4 тактный двигатель и 2 тактный двигатель: чем отличаются

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.

Конструктивные и эксплуатационные отличия четырехтактных двухтактных бензиновых двигателей

Главное отличие четырехтактного двигателя от двухтактного обусловлено разными механизмами газообмена, а именно: удалением отработанных газов и подачей топливно-воздушной смеси в цилиндр.

Процессы заполнения цилиндра и его очистки в четырехтактном двигателе происходят с помощью газораспределительного специального механизма, который в определенное время открывает и закрывает рабочий цикл.

Очистка цилиндра и его заполнение в двухтактном двигателе выполняется в одно время с с расширением и сжатием при нахождении поршня поблизости мертвой нижней точки. В стенках цилиндра для этого имеется два отверстия: продувочное или впускное и выпускное. Через выпускное отверстие поступает топливная смесь, и выходят отработанные газы.

Основные отличия двухтактных и четырехтактных двигателей:

Литровая мощность. В четырехтактном двигателе на два оборота коленчатого вала приходится один рабочий ход. Поэтому теоретически двухтактный двигатель должен иметь литровую мощность вдвое больше, чем четырехтактный. Но на практике превышение составляет около 1,8 раза, благодаря использованию поршня при расширении хода, а также наличия худшего механизма освобождения цилиндра от отработанных газов и больших затрат на продувку части мощности.
Потребление топлива. Двухтактный двигатель превосходит четырехтактный в удельной и литровой мощности, но уступает в экономичности. Отработанные газы вытесняются воздушно — топливной смесью, которая поступает в цилиндр из шатунно-кривошипной камеры. Часть топливной смеси при этом поступает в выхлопные каналы и удаляется с отработанными газами.
У двухтактного и четырехтактного двигателей принцип смазки двигателя существенно отличается. Двухтактные модели характеризуются необходимостью смешивания бензина с моторным маслом в определенных пропорциях. Масляная воздушно-топливная смесь циркулирует в поршневой и кривошипной камерах, смазывая подшипники коленчатого вала и шатуна. Мельчайшие капли масла при возгорании топливной смеси сгорают вместе с бензином. Продукты сгорания уходят вместе с отработанными газами.

Смешивают бензин с маслом двумя способами. Это может быть простое перемешивание, которое проводится перед тем, как залить в бак топливо и раздельная передача. Во втором случае масляно-топливная смесь образуется во впускном патрубке, расположенном между цилиндром и карбюратором.

Двигатель в последнем случае оснащен масляным бачком с трубопроводом, соединенным с плунжерным насосом. Насос подает масло во впускной патрубок в том количестве, которое необходимо. Производительность насоса зависит от того, как расположена ручка подачи «газа». Поступление масла тем больше, чем больше подается топливо. Более совершенной является раздельная система смазки двухтактного двигателя. Отношение бензина к маслу при ней может достигать 200:1. Это приводит к снижению расхода масла и к уменьшению дымности. Такую систему используют, например, на современных скутерах.

В четырехтактных двигателях бензин с маслом не смешивают, а подают отдельно, для чего двигатели имеют классическую систему смазки, которая состоит из фильтра, масляного насоса, трубопроводной магистрали и клапанов. В качестве масляного бачка может выступать картер двигателя (смазка с «мокрым «картером) либо отдельный бачок («сухой» картер).

В первом случае насос всасывает из поддона масло, направляет его во входную полость, а затем по каналам -к деталям шатунно-кривошипной группы, к подшипникам коленвала и газораспределительному механизму.

В случае смазки с «сухим» картером масло заливают в бочок. Оттуда оно при помощи насоса попадает к трущимся поверхностям. Стекающую в картер часть масла откачивают дополнительным насосом и возвращают в бачок.

Для очищения масла от разных продуктов износа двигатель имеет фильтр. Кроме того при необходимости устанавливают охлаждающие фильтра, потому как температура масла в процессе работы может очень сильно подниматься.

