Четырехтактный двигатель схема для с

4 Тактный двигатель: принцип работы

4 тактный двигатель является поршневым мотором внутреннего сгорания. В этих агрегатах рабочий процесс всех цилиндров занимает два кругооборота коленчатого вала. Два кругооборота коленчатого вала также можно охарактеризовать как четыре поршневых такта, от чего и произошло название четырехтактный двигатель.

Начиная с середины двадцатого века четырехтактный двигатель является самым распространенным видом поршневых моторов внутреннего сгорания.

Порядок работы

4-х тактный ДВС на сегодня наиболее распространенный силовой агрегат. Функционирует он, используя так называемый цикл Отто, состоящий из четырех последовательных тактов.

Такт представляет собой один полный ход поршня, во время которого коленвал совершает два оборота в направлении вращения часовой стрелки.

Работу 4-х тактного силового агрегата проще всего описывать, обратившись к простейшей конструкции, состоящей из:

1. собственно цилиндра;
2. поршня;
3. двух клапанов (впуск и выпуск);
4. свечи зажигания;
5. коленвала;
6. шатуна.

Классический ДВС отличается от такого механизма только большим числом цилиндров, работа которых синхронизирована определенным образом.

В простейшем одноцилиндровом ДВС последовательно осуществляются:

• 1 такт: впуск или всасывание.

Все начинается с того, что поршень находится в самом верхнем положении (верхней мертвой точке). А коленвал совершает половину оборота (0-180 градусов), толкая поршень в нижнее положение (нижнюю мертвую точку).

Благодаря этому действию в верхней области цилиндра образуется разрежение и раскрывается впускной клапан. Он становится открытым полностью в то время, когда поршень достигает нижнего уровня. Благодаря возникшему разрежению в цилиндр засасывается порция горючей смеси (воздух+пары бензина). При смешивании горючей смеси с продуктами сгорания от предыдущего цикла в цилиндре образуется рабочая смесь.

Примечание: в дизельном двигателе горючая смесь образуется прямо в цилиндре. Сначала происходит всасывание порции воздуха, который в процессе сжатия нагревается до температуры воспламенения, а затем, перед тем как поршень достигнет верхнего положения, происходит впрыск каплеобразного жидкого топлива. Процесс горения происходит только во время впрыска топлива.

• 2 такт: сжатия или компрессия

Он начинается при перемещении поршня вверх от нижнего уровня к верхнему. В это время коленвал снова поворачивается на ½ оборота (180-360 градусов).

При этом впускной и выпускной клапаны закрыты, из-за чего рабочая смесь начинает сжиматься.

В этом такте давление и температура в цилиндре повышаются приблизительно до 1,8 МПа и 600 С° соответственно.

• 3 такт: расширения или рабочий ход

В момент, когда достигается максимальная величина сжатия, включается свеча зажигания, от искры которой рабочая смесь воспламеняется и сгорает. В этом такте температура и давление в цилиндре доходят до 2500 С° и 5 МПа. Увеличившиеся температура и давление заставляют двигаться поршень вниз. А шатун, связывающий поршень и коленчатый вал, сообщает последнему вращательное действие, и он совершает следующие ½ оборота.

Именно в этом такте тепловая энергия переходит в механическую, и осуществляется полезная работа. Далее открывается выпускной клапан благодаря тому, что поршень перемещается вниз, что обеспечивает отвод отработанного газа. Когда поршень доходит до самого нижнего уровня – клапан максимально открыт. Сбросу давления до 0,65 МПа сопутствует понижение температуры до 1200 С°.

• 4 такт: выпуск

Поршень находится на нижнем уровне и под влиянием поворота коленчатого вала (180-360 градусов) перемещается вверх, выталкивая отработанный газ через открытый выпускной клапан.

В итоге, температура в цилиндре снижается до 500 С°, а поршень находится в верхнем положении. Так как избавиться от отработанных газов совсем не удается, остаточное давление в цилиндре держится на уровне 0,1 МПа, а оставшийся газ принимает участие в следующем такте.

