Устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания. Двс - четырехтактный двигатель, принцип работы

Дорогой друг, сегодня поговорим о том, что значит четырёхтактный двигатель. О истории его изобретения, принципе работы, особенностях, технических характеристиках и сферах применения.

Конечно, если у вас есть водительское удостоверение, то вы по крайней мере слышали этот термин, когда учились в автошколе. Но вряд ли тогда стали вникать во все тонкости, поэтому сейчас самое время разобраться, что же там происходит под капотом вашего железного коня.

Как всё начиналось

В 19 веке уже были двигатели, но это были в основном большие механизмы, работающие на пару. Они конечно частично обеспечивали развивающуюся промышленность, но имели много недостатков.

Были тяжелые, имели низкий КПД, большие габариты, требовалось много времени на запуск и остановку, для эксплуатации нужны были квалифицированные рабочие.

Промышленникам нужен был новый агрегат без перечисленных недостатков. Его и разработал изобретатель Эжен-Альфонс Бо де Роша, а в 1867 году воплотил в металл Николаус Август Отто.

В то время это было чудо техники. Двигатель внутреннего сгорания отличался низкими эксплуатационными расходами, небольшими размерами и не требовал постоянного присутствия обслуживающего персонала.

Работало устройство по особому алгоритму, который и сейчас называют «цикл Отто». Спустя 8 лет, после запуска первого экземпляра, компания Отто выпускала уже более 600 силовых установок в год.

Очень быстро, из-за автономности и компактности, двигатели внутреннего сгорания получили широкое распространение.

Из чего состоит двигатель

Чтобы понять принцип работы, познакомимся с основными составляющими движка:

(включает коленвал, поршни, шатуны) ‒ он необходим для преобразования поступательно-возвратных движений поршня во вращательное движение коленвала;
головка блока вместе с газораспределительным механизмом, который открывает впускные и выпускные клапаны, для того чтобы поступала рабочая смесь и выходили отработавшие газы. ГРМ может включать один или более распредвалов, которые состоят из кулачков для толкания клапанов, самих клапанов и клапанных пружин. Для стабильной работы четырехтактного движка существует ряд вспомогательных систем:
система зажигания ‒ для поджига горючей смеси в цилиндрах;
впускная система ‒ для подачи воздуха и рабочей смеси в цилиндр;
топливная система ‒ для непрерывной подачи топлива, получения смеси воздуха и горючего;
система смазки – для смазки трущихся деталей, а также одновременного удаления продуктов износа;
выхлопная система – для удаления отработанных газов из цилиндров, снижения токсичности выхлопа;
система охлаждения – для поддержки оптимальной температуры движка.

Что значит четырёхтактный двигатель и почему четыре такта

Теперь, когда вы более-менее представляете устройство четырехтактного двигателя, можно рассмотреть рабочий процесс.
Он состоит из следующих этапов:впуск – поршень движется вниз, цилиндр заполняется горючей смесью из карбюратора через впускной клапан, который открываются кулачком распределительного вала.При движении поршня вниз, создается отрицательное давление в цилиндре, тем самым происходит всасывание рабочей смеси, а именно воздуха с парами топлива. Впуск продолжается пока поршень не достигнет НМТ (нижняя мертвая точка). В этот момент закрывается впускной клапан;
сжатие или компрессия – после того как будет достигнута НМТ начинает двигаться вверх к ВМТ (верхняя мертвая точка). При движении поршня вверх происходит сжатие, рабочая топливо-воздушная смесь сжимается, давление внутри цилиндра возрастает. Впускной и выпускной клапан закрыты;
рабочий ход или расширение – в конце цикла сжатия (в ВМТ), рабочая смесь воспламеняется от искры в свече зажигания. Поршень от микровзрыва устремляется к НМТ.В процессе движения поршня от ВМТ к НМТ смесь сгорает, а увеличивающиеся в объеме газы толкают поршень, выполняя полезную работу. Именно по этой причине движение поршня в этом такте назвали рабочий ход. Впускной и выпускной клапан закрыты;
выпуск выхлопных газов – в заключительном четвертом такте открывается выпускной клапан, поршень поднимается в верхнюю точку и выталкивает продукты сгорания из цилиндра в выхлопную систему, пройдя через глушитель, они попадают в атмосферу. После достижения поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается, затем цикл повторяется. Эти четыре такта представляют собой рабочий цикл мотора. Тактом же именуется движение поршня вверх или вниз. Один оборот коленчатого вала соответствует двум тактам, а два оборота – 4 тактам. Отсюда пошло название четырёхтактного двигателя.

От чего зависит мощность четырехтактного ДВС

Тут вроде бы всё ясно — мощность поршневого двигателя в основном определяется:

объёмом цилиндров;
степенью сжатия рабочей смеси;
частотой вращения.

Поднять мощность четырехтактного двигателя также можно повысив пропускную способность тактов всасывания и выхлопа, увеличив диаметр клапанов (особенно впускных).

Так же максимальная мощность получается при максимальном заполнении цилиндров, для этого используют турбины принудительной подкачки воздуха в цилиндр. В следствии чего повышается давление в цилиндре и соответственно КПД двигателя значительно возрастает.

Применение в настоящее время

Четырёхтактные двигатели бывают бензиновыми и дизельными. Применяются эти двигатели на транспортных или стационарных энергоустановках. Использовать такой двигатель рекомендуется в случаях, когда есть возможность регулировать соотношение оборотов, мощности и крутящего момента.

Например, если двигатель, работает в паре с электрогенератором, то нужно выдерживать нужный диапазон оборотов. А при использование промежуточных передач, четырёхтактный двигатель можно адаптировать к нагрузкам в достаточно широких пределах. То есть использовать в автомобилях.

Вернёмся к истокам его создания. В группе изобретателя Отто работал очень талантливый инженер Готлиб Даймлер, который предложил на базе четырёхтактного двигателя построить автомобиль. Но шеф не посчитал нужным что-то менять в двигателе, и Даймлер, увлеченный своей идеей, покинул мэтра.

И через некоторое время, вместе с другим энтузиастом Карлом Бенцом в 1889 году создали автомобиль, который приводился в движение именно бензиновым четырехтактным двигателем внутреннего сгорания изобретателя Отто.

Эта технология с успехом используется и сегодня. В случаях, когда силовая установка работает на переходных режимах или режимах со снятием частичной мощности ‒ она незаменима, так как обеспечивает стабильную устойчивость процесса.

Теперь, дорогой друг, ты в общих чертах знаешь как работает четырёхтактный двигатель, где он используется. Теперь ты стал на голову выше. Но не скупись полученой информацией, поделись с друзьями. К твоим услугам кнопки социальных сетей.