Сравнение двигателей на 2 и 4 такта

Поскольку мощность равноценного мотора на два такта больше, чем у 4‑тактного собрата, он, по идее, должен быть более экономичным. На практике этого не происходит из-за возникающих дополнительных потерь. Происходит частичное смешивание отработанных газов с вновь поступающим топливом, и вся эта смесь благополучно уходит через выхлопную трубу. Поэтом на то же самое количество циклов карбюратор двухтактника требует больше горючего.

Существуют различия и в системе смазки. В случае с мотором на 2 такта она осуществляется за счет смешивания моторного масла и бензина. В 4‑тактном предусмотрена система смазки с шестеренным насосом. Смазка попадает во впускной патрубок системы, и ее поставляется именно столько, сколько необходимо.

В таких движках нет клапанов, которые присущи четырехтактным моторам внутреннего сгорания. За них ту же самую работу делает поршень, который при последовательном движении вверх и вниз открывает и закрывает продувочные, впускные и выпускные окна. Благодаря этому они считаются более конструктивно простыми и легкими в обслуживании. Считается, что показатель мощности у них примерно в 2 раза выше, чем у тех, что рассчитаны на 4 такта, за счет большего количества прошедших циклов.

Но из-за недостаточно полного использования хода поршня, остатков в цилиндре скопившихся газов и частичной потери производимой мощности для продувки, фактическое увеличение полезной мощности будет не более, чем на 60–70 процентов. Искра на таких движках появляется на доли секунды раньше, чем поршень достигает верхней мертвой точки, а для изменения угла зажигания предусмотрены различные устройства механического и электронного типа действия. На прежних моделях момент воспламенения устанавливался, исходя из оптимального числа оборотов.

Итак, подытожим основные достоинства рассматриваемого силового агрегата:

отличается малыми габаритами;
обладает простым устройством;
выдает большую мощность при том же рабочем объеме.

При этом, его применение ограничивается из-за особенностей конструкции и значительных потерь. Однако на сегодняшний день именно таким типом двигателя по-прежнему оснащается большое число разнообразных механизмов, которые могут использовать как одно‑, так и двухцилиндровый двигатель внутреннего сгорания на 2 такта. Зная особенности и принцип функционирования такого движка, можно самостоятельно находить возникающие в нем неполадки. В ряде случаев такие знания позволяют определиться с выбором между 2‑х и 4‑х тактным силовым агрегатом.

В сегодняшнем обзоре мы постарались рассмотреть устройство 2‑х тактного силового агрегата, которым оснащается практически любой современный мотоцикл или мопед, а также другая техника. Друзья, буду благодарен за Ваши рекомендации моего блога в кругу своих друзей. В ближайших выпусках блога мы обязательно рассмотрим новые интересные темы из области автомобилей, двигателей и ухода за ними. А пока несколько слов о присадках для ДВС и какой смысл в их использовании. Оставайтесь с нами и до новых встреч!

Просмотры:3911

0Нравится

Для начала надо разобраться, что такое ТАКТ и ЦИКЛ, чем они отличаются в 2-х и 4-х тактных ДВС

Четырёхтактный ДВС

Рабочий цикл любого четырёхтактного ДВС включает в себя следующие такты (на примере поршневого двигателя):

Поршень движется вниз, цилиндр заполняется горючей смесью;
Поршень движется вверх, горючая смесь в цилиндре сжимается;
Поршень движется вниз, после воспламенения в ВМТ, под действием расширения воспламенённой смеси – рабочий ход;
Поршень движется вверх, вытесняя отработавшие газы.

Топливная смесь поступает в камеру над поршнем, там же сгорает и удаляется в выхлопную трубу. Камера коленвала не сообщается с камерой над поршнем.

Четыре такта происходят за ДВА оборота коленвала последовательно, затем цикл повторяется.

Главное отличие – наличие газораспределительного механизма, который в нужное время закрывает и открывает впускные и выпускные окна.

