Нужно иметь некоторые представления о самом двигателе и его строении. Давайте разберемся со всем более подробно:
В устройстве двигателя поршень является ключевым элементом рабочего процесса. Поршень выполнен в виде металлического пустотелого стакана, расположенного сферическим дном (головка поршня) вверх. Направляющая часть поршня, иначе называемая юбкой, имеет неглубокие канавки, предназначенные для фиксации в них поршневых колец. Назначение поршневых колец – обеспечивать, во-первых, герметичность надпоршневого пространства, где при работе двигателя происходит мгновенное сгорание бензиново-воздушной смеси и образующийся расширяющийся газ не мог, обогнув юбку, устремиться под поршень. Во-вторых, кольца предотвращают попадание масла, находящегося под поршнем, в надпоршневое пространство. Таким образом, кольца в поршне выполняют функцию уплотнителей. Нижнее (нижние) поршневое кольцо называется маслосъемным, а верхнее (верхние) – компрессионным, то есть обеспечивающим высокую степень сжатия смеси.
Когда из карбюратора или инжектора внутрь цилиндра попадает топливно-воздушная или топливная смесь, она сжимается поршнем при его движении вверх и поджигается электрическим разрядом от свечи системы зажигания (в дизеле происходит самовоспламенение смеси за счет резкого сжатия). Образующиеся газы сгорания имеют значительно больший объем, чем исходная топливная смесь, и, расширяясь, резко толкают поршень вниз. Таким образом тепловая энергия топлива преобразуется в возвратно-поступательное (вверх-вниз) движение поршня в цилиндре.
Далее необходимо преобразовать это движение во вращение вала. Происходит это следующим образом: внутри юбки поршня расположен палец, на котором закрепляется верхняя часть шатуна, последний шарнирно зафиксирован на кривошипе коленчатого вала. Коленвал свободно вращается на опорных подшипниках, что расположены в картере двигателя внутреннего сгорания. При движении поршня шатун начинает вращать коленвал, с которого крутящий момент передается на трансмиссию и – далее через систему шестерен – на ведущие колеса.
Технические характеристики двигателя.Характеристики двигателя При движении вверх-вниз у поршня есть два положения, которые называются мертвыми точками. Верхняя мертвая точка (ВМТ) – это момент максимального подъема головки и всего поршня вверх, после чего он начинает движение вниз; нижняя мертвая точка (НМТ) – самое нижнее положение поршня, после которого вектор направления меняется и поршень устремляется вверх. Расстояние между ВМТ и НМТ названо ходом поршня, объем верхней части цилиндра при положении поршня в ВМТ образует камеру сгорания, а максимальный объем цилиндра при положении поршня в НМТ принято называть полным объемом цилиндра. Разница между полным объемом и объемом камеры сгорания получила наименование рабочего объема цилиндра.
Суммарный рабочий объем всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания указывается в технических характеристиках двигателя, выражается в литрах, поэтому в обиходе именуется литражом двигателя. Второй важнейшей характеристикой любого ДВС является степень сжатия (СС), определяемая как частное от деления полного объема на объем камеры сгорания. У карбюраторных двигателей СС варьирует в интервале от 6 до 14, у дизелей – от 16 до 30. Именно этот показатель, наряду с объемом двигателя, определяет его мощность, экономичность и полноту сгорания топливо-воздушной смеси, что влияет на токсичность выбросов при работе ДВС.
Мощность двигателя имеет бинарное обозначение – в лошадиных силах (л.с.) и в киловаттах (кВт). Для перевода единиц одна в другую применяется коэффициент 0,735, то есть 1 л.с. = 0,735 кВт.
Рабочий цикл четырехтактного ДВС определяется двумя оборотами коленчатого вала – по пол-оборота на такт, соответствующий одному ходу поршня. Если д
вигатель одноцилиндровый, то в его работе наблюдается неравномерность: резкое ускорение хода поршня при взрывном сгорании смеси и замедление его по мере приближения к НМТ и далее. Для того, чтобы эту неравномерность купировать, на валу за пределами корпуса мотора устанавливается массивный диск-маховик с большой инерционностью, благодаря чему момент вращения вала во времени становится более стабильным.
Принцип работы двигателя внутреннего сгорания
Современный автомобиль, чаше всего, приводится в движение двигателем внутреннего сгорания. Таких двигателей существует огромное множество. Различаются они объемом, количеством цилиндров, мощностью, скоростью вращения, используемым топливом (дизельные, бензиновые и газовые ДВС). Но, принципиально, устройство двигателя внутреннего сгорания, похоже.
Как работает двигатель и почему называется четырехтактным двигателем внутреннего сгорания? Про внутреннее сгорание понятно. Внутри двигателя сгорает топливо. А почему 4 такта двигателя, что это такое? Действительно, бывают и двухтактные двигатели. Но на автомобилях они используются крайне редко.
Четырехтактным двигатель называется из-за того, что его работу можно разделить на четыре, равные по времени, части. Поршень четыре раза пройдет по цилиндру – два раза вверх и два раза вниз. Такт начинается при нахождении поршня в крайней нижней или верхней точке. У автомобилистов-механиков это называется верхняя мертвая точка (ВМТ) и нижняя мертвая точка (НМТ).
Первый такт - такт впуска
Первый такт, он же впускной, начинается с ВМТ (верхней мертвой точки). Двигаясь вниз, поршень, всасывает в цилиндр топливовоздушную смесь. Работа этого такта происходит при открытом клапане впуска. Кстати, существует много двигателей с несколькими впускными клапанами. Их количество, размер, время нахождения в открытом состоянии может существенно повлиять на мощность двигателя. Есть двигатели, в которых, в зависимости от нажатия на педаль газа, происходит принудительное увеличение времени нахождения впускных клапанов в открытом состоянии. Это сделано для увеличения количества всасываемого топлива, которое, после возгорания, увеличивает мощность двигателя. Автомобиль, в этом случае, может гораздо быстрее ускориться.