Да и подписаться можно на наш блог, чтобы всегда быть в курсе интересного материала, а его всегда много и будет еще больше.

До новых встреч!

Определение рабочего цикла

Поступление горючей смеси в цилиндр, ее сжатие, расширение при сгорании и выпуск отработавших газов из цилиндра, т. е. совокупность всех процессов, происходящих в цилиндре при работе двигателя, называется рабочим циклом .

Полный рабочий цикл каждого цилиндра двигателя может совершаться за четыре хода поршня, т. е. за два оборота коленчатого вала, и за два хода поршня, т. е. за один оборот коленчатого вала.

Двигатели, работающие по первому циклу, называются четырехтактными, а работающие по второму циклу - двухтактными.

Мощность двухтактного двигателя при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения вала теоретически в два раза больше четырехтактного за счет большего числа рабочих циклов. Однако неполное использование хода поршня для расширения, худшее освобождение цилиндра от остаточных газов и затраты части вырабатываемой мощности на продувку приводят практически к увеличению мощности только на 60...70%.

Рабочий цикл карбюраторного двигателя

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя начинается с такта впуска и происходит следующим образом.

Такт впуска (рис. 1): коленчатый вал двигателя делает первый полуоборот и поршень движется от В. М. Т. к Н. М. Т. При этом впускной клапан открыт, а выпускной закрыт. Вследствие разрежения, создаваемого при движении поршня, в цилиндр засасывается горючая смесь. По достижении поршнем Н. М. Т. впускной клапан закрывается.

Рис.1. Такт впуска

Такт сжатия (рис. 2): коленчатый вал двигателя делает второй полуоборот и поршень от Н. М. Т. движется к В. М. Т. Оба клапана закрыты, рабочая смесь сжимается поршнем. (Рабочей смесью называют смесь, образующуюся в цилиндре двигателя при смешивании поступающей в него при такте впуска горючей смеси с остаточными газами (сгоревшими газами, оставшимися от предыдущего цикла). По достижении поршнем В. М. Т. в конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется электрической искрой.

Рис.2. Такт сжатия

Такт расширения - рабочий ход (рис. 3): поршень под давлением газов, образующихся при сгорании рабочей смеси, движется от В.М.Т. к Н.М.Т. Коленчатый вал двигателя делает третий полуоборот. Оба клапана закрыты.

Рис.3. Такт расширения - рабочий ход

Такт выпуска (рис. 4): коленчатый вал двигателя делает четвертый полуоборот. Выпускной клапан открыт, а впускной закрыт. Поршень перемещается от Н.М.Т. к В.М.Т. и выталкивает отработавшие газы.

Рис.4. Такт выпуска

В четырехтактном одноцилиндровом двигателе коленчатый вал вращается под действием давления расширяющихся газов только при рабочем ходе. Для совершения вспомогательных тактов (впуска, сжатия и выпуска), а также для повышения равномерности вращения коленчатого вала на его конце устанавливается маховик, представляющий собой чугунный диск, который вращается по инерции после рабочего хода двигателя.

Рабочий цикл четырехтактного дизеля

Рабочий цикл четырехтактного дизеля происходит в той же последовательности, что и у карбюраторного двигателя. Отличие работы дизеля состоит в следующем.

При такте впуска (рис. 5, а) в цилиндр двигателя засасывается из впускного трубопровода очищенный от пыли воздух, а не горючая смесь, как это было в карбюраторном двигателе.

Рис.5. Рабочий цикл дизеля

При такте сжатия (рис. 5,б) происходит сжатие поступившего в цилиндр воздуха. В конце такта сжатия давление в цилиндре возрастает до 40-42 кГ/см 2 , а температура воздуха повышается до 740-800° С. В этот момент в цилиндр через форсунку при помощи топливного насоса под давлением 150 кГ/см 2 впрыскивается распыленное дизельное топливо.

При такте расширения (рис. 5, б) вследствие высокой температуры сжатого воздуха топливо воспламеняется и быстро сгорает. При этом давление в цилиндре резко возрастает и достигает в конце сгорания 74-80 кГ/см 2 . Повышенным давлением газов поршень перемещается к н. м. т., т. е. происходит рабочий ход.

При такте выпуска (рис. 5, г) отработавшие газы выталкиваются из цилиндра через открывшийся выпускной клапан.

При дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цикл повторяется в той же последовательности.

Рабочий цикл двухтактного двигателя

Двигатель (рис.6) состоит из картера, в который на подшипниках с двух сторон установлен коленчатый вал и цилиндра. Внутри цилиндра движется 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. Поршень снабжен металлическим стержнем - пальцем, он соединяет поршень с шатуном. Шатун передаёт прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Далее уже, в частности на мотороллере, вращательное движение передается на вариатор.

Рис.6. Двухтактный двигатель

Смазка всех трущихся поверхностей и подшипников внутри двухтактных двигателей происходит с помощью топливной смеси, в которое подмешано необходимое количество масла. Из рисунка 1 видно, что топливная смесь (желтый цвет) попадает и в кривошипную камеру двигателя (это та полость, где закреплен и вращается коленчатый вал), и в цилиндр. Смазки там нигде нет, а если бы и была, то смылась топливной смесью. Вот по этой причине масло и добавляют в определенной пропорции к бензину. Тип масла используется специальный, именно для двухтактных двигателей. Оно должно выдерживать высокие температуры и сгорая вместе с топливом оставлять минимум зольных отложений.

Принцип работы

Весь рабочий цикл в двигателе осуществляется за два такта.

1. Такт сжатия . Поршень перемещается от нижней мертвой точки поршня (в этом положении поршень находится на рис. 7), к верхней мертвой точке поршня (положение поршня на рис.8), перекрывая сначала продувочное 2, а затем выпускное 3 окна. После закрытия поршнем выпускного окна в цилиндре начинается сжатие ранее поступившей в него горючей смеси. Одновременно в кривошипной камере 1 вследствие ее герметичности и после того как поршень перекрывает продувочные окна 2, под поршнем создается разряжение, под действием которого из карбюратора через впускное окно и открывающийся клапан поступает горючая смесь в кривошипную камеру.

2. Такт рабочего хода . При положении поршня около ВМТ сжатая рабочая смесь 1 (рис. 8) воспламеняется электрической искрой от свечи, в результате чего температура и давление газов резко возрастают. Под действием теплового расширения газов поршень перемещается к НМТ, при этом расширяющиеся газы совершают полезную работу. Одновременно, опускаясь вниз, поршень создает высокое давление в кривошипной камере (сжимая топливовоздушную смесь в ней). Под действием давления клапан закрывается, не давая таким образом горючей смеси снова попасть во впускной коллектор и затем в карбюратор.

Когда поршень дойдет до выпускного окна 1 (рис. 9), оно открывается и начнется выпуск отработавших газов в атмосферу, давление в цилиндре понижается.

При дальнейшем перемещении поршень открывает продувочное окно 1 (рис. 10) и сжатая в кривошипной камере горючая смесь поступает по каналу 2 (рис. 10), заполняя цилиндр и осуществляя продувку его от остатков отработавших газов.

Силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме

В одноцилиндровом двигателе рабочий ход осуществляется под действием создаваемого в цилиндре давления газов (рис. 11), которое можно представить в виде результирующей силы, состоящей из силы Рr - давления газов на днище поршня при такте расширения и силы инерции Ри поступательно движущихся масс кривошипно-шатунного механизма. Сила инерции изменяется в зависимости от скорости перемещения поршня, а также его положения в цилиндре и достигает наибольшей величины в момент изменения направления движения поршня.

Рис. 11. Силы, действующие от давления газов в одноцилиндровом двигателе:

Сила Рr может быть разложена по правилу параллелограмма на две составляющие: силу F, направленную вдоль шатуна, и силу N, направленную перпендикулярно стенке цилиндра. При переносе силы F по линии ее действия к центру шатунной шейки на оси коренной шейки возникают две равные и параллельные ей силы S 1 и S 2 .

Совместное действие сил S 1 и F создает на плече R, равном радиусу кривошипа, крутящий момент, Н м, который передаётся через трансмиссию на колеса автомобиля. При этом сила S 2 создает нагрузку на коренные подшипники, а вращающиеся массы кривошипа и нижней головки шатуна создают центробежную силу Рц, направленную от центра вращения по радиусу кривошипа, которая нагружает картер двигателя.

Сила S 2 сможет быть также разложена на две составляющие: N 1 и P 1 . Силы N 1 и N равны, но направлены в противоположные стороны. Совместное действие этих сил создает на плече h реактивный момент, который стремится опрокинуть двигатель в сторону, обратную вращению коленчатого вала. Реактивный момент через детали крепления (подвески) двигателя воспринимается рамой (кузовом) автомобиля.

Сила Р 1 направлена вниз от оси вала и равна силе Рr, а результирующая сила Рr ¢ давления газов действует на головку цилиндра и направлена в противоположную сторону. Разность между силами Р 1 и Рr ¢ представляет собой силу инерции Ри поступательно движущихся масс.

Следовательно, в одноцилиндровом двигателе наряду с неравномерностью крутящего момента на коленчатом валу возникают неуравновешенные силы и моменты от поступательно движущихся масс, отрицательное действие которых значительно снижается при увеличении числа цилиндров, т.е. при создании многоцилиндровых двигателей.

Классификация и компоновочные схемы двигателей

Наиболее распространенные схемы компоновок цилиндров многоцилиндровых двигателей представлены на рис. 12. При однорядных схемах компоновки (рис. 12, а) ось цилиндра 1 занимает вертикальное положение (это двигатели автомобилей ВАЗ-2106 «Жигули», ГАЗ-3302 «ГАЗель», ГАЗ-3110 и -3102 «Волга» и др.) или расположены под некоторым углом α к вертикали (рис. 12, б), равным 15... 20°, что позволяет уменьшить высоту двигателя и удобнее располагать его приборы и оборудование.

Рис. 12. Схемы компоновки цилиндров двигателей:

а - однорядная вертикальная; б - однорядная под углом α; в - двухрядная V-образная (под углом β); г - двухрядная: 1 - цилиндры

На большинстве грузовых автомобилей применяют двухрядную V-образную (под углом β) компоновку (рис. 12, в) цилиндров 1 (двигатели автомобилей ЗИЛ-431410, КамАЗ-5320, МАЗ-5335. «Урал-4320», ГАЗ-3309 и ГАЗ-3307). Наряду с этим применяется также и двухрядная компоновка (рис. 12, г) под углом 180° с противолежащими цилиндрами 1. Двигатели с таким расположением цилиндров иногда называют оппозитными, они удобно располагаются под полом кузова (например, двигатели РАБА-МАН в автобусах «Икарус-260, -280»).

Многоцилиндровые двигатели состоят из нескольких одноцилиндровых двигателей, конструктивно объединенных в единое целое и имеющих один общий коленчатый вал. В таком двигателе за два оборота коленчатого вала рабочих ходов будет совершено столько, сколько у него цилиндров, а так как два оборота коленчатого вала соответствуют 720°, то такты рабочего хода будут чередоваться через равные угловые интервалы θ в зависимости от числа цилиндров i. Следовательно, θ = 720/i.

Например, в четырех-, шести- и восьмицилиндровых двигателях рабочие ходы совершаются при повороте коленчатого вала соответственно на 180, 120 и 90°. В каждом цилиндре указанных двигателей происходит один и тот же рабочий процесс, но одноимённые такты совершаются в разные моменты времени; при этом чередование тактов в цилиндрах двигателей выбирают так, чтобы обеспечить равномерное распределение нагрузки на подшипники коленчатого вала и плавную работу двигателя.

Порядок работы двигателя

Последовательность чередования одноименных тактов в цилиндрах двигателя в течение рабочего цикла называется порядком работы двигателя . Принято указывать порядок работы двигателя по чередованию тактов рабочего хода, начиная с первого цилиндра.

Порядок работы двигателя во многом зависит от типа двигателя и числа цилиндров. Так, у коленчатого вала рядного четырёхцилиндрового двигателя (рис. 13, а) кривошипы расположены попарно под углом 180°, два крайних - под углом 180° к двум средним.

Рис. 13. Схемы кривошипно-шатунного механизма рядных двигателей:

а - четырехцилиндрового; б - шестицилиндрового; 1-6 - номера цилиндров; I -VI - кривошипы коленчатого вала соответственно цилиндров 1-6

Соответственно поршни цилиндров 1 и 4 при работе двигателя перемещаются одновременно в одном направлении, а поршни цилиндров 2 и 3 - в противоположных. Порядок работы четырехцилиндровых двигателей может быть 1-3 - 4 - 2 (двигатели автомобилей семейств ВАЗ, «Москвич-21412» и др.) или 1 - 2 - 4 - 3 (двигатели автомобилей ГАЗ-31029, ГАЗ-3110 «Волга», ГАЗ-3302 «ГАЗель» и их модификаций). Четырехцилиндровый двигатель может иметь и другой порядок работы при том же расположении кривошипов коленчатого вала, но при другом порядке открытия и закрытия клапанов, что зависит от конструкции механизма газораспределения.

В шестицилиндровом рядном двигателе шатунные шейки коленчатого вала (рис. 13, б) расположены попарно в трех плоскостях. Такты во всех цилиндрах двигателя в соответствии с расположением кривошипов начинаются и кончаются не одновременно, как в четырехцилиндровом двигателе, а смещаются в одной паре цилиндров относительно другой на угол 120°, и, следовательно, рабочие ходы перекрываются на 1/3 хода поршня, обеспечивая тем самым более равномерное вращение коленчатого вала. Наиболее распространенным порядком работы карбюраторного шестицилиндрового рядного двигателя является 1 - 5 - 3 - 6 - 2 - 4.

Для шестицилиндровых дизелей наиболее совершенным является V-образный вариант двигателя с развалом цилиндров под углом 90° (рис. 14, а) и порядком работы 1 -4 - 2 - 5 - 3 - 6 (дизель ЯМЗ-236М2), Широкое распространение дизелей и карбюраторных двигателей с V-образным расположением цилиндров является следствием преимуществ компоновочных схем этого типа по сравнению с компоновочными схемами рядных двигателей. К преимуществам таких двигателей относятся меньшая высота и габаритная длина, что дает возможность улучшить компоновку автомобиля в целом. Недостатками V-образных двигателей являются более сложная отливка блока и увеличение габаритной ширины по сравнению с рядным двигателем.

Рис. 14. Схема кривошипно-шатунного механизма V-образных двигателей:

а - шестицилиндрового; б - восьмицилиндрового; 1 - 8 номера цилиндров; I - VI I I - кривошипы коленчатого вала соответственно цилиндров 1-8

На грузовых автомобилях ЗИЛ-431410, ГАЗ-3307, КамАЗ-5320 и других установлены восьмицилиндровые V-образные двигатели (рис. 14, б), цилиндры которых расположены в два ряда по ходу автомобиля. Угол развала между рядами цилиндров составляет 90°. Один ряд цилиндров несколько смещен относительно другого ряда, что обусловлено установкой двух шатунов на каждую шейку коленчатого вала. На каждой шатунной шейке коленчатого вала установлено по два шатуна, которые связаны с поршнями правого и левого рядов цилиндров.

В восьмицилиндровом V-образном двигателе с порядком работы 1-5 - 4 - 2 - 6 - 3 - 7 - 8 рабочие ходы следуют один за другим с перекрытием на 1/2 хода поршня. Это обеспечивает не только равномерное вращение коленчатого вала, но и уравновешивание сил инерции, возникающих в процессе работы двигателя.

Эффективные показатели работы двигателя

Мощность, получаемая на коленчатом валу двигателя, называется эффективной мощностью . Она измеряется в киловаттах и на различных режимах работы двигателя может быть определена путём стендовых испытаний по формуле

N e = М е n е /9570,

где М е - эффективный крутящий момент двигателя, Н·м, определяемый на стенде; n е - частота вращения коленчатого вала, об/мин.

Эффективная мощность меньше индикаторной на величину мощности, затрачиваемой на насосные потери в кривошипно-шатунном и трение в газораспределительном механизмах двигателя, а также на приведение в действие вентилятора, жидкостного насоса и других вспомогательных устройств.

Таким образом, эффективная мощность N e меньше, чем индикаторная мощность N i на величину мощности механических потерь N м, расходуемой в механизмах и системах двигателя, т.е. N e =N i - N м.

Механическим коэффициентом полезного действия ƞ м двигателя называют отношение эффективной мощности N e к индикаторной N i . Следовательно, механический КПД

ƞ м = N e / N i = (N i - N м)/N i = 1- N м / N i .

В карбюраторных двигателях ƞ м - 0,70...0,85, а в высокооборотных дизелях ƞ м = 0,73...0,87.

Наряду с эффективной мощностью к основным показателям, характеризующим работоспособность двигателя, относится эффективный крутящий момент , который является результирующим моментом сил, действующих на каждую шатунную шейку коленчатого вала и приводящих его во вращательное движение. При заданной мощности двигателя и частоте вращения коленчатого вала эффективный крутящий момент можно определить из соотношения М е = 9570(N e /n e). Например, для карбюраторных двигателей легковых автомобилей М е = 70... 190 Нм.

Важным показателем, оценивающим совершенство двигателя по эффективности использования его рабочего объема, является так называемая литровая мощность N л = N е /V h , кВт/л, т.е. максимальная мощность двигателя N e , приходящаяся на 1 л его рабочего объема V h . Чем выше N л, тем лучше технико-экономические показатели двигателя.

Литровую мощность увеличивают обычно путем повышения степени сжатия двигателя, частоты вращения коленчатого вала, коэффициента наполнения и массы свежей горючей смеси, поступающей в цилиндры двигателя. Однако при увеличении литровой мощности возрастают нагрузки на детали кривошипно-шатунного механизма.

Для карбюраторных двигателей N л = 18...40 кВт/л (меньшее значение для грузовых автомобилей), а для высокооборотных дизелей N л = 15... 25 кВт/л.

Степень использования теплоты, введенной в двигатель с топливом, оценивают эффективным КПД - ƞ е, который представляет собой отношение количества теплоты Q e , превращенной в эффективную работу, к количеству теплоты Q 1 , выделившейся в результате сгорания топлива:

ƞ е = Q e /Q 1 .

Для карбюраторных двигателей ƞ е = 0,23...0,30; для дизелей ƞ е = 0,28. ..0,40.

К показателям, характеризующим топливную экономичность двигателя, относится расход топлива.

Часовой расход топлива G m показывает количество топлива в килограммах, потребляемое двигателем на данном режиме работы за один час.

Для оценки экономичности двигателя обычно пользуются эффективным удельным расходом топлива g e , представляющим собой отношение часового расхода топлива G m к эффективной мощности двигателя N e:

g e = G m /N e .

Для карбюраторных двигателей g e = 280...340 г/(кВт·ч); для дизелей g e = 220...260 г/(кВт·ч).

С изменением частоты вращения коленчатого вала двигателя кроме мощности N e соответственно изменяются крутящий момент М е, удельный g e и часовой G m расходы топлива.

Зависимость этих величин от частоты вращения коленчатого вала, выраженная графически, называется скоростной характеристикой двигателя. Скоростная характеристика, полученная при полном открытии дроссельной заслонки (максимальной подаче топлива), называется внешней скоростной характеристикой двигателя . Характеристики, соответствующие постоянным промежуточным положениям дроссельной заслонки или промежуточным подачам топлива у дизелей, называются частичными скоростными характеристиками двигателя .

Эти характеристики получают экспериментальным путем на специальных тормозных стендах после обкатки новых двигателей. Принцип получения основных показателей для построения внешней (скоростной) характеристики на стенде (рис. 15) состоит в том, что коленчатый вал двигателя, работающего с определённым постоянным положением дроссельной заслонки, затормаживают, доводя таким образом частоту его вращения до ряда определённых устойчивых значений: от минимально возможной до максимально допустимой. При этом замеряют тормозной момент M торм, необходимый для достижения каждой частоты вращения, и соответствующий этим частотам часовой расход топлива GT.

