59 публикаций3 тыс.просмотров FacebookTwitterTelegram
Изобретение двигателя внутреннего сгорания, а также его использование в различных областях, включая мотоцикл и автомобильный транспорт, позволило значительно упростить жизнь человека.
Конечно, двигатели внутреннего сгорания в том виде, в каком они есть сейчас, появились не сразу; с момента своего появления он постоянно улучшался.
Хотя эти движки в настоящее время обновляют только некоторые компоненты, их основная концепция остается неизменной.
Содержание
Цикл работы двигателя, рабочие такты
Появившиеся очень давно двигатели внутреннего сгорания, работающие как на бензине, так и на дизеле, и используемые в настоящее время, делятся на два типа:
- Двухтактный;
- Четыре раза.
Как видно из названия, разница в принципе работы двигателя невелика в количестве тактов — перемещений поршня, в течение которых он выполняет определенный рабочий цикл.
Для четырехтактного двигателя определяется 4-тактный двигатель, в результате которого один поршень проходит полный цикл: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск.
В каждом из этих циклов в цилиндре двигателя выполняются определенные процессы. Все они направлены на достижение одной цели: обеспечить преобразование энергии сгорания топлива во вращение коленчатого вала.
Затем во время такта впуска в цилиндр подается горючая смесь, состоящая из топлива и воздуха, без которой процесс сгорания невозможен. Кроме того, образование и подача этой смеси в бензиновом и дизельном двигателях различны.
Далее следует ход сжатия, в котором поступающая смесь сжимается в объеме. Это делается для того, чтобы в меньшем объеме образовалось больше горючей смеси.
Уменьшение объема позволяет следующему такту обеспечить большую эффективность при сжигании топлива.
Рабочий ход — единственная из всех мер, во время которой энергия передается, но не отводится, и для него существуют все другие меры.
После сжатия смесь воспламеняется, в бензиновых двигателях — из-за проскальзывания искры между электродами свечи накаливания, в дизельных двигателях — из-за высокого давления, при котором смесь нагревается до такой степени, что воспламеняется.
Когда смесь воспламеняется, высвобождается энергия, которая воздействует на поршень, заставляя его двигаться вниз, в то время как энергия, выделяемая при сгорании, передается от поршня к коленчатому валу через шатун.
Выхлоп — это ход, направленный на очистку полости цилиндра от продуктов сгорания. После очистки цикл повторяется снова.
Из всего вышесказанного получается, что один цикл движения поршня в цилиндре направлен только на получение одного хода: рабочий ход, все остальные ходы только помогают его получить, а часть энергии, отдаваемой ходом поршня рабочий ход используется для их запуска.
Каждый ход двигателя соответствует определенному движению поршня в цилиндре.
Есть две крайние точки положения поршня, называемые мертвыми точками.
Один из них выше: поршень не может подняться выше в цилиндре, а второй — ниже, до которого не опускается.
Эти точки обеспечиваются кривошипом коленчатого вала, с которым поршень соединен через шатун.
Когда поршень перемещается из одной точки в другую, а затем наоборот, выполняются ходы. То есть, когда поршень движется из нижней точки (НМТ) вверх (ВМТ), можно выполнить два хода: сжатие и отпускание, а при движении назад — всасывание и рабочий ход.
Имея представление о тактах, можно говорить о типах двигателей и их два: 2-тактные и 4-тактные.
У каждого из этих двигателей свой цикл, что влияет на их конструкцию и многие другие параметры и характеристики.
Читайте также:
Двигатель оппозитный, достоинства и недостатки
Конструкция и принцип работы 2-тактного двигателя
2-тактный двигатель больше используется на небольшой технике (бензопилы, кусторезы) и мотоциклах.
Когда-то на грузовики устанавливались даже двухтактные дизели, например, МАЗ-200.
примечательно, что описанные выше такты для любого двухтактного двигателя никуда не делись, их просто совмещали.
В результате это позволяет укоротить всю петлю всего за один оборот копья коленями.
Так, при движении поршня из ВМТ одновременно выполняются два хода: отпуск и сжатие, а при движении из ВМТ — всасывающий и рабочий ход.
Этого можно добиться за счет использования окон в цилиндрах, через которые всасывается и перекачивается топливная смесь, а также удаляются продукты сгорания.
Открытие и закрытие этих окон обеспечивается самим поршнем. Для обеспечения правильной работы механизма окна расположены на разных уровнях в стенках цилиндра.
Для наглядности возьмем двигатель мотоцикла ИЖ «Планета 5».
Этот мотоцикл оснащен одноцилиндровым двухтактным двигателем.
Цилиндр расположен над корпусом двигателя, его охлаждение осуществляется воздушным потоком, поэтому ребра охлаждения расположены по его окружности.
С одной стороны, к цилиндру от карбюратора крепится патрубок, по которому горючая смесь поступает в цилиндр.
И наоборот, на этот патрубок устанавливается сливной патрубок.
В верхней части цилиндр прикрывается головкой, в которой находится свеча накаливания.
Внутри цилиндра находится поршень, соединенный с кривошипом коленчатого вала через шатун. К тому же он уже связан со сцеплением и трансмиссией, но это пока не беда.
Для подачи топлива в пространство над поршнем в двухтактном двигателе задействуется также пространство под поршнем.
По мере того, как поршень перемещается вверх, в подпоршневом пространстве создается разрежение, где воздушно-топливная смесь втягивается через впускное отверстие.
Подача из вторичного пространства поршня в верхнее пространство поршня представляет собой избыточное давление, возникающее при движении поршня вниз.
Подача топлива осуществляется через байпасное окно. Продукты сгорания выводятся через выходное окно.
Теперь, как это все работает.
Начнем с движения поршня в ВМТ. Находясь в НМТ, поршень открывает байпасное и выпускное отверстия. Избыточное давление в полости вторичного поршня выталкивает горючую смесь в пространство над поршнем.
Поднимаясь вверх, поршень закрывает открытые окна, в результате чего камера сгорания герметизируется.
Достигнув ВМТ, поршень сжимает смесь, после чего от свечи накаливания, которая установлена в ГБЦ, поступает искра.
В этот момент движущийся вверх поршень открывает впускное отверстие, через которое смесь попадает в подплунжерное пространство. То есть получается, что за один такт — движение поршня из НМТ в ВМТ происходит два действия: сначала впрыскивается топливо, затем сжатие.
После воспламенения топлива выделяющаяся энергия толкает поршень вниз.
При выходе из ВМТ поршень сначала открывает выходное окно. Во время горения объем продуктов сгорания значительно увеличивается, поэтому они сразу начинают выходить через это окно.
Получается, что при движении поршня вниз сначала выполняется рабочий ход, а после открытия выпускного окна также выполняется такт выпуска.
Кроме того, когда поршень опускается, он открывает перепускное окно, и топливо начинает течь в пространство над поршнем — цикл начинает повторяться, в то время как весь цикл требует только движения поршня сначала вверх, а затем вниз, что соответствует поворот колен он бросает.
Принцип работы 4-тактного двигателя
Теперь о принципе работы 4-х тактных двигателей. Возьмем снова одноцилиндровый двигатель мотоцикла, но на этот раз Honda CB 125E».
Этот двигатель также имеет цилиндр, расположенный над картером, и имеет воздушное охлаждение.
Внутри цилиндра установлен поршень, соединенный с коленчатым валом через шатун. Верх цилиндра закрыт головкой.
Особенностью конструкции этого двигателя является наличие механизма, обеспечивающего подачу смеси и отвод продуктов сгорания — газораспределительный механизм.
он установлен в этом двигателе в головной части блока. Суть этого механизма — своевременное открытие входных и выходных дверей, которые закрываются клапанами.
Все работает по такому принципу. Во-первых, ход всасывания. Для обеспечения этого хода поршень должен двигаться вниз от ВМТ. В этом случае клапан открывает впускное окно, через которое топливо всасывается в вакуумный цилиндр.
После достижения НМТ входное окно закрывается клапаном, поршень в это время начинает двигаться вверх и начинается такт сжатия.
При этом такте оба окна закрываются, цилиндр полностью герметизируется, а поршень при движении вверх сжимает ранее поданную горючую смесь.
Когда поршень приближается к ВМТ, когда смесь сжимается до максимума, он воспламеняется свечой зажигания.
Избыточное давление при сгорании заставляет поршень опускаться — происходит рабочий ход, при котором окна также остаются закрытыми.
Достигнув НМТ, поршень начинает движение вверх, в этот момент клапан открывает выходное окно и поршень выталкивает через него продукты сгорания.
В результате для завершения тактов сжатия и впуска и вала требуется один оборот колена, а для рабочего хода и выпуска — еще один оборот.
Это были принципы работы 2-тактных и 4-тактных двигателей, на которых в качестве примера были взяты мотоциклы.