Второй такт - такт сжатия
Следующий такт работы двигателя – такт сжатия . После того как поршень достиг нижней точки, он начинает подниматься вверх, тем самым, сжимая смесь, которая попала в цилиндр в такт впуска. Топливная смесь сжимается до объемов камеры сгорания. Что это за такая камера? Свободное пространство между верхней частью поршня и верхней частью цилиндра при нахождении поршня в верхней мертвой точке называется камерой сгорания. Клапаны, в этот такт работы двигателя закрыты полностью. Чем плотнее они закрыты, тем сжатие происходит качественнее. Большое значение имеет, в данном случае, состояние поршня, цилиндра, поршневых колец. Если имеются большие зазоры, то хорошего сжатия не получится, а соответственно, мощность такого двигателя будет гораздо ниже. Компрессию можно проверить специальным прибором. По величине компрессии можно сделать вывод о степени износа двигателя.
Третий такт - рабочий ход
Третий такт
– рабочий, начинается с ВМТ. Рабочим он называется неслучайно. Ведь именно в этом такте происходит действие, заставляющее автомобиль двигаться. В этом такте в работу вступает система зажигания. Почему эта система так называется? Да потому, что она отвечает за поджигание топливной смеси, сжатой в цилиндре, в камере сгорания. Работает это очень просто – свеча системы дает искру. Справедливости ради, стоит заметить, что искра выдается на свече зажигания за несколько градусов до достижения поршнем верхней точки. Эти градусы, в современном двигателе, регулируются автоматически «мозгами» автомобиля.
После того как топливо загорится, происходит взрыв – оно резко увеличивается в объеме, заставляя поршень двигаться вниз. Клапаны в этом такте работы двигателя, как и в предыдущем, находятся в закрытом состоянии.
Четвертый такт - такт выпуска
Четвертый такт работы двигателя, последний – выпускной. Достигнув нижней точки, после рабочего такта, в двигателе начинает открываться выпускной клапан. Таких клапанов, как и впускных, может быть несколько. Двигаясь вверх, поршень через этот клапан удаляет отработавшие газы из цилиндра – вентилирует его. От четкой работы клапанов зависит степень сжатия в цилиндрах, полное удаление отработанных газов и необходимое количество всасываемой топливно-воздушной смеси.
После четвертого такта наступает черед первого. Процесс повторяется циклически. А за счет чего происходит вращение – работа двигателя внутреннего сгорания все 4 такта, что заставляет поршень подниматься и опускаться в тактах сжатия, выпуска и впуска? Дело в том, что не вся энергия, получаемая в рабочем такте, направляется на движение автомобиля. Часть энергии идет на раскручивание маховика. А он, под действием инерции, крутит коленчатый вал двигателя, перемещая поршень в период «нерабочих» тактов.
Газораспределительный механизм
Газораспределительный механизм (ГРМ) предназначен для впрыска топлива и выпуска отработанных газов в двигателях внутреннего сгорания. Сам механизм газораспределения делится на нижнеклапанный, когда распределительный вал находится в блоке цилиндров, и верхнеклапанный. Верхнеклапанный механизм подразумевает нахождение распредвала в головке блока цилиндров (ГБЦ). Существуют и альтернативные механизмы газораспределения, такие как гильзовая система ГРМ, десмодромная система и механизм с изменяемыми фазами.
Для двухтактных двигателей механизм газораспределения осуществляется при помощи впускных и выпускных окон в цилиндре. Для четырехтактных двигателей самая распространенная система верхнеклапанная, о ней и пойдет речь ниже.
Устройство ГРМ
В верхней части блока цилиндров находится ГБЦ (головка блока цилиндров) с расположенными на ней распределительным валом, клапанами, толкателями или коромыслами. Шкив привода распредвала вынесен за пределы головки блока цилиндров. Для исключения протекания моторного масла из-под клапанной крышки, на шейку распредвала устанавливается сальник. Сама клапанная крышка устанавливается на масло- бензо- стойкую прокладку. Ремень ГРМ или цепь одевается на шкив распредвала и приводится в действие шестерней коленчатого вала. Для натяжения ремня используются натяжные ролики, для цепи натяжные «башмаки». Обычно ремнем ГРМ приводится в действие помпа водяной системы охлаждения, промежуточный вал для системы зажигания и привод насоса высокого давления ТНВД (для дизельных вариантов).
С противоположной стороны распределительного вала посредством прямой передачи или при помощи ремня, могут приводиться в действие вакуумный усилитель, гидроусилитель руля или автомобильный генератор.
Распредвал представляет собой ось с проточенными на ней кулачками. Кулачки расположены по валу так, что в процессе вращения, соприкасаясь с толкателями клапанов, нажимают на них точно в соответствии с рабочими тактами двигателя.
Существуют двигатели и с двумя распредвалами (DOHC) и большим числом клапанов. Как и в первом случае, шкивы приводятся в действие одним ремнем ГРМ и цепью. Каждый распредвал закрывает один тип клапанов впускных или выпускных.
Клапан нажимается коромыслом (ранние версии двигателей) или толкателем. Различают два вида толкателей. Первый – толкатели, где зазор регулируется калибровочными шайбами, второй – гидротолкатели. Гидротолкатель смягчает удар по клапану благодаря маслу, которое находится в нем. Регулировка зазора между кулачком и верхней частью толкателя не требуется.
Принцип работы ГРМ
Весь процесс газораспределения сводится к синхронному вращению коленчатого вала и распределительного вала. А так же открыванию впускных и выпускных клапанов в определенном месте положения поршней.
Для точного расположения распредвала относительно коленвала используются установочные метки. Перед одеванием ремня газораспределительного механизма совмещаются и фиксируются метки. Затем одевается ремень, «освобождаются» шкивы, после чего ремень натягивается натяжным(и) роликами.
При открывании клапана коромыслом происходит следующее: распредвал кулачком «наезжает» на коромысло, которое нажимает на клапан, после прохождения кулачка, клапан под действием пружины закрывается. Клапаны в этом случае располагаются v-образно.
Если в двигателе применены толкатели, то распредвал находится непосредственно над толкателями, при вращении, нажимая своими кулачками на них. Преимущество такого ГРМ малые шумы, небольшая цена, ремонтопригодность.
В цепном двигателе весь процесс газораспределения тот же, только при сборке механизма, цепь одевается на вал совместно со шкивом.
