Порядок работы 4 тактного двигателя


Четырехтактный двигатель: устройство и порядок работы

Содержание

  • 1 История создания
  • 2 Порядок работы
  • 3 Конструкция
  • 4 Где применяется

В 18 веке многие изобретатели работали над созданием силовых агрегатов, способных заменить паровую машину. Появление устройств, топливо в которых сгорало бы не в топке, а прямо в цилиндре мотора стало возможным после того, как французский изобретатель Филипп Лебон в 1799 году открыл светильный газ. Через два года он же сконструировал газовый силовой агрегат, где газовоздушная смесь воспламенялась в цилиндре. Он имел 1 рабочий цилиндр двойного действия (камеры сгорания находились с двух сторон поршня, и рабочая смесь в них поджигалась поочередно). И только много лет спустя появился более совершенный двигатель четырехтактный, нашедший широкое применение во многих отраслях промышленности.

Впервые такой двигатель продемонстрировал немецкий инженер Август Отто в 1877 году. Произошло это после того, как бельгийский изобретатель Жан Этьен Ленуар предложил воспламенять горючую смесь с помощью электрической искры. Способствовало его появлению и изобретение устройства, позволяющего испарять жидкое топливо и обеспечивать подготовку рабочей газовоздушной смеси (карбюратор).

К серийному производству четырехтактных бензиновых двигателей приступили в 1883 году. Тогда немецкий инженер Готлиб Даймлер предложил для воспламенения газовоздушной смеси использовать раскаленные трубки, вставленные внутрь цилиндров.

Порядок работы

4-х тактный ДВС на сегодня наиболее распространенный силовой агрегат. Функционирует он, используя так называемый цикл Отто, состоящий из четырех последовательных тактов.

Такт представляет собой один полный ход поршня, во время которого коленвал совершает два оборота в направлении вращения часовой стрелки.

Работу 4-х тактного силового агрегата проще всего описывать, обратившись к простейшей конструкции, состоящей из:

  1. собственно цилиндра;
  2. поршня;
  3. двух клапанов (впуск и выпуск);
  4. свечи зажигания;
  5. коленвала;
  6. шатуна.

Классический ДВС отличается от такого механизма только большим числом цилиндров, работа которых синхронизирована определенным образом.

В простейшем одноцилиндровом ДВС последовательно осуществляются:

  • 1 такт: впуск или всасывание.

Все начинается с того, что поршень находится в самом верхнем положении (верхней мертвой точке). А коленвал совершает половину оборота (0-180 градусов), толкая поршень в нижнее положение (нижнюю мертвую точку).

Благодаря этому действию в верхней области цилиндра образуется разрежение и раскрывается впускной клапан. Он становится открытым полностью в то время, когда поршень достигает нижнего уровня. Благодаря возникшему разрежению в цилиндр засасывается порция горючей смеси (воздух+пары бензина). При смешивании горючей смеси с продуктами сгорания от предыдущего цикла в цилиндре образуется рабочая смесь.

Примечание: в дизельном двигателе горючая смесь образуется прямо в цилиндре. Сначала происходит всасывание порции воздуха, который в процессе сжатия нагревается до температуры воспламенения, а затем, перед тем как поршень достигнет верхнего положения, происходит впрыск каплеобразного жидкого топлива. Процесс горения происходит только во время впрыска топлива.

  • 2 такт: сжатия или компрессия

Он начинается при перемещении поршня вверх от нижнего уровня к верхнему. В это время коленвал снова поворачивается на ½ оборота (180-360 градусов).

При этом впускной и выпускной клапаны закрыты, из-за чего рабочая смесь начинает сжиматься.

В этом такте давление и температура в цилиндре повышаются приблизительно до 1,8 МПа и 600 С° соответственно.

  • 3 такт: расширения или рабочий ход

В момент, когда достигается максимальная величина сжатия, включается свеча зажигания, от искры которой рабочая смесь воспламеняется и сгорает. В этом такте температура и давление в цилиндре доходят до 2500 С° и 5 МПа. Увеличившиеся температура и давление заставляют двигаться поршень вниз. А шатун, связывающий поршень и коленчатый вал, сообщает последнему вращательное действие, и он совершает следующие ½ оборота.

