Четырехтактный двигатель – это одно из наиболее распространенных устройств, которое применяется в автомобилях, мотоциклах и других видов транспорта. Его основное предназначение – преобразование химической энергии топлива в механическую работу. Это осуществляется за счет внутренней сгорания топлива, что позволяет двигателю вращать коленчатый вал и передавать момент силы на приводные механизмы.
Принцип работы четырехтактного двигателя основан на чередовании четырех тактов: впускного, сжатия, рабочего и выпускного. Во время впускного такта впрыскивается топливо, которое смешивается с воздухом и засасывается воздушным фильтром через клапаны в цилиндр. Затем происходит так называемый такт сжатия, когда поршень двигается вверх, сжимая смесь топлива и воздуха. Затем приходит рабочий такт, когда зажигаются свечи и начинается внутреннее сгорание, в результате которого получается энергия, приводящая двигатель в движение. Наконец, выпускной такт открываются выпускные клапаны, и отработавшие газы выбрасываются из цилиндра.
Устройство четырехтактного двигателя включает ряд основных компонентов: цилиндр с поршнем, клапаны, свечи зажигания, коленчатый вал и множество других деталей. Каждый из этих элементов выполняет свою функцию для обеспечения правильного хода работы двигателя. Например, поршень приводится в движение благодаря действию взаимодействующих с ним газов и давлению воздушной смеси. Клапаны контролируют поток воздуха и отработанных газов в цилиндре, обеспечивая оптимальные условия для сгорания топлива. Свечи зажигания необходимы для инициирования сгорания, а коленчатый вал отвечает за преобразование прямолинейного движения поршня во вращательное движение вала.
Принцип работы четырехтактного двигателя
Первый такт – впуск. На этом этапе поршень спускается вниз, создавая разрежение в цилиндре. В результате открывается клапан впуска и воздух-топливная смесь попадает в цилиндр.
Второй такт – сжатие. Поршень поднимается вверх, сжимая воздух-топливную смесь. Клапаны впуска и выпуска закрываются, чтобы предотвратить утечку смеси из цилиндра.
Третий такт – работа. Когда поршень достигает верхней точки хода, зажигание воспламеняет воздух-топливную смесь. В результате смесь взрывается, выталкивая поршень вниз и создавая движение.
Четвертый такт – выпуск. Поршень поднимается вверх, выталкивая отработанные газы через открытый выпускной клапан. После этого цикл повторяется снова.
Преимущества четырехтактного двигателя включают более эффективное сжигание топлива, меньшее количество выбросов, более низкий уровень шума и большую мощность по сравнению с двухтактными двигателями. Недостатком является сложность конструкции и большая масса.
Впуск: патрубок, фильтр и клапаны
Впускной процесс в четырехтактном двигателе начинается с входного патрубка, который соединяет впускной коллектор с воздушным фильтром. Воздушный фильтр необходим для очистки входящего воздуха от пыли, грязи и других загрязнений, которые могут негативно повлиять на работу двигателя.
Патрубок, также известный как впускная труба, представляет собой канал, через который воздух поступает из фильтра во впускной коллектор. Впускной коллектор служит для распределения воздуха в цилиндры двигателя. Он имеет несколько впускных портов, через которые проходит смесь воздуха и топлива.
Во время впуска воздух проходит через клапаны во впускной порт и заполняет цилиндр смесью воздуха и топлива. Клапаны контролируют поток воздуха и закрываются во время сжатия и зажигания, чтобы предотвратить обратный поток газов из цилиндра.
| Элемент впуска | Функция |
|---|---|
| Воздушный фильтр | Очищает входящий воздух от заморажившейся и/или замятой пыли. |
| Впускной патрубок | Соединяет воздушный фильтр с впускным коллектором. |
| Впускной коллектор | Распределяет воздух в цилиндры двигателя. |
| Впускные клапаны | Контролируют поток воздуха из впускного порта в цилиндр и предотвращают обратный поток газов. |
Сжатие: поршень и свеча зажигания
Внутри цилиндра сжатие топливовоздушной смеси происходит благодаря движению поршня. Поршень, вместе с шатуном, приводит в действие кривошипно-шатунный механизм, который переводит линейное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Поршень движется внутри цилиндра между ВМТ (верхней мертвой точкой) и НМТ (нижней мертвой точкой).
