Чотирьохтактний двигун на мураху

0 Comments

Зміст:

Робочий цикл чотиритактного двигуна – специфічні особливості, схема та опис

Автолюбителі повинні хоча б у загальних рисах знати, як влаштований і працює двигун. У більшості автомобілів встановлено чотирьохтактний чотирициліндровий мотор. Розгляньмо робочий цикл чотирьохтактного двигуна. Далеко не всі знають, які процеси відбуваються, коли автомобіль знаходиться в русі.

  • Загальний принцип дії
  • Історія
  • Основні відмінності чотирьохтактних моторів
  • Робота двигуна
  • Впуск
  • Стиснення
  • Робочий хід
  • Випуск
  • Порядок роботи
  • Дизельні мотори
  • Такт впуску на дизелі
  • Такт стиснення в дизельному двигуні
  • Такт розширення газів у дизельному двигуні
  • Випуск у дизельному двигуні
  • Ув’язнення

Загальний принцип дії

Двигун працює наступним чином. У камеру згоряння потрапляє паливна суміш, далі вона стискається під впливом поршня. Після цього суміш займається. Це призводить до розширення продуктів згоряння, вони тиснуть на поршень і виходять з циліндра.

У двотактних двигунах один оборот колінчастого валу здійснюється в два такти. Чотирьохтактний поршневий двигун здійснює робочий цикл за два обороти колінчастого валу. Двигуни оснащуються ГРМ. Що це за механізм? Це елемент, який дозволяє впускати паливну суміш в камери і випускати звідти продукти згоряння. Обмін газів здійснюється в момент окремого обігу колінного валу. Газообмін відбувається за рахунок руху поршня.

Історія

Перший пристрій, що нагадує чотиритактний мотор, винайшли Фелічче Матоці та Євген Барсанті. Але цей винахід неймовірним чином загубили. Лише в 1861 році схожий агрегат запатентували.

А перший придатний до використання двигун розробив інженер з Німеччини Ніколаус Отто. Мотор отримав ім’я винахідника, а робочий цикл чотирьохтактного двигуна також носить ім’я цього інженера.

Основні відмінності чотирьохтактних моторів

У двотактному двигуні поршневі і циліндрові пальці, колінчастий вал, підшипники і компресійні кільця змащуються за рахунок олії, яку доливають у паливо. У чотирьохтактному моторі всі вузли встановлені в масляній ванні. Це істотна відмінність. Тому в чотиритактному агрегаті немає необхідності змішувати масла і бензин.

Переваги системи полягають у тому, що на дзеркалі в циліндрах і на стінках глушника кількість нагара значно менша. Ще одна відмінність – у двотактних двигунах у вихлопну трубу потрапляє горюча суміш.

Робота двигуна

Незалежно від типу мотора, принцип його роботи аналогічний. Сьогодні існують карбюраторні мотори, дизельні, інжекторні. У всіх моделях відбувається один і той же робочий цикл чотирьохтактного двигуна. Давайте детально розглянемо, які ж процеси працюють всередині мотора і змушують його приходити в рух.

Чотирьохтактний цикл – це послідовність з чотирьох робочих тактів. За початок зазвичай приймається такт, коли в камери згоряння потрапляє горюча суміш. Хоч за час його течії в двигуні проходять і інші дії, позначуваний такт – це один робочий процес. Наприклад, такт стиснення – це не тільки стиснення. У цей період суміш перемішується в циліндрах, починається формування газу, вона займається.

Те ж саме можна сказати і про інші етапи роботи двигуна. Найважливіше тут те, що різні процеси для кращого розуміння і спрощення робочого циклу чотирьохтактного двигуна розкладають лише на чотири такти.

Впуск

Отже, в камері згоряння силового агрегату цикли перетворень енергії починаються з реакції горіння паливної суміші. При цьому поршень знаходиться в самій верхній своїй точці (положення ВМТ), а потім рухається вниз. В результаті в камері згоряння двигуна виникає розріження. Під його впливом горюча рідина всмоктує паливо. Впускний клапан при цьому знаходиться у відкритому положенні, а випускний закритий.

