В чём отличия 2х и 4х тактных двигателей

Начнем с принципа действия. Любой двигатель внутреннего сгорания имеет поршень, который через шатун крутит коленчатый вал (и в конечном итоге колеса), движимый энергией сгорания паров топлива в смеси с воздухом (горючей смеси).

Принцип работы двухтактного двигателя

Принцип работы 2т двигателя

В 2Т двигателе процесс наполнения цилиндра свежей горючей смесью, сжатия ее, воспламенения, рабочего хода (когда энергия сгорания с силой движет поршень вниз, вращая коленчатый вал) и выпуска выхлопных газов происходит за два такта.

Поршень идет вверх, сжимая топливную смесь. Происходит воспламенение горючей смеси.

• Второй такт, рабочий ход.

Расширяющиеся газы толкают поршень вниз. Когда он находится внизу, он открывает выпускные и впускные окна в стенках цилиндра. Выхлопные газы выходят в глушитель, их место занимает свежая топливная смесь и повторяется первый цикл.

Все это происходит за один оборот коленчатого вала.

Принцип работы четырехтактного двигателя

В 4Т двигателе процесс наполнения цилиндра свежей горючей смесью, сжатия ее, воспламенения, рабочего хода и выпуска выхлопных газов происходит за четыре такта.

Принцип работы 4т двигателя

• Первый такт, впуск.

Поршень идет вниз, клапан впуска открывается, и топливная смесь поступает в цилиндр. Когда поршень достигает нижнего положения, клапан впуска закрывается.

• Второй такт, сжатие.

Поршень идет вверх, оба клапана закрыты, топливная смесь сжимается. Когда поршень находится вверху, свеча воспламеняет горючую смесь.

• Третий такт, рабочий ход (расширение).

Горячие газы быстро расширяются, толкая поршень вниз (оба клапана закрыты).

• Четвертый 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. В верхнем положении поршня выпускной клапан закрывается.

Эти 4 такта происходят за два оборота коленчатого вала.

Видео «как работает 4х тактный двигатель»

  FAQ по вопросам связанным с 2т и 4т двигателями

Говорят, двухтактный двигатель мощнее и мотоцикл с ним динамичнее. Так ли это?

Да. 2Т двигатель за два оборота коленчатого вала успевает два раза использовать энергию сгорания топлива. Многие считают, что он в два раза мощнее двигателя 4Т. Но обратите внимание, в 2Т двигателе часть цилиндра занимают впускные и выпускные окна, значит количество горючего, которое потом сгорит, меньше в объеме, чем у двигателя 4Т, где цилиндр цельный. В двигателе 2Т из-за простоты конструкции смазка коленчатого вала производится маслом, добавленным в бензин. Масло в рабочей смеси снижает выделяемую энергию (масло горит хуже). Из-за особенностей впуска-выпуска горючей смеси и выхлопных газов в двигателе 2Т больше горючей смеси «улетает в трубу», не сгорая. В 4Т двигателе этот процесс за счет более сложного механизма впуска-выпуска минимален. В результате — 2Т двигатели, действительно, мощнее (но не в два раза), но более высокая мощность у них достигается в более узком рабочем диапазоне оборотов коленчатого вала (то есть вы стартуете с места, скутер еле разгоняется, потом наступает так называемый «подхват», скутер «выстреливает», но быстро увядает) и вам для динамичной езды все время придется поддерживать определенные обороты двигателя. Как Вы понимаете, чем мощнее 2Т двигатель, тем уже диапазон оборотов, тоньше настройки и двигатель дороже. Насладиться в полной мере преимуществами 2Т двигателя могут или спортсмены (где важнее выжать все и сейчас), или обладатели бензопил и газонокосилок (которым чем проще и дешевле, тем лучше).

4Т двигатель менее мощный, значит, на таком мотоцикле неинтересно ездить?

Из предыдущего ответа следует, что даже несколько менее мощный 4Т двигатель обладает более благоприятной характеристикой — он «эластичен». Сразу с начала движения, он обеспечит мотоциклу «паровозную тягу», то есть Вы плавно и уверенно без «провалов» и «подхватов» набираете скорость, и уверенный набор скорости будет доступен Вам во всем диапазоне оборотов коленчатого вала. Недостаток мощности скажется только в верхнем рабочем диапазоне оборотов двигателя, то есть когда Вы «шпарите» на пределе. Как раз близко к этому режиму движения 2Т двигатель и выдаст максимальную мощность.

4Т двигатель более надежен?

Безусловно. Ведь в 2Т двигателе поршень, поршневые кольца и цилиндр фактически являются расходным материалом из-за особенностей конструкции — в цилиндре-то отверстия. Многие мотоциклисты укатывают поршень 2Т двигателя за сезон, а цилиндр — за два. В 4Т двигателе Вы об этом забудете. 4-5 сезонов на одном поршне 4Т двигателя — норма.

Из-за более качественной смазки (масло подается к ответственным частям не в смеси с бензином, а путем разбрызгивания или подачи под давлением), 4Т двигатель рассчитан на больший ресурс. Более сложный клапанный механизм впуска-выпуска газов четче работает, требует несложного и не частого обслуживания.

Для составления статьи были использованы материалы с сайта vd-sc.clan.su, изображения взяты с сайта honda-electric.ru

принцип работы, устройство, перспективные ДВС и технические характеристики

2823 Просмотров

Эра двигателей внутреннего сгорания насчитывает уже более одного столетия. Если в наши дни понятие «мотор» более чем привычно уху, то еще в позапрошлом веке такая техника не была известна еще никому. И каким бы сложным изобретением ДВС не казался поначалу, на самом деле, двигатель устроен достаточно примитивно, и его устройство может понять даже человек, далекий от автомобильной техники. Сегодня мы рассмотрим принцип работы двухтактного двигателя, изучим диаграммы его работы и разберемся, какова физика протекающих в нем процессов.

Принцип работы

Изобретение простейшего 2-х тактного ДВС датируется концом 19 столетия. За все время существования подобных агрегатов их конструкция подверглась значительным изменениям, стала совершеннее и надежнее. Тем не менее, сама схема работы не подверглась значительным изменениям, а диаграмма, описывающая оба такта, выглядит так же, как и раньше.

Такая диаграмма описывает такты, которые называются впускным и выпускным.

Впускной такт 2-х тактного мотора предполагает подачу в цилиндр свежей топливной смеси из карбюратора. Второй — выпуск отработанной смеси, которая тут же поступает в глушитель, уменьшающий шумовой эффект и нейтрализующий часть токсичных выделений.

Наименьшее давление газа в поршне, отображаемое в начале диаграммы, знаменует первый такт работы 2-х тактного ДВС. В течение этого промежутка времени поршень стремится к своей верхней мертвой точке из крайней нижней. Во-первых, здесь стоит отметить состояние выпускного окна поршня, которое в этот момент находится в открытом состоянии. Отработавшая смесь выводится в сторону глушителя. На диаграмме в этот момент отмечается резкое повышение давления, которое вскоре доходит до своего пика.

Логично, что при понижении давления в верхней камере 2-х тактного ДВС происходит сильнейшее разрежение в камере сгорания, что на диаграмме работы отображается в виде резкого понижения исходного давления. Появление такого вакуума способствует тому, что смесь, приготовленная карбюратором, стремится из области высокого давления в область низкого, что является особенностью устройства ДВС подобного типа.

В итоге поршень достигает своей верхней точки, и начинает работать свеча зажигания. Здесь происходит розжиг поступившей свежей смеси, что заставляет выполнить ее работу на расширение и дать толчок поршню, немедленно перемещающемуся вниз.

Второй такт работы ДВС знаменуется тем, что при движении поршня вниз не только воспламеняется смесь, но и открывается так называемое продувочное окно. Через него в камеру сгорания поступает свежая смесь, которой только предстоит сгореть. В тот же момент отработанная и сгоревшая смесь выводится через выпускное окно наружу, принимается выпускным коллектором, а затем отправляется в глушитель и в атмосферу.

Механическая составляющая

Теперь, когда подробным образом изучена физическая составляющая работы ДВС, стоит узнать внутреннее расположение механических элементов двигателя, составляющих единый механизм, которым обладают двухтактные двигатели.

Основная составляющая такого двигателя — это цилиндр. Этот полый внутри металлический резервуар с толстыми стенками выполняет функции не только камеры, в которой сгорает топливная смесь, но и устройства обмена свежей и отработанной смеси в процессе работы.

Внутри цилиндра работает и сам поршень. Основная его часть имеет систему резиновых колец, которые обеспечивают равномерное распределите смазки внутри мотора и предотвращают смешение свежей и отработанной смеси между собой.

Поршень соединен с шатуном, который имеет форму металлического узкого цилиндра и соединяет поршень с коленчатым валом. Основная идея подобного изобретения — превращение толкательного движения во вращательное. К слову, именно благодаря этому механизму удалось превратить каждое движение поршня вверх или вниз в постоянное вращение ведущего колеса.

