Auto-park24.ru

Журнал "Автопарк"
8 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания устройство и принцип работы

Двигатели внутреннего сгорания

В начале XX в. начали появляться судовые двигатели внутреннего сгорания (ДВС). Первое в мире датское судно «Зеландия» с дизельной установкой, построенное в 1912 г., имело два дизеля мощностью по 147,2 кВт. Эти ДВС приводили в движение непосредственно по одному гребному винту. После этого ДВС стали совершенствоваться довольно быстро. Процесс особенно ускорился после второй мировой войны. В настоящее время основную часть устанавливаемых на судах главных энергетических установок составляют ДВС. Паротурбинные установки имеют только суда с мощностью двигателей от 14700 до 22 100 кВт. В некоторых странах по традиции, а также исходя из имеющихся производственных мощностей турбинный двигатель применяют и на судах меньшей мощности. Это особенно характерно для судов торгового флота США. Дизельная энергетическая установка состоит из одного или нескольких основных двигателей, а также из обслуживающих их механизмов. В зависимости от способа осуществления рабочего цикла ДВС разделяют на четырехтактные и двухтактные. Дополнительное увеличение мощности достигается с помощью наддува. Существует другой принцип разделения ДВС — по частоте вращения. Малооборотные дизели с частотой вращения 100—150 об/мин непосредственно приводят в движение судовой движитель. Среднеоборотными называют ДВС с частотой вращения 300—600 об/мин. Они приводят в движение судовой движитель через редуктор. Приблизительно до конца 60-х гг. на судах устанавливали реверсивные главные двигатели, позволяющие судну осуществлять задний ход. Только при малых мощностях для реверса ДВС использовали специальные устройства (реверсредукторы), дающие возможность маневрирования. В 60-х гг. одновременно с появлением винтов регулируемого шага начали в качестве главного двигателя применять нереверсивные ДВС вначале на малых судах, траулерах и буксирах, а затем и на больших торговых судах. За счет этого конструкция двигателей упростилась.

Машинное отделение (дизель со вспомогательными механизмами)

Судовая энергетическая установка с ДВС изображена на рисунке. Кроме главного двигателя предусмотрены еще два вспомогательных, которые приводят во вращение генераторы. Для обслуживания главного и вспомогательных двигателей используются вспомогательные механизмы и системы, а также система трубопроводов и клапанов. Топливная система предназначена для подачи топлива из цистерн к двигателю. При этом для уменьшения вязкости топливо подогревается и освобождается в сепараторах и фильтрах от жидких и твердых примесей. Система смазки служит для прокачивания смазочного масла через двигатель с целью уменьшения трения между трущимися поверхностями, а также для отвода части полученного от двигателя тепла и очистки масла. Система охлаждения предусмотрена для отвода от двигателя тепла, которое проникает в основном через стенки цилиндра и возникает во время сжигания топлива, а также для охлаждения циркулирующего смазочного масла. Эта система состоит из насосов для пресной и морской воды и охладителей воды и масла. Пусковая установка, включающая в себя компрессоры, резервуары сжатого воздуха, а также трубопроводы и клапаны, служит для пуска главного и вспомогательных двигателей.

Наряду с указанными выше вспомогательными системами главного и вспомогательных двигателей в машинном отделении находятся и другие судовые механизмы общего назначения. Принцип действия четырехтактного ДВС показан на рисунке ниже. В четырехтактном двигателе рабочий цикл осуществляется за два поворота коленчатого вала, т. е. за четыре хода поршня. Механическая работа совершается только за время одного такта, три остальных служат для подготовки. При первом такте поршень движется в направлении коленчатого вала. Под воздействием возникающего при этом разрежения воздух через открытый всасывающий клапан устремляется в цилиндр. В дизеле без наддува давление всасываемого воздуха равно атмосферному, в дизеле с наддувом к цилиндру подводится уже предварительно сжатый воздух. Во время второго такта при закрытых всасывающих клапанах предварительно поступивший воздух перед поршнем подвергается сжатию, за счет чего повышаются температура и давление. Топливоподкачивающий насос, привод которого согласован с движением соответствующего поршня, повышает давление топлива. При достижении давления 19,62—39,24 МПа топливо через форсунку впрыскивается в цилиндр, в котором у дизелей без наддува давление сжатого воздуха составляет 2,94—3,43 МПа и температура 550—600°С, а у дизелей с наддувом соответственно 3,92—4,91 МПа и 600—700°С.

