Рабочие циклы четырехтактных двигателей: MirMarine — Рабочие циклы четырёхтактных двигателей

Содержание

MirMarine — Рабочие циклы четырёхтактных двигателей


Рабочий цикл четырехтактного двигателя состоит из последовательно происходящих в цилиндре процессов: всасывания, сжатия, сгорания, расширения и выпуска. Часть рабочего цикла, протекающая за один ход поршня, называется тактом.


В зависимости от способа смесеобразования и сгорания топлива рабочие циклы подразделяются на циклы быстрого сгорания, или сгорания при V = const (бензиновые двигатели), циклы постепенного сгорания, или сгорания при p = const (компрессорные дизели) и
циклы смешанного сгорания, или сгорания при V = const и p = const (бескомпрессорные дизели).


Так как на судах морского флота бензиновые двигатели практически не применяются (используются только в переносных мотопомпах), а постройка компрессорных дизелей прекращена в 30-х годах, индикаторные диаграммы этих циклов приведены на рисунке №7 без пояснений в тексте.


Схема работы четырехтактного дизеля и индикаторные диаграммы процессов цикла смешанного сгорания представлены на рисунке №8.


1 – процесс впуска начинается в точке т, т.е. когда поршень еще не дошел до в.м.т. В этот момент начинается открываться впускной клапан и воздух устремляется в цилиндр. По мере движения поршня к н.м.т. цилиндр наполняется воздухом. Однако к приходу поршня в н.м.т. впускной клапан еще открыт. Это объясняется тем, что при последующем движения поршня к в.м.т. давление в цилиндре какой-то период времени еще ниже атмосферного, благодаря чему впуск воздуха в цилиндр продолжается. Способствует этому и инерция потока воздуха, движущегося в цилиндр даже по достижении внутри него давления, близкого к атмосферному. Давление в процессе впуска Рa = 0,85 ÷ 0,9 бар, температура ta = 30 ÷50 °C. В точке n закрывается впускной клапан, и процесс впуска заканчивается.


2 – процесс сжатия начинается с момента закрытия впускного клапана и совершается по мере движения поршня к в.м.т. При этом повышаются давление и температура находящегося в цилиндре воздуха. В конце процесса в точке с давление достигает Рс = 35 ÷50 бар и температура tc = 500 ÷ 600 °C. Повышение температуры воздуха до такой величины обеспечивает самовоспламенение топлива, впрыскиваемого в этот момент в цилиндр.


3 – процессы сгорания и расширения. Сгорание топлива начинается при подходе поршня в в.м.т (точка с). Первая часть топлива сгорает быстро, практически при постоянном объеме (с — y), в результате чего резко возрастает давление в цилиндре. Остальное топливо сгорает при почти неизменном давлении в цилиндре (y — z). В точке z сгорание топлива заканчивается. В этот момент давление в цилиндре достигает Рz = 50 ÷ 65 бар и температура tz = 1400 ÷ 1600 °C. Образовавшиеся при сгорании топлива газы, обладающие значительной внутренней энергией, расширяются. В результате этого поршень перемешается к н.м.т., совершая рабочий ход.


4 — процесс выпуска начинается в момент начала открытия выпускного клапана (точка Ь).
К этому времени давление в цилиндре понижается
до Рn 2,5 ÷ 4,0 бар и температура до tB 600 ÷ 8000 °C.
Начало выпуска до прихода поршня в Н. М. т. объясняется необходимостью
обеспечить более полную очистку цилиндра от отработавших
газов. Выпуск газов продолжается в течение всего хода поршня
к в. М. т. И заканчивается после в. м. т. (точка 1).


Как видно из рисунка №8, от точки т до точки 1 открыты как выпускной, так и впускной клапаны. Это обеспечивает лучшую очистку камеры сгорания от отработавших газов за счет использования инерции потока и носит название перекрытия клапанов.

Похожие статьи

Рабочий цикл четырехтактного двигателя | Двигатель автомобиля

Рабочий цикл четырехтактного двигателя делится на четыре такта, которые происходят за два полных оборота коленчатого вала. Различают следующие четыре такта:

Первый такт — впуск

Поршень движется при открытом впускном и закрытом выпускном клапанах из верхней мертвой точки (ВМТ) в нижнюю мертвую точку (НМТ). Возникающее при этом в цилиндре разрежение втягивает в цилиндр порцию топливовоздушной смеси.

Величина давления при этом составляет несколько десятых бара.

Второй такт — сжатие

При закрытых клапанах поршень движется из нижней мертвой точки в верхнюю мертвую точку и сжимает заряд топливовоздушной смеси. Давление и температура в цилиндре растут. Их максимальные значения составляют:

  • с для дизельного двигателя — давление 30-50 бар, температура 550-700 °С;
  • с для бензинового двигателя — давление 10-16 бар, температура 350-450 °С.

Третий такт — рабочий ход

Клапаны закрыты. Сгорание топливовоздушной смеси начинается в верхней мертвой точке поршня. В результате в цилиндре повышаются температура и давление, максимальные значения которых составляют:

  • для дизельного двигателя — давление 60-100 бар, температура около 2000 °С;
  • для бензинового двигателя — давление 40-70 бар, температура около 2500 °С.

В двигателе с наддувом давление в цилиндре гораздо выше. Газы, являющиеся продуктом сгорания топливовоздушной смеси, начинают расширяться, воздействуя на поршень и перемещая его к нижней мертвой точке. Именно в течение этого такта газы совершают полезную работу, почему такт и называется «рабочий ход». В течение следующих трех тактов, наоборот, поршень воздействует на газы в цилиндре.

