Принцип работы 2х тактных и 4х тактных двигателей

Принцип работы 2х тактных и 4х тактных двигателей

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

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

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

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

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

Четырехтактные двигатели — выбор компании Honda

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

Принцип работы двухтактного двигателя

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

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

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

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

Принцип работы четырехтактного двигателя

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

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

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

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

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

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

Области применения дизельных двигателей

После изобретения Рудольфом Дизелем, его двигатель, претерпев некоторые изменения в течении ста лет, стал самым востребованным и практичным в использовании в разных областях деятельности. Главной его особенностью стала высокая эффективность и экономичность.

Сегодня дизельный двигатель используют:

на стационарных силовых агрегатах;

на грузовых и легковых машинах;

на тяжелых грузовиках;

на сельхоз/спец/строительной технике;

на тепловозах и судах.

Дизели могут иметь рядную и V-образную структуру. Без проблем работают с системой наддува воздуха.

Основные параметры

При эксплуатации двигателя, важны следующие параметры:

экономичная, и в тоже время надежная эксплуатация;

практичная компоновка в силовом отсеке;

комфорт и совместимость с окружающей средой.

От того, в какой области деятельности применяется дизель, будет меняться его внутренняя конструкция.

Применение дизельного двигателя

Стационарные силовые агрегаты

Рабочие обороты, в стационарных агрегатах как правило фиксированные, поэтому двигатель и система питания должны работать вместе в постоянном режиме. В зависимости от интенсивности нагрузки, подача топлива контролируется регулятором частоты вращения коленчатого вала, для поддержания заданных оборотов. На стационарных силовых агрегатах чаще всего используют аппаратуру впрыска с механическим регулятором. Иногда как стационарные могут использоваться и двигатели для легковых авто и грузовиков, но только при правильно настроенном регуляторе.

На легковых автомобилях используются быстроходные дизели, то есть способные развивать высокий крутящие момент в широком диапазоне частот вращения коленчатого вала. Система с электронным управлением впрыска Common Rail получила здесь своё широкое применение. Электроника отвечает за впрыск определенного количества топлива и этим достигается полное сгорание, повышение мощности и экономичность. В Европе дизельные легковые автомобили оснащаются системами впрыска топлива, так как расход топлива у них ниже, чем у двигателей с разделенными камерами сгорания (на 15-20%).

Эффективной системой повышения мощности двигателя является турбонаддув. Для создания наддува во всех режимах работы двигателя используется турбонагнетатель.

Ограничение по нормам токсичности отработанных газов (ОГ) и рост мощности обеспечили использование систем впрыска топлива с большим давлением. Ограничения содержания вредных веществ в ОГ обусловили постоянное совершенствование конструкции дизелей.

Основным критерием здесь является экономичность, поэтому для грузовых автомобилей применяют дизельные двигатели с системой непосредственного впрыска топлива. Частота вращения коленчатого вала здесь достигает 3500 оборотов. К этим двигателям также применимы жесткие требования норм по отработанным газам, это говорит о контроле и высоких требованиям качества к существующей системе, а также к разработке новых.

Самое широкое использование дизель получил именно здесь. Основными критериями здесь стали не только экономичность, но и надежность, простота и удобство в обслуживании. Мощности и шумности не придается такое значение, как например для легковых дизельных авто. На спец/сельхозтехнике используют дизели различной мощности. Чаще всего для таким машин применяется механическая система впрыска топлива, а также простая система воздушного охлаждения.

Схожесть двигателей тепловозов с корабельными двигателями говорит об их надежности и длительной эксплуатации. Они могут работать на топливе худшего качества. Подобные двигатели распространяются от большегрузных авто до средних судов.

От области применения судового дизеля зависят требования к нему. Для морских и спортивных катеров используют дизели высокой мощности (здесь применяют четырехтактные двигатели с частотой вращения коленчатого вала до 1500 об/мин, имеющие до 24 цилиндров). Двухтактные двигатели экономичны и применяются при длительной эксплуатации. Эти низкооборотные двигатели имеют наивысший КПД до 55%, и работают на мазуте что требует специальной подготовки на судне. Мазут необходимо нагревать (примерно до 160 С) — тогда вязкость мазута уменьшается и его можно использовать для работы фильтров и насосов.

На судах среднего размера используют дизельные двигатели, которые изначально были созданы для большегрузных авто. В конечном итоге это двигатель, настроенный и отрегулированный в зависимости от характера его эксплуатации и не требующий дополнительных затрат на разработку.

Сегодня эти двигатели уже не актуальны, так как они не проходят контроль качество ОГ и не имеют необходимых характеристик (совершенности и мощности). Они были разработаны для специального применения для местностей с нерегулярной поставкой топлива и могли работать как на дизельном топливе, так и на бензине либо на других заменителях.

Сравнительные параметры

С помощью таблицы ниже, можно сравнить основные параметры дизельных и бензиновых двигателей.

Четырехтактные двигатели дизель принцип работы

Что такое двигатели внутреннего сгорания и теплосиловые установки? Это устройства (машины), которые превращают внутреннюю химическую энергию топлива в механическую работу. Мы рассмотрим двигатели тепловозов – дизели, а также двигатели с вращающимся ротором (газоурбинные), применяемые в качестве силовой установки на газотурбовозах. Существуют и комбинации этих типов двигателей – они носят название турбопоршневые двигатели.

Четырехтактные двигатели внутреннего сгорания: история создания и принцип действия

В 1876 году немецкий инженер Николаус Отто изобрел и запатентовал первый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания.

Конструкции четырехтактных дизельных и бензиновых двигателей очень похожи. В обоих случаях смесь топлива и воздуха подается в цилиндр, снабженный поршнем. Цилиндров может быть от 4 до 8 и даже более. Они работают последовательно, чтобы поддерживать постоянную мощность двигателя. Цикл работы каждого цилиндра состоит из 4 тактов — движения поршня.

Цикл начинается с 1 такта — впуска. Открывается впускной клапан, под действием коленчатого вала поршень двигается вниз, засасывая в цилиндр топливо и воздух.

Затем впускной клапан закрывается, и поршень толкаемый кривошипом, возвращается в цилиндр, сжимая топливо-воздушную смесь и тем самым разогревая ее. Этот 2 такт называется сжатием. В бензиновых двигателях в этот момент смесь воспламеняется свечой зажигания. При сгорании смесь расширяется. Происходит 3 такт — рабочий ход. Давление газов заставляет поршень двигаться вниз и вращать коленчатый вал.

В конце рабочего хода открывается впускной клапан, и начинается выход отработанных газов. Этот 4 такт называется выпуском. В это же время коленчатый вал толкает поршень обратно вверх, вытесняя из цилиндра оставшиеся газы. Когда процесс заканчивается, начинается новый 4-тактный цикл.

Схема работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания

Далее на инфографике изображена принципиальная схема всех четырех тактов.

1. Впуск: поршень идет вниз, засасывая воздух и топливо в цилиндр.
2. Сжатие: поршень поднимается и сжимает топливную смесь.

3. Рабочий ход: искра воспламеняет топливно-воздушную смесь и газы толкают поршень вниз.
4. Выпуск: поршень поднимается и цилиндр и выталкивает отработанные газы.

Конструкция двигателя Отто была усовершенствована и доработана другим немецким инженером Готлибом Даймлером (1834 — 1900). Даймлер запатентовал более мощную и быстроходную модель двигателя в 1887 г. Обычный двигатель внутреннего сгорания может иметь 8 или даже дольше цилиндров. В каждом цилиндре поршень после поджигания топливно-воздушной смеси движется вниз и вращает коленчатый вал. Специальные клапаны осуществляют впуск топливно-воздушной смеси и выпуск отработанных газов.

Четырехтактные двигатели применяются в основном в автомобилестроении. Цикл их работы состоит из 4 тактов: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Только такт рабочего хода заставляет коленчатый вал вращаться. В современных автомобильных двигателях имеется сразу несколько цилиндров. Поршни, находящиеся в этих цилиндрах, последовательно выполняют каждый из 4 тактов рабочего цикла.

Принцип работы дизельного двигателя

Как работает дизельный двигатель и, самое главное, как происходит воспламенение топлива в камере сгорания, если у агрегата данного типа нет свечей зажигания? Сперва воздух поступает в цилиндры. В конце такта сжатия, когда поршень почти достиг верхней мертвой точки, температура воздуха в камере сгорания достигает высоких значений (порядка 700-800 градусов) и затем в цилиндры впрыскивается дизельное топливо, которое воспламеняется самостоятельно, без искрового зажигания. Тем не менее, свечи в дизельном агрегате все-таки есть, но то – свечи накаливания, а не зажигания, которые нагревают камеру сгорания для облегчения запуска двигателя в холодное время.

Работа свечи накаливания в дизельном двигателе

Они представляет собой спираль (бывают с металлической и керамические), могут быть установлены в вихревой камере или в форкамере (если речь идет об агрегатах с раздельной камерой сгорания) или непосредственно в камере сгорания (если она нераздельная). При включении зажигания свечи накаливания практически мгновенно, за считанные секунды они раскаляются до температур в районе тысячи градусов и нагревают воздух в камере сгорания, облегчая процесс самовоспламенения топливно-воздушной смеси.

Рабочий цикл из двух тактов

Одноцилиндровый двухтактный двигатель работает по-другому. Здесь все четыре действия происходят за один полный оборот коленвала. При этом поршень делает только два такта (расширения и сжатия), двигаясь от ВМТ к НМТ и обратно. А впуск и выпуск являются частью этих двух тактов. Подробней принцип работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания можно описать следующим образом.

Газы от сгорания топливной смеси толкают поршень вниз от ВМТ. Примерно на середине хода поршня в гильзе цилиндра открывается выпускное отверстие, через которое часть газов выбрасывается в патрубок глушителя. Продолжая двигаться вниз, поршень создаёт давление, благодаря которому в цилиндр поступает новая порция топлива, одновременно продувая его от остатков сгоревших газов. Подходя к ВМТ, поршень сжимает смесь и система зажигания воспламеняет её. Снова начинается такт расширения.

В авиамоделестроении широко используется двухтактный дизельный двигатель, его принцип работы тот же, что и у бензинового. Разница в том, что смесь топлива с воздухом самостоятельно воспламеняется в конце цикла сжатия. Горючим для таких моторов служит смесь эфира с авиационным керосином. Воспламенение этого горючего происходит при гораздо меньшей степени сжатия, чем у двигателей на традиционном дизельном топливе.

Дизельные двигатели различаются конструкцией камеры сгорания:

Неразделенная камера сгорания: камера сгорания располагается в поршне, а впрыск топлива происходит в надпоршневом пространстве. Основное преимущество конструкции в пониженном расходе топлива, однако приходится терпеть грохот и шум. В нынешнее время конструкторы уделяют много внимания на разрешение этой проблемы.

Разделенная камера сгорания: топливо поступает в отдельную камеру (которая называется вихревой). Преимущественно в конструкции дизельных двигателей есть соединение вихревой камеры с цилиндром при помощи специального канала. Воздух, попадая в эту камеру, закручивается, что способствует более интенсивному перемешиванию топлива с кислородом. Раньше такая система была популярной в автомобилестроении, но из-за своей неэкономичности постепенно вытесняется конструкцией с неразделенной камерой сгорания.

Четырехтактный процесс в дизеле

В четырехтактном дизеле (рис. 2 «Рабочий цикл четырехтактного дизеля«) клапа­ны механизма газораспределения управ­ляют впуском воздуха и выпуском ОГ. Они открывают или закрывают впуск­ные и выпускные каналы головки цилин­дров. Каждый впускной и выпускной ка­нал может иметь один, два или три кла­пана.

Рис. 2 : а — впуск; b — сжатие; с — рабочий ход; d — выпуск. 1. Впускной распределительный вал. 2. Форсунка. 3. Впускной клапан. 4. Выпускной клапан. 5. Выемка в днище поршня. 6. Поршень. 7. Стенка цилиндра. 8. Шатун. 9. Коленчатый вал. 10. Выпускной распределительный вал. а — угол поворота коленчатого вала. d — диаметр цилиндра. М — крутящий момент. s — ход поршня. V_c — объем камеры сгорания. V_h — рабочий объем. ВМТ — верхняя мертвая точка поршня. НМТ — нижняя мертвая точна поршня.

Первый такт — впуск (а)

Поршень 6, находящийся в верхней мер­твой точке (ВМТ), движется вниз и уве­личивает объем цилиндра. Дроссельная заслонка отсутствует, и воздух через от­крытый впускной клапан 3 поступает не­посредственно в цилиндр. В нижней мертвой точке (НМТ) поршня объем ци­линдра достигает своего максимального значения (V_h + V_c).

Второй такт — сжатие (Ь)

Клапаны механизма газораспределения закрыты. Движущийся поршень сжима­ет заключенный в цилиндре воздух, ко­торый, сообразно степени сжатия (от 6 у больших двигателей до 24 у двигателей легковых автомобилей), нагревается до высокой температуры, максимально до­ходящей до 900°С. В конце процесса сжа­тия форсунка впрыскивает топливо в ра­зогретый воздух под высоким давлением (в настоящее время приблизительно до 2000 бар).

В ВМТ поршня объем цилиндра до­стигает минимального значения (объем камеры сгорания V_c )

Третий такт — рабочий ход (с)

После задержки воспламенения (не­сколько градусов угла поворота коленча­того вала) начинается рабочий ход. Тон­ко распыленное дизельное топливо вос­пламеняется в сильно сжатом горячем воздухе в камере сгорания и сгорает, вследствие этого заряд топливовоздуш­ной смеси в цилиндре продолжает разо­греваться дальше и давление в цилиндре поднимается еще выше. Освобожденная при сгорании энергия определяется ко­личеством впрыснутого топлива (каче­ственное регулирование). Под действием давления поршень движется вниз, при этом тепловая энергия преобразуется в кинетическую. Кривошипно-шатунный механизм преобразует кинетическую энергию поршня в энергию вращения коленчатого вала.

Четвертый такт — выпуск (d)

Рис. 4

Уже незадолго до нижней мертвой точки поршня открыва­ется выпускной клапан 4. Находящиеся под давлением горячие газы начинают выходить из цилиндра. Движущийся вверх поршень вытесняет остальные ОГ. После двух оборотов коленчатого вала новый рабочий цикл начинается с такта впуска.

Кулачки впуска и выпуска распреде­лительного вала служат для открытия и закрытия клапанов. У двигателей с од­ним распределительным валом движе­ние от кулачков чаще всего передается на клапаны с помощью коромысел. Фа­зы газораспределения включают н себя моменты открытия и закрытия клапа­нов по отношению к положению колен­чатого вала (рис. 4 «Диаграмма фаз распределения четырехтактного дизеля«), поэтому они указы­ваются в градусах угла поворота колен­чатого вала. Распределительный вал приводится от коленчатого вала зубчатым ремнем, цепью или набором шестерен. При четы­рехтактном процессе рабочий цикл со­вершается за два оборота коленчатого ва­ла, поэтому распределительный вал вра­щается с вдвое меньшей частотой, чем коленчатый. Передаточное отношение между коленчатым и распределительным валами составляет, таким образом, 2:1.

При переходе от такта выпуска к так­ту впуска все клапаны некоторое время открыты одновременно — этот момент называется перекрытием клапанов. При этом оставшиеся в камере сгорания отработавшие газы вытесняются свежим зарядом воздуха в выпускной коллектор, одновременно охлаждая цилиндр.

Принцип работы дизельного двигателя.

Принцип работы дизельного двигателя немного отличается от принципа работы бензинового. Отличие это состоит в том, что смесеобразование происходит уже внутри самого цилиндра, у бензинового же двигателя приготовление смеси происходит снаружи. В цилиндр она подается уже готовой. Существенным отличием является воспламенение рабочей смеси. В бензиновом двигателе воспламенение происходит от свечи зажигания, а в дизельном происходит самовоспламенение.

Теперь разберем рабочие циклы четырехтактного дизельного двигателя:
Такт впуска.

Рис 1 – Такт впуска.

