Преимущества четырёхтактных двигателей:
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 четырехтактного двигателя находится в масляной ванне. Благодаря этому нет необходимости 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 глушителя 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.
Устройство и принцип работы двухтактного двигателя
В двухтактных двигателях все рабочие циклы (процессы впуска топливной смеси, выпуска отработанных газов, продувки) происходят в течении одного оборота коленвала (а не двух, как в четырёхтактных) за два (а не четыре) основных такта. У двухтактных двигателей отсутствуют клапаны (как в четырехтактных ДВС), их роль выполняет сам пoршень, который в процессе перемещения то закрывает, то открывает впускные, выпускные и продувочные окна. Поэтому двухтактный двигатель более прост в конструкции.
Мощность двухтактного двигателя при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения вала теоретически в два раза больше четырехтактного за счет большего в 2 раза числа рабочих тактов. Однако неполное использование хода поршня двухтактного двигателя для расширения, худшее освобождение цилиндра от остаточных газов и затраты части вырабатываемой мощности на продувку приводят практически к увеличению мощности только на 60 — 70%.
Итак, рассмотрим конструкцию двухтактного ДВС, показанную на рисунке 1:
Двухтактный двигатель состоит из картера, в который на подшипниках с двух сторон установлен коленчатый вал и цилиндр.
Смазка всех трущихся поверхностей и подшипников внутри двухтактных двигателей происходит за счёт топливной смеси, — смеси бензина и масла в определённой пропорции. Из рисунка 1 видно, что топливная смесь (желтый цвет) попадает и в кривошипную камеру двухтактного двигателя (полость, где закреплен и вращается коленчатый вал), и в цилиндр. Смазки там нигде нет, а если бы и была, то смылась бы топливной смесью. Вот по этой причине масло и добавляют в определенной пропорции к бензину. Тип масла используется специальный, именно для двухтактных двигателей. Оно должно быть способно выдерживать высокие температуры и, сгорая вместе с топливом, оставлять минимум зольных отложений, то есть нагара.
Теперь о принципе работы. Весь рабочий цикл в двухтактных двигателях осуществляется за два такта.
Как работает карбюратор автомобиля?
На каком принципе основана работа карбюратора? Тут принцип довольно простой – это обогащение и обеднение горючей смеси. А сам процесс приготовления рабочей смеси называется карбюрация.
Обеднённая смесь – это повышение количества воздуха в смеси до 17 кг на кг бензина. На таком горючем мотор работает в самом экономичном режиме, но максимальной мощности здесь достичь не удастся. Если воздуха в смеси всего 17-19 кг, то мотор будет работать нестабильно, а также возрастёт расход топлива.
Если же воздуха в горючей смеси будет более 19 кг на 1 кг бензина, то такая смесь называется переобеднённая. В этом случае ДВС вообще не сможет заработать, потому что смесь не воспламенится.
Обогащённая смесь — это когда количество воздуха в ней варьируется от 13 до 15 кг. В этом случае двигатель работает на максимальной мощности и тратит больше топлива.
Богатая смесь – это наличие воздуха в ней менее 13 кг на 1 кг бензина. А поскольку кислорода в нём очень мало, то топливо будет сгорать не в полной мере. Это приведёт к нестабильной работе мотора и повышенному расходу топлива.
Переобогащённая смесь – это когда в ней находится меньше 5 кг воздуха. В этом случае бензин не сможет воспламениться и мотор никак не заработает.
Теперь перейду к упрощённому описанию работы поплавкового карбюратора. Что же происходит в карбюраторе во время его работы?
- Из топливного бака бензин закачивается в поплавковую камеру. Уровень топлива набирается до нужного уровня, который контролирует поплавок и затыкающий клапан.
- Внизу поплавковой камеры находится распылитель. При помощи жиклёра он подаёт точную дозу топлива в смесительную камеру (которая фактически представляет собой трубку Вентури). В этот момент поток бензина рассеивается, чтобы как можно лучше смешаться с кислородом и полностью сгореть.
