Рабочий цикл четырехтактного двигателя – особенности функционирования

Как работает одноцилиндровый четырехтактный двигатель?

Эти моторы распространены довольно широко как в автомобилях, так и в других транспортных средствах, таких как мотоциклы, тракторы, мопеды. Кроме того, в Китае выпускают одноцилиндровые движки объемом 1,03 литра, которые применяются для привода тяжелых мотоблоков. Главными достоинствами можно назвать наименьшее отношение площади цилиндра к рабочему объему, поэтому потери тепла минимальные, а индикаторный КПД достаточно высокий.

Устройство одноцилиндрового дизельного двигателя, впрочем, как и бензинового, заключается в следующем. Всего у таких двигателей четыре такта, первый такт отвечает за впуск. Изначально поршень занимает позицию в верхней предельной или мертвой точке (ВМТ), а коленчатый вал, поворачиваясь на 180 градусов, перемещает его в самую нижнюю точку, тоже называемую мертвой (НМТ). Кроме этого открывается и впускной клапан, а благодаря разряжению, образовавшемуся в цилиндре, в него буквально засасывается горючая смесь, которая, перемешавшись с оставшимися в нем продуктами сгорания, образует рабочую смесь.

Во время следующего такта – сжатия, поршень возвращается обратно в ВМТ, в данный промежуток оба клапана находятся в закрытом положении, что способствует сжатию рабочей смеси, а, следовательно, скачку вверх температуры и давления. Далее идет рабочий ход (третий такт) от искры, создаваемой свечами, происходит воспламенение и сгорание смеси, также приводящее к резкому повышению этих показателей.

Поршень опускается и толкает шатун, который, совершая вращательное движение, воздействует на коленчатый вал. В этот момент и происходит преобразование тепловой энергии в так нам необходимую механическую. Также открывается выпускной клапан, это приводит к снижению температуры и давления. Последний же такт отвечает за выпуск отработанных газов через выпускной клапан в глушитель и затем в атмосферу.

Цикл работы двигателя, рабочие такты

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

  1. Двухтактные;
  2. Четырехтактные.

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

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

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

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

Далее идет такт сжатия

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

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

Рабочий ход

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

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

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

Выпуск

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

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

Сейчасчитают 6 эффективных способов откачки лишнего масла из двигателя

905

Угорание масла в двигателе или как уменьшить «масложор» мотора

8.2k

Каждый такт двигателя соответствует определенному движению поршня в цилиндре.

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

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

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

При движении поршня от одной точки к другой, а затем наоборот, и выполняются такты. То есть, при движении поршня от нижней точки (НМТ

) к верхней (ВМТ ) могут выполняться два такта – сжатие и выпуск, а при движении наоборот – впуск и рабочий ход.

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

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

Рабочий цикл карбюраторного двигателя:

— Такт впускаВ течение этого такта поршень опускается из верхней мёртвой точки (ВМТ) в нижнюю мёртвую точку (НМТ). В это время кулачки распредвала открывают впускной клапан, и через этот клапан в цилиндр засасывается свежая топливно-воздушная смесь.— Такт сжатия Поршень идёт из НМТ в ВМТ, сжимая рабочую смесь. При этом значительно возрастает температура смеси. Отношение рабочего объёма цилиндра в НМТ и объёма камеры сгорания в ВМТ называется степенью сжатия. Степень сжатия — очень важный параметр, обычно, чем она больше, тем больше топливная экономичность двигателя. Однако, для двигателя с большей степенью сжатия требуется топливо с большим октановым числом, которое дороже. Такт расширения, или рабочий ход

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

Гифка наглядно демонстрирует процесс работы четырехтактного двигателя

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

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

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

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

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

Экономичность. Мифы и реальность.

Начнём со стоимости.

Из-за более сложной конструкции стоимость четырёхтактных моторов превышает двухтактные аналоги. В некоторых случаях эта разница всего лишь 10%, а в некоторых и 50%. В любом случае при расчёте на одну лошадиную силу, два такта будут дешевле.

Расход топлива.

На первый взгляд может показаться, что четырёхтактные подвесные лодочные моторы расходуют меньше бензина, масла и вообще обладают более высоким коэффициентом полезного действия. Чего тут скрывать, так оно и есть… Одна из главных причин, это безусловно попадание неотработанного топлива в выхлоп. Вторая предусмотрена конструкцией двухтактного двигателя изначально – масло не только смазывает, но и горит. Не знаю как в Вашей реальности, а в моей стоимость хорошего масла для двигателя внутреннего сгорания превосходит стоимость хорошего бензина в несколько раз. И третья более-менее весомая причина – это совмещение рабочего такта с выхлопом. В четырёхтактных двигателях отработанная смесь начинает выводится только после того, как головка цилиндра опустилась в крайнее нижнее положение, а в двухтактных – примерно на половине пути (плюс-минус, в зависимости от конкретной модели).

Теперь по делу

Когда это важно? Ведь, например, на гонках никто не задумывается над экономичностью – главное прийти первым, а при путешествиях на длительные дистанции… Правда в том, что если Вы выходите в плаванье только в июле и то раз в неделю, то, вполне возможно, Ваши внуки окупят разницу в цене. И если Вы задумаетесь над тем, какой лодочный мотор лучше. именно для Вас, то расход топлива будет играть малозначимую роль

А если Вы этим зарабатываете себе на жизнь и подвесной лодочный мотор отдыхает только когда лёд на реке, то здесь стоит всерьёз задуматься над затратами на кормление своего любимца…

именно для Вас, то расход топлива будет играть малозначимую роль. А если Вы этим зарабатываете себе на жизнь и подвесной лодочный мотор отдыхает только когда лёд на реке, то здесь стоит всерьёз задуматься над затратами на кормление своего любимца…

Моторесурс.

Ходят слухи, что четырёхтактник будет служить намного дольше своего двухтактного аналога. Но, как говорится, в действительности всё не так, как на самом деле. Реальное положение вещей таково, что все эти утверждения слишком теоретизированы. Допустим, заявленный моторесурс какого-то двигателя – 2000 моточасов. Для того, чтобы проверить это на практике нужно весь сезон КРУГЛОСУТОЧНО ездить на лодке. Или 3 сезона по 8 часов в сутки. Каждый день. Без выходных и проходных. Не зависимо от погодных условий. И учтите ещё, что для того, чтобы сравнить, проверять нужно 2 подвесных лодочных мотора. Вы представляете себе стоимость такой проверки? А кто может себе позволить потратить год жизни на это? Я с полной уверенностью заявляю, что ни одно частное лицо такой проверкой не занималось и заниматься не будет. На практике, если и проводились такие испытания (в чём лично я сомневаюсь), то они спонсировались изготовителями ПЛМ и, безусловно, заангажированы в чью-то пользу. А если учесть, что двигатели будут ремонтироваться? Как тогда считать моторесурс? Всем известно, что некоторые дедульки ездят на мотоциклах 70-х годов, просто заменив головку цилиндра. Что здесь можно сказать о моторесурсе? В общем, здесь можно сказать, что данные о моторесурсе подвесных лодочных моторов просчитываются только на бумаге (или на компьютере) и могут быть далеки от реальности, так что здесь сложно сказать какой лодочный мотор лучше

Ремонт и обслуживание.

У двигателей всех производителей и всех назначений время от времени могут случаться поломки. И всем понятно, что чем дороже движок, тем дороже на него детали. К примеру, вместо того, чтобы починить Porsche можно купить себе «Жигули». С лодочными моторами то же самое – чем дешевле двигатель, тем дешевле обслуживание и ремонт. Если Вы живёте в Санкт-Петербуге, то настойки, починки, регулировки и прочие полезные вещи Вам проще будет сделать у нас и сказать здесь какой лодочный мотор лучше

сложно. Обращайтесь к нашим дилерам и они выдадут Вам нужную информацию. Если же Вы намерены делать ремонт двигателя собственными силами или силами знакомых, то, вероятнее всего, Вам стоит купить двухтактник – они проще, дольше выпускаются и по ним больше специалистов. Некоторые умельцы могут очень качественно настраивать свои два такта прямо на воде… А вот с четырьмя дела обстоят сложнее. Хотя при любых раскладах первоначальную настройку настоятельно рекомендуется проводить в нашей мастерской или с нашим мастером на выезде.