Эти принципы используются во всех двигателях внутреннего сгорания, от двигателя модели самолета до мощного 12-цилиндрового двигателя танка.
Читайте также:
Система вентиляции картера с клапаном рециркуляции ОГ, устройство, принцип работы, настройка, чистка
Конструктивные особенности
Помимо отличий в принципе работы, эти моторы имеют еще и конструктивные особенности.
2-тактный двигатель конструктивно проще. Газораспределительный механизм — дополнительное оборудование двигателя, усложняющее конструкцию.
В двухтактном двигателе этого механизма нет, и его роль играет поршень, который открывает и закрывает определенные окна.
Кроме того, этому двигателю не нужна система смазки. Это связано с тем, что в рабочий процесс вовлекается и поршневое пространство, где находится колено копья.
Но поскольку кривошипно-шатунный механизм требует смазки, в этом двигателе она производится вместе с топливом, то есть моторное масло добавляется к топливу, и когда топливо попадает в это пространство, имеющееся масло смазывает механизм.
Для 4-тактных двигателей конструкция включает как механизм фаз газораспределения, так и отдельную систему смазки.
Это сильно усложняет конструкцию, однако эти двигатели имеют больший приоритет, чем двухтактные из-за ряда эксплуатационных недостатков последних.
Эксплуатационные показатели
Теперь о производительности.
Емкость литров.
Во многом по этим показателям лучше двухтактные двигатели. Влияет энергия, затраченная и полученная на выполнение рабочего цикла.
В двухтактном двигателе каждый оборот представляет собой полный цикл, что дает более высокий показатель мощности в литрах, то есть отношение объема цилиндра к мощности. В среднем мощность в литрах двухтактного двигателя в 1,5 раза выше, чем у четырехтактного.
Удельная мощность.
Еще один показатель того, что двухтактный двигатель превосходит четырехтактный, — это удельная мощность.
Этот показатель характеризует отношение выходной мощности к общей массе двигателя.
Потеряв показатели мощности, 4-х тактный двигатель лучше по расходу топлива.
Он подает смесь дозированно, через входное окно, а выходное отверстие закрыто.
В двухтактном двигателе бывает время, когда выпускное и перепускное окна открыты, при этом поступающее топливо частично выходит через выпускное окно вместе с продуктами сгорания, т.е часть топлива не участвует в процессе., А он просто улетает в атмосферу.
Читайте также:
Водородный двигатель для автомобиля, как избавиться от масляной зависимости
Смазка двигателя.
4-х тактный двигатель имеет систему смазки, которая смазывает все агрегаты, но при этом масло циркулирует по замкнутой системе, его потери незначительны и в основном из-за износа двигателя.
Смазка двухтактного двигателя осуществляется вместе с топливом, а это значит, что, выполнив свою функцию, масло попадает в цилиндр, где горит.
Надежность двигателей.
Что касается надежности конструкции этих двигателей, то здесь довольно интересная ситуация.
Конструктивно двухтактный двигатель проще и поэтому надежнее. Но 4-тактный двигатель имеет более совершенную систему смазки, которая обеспечивает более длительный срок службы двигателя.
Получается, что оба двигателя надежны, но каждый по-своему. Но в плане ремонтопригодности двухтактный двигатель даже лучше.
Такая же совместная смазка с топливом в 2-тактных двигателях также влияет на экологичность этого двигателя. Горящее масло больше всего способствует загрязнению воздуха.
Комбинация рабочих ходов в 2-тактном двигателе влияет на уровень шума установки, он немного выше, чем у 4-тактного агрегата.
Но отсутствие дополнительных систем и механизмов обеспечивает более легкую и менее металлоемкую конструкцию, что сказывается на общем весе установки.
Положительную роль играет и более сложная конструкция 4-тактной конфигурации.
В этих двигателях есть возможность модернизировать топливную систему, использовать системы впрыска с раздельной подачей топлива и воздуха в цилиндры, что увеличивает мощность и экономичность двигателей.
В 2-тактных двигателях возможность улучшения ограничена тем же смазочным материалом вместе с топливом. Хотя предпринимаются попытки улучшить характеристики этих двигателей.
Читайте также по каким причинам и на каких двигателях гнет клапан.
Итог
В общем, оба этих двигателя все еще находят применение, и маловероятно, что они когда-либо откажутся от использования любого из них, поскольку каждый из них имеет свои преимущества, которые требуются при определенных условиях.