Коли поршень починає рух вниз, то над ним збільшується обсяг. Це і викликає розріження. Воно становить приблизно 0,071-0,093 МПа. Таким чином, в камеру згоряння потрапляє бензин. В інжекторних двигунах паливо впорскується форсункою. Після надходження суміші в циліндр її температура може становити 75 до 125 градусів.

Те, як сильно циліндр буде заповнений паливною сумішшю, визначають за коефіцієнтами заповнення. Для двигунів з карбюраторною системою харчування даний показник складе від 0,64 до 0,74. Чим вище значення коефіцієнта, тим більш потужний мотор.

Стиснення

Після заповнення камери згоряння горючою сумішшю бензинових парів і повітря, якщо колінвал виробляє обертальні рухи, поршень почне повертатися в своє нижнє положення. Впускний клапан на даному етапі почне закриватися. А випускний буде все ще закритий.

Робочий хід

Це третій такт робочого циклу чотирьохтактного двигуна внутрішнього згоряння. Він найважливіший у роботі силового агрегату. Саме на даному етапі роботи двигуна енергія від згоряння палива перетворюється на механічну, що змушує обертатися колінчастий вал.

Коли поршень знаходиться в позиції, близькій до ВМТ, ще в процесі стиснення паливна суміш примусовим чином займається від свічки запалювання двигуна. Паливний заряд згорає дуже швидко. Ще до початку цього такту згорілі гази мають максимальне значення тиску. Ці гази є робочим тілом, стисненим у невеликому обсязі камери згоряння двигуна. Коли поршень почне рухатися вниз, гази починають інтенсивно розширюватися, вивільняючи енергію.

Серед усіх тактів робочого циклу чотирициліндрового двигуна саме цей найкорисніший. Він функціонує на навантаження агрегату. Тільки на цьому етапі колінвал отримує розгінне прискорення. У всіх інших мотор не виробляє енергію, а споживає її від того ж колінчатого валу.

Випуск

Після здійснення газами корисної роботи вони повинні вийти з циліндра, щоб звільнилося місце для нової порції паливно-повітряної суміші. Це останній такт у робочому циклі чотирьохтактного двигуна.

Гази на цьому етапі знаходяться під тиском, що істотно перевищує атмосферне. Температура до кінця такту знижується приблизно до 700 градусів. Коленвал за допомогою шатуна рухає поршень до ВМТ. Далі відкривається випускний клапан, гази виштовхуються в атмосферу через вихлопну систему. Що стосується тиску, то він високий тільки на самому початку. Наприкінці такту воно знижується до 0,120 МПа. Природно, повністю позбутися продуктів згоряння в циліндрі неможливо. Тому вони при наступному такті впуску змішуються з паливною сумішшю.

Порядок роботи

Описані етапи складають робочий цикл чотирьохтактного бензинового двигуна. Потрібно розуміти, що будь-яких суворих відповідності між тактами і процесами в поршневих двигунах немає. Це легко пояснити тим, що при експлуатації силового агрегату фази газорозподільного механізму і те, в якому стані знаходяться клапани, буде накладатися на рухи поршнів в різних моторах абсолютно по-різному.

У будь-якому циліндрі робочий цикл чотирьохтактного карбюраторного двигуна протікає саме таким чином. Кожна камера згоряння в двигуні потрібна для обертання єдиного колінного валу, що сприймає зусилля від поршнів.

Це чергування називають порядком роботи. Такий порядок задається на етапі конструювання силового агрегату через особливості розподільного і колінчастого валів. Він не змінюється в процесі експлуатації механізму.

Реалізація порядку роботи здійснюється чергуванням іскор, які надходять на свічки від системи запалювання. Так, чотирициліндровий мотор може працювати в наступних порядках – 1, 3, 4, 2 і 1, 2, 4, 3.

Дізнатися порядок, в якому працюють циліндри двигуна, можна з інструкції до автомобіля. Іноді порядок роботи вказаний на корпусі блоку.

Ось як протікає робочий цикл чотиритактного карбюраторного двигуна або будь-якого іншого. Система харчування ніяк не впливає на принцип дії агрегату. Різниця лише в тому, що карбюратор – це механічна система харчування, що має певні недоліки, а у випадку з інжекторами цих недоліків у системі немає.

Дизельні мотори

Робочий цикл чотиритактного дизельного двигуна – це така ж послідовність процесів, як і цикл карбюраторного мотора. Різниця полягає в тому, як протікає цикл, а також у відмінностях процесів утворення суміші та займання.

Такт впуску на дизелі

При русі поршню в напрямку вниз газорозподільний механізм відкриває впускний клапан. У камеру згоряння потрапляє певна кількість повітря. Температура в циліндрі при цьому становить приблизно 80 градусів. У дизельних двигунах система харчування значно відрізняється від бензинових карбюраторних моторів. Наприклад, гідравлічний опір у них нижчий, а тиск трохи підвищується.

Такт стиснення в дизельному двигуні

На даному етапі роботи поршень в камері згоряння йде у напрямку вгору до ВМТ. Обидва клапани в двигуні автомобіля перебувають у закритому стані. У результаті роботи поршня повітря в циліндрі стискається. Ступінь стиснення в дизельному двигуні більш висока, ніж у бензинових моторах, а тиск всередині циліндра може досягати 5 МПа. Стиснене повітря суттєво нагрівається. Температури можуть сягати 700 градусів. Це потрібно, щоб спалахнуло паливо. Воно на дизельних моторах подається через форсунки, встановлені на кожному циліндрі. У зимовий час у роботі беруть участь свічки розжарювання. Вони попередньо підігрівають холодну суміш. Таким чином мотор легше запускається в зимовий час. Але така система є не на всіх авто.

Такт розширення газів у дизельному двигуні

Коли поршень дизельного двигуна ще не дійшов до верхньої точки приблизно на 30 градусів по колінвалу, ТНВД через форсунку подає в циліндр паливо під високим тиском. Значення в 18 МПа необхідно, щоб пальне могло тонко розпорошуватися і розподілитися по всьому обсягу в циліндрі.

Далі паливо під дією високих температур займається і швидко згорає. Поршень рухається до нижньої точки. Температура всередині циліндра в цей момент становить близько 2000 градусів. До кінця такту температура знижується.

Випуск у дизельному двигуні

На цьому етапі випускний клапан відкритий, поршень рухається до верхньої точки. З циліндра примусово видаляються продукти згоряння. Далі вони йдуть на випускний колектор. Після цього в роботу включається каталітичний нейтралізатор. Гази, проходячи через нього під високою температурою, очищаються. В атмосферу вже виходить чистий, нешкідливий газ. На дизельних автомобілях додатково встановлено саджовий фільтр. Він також сприяє очищенню газів.

Ув’язнення

Ми детально розібрали, як здійснюється робочий цикл чотирьохтактного двигуна (проходить за два обороти колінчастого валу силової установки). А сам цикл включає в себе багато різних процесів.

Двигуни (двотактні та чотиритактні) скутеретт / скутербайків / скутерів / мопедів

Зазвичай користувачі нашого сайту знаходять цю сторінку за такими запитами:
не заводиться Китайські скутери , двигун Китайські скутери , ремонт Китайські скутери , ремонт двигуна Китайські скутери , характеристики Китайські скутери , регулювання клапанів Китайські скутери , система впуску Китайські скутери , система випуску Китайські скутери , система живлення Китайські скутери , не заводиться Мопеди , двигун Мопеди , ремонт Мопеди , ремонт двигуна Мопеди , характеристики Мопеди , регулювання клапанів Мопеди , система впускання Мопеди , система випуску Мопеди , система живлення Мопеди , не заводиться Китайські мотоцикли , двигун Китайські мотоцикли , ремонт Китайські мотоцикли , ремонт двигуна Китайські мотоцикли , характеристики Китайські мотоцикли , регулювання клапанів Китайські мотоцикли , система впуску Китайські мотоцикли , система випуску Китайські мотоцикли , система живлення Китайські мотоцикли , не заводиться Скутербайки , двигун Скутербайки , ремонт Скутербайки , ремонт двигуна Скутербайки , характеристики Скутербайки , регулювання клапанів Скутербайки , система впуску Скутербайки , система випуску Скутербайки , система живлення Скутербайки , не заводиться Скутери , двигун Скутери , ремонт Скутери , ремонт двигуна Скутери , характеристики Скутери , характеристики система впуску Скутери , система випуску Скутери , система живлення Скутери

5. Двигуни (двотактні та чотиритактні)

Компонування скутерних двигунів в основному стандартні – один похилий або горизонтальний циліндр, але іноді зустрічаються і двоциліндрові рядні, або V-подібні конструкції, як правило, об’єм таких двигунів вище 250 см 3 .

Потужність двигунів серійних 50-кубових скутерів сьогодні знаходиться в межах 2,5-7 к.с. при масі апарату 75-100 кг.

Всі скутери, що зустрічаються сьогодні, можна розбити на дві великі категорії за типом двигуна – двотактні і чотиритактні. Характерні особливості кожної конкретної моделі також зумовлені типом двигуна.

Незважаючи на те, що багато виробників зараз експериментують з новими, більш екологічними та економічними типами двигунів та джерелами живлення для них (електричними та паливними елементами), поширення ці типи двигунів поки не отримали, тому виділяти їх в окрему категорію ще рано.

Кожен тип двигуна має свої плюси і мінуси, які зумовлюють їх застосування на різних типах скутерів. Так, наприклад, у скутерах з малою кубатурою двигуна використовуються такі переваги двотактних двигунів як простота, дешевизна у виробництві, висока питома потужність.

На великокубатурних моделях застосовуються в основному чотиритактні двигуни, що мають рівну характеристику потужності, більшу, порівняно з двотактними двигунами, економічність і меншу токсичність вихлопу.

Геометричні параметри та основні деталі двигуна:

  1. картер;
  2. колінчастий вал;
  3. шатун;
  4. циліндр;
  5. поршень;
  6. головка циліндра;
  7. свічка запалювання

Чотирьохтактний двигун

Чотирьохтактний двигун отримав свою назву від кількості тактів, необхідних для повного проходження робочого циклу – впуск, стиснення, робочий хід, випуск.

Робочий процес у чотиритактному двигуні

Впускний цикл починається в момент, коли поршень знаходиться у верхній мертвій точці (ВМТ) при закритих клапанах. При повороті колінчастого валу поршень йде вниз, відкривається впускний клапан, суміш засмоктується в циліндр. У момент проходження поршнем нижньої мертвої точки (НМТ) впускний клапан закривається, обмежуючи кількість бензо-повітряної суміші, що засмоктується в циліндр. Цикл впуску завершено. Колінчастий вал двигуна продовжує обертання, поршень знову йде до ВМТ, стискаючи суміш у циліндрі, відбувається другий такт — стиск.

Суміш виявляється стиснутою у невеликому просторі камери згоряння, вона готова до займання іскрою свічки запалювання. У цей момент спрацьовує свічка, підпалюючи суміш, що змушує гази розширюватись з величезною силою, діючи на навколишні деталі. Оскільки поршень – це єдина частина, яка може рухатися, тиск переміщує його аж до нижньої мертвої точки – це і є такт робочого ходу.

Тепер необхідно видалити з циліндра залишки згорілої суміші, для цього відкривається випускний клапан, поршень знову рухається вгору до ВМТ, виштовхуючи гази, що відпрацювали назовні, у вихлопну трубу і, далі в глушник. Коли поршень досягає ВМТ, випускний клапан закривається, закінчивши таким чином такт випуску.

Двотактний двигун

Двотактний двигун відповідно до назви здійснює весь свій робочий цикл за два такти та один оборот колінчастого валу. Перший такт – це всмоктування свіжої суміші в кривошипну камеру і стиснення суміші, робочий хід, що знаходиться в циліндрі, а другий такт – запалювання суміші в камері згоряння, продування камери згоряння свіжою сумішшю і випуск газів, що відпрацювали.

Робочий процес у двотактному двигуні:

  1. Картер;
  2. впускний канал;
  3. випускний колектор;

Основною конструктивною відмінністю двотактного двигуна від чотиритактного є відсутність клапанів та механізму їх приводу. Функції клапанів виконує сам поршень, що відкриває та закриває відповідні вікна на дзеркалі циліндра. Простір картера під поршнем (кривошипна камера) також використовується для газообміну. Ще одна відмінність двотактного двигуна від чотиритактного — це відсутність мастила деталей двигуна під тиском — олива надходить разом із бензоповітряною сумішшю.

Олива у двотактний двигун потрапляє з окремого бачка (роздільна мастило), або заздалегідь, у певній пропорції змішується з паливом у бензобаку. У чотиритактному двигуні олива присутня в картері і циркулює окремо від бензоповітряної суміші.

Головна перевага двотактного двигуна в тому, що в ньому менше частин, що рухаються, він дешевше, робочий хід відбувається при кожному обороті колінчастого валу.

Мінус же, в порівнянні з «чотирма тактами» у меншій економічністі та меншому ресурсі деталей двигуна, що пов’язано зі змащенням усіх деталей паливною сумішшю. Олива в цьому випадку розбавлена ​​бензином і його змащувальна здатність набагато нижча.

В останні роки чотиритактні двигуни стали переважати не лише серед повнорозмірної мототехніки, а й на 50-кубових скутерах. Причиною цього — нові стандарти та обмеження щодо шумності та токсичності вихлопу. У майбутньому можна прогнозувати повну заборону на виробництво класичних двотактних карбюраторних двигунів через їх невідповідність сучасним вимогам.

Система організації двотактного робочого процесу DiTech

Відродження інтересу до двотактних двигунів можливе лише при використанні принципово нових технічних рішень. Наприклад, компанія Aprilia разом із фірмою Orbital розробила систему організації двотактного робочого процесу під назвою DiTech. Двигуни цих скутерів комплектуються системою живлення та газорозподілу ditech-direct (безпосереднє впорскування паливоповітряної суміші в камеру згоряння та продування циліндра сумішшю повітря з маслом). Трохи пізніше до неї приєдналися Peugeot, який назвав свою систему TSDI, а нещодавно – головний італійський карбюраторобудівник Dell’Orto з його DDI. Не залишився осторонь і концерн Piaggio. Намучавшись зі своєю системою FAST аналогічного призначення (але не електронної, а механічної; по суті, варіацією на тему продування типу «Юнкерс» – тієї, що з поршнями, що зустрічно рухаються), він вступив в альянс з Aprilia і почав оснащувати свої мотори її компонентами, обзиваючи інжекторні модифікації (щоправда, поки що одну) Purejet.

Конструктивна особливість цієї системи полягає в тому, що в картер, через пелюстковий клапан, надходить лише повітря з доданим до нього у впускному патрубку розпиленим маслом для мастила деталей циліндропоршневої групи та підшипників колінчастого валу. Далі маслоповітряна суміш через продувальні вікна надходить в циліндр і камеру згоряння. Частина повітря стискається нагнітачем з механічним приводом та подається в додатковий інжектор.

І бензин, і олива надходять з резервуарів за допомогою спеціальних електронасосів, керованих «мозками» всієї системи – ECU (Electronic Control Unit), так як кількість палива, що подається, і масла має точно дозуватися. На особливу увагу заслуговує бензонасос (Electronic Fuel Pump), здатний розвивати тиск приблизно в шість атмосфер, незважаючи на низьке споживання енергії в порівнянні з традиційними насосами. Від бензонасоса паливо надходить до голівки циліндра, у верхню частину якої і вмонтовано всю систему впорскування (Air-Fuel Rail). Вона складається із трьох основних частин:

1) Первинний інжектор (Fuel Injector) є звичайною форсункою, перевіреною роками експлуатації цих пристроїв на автомобілях. Але тут вона виконує лише підготовчу роль – подає рівно необхідну кількість палива безпосередньому (вторинному) інжектору, тобто її завдання – лише відміряти кількість бензину, необхідного на черговому такті роботи двигуна. Інформація про цю кількість подається із центрального процесора системи (ECU).

2) Безпосередній інжектор (Direct Injector) відповідає за розпилення бензину в повітряному потоці, що нагнітається повітряним компресором і впорскування розпорошеного палива безпосередньо в камеру згоряння в певний момент (усім цим знову керує ECU). Робота безпосереднього інжектора докорінно впливає роботу всього двигуна. Чим краще бензин буде розпорошено в повітрі, тим оптимальніше йдуть процеси горіння в циліндрі. Точність роботи цього пристрою легко оцінити на наступному прикладі. Автомобільні інжектори розпорошують бензин на частинки розміром близько 50 мікрон, тоді як система DiTech – близько восьми мікрон. Струмінь палива, що впорскується, підхоплюється стислим повітрям з розширеного інжектора і направляється в камеру згоряння. Система упорскування забезпечує дуже тонке розпилювання палива. Наповнення камери здійснюється з такою швидкістю, що двигун може працювати без перебоїв до частоти обертання колінчастого валу, що дорівнює 12 000 об/хв.

3) Ну і остання, третя, ланка системи упорскування – регулятор тиску в системі (Pressure Regulator), який потрібно підтримувати постійним, щоб забезпечити точне та прогнозоване відкриття клапана безпосереднього впорскування.

Повітряний компресор (Air Compressor), що подає повітря під тиском близько п’яти атмосфер у безпосередній інжектор, наводиться ексцентрика, встановленого на колінвалі. Таке рішення дозволило відійти від значного ускладнення конструкції, яке неминуче під час використання зовнішнього компресора.

Центральний мікропроцесор (ECU) – мозок усієї системи. Він забезпечує злагоджену роботу всіх пристроїв, зокрема:

  • визначає кількість палива, що впорскується;
  • визначає момент, коли відбувається впорскування;
  • визначає момент, коли відбувається запалення;
  • керує масло- та бензонасосом.

Кількість повітря, що всмоктується через повітряний фільтр, регулюється механічною дросельною заслінкою (Throttle Body), встановленою перед впускним колектором. Керується заслінка, звичайно, ручкою газу. Але ж ручка газу повинна керувати ще й кількістю палива, що подається? Правильно. Для цього дросельна заслінка обладнана ще й електронним датчиком її положення (TPS – Throttle Position Sensor), схожа на те, що використовується на автомобільних інжекторних системах.

Переваги DiTech у порівнянні з класичним двотактним двигуном дуже суттєві.

Перше – економічність, як щодо бензину, так і олії. Економія бензину зростає на 40-50% залежно від умов експлуатації. А все тому, що тепер згоряє паливо, що потрапляє в камеру згоряння. Витрата олії тепер становить 0,3 л на 1000 км у порівнянні з традиційними 0,8 л на тій же Aprilia SR, але з карбюратором та каталізатором. Таких показників вдалося досягти за рахунок того, що в картер DiTech потрапляє тільки повітря з оливою, а отже, бензин не змиває мастило. Це і дозволяє суттєво скоротити подачу оливи.

Динамічні якості – DiTech виграє у каталізаторної Aprilia SR і за динамічними якостями, але, повторимося, каталізаторною SR. Адже SR можна «роздушити», після чого поїде вона, зрозуміло, швидше, ніж DiTech. Звичайно, про жодну відповідність європейським екологічним нормам мови вже не буде, але для Росії, наприклад, це не актуально. А «роздушка» DiTech – це значно складніший і дорогий процес.

Але головне – екологічність. Викиди шкідливих речовин скорочено на 80% порівняно з традиційним двотактником (без каталізатора). DiTech із запасом укладається в норми Euro 1, а при використанні каталізатора – і в Euro 2. А все з тієї ж причини – свіжа паливна суміш не залишає камеру згоряння, поки не згорить. Знову зазначимо, що якщо в Росії екологічність скутера поки що лише на совісті його власника, то для Європи питання це зараз більш ніж актуальне.