Последняя, но не менее важная составляющая, которая включена в двухтактный двигатель — это коленчатый вал. Такая деталь представляет собой не что иное, как механизм передачи энергии двигателя колесам. Благодаря своей форме и особенностям работы шатуна, частота вращения коленвала полностью совпадает с оборотами двигателя, а потому привычное добавление газа дает эффект резкого ускорения.

Смазка

Одной из особенностей, которыми обладает двухтактный двигатель, является уникальная система смазки, которая не является новой, но по-прежнему вызывает немало вопросов у неопытных механиков или тех, кто столкнулся с необходимостью разобраться в устройстве подобных ДВС впервые.

В первую очередь, стоит понять, где находится масляный картер.

Как известно, у большинства современных автомобилей двигатель имеет внутреннюю полость, в которую и заливается масло. Его объем составляет порядка нескольких литров, а тип, консистенция и марка производителя остаются на усмотрение владельца и зависят от многих факторов.

Принцип работы подобной системы смазки заключается в следующем. При перемещении поршня происходит активная циркуляция масла по специальным каналам высокого и низкого давления. Структура этой системы довольно сложна, а потому она постоянно модифицируется и изменяется, дабы достичь лучших технических показателей и надежности силового агрегата.

Циркулируя по этой системе каналов, масло распределяется не равномерно, а таким образом, чтобы в большем количестве находиться в местах сильнейшего трения. Это позволяет устранить многие типичные неполадки ДВС устаревшего типа: постоянный износ поршня и маслосъемных колпачков, перегрев и прочие мелкие и крупные неприятности, требующие вмешательства и ремонта.

В случае с двухтактными силовыми агрегатами, техническая схема практически аналогична приведенной выше. Главной особенностью и отличием является то, что здесь масло представляет собой единую смесь с топливом.

То есть здесь нет отдельного картера, предназначенного для заливки моторного масла в специальный резервуар.

На данном этапе возникает закономерный вопрос: как же тогда осуществляется смазка всех подвижных механизмов и каким образом маслу удается не сгорать?

На самом деле, все гораздо проще, чем может показаться на первый взгляд. Во-первых, стоит уточнить: масло сгорает точно так же, как и поступающее топливо, в цилиндре. Выходит так, что, поступая из карбюратора в камеру сгорания, смесь проделывает достаточно сложный путь, пролегающий через сложную систему каналов. В этот промежуток времени и осуществляется смазка подвижных деталей, предотвращающая их порчу и преждевременный износ, а также улучшающая характеристики силового агрегата.

Чаще всего, пропорции топлива и масла примерно равны, а вот вязкость и прочие характеристики последнего несколько отличаются от жидкостей для четырехтактных моторов: свойства будут направлены на то, чтобы обеспечить наименьший эффект от горения и засорение сажей выпускной системы транспортного средства.

Охлаждение

Еще один немаловажный момент, определяющий характеристики двигателя и его свойства, — это система охлаждения.

Такие системы бывают всего двух типов — жидкостного и воздушного. В чем состоит их принцип работы? В жидкостной системе основной компонент охлаждения — это вода, тосол или антифриз. По системе трубок жидкость прогоняется через корпус двигателя, забирая у него часть тепловой энергии и перенося ее на себя.

Далее разогретая жидкость через систему индикаторных устройств поступает в радиатор, где вся ее тепловая энергия выделяется в окружающую среду и разрежается.

Перегон жидкости осуществляет помпа, которая имеет ременной привод с маховиком, подсоединенным к коленчатому валу двигателя.

Тем не менее, на двухтактных моторах такая система применяется не столь часто из-за своей громоздкости и дороговизны. Чаще всего на двухтактный двигатель устанавливается воздушная система охлаждения. Так, радиатор обдувает вентилятор, подсоединенный к коленвалу посредством ременной передачи. Также при движении происходит обдув раскаленного корпуса при помощи потоков воздуха, поступающих через систему дефлекторов.

К сожалению, нельзя не сказать о недостатках подобной системы: часто мотор перегревается, и в жару приходится прибегать к определенным ухищрениям, которые, тем не менее, не полностью решают проблему. Отсутствие индикаторного оборудования не всегда позволяет определить неполадку на глаз.

Подводя итоги

Двухтактный двигатель — это примитивная система, которая обладает неплохими свойствами, а потому широко применяется на технике. Благодаря небольшому количеству составляющих и относительно простому принципу работы, самостоятельный ремонт подобных агрегатов не представляет большого труда и под силу даже человеку, далекому от техники и не знающему всех тонкостей работы силовых агрегатов.

Чем отличается двухтактный двигатель от четырёхтактного, принцип работы двухтактного двигателя

Двигатель внутреннего сгорания функционирует по давно изученному принципу. Стоит более подробно рассмотреть работу поршневого мотора, так как роторные и другие необычные аппараты, которые преобразуют энергию горения в кинетическую распространены в меньшей степени. В чём состоит основное отличие двухтактного двигателя от 4- х тактного? Самое главное отличие заключено в режиме воспламенения горючей смеси, что можно легко понять по воспроизводству звуков. Двухтактный мотор в большинстве случае воспроизводит пронзительный, а также довольно громкий звук, тогда как в четырёхтактном происходит более спокойное и размеренно звучание.

Принцип работы 2-х тактного двигателя

1. Чаще всего разница главным образом также заключена в назначении устройства и его топливной общей эффективности. В двигателе двухтактного типа процесс зажигания воспроизводится при каждом совершении оборота коленчатого вала, именно по этой причине по показателю мощности они в несколько раз превосходят четырёхтактные, в которых имеется особая смесь, идущая главным образом через обороты.
2. Четырёхтактные моторы намного тяжелее и тратят наибольшее количество энергии. В большинстве случаев их используют на автомобилях и особой технике, в то время как на остальном оборудовании таком, как мотороллеры, газонокосилки, а также лёгкие разновидности катеров, в большинстве случаев можно заметить более компактные двухтактные разновидности устройств.
3. А вот бензиновый генератор, к примеру, можно легко найти как двухтактной, так и четырёхтактной разновидности. Двигатель в скутере также может заключать в себе совершенно любой двигатель. Принцип функционирования такого оборудования главным образом заключает в себя одни и те же процессы, отличие будет заключено лишь в способе и эффективности общего преобразования энергии.

Что означает такт?

Процесс переработки топлива в обеих моделях моторов может происходить при помощи последовательного выполнения всех четырёх разновидностей процессов, которые по-другому именуются тактами. Скорость, с который производится главная работа двигателя через три такта проходит — это именно то, в чём состоит главное отличие двухтактного двигателя от четырёхтактного.

Первый такт —это осуществление впрыска. В это время поршень начинает совершать движение по примеру цилиндра, а впускной клапан начинает открываться, чтобы запустить в себя воздушно-топливную смесь и доставить её в саму камеру сгорания. После будет происходить процесс сжигания. В это время выпускной клапан закрывается обратно, а поршень продолжает двигаться по цилиндру вверх, сжимая в это все газы, которые имеются внутри. Такт рабочего хода происходит тогда, когда зажигается вся смесь.

В это время искра от свечи начинает восполнять все сжатые в себе газы, что провоцирует взрыв, энергия которого производит выталкивание поршня вниз в начальную позицию. Последним тактом будет считаться выпуск: поршень будет достигать верхней точки по цилиндру, а выпускной клапан открываться снова, позволяя всем выхлопным газам выйти из общей камеры сгорания, чтобы можно было осуществить процесс ещё раз.

Возвратно-поступательные движения в поршне вращают коленчатый вал, крутящий момент в это время передаётся на рабочие детали в оборудовании. Так может происходить процесс преобразования энергии сгорания топлива в поступательное движение.

Процесс работы четырёхтактного двигателя

В обычном четырёхтактном устройстве зажигание смеси начинается при каждом втором обороте вала. Процесс вращение вала может привести к воздействию более сложной формы механизмов, которые помогут пользователю добиться выполнения последовательных тактов.

Открытие как впускных, так и выпускных клапанов может происходить благодаря кулачковому валу, который раз за разом нажимает на коромысла. Процесс возвращения клапана в закрытое начальное положение выполняется под воздействием пружины. Чтобы не потерять компрессии, стоит сделать так, чтобы клапан начал как можно плотнее прилегать к головке блока цилиндров.

Как происходит процесс функционирования двухтактного устройства

Теперь стоит более подробно рассмотреть процесс работы двигателя с двумя тактами, а также различить его особенности от четырёхтактного. В двухтактном двигателе все четыре действия происходят за один оборот вала, в процессе хода поршня от верхней мёртвой точки к нижней, а после снова вверх. Выпуск лишних газов (то есть продувка) и впрыск горючего интегрированы в один такт, в конечном счёте этого процесс происходит воспламенение всей смеси, а полученная энергия производит толчок поршня вниз. Такое строение устраняет особую нужду в использовании клапанов в самом устройстве.