Четвертый такт — выпуск

При открытом выпускном и закрытом впускном клапанах поршень выталкивает из цилиндра отработавшие газы, лишенные своей энергии. При этом в цилиндре присутствует незначительный вакуум.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя

Рис. Рабочий цикл четырехтактного двигателя

На рисунке представлены четыре такта и соответствующая диаграмма работы двигателя в координатах р, V.

2. Рабочий процессы (циклы) четырехтактных двигателей.

1.
Двигатель автомобиля представляет
собой совокупность механизмов и систем,
преобразующих тепловую энергию
сгорающего в его цилиндрах топлива в
механическую. На современных автомобилях
наибольшее распространение получили
поршневые двигатели внутреннего
сгорания, в которых расширяющиеся при
сгорании топлива газы воздействуют на
движущиеся в их цилиндрах поршни.
Бензиновые двигатели работают на легком
жидком топливе — бензине, который
получают из нефти. Дизельные двигатели
работают на тяжелом жидком топливе —
дизельном, получаемом также из нефти.
Из указанных двигателей наиболее
мощными являются бензиновые, наиболее
экономичными и экологичными — дизели,
имеющие более высокий коэффициент
полезного действия.

У
двигателей с внешним смесеобразованием
горючая смесь готовится вне цилиндров,
в специальном приборе — карбюраторе
(карбюраторные двигатели) или во впускном
трубопроводе (двигатели с впрыском
бензина) и поступает в цилиндры в готовом
виде. У двигателей с внутренним
смесеобразованием (дизели, двигатели
с непосредственным впрыском бензина)
приготовление горючей смеси производится
непосредственно в цилиндрах путем
впрыска в них топлива. В двигателях без
наддува наполнение цилиндров
осуществляется за счет вакуума,
создаваемого в цилиндрах при движений
поршней из верхнего крайнего положения
в нижнее. В двигателях с наддувом горючая
смесь поступает в цилиндры под давлением,
которое создается компрессором.
Принудительное воспламенение горючей
смеси от электрической искры, возникающей
в свечах зажигания, производится в
бензиновых двигателях, а воспламенение
от сжатия (самовоспламенение) — в
дизелях.

Основные
типы двигателей

У
четырехтактных двигателей полный
рабочий процесс (цикл) совершается за
четыре такта (впуск, сжатие, рабочий
ход, выпуск), которые последовательно
повторяются при работе двигателей.
Рядные двигатели имеют цилиндры,
расположенные в один ряд вертикально
или под углом 20…40° к вертикали. V-образные
двигатели имеют два ряда цилиндров,
расположенных под углами 60, 75° и чаще
90. V-образный
двигатель с углом 180° между рядами
цилиндров называется оппозитным. Двух-,
трех-, четырех- и пятицилиндровые
двигатели выполняются обычно рядными,
а шести-, восьми- и многоцилиндровые
— V-образными.
В двигателях с жидкостным охлаждением
в качестве охлаждающего вещества
используют антифризы (низкозамерзающие
жидкости), температура замерзания
которых -40 °С и ниже. В двигателях с
воздушным охлаждением охлаждающим
веществом является воздух. Большинство
двигателей имеет жидкостное охлаждение,
так как оно наиболее эффективное.

Основные
определения и параметры двигателя

Верхняя
мертвая точка

(ВМТ) — крайнее верхнее положение
поршня. В этой точке поршень наиболее
удален от оси коленчатого вала. Нижняя
мертвая точка

(НМТ) — крайнее нижнее положение поршня.
Поршень наиболее приближен к оси
коленчатого вала. В мертвых точках
поршень меняет направление движения,
и его скорость равна нулю. Ход
поршня

(S)
— расстояние между мертвыми точками,
проходимое поршнем в течение одного
такта рабочего цикла двигателя. Каждому
ходу поршня соответствует поворот
коленчатого вала на угол 180° (пол-оборота).
Такт
— часть рабочего цикла двигателя,
происходящего при движении поршня из
одного крайнего положения в другое.
Рабочий
объем цилиндра

(Vk)
— объем, освобождаемый поршнем при его
перемещении от ВМТ до НМТ. Объем
камеры сгорания

(Vc)
— объем пространства над поршнем,
находящимся в ВМТ. Полный
объем цилиндра

(Va)
— объем пространства над поршнем,
находящимся в НМТ: va=vk+vc.

Рабочий
объем (литраж) двигателя

— сумма рабочих объемов всех цилиндров
двигателя, выраженная в литрах (см3).
Степень сжатия (s)
— отношение полного объема цилиндра
к объему камеры сгорания, т.е. 
s = Va/Vc

Степень
сжатия

показывает, во сколько раз сжимается
смесь в цилиндре двигателя при ходе
поршня из НМТ в ВМТ. При повышении
степени сжатия увеличивается мощность
двигателя и улучшается его экономичность.
Степень сжатия для бензиновых двигателей
современных легковых автомобилей
составляет 8 — 10, а для дизелей 15 — 22.
Ход S поршня
и диаметр D цилиндра
определяют размеры двигателя. Если
отношение S/D <
1, то двигатель является короткоходным.