Двухтактный ДВС

Рабочий цикл любого двухтактного ДВС включает в себя следующие такты (так же на примере поршневого двигателя):

Сжатие. При сжатии поршень движется вверх, сначала перекрывая впускное окно, а потом выпускное – в камере сгорание начинается сжатие. По мере движения вверх, поршень открывает впускное окно в камеру коленвала и в неё поступает горючая смесь. В верхней мёртвой точке происходит воспламенение горючей смеси, тачинается второй такт.
Рабочий ход. После воспламенения, газы расширяются и толкают поршень вниз. По мере движения вниз, поршень закрывает впускное окно и открывает выпускное окно – расширяющиеся прогоревшие газы устремляются в выхлопную трубу. При дальнейшем движении вниз, поршень открывает впускное окно в камеру сгорания и горючая смесь вытесняется из камеры коленвала по каналу в камеру сгорания – вытесняя остатки отработавших газов и заполняя камеру сгорания. Дойдя до нижней мёртвой точки цикл повторяется.

Цилиндр двухтактного двигателя отличается от четырехтактного тем, что имеет окна и каналы, которые объединяют камеру над поршнем с камерой коленвала. Окна расположены таким образом, что поршень закрывает и открывает их своей боковой поверхностью в нужное время, чтобы смеси могли распределяться в цилиндре должным образом.

Главное отличие – камера коленвала сообщается с камерой сгорания над поршнем окнами в цилиндре и каналами. Топливная смесь служит так же смазкой в камере коленвала, поэтому бензин в двухтактных двигателях смешивают с маслом. Пропорция бензин/масло обычно устанавливается производителем и прописывается в инструкции к технике.

Различия2-х и 4-х тактных ДВС

Экономичность. Двухтактные ДВС потребляют больше топлива, так как отработавшие газы вытесняются из камеры сгорания топливной смесью – часть топлива вылетает в трубу.
Литровая мощность. Двухтактные двигатели выдают большую мощность из того же объёма, так как рабочий ход совершается в каждый оборот. Но часть мощности теряется из-за наличия окон в цилиндре, поэтому литровая мощность больше не в 2 раза, а в 1,6-1,7.
Смазка камеры КШМ. В 2-х тактном камера КШМ смазывается смесью бензина и масла, а в 4-х тактном масло подаётся отдельно по каналам.
Токсичность выхлопа двухтактных двигателей выше, чем четырёхтактных.
Сложность конструкции 4-х тактного двигателя значительно выше за счёт наличия ГРМ и системы смазки.
Ресурс 4-х тактного двигателя значительно выше.
2-х тактные двигатели динамичнее и легче, стоимость их дешевле.
4-х тактный двигатель сложнее в обслуживании, опять же из-за наличия ГРМ и системы смазки.

История и применение 2-х и 4-х тактных ДВС

Четырёхтактный двигатель был впервые запатентован в 1861 году, а двухтактный в 1881 году.

Двухтактные двигатели применяются всё реже из-за низкой экологичности и шумности работы, но благодаря малому размеру и весу, они безальтернативно устанавливаются в мотокосы, бензопилы и другой мелкий и оборотистый бензоинструмент. Всё реже двухтактные двигатели применяют в мопедах, скутерах и мотоциклах.

Почти все двигатели мотоциклов СССР, таких “Минск”, “Восход”, “Иж” – двухтактные.

Четырехтактные моторы распространены очень широко – от мопеда и до самолёта. Если у вас есть машина – она с 99,9%-ой вероятностью оборудована 4-х тактным двигателем.

Спасибо за внимание! Если материал понравился – ставьте лайк!

Навигатор по каналу по , там же можно найти ответы на вопросы: “Что такое ГРМ?”, “Виды ДВС” и многое другое.

Базовые критерии для выбора двигателя

Для выбора лодочного мотора надо знать все характеристики, которые есть у него. — Мощность в лошадиных силах. Она определяет, какой величины катер или лодку мотор сможет передвигать. И с какой скоростью.

— Размеры двигателя. Они важны, поскольку лодки могут любых размеров.

— Длина дейдвуда, которому нужно подойти по размерам к лодке.

— Тип двигателя. Он бывает двухтактным или четырехтактным.

— Метод управления двигателем.

— Принцип двигателя бывает бензиновый или электрический.

ВАЖНО! Имеет значение, кто фирма-производитель лодочного мотора. Ведь на рынке есть дешевые товары сомнительного качества

Основные отличия между двухтактным и четырехтактным ДВС

Одно из основных отличий рассматриваемых агрегатов в наличии газораспределительного механизма на 4-тактном моторе. На 2-тактных устройствах газораспределительного механизма нет. Вместо него имеются отверстия в стенках цилиндра, через которые и происходит подача готовой топливно-воздушной смеси, а также отвод выхлопных газов.

ГРМ не только увеличивает вес и размер двигателя, но еще и существенно влияет на его стоимость. Отсутствие ГРМ приводит к тому, что двигатель имеет только два цикла работы. Наличие каналов в стенках цилиндра приводит к увеличенному износу колец и поршня двигателя. Именно поэтому двухтактные двигатели имеют небольшой ресурс работы. Далее рассмотрим конструктивные отличия между 2-тактным и 4-тактным моторами.

Потребление топлива — несмотря на то, что двухтактный агрегат имеет простое строение, в плане потребления бензина он проигрывает четырехтактному. Связано это с количеством тактов. В то время, как 4-цикловый агрегат совершает 2 оборота коленчатого вала, потребляя при этом одну порцию топлива, двухтактный двигатель при этом делает только один оборот. Увеличение расхода топлива составляет примерно 1,5 раза. Кроме того, не стоит забывать, что 2-тактный агрегат имеет несовершенную систему, и в процессе работы наблюдается потеря топливной смеси, выбрасываемой в глушитель. Это часть смеси, которая «вылетает в трубу» при движении поршня вверх в момент сжатия
Тип топлива — моторы 4-тактного типа работают на чистом бензине, который в карбюраторе смешивается с воздухом. Агрегаты 2-тактного типа работают на смеси масла с бензином. Использование чистого бензина недопустимо, что повлечет за собой быстрый выход из строя цилиндропоршневой группы
Система смазки — многие знают, что именно по этому принципу рассматриваемые агрегаты отличаются. В 4-тактном моторе имеется отдельная система смазки, состоящая не только из емкости, но еще и масляного насоса, фильтров и трубопроводной магистрали. Система смазки не взаимосвязана с механизмом подачи топлива, что говорит не только об эффективности, но и продолжительном сроке службы. Двухтактные моторы работают на бензине с маслом. Пропорции смешивания бензина с маслом для бензопилы и бензокосы описаны на сайте. Бензин вместе с малом подается в двигатель, где осуществляется смазка механизма. Стоит отметить, что далеко не все двухтактные моторы имеют общую систему смазки, но встречаются еще и агрегаты с раздельным механизмом, где смешивание происходит автоматически в зависимости от количества оборотов
Тип смазывающих веществ или отличие масла для двухтактного мотора от 4-тактного. Для двухтактных двигателей используются специальные масла «сгорающего» типа. Это масло смешивается с бензином, и попадают в систему КШМ, обеспечивая смазку движущихся деталей. После этого масло в составе с бензином поступает в цилиндр, где воспламеняется и сгорает. Это масло называется двухтактным, и выпускается оно красного или зеленого цвета. Цвет не играет большой роли, и говорит о применении присадок в составе. Четырехтактные моторы работают на чистом бензине, так как они имеют отдельный механизм, отвечающий за смазку КШМ. В таких моторах используется обычное моторное масло, которое нельзя смешивать с бензином, и заливать в двухтактные агрегаты. Это приведет к быстрому засорению электродов свечи и выходу из строя ДВС. Получается, что отличие масла для двухтактных двигателей от четырехтактных заключается в консистенции и составе. На 2-цикловых ДВС используются сгораемые типы масел, которые перед тем, как сгореть, смазывают всю систему

По системе смазки четырехтактных двигателей нужно отметить, что они бывают двух типов — с сухим и мокрым картером. Различаются они по способу смазки. В мокром типе происходит подача масла из картера на КШМ. Насос перекачивает масло из картера, являющегося частью двигателя.