На месте клапанов можно найти сразу несколько отверстий камеры сгорания. В тот момент когда поршень при помощи движения сгорания будет перемещён в нижнюю точку, то выпускной клапан откроется, позволяя при этом устраниться всем отработанным газам, таким действием камера станет снова полностью пустой. Во время движения вниз в цилиндре происходит образование разряжения, при помощи которого через расположенный в нижней области выпускной клапан внутрь втягивается определённая смесь воздуха, а также дополнительного воздуха.

Во время движения поршня вверх он начинает перекрывать все каналы и способен сжимать находящиеся внутри цилиндра газы. В это время срабатывается свеча зажигания, а после весь охарактеризованный выше процесс происходит по-новому. Важно отметить то, что в двигателях такого формата процесс зажигания смеси может происходить во время каждого последующего оборота. Что помогает извлекать из них большее количество мощности, по крайней мере, за определённый отрезок времени.

Отличие двухтактного двигателя от четырёхтактного

Двухтактные двигатели лучше всего будут использовать в устройствах, в которых нужны быстрые и резкие всплески всей энергии, а не равномерный процесс работы на протяжении всего долго времени. К примеру, гидроцикл разгоняется намного быстрее, чем в простом грузовике с четырёхтактным. Но при этом он нужен для совершения кратковременных поездок, в то время как сам грузовик способен проехать расстояние равное сотням километров, до того времени, как ему понадобится отдохнуть.

Невысокая длительность функционирования двухтактного механизма будет компенсироваться низким соотношением его веса к показателю мощности: такие разновидности двигателей в большинстве случаев весят намного меньше, именно по этой причине могут быстрее запускаться и достигают наивысшего показателя своей эффективности, а также могут достигнуть максимального показателя рабочей температуры. Для осуществления их перемещения в другую точку также затрачивается намного меньшее значение энергии.

Какой тип мотора стоит покупать?

В большинстве случаев четырёхтактные двигатели способны работать лишь в одном положении. Это может быть связано со сложностью двигающихся механизмов, а также конструкций масляного поддона.

Такой тип поддона, который обеспечивает дальнейшую смазку двигателя, чаще всего имеется лишь в четырёхтактных устройствах и обладает наибольшим показателем важности для рабочего процесса. У двухтактного двигателя чаще всего не имеется никакого дополнительного поддона, именно по этой причине их можно использовать почти в любом положении без возможности выплёскивания масляной жидкости либо прерывания процессов смазки оборудования. Для таких типов оборудования, как бензопилы, циркулярные пилы, а также другие инструменты персонального назначения, такой показатель гибкости считается довольно важным.

Топливная результативность, а также значение для окружающей среды. В большинстве случаев становится понятно, что компактные, а также быстрые двигатели в приборах намного быстрее загрязняют окружающее пространство и потребляют большой показатель топлива. В нижней точки движения поршня, когда камера сгорания полностью наполняется горючей смесью, некоторое число топлива полностью теряется, попадая при этом в пустой канал.

Это можно легко увидеть, если рассмотреть подвесной лодочный мотор. Можно увидеть вокруг него разноцветные масляные пятна. Именно по этой причине двигатели такого типа считаются не очень эффективными и загрязняют окружающий воздух. И хотя четырёхтактные модели обладают большим весом и медленной производительностью, но при этом в них топливо сжигается полноценно.

Сколь стоит ремонт оборудования и замена комплектующих?

Меньшие по габаритам устройства в большинстве случаев считаются наиболее дешёвыми, как с точки зрения первоначального приобретения, так и при дальнейшем техническом обслуживании. Но при этом они рассчитываются на более длительное время работы. Хотя существуют и некоторые выходы за рамки, но чаще всего они не предназначены для долгой эксплуатации в течение больше чем двух часов и рассчитаны на очень небольшой отрезок времени использования.

Отсутствие разделённой системы смазки также может привести к тому. Что даже в наиболее качественном моторе такого вида будет очень быстро происходить износ, а после он придёт в негодность по причине повреждения движущейся детали.

Отчасти по причине отсутствия смазки в бензин, который нужен для осуществления заливки в двухтактный двигатель скутера, к примеру, стоит добавить некоторое количество специализированного масла. Это может привести к дополнительной затрате времени и денег, а также может стать причиной выхода из строя оборудования (если вы когда-нибудь забудете подлить новую порцию масла). Мотор четырёхтактного типа чаще всего требует от потребителя минимального ухода и обслуживания.

Какой мотор стоит выбрать

Четырёхтактный двигатель основные особенности:

1. Совершается один ход рабочего на каждые два оборота коленчатого вала.
2. Для его работы потребителю приходится применять тяжёлые маховики для компенсации вибрации, которая может развиваться во время работы двигателя по причине неравномерного процесса распределения крутящегося момента, так как процесс воспламенения горючей смесью будет происходить лишь при каждом втором обороте.
3. Большая масса двигателя.
4. Строение всего двигателя будет наиболее сложным по причине усложнения механизма клапаном.
5. Высока цена за прибор.
6. Невысокий показатель механического КПД по причине совершения сильного трения между несколькими деталями.
7. Более высокий показатель работы при помощи полного удаления отобранных газов и процессу впрыскивания наиболее свежего раствора.
8. Более низкий показатель рабочей амплитуды.
9. Совершение водяного охлаждения.
10. Меньшее количество расхода энергии и полноценный процесс горения топлива.
11. Занимает значительное место на рабочей зоне.
12. Сложная система осуществления смазки.
13. Низкий уровень шума.
14. Процесс распределения газа при помощи клапанного механизма.
15. Высокий показатель тепловой эффективности.
16. Низкий уровень потребления масла.
17. Наименьший процесс износа движущихся и взаимодействующих друг с другом деталей и механизмов
18. Может быть установлен в автобусах, грузовиках и другом автотранспорте.

Двигатель двухтактный особенности:

1. Один такт рабочего хода совещается на каждом обороте коленчатого вала.
2. Следует использовать лёгкий меховик и двигатель начнёт функционировать довольно сбалансировано и размеренно, так как в это время крутящийся момент будет распределён намного равномернее по причине того, что процесс воспламенения в горючей смеси будет проходить во время каждого оборота.
3. Вес двигателя будет намного выше.
4. Строение двигателя представлено проще, благодаря отсутствию в нём клапанного механизма.
5. Стоимость у двухтактного заметно ниже.
6. Высокий показатель механического КПД по причине уменьшения трения, что обусловлено числом деталей.
7. Воздушное охлаждение.
8. Высокая рабочая амплитуда.

Принцип работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания

На данный момент существует два основных вида двигателей внутреннего сгорания — двухтактные и четырехтактные. По своему внешнему виду они практически не отличаются, однако двухтактные двигатели работают по совсем другому принципу. Попробуем разобраться в чем основные различия этих двух типов ДВС, и как работает двухтактный двигатель.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Для того, чтобы ваша машина могла выполнять свою прямую функцию — возить вас, ее нужно заправлять топливом: бензином, дизелем, пропан-бутаном. По топливопроводу бензин поступает в двигатель, основную работу в нем выполняют поршни и кривошипно-шатунный механизм. Бензин смешивается с воздухом, образуется смесь, которая взрывается и приводит поршни в движение, этот момент движения передается на коленчатый вал, а от него на трансмиссию.

Разница между 2-х и 4-х тактными двигателями, как видно из названия, состоит в количестве тактов, то есть в рабочем цикле двигателя. Рабочий цикл любого ДВС — это последовательность таких процессов:

• заполнение цилиндра горючей смесью;
• ее воспламенение;
• расширение газов;
• вытеснение продуктов сгорания.

В 4-тактном двигателе вся эта последовательность осуществляется за 4 такта, то есть за два оборота коленвала, в двухтактном — за один оборот. Из этого можно сделать вывод, что 2-тактные двигатели обладают большей мощностью, и это действительно так, не зря ведь их используют не только для мотоциклов, мопедов, различных квадроциклов, снегоходов и гидроциклов, но и для приведения в движение огромных морских кораблей.

Теоретически мощность должна быть выше в два раза. Например, небольшой по размерам двигатель мотоцикла может легко выдавать мощность в сто и больше лошадей, тогда как гораздо более массивный и объемный мотор какого-нибудь автомобиля класса «В» или «С» выдает 70-100 л.с.

Устройство двухтактного двигателя

Основное преимущество двухтактных двигателей состоит в простоте их конструкции. Поскольку все процессы рабочего цикла завершаются за один оборот кривошипа, отпадает необходимость в наличии сложного газораспределительного механизма, который контролирует движение впускных и выпускных клапанов. Впускной клапан закрывается и открывается из-за разницы давления, а отработанные газы выходят через выпускное окно к глушителю.