По результатам испытаний строят кривые зависимости эффективного крутящего момента (М е = M торм) и часового расхода топлива G m , от частоты вращения n е коленчатого вала. Затем, используя приведенные выше зависимости для определения N e и g e , находят соответственно численные значения мощности и удельного расхода топлива для различных частот вращения коленчатого вала и строят по ним графики.

Рис. 15. Внешние скоростные характеристики двигателей автомобилей: а - ЗАЗ-1102 «Таврия»; б - ГАЗ-3307

В качестве примера на рис 15, а, б показаны внешние скоростные характеристики двигателей легкового автомобиля ЗАЗ-1102 «Таврия» и грузового автомобиля ГАЗ-3307. Из характеристики (см. рис. 15, а) видно, что мощность N e двигателя автомобиля ЗАЗ-1102, равная 39 кВт, развивается при частоте вращения коленчатого вала n е - 5500 об/мин. Максимальный крутящий момент двигателя М е = 80,4 Н·м при частоте вращения вала около 3300 об/мин, а минимальный удельный расход топлива g e = 280 г/(кВт·ч).

Для двигателя автомобиля ГАЗ-3307 эти показатели (рис. 15, б) соответственно равны: мощность N e = 92 кВт при частоте вращения коленчатого вала 3200 об/мин, максимальный крутящий момент М е = 294,3 Н·м при 2000... 2200 об/мин и минимальный удельный расход топлива g e = 310 г/(кВт·ч). Внешние (скоростные) характеристики других карбюраторных двигателей имеют свои значения, но кривые имеют примерно аналогичный вид.

В цилиндре четырехтактного поршневого двигателя циклическая последовательность энергетических преобразований начинается с реакции горения ТВ-заряда, когда поршень находится в ВМТ. В результате сгорания химическая энергия топлива переходит в тепловую энергию сильно сжатых газов.

Так в камере сгорания образуется газообразное рабочее тело теплового двигателя. Далее тепловая энергия рабочего тела за счет его интенсивного расширения переходит в механическую работу по перемещению поршня из ВМТ в НМТ. Следующим этапом преобразований является кинематическое превращение линейного перемещения поршня в возвратно-поступательное его движение и получение вращательного движения на выходном валу двигателя. Это преобразование реализуется с помощью кривошипно-шатунного механизма, коленчатого вала и его маховика. При этом сам коленчатый вал и навешенные на него детали (массы) получают значительный импульс движения, за счет которого совершается полезная работа двигателя, а поршень переходит через НМТ и начинает обратное движение к ВМТ.

Эта часть энергетического цикла соответствует рабочему такту двигателя «рабочий ход» и заканчивается в НМТ. С этого момента (от нижней мертвой точки) на полезную нагрузку одноцилиндрового двигателя и на последующие вспомогательные процессы энергетических преобразований начинает работать кинетическая энергия инерционных масс коленчатого вала, ранее разогнанных рабочим ходом поршня. Вслед за процессом «рабочий ход» в любом поршневом двигателе должны быть выполнены два насосных процесса: выпуск отработавших газов и впуск свежего топливовоздушного заряда.

В четырехтактном одноцилиндровом двигателе такты выпуска, впуска и сжатия реализуются инерционным вращением коленвала с массивным маховиком (тремя ходами поршня между НМТ и ВМТ). В многоцилиндровом двигателе поршни поочередно работают на один общий коленвал, и процессы выпуска, впуска и сжатия в цилиндре реализуются не только инерционным вращением коленвала, но и рабочими ходами поршней в других цилиндрах, на выполнение насосных процессов затрачивается часть энергии рабочего хода.

Чем продолжительнее насосные процессы в общей продолжительности рабочего цикла, тем ниже КПД двигателя. Именно поэтому двухтактные двигатели эффективнее четырехтактных, а четырехтактные - эффективнее шеститактных.

После завершения насосных процессов, сразу вслед за впуском, в цилиндре четырехтактного двигателя начинается энергетический процесс сжатия. Этот процесс реализуется четвертым (последним) в данном цикле ходом поршня (вверх).

Рассмотрев последовательность основных процессов энергетического преобразования и сопутствующие им вспомогательные процессы в четырехтактном двигателе, можно перейти к рассмотрению рабочих тактов в четырехтактном цикле.

Четырехтактным циклом называется последовательность из четырех рабочих тактов двигателя: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. За начало цикла обычно принимают такт впуска.

Следует предварительно заметить, что хотя по определению рабочий такт включает в себя несколько рабочих процессов, приходящихся на один ход поршня, в четырехтактном двигателе каждому такту присваивается наименование только одного (основного) рабочего процесса. Например, рабочий такт «сжатие» (ход поршня из НМТ в ВМТ после впуска) включает в себя не только само сжатие, но и внутреннее перемешивание ТВ-смеси, формирование ТВ-заряда, воспламенение ТВ-заряда перед его сгоранием, начало формирования газообразного рабочего тела. Но называется данный такт - тактом сжатия.

То же самое можно показать на примерах других тактов. Но главное здесь то, что довольно продолжительная последовательность различных процессов, имеющих место в каждом такте, в целях упрощения «раскладывается» только на четыре рабочих такта. Эти такты: ВПУСК, СЖАТИЕ, РАБОЧИЙ ХОД, ВЫПУСК Таким образом, для четырехтактного двигателя рабочим циклом можно считать не совокупность рабочих процессов, приходящихся на один акт сгорания ТВ-заряда, а последовательность четырех конкретных рабочих тактов.

Рассмотрение четырехтактного цикла удобнее проводить с помощью индикаторной диаграммы, которая отображает изменение давления в цилиндре по ходу поршня за рабочий цикл.

Индикаторная диаграмма состоит из четырех характерных участков:
1. Участок (71) - впуск ТВ-смеси под разрежением от всасывания (Р = 0,8 атм). Температура ТВ-смеси в конце впуска Ti = 10О°С. Имеет место вентиляционное охлаждение цилиндра.
2. Участок (123) - сжатие. При степени сжатия еа = 10 (для бензинового ДВС) давление в конце сжатия Рс = 15 атм, температура Тс = 500°С.
3. Участок (3456) - сгорание ТВ-заряда и расширение (рабочий ход). Воспламенение ТВ-зарядв в точке 2. Окончание процесса сгорания ТВ-заряда в точке 3. Дааление газов Р4 = 40 атм, температура Т4 & 2800°С. К концу расширения (точка 5) давление Р5 = 4 атм, Т5 = 1000°С. В точке 6 давление Р6 = 1,3 атм (остаточное давление газов), Т6 = 800°С.
4. Участок (67) - выпуск отработавших газов. Выпускной клапан открывается в точке 5.

Процесс выпуска протекает при даалении, которое превышает атмосферное. К концу выпуска температура падает до Т7 = 700°С, и далее там. Здесь же показаны схемы текущего положения порш-при впуске - до Т± = 100°С. ня в четырехтактном двигателе.
Управление клапанами в поршневых двигателях осуществляется от специального вала, который называется распределительным. Распределительный вал механически жестко сочленен с коленчатым валом через цепную, шестеренчатую или зубчатую ременную передачу. В двигателях с четырехтактным рабочим циклом передвточное отношение такой передачи равно один к двум. То есть за два оборота коленчатого вала распределительный вал делает один оборот.

Третьим рабочим тактом поршневого двигателя является такт рабочий ход. Он начинается сразу после того, как поршень 6 начнет перемещаться из верхней мертвой точки снова вниз. Такт «рабочий ход» наиболее важный в работе двигателя. Именно в этом такте происходит главное энергетическое преобразование ДВС - превращение тепловой энергии сгоревшего топливовоздушного заряда в механическую работу.

В бензиновых поршневых ДВС этот такт происходит следующим образом. В зоне, близкой к ВМТ, еще в такте сжатия топливовоздушный заряд принудительно воспламеняется от электрической искры в свече 13 зажигания. Топливовоздушный заряд быстро сгорает, и к началу такта рабочий ход давление в образовавшихся газах достигает максимального значения (точка Z). Газы, образовавшиеся в результате сгорания топливовоздушного заряда, с этого момента выполняют роль сильно разогретого рабочего тела, сжатого в объеме камеры сгорания. Как только поршень за ВМТ начинает перемещаться вниз, рабочее тело, интенсивно расширяясь, высвобождает приобретенную тепловую энергию, которая превращается в механическую работу в виде движения поршня вниз под действием расширения газов.

Последний (четвертый) рабочий такт поршневого двигателя называется тактом выпуска, так как в нем осуществляется эвакуация из объема цилиндра отработавших газов.

Важно понимать, что из всех четырех тактов четырехтактного двигателя только такт «рабочий ход» полезно работает на нагрузку ДВС, так как только в нем коленчатый вал 10 получает от поршня 6 через шатун 7 и кривошип 8 разгонное механическое усилие. Во всех остальных рабочих тактах двигатель не вырабатывает, а потребляет часть механической энергии от коленчатого вала.

Описанные четыре рабочих такта во время работы ДВС чередуются друг за другом и образуют полный четырехтактный рабочий цикл двигателя.

Следует иметь в виду, что строгого соответствия между рабочими тактами (ходами поршня) и тактовыми рабочими процессами в четырехтактных (так же, как и в двухтактных) поршневых двигателях нет. Это объясняется тем, что при работе двигателя фазы клапанного газораспределения и фазовые состояния клапанов накладываются на рабочие ходы поршня в разных конструкциях двигателей по-разному.

Работа многоцилиндровых ДВС происходит по цилиндрам последовательно, в каждом из которых рабочие процессы протекают так же, как и в вышеописанном одноцилиндровом двигателе. Все цилиндры в многоцилиндровом ДВС работают на один коленчатый вал, который воспринимает рабочие усилия от разных цилиндров через заданный числом цилиндров угол поворота.

Чередование срабатываний цилиндров в многоцилиндровых двигателях носит наименование - порядок работы.

Порядок работы ДВС задается конструктивно соответствующим исполнением распределительного и коленчатого валов и не может быть изменен в процессе эксплуатации.

Реализуется порядок работы ДВС чередованием искр зажигания, поступающих на свечи цилиндров от системы зажигания. К примеру, порядок работы четырехцилиндровых двигателей может быть либо 1342, либо 1243

Газораспределительные механизмы в современных поршневых двигателях

При различных режимах работы двигателя газообмен в его цилиндрах происходит по-разному. На оборотах холостого хода, когда скорость движения газообразных масс в двигателе низкая, отработавшие газы не успевают эвакуироваться из цилиндров и двигатель, «задыхаясь», может остановиться. Чтобы этого не произошло, горючую смесь обогащают, что приводит к дополнительному расходу топлива и повышенному образованию СО в отработавших газах. Оптимальные условия работы двигателя нарушаются. Однако эффект задымления цилиндров на холостом ходу можно свести к минимуму более ранним открытием выпускного клапана в такте «рабочий ход». Тогда часть энергии расширения рабочего тела будет затрачиваться на принудительную и интенсивную эвакуацию отработавших газов. Мо при высоких оборотах двигателя под большой нагрузкой раннее открытие выпускного клапана приводит к значительной потере развиваемой двигателем мощности. Получается так: фазу начала открытия выпускного клапана желательно иметь разной, а жесткий распредвал этого не обеспечивает.

Другой пример. Когда двигатель работает на очень высоких оборотах, скорость движения топливовоздушной смеси на входе цилиндра и выхлопных газов на его выходе тоже очень высокая. Это придает газовым потокам значительную дополнительную энергию движения за счет инерции. Поэтому одновременное открытие впускного и выпускного клапанов (перекрытие клапанов) в цилиндрах в конце выпуска и в начале впуска является крайне желательным явлением.

Фаза перекрытия клапанов в таком случае должна быть расширена по сравнению с режимами работы двигателя в менее скоростных режимах, так как это способствует дополнительной продувке цилиндра под напором быстрых впускных газов и под сильным разрежением быстро вылетающих отработавших газов. Однако подобное расширение фазы перекрытия клапанов в режиме холостого хода недопустимо, т.к. приводит к нарушению процесса внешнего смесеобразования из-за обратного выхлопа части отработавших газов во впускной коллектор. Из этого примера следует, что и фазу перекрытия клапанов жесткий распредвал формирует неоптимально.

Ясно, что каждому виду фазовой диаграммы соответствует определенная форма кулачков на распредвале. Так, для впускного и выпускного клапанов в идеальном двигателе кулачки симметричные, с идеальным профилем; у двигателя ЗИЛ кулачки гармонические, впускной с разворотом в сторону опережения, выпускной - почти симметричный; двигатель оптимальный по холостому ходу имеет тангенциальные кулачки - выпускной кулачок со значительным разворотом в сторону отставания, а впускной - в сторону опережения; у двигателя, работающего в форсированном режиме с расширенной фазой перекрытия клапанов, впускной кулачок гармонический и должен давать опережение по открытию клапана, а выпускной тангенциальный - отставание по закрытию.

Опережение или отставание фазовых состояний клапана определяется и формируется разворотом кулачка против вращения распредвала (отставание) или по направлению (опережение). Важно также заметить, что в реальных двигателях с жестким распредвалом фазы впуска и выпуска почти никогда не бывают симметричными (их середина сдвинута относительно середины рабочего такта - хода поршня от одной мертвой точки к другой).

Из рассмотрения диаграмм ясно, что жесткая привязка фаз газораспределения к вращению коленчатого вала, даже при их расширении и (или) смещении относительно рабочих тактов двигателя, не является оптимальным способом формирования процессов газораспределения в реальных ДВС. Получается так: изменился режим работы двигателя, надо бы соответственно изменить и фазы газораспределения. Но газораспределительный механизм с жесткими кинематическими связями не позволяет этого сделать. Приходится искать «золотую середину». Компромиссное среднее положение фаз газораспределения относительно нижней и верхней мертвых точек для каждого конкретного двигателя определяется опытным путем на специальном экспериментальном стенде. Найденные таким способом фазы газораспределения называются установочными. До недавнего времени опытный подбор установочных фаз был единственной возможностью подогнать жесткий распредвал под реальные процессы газообмена в ДВС на различных режимах его работы.

При подборе установочных фаз имеют в виду следующие соображения. Фазы, раскрыв угла которых более 180°, могут быть сдвинуты относительно мертвых точек, а также относительно друг друга. Манипулируя шириной фаз впуска и выпуска и их сдвигом, можно подгонять рабочие параметры двигателя под заданные условия эксплуатации. Такая возможность обусловлена тем, что эффективность газообмена в цилиндрах ДВС определяется степенью их наполнения свежим зарядом и степенью их очистки от отработавших газов. А наполнение и очистка цилиндров непосредственно зависят от продолжительности фаз впуска и выпуска, и от фазы их взаимного наложения друг на друга (фаза перекрытия клапанов).
Можно детально объяснить, почему так происходит, но здесь ограничимся тем, что укажем на три основных момента:
1. В высокоскоростном двигателе наполнение цилиндра свежим зарядом несколько увеличивается (примерно на 10…15%) за счет напора газов со стороны впускного коллектора, если впускной клапан остается открытым на некоторое время после НМТ (50е…80° по углу поворота KB).

2. При раннем открытии выпускного клапана (за 40°…70° до НМТ, в такте «рабочий ход») большая часть отработавших газов (до 60%) эвакуируется из цилиндра достаточно высоким (4…5 атм) давлением газов. (Поршень в такте выпуска вытесняет из цилиндра всего 40…50% отработавших газов.)

3. Одновременное открытие выпускного и впускного клапанов (перекрытие клапанов) в конце такта выпуска (за 20…30° до ВМТ) и в начале такта впуска (20…50° после ВМТ) способствует продувке камеры сгорания, из которой вытесняются остаточные отработавшие газы. Продувка происходит за счет инерционного движения газовых потоков во впускном и выпускном коллекторах.
Используя эти три фактора воздействия на эффективность газообмена, можно создавать двигатели с различными рабочими характеристиками. Для двигателей обычного назначения фазы газораспределения устанавливаются таким образом, чтобы они наиболее оптимально соответствовали применяемому на данном двигателе способу смесеобразования и конструкции газопропускных каналов и тем самым обеспечивали устойчивую работу двигателя при всех возможных режимах его работы.

Однако усредненный подбор фаз газораспределения не является единственным способом улучшения характеристик двигателя внутреннего сгорания с жестким распредвалом. Так, современные двигатели теперь стали оборудовать многоклапанным газораспределительным механизмом, в котором на один цилиндр приходится до четырех и даже до пяти клапанов. Клапаны приводятся в действие от двух распределительных валов группами по два или три клапана.

Такая конструкция газораспределительного механизма дает возможность значительно увеличивать суммарную площадь пропускных щелей клапанов во время одновременного их открытия сравнительно небольшим ходом.

Таким образом, многоклапанная система позволяет реализовать более эффективный газообмен в цилиндрах ДВС при высокой степени сжатия и при высоких оборотах без применения искусственного наддува цилиндров свежей порцией воздуха и без значительного расширения фаз. Это существенно повышает выход мощности ДВС с единицы его конструктивного объема. Как следствие, многоклапанные двигатели меньше по весу и габаритам в сравнении с классическими моделями ДВС.

Четырехцилиндровый двигатель

«Audi-A4» с двадцатью клапанами работает без наддува и развивает мощность в 125 л.с. уже при 5800 об/мин. Он имеет плавный ход за счет «длинной полочки» в характеристике крутящего момента (крутящий момент в 165 Нм развивается на 3500 об/мин и в 173 Нм - на 3950 об/мин). Три впускных и два выпускных клапана своим коротким ходом и малой длительностью открытия позволяют приблизить продолжительность и место нахождения фаз газораспределения к их соответствию с рабочими тактами идеального теоретического двигателя. Перекрытие клапанов в такой конструкции минимальное. Это значительно улучшает такие показатели работы ДВС, как бесшумность и плавность хода, динамичность и расход топлива. Вращение коленчатого вала вначале передается зубчатым ремнем на выпускной распределительный вал (в передней части двигателя), а с него - на впускной распределительный вал цепной передачей (сзади двигателя).

В настоящее время многоклапанные системы находят широкое применение на ДВС для современных легковых автомобилей.

Еще одно новшество в современном механизме газораспределения - это гидравлические толкатели. Существуют две разновидности гидравлических толкателей: с подачей масла под давлением от системы смазки и с герметичной масляной подушкой, находящейся под давлением пружины или сжатого газа. Такие толкатели передают усилие от распределительных валов непосредственно на клапаны без промежуточных коромысел, что исключает необходимость регулировки клапанов в процессе эксплуатации ДВС.
Но самым перспективным направлением в повышении эффективности работы газораспределительного механизма является гибкое программное управление работой клапанов, что может быть реализовано несколькими способами: поворотом составного распредвала относительно коленчатого вала на соответствующий угол, создавая тем самым опережение или отставание распредвала с одновременным расширением вершин кулачков; изменением профиля кулачка по заданному закону управления: или, например, сделать кулачок вращающимся на распредвалу с жесткой его фиксацией в нужный момент от электронной автоматики.
Наиболее активно и плодотворно в направлении внедрения электроники в управление механизмом газораспределения работали японские автомобилестроители. Так, в 1992 году две японские фирмы «Honda» и «Mitsubishi» объявили о своих намерениях выпустить двигатель с автотронной системой управления клапанами. С 1993 года фирма «Honda» действительно освоила серий ный выпуск таких двигателей, на которых получила широкую и выпуклую характеристику для крутящего момента и значительную удельную мощность - 75 кВт/л. Не менее интересны достижения фирмы «Mitsubishi». Эта фирма оснастила автотронной системой «Mivec» двигатель автомобиля «Lanser». Этот двигатель объемом 1600 см3 до модернизации развивал мощность 83 кВт при 6000 об/мин и максимальный крутящий момент 137 Нм. После замены обычной головки блока цилиндров на головку с автотронным управлением клапанами двигатель стал мощнее на 40 кВт, а максимальный крутящий момент достиг значения в 167 Нм.

С этим же двигателем более легкий автомобиль «Mit-Colt» показал расход топлива 3,75 л/100 км при постоянной скорости движения 60 км/ч. Такие показатели получены за счет применения в автотронной системе управления клапанами, в системе впрыска топлива и в системе цифрового зажигания единой гибко интегрированной программы управления, заложенной в память центрального бортового компьютера, тем самым достигнута высокая точность срабатывания всех систем.

В этом механизме два верхних распредвала впускной и выпускной. На каждую пару одноименных клапанов работают не два одинаковых, а два разнопрофильных кулачка: один пологий, другой острый. Толкающие действия клапанам могут сообщаться или от острого, или от пологого кулачка попеременно или от обоих кулачков сразу. Режимы работы кулачков, зависящие от режима работы двигателя, заложены в программу бортового компьютера и реализуются с помощью электрогидраалического или электромагнитного управления системой передаточных коромысел. Такой работой механизма реализуется автоматическое управление фазами и высотой хода клапанов.

Функциональная модель узла с электронным упраалением механизмом газораспределения работает следующим образом. Если по программе требуется, чтобы клапан открывался и закрывался по синусоидальному закону, в работу включается гармонический (пологий) кулачок. Для этого сигнал управления от ЭБУ подается на соленоид 2, который выталкивает шток 3, а тот в свою очередь надавливает на фиксатор 4. Происходит жесткая фиксация толкателя 6 на промежуточном валу 5, который одновременно является поворотной осью для Т-образного коромысла 8. Пологий кулачок 13 набегает на левый ролик 9, и спаренные клапаны 7 открываются наклоном Т-образного коромысла. Так как в это время правый толкатель 6 не зафиксирован на оси 5, то он никакого действия на коромысло 8 не оказывает. Аналогично работает и острый кулачок 11 или оба кулачка сразу.

В последнем случае может быть получена сколько угодно сложная форма управления клапанами. Достоинством системы является возможность выключения клапанов. Недостатки - конструктивная сложность и низкая надежность механизма фиксации толкателя 6 на оси 5. Сравнительно быстрый износ фиксаторов приводит не только к нарушению программы работы двигателя, но и к полной его остановке. Возможны и другие варианты исполнения фиксаторов, например с электромагнитным гидрофиксатором.

Однако идеальный по газораспределению двигатель внутреннего сгорания пока еще не создан, хотя изобретен профессором МАДИ В.М. Архангельским еще в пятидесятых годах XX века. По идее Архангельского идеальный двигатель должен управляться не механическими клапанами с приводом от распределительного вала, а электромагнитными клапанами с электрическим управлением процессами их открывания и закрывания. Ясно, что если клапаны будут включаться и выключаться по электрическим сигналам, то можно будет создать программу идеального газораспределения и управления клапанами так, как это делается в современных системах зажигания при формировании момента новообразования.

Главной проблемой реализации идеи электромагнитного управления газораспределительными клапанами является пока непреодолимая сложность создания малогабаритных, мощных и быстродействующих электрических клапанов с тихой работой. Когда это станет возможным, процессы газораспределения в поршневом ДВС будут осуществляться не газораспределительным механизмом с распредвалом, а электромагнитными клапанами с управлением от электронной автоматики или от центрального бортового компьютера.

Четырехтактный двигатель был впервые продемонстрирован Николаусом Отто в 1876 году и поэтому он также известен как цикл Отто. Технически правильный термин - четырехтактный цикл. Четырехтактные двигателя является наиболее распространенным типом двигателя в настоящее время. Они установлены практически на всех легковых автомобилях и грузовиках.

Четырехтактный двигатель был впервые продемонстрирован Николаусом Отто в 1876 году и поэтому он также известен как цикл Отто. Технически правильный термин - четырехтактный цикл. Четырехтактные двигателя, возможно, является наиболее распространенным типом двигателя в настоящее время. Они установлены на всех легковых автомобилях и грузовиках.

Четыре такта цикла - это впуск, компрессия, расширение и выпуск выхлопных газов. Каждому соответствует один полный ход поршня, поэтому полный цикл требует двух оборотов коленчатого вала.

Такт впуска.
Во время впуска, поршень движется от ВМТ (верхней мертвой точки) вниз к НМТ (нижней мертвой точке), засасывая свежий заряд топливо-воздушной смеси. Изображенный на рисунке двигатель имеет "тарельчатый" впускной клапан, который открывается потоком всасываемого свежего заряда. Некоторые ранние двигатели работали именно таким образом. Однако, в современных двигателях впускной клапан открывается кулачком распределительного клапана.

Анимационные рисунки показывают основной принцип работы одного цилиндра четырех-тактного двигателя.

{seyretpic id= 20 align=center}

Четырехтактный двигатель представляет собой одну из категорий ДВС. Такой двигатель может относиться только к поршневым двигателям внутреннего сгорания. Принцип его работы заключается в следующем: в поршневом ДВС рабочий процесс происходит за два оборота коленчатого вала, в каждом из цилиндров. Таким образом, два оборота коленчатого вала равны четырем ходам поршня, или такта.

Принято выделять следующие четыре такта:

Впуск, или такт впуска: через открытый клапан в цилиндр двигателя поступает свежая порция топливно-воздушной смеси.
Сжатие, или такт сжатия: топливно-воздушная смесь сжимается, при этом все клапаны закрыты.
Рабочий ход, или такт рабочего хода: топливо, которое сжалось, начинает воспламеняться при помощи свечи зажигания, которая находится под поршнем. Энергия, высвобождаемая при сгорании, начинает воздействовать на поршень, который в свою очередь начинает перемещаться вниз. Можно сказать, что именно на этом такте происходит работа двигателя автомобиля.
Выпуск, или такт выпуска: выпускной клапан открывается, после чего из него выходят выхлопные газы, которые затем попадают в атмосферу. Цилиндр очищается.

Когда четвертый такт заканчивается, то повторяется все то же самое, в аналогичном порядке.

К главным преимуществам 4-х тактного двигателя можно отнести следующие характеристики: большая экономичность, большой ресурс, маленький шум, более чистый . Кроме того, в этом случае не нужна сложная выхлопная система и предварительное смешивание масла и бензина.

Главная » Современные модели » Устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания. Двс - четырехтактный двигатель, принцип работы