырехтактный двигатель. Однозначного ответа нет, у каждого механизма положительные и отрицательные стороны, зависящие от предъявляемых к мотору требований.

Казалось бы, мощность мотора выполняющего два такта, в сравнении с равнозначным мотором, выполняющим четыре такта, больше, а значит он лучше. Однако, реальность сложней. На практике, возникают дополнительные утраты: частичное попадание и смешивание газовой отработки со свежим горючим, выброс части топлива при продувке. Результат, при выполнении одинакового цикла, агрегат, выполняющий два такта, по показателю экономичности уступает агрегату с четырьмя тактами.

Различен способ смазки силовых установок на четыре и два такта. Установка на два такта смазывается посредством смешивания масла для мотора и бензина. В четырёхтактном агрегате предусмотрен механизм смазки с использованием насоса, который расходует масла столько, сколько требует эксплуатация установки.

Двухтактные моторы не имеют клапанов, роль детали играет поршень, он открывает и закрывает отверстия впуска и выпуска. Отсутствие механизмов газораспределения упрощает силовой агрегат, делая обслуживание простым. Мощность установки, выполняющей два такта, считается выше, так как её цикличность выше. Однако, не полностью используя поршневой ход, потери мощности при продувке и остатках отработанных газов снижают показатель мощности.

Что бы было легче определить, какой двигатель лучше, двухтактный или четырёхтактный, представим краткое описание обоих силовых установок в виде таблицы:

Четырёхтактная силовая установка Двухтактная силовая установка
Рабочий процесс – оборотов коленчатого вала два. Рабочий процесс – оборотов коленчатого вала один.
Воспламенение рабочей жидкости происходит каждый раз при совершении второго оборота, как следствие, неравномерное распределение импульса и использование противовеса для устранения биений. Воспламенение рабочей жидкости происходит каждый раз при совершении оборота, как следствие, равномерное распределение импульса, работа мотора сбалансирована лучше.
Агрегат тяжёлый. Агрегат лёгкий.
Сложная конструкция силовой установки, присутствует газораспределительный механизм. Простота конструкции, отсутствие клапанов.
Агрегат дорогой. Стоимость ниже четырёхтактного.
Сложные устройства и механизмы приводят к заниженному показателю механического коэффициента полезного действия. Механический коэффициент полезного действия выше, чем у агрегата с четырьмя тактами.
Полное удаление паров отработки, следствие, повышенный показатель производительности. Остатки отработки смешиваются с новым горючим, из-за чего производительность мотора ниже.
Рабочая температура ниже. Рабочая температура мотора выше из-за нарушения смесеобразования.
Охлаждение жидкостное. Охлаждение воздушное.
Расход топлива ниже. Показатель расхода топлива увеличен, обусловлено смесеобразованием и продувкой.
Габариты силовой установки увеличены. Габариты силовой установки ниже.
Требует применения сложных механизмов смазки. Механизм смазки прост.
Работа агрегата менее шумная. Агрегат работает с большим шумом.
Клапанный механизм газораспределения. Функцию механизма газораспределения выполняет поршень и каналы.
Показатель использования тепла эффективен. Показатель использования тепла не эффективен.
Расход масла занижен. Показатель расхода масла завышен, поскольку часть смазки выбрасывается с отработанными газами.

Применять двигатель, выполняющий два такта при работе, целесообразно в моменты, когда речь не идёт об экономии топлива и смазки, а на первом месте стоят габариты и вес установки.

В то же время, в конструкции двухтактного двигателя кроется потенциал, который никак не удается реализовать на практике. Расчетный показатель мощности и экономичности в этом агрегате высок, сложность реализовать возникает из-за тонкости настроек. Возможно, в скором будущем благодаря применению электронных датчиков и механизмов контроля и настроек, двухтактным агрегатам удастся занять лидирующие позиции на автомобильном рынке.

Чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного?

Цикл работы ДВС (двигателя внутреннего сгорания) состоит из нескольких процессов, продуктом производства которых является выделение мощности (энергии), а мощность, в свою очередь, воздействует на коленчатый вал (коленвал) двигателя.