Именно в этом такте тепловая энергия переходит в механическую, и осуществляется полезная работа. Далее открывается выпускной клапан благодаря тому, что поршень перемещается вниз, что обеспечивает отвод отработанного газа. Когда поршень доходит до самого нижнего уровня – клапан максимально открыт. Сбросу давления до 0,65 МПа сопутствует понижение температуры до 1200 С°.

Поршень находится на нижнем уровне и под влиянием поворота коленчатого вала (180-360 градусов) перемещается вверх, выталкивая отработанный газ через открытый выпускной клапан.

В итоге, температура в цилиндре снижается до 500 С°, а поршень находится в верхнем положении. Так как избавиться от отработанных газов совсем не удается, остаточное давление в цилиндре держится на уровне 0,1 МПа, а оставшийся газ принимает участие в следующем такте.

Работа двигателя происходит за счет многократного повторения 4-х тактного цикла.

Конструкция

Сегодня 4-х тактные моторы более сложны по конструкции. Так, например:

  • коленвал оснащают массивным маховиком, обеспечивающим за счет инерции плавное перемещение поршней;
  • блок цилиндров оснащается газораспределительным механизмом;
  • запуск мотора осуществляется с помощью стартера;
  • беспроблемное функционирование всех узлов обеспечивается многочисленными вспомогательными устройствами (системы управления, смазки, впрыска топлива, охлаждения и пр.).

Где применяется

4-х тактные моторы применяются в нашей повседневной жизни очень широко. Их мощность напрямую зависит от объема и количества цилиндров. Устанавливают ДВС в автомобилях и самолетах, тракторах и тепловозах. Применяются они также на судах морского и речного флота.

На 4-х тактные силовые агрегаты обратили внимание и энергетики. Используют их для питания стационарных и аварийных электрогенераторов, установленных в местах, где линии электропередач подвести невозможно или экономически нецелесообразно. Кроме того, такие генераторы устанавливают на объектах, где отключение подачи электроэнергии невозможно (больницы, банки, воинские части и пр.).

dvigatels.ru

Порядок работы рядного 4 цилиндрового двигателя

Порядок работы 4 цилиндрового двигателя обозначается как Х―Х―Х―Х где Х ― номера цилиндров. Это обозначение показывает последовательность чередования тактов цикла в цилиндрах.

Порядок работы цилиндров зависит от углов между кривошипами коленчатого вала, от конструкции механизма газораспределения, и системы зажигания бензинового силового агрегата. У дизельного место системы зажигания в этой последовательности занимает ТНВД.

Для управления автомобилем это знать, конечно, необязательно.

Порядок работы цилиндров необходимо знать, регулируя зазоры клапанов, меняя ремень ГРМ либо выставляя зажигание. Да и при замене проводов высокого напряжения понятие порядка рабочих тактов не будет лишним.

В зависимости от числа тактов, составляющих рабочей цикл, ДВС делятся на двухтактные и четырехтактные. Двухтактные двигатели не ставят на современные автомобили, они используются лишь на мотоциклах и в качестве пускателей тракторных силовых агрегатов. Цикл четырехтактного бензинового двигателя внутреннего сгорания включает в себя следующие такты:

  1. Впуск ― выпускной клапан закрыт, впускной открыт, поршень движется вниз, производится всасывание воздушно-топливной смеси.
  2. Сжатие ― все клапаны закрыты поршень движется вверх, сжимая воздушно-топливную смесь.
  3. Рабочий ход ― клапаны остаются закрыты, по окончании предыдущего такта искра поджигает сжатую смесь. Поршень под действием давления газов, сгоревшей смеси, идет вниз вращая коленвал.
  4. Выпуск ― по окончании предыдущего такта открывается выпускной клапан. Поршень, толкаемый коленвалом, движется вверх и вытесняет продукты горения в выхлопной коллектор.

Цикл дизеля отличается тем что при впуске всасывается только воздух. Топливо же впрыскивается под давлением после сжатия воздуха, а воспламенение происходит от контакта дизеля с разогретым от сжатия воздухом.