Принцип действия четырехтактного дизеля

Топливо впрыскивается незадолго до того момента, когда поршень достигнет верхнего положения. Впрыснутое и тщательно распыленное топливо в сжатом воздухе нагревается, испаряется и вместе с воздухом образует горячую самовоспламеняющуюся смесь. Третий такт является рабочим. Во время процесса сгорания топлива образуются горячие газы, которые вызывают увеличение давления над поршнем в дизелях без наддува от 4,41 до 5,4 МПа, а в дизелях с наддувом — от 5,89 до 7,85 МПа. Под давлением силы, возникающей за счет давления газов, поршень движется вниз, газы расширяются и производят при этом механическую работу. Во время четвертого такта открывается выпускной клапан и отработавшие газы выходят наружу. Четырехтактные судовые ДВС изготовляются как многоцилиндровые двигатели. Они устроены так, что рабочие такты равномерно распределяются по отдельным цилиндрам.

Принцип действия двухтактного дизеля

В рабочий цикл двухтактного дизеля входят два такта, или один оборот коленчатого вала. Первый такт, называемый сжатием, начинается, когда поршень находится в нижнем положении. Впускные окна в боковых стенках цилиндра открыты. Через эти окна проходит предварительно сжатый продувочный воздух, давление которого должно быть выше давления находящихся в цилиндре расширившихся газов. Одновременно продувочный воздух через открытый выпускной клапан вытесняет отработавшие газы из цилиндра и наполняет цилиндр новой дозой. Когда впускные окна закрываются поршнем, к цилиндру воздух не подводится. Так как одновременно закрывается и выпускной клапан, воздух в цилиндре сжимается. Этот процесс не показан на рисинке. Впрыскивание топлива и воспламенение происходит точно так же, как и в четырехтактном ДВС. Во время второго такта — рабочего (или расширения) — расширяющиеся газы совершают механическую работу. В конце этого такта впускные окна открываются поршнем и процесс продувки цилиндра начинается снова. Отработавшие газы могут выйти из цилиндра через внешний клапан, либо через управляемые поршнем выпускные окна. Под наддувом дизельного двигателя понимают подачу к цилиндрам большего количества воздуха, чем требуется для заполнения всего цилиндра при такте всасывания. Цель наддува заключается в том, чтобы способствовать сжиганию наибольшего количества топлива за один рабочий цикл. Это означает повышение мощности двигателя без увеличения его размеров (диаметра, хода и числа цилиндров), а также частоты вращения. Наддув можно осуществлять за счет предварительного сжатия воздуха перед цилиндром. Во всех выпускаемых четырехтактных судовых ДВС предварительное сжатие воздуха происходит с помощью центробежного компрессора, который приводится в действие газовой турбиной, работающей на отработавших газах дизеля.

Принцип действия газотурбинного нагнетателя

1 — турбина, работающая на отработавших газах; 2 — отработавшие газы; 3 — свежий воздух; 4 — компрессор; 5 — коленчатый вал; 6 — цилиндр; 7 — поршень.

Читать еще:  Что сделать чтобы двигатель не дымил на приоре

Принцип действия компрессора показан на рисунке выше. Поступивший из компрессора воздух проходит через фильтры. После открытия впускного клапана сжатый воздух подается через воздушный коллектор к соответствующим цилиндрам. В двухтактных дизелях предварительное сжатие воздуха происходит в центробежных компрессорах, в пространстве под поршнем, а также в поршневых компрессорах, приводимых в действие двигателем. Давление наддувочного воздуха достигает 0,14—0,25 МПа. На рисунке ниже показан в разрезе главный малооборотный дизель с наддувом.

Принцип действия малооборотного двухтактного дизеля

а — предварительно сжатый воздух вытесняет отработавшие газы из цилиндра; b — одновременно происходит сжатие и всасывание; с — рабочий такт и предварительное сжатие; d — предварительно сжатый воздух вытесняет отработавшие газы из цилиндра двигателя без выходного клапана.