Оглавление:

  • Принцип работы четырехтактного двигателя
  • Принцип работы двухтактного двигателя
  • Конструктивные и эксплуатационные отличия
  • Как правильно проводить смазку
  • Сравнение параметров

Цикл работы ДВС включает в себя:

  • наполнение цилиндра топливом;
  • сжатие топливной смеси;
  • воспламенение топлива;
  • расширение газов с последующей очисткой цилиндра от них.

Движение поршня, совершаемое в одном направлении (вниз или вверх), называется тактом двигателя. За время одного оборота коленвала происходит два такта. Рабочим ходом поршня называется такт, при котором происходит полезная работа в результате расширения сгоревших газов.

Те двигатели, у которых рабочий цикл состоит из двух тактов (за один оборот коленвала), называют двухтактными. Те же двигатели, у которых рабочий цикл состоит из четырех тактов (за два оборота коленчатого вала), называют четырехтактными. Четырех- и двухтактные двигатели могут быть как дизельными, так и бензиновыми (карбюраторными). Так каковы же основные конструктивные и эксплуатационные особенности четырехтактных и бензиновых двухтактных двигателей внутреннего сгорания? Ознакомление с принципом работы каждого из них поможет лучше это понять.

Принцип работы четырехтактного двигателя

Работа в четырехтактном двигателе совершается за 4 такта: впрыскивание топлива, сжатие топливной жидкости, воспламенение жидкости и расширение рабочего хода, выпуск продуктов горения.

Из ВМТ (верхняя мертвая точка) опускается поршень в НМТ (нижняя мертвая точка) при впрыскивании топливной жидкости. В этом такте также происходит открытие впускного клапана при помощи кулочка распредвала (распределительного вала). Именно через этот клапан в цилиндр двигателя попадает топливная смесь.

Когда поршень совершает обратный ход (из НМТ в ВМТ), топливная смесь сжимается и ее температура стремительно возрастает.

Между электродов свечи (за долю секунды до конца сжатия) образуется искра. Топливная смесь поджигается и в процессе горения выделяет горючие газы, которые под действием высокого давления толкают вниз поршень. Это и называется рабочим ходом двигателя. Вся полезная работа совершается именно в этом такте.

Когда поршень вернется с нижней мертвой точки произойдет открытие впускного клапана и движущийся поршень сможет вытолкнуть из цилиндра продукты горения (отработанные газы). После того как произойдет выпуск, в ВМТ клапан закроется и цикл повторится снова.

Принцип работы двухтактного двигателя

Рабочий процесс двухтактного двигателя включает в себя два такта: сжатие топлива и расширение (рабочий ход ДВС). Во время расширения и сжатия в двухтактном двигателе происходит выпуск продуктов горения (отработанных газов) и впрыскивание топливной жидкости. Именно в этом главное отличие двухтактного ДВС от четырехтактного.

Поршень совершает движение из НМТ в ВМТ в процессе сжатия. Однако для начала должно закрыться продувочное окно (через него топливная смесь поступает в цилиндр), а затем и выпускное окно (через него происходит выброс отработанных газов). Когда все условия будут выполнены произойдет сжатие смеси из бензина и воздуха (воздушно-бензиновая смесь). Параллельно этому процессу в кривошипной камере происходит разряжение, которое засасывает следующую порцию бензина из карбюратора. Как только поршень подойдет к ВМТ смесь воспламениться от искры, которая образуется от свечи. Затем поршень двигается вниз под действием образовавшихся газов, а заодно производит полезную работу, вращая коленвал.

При рабочем ходе в кривошипной камере повышается давление, которое сжимает топливо, попавшее в нее во время предыдущего такта. Как только верхняя поверхность поршня (его уплотнительное кольцо) достигнет выпускного окна, произойдет его открытие и выпуск в глушитель отработанных газов. Двигаясь дальше, поршень откроет продувочное окно и в цилиндр поступит топливная смесь, которая находилась до этого в кривошипной камере под давлением. В процессе впуска смесь вытеснит все остатки продуктов горения и осуществит так называемую продувку, заполняя собой все надпоршневое пространство. Рабочий цикл повторится вновь, как только поршень достигнет НМТ.