На ДВС с сухим картером используется отдельный бак с маслом. Из него масло насосом перекачивается в систему КШМ, обеспечивая смазку деталей. Скапливающееся масло обратно транспортируется в бак при помощи дополнительного насоса.

Зная основные конструктивные и принципиальные отличия рассматриваемых механизмов, следует разобраться с их достоинствами и недостатками, которые имеются у обоих вариантов.

Различия в масле

Кардинальное отличие между смазкой одного и второго мотора заключается в том, что масло для двухтактника разбавляется бензином и в итоге сгорает вместе со смесью. Если рассматривать четырёхтактный вариант, то в нем избегается всеми мерами попадание масла в камеры, предназначенных для сгорания топлива

Выводом из этого получается то, что для четырёхтактного агрегата используется масло, которое располагает полным спектром смазывающих свойств на протяжении продолжительного времени, а для второго важно чтобы после масла не оставалась сажа и оно полностью сгорало в сумме с горючим

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

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.

КАК РАБОТАЕТ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

В данном разделе рассматривается принцип работы двигателя внутреннего сгорания на примере одноцилиндрового бензинового мотора.

Главная часть двигателя внутреннего сгорания — это цилиндр с внутренней зеркальной поверхностью. Сверху на цилиндре установлена головка, которая является отдельной деталью и при необходимости снимается, например чтобы получить доступ к двигателю для проведения ремонтных работ (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Двигатель со снятой головкой блока цилиндров.

Внутри цилиндра находится поршень. Внешне он напоминает обычный стакан, который перевернут вверх дном (именно дно поршня является его рабочей поверхностью). В процессе работы двигателя поршень внутри цилиндра перемещается вертикально вверх- вниз с высокой интенсивностью.

Снаружи по окружности поршня в отдельных канавках расположены поршневые кольца. Поршень прилегает к внутренней поверхности цилиндра неплотно. Поршневые кольца, во-первых, препятствуют попаданию вниз газа, образующегося при работе двигателя, во- вторых, не пропускают моторное масло в камеру сгорания, которая находится над поршнем и расположена над верхней мертвой точкой (о том, что это такое, рассказывается далее).

Поршень закреплен на шатуне с помощью специальной детали, которая называется поршневым пальцем. В свою очередь, шатун закреплен на коленчатом валу двигателя, а точнее — на кривошипе коленчатого вала (рис. 1.3). При сгорании рабочей смеси образующиеся газы оказывают сильное давление на поршень, который начинает двигаться вниз и через шатун передает свою энергию на коленчатый вал, что в результате вынуждает его вращаться.

Рис. 1.3. Поршень с шатуном.

Рекомендуем: Что такое Вебасто: назначение, устройство, принцип работы

На конце коленчатого вала имеется тяжелый металлический диск с зубьями, который называется маховиком. Основная его задача — обеспечить вращение коленчатого вала по инерции, что необходимо для подготовительных тактов рабочего цикла (о том, что такое «такты» и «рабочий цикл», будет рассказано далее).

Горючая смесь поступает в камеру сгорания через впускной клапан, а после сгорания продукты горения, которые представляют собой выхлопные газы, выходят из камеры сгорания через выпускной клапан. Оба клапана открываются в тот момент, когда их толкает соответствующий кулачок распределительного вала. Как только кулачок отходит назад (это происходит очень быстро, так как распределительный вал вращается с высокой скоростью), клапаны вновь плотно закрываются: их возвращают в исходное положение мощные пружины.

Примечание.

Распределительный вал двигателя приводится в действие коленчатым валом.

Свеча вкручивается непосредственно в головку блока цилиндров: для этого специально предназначено отверстие с резьбой. Свеча является источником искры, которая проскакивает между ее электродами, от нее в камере сгорания воспламеняется рабочая смесь. На каждый цилиндр двигателя приходится одна свеча (следовательно, у четырехцилиндрового двигателя имеется четыре свечи, у восьми-цилиндрового — восемь и т. д.).

При движении вверх-вниз поршень поочередно достигает двух крайних положений — верхнего и нижнего: в них он максимально удален от центральной оси коленчатого вала. Верхнее крайнее положение поршня называется верхней мертвой точкой, а нижнее — нижней мертвой точкой (соответственно ВМТ и НМТ). Расстояние между ВМТ и НМТ называется ходом поршня.

Пространство, которое остается над поршнем при его нахождении в ВМТ, называется камерой сгорания. Именно здесь воспламеняется и сгорает рабочая смесь. При этом возникает своеобразный «мини-взрыв», который сопровождается резким и сильным повышением давления, под воздействием которого поршень начинает двигаться вниз. Как раз в этот момент тепловая энергия превращается в механическую. При вертикальном движении вниз поршень через шатун толкает коленчатый вал, заставляя его вращаться. Образовавшийся крутящий момент передается на ведущие колеса автомобиля, которые и приводят машину в движение.

Объем в промежутке между ВМТ и НМТ называется рабочим объемом цилиндра. Если суммировать объем камеры сгорания (как указывалось, так называется пространство над ВМТ) и рабочий объем цилиндра, получится полный объем цилиндра. Сумма полных объемов всех цилиндров называется рабочим объемом двигателя.

По такому принципу работает двигатель внутреннего сгорания современного автомобиля. Далее рассмотрено, что представляет собой рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания.

Факторы, влияющие на мощность двигателя

Четырёхтактный цикл 1=верхняя мёртвая точка 2=нижняя мёртвая точка A: такт впускаB: такт сжатияC: такт рабочего ходаD: такт выпуска Мощность поршневого двигателя зависит от объёма цилиндров, объёмным КПД, потерь энергии — газодинамических, тепловых и механических, степени сжатия топливо-воздушной смеси, содержания кислорода в воздухе и частоты вращения. Мощность двигателя зависит также от пропускной способности тактов всасывания и выхлопа, а значит, от их проходных сечений, длины и конфигурации каналов, а также от диаметров клапанов, больше впускных. Это справедливо для любых поршневых двигателей. Максимальная мощность ДВС достигается при наивысшем наполнении цилиндров. Частота вращения коленвала в конечном счёте ограничена прочностью материалов и свойствами смазки. Клапана, поршни и коленчатые валы испытывают больши́е динамические нагрузки. На высоких оборотах двигателя могут происходить физические повреждения поршневых колец, механический контакт клапанов с поршнями, что приводит к разрушению двигателя. Поршневые кольца вертикально колеблются в канавках поршней. Эти колебания ухудшают уплотнение между поршнем и гильзой, что приводит к потере компрессии, падении мощности и КПД в целом. Если коленвал вращается слишком быстро, клапанные пружины не успевают достаточно быстро закрывать клапана. Это может привести к контакту поршней с клапанами и вызывать серьёзные повреждения, поэтому на скоростных спортивных двигателях используют привод клапанов без возвратных пружин. Так, «Даймлер-Бенц» серийно выпускает моторы с десмодромным управлением клапанами (с двойными кулачками, один открывает клапан, другой прижимает его к седлу), БМВ использует электромагнитное управление клапанами. На высоких скоростях ухудшаются условия работы смазки во всех парах трения.

Совокупно с потерями на преодоление инерции возвратно-поступательно движущихся элементов ЦПГ, это ограничивает среднюю скорость поршней большинства серийных двигателей 10 м/с.

Сравнение параметров

Литровая мощность. Выше у двухтактных в 1,5-1,8 раза, чем у 4-х тактных двигателей.
Удельная мощность. Также выше у двухтактных.
Обеспечение очистки цилиндра и подачи топлива. Четырехтактные ДВС могут похвастаться наличием газораспределительного механизма.
Экономичность. Расход топлива на 20-30% ниже у 4-х тактных.
Система смазки. У четырехтактных двигателей имеется полноценная система двигателя, у двухтактных — масло чаще всего смешивается с бензином.
Экологичность. Выхлоп 2-х тактных ДВС более токсичен, чем у 4-х тактных.
Шумность работы. Четырехтактные работают значительно тише.
Ресурс работы. Благодаря совершенной системе смазки и уменьшенной частоте вращения коленвала, 4-х тактные двигатели считаются более совершенными.
Скорость по набору оборотов. Преимущество за двухтактными.
Обслуживание. Благодаря наличию газораспределительного механизма, 4-х тактные движки обслуживать намного сложнее.
Вес. Из-за несложной конструкции, двухтактные намного легче.
Цена. Четырехтактные дороже.

Благодаря небольшому весу, простоте обслуживания и высокой удельной мощности двухтактные модели обладают широкой областью применения. Во многих бензиновых устройствах (косилках, бензопилах) даже не возникает вопроса о том, какую модель ДВС использовать. Однако двухтактные сдают свои позиции из-за высокой таксичности и шумности. Поэтому принято считать, что в каждой модели есть свои плюсы и минусы и выбирать, какой двигатель лучше использовать в том или ином случае, лучше по обстоятельствам.

Виды газораспределительной системы

Так как продувочные окна в цилиндре порой располагаются на одном уровне, то газообмен внутри цилиндра затруднен, не весь объем цилиндра продувается свежей порцией воздушной смеси, и часть отработанных газов остается в цилиндре. Для того, чтобы сменить отработанные газы на свежую порцию воздуха более эффективно и быстро, существует конструктивные особенности поршня и расположения продувочных окон в цилиндре. Различают несколько вариантов осуществления продувки цилиндров:

Контурная продувка

Контурная продувка в свою очередь делится на возвратно-петлевую, дефлекторную и высотную. Во всех этих видах есть один существенный недостаток: перерасход топлива из-за удаления несгоревшего топливного заряда во время продувки.

П- или Л-образная продувка

П- или Л-образная продувка более эффективная в плане экономии топлива, но при этом температура около выпускного окна значительно повышается. Конструктивная особенность в том, что для ее осуществления необходимы двухцилиндровое исполнение мотора. Одна пара цилиндр — поршень выступает в роли впускающих газы, а другая пара в роли выпускающая газы.

Клапанная или клапанно-щелевая продувка

Клапанная или клапанно-щелевая продувка в отличие от других видов требует наличия ГРМ, который управляется клапанами. Клапан может использоваться и для подачи заряда, и для удаления продуктов сгорания. При клапанно-щелевой продувке через клапан в головке цилиндра удаляются отработанные газы, а через окна (щели) поступает свежий заряд. Это уменьшает расход топлива и снижает токсичность отработанных газов, но усложняет конструкцию двигателя и может нарушить нормальный режим сгорания заряда из-за повышенной температуры.

Прямоточная продувка

Прямоточная продувка используется в двигателях с двумя поршнями, расположенными напротив друг друга в горизонтальном положении. В этом случае каждый поршень по ходу своего движения открывает и закрывает «свой» клапан: один поршень отвечает за впуск заряда, а второй – за удаление газов. Камерой сгорания в этом случае является пространство между поршнями. Этот вариант предусматривает наличие более сложного КШМ, а высокая температура внутри цилиндров требует дополнительного охлаждения и более прочных элементов. В то же время, это наиболее эффективный способ продувки, который обеспечивает полное удаление отработанных газов с минимальными потерями топливного заряда.