- Бензин из распылителя рассеивается над диффузором. А диффузор создаёт воздушный поток, движущегося с высокой скоростью, который смешивается с мелкодисперсным топливом.
- Готовая топливно-воздушная смесь поступает прямо к дроссельной заслонке, которая связана с педалью акселератора. Чем больше бензина требуется мотору, тем сильнее открывается дроссельная заслонка и интенсивнее работает поплавковый карбюратор.
- Из самого карбюратора горючая смесь идёт дальше через впускной коллектор к цилиндру мотора, в котором опускается поршень и одновременно открывается впускной клапан.
- Вышеозначенный поршень работает по принципу насоса, который всасывает готовую смесь.
Принцип работы несложный, а правильно отрегулированный карбюратор обеспечит хорошую отдачу мощности от двигателя и надёжность системы, а также будет экономить бензин.
Из схемы видно, что нормальная смесь — это когда воздуха в примерно в 15 раз больше чем топлива. При таких условиях будет обеспечено полное сгорание бензина и максимальная мощность двигателя.
Карбюратор обеспечивает стабильную работу двигателя в самых разных режимах:
- Холостой ход на минимальных оборотах.
- Средние обороты.
- Максимальные обороты.
- Запуск при долгом нахождении мотора в выключенном состоянии, в том числе и на холоде.
Карбюраторный двигатель
Карбюраторный двигатель — это отдельный вид двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с наружным формированием смеси. В карбюраторном двигателе внутреннего сгорания горючая смесь по коллектору проходит в цилиндры двигателя и вырабатывается в карбюраторе.
Карбюратор — конструкция в системе питания двигателей внутреннего сгорания, которая служит для перемешивания бензина с воздухом, образовывает горючую смесь и корректирует ее потребление. На сегодняшний день карбюраторные системы заменяются инжекторными.
Смесь представляет собой пары бензина смешанные с воздухом. Когда она проходит в цилиндры двигателя происходит перемешивание с отработанными газами и образование рабочей смеси, которая в конкретный момент поджигается системой зажигания. Поджигание смеси производится благодаря тому, что бензин поступает в газообразном виде и имеется достаточное количество воздуха для горения.
Карбюраторные двигатели подразделяются на четырехтактные и двухтактные. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя складывается из четырех тактов, они состоят из четырех полуоборотов коленчатого вала; двухтактные же состоят из двух полуоборотов коленчатого вала. Двухтактные двигатели наиболее легкие и получили свое применение в мотоциклах, мотокультиваторах, бензопилах и в других аппаратах.
Двигатели этого типа делятся на два подтипа:
- Атмосферные, где рабочая смесь проходит благодаря разреживанию в цилиндре при вбирающем движении поршня;
- Двигатели с наддувом. В них запуск горючей смеси в цилиндр осуществляется под воздействием давления, которое производится компрессором для расширения мощности двигателя. В различные времена использовались спирт, газ, керосин, бензин, но наиболее используемыми остались бензиновые и газовые двигатели.
Рабочий цикл четырехтактного двигателя – познаем азы
Чтобы разобраться, что называется рабочим циклом двигателя внутреннего сгорания, необходимо узнать, что обозначает термин такт. Он представляет собой составную часть цикла и осуществляется в течение однократного хода поршня. В зависимости от количества тактов или ходов поршня, все двигатели разделяются на четырехтактные и двухтактные. В первом случае рабочий цикл от начала до конца осуществляет четыре операции: впуск, следом происходит сжатие, потом идет рабочий ход, и завершает все выпуск отработанных газов. В двухтактном варианте все эти действия происходят за два хода поршня.
Наиболее распространенным вариантом считается рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя. Все процессы здесь проходят вот в какой последовательности: во время первого такта происходит поступление смеси бензина и воздуха. При этом впускной клапан находится в открытом положении, а выпускной – в закрытом. Поступая в разреженное пространство цилиндра, эта смесь перемешивается с предыдущими продуктами сгорания.