Двухтактные дизели изготовляют в виде многоцилиндровых рядных двигателей с 10—12 цилиндрами. Диаметр цилиндров больших двухтактных дизелей достигает 1000 мм, ход — 1500—2000 мм. Мощность цилиндра при общей мощности двигателя более 29 440 кВт составляет от 2900 до 3700 кВт. В связи с этим ДВС можно использовать в качестве главных двигателей и на крупных судах. Двухтактные дизели имеют очень большие размеры и массу. Их удельная масса достигает 40—55 кг/кВт. При мощности, например 14 720 кВт, масса составляет 600—800 т.

Четырехтактный дизель (рядный двигатель)

1 — наддувочный агрегат; 2 — охладитель наддувочного воздуха; 3 — трубопровод отработавших газов; 4 — трубопровод наддувочного воздуха; 5 — трубопровод охлаждающей воды; 6 — масляный трубопровод; 7 — топливный трубопровод; в — распределительный вал; 9 — приводное колесо; 10 — промежуточные шестерни; 11 — приводное колесо коленчатого вала; 12 — коленчатый вал; 13 — шатун; 14 — поршень; 15 — цилиндровая гильза; 16 — камера охлаждающей воды; 17 — крышка цилиндра; 18 — выпускной клапан; 19 — впускной клапан; 20 — топливный клапан; 21 — штанга; 22 — топливный насос; 23 — маслораэбрызгивающее кольцо; 24 — масляная ванна картера; 25 — станина двигателя; 26 — блок цилиндров.

Четырехтактные дизели применяют на судах либо в составе дизель-генераторных установок, либо в качестве главного двигателя в многовальных энергетических установках (по одному дизелю на один движитель) и, соответственно, в многодвигательных установках для одного движителя. Среднеоборотные дизели используются также в дизель-электрических энергетических установках в качестве главного двигателя. Применение среднеоборотных дизелей в качестве главного двигателя дает следующие преимущества:

  1. увеличение надежности (при выходе из строя одного двигателя остальные продолжают работать);
  2. уменьшение габаритов и собственной массы деталей (например, клапанов, поршней, кривошипных механизмов, подшипников и т. д.);
  3. уменьшение удельной массы, которая в зависимости от мощности составляет от 14 до 35 кг/кВт (для мощностей около 2200 кВт).

Четырехтактный дизель V-образной конструкции

1 — поршень; 2 — цилиндровая гильза; 3 — коленчатый вал.

3.3. Принцип действия четырехтактных двс

На рис. 23 показана схема рабочих процессов четырехтактного двигателя – реальный цикл, по которому работают двигатели подобного типа.

Возьмем за исходное положение поршня в ВМТ и считаем, что в точке r открылся впускной клапан (до этой точки цилиндр очистился от продуктов сгорания, в нем почти ничего нет, поэтому давление маленькое).

Рис. 23. Схема рабочих процессов четырехтактного двигателя

Поршень совершает движение от ВМТ к НМТ и так как впускной клапан открыт, воздух подается в цилиндр компрессором (если двигатель с наддувом)при р = 0,13÷0,39 МПа и t = 40÷130°С – совершается процесс всасывания r–a. После НМТ поршень, двигаясь в ВМТ, совершает сжатие воздуха а–с, в конце которого параметры рабочего тела составляют р = 4,5÷8 МПа и t = 530÷730°С.

Перед подходом поршня к ВМТ через форсунку в цилиндр впрыскивается порция распыленного топлива. Механизм самовоспламенения топлива и его горения (процесс с–z) заключается в следующем. Мельчайшие капельки топлива обладают большой межфазовой поверхностью (чем на большее количество капелек разбивается порция топлива, тем больше суммарная поверхность этих капель), с которой при высокой температуре начинается испарение легких фракций топлива. Получается, что каждая капелька оказывается окруженной облаком паров бензина, которые легко воспламеняются (процесс после точки с). Осуществляется относительно «быстрое» горение топлива, после чего продолжается относительно «медленное» догорание оставшейся части капель топлива (процесс уходит вправо от вертикали). Естественно, все описанные составляющие процесса горения длятся доли секунды. Температура и давление в процессе горения топлива доходят до рz = 6÷14 МПа и tz = 1450÷1730°С.