Конструктивные и эксплуатационные отличия

Основное отличие этих сложных устройств состоит в том, что у них различаются механизмы газообмена, то есть механизмы выделения отработавших газов и подачи топливо-воздушной смеси. В четырехтактном двигателе существует специальный газораспределительный механизм, который в определенное время закрывает и открывает выпускные и впускные клапана. С его помощью и происходит заполнение и очистка цилиндра.

В двухтактном же двигателе такого механизма нет и все процессы очистки и заполнения совершаются параллельно с тактами расширения и сжатия. Поршень же все это время находится вблизи НМТ. Для этих процессов в стенках цилиндра расположены два отверстия: продувочное и впускное. Продувочное отверстие отвечает за выпуск продуктов сгорания, а впускное — за подачу топлива в цилиндр. Газораспределительный механизм, как мы уже говорили, в таком двигателе отсутствует, а значит и отсутствует и сложная система клапанов. Это делает двухтактный двигатель значительно легче и проще.

Литровая мощность. В четырехтактном двигателе весь рабочий ход совершается когда коленвал сделает два оборота, а в двухтактном каждый оборот коленвала подразумевает собой рабочий ход. Теоретически двухтактный двигатель должен иметь большую (в 2 раза) литровую мощность двигателя внутреннего сгорания, нежели четырехтактный. Литровой мощностью принято называть отношение мощности двигателя к его литражу.

Однако практика показывает, что это не всегда так. Как правило, такое соотношение находится в пределах от 1,5 до 1,8. Такое происходит по ряду причин: поршень не полностью использует свой ход из-за расширения, механизм освобождения отработавших газов в цилиндре уступает механизму четырехтактного двигателя, часть мощности тратится на продувку цилиндра и прочие особенности газообмена двухтактного двигателя.

Потребление топлива. Хотя двухтактный двигатель и превосходит четырехтактный по удельной и литровой мощности, он значительно проигрывает ему по экономичности. Поступающая из кривошипно-шатунной камеры в цилиндр топливная жидкость, смешанная с воздухом, вытесняет собою отработавшие газы. Поэтому какая-то часть топлива удаляется с отработавшими газами, попадая в выхлопные каналы, и соответственно двигатель теряет часть полезной работы.

Смазка. Двухтактные двигатели отличаются в принципах смазки двигателя от четырехтактных. Чтобы смазать 2-х тактную модель, необходимо создать специальную смесь из бензина и моторного масла (5:1, как правило). Такая смесь из бензина, воздуха и масла отлично смазывает все элементы двигателя: зеркало цилиндра, подшипники коленвала и шатуна, ведь она циркулирует не только в кривошипной, но и поршневой камере. Когда произойдет возгорание смеси, масло, которое на данный момент имеет вид мелких капель, сгорит так же быстро, как и бензин. Все продукты горения удалятся с отработанными газами.

Как правильно проводить смазку

Для того чтобы смешать бензин с маслом можно использовать два способа. Простой — перемешать масло с топливом перед заливкой в бак и сложный — подразумевает раздельную подачу топлива и масла. В последнем случае масло-топливная смесь будет образовываться в находящемся между цилиндром и карбюратором впускном патрубке.

Также во втором случае в дизельном или бензиновом двигателе должен быть предусмотрен масляной бачок, а также трубопровод, который должен быть соединен вместе с плунжерным насосом. Такой насос будет подавать масло в нужном количестве (зависит от количества бензина и воздуха). Положение ручки подачи «газа» напрямую влияет на производительность насоса. Чем меньше топлива подается, тем меньше поступит масла и наоборот.

Производители двигателей утверждают, что такая система смазки является более правильной и совершенной. При ней снижается расход масла, уменьшается количество дыма, снижается образование нагара, поскольку при малых нагрузках соотношение бензина к маслу достигает лишь 200:1. Такую систему активно используют производители двухтактных скутеров или мотоциклов малой кубатуры.

В четырехтактных моделях масло подается отдельно от бензина и не смешивается с ним. Для этого используется классическая система смазки, которая состоит из: фильтра, клапанов, масляного насоса и трубопроводной магистрали. Вместо масляного бочка здесь может находиться картер («мокрая» система смазки) или отдельностоящий бачок («сухая» система смазки).

  • При наличии «мокрого» картера из поддона насосом всасывается масло, попадает в выходную полость идет по каналам к деталям кривошипно-шатунной камеры, подшипникам коленвала и газораспределительному механизму.
  • При наличии «сухого» картера в бачок заливается масло. Оттуда оно подается с помощью насоса к трущимся поверхностям. Те излишки масла, что стекут в картер, со временем будут откачены дополнительным насосом и вернутся в бачок.

Почти во всех двигателях существуют фильтры очистки масла, которые очищают жидкость от продуктов износа различных деталей. Для охлаждения масла (оно имеет свойство нагреваться в процессе работы) можно установить охлаждающий радиатор.

Так как в двухтактных двигателях в процессе работы масло имеет свойство сгорать (в отличие от четырехтактных), то оно должно обладать особыми свойствами. К примеру, масло для двухтактных моделей не должно оставлять много нагара, в виде сажи и золы, в то время как масло, используемое в четырехтактных двигателях, должно как можно более продолжительное время обеспечивать стабильность характеристик.

Сравнение параметров

  • Литровая мощность. Выше у двухтактных в 1,5-1,8 раза, чем у 4-х тактных двигателей.
  • Удельная мощность. Также выше у двухтактных.
  • Обеспечение очистки цилиндра и подачи топлива. Четырехтактные ДВС могут похвастаться наличием газораспределительного механизма.
  • Экономичность. Расход топлива на 20-30% ниже у 4-х тактных.
  • Система смазки. У четырехтактных двигателей имеется полноценная система двигателя, у двухтактных — масло чаще всего смешивается с бензином.
  • Экологичность. Выхлоп 2-х тактных ДВС более токсичен, чем у 4-х тактных.
  • Шумность работы. Четырехтактные работают значительно тише.
  • Ресурс работы. Благодаря совершенной системе смазки и уменьшенной частоте вращения коленвала, 4-х тактные двигатели считаются более совершенными.
  • Скорость по набору оборотов. Преимущество за двухтактными.
  • Обслуживание. Благодаря наличию газораспределительного механизма, 4-х тактные движки обслуживать намного сложнее.
  • Вес. Из-за несложной конструкции, двухтактные намного легче.
  • Цена. Четырехтактные дороже.

Благодаря небольшому весу, простоте обслуживания и высокой удельной мощности двухтактные модели обладают широкой областью применения. Во многих бензиновых устройствах (косилках, бензопилах) даже не возникает вопроса о том, какую модель ДВС использовать. Однако двухтактные сдают свои позиции из-за высокой таксичности и шумности. Поэтому принято считать, что в каждой модели есть свои плюсы и минусы и выбирать, какой двигатель лучше использовать в том или ином случае, лучше по обстоятельствам.

Четырехтактный двигатель: чем отличается от двухтактного, принцип работы и индикаторная диаграмма

Четырехтактный двигатель – самая распространенная модель двигателя внутреннего сгорания для автомобилей и не только. Двухтактные ДВС сегодня применяются, но сфера их использования ограничена некоторыми видами мототехники, микро- и малолитражных автомобилей, снегоходов, катеров и т. п. Широко применяется как бензиновый (обычно карбюраторный), так и дизельный тип. Часто такой двигатель бывает двухцилиндровый, его тип обычно инжекторный.

История четырехтактного двигателя

Началом истории самого популярного ДВС считаются 70-е годы 19 века, тогда первую рабочую модель такого мотора представил немецкий инженер и предприниматель Николаус Отто. Его работы были основаны на трудах предшественников, пытавшихся найти альтернативу паровой машине.

В начале 19 века французский изобретатель Филипп Лебон создал агрегат, в котором благодаря его же открытиям, горючая смесь загоралась в цилиндре двигателя, а не в топке. В середине века в Бельгии был создан двухтактный двигатель внутреннего сгорания, который затем усовершенствовал Отто. Его четырехтактный движок обладал более высоким КПД, был экономичней и не превосходил предшественника по размерам.

Отто не оценил перспектив своего изобретения, и не прислушался к своему сотруднику – Готлибу Даймлеру, который предложил создать на основе четырехтактного двигателя автомобиль. Даймлер ушел из команды Отто и через несколько лет такой автомобиль все-таки создал. Попутно добавил в него несколько своих идей. Например – вставил в цилиндры трубки накаливания. Во второй половине 19 века был изобретен карбюратор, а конце века к нему добавили форсунку.