Сжатие топливовоздушной смеси происходит, когда поршень поднимается от НМТ к ВМТ. При этом клапаны впуска и выпуска закрыты, что позволяет смеси быть «зажатой» внутри цилиндра. В процессе сжатия газы нагреваются, а их давление значительно повышается.
Сжатие, как правило, происходит до степени сжатия от 8 до 12. Это количество объемов, на которое уменьшается исходный объем топливовоздушной смеси. На этом этапе важными компонентами двигателя являются свечи зажигания. Они установлены в головке цилиндра и отвечают за создание искры, которая нужна для воспламенения топлива. Каждая свеча зажигания оснащена электродами – центральным и боковым. Когда искра пробивается на промежутке между электродами, происходит воспламенение смеси и начинается рабочий ход двигателя.
Рабочий ход: коленчатый вал и шатуны
Коленчатый вал имеет форму вытянутого вала с отверстиями, называемыми коромыслами. Каждый коромысло соединено с одним из четырех шатунов.
Шатуны — это элементы, которые передают движение от коленчатого вала к поршню. Они состоят из двух частей: нижней и верхней. Верхняя часть шатуна соединяется с коленчатым валом, а нижняя часть — с поршнем.
Во время работы двигателя коленчатый вал вращается, что заставляет шатуны двигаться вверх и вниз. Это движение передается на поршни, которые в свою очередь создают силу, приводящуюся поршневую группу в движение.
Коленчатый вал и шатуны являются неотъемлемыми частями четырехтактного двигателя, обеспечивая его правильное и эффективное функционирование.
Выпуск: клапаны и глушитель
На последнем этапе работы четырехтактного двигателя происходит выпуск отработанных газов из цилиндров. Этот процесс осуществляется при помощи клапанов и глушителя.
Основными элементами системы выпуска являются выпускные клапаны, которые управляются распределительным валом. Когда поршень достигает верхней мертвой точки во время сжатия, выпускной клапан открывается, позволяя отработанным газам покинуть цилиндр и попасть в выпускной коллектор. Затем, при движении поршня к нижней мертвой точке во время выпуска, клапан закрывается, предотвращая обратный поток газов.
Качество работы системы выпуска – важный аспект работы четырехтактного двигателя, так как ненадлежащая работа клапанов и глушителя может привести к ухудшению производительности двигателя и повышенному уровню шума.
Смазка и охлаждение: смазочная система и радиатор
Смазочная система отвечает за смазку всех подвижных частей двигателя. Она состоит из масляного насоса, масляного фильтра и масляного бака. Масляный насос подает моторное масло под давлением к подшипникам коленчатого вала, шатунам и другим подвижным деталям. Масляный фильтр удаляет загрязнения из масла, чтобы сохранить его качество и активно защищать двигатель от износа.
Охлаждение двигателя осуществляется с помощью системы охлаждения, которая помогает поддерживать оптимальную рабочую температуру двигателя. Система охлаждения состоит из радиатора, вентилятора и насоса охлаждающей жидкости. Насос перекачивает охлаждающую жидкость по всему двигателю, она поглощает избыточное тепло и передает его радиатору. Вентилятор радиатора помогает ускорить процесс охлаждения, особенно при низких скоростях движения или нахождении в пробках.
| Составляющие смазочной системы | Составляющие системы охлаждения |
|---|---|
| Масляный насос | Радиатор |
| Масляный фильтр | Вентилятор |
| Масляный бак | Насос охлаждающей жидкости |