Далее осуществляется адиабатное расширение продуктов сгорания z–b, называемое рабочим ходом. Температура и давление продуктов сгорания уменьшаются до рb ≈ 0,35÷0,8 МПа и tb = 630÷930°С. Открывается выхлопной клапан и поршень движется из НМТ к ВМТ – осуществляется выхлоп b–r. Цикл на этом завершается.

Штриховой показан угол поворота коленчатого вала, в течении которого осуществляется каждый процесс (см. §3.4).

Таким образом, весь рабочий процесс четырехтактного двигателя совершается в течение четырех ходов поршня или двух оборотов коленчатого вала. При этом только один ход поршня является рабочим, а вращение вала и остальные ходы поршня осуществляются за счет работы остальных цилиндров (двигатели редко бывают одноцилиндровыми) и за счет запаса энергии, накопленной маховиком. Поэтому чем меньше цилиндров имеет двигатель, тем более массивным должен быть маховик.

3.4. Газораспределение четырехтактных дизелей

Впуск в цилиндр свежего воздуха и выпуск отработавших продуктов сгорания осуществляют впускные и выпускные клапана. Это обычно клапана тарельчатого типа, которые открываются внутрь цилиндров.

Механизм привода клапана показан на рис. 24.

На распределительном валу 7 находится кулачковая шайба 6. При набегании выступа шайбы на ролик 5 штанга 4 движется верх. Верхний конец штанги при этом давит на упор 1 левого конца клапанного рычага коромысла 2, правый конец которого давит на тарелку 3 штока клапана и открывает его. Когда выступ кулачковой шайбы уходит от ролика рычага 8, клапан закрывается под действием пружины.

Внекоторых типах двухтактных двигателей отработавшие газы выпускаются через клапаны значительных размеров. Из-за значительных усилий привод таких клапанов делают гидравлическим.

Как следует из рассмотрения индикаторной диаграммы и теоретических циклов ДВС, впускные и выпускные клапаны должны открываться и закрываться в мертвых точках. Фактически же все клапаны открываются с опережением, а закрываются с запаздыванием (т.е. с опережением – это когда поршень еще не дошел до мертвой точки, а с запаздыванием – когда поршень уже прошел мертвую точку). Для удобства оценки этого опережения или запаздывания применяется круговая диаграмма фаз газораспределения, на которой это несовпадение показывают градусы поворота коленвала.

Как уже было отмечено, в четырехтактном двигателе цикл осуществляется в течение двух поворотов коленвала, поэтому круговую диаграмму (для удобства нанесения обозначений) выполняют спиральной (рис. 25).

Из диаграммы видно, что впускной клапан открывается с опережениемвп, что составляет 18÷30° по углу поворота коленвала. За счет этого обеспечивается лучшее подсасывание свежего заряда воздуха за счет инерции столба отработавших продуктов сгорания – не следует забывать, что в это же время заканчивается четвертый такт – выхлоп, т.е. выхлопной клапан открыт – об этом ниже.

Читать еще:  В чем преимущество дизельных двигателей от бензиновых

Закрывается впускной клапан обычно с запаздыванием на 18÷45° после НМТ (угол δвп) для увеличения продолжительности заполнении цилиндра свежим воздухом.

После заполнения цилиндра сжатым воздухом начинается сжатие, в конце которого в цилиндр впрыскивается топливо. Для обеспечения перемешивания распыленного топлива с воздухом топливо подается в цилиндр до прихода поршня в ВМТ с углом опережения ≈10÷30° по углу поворота коленчатого вала. В этом случае самовоспламенение топливной смеси произойдет в ВМТ. Очевидно, что с увеличением частоты вращения коленвала этот угол должен тоже увеличиваться (если этого не произойдет, процесс самовоспламенения будет происходить все дальше за ВМТ). Это изменение опережения подачи топлива в дизелях стало возможно только в последних «интеллектуальных» двигателях с компьютерным управлением процессом впрыска топлива. На автомобильных двигателях, в которых сжимается топливная смесь (смесь карбюрированного топлива с воздухом всасывается в цилиндр в первом такте), давно используется вакуумное опережение зажигания – чем больше обороты, тем больше вакуум во всасывающем патрубке и тем больше разворачивается корпус распределителя зажигания навстречу вращающемуся бегунку, вызывающему искру. Искра подается тем раньше, чем больше частота вращения.