1 – впускной клапан. 2 – выпускной клапан. 3 – топливная форсунка.

За первый такт, поршень перемещается от верхней мертвой точки ВМТ к нижней НМТ. Впускной клапан 1 открыт, выпускной 2 закрыт. За счет создаваемого разрежения в цилиндре, вовнутрь устремляется порция воздуха.
Такт сжатия.

Рис 2 — Такт сжатия.

На этом этапе, оба клапана как впускной, так и выпускной закрыты. Поршень перемещается из НМТ в ВМТ, сжимая воздух. Давление в камере достигает 5 МПа, а температура воздуха за счет сжатия возрастает до 700 градусов Цельсия.

Рис 3 — Такт расширение. Рабочий ход.

При достижении поршнем верхней мертвой точки (при максимальном давлении в цилиндре), через форсунку, под высоким давлением, создаваемым топливным насосом закачивается порция топлива. Форсунка распыляет топливо, которое смешиваясь с горячим воздухом самовоспламеняется. В результате горения, температура в камере резко повышается до 1800 градусов Цельсия, вместе с ней в разы увеличивается и давление 11 МПа. Поршень, передвигаясь от верхней мертвой точки к нижней мертвой точки, совершает полезную работу. В конце такта температура падает до 700 — 800 градусов, давление снижается до 0.3 – 0.5 МПа.
Такт выпуска.

Принцип работы четырехтактного дизельного двигателя

Пособие для водителей катеров, яхт, лодок, судов, водного транспорта

22.05.2015 22:10
дата обновления страницы

История изменения сайта

Принцип работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания .

Четырехтактный двигатель (рис. 39,4) имеет следующие механизмы и системы: кривошипно-шатунный механизм, механизм газораспределения, систему смазки, систему охлаждения, систему питания и двигатели легкого топлива, систему зажигания.

Кривошипно-шатунный механизм преобразует прямолинейное (возвратно-поступательное) движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. В кривошипно-шатунный механизм входят следующие детали: цилиндр с головкой, поршень с поршневыми кольцами, поршневой палец, шатун, коленчатый вал, картер двигателя, маховик.

Механизм газораспределения служит для впуска в камеру цилиндра горючей смеси и выпуска из нее отработавших газов. В распределительный механизм входят два клапана, расположенных в верхней части цилиндра, направляющая втулка клапана, пружина клапана, упорная шайба, распределительный вал с шестеренчатым или цепным приводом, детали передачи от распределительного вала к клапанам.

Система смазки обеспечивает подачу масла к трущимся деталям двигателя, чем уменьшает их износ и силу трения, а также охлаждает трущиеся поверхности деталей и выносит продукты износа. В систему смазки входят следующие детали: масляный резервуар, масляный насос, масляные фильтры тонкой и грубой очистки, маслоохладители, маслопроводы и редукционные клапаны.

Сумма всех рабочих объемов цилиндров двигателя есть рабочий объем, или литраж, двигателя.

Система охлаждения отнимает излишнее тепло от стенок Цилиндра и поршня, сильно нагревающихся при работе двигателя.

Рис. 39. А — Схема одноцилиндрового четырехтактного двигателя: 1-Шестерни распределения; 2- Распределительный вал; 3-Толкатели; 4 — Карбюратор; 5-Впускная труба; 6- Выпускная труба; 7-Впускной клапан; в -Выпускной клапан; 9-Запальная свеча; 10- Цилиндр; II-Головка цилиндра; 12- Поршень; 13- Поршневом палец; 14-Шатун; 15- Водяной насос; 16- Верхняя часть картера; 17-Маховик; 18-Коленчатый вал; 19-Маслопровод; 20- Нижняя половина картера (поддон); 21-Масляный насос;

Рис. 39. Б — рабочий процесс 4-тактного двигателя

Система питания приготовляет рабочую смесь одного и того же состава на всех режимах работы двигателя. Система зажигания своевременно воспламеняет рабочую смесь в цилиндре при помощи электрической искры.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя (рис. 39,Б) слагается из последовательно повторяющихся процессов. В замкнутое пространство камеры цилиндра при движении поршня вниз засасывается рабочая смесь, состоящая из паров бензина и воздуха,- 1-й такт. При движении поршня вверх смесь уплотняется (сжимается)-2-й такт, далее смесь воспламеняется и сгорает; образуется высокая температура и большое давление, под влиянием которого поршень движется вниз и через шатун вращает коленчатый вал — 3-й такт. Оставшиеся в цилиндре отработавшие газы при последующем движении поршня снизу вверх выталкиваются из камеры цилиндра в атмосферу — 4-й такт. Затем весь процесс многократно повторяется, обеспечивая непрерывную работу двигателя.

Рис. 40. Основные положения поршня (а) и определение объемов цилиндра (б)

Крайнее верхнее положение поршня называется верхней мертвой точкой (ВМТ), крайнее нижнее положение поршня — нижней мертвой точкой (НМТ). "Моментом мертвой точки" называется такое положение поршня, при котором шатун и колено вала вытянуты по одной прямой линии (рис. 40,а). Расстояние от ВМТ до НМТ принято называть ходом поршня. Процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня, называется тактом. При нахождении поршня в ВМТ объем становится минимальным и называется объемом камеры сжатия. Объем, описываемый поршнем во время его хода, называется рабочим объемом цилиндра (рис. 40,6). Сумма рабочего объема цилиндра и объем камеры сжатия есть полный объем цилиндра.
Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия есть степень сжатия (рис. 40,6)*. Степень сжатия показывает, во сколько раз сжимается засосанная поршнем в цилиндр рабочая смесь. Повышение степени сжатия повышает мощность и приводит к более экономичной работе двигателя. В карбюраторных двигателях степень сжатия рабочей смеси колеблется в пределах от 5,0 до 9,0.

Во время такта впуска камера цилиндра заполняется горючей смесью (см. рис. 39,5 — /). Поршень движется от ВМТ к НМТ; благодаря увеличению объема над поршнем создается разрежение; в это время кулачок распределительного вала поднимает впускной клапан, соединяя камеру цилиндра через впускной трубопровод с карбюратором. Под влиянием разрежения горючая смесь начинает поступать в цилиндр до момента закрытия впускного клапана. Поступившая в цилиндр горючая смесь смешивается в цилиндре с остатками отработавших газов, оставшихся от предыдущего цикла; получившаяся смесь называется рабочей смесью. Степень наполнения цилиндра определяется коэффициентом наполнения, который представляет собой отношение веса фактически засосанной в цилиндр смеси к весу смеси в объеме, равном рабочему объему цилиндра. Для современных бескомпрессорных двигателей коэффициент наполнения колеблется от 0,75 до 0,85 из-за наличия сопротивления в трубопроводах, ограниченного диаметра впускных отверстий и других причин. Давление в конце такта впуска равно примерно 0,7-0,8 кг/см2. Температура рабочей смеси в цилиндре колеблется от 90 до 130°.

Во время такта сжатия поршень идет от НМТ к ВМТ, т. е. движется вверх (рис. 39 5- 11 ). Оба клапана закрыты, объем под поршнем уменьшается, рабочая смесь сжимается. Чем больше степень сжатия, тем сильнее сжимается рабочая смесь и тем выше давление газов на поршень при сгорании. Чрезмерно высокая степень сжатия может привести к детонационному самовоспламенению рабочей смеси и нарушению протекания нормального ее сгорания в цилиндре двигателя; это приводит к резкому повышению давления газов в цилиндре и стукам двигателя, а несвоевременное ее воспламенение — к снижению мощности и перегреву двигателя. При высоких степенях сжатия в двигателях применяется топливо, обладающее хорошими антидетонационными свойствами (с большим октановым числом). Давление смеси в конце такта сжатия достигает 7-9 кг/см’2, а температура — около 300°.

При рабочем ходе (рис. 39,Б- III ) поршень под влиянием давления, развившегося в цилиндре при сгорании рабочей смеси, движется от ВМТ к НМТ. В конце такта сжатия, когда поршень находится в ВМТ, в цилиндр на свечу подается высокое напряжение, между ее контактами проскакивает искра, поджигающая рабочую смесь. Оба клапана при этом такте закрыты. Смесь сгорает очень быстро, выделяя большое количество тепла, что приводит к сильному расширению газов и появлению высокого давления в цилиндре порядка 30-40 кг/см2. Затем поршень с большой силой перемещается к НМТ и через шатун вращает коленчатый вал.

Температура газов в цилиндре в начале рабочего хода равна 1800-2000°. В конце рабочего хода давление в цилиндре падает до 3-4 кг/см1’2, а температура снижается до 1100- 800°.

Такт выпуска (рис. 39,Б-IV) предназначен для очищения камеры цилиндра от отработавших газов. Очистка цилиндра происходит за счет энергии, полученной маховиком при такте рабочего хода. Поршень двигается от НМТ к ВМТ, кулачок распределительного вала в этот момент открывает выпускной клапан, и отработавшие газы выталкиваются в атмосферу. Пол: ностью удалить из цилиндра отработавшие газы невозможно. Давление при такте выпуска в цилиндре колеблется от 1Д до 1,3 кг/см2, температура газов равна 700-800°.

Рабочий цикл четырехтактного дизеля состоит из тех же четырех тактов, что и у карбюраторного двигателя, т. е. из впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска. Рабочий процесс дизеля показан на рис. 41.

При такте впуска поршень движется от ВМТ к НМТ. Впуск: ной клапан открыт, и в цилиндр засасывается чистый воздух. Процесс в дизеле отличается от процесса в карбюраторном двигателе, где во время такта впуска в цилиндр засасывается готовая горючая смесь.

При такте сжатия поршень движется от НМТ к ВМТ и оба клапана закрыты. Воздух в цилиндре сжимается в 14-18 раз, т. е. степень сжатия составляет в дизеле 14-18. Давление в цилиндре в конце такта сжатия возрастает до 34-38 кг/см2, а температура сжатого воздуха достигает 600-700° С. Высокая температура воздуха в конце такта сжатия допустима, так как сжимается только воздух и опасность возникновения детонационного сгорания смеси отсутствует. Высокая степень сжатия дизелей обеспечивает их главное преимущество, заключающееся в высокой экономичности и повышении КПД до 35-40% использования тепловой энергии топлива.

Рис. 41. Рабочий цикл четырехтактного дизеля: 1-форсунка; 2-топливный насос

В конце такта сжатия, когда поршень находится около ВМТ, в цилиндр дизеля из форсунки под очень большим давлением вспрыскивается топливо, мелко распыленные частицы которого, соприкасаясь с воздухом, нагретым до 600-700°, быстро сгорают, выделяя при этом большое количество тепла. Температура сгорания смеси около 1800-2000°, давление порядка 50- 60 кг/см2 и выше. Под влиянием давления поршень движется от ВМТ к НМТ. Оба клапана при этом закрыты.

При такте выпуска поршень движется от НМТ к ВМТ, выпускной клапан открыт; своим движением поршень через открытое отверстие выпуска выталкивает в атмосферу отработавшие газы из цилиндра.

В четырехтактном двигателе впуск, сжатие и выпуск являются подготовительными тактами к совершению рабочего процесса. Для совершения этих тактов к коленчатому валу надо приложить вращающее усилие двигателя извне. Для выполнения подготовительных тактов на коленчатом валу двигателя устанавливается маховик (рис. 39,а, 17). Маховик представляет собой тяжелый чугунный диск, который, имея значительный вес, накапливает энергию, достаточную для того, чтобы вращать коленчатый вал двигателя и перемещать поршень в цилиндре двигателя во время подготовительных тактов, т. е. за полтора оборота во время рабочего цикла. Наличие маховика на коленчатом валу двигателя приводит к равномерному вращению коленчатого вала и способствует переводу поршней через положения мертвых точек. В одноцилиндровом двигателе в момент вспышки рабочей смеси в цилиндре на картер двигателя передаются сильные толчки и коленчатый вал, несмотря на наличие маховика, вращается неравномерно. Чтобы избежать этого и получить равномерную работу двигателя, его делают многоцилиндровым.

Средства для чистки катеров