От наполнения цилиндра зависит общая мощность двигателя. Сжатие осуществляется в верхней критической отметке, именуемой мертвой точкой, при достижении максимального давления. Расширенные газы отправляют поршень вниз, образуя рабочий ход. В конце всего цикла через специальный выпускной клапан, который к этому моменту открыт, выходят отработанные газы.
Первый такт — впуск.
Поршень перемещается от ВМТ к НМТ, через открытый впускной клапан в цилиндр поступает очищенный воздух (из-за разрежения, создаваемого поршнем). Воздух перемешивается с небольшим количеством оставшихся от предыдущего цикла отработавших газов, температура повышается и в конце такта впуска достигает 300—320 К, а давление 0.08—0.09 МПа. Коэффициент наполнения цилиндра 0,9 и выше, т. е. больше, чем у карбюраторного двигателя.
Как работает карбюраторный двигатель?
Принцип действия карбюраторного двигателя относительно простой и складывается из четырех тактов, которые совпадают с движением вверх и вниз в последовательности один за одним:
- Первый такт — впуск; клапан впуска отворяется и в цилиндр доставляется новая смесь от системы питания.
- Второй такт — сжатие; поршень сдавливает горючую смесь в камере сгорания. Все клапаны прикрыты.
- Третий такт — расширение; происходит возгорание сдавленной горючей смеси от свечи зажигания. Смесь сжигается достаточно быстро при неизменном объеме, который соответствует объему самой камеры сжатия. Это основная характерность работы карбюраторного двигателя. При перегорании формируются газы, которые двигают поршень книзу и передают движение коленвалу.
- Четвертый такт — впрыск; коленвал вращается и выбрасывает из цилиндра отработанные газы через приоткрытый клапан выпуска.
На этом один рабочий цикл карбюраторного двигателя заканчивается.
При первом такте клапан впуска уже в открытом виде при подходе поршня и благодаря высокой скорости движения поршня рабочая смесь продвигается к цилиндру и еще какое-то время при поднятии поршня во втором такте.
Искра поджигает рабочую смесь до того, как в цилиндре образуется высокое давление. В четвертом такте клапан выпускает отработанные испарения, чем очищает цилиндр еще до подхода поршня. Однако выход газов не прекращается даже после подхода поршня. Затем происходит запуск новой порции рабочей смеси, которая опять проходит в цилиндр.
Отсюда следует, что в работе между первым и четвертым тактом единовременно открываются клапаны впуска и выпуска, то есть происходит перекрытие клапанов. За момент перекрытия цилиндр очищается и в нем происходит разрежение, которое помогает выгоднее заполнить цилиндр горючей смесью при первом такте.
В таком двигателе происходит наружное образование рабочей смеси с ее сжатием и вынужденным поджиганием. На сегодняшний день как топливо чаще используется бензин, но они могут отлично выполнять свою работу и на газу.
Также популярны дизельные двигатели, где поджигание происходит от сжатия, их принцип работы зависит от нагревания газа при сжатии. Когда сжатие повышается, температура также поднимается. В это время в камеру сгорания через форсунку происходит впрыск топлива, которое поджигается и от полученных газов поршень передвигается. Сгорание топлива происходит после начала движения поршня.
Система питания карбюраторных двигателей
Третий такт — рабочий ход.
В конце такта сжатия (20—30 градусов угла поворота коленчатого вала ло прихода поршня в ВМТ) с помощью насоса через форсунку в цилиндр под высоким давлением (15—20 МПа) в мелкораспыленном виде впрыскивается порция топлива. Топливо от соприкосновения с нагретым воздухом испаряется, его пары перемешиваются с нагретым воздухом и воспламеняются. При сгорании топлива, вследствие подвода большого количества теплоты, резко увеличиваются лишение и температура образовавшихся газов. В начале такта расширения давление газов составляет 7—8 МПа. а температура 2100—2300 К. Под действием давления поршень перемешается от ВМТ к НМТ, совершая полезную работу. Объем цилиндра увеличивается, давление и температура газов снижаются и при подходе поршня к НМТ составляют 0,2-0,4 МПа .
Разделы
Режим работы электродвигателя с непериодическим изменением частоты вращения и нагрузки — типовой режим S9
Как залегание поршневых колец связано с их работой
Для того чтобы обеспечивать необходимую степень уплотнения зазора между внешней поверхностью поршня и внутренней поверхностью цилиндра, так называемым зеркалом цилиндра, кольцо должно быть достаточно упругим и прочным, с другой стороны, не оказывать излишнего давления на стенки гильзы, иметь высокую износостойкость, но не разрушать рабочую поверхность цилиндра.
Степень теплового расширения чугуна гильзы меньше аналогичного показателя алюминиевого сплава поршня более, чем в два раза. При нагревании поршень расширится сильнее, чем чугунная стенка цилиндра. Наружный диаметр поршня выполняется с небольшим зазором для компенсации тепловых расширений. В современных двигателях внутреннего сгорания всегда применяется несколько поршневых колец. Залегание одного из компрессионных колец создает проблему герметичности при сжатии топливовоздушной смеси. Под термином «залегание» понимают ситуацию, когда поршневое кольцо сжато и полностью утоплено в кольцевой канавке поршня, при этом остатки несгоревших нефтепродуктов под воздействием высокой температуры превратились в углеродистые образования, намертво, словно клей, зафиксировавшие кольцо в одном положении.
Условия и причины залегания поршневых колец:
- нижнее маслосъемное кольцо в силу своего износа или повреждения не выполняет в полной мере функций по удалению масляной пленки с зеркала цилиндра. Часть моторного масла из картера двигателя в виде остатков пленки накапливается в канавках поршневых колец и интенсивно разлагается с выделением цементирующих минеральных остатков;
- остаток топлива богатой смеси не сгорает в полном объеме, его высококипящие фракции в виде вязкой жижи попадают в канавки поршневых колец и дополнительно усиливают эффект залегания;
- двигатель машины в течение длительного времени 3-5лет находился в законсервированном состоянии. Сжатые и зафиксированные в одном положении поршневые кольца со временем теряют упругость. Чтобы не допустить залегания поршневых колец достаточно раз месяц запускать мотор на 10-15мин.
Если относительно «молодой» автомобиль стал катастрофически терять динамику разгона, резко увеличился расход масла, первой рассматривают версию залегания поршневых колец. Болезнь поражает относительно «молодые» автомобили с пробегом менее 80 тыс. км. Главной проблемой и причиной залегания поршневых колец называют некачественный бензин и моторное масло.
Как правило, залегание поршневых колец происходит неравномерно по диаметру кольцевого паза. В нормально работающем кольце силы давления на него распределены равномерно по рабочей поверхности, что препятствует возникновению местных зон усталости металла. В случае залегания кольцо прикипает в канавке поршня в одном небольшом секторе окружности, начинает работать (сжиматься и разжиматься) в нерасчетном и несимметричном режиме, возникают локальные усталостные микротрещины.
Системы двигателя
Вышеописанное представляет собой БЦ (блок цилиндров) и КШМ (кривошипно-шатунный механизм). Помимо этого современный ДВС состоит и из других вспомогательных систем, которые для удобства восприятия группируют следующим образом:
- ГРМ (механизм регулировки фаз газораспределения);
- Система смазки;
- Система охлаждения;
- Система подачи топлива;
- Выхлопная система.
