Четырехтактный двигатель с внутренним сгоранием является наиболее распространенным типом двигателей, используемых в автомобилях, мотоциклах и других транспортных средствах. В его основе лежит рабочий цикл, состоящий из четырех ходов поршня: всасывания, сжатия, расширения и выпуска.
Первым ходом поршня является всасывание, когда поршень движется от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ), создавая разрежение в цилиндре и позволяя воздуху смешаться с топливом в подаче. Затем следует ход сжатия, когда поршень движется от НМТ к ВМТ и сжимает смесь в цилиндре.
Третий ход поршня — это расширение. После сжатия, поршень движется от ВМТ к НМТ, толкая сжатую смесь в цилиндре и создавая энергию, которая затем передается кривошипно-шатунному механизму. Наконец, последний ход поршня — выпуск, когда поршень движется от НМТ к ВМТ и выбрасывает отработавшие газы из цилиндра.
Каждый из этих ходов имеет важное значение для работы двигателя. Они происходят последовательно и создают механическую работу, преобразуя химическую энергию топлива в механическую энергию движения. При правильной синхронизации этих ходов поршня, двигатель работает эффективно и обеспечивает максимальную производительность.
Количество ходов поршня в рабочем цикле четырехтактного двигателя
В четырехтактном двигателе, используемом в большинстве современных автомобилей и мотоциклов, поршень проходит через четыре хода в рабочем цикле. Каждый ход имеет свою функцию и важен для правильной работы двигателя.
1. Впускной ход: Во время впускного хода клапаны впускного тракта открываются, а поршень движется вниз, создавая отрицательное давление в цилиндре. Это позволяет свежему заряду смеси воздуха и топлива зайти в цилиндр.
2. Сжатие: Поршень начинает подниматься вверх, а клапаны впускного и выпускного трактов закрываются. При этом происходит сжатие смеси воздуха и топлива, что увеличивает ее плотность и энергию перед взрывом.
3. Рабочий ход (взрыв): В момент, когда поршень достигает максимальной точки сжатия, в цилиндре происходит воспламенение смеси воздуха и топлива. Это вызывает взрыв, который толкает поршень вниз.
4. Выпускной ход: Поршень движется вверх, клапан выпускного тракта открывается, а выгоревшие газы из цилиндра выбрасываются в выпускную систему. Это очищает цилиндр для следующего цикла работы двигателя.
Четырехтактный двигатель был разработан с целью повышения эффективности работы двигателя и уменьшения выбросов отработанных газов. Эта конструкция позволяет более полно и эффективно использовать топливо, что является важным аспектом современных требований к автомобильной промышленности.
Обзор и принцип работы
Рабочий цикл начинается с такта всасывания, когда поршень двигается вниз, создавая низкое давление, которое притягивает воздух и топливо в цилиндр. Затем следует такт сжатия, когда поршень двигается вверх, сжимая смесь воздуха и топлива. На этом этапе происходит зажигание, и смесь воспламеняется, вызывая резкое увеличение давления. Это создает силу, которая вращает коленчатый вал, приводя в движение двигатель.
После того, как работа выполнена, поршень снова движется вверх по цилиндру во время такта выпуска. В это время открыты клапаны выпуска и выбрасывается выбросный газ. Затем поршень опускается, возвращаясь к начальной позиции, и цикл начинается сначала.
Для каждого цикла работы двигателя поршень делает два полные хода, а коленчатый вал вращается только один полный оборот. Это означает, что двигатель с четырьмя тактами завершает один полный цикл работы за два оборота коленчатого вала.
Преимущества четырехтактного двигателя включают высокую эффективность, низкий уровень шума и надежность. Он часто используется в автомобилях, мотоциклах и других транспортных средствах.
| Такт | Движение поршня | Состояние клапанов | Основные действия |
|---|---|---|---|
| 1 | Вниз | Всасывающие клапаны открыты | Всасывание воздуха и топлива |
| 2 | Вверх | Все клапаны закрыты | Сжатие смеси воздуха и топлива, зажигание |
| 3 | Вниз | Выпускные клапаны открыты | Выброс отработанных газов |
| 4 | Вверх | Все клапаны закрыты | Очистка цилиндра и начало нового цикла |
Сжатие и зажигание
После впуска свежей рабочей смеси поршень поднимается вверх и сжимает ее в камере сгорания. Сжатие происходит благодаря движению поршня, при котором объем камеры сгорания уменьшается, а давление и температура рабочей смеси возрастают. Это позволяет сжать смесь до достаточно высоких значений, необходимых для дальнейшего процесса сгорания.
Когда поршень достигает верхней точки хода, происходит важный этап — зажигание. На этом этапе в зажигательную свечу подается высокое напряжение, которое пробивает промежуток между электродами свечи и инициирует воспламенение сжатой рабочей смеси. В результате происходит взрывообразное сгорание, при котором выделяется большое количество энергии.
Сгорание происходит очень быстро и распространяется по направлению движения поршня. Процесс сгорания сопровождается выделением газов и избытком тепла. При этом поршень получает импульс и начинает двигаться вниз, преодолевая силы сопротивления.
Полезная работа и выпуск отработанных газов
Во время полезной работы, поршень двигается отверждению к сжатию, сжимая подаваемую смесь топлива и воздуха. Затем, происходит процесс сгорания топлива, который вызывает значительное повышение давления в камере сгорания. Давление под действием поршня приводит к перемещению поршня от сжатия к рабочему ходу. Во время рабочего хода, поршень приводит в действие коленчатый вал, передавая полезную работу на вал. Эта полезная работа затем используется для привода различного оборудования, такого как колеса автомобиля или генератор электроэнергии.
Неправильная работа системы выпуска отработанных газов может привести к различным проблемам, таким как ухудшение производительности двигателя, повышение расхода топлива, загрязнение окружающей среды и повреждение выхлопной системы автомобиля. Поэтому, регулярное обслуживание и чистка системы выпуска отработанных газов является важной задачей для поддержания эффективной работы двигателя и снижения вредного влияния на окружающую среду.
| Проблемы | Причины | Решения |
|---|---|---|
| Ухудшение производительности двигателя | Загрязнение фильтра сажевых частиц, засорение выхлопной системы | Регулярная очистка и замена фильтра сажевых частиц, чистка выхлопной системы |
| Повышение расхода топлива | Нестабильная работа двигателя из-за неправильной работы выпускной системы | Диагностика и ремонт выпускной системы |
| Загрязнение окружающей среды | Выпуск вредных веществ из отработанных газов | Установка эффективной системы захвата и очистки отработанных газов |
| Повреждение выхлопной системы | Повышенные температуры и агрессивные отработанные газы | Замена поврежденных компонентов выхлопной системы |
Впуск и открытие выпускного клапана
В работе четырехтактного двигателя важную роль играют впускной и выпускной клапаны, которые отвечают за поступление свежего воздуха и отведение отработанных газов соответственно.
В процессе впуска, впускной клапан открывается, позволяя свежему топливу-воздушной смеси проникнуть в цилиндр. Открытие и закрытие клапана регулируется распределительным механизмом двигателя. Когда поршень опускается к нижней мертвой точке (НМТ) впускного такта, впускной клапан открывается. Это позволяет смеси проникнуть в цилиндр и заполнить его до конца хода поршня.
В то же время, выпускной клапан находится в закрытом положении. Он будет открыт, когда достигнута верхняя мертвая точка (ВМТ) впускного такта и поршень начинает двигаться к нижней мертвой точке выпускного такта. При открытии выпускного клапана, отработанные газы, сжатые во время работы поршня, выбрасываются из цилиндра в выпускную систему.
Таким образом, процесс впуска и открытие выпускного клапана являются важными этапами в работе четырехтактного двигателя и гарантируют правильное функционирование и эффективность работы двигателя.
Отстройка и повторение цикла
Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания должен быть отстроен таким образом, чтобы поршень выполнил один полный цикл работы за два оборота коленвала. Эти два оборота включают два полных оборота поршня: один оборот всех четырех тактов (впускного, сжатия, рабочего и выпускного) и еще один оборот поршня для завершения одного цикла работы.
На рисунке
| № такта | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Наименование такта | Впускной | Сжимающий | Рабочий | Выпускной | Смесит. | Запал |
изображен порядок выполнения тактов в двигателе внутреннего сгорания в рабочем цикле.
Отстройка двигателя осуществляется с помощью распределительного механизма, который определяет момент открытия и закрытия клапанов впуска и выпуска. Важно чтобы передвижение поршня и его скорость были синхронизированы с этим механизмом для обеспечения эффективной работы двигателя.
После завершения цикла работы двигателя и выпуска отработанных газов, цикл повторяется для подготовки следующего рабочего такта. Таким образом, двигатель продолжает работу, повторяя цикл впуска, сжатия, рабочего и выпуска для каждого оборота коленчатого вала.