Рабочий
процесс (цикл) четырехтактных двигателей
состоит из тактов впуска, сжатия,
рабочего хода и выпуска. Рабочий процесс
происходит за четыре хода поршня или
за два оборота коленчатого вала. При
такте впуска

поршень движется от ВМТ к НМТ. Выпускной
клапан 5 закрыт. Под действием вакуума,
создаваемого при движении поршня, в
цилиндр 3 поступает горючая смесь
(бензина и воздуха) через впускной
клапан 7, открытый распределительным
валом 6. Горючая смесь перемешивается
с остаточными отработавшими газами,
образуя при этом рабочую смесь. Такт
сжатия

происходит при перемещении поршня от
НМТ к ВМТ. Впускной и выпускной клапаны
закрыты. Объем рабочей смеси уменьшается,
а давление в цилиндре повышается.
Повышение давления сопровождается
увеличением температуры рабочей смеси.
При
такте рабочего хода

впускной и выпускной клапаны закрыты.
Воспламененная в конце такта сжатия
от свечи зажигания рабочая смесь быстро
сгорает. Газы давят на поршень, он
движется от ВМТ до НМТ и совершает
полезную работу, вращая через шатун 2
коленчатый вал 1. Такт
выпуска

происходит при движении поршня от НМТ
к ВМТ. Впускной клапан закрыт. Отработавшие
газы вытесняются поршнем из цилиндра
через выпускной клапан, открытый
распределительным валом. Давление и
температура в цилиндре уменьшаются.
Из рассмотренного рабочего процесса
(цикла) следует, что полезная работа
совершается только в течение одного
такта — рабочего хода. Рабочий процесс
четырехтактного
дизеля

существенно отличается от рабочего
цикла бензинового двигателя по
смесеобразованию и воспламенению
рабочей смеси. Основное различие рабочих
циклов состоит в том, что в цилиндры
дизеля при такте впуска поступает не
горючая смесь, а воздух, и при такте
сжатия в цилиндры впрыскивается
мелкораспыленное топливо, которое
самовоспламеняется под действием
высокой температуры сжатого воздуха.
Такт
впуска

осуществляется при движении поршня 2
от ВМТ к НМТ. Выпускной клапан 6 закрыт.
Вследствие образовавшегося вакуума в
цилиндр 7 через воздушный фильтр 4 и
открытый впускной клапан 5 поступает
воздух из окружающей среды.

Рис.
4. Схема рабочего процесса четырехтактного
дизеля: а — впуск; б — сжатие; в — рабочий
ход; г — выпуск; 1 — топливный насос; 2
—поршень; 3 — форсунка; 4 — воздушный
фильтр; 5 — впускной клапан; 6 —выпускной
клапан; 7 — цилиндр; 8 — шатун; 9 —
коленчатый вал

При
такте сжатия

поршень движется от НМТ до ВМТ. Впускной
и выпускной клапаны закрыты. Поршень
сжимает находящийся в цилиндре воздух.
При
такте рабочего хода

поршень подходит к ВМТ, и в цилиндр
двигателя из форсунки 3 под большим
давлением впрыскивается распыленное
дизельное топливо, подаваемое топливным
насосом 1 высокого давления. Впрыснутое
топливо перемешивается с нагретым
воздухом, и образовавшаяся смесь
самовоспламеняется. Под действием
давления газов поршень перемещается
от ВМТ до НМТ и совершает полезную
работу, вращая через шатун 8 коленчатый
вал 9. Такт
выпуска
происходит
при движении поршня от НМТ к ВМТ. Впускной
клапан закрыт. Через открытый выпускной
клапан 6 поршень выталкивает из цилиндра
отработавшие газы.

3.
Рабочий процессы (циклы) двухтактных
двигателей.
Рабочий
цикл двухтактного двигателя совершается
за два хода поршня или за один оборот
коленчатого вала (360°). В связи с этим
двухтактный цикл характеризуется тем,
что у него один такт яв­ляется рабочим,
а второй — вспомогательным. Рассмотрим
работу двухтактного карбюраторного
двигателя с кривошипно-камерной
продувкой. В таком двигателе отсутствуют
клапаны, их роль выполняет поршень,
закрывающий при своем движении выпускные,
впускные и продувочные окна. Через эти
окна рабочая полость цилинд­ра
сообщается в определенные моменты с
впускным и выпускным трубо­проводами,
а также с кривошипной камерой, которая
в данном типе дви­гателя выполнена
герметичной, так как она участвует в
рабочем цикле.

Цилиндр
двигателя в средней части имеет три
окна: впускное 2, вы­пускное 3 и
продувочное 4, служащее для сообщения
цилиндра с карте­ром 1 при помощи
перепускного канала 5.

Когда
поршень расположен в ВМТ., в камере
сгорания имеется сжатая поршнем смесь,
и в то же время в кривошипной камере
находит­ся засосанная поршнем при
его движении к ВМТ горючая смесь. При
воспламенении сжатой рабочей смеси
электрической искрой давление в цилиндре
над поршнем резко возрастет и поршень
начнет перемещать­ся от ВМТ к НМТ,
совершая рабочий ход. При движении
поршня к НМТ одновременно будут
происходить рабочий ход в цилиндре и
сжатие горючей смеси в кри­вошипной
камере. При дви­жении поршня к НМТ
его верхней кромкой сначала от­крывается
выпускное окно 3 и
продукты сгорания, давле­ние которых
выше атмосфер­ного, начнут выходить
нару­жу (выпуск). При дальней­шем
движении поршня от­крывается
продувочное окно 4 и
сжатая в картере горю­чая смесь
перетекает по ка­налу 5, заполняя
цилиндр и осуществляя продувку его от
остатков продуктов сго­рания. При
этом часть

го­рючей
смеси неизбежно те­ряется, выходя
вместе с отработавшими газами.