Кривошипно-шатунный механизм
Кривошипно-шатунный механизм (далее сокращенно – КШМ) – механизм двигателя. Основным назначением КШМ является преобразование возвратно-поступательных движений поршня цилиндрической формы во вращательные движения коленчатого вала в двигателе внутреннего сгорания и, наоборот.
Устройство КШМ
Поршень
Поршень
имеет вид цилиндра, изготовленного из сплавов алюминия. Основная функция этой детали заключается в превращении в механическую работу изменение давления газа, или наоборот, – нагнетание давления за счет возвратно-поступательного движения.
Поршень представляет собой сложенные воедино днище, головку и юбку, которые выполняют совершенно разные функции. Днище поршня плоской, вогнутой или выпуклой формы содержит в себе камеру сгорания. Головка имеет нарезанные канавки, где размещаются поршневые кольца (компрессионные и маслосъемные). Компрессионные кольца исключают прорыв газов в картер двигателя, а поршневые маслосъемные кольца способствуют удалению излишков масла на внутренних стенках цилиндра. В юбке расположены две бобышки, обеспечивающие размещение соединяющего поршень с шатуном поршневого пальца.
Шатун
Изготовленный штамповкой или кованый стальной (реже – титановый) шатун имеет шарнирные соединения. Основная роль шатуна состоит в передаче поршневого усилия к коленчатому валу. Конструкция шатуна предполагает наличие верхней и нижней головки, а также стержня с двутавровым сечением. В верхней головке и бобышках находится вращающийся («плавающий») поршневой палец, а нижняя головка – разборная, позволяя, тем самым, обеспечить тесное соединение с шейкой вала. Современная технология контролируемого раскалывания нижней головки позволяет обеспечить высокую точность соединения ее частей.
Коленчатый вал
Изготовленный из стали или чугуна высокой прочности коленчатый вал состоит из шатунных и коренных шеек, соединенных щеками и вращающихся в подшипниках скольжения. Щеки создают противовес шатунным шейкам. Основная функция коленчатого вала состоит в восприятии усилия от шатуна для преобразования его в крутящий момент. Внутри щек и шеек вала предусмотрены отверстия для подачи под давлением масла системой смазки двигателя.
Блок и головка цилиндров
Блок цилиндров и головка блока цилиндров отливаются из чугуна (реже – сплавов алюминия). В блоке цилиндров предусмотрены рубашки охлаждения, постели для подшипников коленчатого и распределительного валов, а также точки крепления приборов и узлов. Сам цилиндр выполняет функцию направляющей для поршней. Головка блока цилиндра располагает в себе камеру сгорания, впускные-выпускные каналы, специальные резьбовые отверстия для свечей системы зажигания, втулки и запрессованные седла. Герметичность соединения блока цилиндров с головкой обеспечены прокладкой. Кроме того, головка цилиндра закрыта штампованной крышкой, а между ними, как правило, устанавливается прокладка из маслостойкой резины.
В целом, поршень, гильза цилиндров и шатун формируют цилиндр или цилиндропоршневую группу кривошипно-шатунного механизма. Современные двигатели могут иметь до 16 и более цилиндров.
Заголовок
Сегодня редко встретишь человека, который не имел бы понятия о двигателях
внутреннего сгорания (ДВС). Не один десяток транспортных средств, бензогенераторов и
любых иных устройств, использующие в качестве привода тактный двигатель
внутреннего сгорания (ДВС).
Немного истории
Уже в 19 веке, в связи с тем, что устройства в промышленности и различные механизмы
нуждались в создании привода, которые отличался особенной эффективностью. Это и
послужило поводом для появления двигателя такого типа. На тот момент, в ходу был
двигатель, работающий на пару. Но он обладал массой недостатков – низким КПД,
большими габаритами и нуждался в квалифицированном обслуживании с большой
временной затратой на его запуск и остановку.
Промышленности был необходим новый агрегат, у которого не было бы подобных
недостатков. Таким агрегатом стал ДВС, у которого за счет сгорания химической энергии
топлива в рабочей зоне, преобразуясь, тем самым, в механическую работу. Из-за
сильного шума, токсичных выбросов их нельзя назвать совершенными, но из-за своей
автономности эти двигатели получили огромное распространение. Есть еще один
недостаток, который относится к основным – это возможность производить высокую
мощность только в условиях узкого диапазона оборотов. В связи с этим к основным
атрибутам ДВС относится трансмиссия и стартер. Также для ДВС необходимы:
- топливная система – подается топливная смесь;
- выхлопная система – отвод выхлопных газов.
Есть, конечно, случаи, когда нет необходимости в сложной трансмиссии – таким примером
могут стать самолеты.
Виды ДВС
Двигатели различают по виду потребляемого ими топлива и могут различаться на:
- Карбюраторные – этот тип моторов характеризуется работой на бензине при
принудительном зажигании. Принцип работы основан на поступлении топлива в
цилиндры после того, как смешивается с воздухом. - Дизельные – характеризуется своей работой на дизеле. Принцип работы агрегата
основан на работе форсунок – смешивание дизельного топлива с воздухом в
цилиндре. - Газовые – принцип работы заключается на пропано-бутановом газе. Перед
подачей газа в цилиндры, в карбюраторе происходит смешивание газа с воздухом.
ДВС.
Рабочий процесс
Рабочий процесс четырехтактного агрегата заключена в совершении ряда задач,
принцип которых заключается в усиление мощности, воздействующей на коленвал
двигателя. Такие функции, как:
- Впуск – за счет движения поршня вниз происходит заполнение цилиндра горючей
смесью; - Сжатие – за счет движения поршня вверх происходит сжатие рабочей смеси;
- Расширение или рабочий ход – смесь воспламеняется за счет сжатия или
электрической искры, образуя горючие газы, которые приводят поршень к
движению в ВМТ. Расширение газов происходит от взрывной силы и приводит к
движению поршня в НМТ; - четвертый такт или выпуск – поршень начинает подниматься в верхнюю точку, что
приводит к выталкиванию продуктов сгорания из цилиндра.
Все эти 4 такта составляют рабочий цикл мотора.
Тогда появляется вполне разумный вопрос – что такое такт? Такт представляет собой
движение (вверх или вниз) поршня. Один оборот коленвала равен двум тактам. А тот
такт, который сопровождается расширением сгоревших газов и приводит к совершению
полезной работы, относится к рабочему ходу поршня. Таким образом, два оборота
коленвала равно 4 тактам – что послужило названием четырехтактного двигателя.