С тех пор кардинально четырехтактный ДВС переделывать не пришлось. Основная сфера современных изобретений – газораспределительная система, конструктивные модификации – OHV, SV или OHC (аббревиатуры означают расположение клапанов и распредвала), а также варианты системы смазки («сухой» картер).

Устройство четырехтактного ДВС

Современный двигатель по сути не отличается от прототипов, поэтому проще всего его функционирование показать на примере одноцилиндрового ДВС.

Конструктивно он состоит из:

  • Цилиндра.
  • Поршня.
  • Клапанов впуска и выпуска.
  • Свечи зажигания.
  • Коленчатого вала.
  • Шатуна.

Принцип работы

Схема работы четырехтактного двигателя; заполнить цилиндр горючей смесью (первый такт), сжать ее (второй), поджечь и расширить ее, толкнув поршень (третий), выпустить отработанный газ (четвертый).

Фазы газораспределения в четырехтактном ДВС

Фазы газораспределения – один из главных факторов эффективности мотора. Они напрямую влияют на его КПД. Основная проблема, связанная с ними, заключается в том, что при различных режимах смесь и выхлоп ведут себя по-разному.

ВАЖНО!Для холостого хода подойдут малые фазы (позднее открытие и раннее перекрытие клапанов). На высоких оборотах, наоборот, выгодно раннее время открытия клапанов, благодаря чему можно обработать больший объем газов.

В современной автомобильной промышленности эта проблема обычно решается с помощью специальной муфты, изменяющей угол распредвала при увеличении оборотов двигателя. Эта муфта называется фазовращателем, она управляется электронной системой и поворачивается гидравликой. Благодаря ей, при повышении оборотов обеспечивается раннее открытие клапанов, то есть – нужный темп наполняемости цилиндров.

Способов изменения фаз множество. Например, кулачок с измененным профилем, начинающий работать вместо основного при достижении заданного показателя высоких оборотов. Это позволяет добиться повышенной мощности.

Рабочий цикл

Последовательность тактов выглядит так:

  • Такт впуска. За счет вращения коленвала поршень из самой верхней точки идет в самую нижнюю, кулачки распредвала открывают клапан на впуск. Через него всасывается смесь.
  • Такт сжатия. Коленвал толкает поршень вверх, впускной клапан закрывается, выпускной остается закрытым. Температура и давление в цилиндре растут.
  • Такт расширения. Перед завершением сжатия, свеча зажигания воспламеняет смесь. Топливо сгорает, смесь расширяется и двигает поршень. Связанный с поршнем шатун передает вращательный момент коленвалу. При расширении газы проделывают работу, поэтому ход коленвала называется рабочим. Угол «недоворота» коленвала, который еще не довел поршень до максимальной верхней точки называется углом опережения зажигания (фазой газораспределения). Это делается, чтобы смесь успевала сгореть к моменту достижения поршнем нижней точки. Для повышения эффективности ДВС надо регулировать угол при повышении оборотов. Эти углы регулируются электронной системой автомобиля.
  • Такт выпуска. При достижении поршнем самой нижней точки, сила давления вытесняет выхлопные газы из цилиндра через открывшийся выпускной клапан. После достижения поршнем верхней точки выпускной клапан вновь закрывается, рабочий цикл повторяется.

Масло для четырехтактного двигателя

Масла делятся на два типа – для двигателей с воздушным и водяным охлаждением. Температура поршней в моторах с воздушным охлаждением гораздо выше, чем в случае с водяным, поэтому первые более требовательны к маслу.

Хотя в зимний период техника с воздушным охлаждением четырехтактного двигателя используется реже (в основном садовая и сельскохозяйственная техника, мотоциклы, моторные лодки и т.д используются летом), вопрос для ее владельцев стоит достаточно остро. Зимой актуально масло для квадроциклов, снегоходов и т.д.

Главное, и летом и зимой – это характеристики, позволяющие маслу сразу после запуска двигателя создать защитную пленку на механизмах. Это важно, даже если двигатель новый или бывший в употреблении, но в идеальном состоянии. Сравнительный анализ разных марок показывает, что масло может быть минеральным или синтетическим.