Также 2-тактный двигатель охлаждается с помощью топлива, в которое подмешан определенный процент масла. Масло нужно подбирать именно двухтактное, поскольку оно приспособлено к высоким температурам и при сгорании оставляет меньшее количество шлака и золы.

Поршень движется от нижней мертвой точки к верхней — НМТ и ВМТ. Во время движения вверх поршень сжимает поступившую воздушно-топливную смесь. В ВМТ происходит взрыв смеси и поршень начинает движение вниз, в этот момент поступает новая порция смеси. Получается, что поршень сам же и выталкивает отработанные газы, а это и является основным недостатком двухтактных двигателей, влияющим на их КПД.

Недостатки двухтактных двигателей

Несмотря на то, что инженеры пытаются их решить, недостатки все же есть и они существенные.

Самый главный из них — неэффективное использование топлива и повышенные выбросы СО2.

Если в четырехтактных двигателях на отвод отработанных газов и продуктов сгорания отводится отдельный такт, то здесь этот такт совмещается с заполнением цилиндра новой порцией горючей смеси, и как бы не старались инженеры, избежать смешивания ее с отработанными газами не удается.

Кроме того необходимо постоянно добавлять в бензин масло, причем оно довольно дорогостоящее и расходуется быстрее.

Из-за этих проблем снижается и мощность двигателя. Теоретически она должна быть в два раза выше, чем у 4-тактных ДВС, но на деле этот показатель не превышает 50-70 процентов. После 2000 года многие производители отказались от двухтактных ДВС. Однако работы по их совершенствованию постоянно ведутся.

Видео принципа работы данного типа двигателей.

Загрузка…

Поделиться в социальных сетях

Принцип работы двухтактного и четырехтактного двигателя

Изобретение двигателя внутреннего сгорания, а также применение его в разных сферах, в том числе и мото — и автотранспорте, позволило значительно упростить жизнь человеку.

Конечно, двигатели внутреннего сгорания, такими какие они есть сейчас, появились не сразу, с момента появления он постоянно совершенствуется.

Хотя на данный момент у этих двигателей лишь модернизируются те или иные составляющие, основная же концепция их остается неизменной.

Цикл работы двигателя, рабочие такты

Появившиеся очень давно двигателя внутреннего сгорания как работающие на бензине, так и дизельном топливе, и применяемые сейчас, делятся на два вида:

1. Двухтактные;
2. Четырехтактные.

Как видено из названия сводится различие принципа функционирования двигателя в количестве тактов – движений поршня, за которые он выполняет определенный цикл работ.

Для четырехтактного двигателя определено 4 такта в результате которых один поршень выполняет полный цикл – впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск.

В каждом из этих циклов в цилиндре двигателя выполняются определенные процессы. Все они направлены на достижение одной цели – обеспечение преобразования энергии сгорания топлива во вращение коленчатого вала.

Так, при такте впуска в цилиндр подается горючая смесь, состоящая из топлива и воздуха, без которого процесс горения невозможен. Причем образование и подача этой смеси у бензинового и дизельного двигателя отличаются.

Далее идет такт сжатия, при котором поступившая смесь сжимается в объеме. Делается это для того, чтобы в меньшем объеме образовалось больше горючей смеси.

 

Уменьшение объема позволяет при следующем такте обеспечить более высокое КПД при сгорании топлива.

Рабочий ход – единственный из всех тактов, при нем энергия отдается, а не забирается и для него существуют все остальные такты.

После сжатия происходит воспламенение смеси, у бензиновых двигателей – за счет искры, проскакиваемой между электродами свечи накаливания, у дизелей – за счет высокого давления, при котором смесь нагревается настолько, что воспламеняется.

При воспламенении смеси выделяется энергия, которая воздействует на поршень, заставляя его двигаться вниз, при этом выделенная от сгорания энергия передается поршнем на коленвал посредством шатуна.

Выпуск – такт, направленный на очистку полости цилиндра от продуктов горения. После очистки цикл повторяется вновь.

Из всего вышесказанного выходит, что один цикл движения поршня в цилиндре направлен только на получение одного такта – рабочего хода, все остальные такты только помогают получить его, причем для их выполнения задействуется часть энергии, которую отдает такт рабочего хода.

Каждый такт двигателя соответствует определенному движению поршня в цилиндре.

Существуют две крайние точки положения поршня, получивших название мертвых точек.

Одна из них верхняя – выше поршень уже подняться в цилиндре не может, а вторая – нижняя, при которой он ниже не опускается.

Обеспечиваются эти точки кривошипом коленчатого вала, к которому поршень присоединен шатуном.

При движении поршня от одной точки к другой, а затем наоборот, и выполняются такты. То есть, при движении поршня от нижней точки (НМТ) к верхней (ВМТ) могут выполняться два такта – сжатие и выпуск, а при движении наоборот – впуск и рабочий ход.

Имея представление о тактах, можно говорить и о типах двигателей, а их два – 2-тактный и 4-тактный.

У каждого из этих двигателей цикл производится по-разному, что влияет на их конструкцию и многие другие параметры и характеристики.

Конструкция и принцип работы 2-тактного двигателя

2-тактный двигатель нашел наибольшее распространение на малой технике (бензопилы, мотокосы), мотоциклах.

Когда-то существовали даже дизельные 2-х тактные двигатели, устанавливаемые на грузовики, к примеру, МАЗ-200.

Интересно, что описанные выше такты у любого двухтактного двигателя никуда не делись, просто они были совмещены.

В итоге это позволяет сократить полный цикл всего в один оборот колен. вала.

Так, при движении поршня от НМТ производится сразу два такта – выпуск и сжатие, а при движении от ВМТ – впуск и рабочий ход.

Достигнуть этого всего возможно при использовании окон в цилиндрах, через которые производится засасывание и перекачивание топливной смеси, а также отвод продуктов горения.

Открытие и закрытие этих окон обеспечивается самим поршнем. Чтобы соблюдалась правильность работы механизма, окна располагаются на разных уровнях в стенках цилиндра.

Чтобы было более понятно, возьмем двигатель мотоцикла «ИЖ Планета 5».

Данный мотоцикл укомплектован одноцилиндровым двухтактным мотором.

Цилиндр располагается поверх корпуса двигателя, охлаждение его воздушное, поэтому у него по окружности располагаются ребра охлаждения.

С одной стороны, к цилиндру прикреплен патрубок, идущий от карбюратора, по нему в цилиндр поступает горючая смесь.

Напротив, этого патрубка устанавливается труба отвода отработанных газов.

Вверху цилиндр прикрывает головка, в которой размещена свеча накаливания.

Внутри цилиндра располагается поршень, связанный с кривошипом коленчатого вала через шатун. Далее уже он связан со сцеплением и трансмиссией, но это пока неважно.

Для подачи топлива в надпоршневое пространство в двухтактном двигателе задействовано и подпоршневое пространство.

При движении поршня вверх в подпоршневом пространстве создается разряжение, в которое засасывается топливовоздушная смесь через впускное окно.

Подача же из подпоршневого пространства в надпоршневое производится от избыточного давления, которое возникает при движении поршня вниз.

Подача топлива производится через перепускное окно. Выпуск продуктов горения проходит через выпускное окно.

Теперь как все это работает.

Начнем с движения поршня к ВМТ. Находясь в НМТ, поршень обеспечивает открытие перепускного и выпускного окон. Избыточное давление в подпоршневом пространстве выталкивает горючую смесь в надпоршневое пространство.

Двигаясь вверх, поршень перекрывает открытые окна, в результате чего камера сгорания становится герметичной.

Доходя до ВМТ, поршень сжимает смесь далее подается искра от свечи накаливания, которая установлена в головке цилиндра.

В это время, поршень двигаясь вверх, открывает впускное окно, через которое смесь поступает в подпоршневое пространство. То есть получается, что в одном такте – движении поршня от НМТ к ВМТ происходит два действия: вначале впуск топлива, затем – сжатие.

После воспламенения топлива, выделенная при этом энергия толкает поршень вниз.

Двигаясь вниз он от ВМТ, поршень открывает сначала выпускное окно. При сгорании объем продуктов горения значительно увеличивается, поэтому они сразу начинают вырываться через это окно.

Получается, что при движении поршня вниз вначале выполняется рабочий ход, а после открытия выпускного окна – еще и такт выпуска.

Дальше при движении поршня вниз, он открывает перепускное окно и топливо начинает поступать в надпоршневое пространство – цикл начинает повторяться, при этом на выполнение всего цикла понадобилось только движение поршня сначала вверх, а затем вниз, что соответствует одному обороту колен. вала.

Принцип работы 4-тактного двигателя

Теперь о принципе работы 4-тактных двигателей. Опять же возьмем одноцилиндровый двигатель мотоцикла, но на этот раз «Honda CB 125E».

У этого мотора тоже цилиндр расположен над картером и имеет воздушное охлаждение.

Внутри цилиндра установлен поршень, связанный с коленвалом посредством шатуна. Сверху цилиндр закрыт головкой.

Конструктивной особенностью этого двигателя является наличие механизма, который обеспечивает подачу смеси и отвод продуктов горения – газораспределительный механизм.

Установлен у этого мотора он в головке блока. Суть работы этого механизма – своевременное открытие впускного и выпускного окон, которые закрыты клапанами.

Работает все по такому принципу. Вначале – такт впуска. Чтобы обеспечить этот такт, поршень должен двигаться от ВМТ вниз. При этом клапан открывает впускное окно, через которое разрежением засасывается топливо в цилиндр.

После достижения НМТ впускное окно клапаном закрывается, поршень в это время начинает двигаться вверх, начинается такт сжатия.

При этом такте оба окна закрыты, цилиндр полностью герметичен, а поршень при движении вверх сжимает горючую смесь, поступившую ранее.

При подходе поршня к ВМТ, когда смесь по максимуму сжата, производится ее воспламенение от искры свечи.

Избыточное давление при сгорании заставляет двигаться поршню вниз – происходит рабочий ход, при котором окна тоже остаются закрытыми.

После достижения НМТ, поршень начинает движение вверх, в этот момент клапан открывает выпускное окно и поршень выталкивает через него продукты горения.

В результате получается, что для выполнения тактов впуска и сжатия нужен один оборот колен. вала, а для рабочего хода и выпуска – еще один оборот.

Это были принципы работ 2-тактного и 4-тактного двигателей на примере мотоциклов.

Эти принципы используются на всех двигателях внутреннего сгорания – от моторчика авиамодели до мощного 12-цилиндрового мотора танка.

Конструктивные особенности

Помимо различий в принципе работы у этих моторов еще и существуют конструктивные особенности.

2-тактный двигатель конструктивно проще. Механизм газораспределения – это дополнительное оснащение мотора, которое усложняет конструкцию.

У 2-тактного мотора этот механизм отсутствует и его роль выполняет поршень, открывая и закрывая те или иные окна.

Помимо этого, данный двигатель не нуждается в системе смазки. Обусловлено это тем, что в процессе работы задействовано и подпоршневое пространство, где располагается колен. вал.

Но поскольку кривошипно-шатунный механизм требует смазки, то у этого двигателя она производится вместе с топливом, то есть моторное масло добавляет в топливо, и при поступлении топлива в это пространство, имеющееся масло смазывает механизм.

У 4-тактных двигателей конструкция включает и механизм газораспределения, и отдельную систему смазки.

Это значительно усложняет конструкцию, однако эти двигателя являются более приоритетными, чем двухтактные из-за ряда эксплуатационных недостатков последних.

Эксплуатационные показатели

Теперь об эксплуатационных показателях.

Литровая мощность.

Во многом 2-тактные двигатели по этим показателям лучше. Сказывается затраченная и полученная энергия на осуществление одного рабочего цикла.

У 2-тактного двигателя каждый оборот – это один полный цикл, что обеспечивает больший показатель литровой мощности – отношению объема цилиндра к выходной мощности. В среднем литровая мощность 2-тактного мотора выше, чем у 4-тактного в 1,5 раза.

Удельная мощность.

Еще один показатель, по которому 2-тактный мотор превосходит 4-тактный – это удельная мощность.

Данный показатель характеризует отношение выходной мощности к общей массе двигателя.

Проигрывая в мощностных показателях, 4-тактный двигатель лучше по показателям расхода топлива.

У него подача смеси происходит дозировано, через впускное окно, при этом выпускное – закрыто.

У 2-тактного же мотора существует момент, когда выпускное и перепускное окна оказываются открытыми, при этом поступающее топливо частично выходит через выпускное окно вместе с продуктами горения, то есть, часть топлива не участвует в процессе, а просто вылетает в атмосферу.

Смазка двигателя.

У 4-тактного мотора имеется система смазки, обеспечивающей смазку всех узлов, но при этом масло циркулирует по закрытой системе, потери его незначительны и в основном из-за износа двигателя.

Смазка 2-тактного мотора производится вместе с топливом, а значит, выполнив свою функцию масло попадает в цилиндр, где и сгорает.

Надежность моторов.

По поводу надежности конструкции этих моторов, то здесь довольно интересная ситуация.

Конструктивно 2-тактный мотор проще, а значит и надежнее. Но у 4-тактного мотора есть более совершенная система смазки, которая обеспечивает больший ресурс мотору.

Вот и получается, что оба мотора надежны, но каждый по-своему. А вот по ремонтопригодности 2-тактный мотор все-таки лучше.

Та же совместная смазка вместе с топливом у 2-тактных двигателей сказывается и на экологичности этого мотора. Сгорание масла в большей степени обеспечивает загрязнение атмосферы.

Совмещение рабочих тактов у 2-тактного двигателя сказывается на шумности работы установки, она несколько выше, чем у 4-тактного агрегата.

Зато отсутствие дополнительных систем и механизмов обеспечивает более легкую и менее металлоемкую конструкцию, что сказывается на общей массе установки.

Более сложная конструкция 4-тактной установки играет и положительную роль.

У этих моторов существует возможность модернизации системы питания, применение инжекторных систем с раздельной подачей топлива и воздуха в цилиндры, повышающих мощность и экономичность двигателей.

У 2-тактных моторов возможность совершенствования ограничена все той же смазкой вместе с топливом. Хотя попытки улучшить показатели этих моторов осуществляются постоянно.

Итог

В целом, применение до сих пор имеют оба этих мотора и вряд ли когда-либо откажутся от использования одного из них, оскольку у каждого из них имеются свои преимущества, востребованные в тех или иных условиях.

Оцените статью

Четырёхтактный двигатель — Википедия

Четырёхтактный двигатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания, в котором рабочий процесс в каждом из цилиндров совершается за два оборота коленчатого вала, то есть за четыре хода поршня (такта). Начиная с середины XX века — наиболее распространённая разновидность поршневого ДВС, особенно в двигателях средней и большой мощности.

Работа четырёхтактного двигателя в разрезе. Цифрами обозначены такты

Рабочий цикл четырёхтактного двигателя происходит за четыре такта, каждый из которых составляет один ход поршня между мертвыми точками, при этом двигатель проходит следующие фазы:

• Впуск. Длится от 0 до 180° поворота кривошипа. При впуске поршень движется вниз от верхней мертвой точки, открыт впускной клапан. В цилиндре образуется разрежение, за счёт которого в него засасывается свежий заряд. При наличии нагнетателя смесь нагнетается в цилиндр под давлением.
• Такт сжатия. 180—360° поворота кривошипа. Поршень движется к ВМТ, при этом заряд сжимается поршнем до давления степени сжатия. За счёт сжатия достигается бо́льшая удельная мощность, чем могла бы быть у двигателя, работающего при атмосферном давлении (такого как двигатель Ленуара), за счёт того, что в небольшом объёме заключен весь заряд рабочей смеси. Кроме того, повышение степени сжатия позволяет увеличить КПД двигателя. В двигателях Отто любой конструкции сжимается горючая смесь, в дизелях — чистый воздух.

В конце такта сжатия происходит зажигание заряда в двигателях Отто или начало впрыска топлива в двигателях Дизеля.

• Рабочий ход 360—540° кривошипа — движение поршня в сторону нижней мёртвой точки под давлением горячих газов, передаваемого поршнем через шатун коленчатому валу. В двигателе Отто при этом происходит процесс изохорного расширения, в дизеле за счёт продолжающегося горения рабочей смеси подвод теплоты продолжается столько, сколько длится впрыск порции топлива. Поэтому сгорание в дизеле обеспечивает процесс, близкий к адиабатному, расширение происходит при одинаковом давлении.
• Выпуск. 540—720° поворота кривошипа — очистка цилиндра от отработавшей смеси. Выпускной клапан открыт, поршень движется в сторону верхней мёртвой точки, вытесняя выхлопные газы.

В реальных двигателях фазы газораспределения подбираются таким образом, чтобы учитывалась инерция газовых потоков и геометрия трактов впуска и выпуска. Как правило, начало впуска опережает ВМТ от 15 до 25°, конец впуска отстает примерно на столько же от НМТ, так как инерция потока газов обеспечивает лучшее заполнение цилиндра. Выхлопной клапан опережает НМТ рабочего хода на 40 — 60°, при этом давление сгоревших газов к НМТ падает и противодавление на поршень при выхлопе оказывается ниже, что повышает КПД. Закрытие выхлопного клапана также относится за ВМТ впуска для более полного удаления выхлопных газов.

Так как процесс горения и распространение фронта пламени в двигателях Отто требуют определенного времени, зависящего от режима работы двигателя, а максимальное давление из соображений геометрии кривошипно-шатунного механизма желательно иметь от 40 до 45° от ВМТ начала рабочего хода, зажигание осуществляется с опережением — от 2 — 8° на холостом ходу до 25 — 30° на режимах полной нагрузки.

Рабочий процесс дизельного двигателя отличается от описанного выше тем, что заряд в камере сгорания — чистый воздух, нагретый от сжатия до температуры воспламенения. За некоторое время до ВМТ, называемое временем инициации, в камеру сгорания начинает впрыскиваться жидкое топливо, распыленное до капель, каждая из которых подвергается инициации, то есть нагревается, испаряясь с поверхности, при испарении вокруг каждой из капель образуется и воспламеняется в горячем воздухе горючая смесь. Время инициации для каждого дизеля стабильно, зависит от особенностей конструкции и изменяется только с его изнашиванием, поэтому, в отличие от момента зажигания, момент впрыска в дизеле задается раз и навсегда при его конструировании и изготовлении. Так как смесь во всем объёме камеры сгорания в дизеле не образуется, а факел распыла форсунки занимает небольшой объём камеры, количество воздуха на каждый объём впрыснутого топлива должно быть избыточным, в противном случае процесс горения протекает не до конца, а выхлопные газы содержат большое количество недогоревшего углерода в виде сажи. Само горение длится столько времени, сколько длится впрыскивание данной конкретной порции топлива — от нескольких градусов после ВМТ на холостом ходу до 45-50° на режимах полной мощности. В мощных дизелях цилиндр может снабжаться несколькими форсунками.

Главные особенности четырёхтактного двигателя[править | править код]

• Газообмен в цилиндре практически полностью обеспечивается перемещением рабочего поршня;
• Для переключения полости цилиндра на впуск и на выхлоп используется отдельный газораспределительный механизм;
• Каждая фаза газообмена выполняется во время отдельного полуоборота коленчатого вала;
• Привод систем газораспределения, зажигания и впрыска топлива должен вращаться с частотой вдвое меньшей, чем частота вращения коленчатого вала двигателя. Для этого могут применяться как шестерёнчатые редукторы, так цепная или ременная передача.

Цикл Отто[править | править код]

Идеализированный цикл Отто, показанный в координатах давление (Р) и объём (V): такт впуска(A) , представляющий собой изобарическое расширение; за ним следует такт сжатия (B) , представляющий собой адиабатический процесс. Далее следуют сжигание топлива, которое является изохорическим процессом, и адиабатическое расширение, характеризующие такт рабочего хода (C) . Цикл завершается изохорическим процессом и изобарическим сжатием, характеризующими
такт выпуска (D) . TDC — верхняя мёртвая точка; BDC — нижняя мёртвая точка

Четырёхтактный двигатель впервые был запатентован Алфоном де Роше (англ.) в 1861 году. До этого около 1854—1857 годов два итальянца (Евгенио Барсанти и Феличе Матоцци) изобрели двигатель, который, по имеющейся информации, мог быть очень похож на четырёхтактный двигатель, однако тот патент был утерян.

Первым человеком, построившим первый практически используемый четырёхтактный двигатель, был немецкий инженер Николаус Отто. Поэтому четырёхтактный цикл известен как цикл Отто, а четырёхтактный двигатель, использующий свечи зажигания, называется двигателем Отто.

Идеальный цикл Отто состоит из адиабатического сжатия, сообщения теплоты при постоянном объёме, адиабатического расширения и отдачи теплоты при постоянном объёме. В практическом четырёхтактном цикле Отто имеются также изобарическое сжатие (выхлоп) и изобарическое расширение (впуск), которые обычно не рассматриваются, так как в идеализированном процессе они не играют роли ни в сообщении рабочему газу теплоты, ни в совершении газом работы.

Это видеоролик о работе двигателя Отто. (2 мин 16 сек, 320×240, 340 кбит/с)

Атрибутивный агрегат четырёхтактного двигателя, управляет газообменом при смене тактов, обеспечивая поочередное подключение полости цилиндра к впускному и выхлопному коллекторам.

Управление газораспределением может осуществляться:

МЕХАНИЧЕСКИ:

 — распределительным кулачковым валом или валами с клапанами;

 — цилиндрическими гильзовыми золотниками, движущимися возвратно-поступательно либо вращающимися в головке цилиндров;

МИКРОПРОЦЕССОРОМ. В этом случае привод клапанов осуществляется непосредственно мощными быстродействующими электромагнитами (БМВ) или с использованием гидропривода (ФИАТ).

В первом случае клапанами управляет распределительный вал, вращающийся вдвое медленнее коленчатого вала. Распределительный вал имеет несколько кулачков, каждый из которых управляет одним впускным или выхлопным клапаном. От распредвалов часто приводятся дополнительные сервисные устройства двигателя — масляные, топливные насосы, распределитель зажигания, ТНВД, иногда — механические нагнетатели и др.

В разных двигателях используются один или несколько распределительных валов, расположенных возле коленвала, над рядом цилиндров или даже над каждым рядом клапанов. Привод распредвалов осуществляется от коленвала либо распределительными шестернями, либо пластинчато-роликовой цепью, либо зубчатым ремнем. В некоторых старых конструкциях использовались валики с коническими шестернями (В-2). В любом случае валы синхронизированы с частотами вращения 1 : 2.

В любом случае вал, расположенный рядом с коленчатым, называется нижним, в головке над или рядом с клапанами — верхним. Клапаны по расположению относительно камеры сгорания также могут быть верхними — расположенными над донышком поршня, или нижними — расположены рядом с цилиндрами сбоку. Нижние клапаны приводятся от нижнего вала через короткие стаканообразные толкатели. Привод верхних клапанов от нижнего вала осуществляется, как правило, штанговым механизмом, от верхнего либо через рокеры (коромысла), либо через стаканообразные толкатели. Во многих двигателях используются гидравлические толкатели, автоматически выбирающие зазоры в клапанных парах и делающие механизм газораспределения необслуживаемым.

Клапан представляет собой стержень с тарелкой, выполненной из жаростойких материалов. Стержень клапана совершает возвратно-поступательные движения в направляющей втулке, тарелка коническим герметизирующим пояском ложится на клапанное седло, также выполняемое из жаростойких материалов. И седло, и направляющая втулка являются контактными поверхностями, через которые осуществляется охлаждение клапана. Особено важно это положение для выхлопных клапанов, которые постоянно работают в потоках горячих газов (а при неправильной установке зажигания или момента впрыска — в потоке пламени) и нуждаются в интенсивном теплоотводе. Поэтому для улучшения охлаждения внутри стержня клапана может располагаться полость с теплопроводным материалом — с натрием, с медью. А сами контактирующие поверхности должны быть гладкими и иметь минимально возможные зазоры. Многие клапаны имеют механизмы поворота, обеспечивающие принудительное вращение вокруг продольной оси в процессе работы.

Открытие клапана осуществляет соответствующий кулачок, закрытие — либо возвратна клапанная пружина/пружины, либо особый десмодромный механизм (Даймлер-Бенц), позволяющий из-за отсутствия пружин достичь очень высоких скоростей перемещения клапанов и, соответственно, существенно поднять обороты двигателя без существенного повышения усилий в механизме распределения. Дело в том, что чем слабее клапанная пружина, тем медленнее возврат клапана в седло. Уже при работе на относительно невысоких оборотах слабые пружины позволяют клапанам «зависать» и соприкасаться с поршнями (двигатели ВАЗ без внутреннего ряда клапанных пружин — на 5500-6000 об/мин). Чем сильнее клапанные пружины, тем большие напряжения испытывают детали ГРМ и тем более качественное масло должно использоваться для его смазки. Десмодромный механизм позволяет перемещать клапана с такой скоростью, которая ограничена только моментом их инерции, то есть, существенно более высокой, чем достижимые для клапанов скорости в реальных двигателях.

Электромагнитное или электрогидравлическое управление с микропроцессором, сверх этого, позволяет легко корректировать фазы газораспределения двигателя, добиваясь наивыгоднейшей характеристики распределения на каждом режиме.

Некоторые ранние модели двигателей («Харлей-Дэвидсон», «Пежо») имели впускные клапаны со слабыми пружинами, обеспечивавшими «автоматическое» открывание клапана после начала впуска под действием вакуума над поршнем.

Для коррекции фаз газораспределения в ГРМ с распредвалами используются разного рода дифференцирующие механизмы, их конструкция зависит от компоновки двигателя и ГРМ (которая во многом определяет компоновку всего ДВС).

Работа ДВС сопровождается выделением значительного количества теплоты из-за высоких температур рабочих газов и существенных контактных напряжений в трущихся деталях. Поэтому для обеспечения работы двигателя детали, образующие пары трения, необходимо охлаждать и смазывать, а из зазоров между ними вымывать продукты механического износа. Смазывающее масло, помимо обеспечения масляного клина в зазорах, отводит значительное количество тепла от нагруженных трущихся поверхностей. Для охлаждения гильз цилиндров и элементов головки двигателя дополнительно используется система принудительного охлаждения, которая может быть жидкостной и воздушной.

Система смазки двигателя состоит из ёмкости с маслом, в таком качестве часто используется поддон картера — в системе с масляным картером или отдельный масляный бак — в системе с сухим картером. Из ёмкости масло засасывается масляным насосом, шестерёнчатым или, реже, коловратным, и по каналам поступает под давлением к пáрам трения. В системе с масляным картером гильзы цилиндров и некоторые второстепенные детали смазываются разбрызгиванием, системы с сухим картером предусматривают наличие специальных лубрикаторов, обеспечивающих смазку и охлаждение этих же деталей. В двигателях средней и большой мощности в систему смазки включаются элементы масляного охлаждения поршней в виде залитых в донышки змеевиков или специальных форсунок, обливающих днище поршня со стороны картера. Как правило, система смазки содержит один или несколько фильтров для очистки масла от продуктов износа пар трения и осмоления собственно масла. Фильтры используются либо с картонной шторкой с определённой степенью пористости, либо центробежные. Для охлаждения масла часто применяют воздушно-масляные радиаторы или водомасляные теплообменники.

Система воздушного охлаждения в простейшем случае представлена просто массивным оребрением цилиндров и головок. Набегающий поток воздуха снаружи и масло изнутри охлаждает двигатель. Если обеспечить теплоотвод набегающим потоком невозможно, в систему включается вентилятор с воздуховодами. Наряду с таким неоспоримыми достоинствами, как простота двигателя и относительно высокая живучесть в неблагоприятных условиях, а также относительно меньшая масса, воздушное охлаждение имеет серьёзные недостатки:

— большое количество воздуха, продувающего двигатель, несёт большое количество пыли, которая оседает на оребрении, особенно при подтекании масла, неизбежном в эксплуатации, в результате эффективность охлаждения резко снижается;

— невысокая теплоёмкость воздуха заставляет продувать через двигатель существенные его объёмы, для чего требуется существенный отбор мощности для работы вентилятора охлаждения;

— форма деталей двигателя плохо соответствует условиям хорошего обтекания воздушным потоком, в связи с чем добиться равномерного охлаждения элементов двигателя очень трудно; из-за разницы рабочих температур в отдельных элементах конструкции возможны большие термические напряжения, что снижает долговечность конструкции.

Поэтому воздушное охлаждение применяется в ДВС нечасто и, как правило, либо на дешевых конструкциях, либо в тех случаях, когда работа двигателя протекает в особых условиях. Так, на транспортёре переднего края ЗАЗ-967 используется двигатель с воздушным охлаждением МеМЗ-968, отсутствие водяной рубашки, рукавов и радиатора охлаждения повышает живучесть транспортёра в условиях поля боя.

Жидкостное охлаждение имеет ряд преимуществ и применяется на ДВС в большинстве случаев. Преимущества:

— высокая теплоёмкость жидкости способствует быстрому и эффективному отводу тепла из зон теплообразования;

— гораздо более равномерное теплораспределение в элементах конструкции двигателя, что существенно снижает тепловые напряжения;

— использование жидкостного охлаждения позволяет быстро и эффективно регулировать поток тепла в системе охлаждения и, стало быть, быстрее и гораздо равномернее, чем в случае с воздушным охлаждением, прогревать двигатель до температур рабочего диапазона;

— жидкостное охлаждение позволяет увеличивать как линейные размеры деталей двигателя, так и его теплонапряжённость за счёт высокой эффективности теплоотведения; поэтому все средние и крупные двигатели имеют жидкостное охлаждение, за исключением ПДП-двухтактных двигателей, у которых зона продувочных окон гильз охлаждается продувочным воздухом из соображений компоновки;

— специальная форма водо-воздушного или водо-водяного теплообменника позволяет максимально эффективно передавать тепло двигателя в окружающую среду.

Недостатки водяного охлаждения:

— повышение веса и сложность конструкции двигателя из-за наличия водяной рубашки;

— наличие теплообменника/радиатора;

— снижение надёжности агрегата из-за наличия стыков рукавов, шлангов и патрубков с возможными течами жидкости;

— обязательное прекращение работы двигателя при потере хотя бы части охлаждающей жидкости.

Современные системы жидкостного охлаждения используют в качестве теплоносителя специальные антифризы, замерзающие при низких температурах и содержащие пакеты присадок разного назначения — ингибиторы коррозии, моющие, смазывающие, антипенные, а иногда и герметизирующие места возможных течей. С целью повышения КПД двигателя системы герметизируют, при этом повышая рабочий диапазон температур к области кипения воды. Такие системы охлаждения работают при давлении выше атмосферного, их элементы рассчитаны на поддержание повышенного давления. Этиленгликолевые антифризы имеют высокий коэффициент объёмного расширения. Поэтому в таких системах часто применяются отдельные расширительные бачки или радиаторы с увеличенными верхними бачками.

С целью стабилизации рабочей температуры и для ускорения прогрева двигателя в системы охлаждения устанавливают термостаты. Для воздушного охлаждения термостат — сильфон, заполненный церезином или этиловым спиртом в сочетании с обоймой и системой рычагов, поворачивающих заслонки, обеспечивающие переключение и распределение воздушных потоков. В системах жидкостного охлаждения точно такой же термоэлемент осуществляет открытие клапана или переключение системы клапанов, направляющих жидкость либо в радиатор, либо в специальный канал, обеспечивающий циркуляцию нагреваемой жидкости и равномерное прогревание двигателя.

Радиатор или теплообменник охлаждения имеет вентилятор, продувающий через него поток атмосферного воздуха, с гидростатическим или электрическим приводом.

Двигатели Отто имеют термический КПД около 40 %, что с механическими потерями дает фактический КПД от 25 до 33%.

Современные двигатели могут иметь уменьшенный КПД для удовлетворения высоких экологических требований.

КПД ДВС можно повысить с помощью современных систем процессорного управления топливоподачей, зажиганием и фазами газораспределения. Степень сжатия современных двигателей, как правило, имеет значения, близкие к предельным (спорный момент, см. Цикл Миллера).

Факторы, влияющие на мощность двигателя[править | править код]

Четырёхтактный цикл
1=верхняя мёртвая точка
2=нижняя мёртвая точка
A: такт впуска
B: такт сжатия
C: такт рабочего хода
D: такт выпуска

Мощность поршневого двигателя зависит от объёма цилиндров, объёмным КПД, потерь энергии — газодинамических, тепловых и механических, степени сжатия топливо-воздушной смеси, содержания кислорода в воздухе и частоты вращения. Мощность двигателя зависит также от пропускной способности тактов всасывания и выхлопа, а значит, от их проходных сечений, длины и конфигурации каналов, а также от диаметров клапанов, больше впускных. Это справедливо для любых поршневых двигателей. Максимальная мощность ДВС достигается при наивысшем наполнении цилиндров. Частота вращения коленвала в конечном счёте ограничена прочностью материалов и свойствами смазки. Клапана, поршни и коленчатые валы испытывают больши́е динамические нагрузки. На высоких оборотах двигателя могут происходить физические повреждения поршневых колец, механический контакт клапанов с поршнями, что приводит к разрушению двигателя. Поршневые кольца вертикально колеблются в канавках поршней. Эти колебания ухудшают уплотнение между поршнем и гильзой, что приводит к потере компрессии, падении мощности и КПД в целом. Если коленвал вращается слишком быстро, клапанные пружины не успевают достаточно быстро закрывать клапана. Это может привести к контакту поршней с клапанами и вызывать серьёзные повреждения, поэтому на скоростных спортивных двигателях используют привод клапанов без возвратных пружин. Так, «Даймлер-Бенц» серийно выпускает моторы с десмодромным управлением клапанами (с двойными кулачками, один открывает клапан, другой прижимает его к седлу), БМВ использует электромагнитное управление клапанами. На высоких скоростях ухудшаются условия работы смазки во всех парах трения.

Совокупно с потерями на преодоление инерции возвратно-поступательно движущихся элементов ЦПГ, это ограничивает среднюю скорость поршней большинства серийных двигателей 10 м/с.

Четырёхтактные двигатели могут быть как бензиновыми, так и дизельными. Они находят самое широкое применение в качестве первичных двигателей на стационарных и транспортных энергоустановках.

Как правило, четырёхтактные двигатели используются в тех случаях, когда имеется возможность более или менее широко варьировать соотношение оборотов вала со снимаемой мощностью и крутящим моментом либо тогда, когда это соотношение не играет роли при работе машины. Например, двигатель, нагруженный электрогенератором, в принципе может иметь любую рабочую характеристику и согласуется с нагрузкой только по рабочему диапазону оборотов, которые в принципе могут быть любыми, приемлемыми для генератора. Использование промежуточных передач вообще делает четырёхтактный двигатель более адаптированным к нагрузкам в самых широких пределах. Они же являются более предпочтительными в тех случаях, когда установка длительное время работает вне установившегося режима — благодаря более совершенной газодинамике их работа в переходных режимах и режимах со снятием частичной мощности оказывается более устойчивой.