Устройство ДВС Невозможно понять принцип работы тактного движка без ознакомления с его
основными составляющими, к которым можно отнести:
- Один (бывает несколько) блок цилиндров;
- Кривошипно-шатунный механизм, который состоит из коленвала, поршней и
шатунов; - Головка блока с газораспределительным механизмом (ГРМ).
Газораспределительный механизм
Кривошипно-шатунного механизм принцип работы которого связан с преобразованием
поступательно-возвратного движения поршней во вращение коленвала. Этому движению
способствует энергия, которая получается в цилиндрах от сгорания топлива.
Для отлаженной работы этого механизма необходим ГРМ, принцип его работы основан
в открытии впускных и выпускных клапанов, для того чтобы впустить рабочую смесь и
выпустить отработавшие газы. В составе ГРМ может быть более одного распредвала,
которые имеют кулачки, толкающие клапаны, клапанов и возвратных пружин.
Бесперебойную работу четырехтактного движка обеспечивают вспомогательные
системы с четко налаженной работой:
- Система зажигания. Отвечает за то, чтобы в цилиндрах воспламенялась горючая
смесь; - Выпускная система. Отвечает за подачу воздуха для того, чтобы происходило
образование рабочей смеси; - Топливная система. Отвечает за то, чтобы непрерывно осуществлялась подача
топлива, в том числе для получения смеси воздуха с горючим; - Система смазки – для того, чтобы регулярно смазывались трущиеся детали с
одновременным удалением продуктов износа; - Выхлопная система. Принцип этой системы заключается в удалении
отработанных газов из цилиндров и снижение токсичности; - Система охлаждения. Следит за тем, чтобы поддерживать температуру для
налаженной работы движка.
Описание одного цикла
Как уже говорилось выше, один цикл равен 4 тактам.
- В течение первого тактного хода происходит толчок кулачком распредвала на
впускной клапан, в результате чего он открывается, и поршень начинает движение
вниз. В цилиндре, за счет разряжения, идет поступление в него рабочей смеси.
Шатуном, через поршень придается сообщение движения коленвалу, который
проворачивается на 0,5 оборота (180 градусов) в момент, когда поршнем
достигнута НМТ. - В течение второго тактного хода (сжатие) – впускной клапан закрывается.
Поршень, в свою очередь начинает движение вверх, тем самым, осуществляя
сжатие и нагрев рабочей смеси. К концу тактного хода, принцип заключается в
подаче электрического разряда на свечу при помощи системы зажигания, что
приводит к образованию искры, с помощью которой происходит поджиг сжатой
топливно-воздушной смеси. Коленвал проворачивается еще на 0,5 оборота. Таким
образом, коленвал за два тактного хода выполнил один (360 градусов) полный
оборот. - В течение третьего тактного хода, его еще называют рабочий ход - в результате
которого газы, образованные во время сгорания топлива расширяются, и приводят
в движение поршень к нижнему крайнему положению. Коленвалу через шатун
передается энергия поршнем, заставляя его проворачиваться еще на 0,5 оборота.
Достигнув НМТ, начинается 4 такт – выпуск. В течение этого тактного хода
кулачок распредвала толчком открывает выпускной клапан, происходит движение
поршня вверх, который и выгоняет из цилиндра отработанные газы. Коленвал
вновь проворачивается на 0,5 оборота.
Установка четырехтактного движка может иметь несколько цилиндров. Чтобы
обеспечить равномерную и отлаженную работу движку в разных цилиндрах одновременно
совершаются разные такты, и на каждый поворот коленвала в каком-то из цилиндров осуществляется рабочий ход. Это дает возможность уравновесить силы, оказывающие
действие на коленвал за счет снижения вибраций, тем самым, обеспечивая ровную работу
четырехтактного силового агрегата (ДВС).
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.
Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя
Двигатели внутреннего сгорания отличаются друг от друга рабочим циклом, по которому они работают.
Рабочий цикл – это комплекс последовательных рабочих процессов, периодически повторяющихся в каждом цилиндре при работе двигателя.
Рабочий процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня, называется тактом.
По числу тактов, составляющих рабочий цикл, двигатели делятся на два вида:
– четырехтактные, в которых рабочий цикл совершается за четыре хода поршня,
– двухтактные, в которых рабочий цикл совершается за два хода поршня.
На легковых автомобилях, как правило, применяются четырехтактные двигатели, а на мотоциклах и моторных лодках – двухтактные. О путешествиях по водным просторам поговорим как-нибудь потом, а с четырьмя тактами работы автомобильного двигателя разберемся сейчас.
Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя состоит из следующих тактов:
– впуск горючей смеси,
– сжатие рабочей смеси,
– рабочий ход,
– выпуск отработавших газов.
Рис. 8. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя: а) впуск; б) сжатие; в) рабочий ход; г) выпуск
Первый такт – впуск горючей смеси (рис. 8а ).
Горючей смесью называется смесь мелко распыленного бензина с воздухом в определенной пропорции. Приготовлением смеси в двигателе занимается карбюратор или форсунка, о чем мы поговорим чуть позже. А пока следует знать, что соотношение бензина к воздуху примерно 1:15 считается оптимальным для обеспечения нормального процесса сгорания.
При такте впуска поршень от верхней мертвой точки перемещается к нижней мертвой точке. Объем над поршнем увеличивается. Цилиндр заполняется горючей смесью через открытый впускной клапан. Иными словами, поршень всасывает горючую смесь.
Впуск смеси продолжается до тех пор, пока поршень не дойдет до нижней мертвой точки. За первый такт работы двигателя кривошип коленчатого вала поворачивается на пол-оборота.
В процессе заполнения цилиндра горючая смесь перемешивается с остатками отработавших газов и меняет свое название, теперь эта смесь называется рабочая.
Второй такт – сжатие рабочей смеси (рис. 8б ).
При такте сжатия поршень от нижней мертвой точки перемещается к верхней мертвой точке. Оба клапана плотно закрыты, поэтому рабочая смесь сжимается.