Из круговой диаграммы также видно, что после расширения продуктов сгорания выпускной клапан открывается до НМТ с углом опережения открытия Δвып, который закрывается после ВМТ с углом запаздывания δвып.

Из круговой диаграммы также видно, что в течение некоторого времени открыты одновременно и впускной (на угол вп) и выпускной (на угол δвып) клапаны, что, как было отмечено ранее, позволяет использовать подсасывающее действие движущегося столба отработавших газов в выпускном тракте, что улучшит очистку цилиндра и его заполнение свежим воздухом.

Лодочные моторы: принцип работы двухтактных и четырехтактных двигателей

Наверное, для многих является актуальным вопрос: чем же четырехтактный мотор лучше двухтактного? А так же и другие, например: как вообще выбрать лодочный мотор? Для начала рассмотрим внутренее устройство двигателей. Такт рабочего цикла ДВС (двигателя внутреннего сгорания) представляет собой ход поршня от одной мёртвой точки до другой. Один такт соответствует 180-градусному повороту (полуобороту) коленчатого вала. При четырехтактном процессе рабочий цикл осуществляется за два оборота вала, при 2-тактном — за один. Итак, начнем по порядку.

При 4-тактном процессе присутствуют 4 такта: впуск, сжатие, сгорание и расширение, выпуск. А теперь поподробнее.

Впуск

В течение этого такта поршень опускается из ВМТ (т.е. верхней мёртвой точки) в НМТ (т.е. нижнюю мёртвую точку). При этом кулачки распределительного вала открывают впускной клапан, и через данный клапан в цилиндр засасывается свежая топливно-воздушная смесь.

Сжатие

Поршень идёт из НМТ в ВМТ, сжимая рабочую смесь. При этом существенно вырастает температура смеси. Отношение рабочего объёма цилиндра в НМТ и объёма камеры сгорания в ВМТ именуется степенью сжатия. Степень сжатия — является очень важным параметром, традиционно, чем она больше, тем больше топливная экономичность лодочного мотора. Впрочем, для двигателя с большей степенью сжатия требуется горючее с более высоким октановым числом, которое несколько подороже.

Сгорание и расширение (рабочий ход поршня).

Незадолго до конца цикла сжатия топливовоздушная смесь поджигается искрой от свечи зажигания. Во время пути поршня из ВМТ в НМТ горючее сгорает, и под действием тепла сгоревшего топлива рабочая смесь расширяется, при этом, — толкая поршень. Степень «недоворота» коленчатого вала двигателя до ВМТ при поджигании смеси именуется углом опережения зажигания. Опережение зажигания необходимо для того, чтобы давление газов достигло максимальной величины, когда поршень будет находиться в ВМТ. При этом использование энергии сгоревшего топлива будет максимальным. Сгорание топлива занимает практически фиксированное время, именно поэтому, для повышения производительности мотора необходимо увеличивать угол опережения зажигания при повышении оборотов. В старых лодочных двигателях данная регулировка производилась механическим устройством (центробежным и вакуумным регулятором, воздействующим на прерыватель). В более современных моторах для регулировки угла опережения зажигания применяют электронику.

Выпуск

После НМТ рабочего цикла открывается выпускной клапан, и движущийся вверх поршень вытесняет отработанные газы из цилиндра двигателя. При достижении поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается, и цикл начинается сначала. Следует также помнить, что следующий процесс (к примеру, впуск), необязательно должен начинаться в тот момент, когда закончится предшествующий (к примеру, выпуск). Такое положение, когда открыты сразу оба клапана (впускной и выпускной), называют — перекрытием клапанов. Перекрытие клапанов необходимо для более лучшего наполнения цилиндров горючей смесью, а также для эффективной очистки цилиндров от отработанных газов.

В случае с двухтактным процессом всё уже не так легко и просто.

Здесь такты условно называются сжатие и расширение. Как видно, места отдельным тактам впуска и выпуска здесь не нашлось. Это не случайно. Хотя в двухтактном моторе процессы впуска и выпуска все же присутствуют, для их осуществления нужно, чтобы давление на входе в цилиндр было намного выше атмосферного. То есть, необходим принудительный наддув. Те, кто знаком с двухтактными бензиновыми двигателями для мотоциклов, могут конечно же возразить: на мотоциклах нет никаких турбо- либо механических компрессоров. Отдельного компрессора в мотоциклетном двухтактнике действительно нет. Функция компрессора возложена на картер двигателя. В простых мотоциклетных (так же, как и в лодочных) моторах нет клапанов в головке цилиндра, вместо них существуют впускные и выпускные окна в стенках цилиндра, перекрываемые телом поршня.

Впускные окна связаны с карбюратором не напрямую, а через перепускные каналы, выходящие в картер. В течение хода поршня вверх, нижний край открывает окно, на котором находится карбюратор, рабочая смесь под действием разрежения, создаваемого идущим вверх поршнем, устремляется в картер. Когда поршень идёт вниз, он перекрывает это окно, рабочая смесь начинает сжиматься. Поршень идёт дальше вниз, открывая перепускные окна, рабочая смесь под давлением подаётся в цилиндр, где вытесняет отработанные газы в выпускное окно. Поршень следует снова вверх, и процессы под его днищем повторяются, а в это время в цилиндре происходит сжатие рабочей смеси. После этого сжатая смесь воспламеняется свечой, и поршень идёт вниз, осуществляя пи этом такт расширения, либо рабочий ход.

А сейчас давайте рассмотрим плюсы и минусы двухтактных лодочных моторов по сравнению с их четырехтактными «собратьями».

Начнем с преимуществ.

— Меньший вес. К примеру: 15 л.с. двухтактный весит — 36 кг, а вот четырехтактный уже все 50 кг. Казалось бы 50 кг — это легко. Все не так просто. Вес мотора распределен весьма неравномерно. Приблизительно 80% весит голова (т.е. сам двигатель) 20% нога. Не нужно также забывать и о большем у 4-х тактников размере головы. Все это, да еще одна маленькая не всегда комфортная ручка для переноски делает этот процесс ну очень затруднительным.

Читать еще:  В какую сторону крутится двигатель на дэу нексия

— Стоимость. Четырехтактные моторы сложнее в производстве, состоят из большего количества деталей, именно поэтому, они всегда будут дороже стоить чем двухтактники.

— Удобство при транспортировке. Двухтактный лодочный мотор можно возить в любом положении, перед началом эксплуатации не требует отвешивания. То есть достал из багажника, поставил, завел и помчался по водной глади.

— Двухтактник живее реагирует на ручку газ. В 4-х тактниках для совершения полного рабочего цикла поршню следует сделать 2 полных оборота в то время как в двухтактных только один. Частый вопрос: А правда ли что четырехтактник 15 л.с. бежит быстрее чем такой же, но двухтактник? Отвечаем: нет, это не правда! У обоих этих моторов мощность на валу 15 л.с. По логике вещей: при прочих равных условиях, почему один мотор должен ехать быстрее второго?

Теперь коснемся недостатков…

— Больший расход топлива. Напомним, приблизительный расход можно высчитать по формуле: для двухтактного — 300 грамм на 1 л.с., для четырехтактного — 200 грамм на 1 л.с. в час при полном «газе». Больший расход связан с тем, что цикл выброса отработанных газов и впуска свежего топлива у двухтактников совмещен, именно поэтому, часть свежего топлива выбрасывается вместе с отработанными газами в выхлоп. В этом же и заключается экологическая проблема, то есть часть бензина, смешанного с маслом просто выливается в воду. Именно поэтому, двухтакные моторы (кроме моторов с системой по уровневого впрыска) запрещены и в странах ЕС, и в США.

— Высокий уровень издаваемого шума. На максимальных оборотах 2-х тактные моторы как правило функционируют несколько громче четырехтактников.

— Удобство при эксплуатации. Четырехтактные моторы не так вибрируют на малых оборотах (примечание: это касается только двухцилиндровых двигателей. Одноцилиндровые и 2-х и 4-х тактники вибрируют примерно идентично) и не так дымят как их соперники — двухтактники. Дым образуется в основном из-за сгорания масла, которое добавляется непосредственно в бензин у двухтактных моделей. Дымность важный момент, исключительно в том случае, если Вы любите тролить. Достаточно часто это невероятно напрягает особенно в тихую безветренную погоду.