ГРМ — газораспределительный механизм
Чтобы в цилиндр поступало нужное количество топлива и воздуха, а продукты сгорания вовремя удалялись из рабочей камеры, в ДВС предусмотрен механизм, называемый газораспределительным. Он отвечает за открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов, через которые в цилиндры поступает топливо-воздушная горючая смесь и удаляются выхлопные газы. К деталям ГРМ относятся:
- Распределительный вал;
- Впускные и выпускные клапаны с пружинами и направляющими втулками;
- Детали привода клапанов;
- Элементы привода ГРМ.
ГРМ приводится в действие от коленчатого вала двигателя автомобиля. С помощью цепи или ремня вращение передается на распределительный вал, который посредством кулачков или коромысел через толкатели нажимает на впускной или выпускной клапан и по очереди открывает и закрывает их.
Система смазки
В любом моторе есть множество трущихся деталей, которые необходимо постоянно смазывать, чтобы уменьшить потери мощности на трение и избежать повышенного износа и заклинивания. Для этого существует система смазки. Попутно с ее помощью решается еще несколько задач: защита деталей двигателя внутреннего сгорания от коррозии, дополнительное охлаждение деталей мотора, а также удаление продуктов износа из мест соприкосновения трущихся частей. Систему смазки двигателя автомобиля образуют:
- Масляный картер (поддон);
- Насос подачи масла;
- Масляный фильтр с редукционным клапаном;
- Маслопроводы;
- Масляный щуп (индикатор уровня масла);
- Указатель давления в системе;
- Маслоналивная горловина.
Система охлаждения
Во время работы мотора его детали соприкасаются с раскаленными газами, которые образуются при сгорании топливо-воздушной смеси. Чтобы детали двигателя внутреннего сгорания не разрушались из-за чрезмерного расширения при нагреве, их необходимо охлаждать. Охладить мотор автомобиля можно с помощью воздуха или жидкости. Современные моторы имеют, как правило, жидкостную схему охлаждения, которую образуют следующие части:
- Рубашка охлаждения двигателя;
- Насос (помпа);
- Термостат;
- Радиатор;
- Вентилятор;
- Расширительный бачок.
Система подачи топлива
Система питания для двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от искры и от сжатия отличаются друг от друга, хотя и имеют ряд общих элементов. Общими являются:
- Топливный бак;
- Датчик уровня топлива;
- Фильтры очистки топлива — грубой и тонкой;
- Топливные трубопроводы;
- Впускной коллектор;
- Воздушные патрубки;
- Воздушный фильтр.
В обеих системах имеются топливные насосы, топливные рампы, форсунки подачи топлива, сам принцип подачи одинаков: топливо из бака с помощью насоса через фильтры подается в топливную рампу, из которой попадает в форсунки. Но если в большинстве бензиновых двигателей внутреннего сгорания форсунки подают его во впускной коллектор мотора автомобиля, то в дизельных оно подается непосредственно в цилиндр, и уже там смешивается с воздухом.
Выхлопная система
Система выхлопа предназначена для отвода отработанных газов из цилиндров двигателя автомобиля. Основные детали, ее составляющие:
- Выпускной коллектор;
- Приемная труба глушителя;
- Резонатор;
- Глушитель;
- Выхлопная труба.
В современных двигателях внутреннего сгорания выхлопная конструкция дополнена устройствами нейтрализации вредных выбросов. Она состоит из каталитического нейтрализатора и датчиков, сообщающихся с блоком управления двигателем. Выхлопные газы из выпускного коллектора через приемную трубу попадают в каталитический нейтрализатор, затем через резонатор в глушитель. Далее через выхлопную трубу они выбрасываются в атмосферу.
В четырёхтактном дизеле рабочие процессы происходят следующим образом.
— Такт впуска
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 топливным насосом высокого давления (ТНВД). 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 выпускаПоршень перемещается от НМТ к ВМТ и через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. После окончания такта выпуска при дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цикл повторяется в той же последовательности.
На этом видео показана работа реального двигателя. Камера встроена в цилиндр блока.
Микропроцессор КР580ВМ80.
Организация машинных циклов. Для организации машинных циклов (МЦ) используется двухфазная система синхроимпульсов Ф1, Ф2. Машинные циклы выполняются по тактам. Каждый такт отсчитывается от фронта импульсов Ф1. Его длительность равна периоду синхроимпульсов.
В течение такта выполняется одна микрокоманда. В первый такт каждого МЦ процессор вырабатывает сигнал синхронизации SYNC. Один МЦ включает 3–5 тактов, один командный цикл — 1–5 МЦ.
Набор управляющих сигналов процессора не обеспечивает его нормального функционирования в микропроцессорной системе. Например, он не позволяет реализовать селективное обращение к памяти и внешнему устройству. Поэтому в процессоре предусмотрен вывод на шину данных 8–разрядного слова состояния SW ( Status Word ) в первом такте каждого машинного цикла, что позволяет расширить набор управляющих сигналов и организовать работу МП в машинных циклах.
Отдельные разряды D 7… D 0 слова состояния имеют следующее назначение:
D 0 ( INTA ) ПОДТВЕРЖДЕНИЕ ПРЕРЫВАНИЯ: стробирование команды RS Т (повторного пуска) в микропроцессор из устройства, запрашивающего прерывание, при действительном сигнале ПРИЕМ ( DBIN );
D l ( WO #) ЗАПИСЬ/ВЫВОД: при WO # = 0 на шине данных находится информация для записи в память или вывода во внешнее устройство (при WO = 1 реализуется режим чтения из памяти или приема из внешнего устройства);
D 2 ( STACK ) СТЕК: на шине адреса установлен адрес из указателя стека;
D 3 ( HLTA ) ПОДТВЕРЖДЕНИЕ ОСТАНОВА: микропроцессор находится в состоянии останов — отклик на команду ОСТАНОВА HLT ;
D 4 ( OUT ) ВЫВОД: на адресной шине установлен номер устройства вывода и осуществляется вывод информации из аккумулятора в это устройство при сигнале ВЫДАЧИ ( WR = 0);
D 5(М1) ВЫБОР ПЕРВОГО БАЙТА: текущий цикл служит для выбора первого байта команды;
D 6( INT ) ВВОД: на адресной шине установлен номер устройства ввода и осуществляется ввод информации в аккумулятор из этого устройства;
D 7 (МЕМ R ) ЧТЕНИЕ ИЗ ПАМЯТИ: в текущем цикле производится чтение из памяти.
С помощью разрядов слова состояния кодируются МЦ. В 8–разрядном процессоре КР580ВМ80 предусмотрено 10 МЦ:
| № МЦ | Назначение | Код |
| 1 | Прием первого байта команды в регистр команд | 10100010 |
| 2 | Чтение данных из памяти | 10000010 |
| 3 | Запись данных в память | 00000000 |
| 4 | Чтение из стека | 10000110 |
| 5 | Запись в стек | 00000100 |
| 6 | Ввод данных из порта в аккумулятор | 01000010 |
| 7 | Вывод данных из аккумулятора в порт | 00010000 |
| 8 | Подтверждение прерывания | 00100011 |
| 9 | Останов | 10001010 |
| 10 | Подтверждение прерывания при останове | 00101011 |
Вывод
Выводы
- Оба топлива происходят из нефти, но имеют разные методы очистки для использования. Неэтилированный октан в целом рафинирован, чем соляра. Он состоит из молекул углерода, они варьируются по размеру от С-1 до С-13.
- Во время сгорания, октан совмещен с воздухом, чтобы создать пар, тогда воспламенен, чтобы произвести силу. Во время процесса, большие молекулы углерода (C-11 до c-13) гораздо труднее, чтобы сгореть, который оценен только 80% горит в камере сгорания во время первой попытки.
- Соляра отличается от молекул углерода C-1 к C-25 в размере. Из-за химической сложности соляра требует больше сжатия, искры и тепла, чтобы сжечь большие молекулы в камере сгорания.
Видео на тему что будет, если дизель залить вместо бензина: