Описание четырёхтактного двигателя

Описание четырёхтактного двигателя

Начинается все в работе вышеуказанных силовых агрегатов с процесса впуска готовой топливной смеси (то есть, бензина и воздуха) в цилиндр. При этом, поршень опускается в самый вниз (нижняя мертвая точка). На следующем этапе работы четырёхтактного двигателя мотоцикла, автомобиля или прочей механики происходит сжатие топливной смеси.

Во время этого процесса поршень движется к крайней верхней мертвой точке. При этом, под существенным давлением закрывается клапан цилиндра. На данном отрезке времени топливная смесь уже готова к процессу воспламенения.

Четырехтактный мотор байка продолжает свою работу после того, как свеча зажигания выдала искру и зажгла топливную смесь. После такого возгорания образовавшиеся в камере внутреннего сгорания газы расширяются и толкают поршень четырехтактного мотора вниз. Таким образом последний возвращается в исходное положение.

Дальше последует цикл выпуска газов в выхлопную систему (колено, глушак). Четырехтактный двигатель мотоцикла или автомобиля, при этом, предусматривает открытие выпускного клапана. На этом этапе прослеживается активное движение поршня вверх. Именно последний и выталкивает все продукты, образованные после воспламенения топлива, прочь из цилиндра.

Особенности четырехтактного двигателя

Данный силовой агрегат обладает массой отличий от двухтактного мотора. Во-первых, даже простой одноцилиндровой конфигурации движка он способен принести немалую мощность в дополнение к еще большей экономичности. При такой-то работе силового механизма, ведь не теряется даже небольшая часть топливной смеси, что так характерно для 2 тактной работы движка мотоцикла или автомобиля.

Все же двухтактные моторы могут похвастаться гораздо большей мощностью разделяя последнюю на объём. При этом, четырехтактный двигатель байка или четырехколесной машины обладает более существенным КПД.

Установка двухтактных двигателей больше приурочена небольшому пространству. Если на вашей раме и так мало места, устанавливать четырехтактные движки на нее неразумно.
Также отметим, что 4 тактные двигатели редко устанавливают на небольшие мотоциклы, компактные моторные лодки, бензопилы или же важные для всех нас моторизованные инструменты, ведь такая техника и без того экономична.

Четырёхтактный двигатель устанавливают на все остальные крупные транспортные средства, генераторы и т.п. механику.

Охлаждаются такие 4-х тактники моторы при помощи жидкостной системы или же, используя воздушные потоки.

Перечень преимуществ силового агрегата, проходящего 4 полные такта включает в себя:
— огромный ресурс;
— заметная экономичность;
— высокая чистота выхлопа;
— отсутствие потребности в сложной выхлопной системе;
— небольшой уровень шума в работе мотора;
— отсутствие потребности в ручном подготовлении смеси масла с бензина.

Желаем всем мотоциклистам ни гвоздя ни жезла!

Четырехтактный двигатель, устройство и принцип работы

Рабочим циклом двигателя называется периодически повторяющийся ряд последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу. Автомобильные двигатели чаще всего работают по четырёхтактному циклу, который совершается за два оборота коленчатого вала или четыре хода поршня и состоит из тактов впуска, сжатия, расширения и выпуска.

В карбюраторном четырёхтактном двигателе рабочий цикл происходит следующим образом.

Рабочий цикл карбюраторного двигателя:

— Такт сжатия
Поршень идёт из НМТ в ВМТ, сжимая рабочую смесь. При этом значительно возрастает температура смеси. Отношение рабочего объёма цилиндра в НМТ и объёма камеры сгорания в ВМТ называется степенью сжатия. Степень сжатия — очень важный параметр, обычно, чем она больше, тем больше топливная экономичность двигателя. Однако, для двигателя с большей степенью сжатия требуется топливо с большим октановым числом, которое дороже.
Такт расширения, или рабочий ход

Незадолго до конца цикла сжатия топливовоздушная смесь поджигается искрой от свечи зажигания. Во время пути поршня из ВМТ в НМТ топливо сгорает, и под действием тепла сгоревшего топлива рабочая смесь расширяется, толкая поршень. При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при этом такте коленчатого вала называют рабочим ходом. Степень «недоворота» коленчатого вала двигателя до ВМТ при поджигании смеси называется углом опережения зажигания. Опережение зажигания необходимо для того, чтобы сгорание топлива успело, полностью закончится к моменту достижения поршнем НМТ, то есть для наиболее эффективной работы двигателя. Сгорание топлива занимает практически фиксированное время, поэтому для повышения эффективности двигателя нужно увеличивать угол опережения зажигания при повышении оборотов. В старых двигателях эта регулировка производилась механическим устройством (центробежным и вакуумным регулятором, воздействующим на прерыватель). В современных двигателях для регулировки угла опережения зажигания используют электронику.