Из школьной физики всем известно, что при сжатии газов их температура повышается. Давление в цилиндре над поршнем в конце такта сжатия достигает 9–10 кг/см², а температура 300–400°С.
В заводской инструкции к автомобилю можно увидеть один из параметров двигателя с названием – "степень сжатия" (например 8,5). А что это такое?
Степень сжатия показывает, во сколько раз полный объем цилиндра больше объема камеры сгорания (Vn/Vc – см. рис. 7). У бензиновых двигателей в конце такта сжатия объем над поршнем уменьшается в 8–11 раз.
В процессе такта сжатия коленчатый вал двигателя поворачивается на очередные пол-оборота. От начала первого такта и до окончания второго, он повернется уже на один оборот.
Третий такт – рабочий ход (рис. 8в ).
Во время третьего такта происходит преобразование выделяемой при сгорании рабочей смеси энергии в механическую работу. Давление от расширяющихся газов передается на поршень и затем, через шатун и кривошип, на коленчатый вал.
Вот откуда берется та сила, которая заставляет вращаться коленчатый вал двигателя и, в конечном итоге, ведущие колеса автомобиля.
В самом конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется от электрической искры, проскакивающей между электродами свечи зажигания. В начале такта рабочего хода сгорающая смесь начинает активно расширяться. Поскольку впускной и выпускной клапаны все еще закрыты, то расширяющимся газам остается только один единственный выход – давить на подвижный поршень.
Под действием давления, достигающего величины 50 кг/см², поршень начинает перемещаться к нижней мертвой точке. При этом на всю площадь поршня давит сила в несколько тонн, которая через шатун передается на кривошип коленчатого вала, создавая крутящий момент.
При такте рабочего хода температура в цилиндре достигает более 2000 градусов.
Коленчатый вал при рабочем ходе делает очередные пол-оборота.
Четвертый такт – выпуск отработавших газов (рис. 8г ).
При движении поршня от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке открывается выпускной клапан (впускной все еще закрыт), и отработавшие газы с огромной скоростью выбрасываются из цилиндра двигателя.
Вот почему слышен тот сильный грохот, когда по дороге движется автомобиль без глушителя, но об этом позже. А пока обратим внимание на коленчатый вал двигателя – при такте выпуска он делает еще пол-оборота. И всего, за четыре такта рабочего цикла, он сделал два полных оборота.
После такта выпуска начинается новый рабочий цикл, и все повторяется: впуск – сжатие – рабочий ход – выпуск... и так далее.
Теперь, интересно, кто из вас обратил внимание на то, что полезная механическая работа совершается одноцилиндровым двигателем только в течение одного такта – такта рабочего хода! Остальные три такта (выпуск, впуск и сжатие) являются лишь подготовительными и совершаются они за счет кинетической энергии вращающихся по инерции коленчатого вала и маховика.
Маховик (рис. 9) – это массивный металлический диск, который крепится на коленчатом валу двигателя. Во время рабочего хода поршень через шатун и кривошип раскручивает коленчатый вал двигателя, который передает маховику запас энергии вращения.
Рис. 9. Коленчатый вал двигателя с маховиком: 1 – шатунная шейка; 2 – противовес; 3 – маховик с зубчатым венцом; 4 – коренная (опорная) шейка; 5 – коленчатый вал двигателя
Запасенная в массе маховика энергия вращения позволяет ему в обратном порядке через коленчатый вал, шатун и поршень осуществлять подготовительные такты рабочего цикла двигателя. Поршень движется вверх (при такте выпуска и сжатия) и вниз (при такте впуска) именно за счет отдаваемой маховиком энергии.
Если двигатель имеет несколько цилиндров, работающих в определенном порядке, то подготовительные такты в одних цилиндрах совершаются за счет энергии, развиваемой в других, ну и маховик, конечно, тоже помогает.
В детстве у вас наверняка была игрушка, которая называлась волчок. Вы раскручивали его энергией своей руки (рабочий ход ) и радостно наблюдали за тем, как долго он вращается. Точно так же и массивный маховик двигателя – раскрутившись, он запасает энергию, но только значительно большую, чем детская игрушка, а затем эта энергия используется для перемещения поршня в подготовительных тактах.
Дизельные двигатели
Главной особенностью работы дизельного двигателя является то, что топливо подается форсункой или насосом-форсункой непосредственно в цилиндр двигателя под большим давлением в конце такта сжатия. Необходимость подачи топлива под большим давлением обусловлена тем, что степень сжатия у таких двигателей значительно больше, чем у бензиновых.
Поскольку давление и температура в цилиндре дизельного двигателя очень велики, то происходит самовоспламенение топлива. Это означает, что искусственно поджигать смесь не надо. Поэтому у дизельных двигателей отсутствуют не только свечи, но и вся система зажигания.
Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя
Первый такт – впуск, служит для наполнения цилиндра двигателя только воздухом.
При движении поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке происходит всасывание воздуха через открытый впускной клапан.
Второй такт – сжатие, необходим для подготовки к самовоспламенению дизельного топлива.
При движении к верхней мертвой точке поршень сжимает воздух в 18–22 раза (у бензиновых в 8–11 раз). Поэтому в конце такта сжатия, давление над поршнем достигает 40 кг/см², а температура поднимается выше 500градусов.
Третий такт – рабочий ход, служит для преобразования энергии сгораемого топлива в механическую работу.
В конце такта сжатия в камеру сгорания через форсунку под давлением подается дизельное топливо, которое самовоспламеняется за счет высокой температуры сжатого воздуха.
При сгорании дизельного топлива расширяющиеся газы создают усилие, которое перемещает поршень к нижней мертвой точке и через шатун проворачивает коленчатый вал.
Во время рабочего хода давление в цилиндре достигает 100 кг/см², а температура превышает 2000°С.
Четвертый такт – выпуск отработавших газов, служит для освобождения цилиндра от отработавших газов.
Поршень от нижней мертвой точки поднимается к верхней мертвой точке и, через открытый выпускной клапан, выталкивает отработавшие газы.
При последующем движении вниз поршень засасывает свежую порцию воздуха, происходит такт впуска и рабочий цикл повторяется.
В дизельном двигателе нагрузки на все механизмы и детали значительно больше, чем в бензиновом, и это закономерно приводит к увеличению его массы, размеров и стоимости.
В то же время, дизельный двигатель имеет и неоспоримые преимущества – меньший расход топлива, чем у его бензинового "брата", а также отсутствие системы зажигания, что значительно уменьшает количество возможных неисправностей при эксплуатации.
Кривошипно-шатунный механизм (КШМ)
Кривошипно-шатунный механизм предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршня в цилиндре во вращательное движение коленчатого вала двигателя.
Ранее рассматривалась работа одноцилиндрового двигателя. Это было необходимо для простоты восприятия протекающих в нем процессов.
На большинстве легковых автомобилей, как отечественных, так и зарубежных, устанавливаются четырехцилиндровые двигатели. Конечно, существуют варианты и с другим количеством цилиндров (от двух до двенадцати), но в объеме этой книги мы ограничимся знакомством именно с четырехцилиндровым двигателем, так как он является самым распространенным.
Рис. 10. Основные детали четырехцилиндрового бензинового двигателя: а) продольный разрез; б) поперечный разрез; 1 – блок цилиндров; 2 – головка блока цилиндров; 3 – поддон картера; 4 – поршни с кольцами и пальцами; 5 – шатуны; 6 – коленчатый вал; 7 – маховик; 8 – распределительный вал; 9 – рычаги; 10 – впускные клапаны; 11 – выпускные клапаны; 12 – пружины клапанов; 13 – впускные и выпускные каналы
Кривошипно-шатунный механизм состоит из (рис. 10):
– блока цилиндров с картером;
– головки блока цилиндров;
– поддона картера двигателя;
– поршней с кольцами и пальцами;
– шатунов;
– коленчатого вала;
– маховика.
Блок цилиндров объединяет в себе не только уже известные нам цилиндры и шатунно-поршневую группу, но и другие системы двигателя. Блок является основой двигателя, в которой имеется множество литых каналов и сверлений, подшипников и заглушек. Именно в блоке вращается (на подшипниках) коленчатый вал. Во внутренних полостях блока циркулирует жидкость системы охлаждения, там же проходят и масляные каналы системы смазки двигателя. Большая часть из навесного оборудования двигателя монтируется, опять же, на блоке цилиндров. Нижняя часть блока называется картером.
Головка блока цилиндров является второй по значимости и по величине составной частью двигателя. В головке расположены камеры сгорания, клапаны и свечи цилиндров, в ней же на подшипниках вращается распределительный вал с кулачками. В головке, как и в блоке цилиндров, имеются водяные и масляные каналы и полости. Головка крепится к блоку цилиндров и при работе двигателя составляет с блоком единое целое.
Устройство и взаимодействие основных деталей кривошипно-шатунного механизма (шатунно-поршневой группы) мы с вами рассмотрели ранее, при изучении работы ног велосипедиста и рабочего цикла двигателя.
Для тех, кто уже вернулся обратно на эту страницу, предлагается небольшой экскурс в мир цифр.
На холостом ходу коленчатый вал двигателя вращается со скоростью приблизительно 800–900 оборотов в минуту (13–15 об/сек). На средней и большой скорости движения автомобиля число оборотов коленчатого вала в минуту составляет от 2000 до 4000. А в ходе автомобильных соревнований, у специально подготовленных автомобилей, двигатель "раскручивается" до 12000 об/мин (200 оборотов в секунду) и даже больше.
А что поршни? Они движутся в цилиндре с огромной скоростью! За один оборот коленчатого вала каждый поршень успевает подняться вверх, "развернуться" и опуститься вниз (или наоборот – сначала вниз, потом вверх). При этом путь от одной мертвой точки до другой поршни "пролетают" за сотые доли секунды! А если вспомнить еще и об огромных температурах и давлении в цилиндрах в это время!
Вот в таких непростых, мягко выражаясь, условиях работают детали двигателя вашего автомобиля.
Мы с вами разобрались с очень сложным и уникальным процессом, происходящим внутри двигателя с одним цилиндром. Многоцилиндровый двигатель принципиально ничем не отличается от простейшего одноцилиндрового. Но, когда цилиндров много, представьте, в каких условиях работает двигатель (температуры, давление, трение...), при этом работает безотказно и продолжительное время, ничего не требуя взамен, кроме лишь "кормления" бензином и периодического обслуживания.
Основные неисправности кривошипно-шатунного механизма
Стуки в двигателе могут возникнуть по причине износа поршневых пальцев, шатунных и коренных подшипников.
Для устранения неисправности необходимо заменить изношенные детали.
Повышенная дымность выхлопных газов и (или) падение компрессии (давление в конце такта сжатия) случается из-за износа поршневых колец, поршней, цилиндров, залегания поршневых колец в канавках поршней.
Для устранения неисправности следует заменить изношенные детали.
Эксплуатация кривошипно-шатунного механизма двигателя
Правильная эксплуатация двигателя крайне необходима, так как его ремонт достаточно трудоемкий и дорогостоящий процесс. И к кривошипно-шатунному механизму это относится в первую очередь.
Ресурс двигателя – это продолжительность нормальной работы двигателя без его капитального ремонта. Для отечественных автомобилей ресурс двигателя составляет приблизительно 150–200 тысяч километров пробега, и несколько больше для иномарок.
Многим из вас эти цифры покажутся недосягаемо большими, но это не означает, что можно забывать о своевременной смене масел, жидкостей, фильтров и других расходных материалов. Плюс к этому, двигатель требует периодических регулировок. Необходимо соблюдать сроки обслуживания его механизмов и систем, как это рекомендовано заводом-изготовителем вашего автомобиля. А иначе, через удивительно короткий промежуток времени, вам может понадобиться капитальный ремонт двигателя.
Факторы, влияющие на продолжительность работы двигателя
Первый фактор , уменьшающий ресурс двигателя – частые перегрузки автомобиля. Если загрузка салона, багажника и прицепа превышает все разумные пределы, то, двигаясь на такой перегруженной машине продолжительное время, вы рискуете выработать ресурс двигателя ранее вышеуказанного срока.
Водители, полагающие, что металл выдержит все, очень сильно ошибаются. Попробуем "примерить" это утверждение на себя.
Если сумка, с которой вы идете по улице, весит полтора-два кило, то можно долго не ощущать усталости. А теперь давайте возьмем на прогулку свой любимый телевизор с диагональю 51 см и, "погуляв" по набережным часика эдак два, оценим свое состояние. А ведь в отличие от нашего с вами организма, металл претерпевает необратимые изменения.
Вторым фактором , влияющим на срок службы двигателя, является движение с максимально возможной скоростью длительное время.
Если на трехкилометровой дистанции по кроссу вы будете бежать так же быстро, как и на 100 метров, то вам не избежать быстрой усталости и потери сил.
Вспоминается фраза из песни В. Высоцкого: "На десять тысяч я рванул, как на пятьсот... и... спекся!".
Последствия в этом случае для человеческого организма могут быть плачевными. То же самое происходит и с двигателем автомобиля. Жаль, что многие начинают понимать это слишком поздно.
Мы с вами не так далеко ушли от "страшно" больших цифр (температуры, давления, скорости...), характеризующих условия, в которых работают механизмы двигателя. Согласитесь, что количество "взрывов" в цилиндрах, периодичность колебаний температуры и давления за одну секунду, не могут не влиять на продолжительность "жизни" деталей двигателя.
Третий фактор , ускоряющий износ двигателя – экология. Грязный воздух и грязные дороги укорачивают жизнь не только человеку, но и разрушающе действуют на структуру металла, уменьшая ресурс двигателя. Поэтому не забывайте вовремя производить замену фильтров, по возможности применяйте качественные масла и топливо, следите за внешним видом двигателя своего автомобиля. Хотя бы пару раз в год его следует очищать от грязи и мыть с использованием специальных жидкостей.
Газораспределительный механизм (ГРМ)
Газораспределительный механизм предназначен для своевременного впуска в цилиндры двигателя горючей смеси и выпуска отработавших газов.
Газораспределительный механизм состоит из (см. рис. 10):
– распределительного вала;
– рычагов или толкателей;
– впускных и выпускных клапанов с пружинами;
– впускных и выпускных каналов.
Распределительный вал располагается чаще всего в верхней части головки блока цилиндров. Составной частью вала являются кулачки, количество которых соответствует количеству впускных и выпускных клапанов двигателя. Иными словами, над каждым клапаном расположен свой персональный кулачок. Именно эти кулачки при вращении распределительного вала обеспечивают своевременное, согласованное с движением поршней в цилиндрах, открытие и закрытие клапанов.
Распределительный вал приводится во вращение от коленчатого вала двигателя с помощью шестерен, цепной передачи или зубчатого ремня. Натяжение цепи привода регулируется специальным натяжителем, а зубчатого ремня – натяжным роликом (рис. 11).
а) цепной привод: 1– звездочка распределительного вала; 2 – цепь; 3 – успокоитель цепи; 4 – звездочка привода масляного насоса; 5 – звездочка коленчатого вала; 6 – башмак натяжителя цепи; 7 – натяжитель цепи
б) ременной привод: 1 – зубчатый шкив распределительного вала; 2 – зубчатый ремень; 3 – зубчатый шкив коленчатого вала; 4 – зубчатый шкив водяного насоса; 5 – натяжной ролик
Рис. 11. Схема привода распределительного вала
Давайте вернемся к упрощенной схеме двигателя и разберемся с работой газораспределительного механизма (рис. 12).
Рис. 12. Схема взаимодействия деталей газораспределительного механизма
При вращении распределительного вала кулачок набегает на рычаг, который, в свою очередь, нажимает на стержень соответствующего клапана (впускного или выпускного) и открывает его (рис. 12 а ). Продолжая вращаться, кулачок сбегает с рычага, и под воздействием сильной пружины клапан закрывается (рис. 12 б ).
Основные неисправности газораспределительного механизма двигателя
Стуки в газораспределительном механизме появляются по причине увеличенных тепловых зазоров в клапанном механизме, износе подшипников или кулачков распределительного вала, рычагов, а также из-за поломки пружин клапанов.
Для устранения стуков необходимо отрегулировать тепловой зазор, а изношенные детали и узлы заменить.
Повышенный шум цепи привода распределительного вала появляется вследствие износа шарнирных соединений звеньев цепи и ее удлинения.
Следует отрегулировать натяжение цепи, а при чрезмерном ее износе заменить.
Потеря мощности двигателя и повышенная дымность выхлопных газов происходят при нарушении теплового зазора в клапанном механизме, неплотном закрытии клапанов, износе маслоотражательных колпачков.
Зазор следует отрегулировать, изношенные колпачки заменить, а клапаны "притереть" к седлам.
Эксплуатация газораспределительного механизма двигателя
Обратите внимание на тепловой зазор между рычагом и кулачком распределительного вала (рис. 12 б ). Немного знаний физики позволит понять, что этот зазор должен быть строго определенного размера. Ведь при нагревании все детали двигателя расширяются, в том числе и детали газораспределительного механизма.
Если зазор между рычагом и кулачком распределительного вала меньше нормального, то клапан будет открываться больше, чем ему положено, и не будет полностью закрываться. Это нарушит рабочий цикл двигателя и, плюс ко всему, в скором времени придется менять "подгоревшие" клапаны.
Если тепловой зазор будет слишком велик, то встреча кулачка с рычагом будет происходить с ударом, что выразится в заметном увеличении шума при работе двигателя и приведет к быстрому износу деталей газораспределительного механизма.
При неправильной установке теплового зазора наблюдается целый "букет" неприятностей. Двигатель начинает работать неустойчиво, глохнуть и преподносить прочие "сюрпризы", описанные в неисправностях газораспределительного механизма. Используя инструкцию по эксплуатации своего автомобиля, следует периодически контролировать правильность "зазора в клапанах".
Причем разговор идет о десятых долях миллиметра! Например, для двигателей ВАЗ, в зависимости от модели, тепловой зазор должен быть в пределах 0,15–0,35 мм. Если у вас есть соответствующие инструменты и решимость "залезть" в двигатель, то после нескольких попыток можно научиться "регулировать клапана". А если вы не собираетесь осваивать профессию автомеханика, то при подозрениях на "разрегулированные клапана" следует обратиться к специалистам.
При эксплуатации двигателя необходимо следить за натяжением цепи (зубчатого ремня) привода распределительного вала и при необходимости его регулировать.
Владельцам ВАЗ-2108 и 2109 с рабочим объемом двигателя 1,3 литра следует быть особенно внимательными к состоянию ремня привода распределительного вала и вовремя его менять, не допуская обрыва изношенного ремня при движении. У этих двигателей при выходе ремня из строя возможна "встреча" поршней с клапанами, что влечет к серьезным взаимным повреждениям. Это отнюдь не та встреча, на которую стремишься со сладостным ожиданием, а совсем другая, за которой последует сложный ремонт с заменой деталей газораспределительного и кривошипно-шатунного механизмов двигателя.
Большинству из вас никогда не придется разбирать и собирать двигатель, да это и не нужно, если вы не являетесь специалистом в этой области. Но при любых экспериментальных работах с автомобилем, разбирая какой-то узел, а потом его собирая, обязательно запоминайте расположение деталей и последовательность демонтажа. А то могут остаться "лишние" детали!
Причем, сборка всегда труднее, чем разборка. Не забывайте арабскую пословицу: "Прежде чем тащить осла на крышу подумай, как снять его оттуда".
В начале автомобильной жизни не рекомендуется включать музыку сразу же после запуска двигателя. Проехав некоторое расстояние, прислушайтесь к звукам, доносящимся из-под капота. Они могут быть самыми разными, но любой "выделяющийся" звук говорит о том, что с двигателем не все в порядке. При появлении новых, незнакомых вам звуков, следует обратиться в автосервис или к знакомому умельцу.
Ни одна неисправность в автомобиле не появляется, не предупредив водителя об этом заранее. В то же время немало "юных" водителей ездят на своих машинах с явно аварийными узлами, думая, что так и должно быть.
Одной из проблем начинающих водителей является то, что зачастую они не знают, как должен вести себя исправный автомобиль, какие шумы нормальные, а какие "говорят" о надвигающихся финансовых затратах. А знать это важно, так как многие неисправности влияют еще и на безопасность движения.
вступления , выводов по теме, многословии... украл бы автомобиль . Я не украду автомобиль . _________________ Я... предлагают пройти через устройство , снабженное электромагнитом...
Предлагаемая вашему вниманию книга используется в качестве базового учебника по
Руководство... ВСТУПЛЕНИЕ Написание данной книги продиктовано необходимостью создания такого учебника по ... наблюдений с использованием технических устройств . Врезка 6.3. Практика... меняются. Предпочтения по - требителей по отношению к автомобилям следует постоянно...
Рабочим циклом двигателя называется периодически повторяющийся ряд последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу.
Автомобильные двигатели чаще всего работают по четырёхтактному циклу, который совершается за два оборота коленчатого вала или четыре хода поршня и состоит из тактов впуска, сжатия, расширения и выпуска.
В рабочий цикл происходит следующим образом.
Рабочий цикл карбюраторного двигателя :
- Такт впуска
В течение этого такта поршень опускается из верхней мёртвой точки (ВМТ) в нижнюю мёртвую точку (НМТ). При этом 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 топливо-воздушная 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.
Видео наглядно демонстрирует процесс работы четырехтактного двигателя
- Такт выпуска
После НМТ рабочего цикла открывается выпускной клапан, и движущийся вверх поршень вытесняет 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
Рабочие 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 мелкораспылённое топливо, которое под действием высокой температуры воздуха самовоспламеняется.
В четырёхтактном дизеле рабочие процессы происходят следующим образом.
- Такт впуска
При движении поршня от ВМТ к НМТ вследствие образующегося разряжения из воздухоочистителя в полость цилиндра через открытый впускной клапан поступает атмосферный воздух.
Такт сжатия
Поршень движется от НМТ к ВМТ. Впускной и выпускной клапаны закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень сжимает имеющийся в цилиндре воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива.
- Такт расширения, или рабочий ход
При подходе поршня к ВМТ в цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо, подаваемое . Впрыснутое топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, самовоспламеняется и начинается процесс сгорания, характеризующийся быстрым повышением температуры и давления. Под действием давления газов поршень перемещается от ВМТ к НМТ. Происходит рабочий ход.
- Такт выпуска
Поршень перемещается от НМТ к ВМТ и через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. После окончания такта выпуска при дальнейшем вращении рабочий цикл повторяется в той же последовательности.
На этом видео показано работу реального двигателя, камера встроена в цилиндр двс.
Недостатки четырёхтактных двигателей:
Все холостые ходы (впуск, сжатие, выпуск) совершаются за счёт кинетической энергии, запасённой коленчатым валом и связанными с ним деталями во время рабочего хода, в процессе которого химическая энергия топлива превращается в механическую энергию движущихся частей двигателя. Поскольку сгорание происходит в доли секунд, то оно сопровождается быстрым увеличением нагрузки на крышку (головку) цилиндра, поршень и другие детали . Наличие такой нагрузки неизбежно приводит к необходимости увеличить массу движущихся деталей (для повышения прочности), что в свою очередь сопровождается ростом инерционных нагрузок на движущиеся детали. Уступают по мощности двухтактным.
К незначительным недостаткам, которые с лихвой окупаются достоинствами, можно отнести работы по регулировке теплового зазора клапанов и время разгона с места, которое несколько больше, чем у двухтактных.
Преимущества четырёхтактных двигателей:
-экономичность расхода топлива;
-надежность;
-простота обслуживания;
-четырехтактный двигатель работает тише и устойчивей.
В отличие от двухтактного двигателя, в котором смазка коленвала, подшипников коленвала, компрессионных колец, поршня, пальца поршня и цилиндра осуществляется благодаря добавлению масла в топливо; коленвал четырехтакного двигателя находится в маслянной ванне. Благодаря этому Вам не надо смешивать бензин с маслом или доливать масло в специальный бачок. Достаточно залить чистый бензин в топливный бак и можно ехать, при этом отпадает необходимость покупки специального масла для 2-тактных двигателей.
Так же на зеркале поршня и стенках и выхлопной трубы образуется значительно меньше нагара. К тому же, в 2-тактном двигателе происходит выброс топливной смеси в выхлопную трубу, что объясняется его конструкцией.