Нумерация

Нумерация цилиндров рядного двигателя начинается с наиболее удаленного от коробки перемены передач. Иными словами, со стороны ремня ГРМ либо цепи.

У коленвала рядного 4-х цилиндрового ДВС кривошипы первого и последнего цилиндра располагаются под углом 180° друг к другу. И под углом 90° к кривошипам средних цилиндров. Поэтому для обеспечения оптимального угла приложения движущих сил к кривошипам такого коленвала, порядок работы цилиндров бывает 1―3―4―2, как у вазовских и москвичевских ДВС либо 1―2―4―3, как у газовских моторов.

Чередование тактов 1-3-4-2

Угадать порядок работы цилиндров двигателя по внешнем признакам нельзя. Об этом следует читать в мануалах производителя. Порядок работы цилиндров двигателя проще всего узнать в инструкции по ремонту вашей машины.

Кривошипно-шатунный механизм

  • Маховик поддерживает инерцию коленвала для вывода поршней из верхних или нижних крайних положений, а также для более равномерного его вращения.
  • Коленчатый вал преобразует линейное движение поршней во вращение и передает его через механизм сцепления на первичный вал КПП.
  • Шатун передает усилие, прикладываемое к поршню на коленчатый вал.
  • Поршневой палец создает шарнирное соединение шатуна с поршнем. Изготавливается из легированной высокоуглеродистой стали с цементацией поверхности. По сути является толстостенной трубкой со шлифованной наружной поверхностью. Бывает двух видов: плавающий или закрепленный. Плавающие свободно перемещаются в бобышках поршней и во втулке, запрессованной в головку шатуна. Не выпадает палец из этой конструкции благодаря стопорным кольцам, устанавливающимся в пазы бобышек. Закрепленные удерживаются в головке шатуна за счет горячей посадки, а в бобышках вращаются свободно.

autolirika.ru

4 Тактный двигатель: принцип работы

4 тактный двигатель является поршневым мотором внутреннего сгорания. В этих агрегатах рабочий процесс всех цилиндров занимает два кругооборота коленчатого вала. Два кругооборота коленчатого вала также можно охарактеризовать как четыре поршневых такта, от чего и произошло название четырехтактный двигатель.

Начиная с середины двадцатого века четырехтактный двигатель является самым распространенным видом поршневых моторов внутреннего сгорания.

Основные характеристики 4 тактного двигателя

  1. Обмен газов происходит за счет движения рабочего поршня;
  2. 4 тактный двигатель обладает газораспределительным механизмом, который позволяет переключить цилиндровую полость на впуск и выпуск;
  3. Обмен газов происходит в момент отдельного полуоборота коленвала;
  4. Цепная, ременная передача и шестеренчатые редукторы позволяют изменить моменты зажигания, впрыскивания бензина и привода газораспределительного механизма относительно частоты верчения коленвала.

История

Примерно 1854-1857 годов итальянцы Евгенио Барсанти и Феличче Матоци создали устройство, которое, согласно существующим сведениям, походило на 4 тактный мотор. Несмотря на это, 4 тактный мотор был запатентован только в 1861 Алфоном де Роше, поскольку изобретение итальянцев было потеряно.

В первый раз пригодный к работе 4 тактный мотор был создан немецким инженером Николаусом Отто, в честь которого четырехтактный цикл назвали циклом Отто, а применяющий свечи зажигания 4 тактный мотор – двигателем Отто.

4 тактный двигатель принцип работы

В двухтактном моторе смазывание коленвала, цилиндровых и поршневых пальцев, подшипника коленвала, поршня и компрессионных колец происходит путем заливки масла в бензин. 4 тактный мотор отличается тем, что в нем коленчатый вал расположен в масляной ванне. За счет этой особенности необходимость в добавлении масла или смешивании топлива попросту отсутствует. Все, что нужно сделать владельцу транспортного средства – это наполнить топливный бак бензином, после чего можно продолжать пользоваться транспортом.

Таким образом, автовладельцу становится незачем приобретать специальное масло, которое нужно для функционирования двухтактных моторов. Помимо этого, 4 тактный мотор отличается уменьшенным количеством нагара на стенах глушителя и поршневом зеркале. Еще одним важным отличием является то, что при двухтактном моторе совершается выплеск горючей смеси в выхлопную трубу – это обусловлено его устройством.

Стоит признать, что четырехтактные двигатели также обладают небольшими недостатками. К примеру, у таких двигателей повышенная длительность старта скутера с места. Также не особо качественными являются работы по регулированию клапанного теплового зазора. При этом следует отметить, что проблему с повышенной длительностью старта скутера можно решить оптимизацией опций центробежного сцепления и передачи.

Конструкция агрегата

Устройство 4 тактного двигателя выглядит таким образом: распредвал размещен в крышке цилиндра и приводится в действие с помощью ведущего колеса, вмонтированного на коленчатом вале. В устройстве 4 тактного двигателя распределительный вал способен открывать и закрывать впускной и выпускной клапан, но лишь один из них, а какой конкретно – зависит от расположения поршня. Помимо этого, на распределительном вале расположены кулачки, с помощью которых приводятся в действие коромысла клапанов.

После своего срабатывания коромысла начинают воздействовать на один из двух клапанов, что приводит к его открытию. Стоит отметить, что между клапаном и регулировочным винтом должен быть узкий промежуток (его еще называют тепловым зазором) – во время нагрева происходит расширение металла, поэтому в случае неимения или слишком маленького размера зазора клапаны не смогут полностью закрыть каналы впуска и выпуска. Зазор при клапане выпуска должен быть большего размера, чем у клапана впуска, поскольку газы выхлопа более горячие, нежели горючая смесь, и, соответственно, это приводит к тому, что клапан выпуска нагревается больше клапана впуска.

Вот и все описание устройства 4 тактного двигателя.

Работа 4 тактного двигателя

Как уже было сказано, работа 4 тактного двигателя состоит из двух оборотов коленвала или, еще можно сказать, четырех тактов поршня.

Работа 4 тактного двигателя происходит таким образом:

  1. (впуск). Поршень продвигается в нижнюю сторону, что приводит к открытию клапана впуска. В итоге горючая смесь оказывается в цилиндре, куда она попадает из карбюратора. По достижению поршнем нижнего положения совершается закрытие клапана впуска.
  2. (сжатие). Поршень передвигается в верхнюю сторону, что провоцирует сжимание горючей смеси. После того, как поршень приближается к верхней мертвой точке, совершается возгорание сжатого поршнем бензина.
  3. (расширение). Происходит возгорание бензина, в результате которого он сгорает – это приводит к растяжению горючих газов и, соответственно, к движению поршня вниз (два клапана оказываются закрытыми).
  4. (выпуск). По инерции коленчатый вал продолжает кругооборот вокруг своей оси, а поршень – продвигаться вверх. Вместе с этим происходит открытие клапана выпуска, откуда выхлопные газы попадают в трубу. Когда поршень доходит до верхней мертвой точки, совершается закрытие клапана впуска.

По окончанию работы 4 тактного двигателя четыре такта проходят заново.

Функционирование двухтактного агрегата

Хоть и статья не об этом, однако стоит коротко описать функционирование двухтактного двигателя с целью сравнить их. Как становится понятно из наименования, функционирование такого мотора проходит только через два такта.

  1. Поршень продвигается наверх, что приводит к сжатию горючей смеси, после которого (без достижения верхней мертвой точки) она воспламеняется. По достижению поршнем верхней мертвой точки открываются окна впуска в стене цилиндра, из-за чего горючая смесь перетекает в кривошипную камеру.
  2. Под действием растягивающихся газов поршень продвигается в нижнюю сторону. Пребывая в нижнем положении, поршень открывает окна впуска и выпуска. Газы попадают в трубу выхлопа, а на их месте оказывается горючая смесь.

avtomoto-best.ru

Порядок работы 4 цилиндрового двигателя

Обычно автовладельцы не задумываются о порядке активности цилиндров двигателя своего автомобиля, ограничиваясь знанием числа таковых. И в большинстве случаев просто нет необходимости углубляться в такие технические детали. Но информация о работе цилиндров оказывается полезной, когда нужно, например, выставить зажигания или отрегулировать клапана, в других ситуациях самостоятельной наладки и ремонта, когда нужно починить автомобиль без возможности добраться до СТО, или просто при желании сделать все самому. Далее мы узнаем, каков порядок работы 4-цилиндрового двигателя, и выясним последовательность для некоторых других компоновок.