Разница между летними и зимними маслами определяется степенью вязкости и шириной диапазона температур, при которых конкретные марки масла можно применять. Число перед литерой W указывает на предел температуры, при которой масло густеет. Число после означает предельную температуру эффективного использования этого масла. Бывают всесезонные масла, например, 10w30. Аббревиатура SAE обозначает международный стандарт, по которому классифицируются моторные масла.

ВАЖНО! Зимние масла обладают самой низкой вязкостью, это SAE 0W, SAE 15W и другие. Летние более вязкие: SAE 20, SAE 30, SAE 50. Применяемое масло должно соответствовать показателям, указанным в спецификации к технике.

Высоковязкие масла, например, Sae 30 или Sae 40 ориентированы на летний период, а низковязкие (5W30 или близкие к нему) на зимний. Зимние масла летом будут ускоренно испаряться и не обеспечат смазку. Летние масла будут быстро густеть при низких температурах, осложняя работу мотора.

Понижающие редукторы для четырехтактных двигателей

Понижающий редуктор – устройство, которое должно понижать скорость с высокой с низким крутящим моментом до низкой с высоким крутящим моментом. Особенно они актуальны для сельскохозяйственной и садовой техники.

Среди самых популярных брендов, которые производят такие двигатели, обычно мощностью порядка 15лс – японская «Хонда» и китайский «Лифан» (есть модели с вариатором, автоматическим сцеплением). Также популярен американский производитель Briggs & Stratton, его двигатели используются в газонокосилках (бензотриммерах). Среди популярных двигателей с редукторами – «Чемпион» и его аналог, «Патриот Гарден».

ВАЖНО! Редукторы делятся на два типа: разборные и неразборные. Их действие одинаково. Второй вариант дешевле, но если возникнет неисправность, потребуется его замена. Разборный дороже, но в случае необходимости надо заменять только поломавшуюся запчасть. Обычно он ставится на сопоставимую по стоимости технику.

Чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного

ХарактеристикаЧетырехтактный двигательДвухтактный двигатель
МощностьМеньшая мощность из-за большего количества тактов. Наддув дает дополнительную мощность.При одинаковых оборотах, диаметре цилиндра и хода поршня мощность (теоретически) в 2 раза больше. На практике, из-за механических потерь – примерно в 1,5 раза.
Эксплуатационные качестваБольший эксплуатационный ресурс. Процесс ремонта может протекать сложнее, должен осуществляться с использованием сложного оборудования.Простота конструкции, ремонта. Отсутствие сложных устройств: карбюратора, клапанов. Преимущество по показателю равномерности вращения коленвала. Меньший эксплуатационный ресурс из-за более высокой температурной нагрузки на поршневой механизм.
ЭкономичностьНизкий, по сравнению с двухтактным расход топлива и масла. Более высокие затраты на ремонт.Высокие затраты мощности на продувочный насос, недостаточная очистка цилиндра от выхлопных газов. Минус – высокий расход топлива и масла, которое приходится заливать в топливо.
ВесБольше двухтактного.Меньший вес за счет отсутствия крупногабаритных сложных деталей.
РазмерБольше двухтактного.Меньший размер за счет отсутствия крупногабаритных сложных деталей.
ЦенаВыше двухтактного.Ниже четырехтактного.
Сфера примененияДвигатели средней и большой мощности, в том числе стационарные. Используются как двигатель под инверторный генератор. Популярна их установка на снегоходы «Рысь» и «Тайга», мотороллеры «Муравей».Плавсредства, сельскохозяйственная и мототехника, малолитражные автомобили.

Таким образом, четырехтактные двигатели дороже сопоставимых по объему двухтактных и сложнее в эксплуатации. В тоже время они имеют больший срок эксплуатации и более экономичны. Четырехцилиндровый 4 тактный двигатель часто ставится на автомобили и тракторы, на инвертор-генераторы.

ВАЖНО! При выборе двигателя стоит рассчитать планируемый срок его эксплуатации. Если это техника для сельскохозяйственных работ, хорошо будет сделать расчет – за какой срок вложения могут окупиться.

Индикаторная диаграмма 4 х тактного дизельного двигателя


Смотрите также

     ico 3M  ico armolan  ico suntek  ico llumar ico nexfil ico suncontrol jj rrmt aswf