При работе на вал в заданном диапазоне оборотов, особенно тихоходный (гребной вал теплохода), предпочтительнее использование двухтактных двигателей, как имеющих более выгодные массово-мощностные характеристики на низких оборотах.

• Рикардо Г.Р. Быстроходные двигатели внутреннего сгорания. — М.: ГНТИ Машиностроительной литературы, 1960.

Двухтактный дизельный двигатель: устройство и принцип работы

Двухтактный дизельный двигатель представляет собой двигатель внутреннего сгорания. Топливо-воздушная смесь сгорает за 2 движения поршня. Цикл завершается всего за 1 оборот коленвала. Такие показатели кажутся впечатляющими, однако существует несколько особенностей работы агрегата, о которых стоит узнать подробнее.

Главным достоинством такого мотора можно считать меньший расход топлива в сравнении с бензиновыми агрегатами. Это происходит за счет одной из особенностей дизельного топлива. Оно плотнее бензина, поэтому при сгорании дает на 15% энергии больше. Это обеспечивается более длинной цепочкой углеродов. Кроме того, технические характеристики таких двигателей стоят наравне с показателями аналогичных двигателей.

Строение

В состав двухтактного дизеля входит картер, совмещенный с коленчатым валом поршень, форсунки, впускные и выпускные окна цилиндра, топливный и водяной насосы. Последний снабжается плунжерным переключателем и датчиком температуры, а также емкостями, которые наполняются водой. Агрегат обеспечивает повышение КПД и за счет улучшенного сгорания топливо-воздушной смеси. Токсичность отходов при этом снижается.

В двухтактном моторе расположена газовая турбина и нагнетатель. Последний отвечает за повышение давления в цилиндрах — это обеспечивает экономию топлива и повышение мощности. Газовая турбина запускает преобразователь энергии тепла в энергию движения.

Продувочный воздух поступает в двухтактный дизельный двигатель несколькими способами — с помощью:

• насосов;
• продувочных камер;
• компрессоров.

Продувка может осуществляться по одной из схем — контурной или клапанно-щелевой.

Стоит отметить, что использование контурной схемы снижает как экономические, так и технические показатели агрегата. Это объясняется тем, что в цилиндрах имеются не продуваемые области.

Цилиндры монтированы вдоль. Каждый из них оснащается выпускными и вентиляционными отверстиями. Газ поступает к турбине через коллектор. Когда поршни двигаются, рабочая камера периодически открывается и закрывается. Коленчатые валы взаимодействуют друг с другом. Это обеспечивается механизмом основной передачи.Топливо при этом сгорает при достаточно высокой температуре.

Для смазки трущихся деталей и подшипников применяется смесь масла и топлива. Она подается в цилиндр и кривошипную камеру. Смазки эти узлы не имеют, поскольку она смылась бы топливом. Именно поэтому к горючему его доливают в определенном соотношении.

При этом для двухтактного дизельного двигателя используется определенное масло. Оно выдерживает продолжительное воздействие высоких температур, способно практически не оставлять после сгорания зольных отложений.

Как работает?

Принцип работы двухтактного дизеля основан на выполнении 2 тактов: сжатие и рабочий ход. Конструкция агрегата позволяет выполнять весь цикл вдвое быстрее, чем в четырехтактных моторах.

Для двухтактных дизельных двигателей принцип работы следующий:

1. Поршень из НМТ начинает двигаться вверх. В цилиндре имеется воздух. Приходе поршня вверх он сжимается, а когда поршень подходит к ВМТ, впрыскивается порция свежего топлива. При этом горючее самовоспламеняется и осуществляется рабочий ход.
2. Продукты сгорания толкают поршень, вследствие чего тот движется вниз. Когда поршень доходит до НМТ, осуществляется продувка —воздух замещает продукты сгорания. Это является завершением цикла.

Внизу цилиндра имеются продувочные окна. Они необходимы для процесса продувки. Когда поршень снизу, они открыты. Во время подъема поршня они закрываются. Значительное увеличение показателя мощности двухтактных моторов происходит за счет повышения числа рабочих ходов. Двухтактный дизельный двигатель, принцип работы которого достаточно прост, обладает массой преимуществ.

Мифы о двухтактных дизельных моторах

Существует несколько распространенных мифов касательно двухтактных двигателей:

1. Слишком медленная работа. В действительности современные моторы с турбонаддувом гораздо эффективнее предыдущих моделей.
2. Такие моторы слишком громкие. Чтобы этого избежать, необходима правильная настройка двигателя. При правильном выполнении всех настроек работа мотора происходит немногим громче бензинового аналога. Высокий уровень шума свидетельствует о неправильной настройке мотора или его неисправности. Для старых моделей высокий уровень шума — характерная черта, создание появление аккумуляторных систем с высоким давлением существенно снизило уровень шума.
3. Покупать дизель выгоднее бензина. Это так, но лишь отчасти. Несколько лет назад дизельное топливо стоило намного дешевле бензина, однако сегодня разница составляет всего 10-20%. Основная экономичность заключается в способности теплотворной способности горючего.
4. Такие моторы плохо заводятся зимой. Раньше проблемы с ними действительно возникали. Однако современные автомобили с дизельными двигателями оснащены быстрым запуском, что снижает время на ежедневные подготовки к поездкам.

Срок службы дизеля превышает бензиновые агрегаты. Он может достигать 400-600 тыс. км.

Каждый двухтактный дизельный двигатель имеет одну отличительную особенность — через окна цилиндров впускается воздух и устраняются отработавшие газы. Когда они выходят через клапан в цилиндре, а воздух поступает через окна, система такой очистки называется клапанно-щелевой.

Подобные системы очистки имеют одну особенность — в цилиндре остается только часть воздуха. Поднимаясь вверх, он частично выходит за пределы мотора. Такую очистку еще называют прямоточной. Она обеспечивает максимальную эффективность очистки двигателя от продуктов сгорания.

Помимо прямоточной продувки существует и петлевая, однако она отличается меньшим качеством очистки. Именно поэтому для современных автомобилей она используется нечасто. Рабочие ходы такого агрегата выполняются в два раза чаще, однако на мощности это сказывается незначительно (она увеличивается в 1,5-1,7 раза). Это объясняется наличием продувки, а также тем, что внутри цилиндра происходит более короткий ход.

Преимущества

Двухтактные дизельные двигатели стали производиться относительно недавно. Такие моторы на сегодняшний день имеют множество модификаций. К примеру, зажигание бывает 2 типов: контактным и бесконтактным.Также отличаются и схемы таких моторов. Применяется двухтактная система на танках, в самолетах, в тяжелой промышленной технике.

Другие достоинства:

1. Небольшой размер. Для установки агрегата требуется совсем немного места. Такие моторы легко умещаются под капотом транспортных средств.
2. Небольшая масса. Стандартный турбодизель весит почти в 2 раза больше, чем двухтактный дизельный двигатель.
3. Значительная экономия топлива. Расход горючего снижен практически в 2 раза по сравнению с обычным дизельным агрегатом.
4. Простая конструкция. При обслуживании таких двигателей нет необходимости применять специальные технологии.

Такие преимущества выгодно выделяют двухтактные дизельные двигатели на фоне бензиновых собратьев. Имеются у таких моторов и серьезные недостатки.

Недостатки

Небольшое распространение агрегатов объясняется рядом причин. К примеру, детали на такие моторы найти получится с трудом. Именно поэтому выполнить ремонт двухтактного дизельного двигателя становится проблематично. Кроме того, специалистов по обслуживанию таких агрегатов достаточно мало.

Другие недостатки:

• высокая цена дизельных двигателей и малый выбор моделей;
• увеличенный расход масла;
• необходимость установки воздушных фильтров.

Явным недостатком дизелей является использование мощного стартера. На морозе дизельное топливо мутнеет и застывает. Ремонт топливной аппаратуры затрудняется тем, что насосы высокого давления изготавливаются с высокой точностью.

Существенным минусом двухтактных дизелей является невозможность их применения в высокотемпературных режимах. Масло при таких условиях закоксовывается, возникает залегание поршневых колец. Кроме того, из-за недостаточной продувки топливо сгорает не полностью, что сказывается на значении КПД и уровне токсичности.

Итоги

Дизельные двигатели, имеющие два такта, изобретались с одной целью — снизить токсичность отработавших газов, а также увеличить экономичность двигателя, повысить КПД.

Стоит упомянуть о зажигании. Чтобы топливо воспламенилось, необходимо время, поэтому разряд на свече возникает заранее, перед тем, как поршень достигнет ВМТ. Чем быстрее происходит движение поршня, тем раньше должна зажигаться свеча. Существуют специальные устройства, позволяющие менять угол зажигания в зависимости от частоты вращения коленвала.