Гифка наглядно демонстрирует процесс работы четырехтактного двигателя

— Такт выпуска
После НМТ рабочего цикла открывается выпускной клапан, и движущийся вверх поршень вытесняет выхлопные газы из цилиндра двигателя. При достижении поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается, и цикл начинается сначала.

Полностью очистить цилиндры двигателя от продуктов сгорания практически невозможно (слишком мало времени), поэтому при последующем впуске свежей горючей смеси она перемещается с остаточными отработавшими газами и называется рабочей смесью.

Коэффициент остаточных газов характеризует степень загрязнения свежего заряда отработавшими газами и представляет собой отношение массы продуктов сгорания, оставшихся в цилиндре, к массе свежей горючей смеси. Для карбюраторных двигателей коэффициент остаточных газов находится в пределах 0,06-0,12.

По отношению к рабочему ходу такты впуска, сжатия и выпуска являются вспомогательными.

Рабочий цикл дизельного двигателя
Рабочие циклы четырёхтактного дизеля и карбюраторного двигателя существенно различаются по способу смесеобразования и воспламенения рабочей смеси. Основное отличие состоит в том, что в цилиндр дизеля при такте впуска поступает не горючая смесь, а воздух, который из–за большой степени сжатия нагревается до высокой температуры, а затем в него впрыскивается мелкораспыленное топливо, которое под действием высокой температуры воздуха самовоспламеняется.

Читайте также

В четырёхтактном дизеле рабочие процессы происходят следующим образом.

Поршень движется от НМТ к ВМТ. Впускной и выпускной клапаны закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень сжимает имеющийся в цилиндре воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива.

— Такт расширения, или рабочий ход
При подходе поршня к ВМТ в цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо, подаваемое топливным насосом высокого давления (ТНВД). Впрыснутое топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, самовоспламеняется и начинается процесс сгорания, характеризующийся быстрым повышением температуры и давления. Под действием давления газов поршень перемещается от ВМТ к НМТ. Происходит рабочий ход.

— Такт выпуска
Поршень перемещается от НМТ к ВМТ и через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. После окончания такта выпуска при дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цикл повторяется в той же последовательности.

На этом видео показана работа реального двигателя. Камера встроена в цилиндр блока.

Недостатки четырёхтактных двигателей:

Все холостые ходы (впуск, сжатие, выпуск) совершаются за счёт кинетической энергии, запасённой кривошипно-шатунным механизмом и связанными с ним деталями во время рабочего хода, в процессе которого химическая энергия топлива превращается в механическую энергию движущихся частей двигателя. Поскольку сгорание происходит в доли секунд, то оно сопровождается быстрым увеличением нагрузки на крышку (головку) цилиндра, поршень и другие детали двигателя внутреннего сгорания. Наличие такой нагрузки неизбежно приводит к необходимости увеличить массу движущихся деталей (для повышения прочности), что в свою очередь сопровождается ростом инерционных нагрузок на движущиеся детали.

Уступают по мощности двухтактным.

Преимущества четырёхтактных двигателей:

В отличие от двухтактного двигателя, в котором смазка коленвала, подшипников коленвала, компрессионных колец, поршня, пальца поршня и цилиндра осуществляется благодаря добавлению масла в топливо; коленвал четырехтактного двигателя находится в масляной ванне. Благодаря этому нет необходимости смешивать бензин с маслом или доливать масло в специальный бачок. Достаточно залить чистый бензин в топливный бак и можно ехать, при этом отпадает необходимость покупки специального масла для 2-тактных двигателей.

Так же на зеркале поршня и стенках глушителя и выхлопной трубы образуется значительно меньше нагара. К тому же, в 2-тактном двигателе происходит выброс топливной смеси в выхлопную трубу, что объясняется его конструкцией.

4 Тактный двигатель: принцип работы

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

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

Основные характеристики 4 тактного двигателя

1. Обмен газов происходит за счет движения рабочего поршня;
2. 4 тактный двигатель обладает газораспределительным механизмом, который позволяет переключить цилиндровую полость на впуск и выпуск;
3. Обмен газов происходит в момент отдельного полуоборота коленвала;
4. Цепная, ременная передача и шестеренчатые редукторы позволяют изменить моменты зажигания, впрыскивания бензина и привода газораспределительного механизма относительно частоты верчения коленвала.

История

Примерно 1854-1857 годов итальянцы Евгенио Барсанти и Феличче Матоци создали устройство, которое, согласно существующим сведениям, походило на 4 тактный мотор. Несмотря на это, 4 тактный мотор был запатентован только в 1861 Алфоном де Роше, поскольку изобретение итальянцев было потеряно.

В первый раз пригодный к работе 4 тактный мотор был создан немецким инженером Николаусом Отто, в честь которого четырехтактный цикл назвали циклом Отто, а применяющий свечи зажигания 4 тактный мотор – двигателем Отто.

4 тактный двигатель принцип работы

В двухтактном моторе смазывание коленвала, цилиндровых и поршневых пальцев, подшипника коленвала, поршня и компрессионных колец происходит путем заливки масла в бензин. 4 тактный мотор отличается тем, что в нем коленчатый вал расположен в масляной ванне. За счет этой особенности необходимость в добавлении масла или смешивании топлива попросту отсутствует. Все, что нужно сделать владельцу транспортного средства – это наполнить топливный бак бензином, после чего можно продолжать пользоваться транспортом.

Таким образом, автовладельцу становится незачем приобретать специальное масло, которое нужно для функционирования двухтактных моторов. Помимо этого, 4 тактный мотор отличается уменьшенным количеством нагара на стенах глушителя и поршневом зеркале. Еще одним важным отличием является то, что при двухтактном моторе совершается выплеск горючей смеси в выхлопную трубу – это обусловлено его устройством.

Стоит признать, что четырехтактные двигатели также обладают небольшими недостатками. К примеру, у таких двигателей повышенная длительность старта скутера с места. Также не особо качественными являются работы по регулированию клапанного теплового зазора. При этом следует отметить, что проблему с повышенной длительностью старта скутера можно решить оптимизацией опций центробежного сцепления и передачи.

Конструкция агрегата

Устройство 4 тактного двигателя выглядит таким образом: распредвал размещен в крышке цилиндра и приводится в действие с помощью ведущего колеса, вмонтированного на коленчатом вале. В устройстве 4 тактного двигателя распределительный вал способен открывать и закрывать впускной и выпускной клапан, но лишь один из них, а какой конкретно – зависит от расположения поршня. Помимо этого, на распределительном вале расположены кулачки, с помощью которых приводятся в действие коромысла клапанов.

После своего срабатывания коромысла начинают воздействовать на один из двух клапанов, что приводит к его открытию. Стоит отметить, что между клапаном и регулировочным винтом должен быть узкий промежуток (его еще называют тепловым зазором) – во время нагрева происходит расширение металла, поэтому в случае неимения или слишком маленького размера зазора клапаны не смогут полностью закрыть каналы впуска и выпуска. Зазор при клапане выпуска должен быть большего размера, чем у клапана впуска, поскольку газы выхлопа более горячие, нежели горючая смесь, и, соответственно, это приводит к тому, что клапан выпуска нагревается больше клапана впуска.

Вот и все описание устройства 4 тактного двигателя.

Работа 4 тактного двигателя

Как уже было сказано, работа 4 тактного двигателя состоит из двух оборотов коленвала или, еще можно сказать, четырех тактов поршня.

Работа 4 тактного двигателя происходит таким образом:

1. (впуск). Поршень продвигается в нижнюю сторону, что приводит к открытию клапана впуска. В итоге горючая смесь оказывается в цилиндре, куда она попадает из карбюратора. По достижению поршнем нижнего положения совершается закрытие клапана впуска.
2. (сжатие). Поршень передвигается в верхнюю сторону, что провоцирует сжимание горючей смеси. После того, как поршень приближается к верхней мертвой точке, совершается возгорание сжатого поршнем бензина.
3. (расширение). Происходит возгорание бензина, в результате которого он сгорает – это приводит к растяжению горючих газов и, соответственно, к движению поршня вниз (два клапана оказываются закрытыми).
4. (выпуск). По инерции коленчатый вал продолжает кругооборот вокруг своей оси, а поршень – продвигаться вверх. Вместе с этим происходит открытие клапана выпуска, откуда выхлопные газы попадают в трубу. Когда поршень доходит до верхней мертвой точки, совершается закрытие клапана впуска.

По окончанию работы 4 тактного двигателя четыре такта проходят заново.

Функционирование двухтактного агрегата

Хоть и статья не об этом, однако стоит коротко описать функционирование двухтактного двигателя с целью сравнить их. Как становится понятно из наименования, функционирование такого мотора проходит только через два такта.

1. Поршень продвигается наверх, что приводит к сжатию горючей смеси, после которого (без достижения верхней мертвой точки) она воспламеняется. По достижению поршнем верхней мертвой точки открываются окна впуска в стене цилиндра, из-за чего горючая смесь перетекает в кривошипную камеру.
2. Под действием растягивающихся газов поршень продвигается в нижнюю сторону. Пребывая в нижнем положении, поршень открывает окна впуска и выпуска. Газы попадают в трубу выхлопа, а на их месте оказывается горючая смесь.

10 вещей, которые нужно знать о кроссовых мотоциклах 2Т и 4Т

10 вещей, которые нужно знать о кроссовых мотоциклах 2Т и 4Т

1. Классификация. Двигатели в кроссовых мотоциклах классифицируются по способу осуществления рабочего цикла — четырехтактные и двухтактные. Двухтактные двигатели обладают большей мощностью на единицу объёма, однако меньшим КПД.

2. Рабочий цикл. У четырёхтактного двигателя рабочий цикл состоит из 4-х этапов: впуск, сжатие, сгорание и расширение, и выпуск. В двухтактном двигателе рабочий цикл полностью происходит в течение одного оборота коленчатого вала. При этом от цикла четырёхтактного двигателя остаётся только сжатие и расширение. Впуск и выпуск заменяются продувкой цилиндра вблизи НМТ (нижней мертвой точки) поршня, при которой свежая рабочая смесь вытесняет отработанные газы из цилиндра.

3. Преимущества. Начнем с преимущества двухтактных двигателей. Первое и самое главное — отсутствие громоздких систем смазки и газораспределения, большая мощность на литр рабочего объема, чуть меньше ресурс, но проще и дешевле в обслуживании. Четырехтактные двигатели отличаются отсутствием вибрации, большим ресурсом, экономичностью, более чистым выхлопом и не нужно смешивать масло с бензином. Но в тоже время они дороже и сложнее в обслуживании. На жестких трассах с большим количеством поворотов преимущество будет у четырехтактного двигателя, в то время как 2Т будет более быстрым на скоростном и суглинистом треке.

4. Максимальная мощность. Это самая большая разница между этими двумя типами двигателей. На обоих типах максимальная мощность примерно одинакова, но достигается на разном числе оборотов. Для всех начинающих и большинства средних гонщиков показатель мощности имеет мало значения, так как мало кто из них способен использовать хотя бы половину потенциала мотора. Но можно отметить, что мощность на 4Т более удобна в использовании и более ровная, а на 2Т она взрывная и мотоцикл более резкий.

5. Крутящий момент. Существует аксиома, что главное не мощность, а крутящий момент. У четырехтактного двигателя он выше. Это позволяет реже переключать передачи, не так экстремально проходить повороты и разгоняться более плавно, исключая пробуксовки.

6. Максимальные обороты. На 4Т выше. Это позволяет дольше разгоняться на одной передаче. На 2Т – узкий рабочий диапазон.

7. Вес. Двухтактный кроссовый мотоцикл легче, чем четырехтактный. Также стоит учитывать, что на 4Т присутствует торможение двигателем, в то время как на 2Т оно полностью отсутствует.

8. Управляемость. Эта вещь иногда может казаться весьма субъективной, и то, что работает для одного гонщика, не будет одинаковым для другого. Многие проблемы, связанные с управляемостью, могут быть решены с помощью хорошей настройки подвески и различных частей тюнинга. Естественно, 4-тактный мотоцикл тяжелее, но его легче контролировать на треке.

9. Ремонт. Когда дело доходит до ремонта, 2Т имеют преимущество просто потому, что 4 такта имеют больше компонентов, требующих более частого планового технического обслуживания. Стоимость восстановления 4-тактного двигателя намного дороже, чем восстановление 2-тактного.

10. 2Т или 4Т? Выбор двухтактного или четырехтактного мотоцикла – это личное предпочтение каждого. Конечно каждый скажет, что преимущество 2-тактов против 4-х очевидно: у него более быстрое ускорение, он легче, имеет более низкую стоимость обслуживания и ремонта. Но как точно заметил Роджер Де Костер, по-настоящему ехать на двухтактном мотоцикле может только очень талантливый спортсмен, так как 2Т требует от гонщика лучшей реакции, навыков и физических сил. Поэтому выбор полностью зависит от вашей квалификации.