Работа двигателя происходит за счет многократного повторения 4-х тактного цикла.

От четырехтактного ДВС до автомобиля

В команде инженеров, которые работали над созданием агрегата, был один талантливый парень – Готлиб Даймлер.

Он тогда горел идеей создания на базе этого мотора настоящего автомобиля. Но Отто не желал модернизировать уже имевшийся успешный мотор. Даймлер был вынужден уйти из проекта, но желание построить автомобиль никуда не делось.

В итоге вместе со своим другом и единомышленником в 1889 году Даймлер таки собирает автомобиль, в основе которого лежит бензиновый четырехтактный двигатель, функционирующий по алгоритму Отто.

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.

Скутеры Обслуживание и ремонт

Как известно, практически все автомобили и мотоциклы оборудованы четырехтактными двигателями сгорания. Современные технологии позволяют выжать из них весь потенциал и максимально эффективно использовать его. Тенденция к экономии топлива влечет за собой новые разработки и инновации.

Изначально все скутеры объемом до 50 кубических сантиметров комплектовались исключительно двухтактными двигателями, а мопеды и скутеретты, такие как легендарная Honda Cub — четырехтактными. Этому есть объяснение. Скутер имеет безступенчатую коробку передач в виде вариатора, а вариатор нуждается в постоянно высоких оборотах, при этом пик мощности должен соответствовать скорости вращения коленвала.

Идеальным образом при минимальных расчетах для этой цели подходят двухтактные двигатели.

Мопеды и скутеретты имеют от двух до четырех передач, при этом максимально эффективным двигателем для такой трансмиссии является четырехтактный. Кроме того, он значительно экономичен и тяговит.

Спустя некоторое время после изобретения скутера, инженеры начали задумываться о внедрении маломощного четырехтактного двигателя и на молокубатурники, при этом, по мощности они не должны били уступать своим двухтактным братьям. Также ставилась задача сделать их более экономичными, менее шумными и в значительной мере повысить надежнось.

Применение четырехтактного двигателя объемом до 50 см. кубических на скутере требует значительных вложений, а следовательно увеличения стоимости продукции. Так как деталей стало больше, теперь и ремонт обойдется дороже, а провести ремонт самому будет значительно сложнее. Тем не менее рубеж пройден, и практически все современные скутеры комплектуются четырехтактными двигателями. Основная масса такой техники поставляется из Китая и начинает медленно обретать хоть какое-то качество пластика и прочих деталей, но для приближения к Японской и Европейской технике потребуется еще не мало лет, а в итоге, по достижению подобного качества, и китайские скутеры по цене приблизятся к ним.

Устройство четырехтактного двигателя

Принципиального отличия между двигателями скутера и другой техники нет, на схеме можно посмотреть устройство четырехтактного двигателя в разрезе

а) продольный вид, б) поперечный вид; 1-головка цилиндра, 2-кольцо, 3-палец,4-поршень,5 — цилиндр,6 — картер,7 — маховик, 8 — коленчатый вал,9 — поддон,10 — щека,11 — шатунная шейка,12 — кореннойподшипник,13 — коренная шейка,14 — шатун,15,17- клапаны,16 — форсунка

Ниже на схеме обозначен цикл работы. Как видите, топливо и кислород, поступая в карбюратор, смешиваются в заведомо заданной пропорции, образуя этим самым топливную смесь. Далее она подается в цилиндр, где сжимается поршнем, а затем воспламенятся. После этого газы расширяются и через клапан выпуска, уходят в крбюратор.

Основы четырехтактного двигателя

Когда речь идет о мощности, основным параметром следует отметить объем камеры сгорания, или, как говорят, объем двигателя. Следует отличать полный и рабочий объем.

1 — головка цилиндра; 2 — цилиндр; 3 — поршень; 4 — шатун; 5 — коленчатый вал; 6 — картер; 7 — свеча зажигания

Принцип работы четырехтактного двигателя

Работа двигателя в целом состоит из четырех циклов, это:

1. Впуск
2. Сжатие
3. Расширение
4. Выпуск

Каждый цикл имеет четкое назначение и воспроизводится с заведомо рассчитанной точностью. Малейшие отклонения в расчетах ведут к понижению мощности и неправильной работе.

Совокупность тактов в работе двигателя. а — впуск; б — сжатие; в — расширение (рабочий ход); г — выпуск; 1 — впускной клапан; 2 — свеча зажигания; 3 — выпускной клапан.

Рассмотрим каждый из тактов в отдельности.

Такт впуска

Во время такта впуска, в камеру сгорания подается готовая смесь из кислорода и бензина. Для качественной работы и максимальной отдачи двигателя, эта смесь должна быть в правильных пропорциях. Поэтому очень важна точная настройка карбюратора.

Во время такта впуска, впускной клапан открыт, выпускной зарыт.

Такт сжатия

После того, как в камеру сгорания подается определенное количество смеси, клапан впуска закрывается, а поршень начинает движение от нижней мертвой точки (НМТ) вверх. Во время движения вверх, он сжимает смесь, доводя ее к критическим нормам.

Во время такта сжатия оба клапана закрыты

Такт расширения или рабочего хода

Именно во время третьего такта происходит самый важный процесс в двигателе. Когда уже рабочая смесь сжата, смесь воспламеняется искрой, образуется взрыв. Вследствие теплового расширения, поршень начинает движение вниз, и с большой силой давит через шатун на коленвал. Именно в этот момент происходит рабочий ход. Очень важно, чтобы свеча воспламеняла рабочую смесь в нужный момент, от этого зависит основа правильной работы двигателя, как четырехтактного, так и двухтактного.

Такт расширения (рабочего хода). Клапана по прежнему закрыты.

Такт выпуска

Во время такта выпуска, после расширения, уже отработанные газы через выпускной клапан уходят в глушитель.

Такт выпуска. Впускной клапан закрыт, выпускной открыт.

Глушитель четырехтактного двигателя не выполняет функции резонатора и имеет абсолютно другое строение, в отличие от двухтактного. Они не взаимозаменяемы, и это очень важный момент, например если вы решили поменять глушитель. Этого делать нельзя. Он служит лишь для гашения звука, а также в некоторых современных моделях содержит фильтрующие элементы, для соответствия евростандартам.

Преимущества четырехтактного двигателя на скутере

Преимуществ у четырехтактного двигателя гораздо больше, чем недостатков. И в данном случае сравнивать мы его будем конечно же с двухтактными моторами. Итак, плюсы:

• экономичность (потребляют значительно меньше топлива);
• долговечность (срок службы на порядок больше);
• экологичность (меньше выбросов в атмосферу);
• стабильность ( как на холостых так и при движении; четырехтактный двигатель работает стабильнее, менее вибрирует и лучше работает в сложных условиях, например зимой),
• шум при работе двигателя гораздо тише.

Недостатки четырехтактного двигателя на скутере

• большой вес;
• высокая стоимость;
• ниже мощность, по сравнению с двухтактником, но только при наборе скорости;
• сложность и дороговизна в ремонте.

Дальнейшая перспектива таких двигателей очевидна, это неизбежный переход и отказ от громких и неэкономичных, но в то же время мощных двухтактных скутеров.

Вы также можете ознакомиться с другими статьями на тему:

Это третий такт рабочего цикла четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. Он самый важный в работе силового агрегата. Именно на данном этапе работы двигателя энергия от сгорания топлива преобразуется в механическую, заставляющую вращаться коленчатый вал.

Когда поршень находится в позиции, близкой к ВМТ, еще в процессе сжатия топливная смесь принудительным образом воспламеняется от свечи зажигания двигателя. Топливный заряд сгорает очень быстро. Еще до начала этого такта сгоревшие газы имеют максимальное значение давления. Эти газы являются рабочим телом, сжатым в небольшом объеме камеры сгорания двигателя. Когда поршень начнет двигаться вниз, газы начинают интенсивно расширяться, высвобождая энергию.

Среди всех тактов рабочего цикла четырехцилиндрового двигателя именно этот самый полезный. Он функционирует на нагрузку агрегата. Только на этом этапе коленвал получает разгонное ускорение. Во всех прочих мотор не вырабатывает энергию, а потребляет ее от того же коленчатого вала.

Одноцилиндровый четырехтактный бензиновый двигатель принцип работы.

В наше время на автомобилях используются четырехтактные многоцилиндровые двигатели. Для того, чтобы вы могли самостоятельно ремонтировать двигатель и определять характер неисправности, вначале необходимо узнать его устройство и принцип работы. Для того чтобы представить как же он все таки работает, рассмотрим принцип работы одноцилиндрового четырехтактного бензинового двигателя. Отличие у них только в количестве цилиндров.

Рис 1 – Одноцилиндровый четырехтактный бензиновый двигатель в разрезе.

1 – глушитель. 2 – пружина клапана. 3 – карбюратор. 4 – впускной клапан. 5 – поршень. 6 — свеча зажигания. 7 – выпускной клапан. 8 – шатун. 9 – маховик. 10 – распределительный вал. 11 – коленчатый вал.

Принцип работы одноцилиндрового четырехтактного двигателя следующий:
Такт впуска. Такт – это процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня.

Рис 2 – Такт впуска.

1 – впускной клапан. 2 – свеча зажигания. 3 – выпускной клапан. 4 – шатун.

Направление вращения коленчатого вала происходит по часовой стрелке. Вначале поршень у нас находится в верхней мертвой точке ВМТ. За первый такт коленчатый вал совершает пол оборота (180 градусов), тем самым перемещая поршень из ВМТ в нижнюю мертвую точку НМТ. Когда поршень перемещается вниз, у нас в цилиндре создается разряжение. Одновременно с перемещением поршня открывается впускной клапан 1, в конце первого такта клапан откроется полностью. Благодаря создавшемуся разряжению в цилиндре засасывается горючая смесь, которая представляет собой смешанные пары бензина с воздухом. Не забываем, что в цилиндре у нас еще присутствуют продукты сгорания от предыдущего цикла. В итоге это все смешивается и у нас получается рабочая смесь.

Рис 3 — Такт сжатия.

Следующий оборот на 180 градусов приводит перемещение из НМТ в ВМТ. В этом такте оба клапана у нас закрыты, что приводит рабочую смесь к сжатию и повышению давления до 1.8 МПа и температуры 600 градусов Цельсия. Подробнее о такте сжатия.
Такт расширение. Рабочий ход.

Рис 4 — Такт расширение. Рабочий ход.

По окончанию сжатия происходит воспламенение рабочей смеси от искры создаваемой свечей 2 и ее сгорание. Что приводит к увеличению температуры до 2500 градусов Цельсия и давления до 5 МПа. За счет резкого повышения давления, поршень начинает перемещаться вниз, толкая шатун 4, который в свою очередь совершает вращательное действие на коленчатый вал. В этом такте совершается полезная работа, тепловая энергия преобразуется в механическую. При подходе поршня к НМТ начинает открываться выпускной клапан 3, через который отводятся отработанные газы. В результате температура у нас падает до 1200 градусов, а давление до 0.65 МПа. Подробнее о такте рабочего хода.
Такт выпуска.

Рис 5 – Такт выпуска.

В этом такте у нас полностью открывается выпускной клапан 3. Поршень перемещается из нижней мертвой точки в высшую, выталкивая отработанные газы. Далее газы попадают в выпускной коллектор, затем пройдя через глушитель в атмосферу. В конце такта температура в цилиндре падает до 500 градусов, а давление до 0.1 МПа. Полностью цилиндр от отработанных газов не освобождается, какой-то их процент остается и участвует в последующем такте. Подробнее о такте выпуска.

В процессе работы двигателя все перечисленные такты повторяются циклически. При 3 такте, где совершается рабочий ход поршня, механическая энергия от коленвала передается маховику, которую он накапливает и использует ее в последующих тактах. Благодаря маховику работа двигателя становится ровной и устойчивой.