Теория работы ДВС

Общий принцип функционирования двигателей на бензине или дизтопливе известен, пожалуй, всем – топливо, сгорая в цилиндрах, создает давление газов, которые толкают поршни, и далее усилие преобразуется в крутящий момент, идущий на колеса.

Для того, чтобы двигатель работал равномерно, сгорание топлива происходит не во всех цилиндрах одновременно, а в определенном порядке. За его соблюдение отвечают:

  • конструкция газораспределительного механизма;
  • углы между кривошипами коленвала автомобиля;
  • расположение цилиндров – V-подобное или рядное;
  • устройство системы зажигания для бензиновых авто, и ТНВД – у дизельных.

Как проходит рабочий цикл

Весь процесс впрыска топлива, его зажигания, работы поршней и выброса отработанных газов называется «рабочим циклом». Рассмотрим его на примере бензинового четырехтактного ДВС, стандартного для множества легковых автомобилей.

Цикл, как видно из названия, делится на четыре такта работы:

В этом состоянии впускной клапан в открытом состоянии, выпускной, наоборот, закрыт, поршень идет в нижнем направлении, в цилиндр попадает подготовленная топливовоздушная смесь.

Все клапаны цилиндра закрыты, а поршень двигается вверх и сжимает впрыснутую ранее смесь до заданных параметров.

Клапаны по-прежнему открыты, смесь поджигается, образуя газы. Их давление начинает двигать поршень вниз, а последний вращает коленвал.

Читайте также...  Мультилок на АКПП – надежная защита автомобиля

По завершению рабочего хода клапан выпуска открывается, коленвал двигает поршень вверх, и тот вытесняет отработанные газы в выпускной коллектор.

Иллюстрация процесса:

Интересно: у дизельного двигателя цикл иной. При впуске всасывается только воздух, а горючее впрыскивается посредством ТНВД уже после сжатия воздушной массы в цилиндре. Контактируя с разогретым от сжатия воздухом, дизтопливо воспламеняется.

Чтобы обеспечить стабильную и непрерывную работу, горючее в цилиндрах (иногда называемых «горшками») воспламеняется в особой последовательности. Порядок работы двигателя должен соблюдаться, чтобы создавалось равномерное действие на коленвал.

Очередность цилиндров

Цилиндры имеют номера, в документации их описывают в формате A-B-C-D, где вместо букв указывается цифровое обозначение. Порядок нумерации начинается со стороны цепи или ремня ГРМ – с самого удаленного от коробки передач цилиндра. Тот, что носит номер 1, называется главным.

Важно: если цилиндры работают последовательно, они не должны быть расположены рядом. Именно с учетом этого условия производители моторов разработали определенные схемы порядка чередования тактов.

Цилиндры оснащены клапанами, через которые осуществляется впуск и выпуск газов. Клапанами управляет специальное устройство – распределительный вал, на поверхности которого особым образом расположены специальные кулачки. Именно их расположение отвечает за порядок работы: профиль кулачка и его высота влияет на моменты закрытия-открытия, величину сечения прохода для газов, а также на то, как будет двигаться клапан в зависимости от текущего угла коленвала.

Один из вариантов распредвала:

Коленвал:

Цикл стандартного ДВС на 4 такта проходит за 2 оборота, или за 720 градусов (360 и 360). Расположенные на валу «коленца» смещены на некоторый угол таким образом, чтобы усилие с поршней двигателя постоянно передавалось на вал. Упомянутый угол – величина, зависящая от модели двигателя, тактности такового, и количества цилиндров.

Рассмотрим типичный порядок у некоторых двигателей.

Рядный 4-цилиндровый

Существует две популярные компоновки таких ДВС:

Первое означает расположение цилиндров последовательно, в один ряд, а поршни мотора вращают общий коленвал. Двигатели нередко описывают сокращением I4 или L4, можно также встретить название Inline 4 и вариации. Инженеры располагают цилиндры и вертикально, и под некоторым углом – в зависимости от конструкции двигателя.

Пример блока цилиндров:

Эта цилиндровая компоновка получила широкое распространение в массовых моделях автомобилей, а также в тех транспортных средствах, где важна простота обслуживания и ремонта – внедорожниках, машинах, предназначенных для работы в такси, и т.д.

Кривошипы 1 и 4 цилиндров в конструкции коленвала рядного четырехцилиндрового двигателя расположены под углом 180 град., и под углом 90 – к кривошипам цилиндров 2 и 3. Чтобы создать оптимальное соотношение движущих сил, действующих на кривошипы, двигатели действуют в последовательностях:

  • система 1–2–4–3 – менее популярная;
  • основной вариант 1–3–4–2.

Из отечественных автомашин порядок работы четырехцилиндрового двигателя второго вида использован, к примеру, в продукции концерна ВАЗ, а первый актуален для некоторых двигателей ЗМЗ.

4-цилиндровая оппозитная компоновка

В таком моторе «горшки» размещены в два ряда под 180 градусов. Это позволяет сделать силовой агрегат сбалансированным и снизить центр тяжести, а коленвал получает меньшие нагрузки. Благодаря этому мотор подобной компоновки, при той же массе, выдает больше снимаемой мощности и оборотов.

Цилиндры в этих ДВС работают по отличной схеме: основная 1–3–2–4, и альтернативная 1–4–2–3.

Здесь поршни достигают т.н. «верхней мертвой точки», часто сокращаемой до ВМТ, одновременно с обеих сторон.

Модель:

Интересно: встречаются машины с V-образными агрегатами на 4 цилиндра, но подобные образцы на рынке относительно редки, основную массу составляют рядные и оппозитные.

Пятицилиндровые

Это агрегаты с 5 цилиндрами, стоящими в ряд. Относительное смещение шатунных шеек коленвала – 72 градуса. Встречаются как двух- так и четырехтактные образцы, для первых (2 такта) стандартный порядок оптимальной работы блока цилиндров для данных двигателей – очередность активации 1–2–4–3–5. Ею обеспечивается равномерность возгорания топлива. Эти моторы широко применяются в судовой технике.

Читайте также...  Свап двигателя - Что это такое и как правильно узаконить

На легковых автомобилях инженерами сообщается иной порядок работе «горшков» 5 цилиндровых типичных двигателей – система 1–2–4–5–3.

Блок цилиндров:

Как действуют ДВС V6

Для эффективности порядка работы сегодняшних шестицилиндровых двигателей таковой строится также по особой системе. Типичный порядок работы 6 цилиндрового двигателя рядного исполнения – метод 1–5–3–6–2–4. В рассматриваемом форм-факторе силовой агрегат получается достаточно длинным и требует большого подкапотного пространства.

Чтобы снизить габариты, иногда применяют «вэ-подобную» систему. Схема порядка работы «горшков» 6 цилиндровых современных двигателей, V образного форм-фактора – очередность активации 1-4-2-5-3-6.

Интересно: рассматриваемая шестицилиндровая конструкция считается одной из наименее сбалансированных.

Агрегат от Audi, для которого актуален указанный порядок работы V-образного шестицилиндрового автомобильного двигателя:

ДВС на 8 цилиндров

Из-за габаритов двигатели делаются V-образной компоновки.

Восьмицилиндровый ДВС от Chevrolet:

Возможный порядок работы восьмицилиндрового двигателя современной машины:

  • вариант 1–5–4–2–6–3–7–8 – основной;
  • принцип 1–8–4–3–6–5–7–2 – другая вариация.

Различие это мнимое и произошло из-за разницы в подсчете цилиндров. В США цилиндр 1 расположен спереди по направлению движения авто, слева, а в европейской системе – справа. Нумерация цилиндров производится в шахматной последовательности, в направлении назад и слева направо, поэтому обе классификации представляют, по сути, одно и то же, что иллюстрирует схема:

Интервал между зажиганием топлива 90 град.

Как определить порядок

Чтобы узнать, по какой схеме работает мотор, необходимо изучать документацию на автомобиль и конкретный силовой агрегат, визуально определить это затруднительно.

motoran.ru


Смотрите также