Схема
работы двухтактного карбюраторного
двигателя с кривошипно-камерной
продувкой:

а
—сгорание рабочей смеси в цилиндре и
наполнение кривошипной камеры горючей
смесью; б—выпуск отработавших газов
и наполнение цилиндра .

При
обратном движении от НМТ к ВМТ пор­шень
своей верхней кромкой перекрывает
продувочное окно 4, затем
вы­пускное 3, после
чего начинается сжатие смеси в цилиндре.
Одновремен­но создается разрежение
в полости картера до момента открытия
ниж­ней кромкой поршня впускного
окна 2. После
этого процесс начнет по­вторяться.
Рабочий процесс двухтактных
дизелей

с прямоточной продувкой осуществляется
следующим образом .

Первый
такт

перемещение поршня от ВМТ к НМТ. При
поло­жении поршня около ВМТ происходит
воспламенение топлива, впрыс­нутого
в среду сжатого воздуха через форсунку.
Под давлением газов поршень перемещается
к НМТ. Около середины хода поршня
происхо­дит открытие выпускных
клапанов 3 и
отработавшие газы начинают вы­ходить
из цилиндра, в результате чего давление
в цилиндре резко сни­жается. При
достижении верхней кромкой поршня
продувочных окон начи­нается продувка
цилиндров сжатым воздухом, поступающим
к проду­вочным окнам 2 от нагнетателя
1 через ресивер.

Рабочие процессы четырехтактного карбюраторного двигателя

Рабочий процесс двигателя принято анализировать по индикаторной диаграмме, представляющей собой зависимость давления в цилиндре двигателя р от переменного объема надпоршневого пространства V.

Индикаторная диаграмма четырехтактного карбюраторного двигателя приведена на рисунке.

Схема и индикаторная диаграмма карбюраторного двигателя

Рис. Схема и индикаторная диаграмма карбюраторного двигателя: 1 — поплавковая камера; 2 — диффузор карбюратора; 3 — дроссельная заслонка; 4 — свеча зажигания

I такт (впуск) реализуется при повороте кривошипа от 0 до 180°, чему соответствует изменение объема надпоршневого пространства от Vc (объем камеры сгорания) при ф = 0° (ВМТ) до Vа = Vc+ Vh (полный объем цилиндра) при ф = 180° (НМТ). Объем Vh называют рабочим объемом цилиндра.

В действительном цикле понятия «такт» и «процесс» не совпадают. Для лучшей организации процессов газообмена клапаны открываются до начала соответствующего такта и закрываются по его окончании.

Перед началом впуска в объеме камеры сгорания Vc находятся продукты сгорания, оставшиеся от предыдущего цикла, которые называются остаточными газами. Заполнение цилиндра свежим зарядом (линия ra на диаграмме) происходит из-за разрежения в нем, создаваемого движущимся в сторону НМТ поршнем.

Давление ра в конце тахта впуска (точка а) определяется гидравлическими потерями во впускном тракте, величина которых зависит от скоростного и нагрузочного режимов работы двигателя (от скорости перемещения ТВС по впускному тракту и от степени открытия дроссельной заслонки). На режиме номинальной мощности (дроссель открыт полностью, и частота вращения коленчатого вала равна номинальной) pa = (0,8…0,9)ро.

На температуру Та влияют теплообмен свежего заряда с элементами двигателя, формирующими впускную систему и камеру сгорания, и его охлаждение за счет затрат теплоты на испарение топлива, для компенсации которых в карбюраторном двигателе осуществляется специальный подогрев ТВС во впускном трубопроводе, ОГ или горячей жидкостью из системы охлаждения. Кроме того, температура свежего заряда увеличивается вследствие перемешивания его с горячими остаточными газами.

На номинальном режиме в карбюраторном двигателе превалирует подогрев свежего заряда и Та = 320…350 К.

II такт работы двигателя (сжатие) осуществляется при повороте кривошипа на угол a = 180…360° (линия ас на диаграмме). На расчетные значения параметров рабочего тела в конце сжатия (точка с) в основном влияют их начальные значения (ра, Та) и степень сжатия E, которая равна отношению объемов Va и Vc, т. е, У = Va/Vc. При значениях E, характерных для современных карбюраторных двигателей (E = 6,5…Ю), рс = 0,9…1,5 МПа и Тс = 550…750 К.

При реализации действительного цикла давление в конце такта сжатия, т. е. при положении поршня в ВМТ, р’с > рс; р’с = (1,15…1,25)рс, что является следствием повышения давления в результате начавшегося процесса сгорания (точка f — момент искрового разряда в свече зажигания). Угловой интервал от момента подачи искры до прихода поршня в ВМТ называется углом опережения зажигания.

III такт (ф = 360…540°) — такт расширения. Во время этого такта работы двигателя происходят сгорание основной доли поданного в цилиндр топлива, расширение рабочего тела и осуществляется полезная работа.

Вблизи ВМТ при повороте кривошипа на угол фz = 10…15°. давление в цилиндре достигает максимума рz = 3,5…6,5 МПа и соответственно возрастает температура рабочего тела до Тz = 2400…2800 К. Отношение A = pz/pc называют степенью повышения давления. Для современных карбюраторных двигателей A = 3,6…4,2.

По завершении такта расширения РТ имеет расчетные значения давления и температуры, соответственно рв = 0,35…0,5 МПа, Тв = 1400,.. 1700 К.

Следует заметить, что в действительном цикле процесс расширения заканчивается раньше, чем поршень приходит в НМТ, из-за раннего начала открытия выпускного клапана.

IV такт (ф = 540…720°) — такт выпуска — осуществляется под некоторым избыточным давлением рс = (1,05…1,2)ро, величина которого зависит от гидравлических потерь в выпускной системе. Отработавшие газы покидают цилиндр с Тr = 900…1000 К.

При термодинамическом расчете действительного цикла карбюраторного двигателя принимается допущение, что основная доля теплоты при сгорании топлива выделяется вблизи ВМТ, т. е. при условиях, близких к условиям подвода теплоты при постоянном объеме (V = const).

Принцип работы 2х тактного и 4х тактного двигателей

При выборе силового оборудования необходимо уделить особое внимание типу двигателя. Существует два типа двигателей внутреннего сгорания: 2-х тактный и 4-х тактный.

Принцип действия двигателя внутреннего сгорания основан на использовании такого свойства газов, как расширение при нагревании, которое осуществляется за счет принудительного воспламенения горючей смеси, впрыскиваемой в воздушное пространство цилиндра.

Зачастую можно услышать, что 4-х тактный двигатель лучше, но чтобы понять, почему, необходимо более подробно разобрать принципы работы каждого.

Основными частями двигателя внутреннего сгорания, независимо от его типа, являются кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы, а также системы, отвечающие за охлаждение, питание, зажигание и смазку деталей.

Передача полезной работы расширяющегося газа осуществляется через кривошипно-шатунный механизм, а за своевременный впрыск топливной смеси в цилиндр отвечает механизм газораспре6деления.

Четырехтактные двигатели — выбор компании Honda

Четырехтактные двигатели экономичные, при этом их работа сопровождается более низким уровнем шума, а выхлоп не содержит горючей смеси и значительно экологичней чем у двухтактного двигателя.  Именно поэтому компания Honda при изготовлении силовой техники использует только четырехтактные двигатели. Компания Honda уже многие годы представляет свои четырехтактные двигатели на рынке силовой техники и добилась высочайших результатов, при этом их качество и надежность ни разу не подвергались сомнению. Но всё же, давайте рассмотрим принцип работы 2х и 4х тактных двигателей.

Принцип работы двухтактного двигателя

Рабочий цикл 2-х тактного двигателя состоит из двух этапов: сжатие и рабочий ход.

Сжатие. Основными положениями поршня являются верхняя мертвая точка (ВМТ) и нижняя мертвая точка (НМТ). Двигаясь от НМТ к ВМТ, поршень поочередно перекрывает сначала продувочное, а затем выпускное окно, после чего газ, находящийся в цилиндре, начинает сжиматься. При этом через впускное окно в кривошипную камеру поступает свежая горючая смесь, которая будет использована в последующем сжатии.

Рабочий ход. После того, как горючая смесь максимально сжата, она воспламеняется при помощи электрической искры, образуемой свечой. При этом температура газовой смеси резко возрастает и объем газа стремительно растет, осуществляя давление, при котором поршень начинает движение к НМТ. Опускаясь, поршень открывает выпускное окно, при этом продукты горения горючей смеси выбрасываются в атмосферу. Дальнейшее движение поршня приводит к сжатию свежей горючей смеси и открытию продувочного отверстия, через которое горючая смесь поступает в камеру сгорания.

Основным недостатком двухтактного двигателя является большой расход топлива, причем часть топлива не успевает принести пользу. Это связано с наличием момента, при котором продувочное и выпускное отверстие одновременно открыты, что приводит к частичному выбросу горючей смеси в атмосферу. Еще идёт постоянный расход масла, так как 2х тактные двигатели работают на смеси бензина и масла. Очередное неудобство — в необходимости постоянно готовить топливную смесь. Главными преимуществами двухтактного двигателя остаются его меньшие размеры и вес по сравнению с 4х тактным аналогом, но размеры силовой техники позволяют использовать на них 4х тактные двигатели и испытывать намного меньше хлопот в ходе эксплуатации. Так что уделом 2х тактных моторов осталось различное моделирование, в частности, авиамоделирование, где даже лишних 100г имеют значение. 

Принцип работы четырехтактного двигателя

Работа четырехтактного двигателя значительно отличается от работы двухтактного. Рабочий цикл четырехтактного двигателя состоит из четырех этапов: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск, что стало возможным за счет применения системы клапанов.

Во время впускного этапа поршень двигается вниз, открывается впускной клапан, и в полость цилиндра поступает горючая смесь, которая при смешении с остатками отработанной смеси образует рабочую смесь.

При сжатии поршень движется от НМТ к ВМТ, оба клапана закрыты. Чем выше поднимается поршень, тем выше давление и температура рабочей смеси.

Рабочий ход четырехтактного двигателя представляет собой принудительное движение поршня от ВМТ к НМТ за счет воздействия резко расширяющейся рабочей смеси, воспламененной искрой от свечи. Как только поршень достигает НМТ, открывается выпускной клапан.

Во время выпускного этапа продукты сгорания, вытесняемые поршнем, движущимся от НМТ к ВМТ, выбрасываются в атмосферу через выпускной клапан.

За счет применения системы клапанов четырехтактные двигатели внутреннего сгорания более экономичны и экологичны — ведь выброс неиспользованной топливной смеси исключен. В работе они значительно тише, чем 2х тактные аналоги, и в эксплуатации намного проще, ведь работают на обычном АИ-92, которым вы заправляете свою машину. Нет необходимости в постоянном приготовлении смеси масла и бензина, ведь масло в данных двигателях заливается отдельно в масляный картер, что значительно уменьшает его потребление. Вот именно поэтому компания Honda производит только 4х тактные двигатели и достигла в их производстве колоссальных успехов.

Сравнение двухтактного мотора с четырехтактным в компании «Мореход»

Принцип работы 2-х и 4-х тактных двигателей

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

Четырехтактный двигатель

Рабочий цикл четырёхтактного двигателя состоит из четырёх основных этапов — тактов. Поршень — металлический стакан, опоясанный пружинящими кольцами (поршневые кольца), вложенными в канавки на поршне. Поршневые кольца не пропускают газов, образующихся при сгорании топлива, в промежутке между поршнем и стенками цилиндра. Пoршень снабжен металлическим стержнем — пальцем, соединение с шатуном. Шатун передаёт прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.

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

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

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

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

Необходимо также помнить, что следующий процесс (например, впуск), необязательно должен начинаться в тот момент, когда закончится предыдущий (например, выпуск). Такое положение, когда открыты сразу оба клапана (впускной и выпускной), называется перекрытием клапанов. Перекрытие клапанов необходимо для лучшего наполнения цилиндра/-ов горючей смесью, а также для лучшей очистки цилиндра/-ов четырёхтактного двигателя от отработанных газов.

Двухтактный двигатель

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

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

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

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

Контурная продувка

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

Прямоточная продувка

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

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

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

Преимущества 2-х тактных перед 4-х тактными

Во-первых, меньший вес. Пример: 15 л.с. 2-х тактный 36 кг 4-х тактный 45 кг. Казалось — бы 45 кг. — легко. Все не так просто. Вес мотора распределен крайне неравномерно. Примерно 90% весит голова (сам двигатель) 10% нога. Не нужно также забывать и о большем у 4-х тактников размере головы. Все это + одна маленькая не всегда удобная ручка для переноски делает этот процесс крайне затруднительным.

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

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

В-четвертых, 2-х такт мотор живее реагирует на ручку газ. В 4-х тактниках для совершения полного рабочего цикла поршню необходимо сделать 2 полных оборота в то время как в 2-х тактных только один.

Частый вопрос: А правда ли что 4-х такная 15 л.с. бежит быстрее чем такая же 2-х тактная?
Ответ: нет не правда. У обеих этих двигателей мощность на валу 15 л.с. При прочих равных условиях почему один мотор должен ехать быстрее второго?

Недостатки 2-тактных перед 4-тактными

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

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

В-третьих, комфорт. 4-х тактные моторы не так вибрируют на малых оборотах (Касается только двухцилинровых двигателей. Одноцилиндровые и 2-х и 4-х тактники вибрируют примерно одинаково) и не так дымят как 2-х тактники. Дымность важный момент, особенно если вы любите заниматься троллингом.

В-четвертых, долговечность. Довольно спорный пункт. Бытует мнение, что 2-хтактные моторы менее долговечны. С одной стороны это понятно, потому как масло для смазки трущихся элементов двигателя подается вместе с бензином, а значит работает не так эффективно в отличие от 4-х тактных двигателей где трущиеся элементы буквально плавают в масле. Но с другой стороны 4-х тактный мотор по конструкции намного сложнее конкурента, состоит из значительно большего числа деталей, а золотой принцип механики «Чем проще тем надежнее» еще никто не отменял.

Какой же мотор выбрать?

Конечное решение всегда остается за вами, в этой статье мы лишь постарались дать объективную оценку этим моторам, поэтому взвесьте все за и против изложенные выше и сделайте выбор самостоятельно. Однозначного ответа на вопрос: какой из моторов лучше вы не найдете ни в одной из книг ни на одном из форумов, все зависит от того чего вы хотите от приобретаемого вами мотора, условия его использования и, конечно, ваши возможности.

Рабочие циклы двухтактного двигателя | Двигатель автомобиля

Рабочий цикл двухтактного двигателя состоит всего из двух тактов, происходящих за один полный оборот коленчатого вала. В двухтактном двигателе внутреннего сгорания нижняя часть поршня работает в качестве нагнетателя воздуха. В конструкции современных двигателей (не только двух-, но и четырехтактных) для обеспечения оптимальной подачи воздуха в цилиндры используются дополнительные нагнетатели воздуха.

Схема действия роторного нагнетателя

Рис. Схема действия роторного нагнетателя

Рабочий цикл двухтактного двигателя происходит следующим образом:

Первый такт — продувка и сжатие

Поршень двигается из нижней мертвой точки (НМТ) в верхнюю мертвую точку (ВМТ). Пока поршень не перекроет перепускные окна, свежий заряд топливовоздушной смеси либо воздуха (в случае системы впрыска топлива) выталкивает использованный заряд из цилиндра наружу. При этом свежий заряд воздуха может подаваться из наддувочного нагнетателя под давлением, немного превышающим давление отработавших газов в цилиндре. После перекрытия поршнем перепускных окон заряд сжимается. При этом растут давление и температура, значения которых достигают значений давления и температуры в четырехтактном двигателе.

Второй такт — рабочий ход и выпуск

Сгорание начинается, как и в четырехтактном двигателе, при нахождении поршня возле верхней мертвой точки. Температура и давление не достигают максимальных значений, как в четырехтактном двигателе. Затем продукты сгорания топливовоздушной смеси расширяются в объеме. Как только поршень открывает перепускное окно, отработавшие газы под давлением выходят в систему выпуска. Вскоре вслед за этим открывается второе перепускное окно, и поступающий свежий заряд выталкивает остатки отработавших газов из цилиндра.

Рабочий цикл двухтактного двигателя

Рис. Рабочий цикл двухтактного двигателя

На рисунке представлены два такта и соответствующая диаграмма работы двигателя в координатах p,V.

marinediesels.co.uk История четырехтактных дизельных двигателей и введение

Меню 4-тактный двигатель 2-тактный двигатель 2-тактный двигатель крейцкопфа продувка Охлаждение Смазка Система топливного масла Система запуска воздуха

Основы

4-тактный
Дизельный цикл

**** Выпадающее меню DHTML на основе JavaScript, созданное NavStudio.(OpenCube Inc. — http://www.opencube.com) ****

Николай Отто изобрел четырехтактный цикл в 1862 году.
Подробнее о том, как работает четырехтактный цикл искрового зажигания,
вместе с фотографиями первых двигателей Отто можно найти здесь

В 1892 году Рудольф Дизель изобрел компрессор
двигатель зажигания, теперь названный его именем.Первый рабочий двигатель был
построен в Аугсбурге
Maschinenfabrik (ныне часть группы MAN B&W) в 1897 году. Одноцилиндровый двигатель использовался для
силовая стационарная техника. Он весил пять тонн и выдавал 20 л.с.
172 об / мин! Двигатель работал с КПД 26,2%, что очень важно.
улучшение по сравнению с 20%, достигнутым лучшими бензиновыми двигателями того времени.

В 1912 году первый океан
Судно, на котором будут установлены дизельные двигатели, было Selandia.В
двигатели были 8-цилиндровые 4-х тактные. Представление об их размере можно получить
от человека, стоящего у рычага управления двигателем на полпути вниз
двигатель.

Четырехтактный цикл называется так потому, что он занимает четыре хода
поршень для завершения процессов, необходимых для преобразования энергии топлива
в работу. Поскольку двигатель совершает возвратно-поступательное движение, это означает, что поршень
должен дважды перемещаться вверх и вниз по цилиндру, поэтому коленчатый вал
должен вращаться дважды.

Четыре хода поршня известны как ход всасывания,
такт сжатия, рабочий ход и такт выпуска. Ученики
иногда вспоминают это как «сосать, сжимать, трясти, дуть».

1. ИНДУКЦИЯ:
Коленчатый вал вращается по часовой стрелке, а поршень движется вниз
цилиндр.Впускной клапан открыт и подается свежий воздух.
втягивается или толкается в цилиндр турбокомпрессором

2. СЖАТИЕ: Впускной клапан закрылся и заряд
воздуха сжимается поршнем, когда он движется вверх
цилиндр. Поскольку энергия передается в воздух, его
повышение давления и температуры.К тому времени, как поршень
приближение к верхней части цилиндра (известное как верхняя мертвая точка или ВМТ)
давление более 100 бар и температура более 500 ° C

3. МОЩНОСТЬ: Непосредственно перед впрыском топлива в ВМТ
цилиндр у топливной форсунки. Топливо «распылено»
на крошечные капельки.Поскольку они очень маленькие, эти капли нагреваются.
очень быстро поднимается и начинает гореть, когда поршень проходит через ВМТ. В
расширяющийся газ из топлива, горящего в кислороде, заставляет поршень
вниз по цилиндру, проворачивая коленчатый вал. Именно во время этого инсульта
эта рабочая энергия вкладывается в двигатель; в течение остальных 3
ходов поршня, двигатель делает работу.

4.ВЫПУСК: Когда поршень приближается к нижней части
цилиндр (известный как нижняя мертвая точка или BDC) выпускной клапан
начинает открываться. Когда поршень теперь движется вверх по цилиндру, горячий
газы (состоящие в основном из азота, двуокиси углерода, водяного пара
и неиспользованный кислород) удаляются из баллона.

Когда поршень снова приближается к ВМТ, впускной клапан начинает открываться
и цикл повторяется.

.

Как работает двухтактный двигатель

Почти вся машина
двигатели
работа на четырехтактном
цикл
, так называемый, потому что он
занимает четыре
удары
из
поршень

индукция
,
сжатие
,
зажигание
и выхлоп —
произвести один выстрел из
топливо
/ воздушная смесь. Это означает, что
коленчатый вал

дважды вращается для завершения каждого цикла.

Двухтактный двигатель


Большинство двухтактных двигателей относятся к компрессионному типу картера.Топливно-воздушная смесь подается в картер через боковую часть поршня из впускного коллектора, установленного внизу на цилиндре. Смесь слегка сжимается в картере, затем переносится в верхнюю часть цилиндров, сжимается и воспламеняется, так что горящие газы расширяются и опускают поршни.

Смазочное масло смешивается с топливом или впрыскивается отдельно. Поскольку в подшипники коленчатого вала не подается масло под давлением, они представляют собой шариковые или игольчатые роликоподшипники, которые могут работать в масляном тумане.

Однако некоторые двигатели меньшего размера, особенно те, которые установлены на некоторых мопедах или
мотоциклы, работают по двухтактному циклу — поршень находится на
рабочий ход

каждый раз, когда он движется вниз
цилиндр
поэтому коленчатый вал поворачивается только один раз во время
каждый цикл. Несколько автомобилей использовали этот двигатель, например, Wartburg Knight.
и некоторые ранние Saab.

Uniflow

Самые ранние двухтактные двигатели были однопоточного типа. Благодаря этому дизайну
топливно-воздушная смесь нагнетается в цилиндр роторным вентилятором (
нагнетатель
)
приводится в движение двигателем.Нет входа
клапан
: вместо этого есть удлиненный
отверстие, называемое портом, в боковой части цилиндра рядом с нижней частью
ход поршня. Порт открывается или закрывается при перемещении поршня вверх и вниз.
цилиндр. Выхлопные газы обычно проходят через обычный
кулачковый
тарельчатый клапан
.

Цикл начинается с хода вниз, при котором горящее топливо толкает поршень.
вниз. Когда поршень открывает впускное отверстие в нижней части своего хода, топливо
и воздух вдавливается над ним.На ходу выхлоп
газ
вытеснен
и топливо сжимается, готово к стрельбе. Чтобы это произошло, выхлоп
клапан открывается незадолго до того, как опускающийся поршень откроет впускное отверстие, поэтому
нет
сопротивление
входящим
обвинение
.

Двухтактный цикл


Когда поршень сжимает топливно-воздушную смесь при движении вверх, свежий всасываемый заряд всасывается в картер.


Сжатая смесь, воспламененная правильно рассчитанной электрической искрой, горит и расширяется, опуская поршень вниз.
Сгоревшие газы покидают цилиндр через открывшееся теперь выпускное отверстие, а свежий всасываемый заряд устремляется в цилиндр (через передаточное отверстие), помогая вытеснить отработавшие газы. Когда поршень снова начинает движение вверх, он начинает всасывать свежий заряд топлива / воздуха в картер.

Современная версия

Большинство современных двухтактных двигателей работают немного иначе. Вместо того, чтобы иметь
воздуходувка для
сила
топливовоздушной смеси в цилиндры, они используют то, что
известный как
картер
сжатие.

Этот тип двигателя не требует обычных клапанов. Входные порты ведут в
нижняя часть цилиндра, открытая для картера: выше
цилиндр на противоположной стороне — еще один набор портов, ведущих к
выхлоп
труба
. Передаточное отверстие ведет обратно к цилиндру из картера,
вход на уровне немного выше, чем входной порт, но немного ниже
чем выпускной порт.

Во время хода вверх поршень открывает впускное отверстие и позволяет
топливно-воздушная смесь устремилась в картер под поршень.Иногда
в боковой части поршня есть вырез, через который может проходить смесь
дотянуться до картера.

Когда поршень достигает верхней части цилиндра, сжатое топливо / воздух
смесь обжигается
свеча зажигания
, прижимая поршень к силе
инсульт.

При опускании поршень сжимает топливно-воздушную смесь в картере,
и он также открывает выхлопную трубу, за которой следует порт передачи.
Выхлопные газы начинают выходить, когда выхлопное отверстие открывается, и
далее поглощается (вытесняется) топливно-воздушной смесью, поступающей из
порт передачи под небольшим
давление
от картера.

Для удаления выхлопных газов из цилиндра, верхняя часть
Поршень часто имеет такую ​​форму, чтобы отклонять поступающую смесь вверх. Микстура
затем удваивается, когда ударяет
крышка цилиндра
, стекает в выхлоп
левый борт и выталкивает выхлопные газы наружу.

Импульс газов из передаточных окон, которые будут открыты
так как ближе к нижней части хода вниз, продолжает выталкивать выхлоп
продуктов, пока не будут закрыты выпускные отверстия. Эта система вытеснения выхлопных газов
газы известны как петли
уборка мусора
.

Выхлопная конструкция

Конструкция выхлопной системы более критична в двухтактном двигателе, чем
он находится в четырехтактном двигателе. Сгоревшие выхлопные газы не положительно
выталкивается движущимся вверх поршнем, поэтому очень важно, чтобы

Система вытяжки
предлагает минимальное сопротивление газам ‘
дорожка.

У большинства двухтактных двигателей стремительный входящий заряд помогает
остаточные выхлопные газы из цилиндра.Проблема в том, что некоторые из
входной заряд — несгоревшее топливо — может быть унесен в атмосферу, потому что
впускной и выпускной порты открыты вместе в течение некоторого времени. Тем не мение,
конструкция выхлопной трубы и глушителя может использоваться для минимизации
этот эффект.

Когда выхлопной заряд покидает цилиндр, он посылает импульс — удар.
волна — вниз по выхлопной трубе, которая отражается обратно от конца
труба. Уделяя особое внимание дизайну выхлопной системы, инженеры
может организовать систему, которая может использовать возвратный импульс выхлопа для толкания
впускной заряд, который пытается следовать за выхлопными газами вниз по выхлопу
трубу обратно в цилиндр.

Смазка

В большинстве двигателей картер и
отстойник
содержат масло для смазки
движущиеся части двигателя. Но при двухтактном сжатии картера
картер не может этого сделать, потому что он необходим для начального сжатия
топливо и воздух.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *