Принцип работы ДВС

Принцип работы ДВС. Рабочие циклы двигателя

Рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя

Рабочим циклом двигателя называется периодически повторяющийся ряд последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу. Если рабочий цикл совершается за два хода поршня, т.е. за один оборот коленчатого вала, то такой двигатель называется двухтактным.

Автомобильные двигатели работают, как правило, по четырехтактному циклу, который совершается за два оборота коленчатого вала или четыре хода поршня и состоит из тактов впуска, сжатия, расширения (рабочего хода) и выпуска.

Крайние положения поршня, при которых он наиболее удален от оси коленчатого вала или приближен к ней, называются верхней и нижней «мертвыми» точками (ВМТ и НМТ).

Принцип работы ДВС — схематично

1. Впуск

По мере того, как коленчатый вал двигателя делает первый полуоборот, поршень перемещается от ВМТ к НМТ, впускной клапан открыт, выпускной клапан закрыт. В цилиндре создается разряжение, вследствие чего свежий заряд горючей смеси, состоящий из паров бензина и воздуха, засасывается через впускной газопровод в цилиндр и, смешиваясь с остаточными отработавшими газами, образует рабочую смесь.

2. Сжатие

После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем вращении коленчатого вала (второй полуоборот) поршень перемещается от НМТ к ВМТ при закрытых клапанах. По мере уменьшения объема температура и давление рабочей смеси повышаются.

3. Расширение или рабочий ход

В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется от электрической искры и быстро сгорает, вследствие чего температура и давление образующихся газов резко возрастает, поршень при этом перемещается от ВМТ к НМТ. В процессе такта расширения шарнирно связанный с поршнем шатун совершает сложное движение и через кривошип приводит во вращение коленчатый вал.

При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при третьем полуобороте коленчатого вала называют рабочим ходом. В конце рабочего хода поршня, при нахождении его около НМТ открывается выпускной клапан, давление в цилиндре снижается до 0.3 — 0.75 МПа, а температура до 950 — 1200 о С.

4. Выпуск

Рабочий цикл четырехтактного дизеля

Впуск

При движении поршня от ВМТ к НМТ вследствие образующегося разряжения из воздушного фильтра в цилиндр через открытый впускной клапан поступает атмосферный воздух. Давление воздуха в цилиндре составляет 0.08 — 0.095 МПа, а температура 40 — 60°С.

Сжатие

Поршень движется от НМТ к ВМТ; впускной и выпускной клапаны закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень сжимает поступивший воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива. При ходе поршня к ВМТ цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо, подаваемое топливным насосом.

Расширение или рабочий ход

Впрыснутое в конце такта сжатия топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, воспламеняется, и начинается процесс сгорания, характеризующийся быстрым повышением температуры и давления. При этом максимальное давление газов достигает 6 — 9 МПа, а температура 1800 — 2000°С. Под действием давления газов поршень перемещается от ВМТ в НМТ — происходит рабочий ход. Около НМТ давление снижается до 0.3 — 0.5 МПа, а температура до 700 — 900 о С.

Выпуск

Принцип работы многоцилиндровых двигателей

На автомобилях устанавливают многоцилиндровые двигатели. Чтобы многоцилиндровый двигатель работал равномерно, такты расширения должны следовать через равные углы поворота коленчатого вала (т. е. через равные промежутки времени).

• Как устроен двигатель внутреннего сгорания

Последовательность чередования одноименных тактов в цилиндрах называют порядком работы двигателя. Порядок работы большинства четырехцилиндровых двигателей 1-3-4-2 или 1-2-4-3. Значит после рабочего хода в первом цилиндре следующий происходит в третьем, затем в четвертом и, наконец, во втором цилиндре. Определенная последовательность соблюдается и в других многоцилиндровых двигателях.

Полезные материалы, которые интересно и нужно знать

Виды двигателей внутреннего сгорания

Какие двигатели у садовой техники и оборудования?

При выборе садовой техники и оборудования нужно обращать внимание на тип двигателя. Существует два типа двигателей внутреннего сгорания: 2-х тактный и 4-х тактный. Для садовой техники более крупного размера, таких как газонокосилки, мотоблоки, мотокультиваторы, мини тракторы, рейдеры и т.д. в основном используют 4-х тактные двигатели, а для садовой техники малого размера — такой как бензокосы, бензопилы, и др. в основном 2-х тактные.

Рассмотрим принцип работы этих двух видов двигателей внутреннего сгорания.

Оба двигателя приводятся в действие за счет использования расширения газов при нагревании, которое происходит за счет принудительного воспламенения горючей смеси, поступаемой в воздушное пространство цилиндра. Все двигатели внутреннего сгорания, независимо от его типа, имеют основные механизмы, такие как кривошипно-шатунный механизм, газораспределительный механизм, система смазки, система охлаждения, система питания и система зажигания. Передача полезной энергии расширяющегося газа происходит через кривошипно-шатунный механизм, а за впрыск топливной смеси в цилиндр отвечает механизм газораспределения.

Принцип работы двухтактного двигателя

Рабочий цикл 2-х тактного двигателя состоит из двух этапов: ими являются 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 окно, а затем выпускное окно, после чего смесь попадает в цилиндр и начинает сжиматься. При этом через впускное окно в кривошипную камеру поступает свежая горючая смесь, которая будет использована в последующем такте.

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. Следующее движение поршня приводит к повторному сжатию свежей горючей смеси и открытию продувочного отверстия, через которое горючая смесь поступает в камеру сгорания и так такт за тактом химическая энергия топлива превращается в механическую работу двигателя и его агрегатов.

Недостатком двухтактного двигателя является большой расход топлива, причем часть топлива не успевает сгорать и выбрасывается в атмосферу. Это связано с наличием момента, при котором продувочное и выпускное отверстие одновременно открыты. Требуется смесь на основе бензина и масла для смазки механизмов двигателя, что требует дополнительных расходов на покупку масла и необходимости постоянно готовить топливную смесь. Основными преимуществами двухтактного двигателя является его маленькие по сравнению с 4-х тактным двигателем размер и вес.

Принцип работы четырехтактного двигателя

Принцип работы 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. Когда происходит впускной этап поршень двигается вниз, открывается впускной клапан, в цилиндр поступает горючая смесь, которая при смешении с остатками отработанной смеси образует рабочую смесь. При сжатии поршень движется из НМТ к ВМТ, все два клапана закрыты. Чем выше поднимается поршень, тем выше давление и температура рабочей смеси.

Рабочий ход четырехтактного двигателя представляет собой принудительное движение поршня из 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 давлением поршня, движущимся из НМТ к ВМТ, выбрасываются в атмосферу через выпускной клапан.

За счет применения системы клапанов и фаз газораспределения четырехтактные двигатели внутреннего сгорания намного экономичнее и экологичнее — потому что исключает выброс неиспользованной топливной смеси. При работе 4-х тактные двигатели значительно тише, чем 2-х тактные и в эксплуатации намного проще. Масло в данных двигателях заливается в масляный картер, что значительно уменьшает его потребление и избавляет от заботы по приготовлению бензино-маслянной смеси. На сегодняшний день 4-х тактные двигатели становятся все компактнее, и ими оснащают такую садовую технику как бензокосы, мотобуры и т.д.

Для справки: Сравнение преимуществ и недостатков

Устройство и принцип работы четырёхтактного двигателя и двухтактного двигателя скутера

Преимущества четырёхтактных двигателей

• Б́ольшая экономичность
• Более чистый выхлоп (экологически чище)
• Не требуется сложная выхлопная система
• Меньший шум, вибрация
• Отсутствие необходимости постоянного контроля уровня масла

Преимущества двухтактных двигателей

Устройство и принцип работы четырёхтактного двигателя и двухтактного двигателя

Четырёхтактный 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.

1. Впуск — четырёхтактный двигатель

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

2. Сжатие — четырёхтактный двигатель

Пoршень четырёхтактного двигателя поднимается из НМТ в ВМТ, сжимая рабочую топливную смесь. Одновременно и значительно поднимается температура горючей смеси. Отношение рабочего объёма цилиндра в НМТ и объёма камеры сгорания в ВМТ называется степенью сжатия (не путать с компрессией). Степень сжатия — очень важный параметр, обычно, чем она больше, тем больше топливная экономичность двигателя. Но, для четырёхтактного двигателя с б́ольшей степенью сжатия требуется топливо с б́ольшим октановым числом, которое дороже.

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

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

4. Выпуск — четырёхтактный двигатель

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

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.

1 — цилиндр с головкой
2 — крышка головки цилиндра
3 — карбюратор
4 — впускной патрубок
5 — электростартер.

Для ещё большей наглядности посмотри видеоролик, наглядно показывающий работу четырёхтактного двигателя. На этом видео демонстрируется автомобильный четырёхцилиндровый шестнадцатиклапанный (то есть, в каждом цилиндре по два впускных и выпускных клапана, для лучшей продувки) двигатель, однако сути это не меняет.

В чем разница 2т и 4т

В чем разница 2 тактных и 4 тактных лодочных моторов?

Главная разница в сути — разный принцип работы двигателя, далее следствия, которые являются плюсами одних моторов или минусами других.

2 тактный двигатель. Плюсы

1. Легче, чем 4 тактный (2 тактный 9.9 лс двигатель весит примерно 38 кг, 4 тактный 9.9 лс около 50 кг). Двигатель легче из-за отсутствия системы впускных-выпускных клапанов и сложного механизма газораспределения;
2. Мощнее (при том же самом объеме 2 тактный двигатель мощнее, так как взрыв — полезное действие, происходит при каждом обороте коленчатого вала, в то время как у 4 тактного через оборот);
3. Проще по конструкции, а следовательно, менее дорогой по обслуживанию.

2 тактный двигатель. Минусы

1. Менее экономичен, чем 4 тактный двигатель, расход топлива примерно 350 мл на 1 лс в час;
2. Менее экологичен, так как происходит частичный выброс неиспользованной топливной смеси;
3. Уровень шума выше, чем у 4 тактного двигателя;
4. Эксплуатация сложнее, нужно готовить масло-бензиновую смесь; масло расходуется вместе с бензином;
5. Моторесурс меньше, чем у 4 тактного двигателя из-за отсутствия постоянной смазки движущихся элементов.

4 тактный двигатель. Плюсы

1. Экономичен, расход топлива примерно 250 мл на 1 лс в час; отсутствует расхода масла;
2. Экологичен, так как выброс неиспользованной топливной смеси исключен;
3. Низкий уровень шума (по сравнению с 2 тактым двигателем);
4. Эксплуатация проще, не нужно готовить масло-бензиновую смесь, как у 2 тактного двигателя, просто заливается бензин в бак; нет расхода масла;
5. Моторесурс больше в разы, чем у 2 тактного двигателя, так как все движущиеся элементы находятся в постоянной смазке (отдельная смазка).

4 тактный двигатель. Минусы

1. Тяжелее, чем 2 тактный (2 тактный 9.9 лс двигатель весит примерно 38 кг, 4 тактный 9.9 лс около 50 кг). Двигатель тяжелее из-за наличия системы впускных-выпускных клапанов и сложного механизма газораспределения;
2. Менее мощный (при том же самом объеме 2 тактный двигатель мощнее, так как взрыв — полезное действие, происходит при каждом обороте коленчатого вала, в то время как у 4 тактного через оборот);
3. Сложнее по конструкции, а следовательно, более дорогой по обслуживанию.

Принцип работы 2 тактного двигателя

Рабочий цикл 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.

Принцип работы 4 тактного двигателя

Рабочий цикл четырехтактного двигателя состоит из четырех этапов: впуск, сжатие, рабочий ход, 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.

Здесь ссылка на статью, откуда был отчасти позаимствован материал.