Отличие двухтактного двигателя от четырёхтактного

Авто владельцы задаются вопросом: что лучше двухтактный или четырехтактный двигатель. Однозначного ответа нет, у каждого механизма положительные и отрицательные стороны, зависящие от предъявляемых к мотору требований.

Казалось бы, мощность мотора выполняющего два такта, в сравнении с равнозначным мотором, выполняющим четыре такта, больше, а значит он лучше. Однако, реальность сложней. На практике, возникают дополнительные утраты: частичное попадание и смешивание газовой отработки со свежим горючим, выброс части топлива при продувке. Результат, при выполнении одинакового цикла, агрегат, выполняющий два такта, по показателю экономичности уступает агрегату с четырьмя тактами.

Различен способ смазки силовых установок на четыре и два такта. Установка на два такта смазывается посредством смешивания масла для мотора и бензина. В четырёхтактном агрегате предусмотрен механизм смазки с использованием насоса, который расходует масла столько, сколько требует эксплуатация установки.

Двухтактные моторы не имеют клапанов, роль детали играет поршень, он открывает и закрывает отверстия впуска и выпуска. Отсутствие механизмов газораспределения упрощает силовой агрегат, делая обслуживание простым. Мощность установки, выполняющей два такта, считается выше, так как её цикличность выше. Однако, не полностью используя поршневой ход, потери мощности при продувке и остатках отработанных газов снижают показатель мощности.

Что бы было легче определить, какой двигатель лучше, двухтактный или четырёхтактный, представим краткое описание обоих силовых установок в виде таблицы:

Четырёхтактная силовая установкаДвухтактная силовая установка
Рабочий процесс – оборотов коленчатого вала два.Рабочий процесс — оборотов коленчатого вала один.
Воспламенение рабочей жидкости происходит каждый раз при совершении второго оборота, как следствие, неравномерное распределение импульса и использование противовеса для устранения биений.Воспламенение рабочей жидкости происходит каждый раз при совершении оборота, как следствие, равномерное распределение импульса, работа мотора сбалансирована лучше.
Агрегат тяжёлый.Агрегат лёгкий.
Сложная конструкция силовой установки, присутствует газораспределительный механизм.Простота конструкции, отсутствие клапанов.
Агрегат дорогой.Стоимость ниже четырёхтактного.
Сложные устройства и механизмы приводят к заниженному показателю механического коэффициента полезного действия.Механический коэффициент полезного действия выше, чем у агрегата с четырьмя тактами.
Полное удаление паров отработки, следствие, повышенный показатель производительности.Остатки отработки смешиваются с новым горючим, из-за чего производительность мотора ниже.
Рабочая температура ниже.Рабочая температура мотора выше из-за нарушения смесеобразования.
Охлаждение жидкостное.Охлаждение воздушное.
Расход топлива ниже.Показатель расхода топлива увеличен, обусловлено смесеобразованием и продувкой.
Габариты силовой установки увеличены.Габариты силовой установки ниже.
Требует применения сложных механизмов смазки.Механизм смазки прост.
Работа агрегата менее шумная.Агрегат работает с большим шумом.
Клапанный механизм газораспределения.Функцию механизма газораспределения выполняет поршень и каналы.
Показатель использования тепла эффективен.Показатель использования тепла не эффективен.
Расход масла занижен.Показатель расхода масла завышен, поскольку часть смазки выбрасывается с отработанными газами.

Применять двигатель, выполняющий два такта при работе, целесообразно в моменты, когда речь не идёт об экономии топлива и смазки, а на первом месте стоят габариты и вес установки.

В то же время, в конструкции двухтактного двигателя кроется потенциал, который никак не удается реализовать на практике. Расчетный показатель мощности и экономичности в этом агрегате высок, сложность реализовать возникает из-за тонкости настроек. Возможно, в скором будущем благодаря применению электронных датчиков и механизмов контроля и настроек, двухтактным агрегатам удастся занять лидирующие позиции на автомобильном рынке.

Конструктивные особенности и различия

Двухтактный двигатель отличается от четырехтактного не только тем, за сколько тактов работы происходит газообмен.

Четырехтактный требует наличия системы газораспределения (впускные и выпускные клапаны, распределительный вал с кулачковым механизмом и т. д. ). В двухтактном такой системы нет, благодаря этому он гораздо проще.

Двигатель с четырьмя тактами работы требует полноценной системы смазки из-за большого количества движущихся и трущихся частей. Для смазки двигателя с двумя тактами работы можно использовать масло просто разводя его вместе с топливом.

Принцип работы двухтактного бензинового двигателя

Рабочий цикл 2-х тактного двигателя состоит из двух тактов: сжатия и расширения (рабочего хода). Впуск топливной смеси и выпуск отработанных газов, которые в 4-х тактных двигателях совершаются в отдельных тактах, в 2-х тактных происходят во время сжатия и расширения.

Принцип работы двухтактного двигателя

Принцип работы двухтактного двигателя

При сжатии поршень двигается из нижней мертвой точки в верхнюю. После того как перекроется сначала продувочное окно (2), через которое в цилиндр поступает топливная смесь, а затем выпускное (3), через которое выходят отработавшие газы, начинается сжатие воздушно-бензиновой смеси. Одновременно с этим в кривошипной камере (1) создается разрежение, засасывающее из карбюратора следующую порцию топлива. При подходе поршня к верхней мертвой точке смесь воспламеняется от искры свечи, и образовавшиеся газы толкают поршень вниз, вращая коленвал и производя полезную работу.

В кривошипной камере при рабочем ходе повышается давление, сжимающее топливную смесь, попавшую туда в предыдущем такте. При достижении верхней поверхности поршня (его уплотнительного кольца) выпускного окна, последнее открывается, выпуская отработавшие газы в глушитель. При дальнейшем движении поршень открывает продувочное окно, и находящаяся под давлением в кривошипной камере топливная смесь поступает в цилиндр, вытесняя остатки отработавших газов (осуществляя продувку) и заполняя надпоршневое пространство. При переходе поршня нижней мертвой точки рабочий цикл повторяется.

Работа двухтактного двигателя

Область применения

Четырехтактные моторы устанавливают на авто, трактора и другую технику. Легкое оборудование, мототехнику, катера, модели авиации и др. оснащают силовыми агрегатами, имеющими два рабочих такта. Подбор типа двигателя осуществляется исходя из его конструктивных особенностей.

Двухтактные силовые агрегаты отличаются простотой конструкции. В устройство силового агрегата входит минимальное количество деталей. Это способствует снижению стоимости капитального ремонта и уменьшению общей массы силовой установки. Ремонт мотора может выполнить человек с минимальными техническими знаниями.

Это интересно: Схема подключения электродвигателя к сети 220 вольт — изучаем детально

Отличие двухтактного двигателя от четырёхтактного

Авто владельцы задаются вопросом: что лучше двухтактный или четырехтактный двигатель. Однозначного ответа нет, у каждого механизма положительные и отрицательные стороны, зависящие от предъявляемых к мотору требований.

Казалось бы, мощность мотора выполняющего два такта, в сравнении с равнозначным мотором, выполняющим четыре такта, больше, а значит он лучше. Однако, реальность сложней. На практике, возникают дополнительные утраты: частичное попадание и смешивание газовой отработки со свежим горючим, выброс части топлива при продувке. Результат, при выполнении одинакового цикла, агрегат, выполняющий два такта, по показателю экономичности уступает агрегату с четырьмя тактами.

Различен способ смазки силовых установок на четыре и два такта. Установка на два такта смазывается посредством смешивания масла для мотора и бензина. В четырёхтактном агрегате предусмотрен механизм смазки с использованием насоса, который расходует масла столько, сколько требует эксплуатация установки.

Двухтактные моторы не имеют клапанов, роль детали играет поршень, он открывает и закрывает отверстия впуска и выпуска. Отсутствие механизмов газораспределения упрощает силовой агрегат, делая обслуживание простым. Мощность установки, выполняющей два такта, считается выше, так как её цикличность выше. Однако, не полностью используя поршневой ход, потери мощности при продувке и остатках отработанных газов снижают показатель мощности.

Что бы было легче определить, какой двигатель лучше, двухтактный или четырёхтактный, представим краткое описание обоих силовых установок в виде таблицы:

Четырёхтактная силовая установкаДвухтактная силовая установка
Рабочий процесс – оборотов коленчатого вала два.Рабочий процесс — оборотов коленчатого вала один.
Воспламенение рабочей жидкости происходит каждый раз при совершении второго оборота, как следствие, неравномерное распределение импульса и использование противовеса для устранения биений.Воспламенение рабочей жидкости происходит каждый раз при совершении оборота, как следствие, равномерное распределение импульса, работа мотора сбалансирована лучше.
Агрегат тяжёлый.Агрегат лёгкий.
Сложная конструкция силовой установки, присутствует газораспределительный механизм.Простота конструкции, отсутствие клапанов.
Агрегат дорогой.Стоимость ниже четырёхтактного.
Сложные устройства и механизмы приводят к заниженному показателю механического коэффициента полезного действия.Механический коэффициент полезного действия выше, чем у агрегата с четырьмя тактами.
Полное удаление паров отработки, следствие, повышенный показатель производительности.Остатки отработки смешиваются с новым горючим, из-за чего производительность мотора ниже.
Рабочая температура ниже.Рабочая температура мотора выше из-за нарушения смесеобразования.
Охлаждение жидкостное.Охлаждение воздушное.
Расход топлива ниже.Показатель расхода топлива увеличен, обусловлено смесеобразованием и продувкой.
Габариты силовой установки увеличены.Габариты силовой установки ниже.
Требует применения сложных механизмов смазки.Механизм смазки прост.
Работа агрегата менее шумная.Агрегат работает с большим шумом.
Клапанный механизм газораспределения.Функцию механизма газораспределения выполняет поршень и каналы.
Показатель использования тепла эффективен.Показатель использования тепла не эффективен.
Расход масла занижен.Показатель расхода масла завышен, поскольку часть смазки выбрасывается с отработанными газами.

Применять двигатель, выполняющий два такта при работе, целесообразно в моменты, когда речь не идёт об экономии топлива и смазки, а на первом месте стоят габариты и вес установки.

В то же время, в конструкции двухтактного двигателя кроется потенциал, который никак не удается реализовать на практике. Расчетный показатель мощности и экономичности в этом агрегате высок, сложность реализовать возникает из-за тонкости настроек. Возможно, в скором будущем благодаря применению электронных датчиков и механизмов контроля и настроек, двухтактным агрегатам удастся занять лидирующие позиции на автомобильном рынке.

Четырехтактный подвесной лодочный мотор


Подвесные четырехтактные лодочные моторы тяжело приживаются на отечественных водоемах.

И дело здесь не столько в преимуществах двухтактных лодочных двигателей перед четырехтактными, сколько в их дороговизне, по сравнению с двухтактниками.

КАК РАБОТАЕТ? Рабочий процесс 4-х тактного двигателя разделен на четыре такта: впуск, сжатие, сгорание, выхлоп. Движущихся частей в моторе больше, горение чище, эффективность выше, смазки требуется больше.

Коленчатый вал четырехтактных моторов совершает два оборота, во время которых происходит 4 рабочих такта поршня.

Отличительная особенность 4-х тактного двигателя – это отсутствие необходимости смешивать топливо перед заправкой.

У четырехтактных моторов имеется специальный картер для заливки масла.

Впрочем, такая конструкция требует специальной переноски мотора в вертикальном положении, чтобы не вытекало масло.

Ввиду своей конструкции, четырехтактники имеют больший вес с аналогичными по мощности двухтактниками.

Но если владелец делает акцент при выборе лодочного мотора на максимальную долговечность и комфорт эксплуатации, то 4-х тактный двигатель – это его вариант.

Он тихий, удобный, экологичный и более выносливый, когда речь идет об активной эксплуатации на дальние расстояния.

Четырехтактный двигатель:

  • Экологичен;
  • Износоустойчив;
  • Тяжеловат;
  • Комфортен;
  • Малошумен;
  • Топливоэкономичен.
Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwitterВКонтакте
Напишите комментарий