— Проблема долговечности. Достаточно спорный пункт. В народе бытует такое суждение, что двухтактные лодочные моторы менее долговечны. С одной стороны это понятно, потому как масло для смазки трущихся элементов мотора подается вместе с бензином, а значит, функционирует не так результативно в отличие от 4-х тактных лодочных моторов, где трущиеся элементы буквально плавают в масле. Однако с другой стороны четырехтактник по своей конструкции гораздо сложнее конкурента, состоит из значительно большего количества деталей, а золотое правило механики «чем проще — тем надежнее» еще никто не отменял!

Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания устройство и принцип работы

ПЕРВЫЙ ТАКТ — ВПУСК: Поршень идет вниз, клапан впуска открывается, и топливная смесь поступает из карбюратора в цилиндр. Когда поршень достигает
нижнего положения, клапан впуска закрывается.
ВТОРОЙ ТАКТ — СЖАТИЕ: Поршень идет вверх, топливная смесь сжимается. Когда поршень находится в нескольких миллиметрах от верхней мертвой точки
(ВМТ), свеча воспламеняет топливо, сжатое поршнем.
ТРЕТИЙ ТАКТ — РАБОЧИЙ ХОД (РАСШИРЕНИЕ): После воспламенения горючего оно сгорает, горячие газы быстро расширяются, толкая поршень вниз (оба
клапана закрыты).

ЧЕТВЁРТЫЙ ТАКТ — ВЫПУСК: По инерции коленвал продолжает свое вращение (для равномерности вращения на коленвале установлены грузы — щеки
коленвала), поршень идет наверх. Одновременно открывается выпускной клапан, и отработавшие газы выходят в выхлопную трубу. При достижении
поршнем ВМТ, выпускной клапан закрывается.
Далее повторяются все четыре такта.

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.

1. Впуск — четырёхтактный двигатель

В процессе впуска поршень четырёхтактного двигателя идёт из верхней мёртвой точки (ВМТ) в нижнюю мёртвую точку (НМТ). Одновременно кулачком распредвала открывается впускной клапан, — в цилиндр четырёхтактного двигателязатягивается свежая топливно-воздушная смесь.

2. Сжатие — четырёхтактный двигатель

Пoршень четырёхтактного двигателя поднимается из НМТ в ВМТ, сжимая рабочую топливную смесь. Одновременно и значительно поднимается температура горючей смеси. Отношение рабочего объёма цилиндра в НМТ и объёма камеры сгорания в ВМТ 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 б́ольшей степенью сжатия требуется топливо с б́ольшим октановым числом, которое дороже.

3. Сгорание и расширение (рабочий ход поршня) — четырёхтактный двигатель

Незадолго до окончания такта сжатия горючая смесь воспламеняется искрой от свечи зажигания. Во время следования поршня из ВМТ в НМТ топливо сгорает, и под действием тепла сгоревшего топлива рабочая смесь расширяется, толкая поршень. Степень «недоворота» коленчатого вала двигателя до ВМТ при поджигании смеси именуется углом опережения зажигания. Опережение зажигания необходимо для того, чтобы давление газов достигло максимальной величины когда пoршень будет находиться в ВМТ. Тогда использование энергии сгоревшего топлива будет максимальным. Скороть горения топлива практически не меняется, то есть занимает фиксированное время, следовательно чтобы достичь максимальной производительности двигателя нужно увеличивать угол опережения зажигания пропорционально уровню оборотов коленвала. В старых двигателях эта регулировка производилась механическим устройством (центробежным и вакуумным регулятором воздействующим на прерыватель). В более современных двигателях для регулировки угла используется электронное опережение зажигания.

4. Выпуск — четырёхтактный двигатель

После НМТ такта рабочего хода поршня четырёхтактного двигателя открывается выпускной клапан, и поднимающийся поршень вытесняет отработанные газы из цилиндра двигателя. При достижении поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается и четырёхтактный цикл начинается сначала.

Таким образом 1 рабочий цикл 4-х тактного двигателя происходит за 2 оборота коленчатого вала (720° его поворота). 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.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector