Четырехтактный двигатель

Четырехтактный двигатель – самый распространенный тип ДВС современного легкового автомобиля
Двигатель внутреннего сгорания должен был стать альтернативой промышленной паровой машины, но изобретатели-энтузиасты сразу почувствовали его потенциал. Им удалось найти способ увеличить мощность двигателя, не увеличивая его массу. Ключевую роль в этом сыграл Николаус Отто, создавший первый в истории четырехтактный двигатель.

История разработки двигателя Отто

Мотор, разработанный изобретателем Альфонсом Бо де Роша и воплощенный в металле немцем Николаусом Отто в 1867 году, по тем временам был верхом совершенства. Он был дешев в эксплуатации, компактен и не требовал постоянного контроля. Двигатель работал по особому алгоритму, широко известному в наши дни как «цикл Отто». В 1875 году компания Отто производила боле 600 двигателей в год.
Именно Готлиб Даймлер и его товарищи-инженеры привлекли внимание Николауса Отто к преимуществам четырехтактного двигателя
В команде Отто работал талантливый инженер по имени Готлиб Даймлер, загоревшийся идеей постройки автомобиля. Николаус Отто не считал нужным улучшать имевшийся двигатель, и Даймлеру, понявшему, как можно использовать мотор в конструкции автомобиля, пришлось уйти. Вместе с единомышленником по имени Карл Бенц, в 1889 году Даймлеру удалось создать первый автомобиль с бензиновым четырехтактным двигателем внутреннего сгорания, работающим по циклу Отто.

Что такое «такты» двигателя

Четырехтактный двигатель отличается от двухтактного тем, что газораспределение имеет отдельные фазы впуска и выпуска. Ими заведуют расположенные в головке блока цилиндров впускной и выпускной клапаны соответственно. Они открываются при помощи распредвала, приводимого в действие от коленчатого вала двигателя.

Первый такт называется «впуск». В этот момент поршень начинает двигаться вниз из верхней мертвой точки, создавая разряжение. В это же время открывается впускной клапан, и топливовоздушная смесь засасывается в цилиндр. Когда поршень доходит до нижней мертвой точки, клапан закрывается, и фаза впуска завершается.

Впрыск топлива одной порцией в строго определенный момент на современной стадии развития четырехтактных двигателей перестал быть догмой
Второй такт называется «сжатие». Поршень начинает движение вверх, оба клапана закрыты. В этот момент топливовоздушная смесь сжимается, при этом нагреваясь. Это необходимо для более полного и эффективного сгорания топлива.

Третий такт – «рабочий ход». Немного не доходя до верхней мертвой точки, при помощи искры от свечи зажигания (или за счет сжатия, если речь идет о дизельном двигателе) происходит воспламенение топливовоздушной смеси. В этот момент газы резко расширяются, толкая поршень вниз, тем самым совершая полезную работу.

Четвертый такт называется «выпуск». Когда поршень совершил рабочий ход и находится в нижней мертвой точке, и необходимо удалить отработавшие газы из цилиндра, открывается выпускной клапан. Через него поршнем, начинающим движение вверх, выталкиваются отработавшие газы.

Порядок работы дизельного двигателя отличается лишь тем, что на такте сжатия в цилиндр поступает только воздух, а топливо впрыскивается в камеру сгорания в конце такта сжатия при помощи форсунки.

Новые механизмы — старый принцип

С момента изобретения и до наших дней инженеры постоянно совершенствовали четырехтактный двигатель. Большинство нововведений приходились на долю газораспределительного механизма. Например, если раньше на цилиндр приходилось всего два клапана, то на современных моторах их число доходит до пяти. Кроме того, многие производители используют системы изменения фаз газораспределения. Самые известные — это VVT-i от Toyota и Valvetronic от BMW. Система изменяемых фаз позволяет менять время и высоту подъема клапанов в зависимости от режимов работы двигателя.
Спустя 150 лет принцип, названный циклом Отто, остается актуальным. Физики утверждают, что для дальнейшего прогресса необходим новый вид топлива
Изменилась и система питания. Практически на всех современных моторах карбюратор уступил место распределенному впрыску топлива. Зажиганием, дозировкой и подачей горючего теперь заведует электроника.

Для лучшего наполнения цилиндров все чаще применяется наддув поступающего воздуха. Увеличение плотности воздуха в цилиндре позволяет получить мощный мотор при сравнительно небольшом объеме двигателя и уменьшить расход топлива. Например, двигатель 1,4 TFSI от Volkswagen с двойным турбонаддувом «выдает» 185 л.с.

В последние два десятилетия небывалую популярность получили дизельные автомобили. Если раньше моторы на тяжелом топливе были прерогативой исключительно грузовиков и автобусов, то сейчас более 50% продающихся в Европе легковушек ездят на «солярке». Дизели экономичнее своих бензиновых собратьев и при равных объемах двигателя имеют гораздо больший крутящий момент и наделяют автомобиль приличной динамикой. На сегодняшний день практически все дизельные двигатели имеют турбонаддув.

Достоинства и недостатки четырехтактных двигателей

Самый главный плюс двигателей, работающих по циклу Отто – экономичность. Кроме того, четырехтактные двигатели относительно бесшумны, а использование каталитических нейтрализаторов делает их еще и наболее экологичными.

Неоспоримым преимуществом является надежность четырехтактных моторов. Ресурс легковых двигателей доходит до полумиллиона километров, и это еще не предел.

Недостатки современных моторов кроются в их сложном техническом устройстве. Они дороги в производстве, а в эксплуатации весьма требовательны к качеству топлива и масла. Ремонт своими силами в полевых условиях, без специального инструмента и навыков, практически невозможен.

Эксплуатация четырехтактных двигателей

В первую очередь следует тщательнее выбирать АЗС. Топливные системы, в особенности дизельных автомобилей, плохо «переваривают» некачественное топливо. Более того, всего одна заправка «левым» горючим может вывести из строя катализатор. А его замена может вылиться в «копеечку».

Развитие микропроцессорного управления процессами, происходящими в четырехтактном двигателе, привело к тому, что вмешательство человека не требуется годами
Большинство неисправностей современных двигателей не связаны непосредственно с механическими деталями. Неисправности, как правило, возникают в «слабых местах», в системе подачи воздуха или в электрооборудовании. По причине сложности и развития микропроцессорных систем управления, выявить поломку без подключения диагностического компьютера выяснить причину неисправности практически невозможно.

Двигатель — основная и самая дорогая часть автомобиля. Поэтому в случае поломки ремонт лучше доверить сервисному центру, избегая «гаражных» специалистов.

Источник

Вчем отличие двухтактного мотора от четырехтактного?

Двухтактный двигатель, двигатель внутреннего сгорания, в котором рабочий цикл совершается за один оборот коленчатого вала, т. е. наполнение цилиндра горючей смесью (или воздухом), сжатие и сгорание, а также расширение и выпуск газов происходят за два хода поршня.

Недостатки двухтактных двигателей:
Недостатком являются высокая термическая нагруженность поршневой группы, снижающая надёжность двигателя, и сложность осуществления продувки.

Преимущества двухтактных двигателей:
В двухтактных двигателях все рабочие циклы (процессы впуска топливной смеси, выпуска отработанных газов, продувки) происходят в течении одного оборота коленвала за два основных такта. У двигателей такого типа отсутствуют клапаны (как в четырехтактных ДВС), их роль выполняет поршень, который при своем перемещении закрывает впускные, выпускные и продувочные окна. Поэтому они более просты в конструкции.
Мощность двухтактного двигателя при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения вала теоретически в два раза больше четырехтактного за счет большего числа рабочих циклов. Однако неполное использование хода поршня для расширения, худшее освобождение цилиндра от остаточных газов и затраты части вырабатываемой мощности на продувку приводят практически к увеличению мощности только на 60…70%.

Четырёхтактный двигатель, двигатель внутреннего сгорания, цикл работы которого состоит из четырёх тактов (ходов поршня), происходящих за два оборота коленчатого вала двигателя. При его первом обороте осуществляется впуск и сжатие. Впуск рабочей смеси (у карбюраторного двигателя, или двигателя с воспламенением от искры) или воздуха (у дизеля) происходит при движении поршня от верхней мёртвой точки (в. м. т.) к нижней мёртвой точке (н. м. т.). Сжатие рабочей смеси или воздуха осуществляется при движении поршня от н. м. т. к в. м. т. При втором обороте коленчатого вала совершается рабочий ход (поршень движется так же, как при впуске) и выпуск (поршень движется так же, как при сжатии). Рабочий ход (сгорание — расширение) осуществляется под действием давления на поршень продуктов сгорания топлива. Выпуск — последний такт; во время него отработавшие продукты сгорания удаляются из цилиндра двигателя.

Недостатки четырёхтактных двигателей:
Все холостые ходы (впуск, сжатие, выпуск) совершаются за счёт кинетической энергии, запасённой коленчатым валом и связанными с ним деталями во время рабочего хода, в процессе которого химическая энергия топлива превращается в механическую энергию движущихся частей двигателя. Поскольку сгорание происходит в доли сек, то оно сопровождается быстрым увеличением нагрузки на крышку (головку) цилиндра, поршень и другие детали двигателя. Наличие такой нагрузки неизбежно приводит к необходимости увеличить массу движущихся деталей (для повышения прочности), что в свою очередь сопровождается ростом инерционных нагрузок на движущиеся детали. Уступают по мощности двухтактным.
К незначительным недостаткам, которые с лихвой окупаются достоинствами, можно отнести работы по регулировке теплового зазора клапанов и время разгона скутера с места, которое несколько больше, чем у двухтактных мопедов.

Преимущества четырёхтактных двигателей:
-экономичность расхода топлива;
-надежность;
-простота обслуживания;
-четырехтактный двигатель работает тише и устойчивей.

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 четырехтакного двигателя находится в маслянной ванне. Благодаря этому Вам не надо смешивать бензин с маслом или доливать масло в специальный бачок (на моделях двухтактных скутеров с раздельной системой смазки).

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.

Источник

Отличия двухтактного двигателя от четырехтактного

Двигатели, в которых рабочий цикл совершается за 2 такта (один оборот коленчатого вала), называются двухтактными. Двигатели, в которых рабочий цикл совершается за 4 такта (два оборота коленвала), называются четырехтактным. Двух- и четырехтактные двигатели могут быть как бензиновыми (карбюраторными), так и дизельными. Каковы основные эксплуатационные и конструктивные особенности бензиновых двухтактных и четырехтактных двигателей? Чем отличается двухтактный от четырехтактного? Чтобы лучше понять это, необходимо ознакомиться с принципом их работы.

Принцип работы четырехтактного бензинового двигателя

При впуске поршень опускается из верхней мертвой точки (ВМТ) в нижнюю (НМТ). При этом с помощью кулачков распределительного вала открывается впускной клапан, через который в цилиндр засасывается топливная смесь.

При обратном ходе поршня (из НМТ в ВМТ) происходит сжатие топливной смеси, сопровождающееся ростом ее температуры.

Перед самым концом сжатия между электродами свечи загорается искра, поджигающая топливную смесь, которая, сгорая, образует горючие газы, толкающие поршень вниз. Происходит рабочий ход, при котором совершается полезная работа.

После перехода поршня НМТ открывается выпускной клапан, позволяя двигающемуся вверх поршню вытолкнуть отработавшие газы из цилиндра. Происходит выпуск. В верхней мертвой точке выпускной клапан закрывается, и цикл повторяется снова.

Принцип работы двухтактного бензинового двигателя

При сжатии поршень двигается из нижней мертвой точки в верхнюю. После того как перекроется сначала продувочное окно (2), через которое в цилиндр поступает топливная смесь, а затем выпускное (3), через которое выходят отработавшие газы, начинается сжатие воздушно-бензиновой смеси. Одновременно с этим в кривошипной камере (1) создается разрежение, засасывающее из карбюратора следующую порцию топлива. При подходе поршня к верхней мертвой точке смесь воспламеняется от искры свечи, и образовавшиеся газы толкают поршень вниз, вращая коленвал и производя полезную работу.

В кривошипной камере при рабочем ходе повышается давление, сжимающее топливную смесь, попавшую туда в предыдущем такте. При достижении верхней поверхности поршня (его уплотнительного кольца) выпускного окна, последнее открывается, выпуская отработавшие газы в глушитель. При дальнейшем движении поршень открывает продувочное окно, и находящаяся под давлением в кривошипной камере топливная смесь поступает в цилиндр, вытесняя остатки отработавших газов (осуществляя продувку) и заполняя надпоршневое пространство. При переходе поршня нижней мертвой точки рабочий цикл повторяется.

Эксплуатационные и конструктивные отличия двухтактных и четырехтактных бензиновых двигателей

Литровая мощность. В отличие от четырехтактного двигателя, в котором один рабочий ход приходится на два оборота коленчатого вала, в двухтактном рабочий ход совершается при каждом обороте коленвала. Это означает, что 2-х тактный двигатель должен иметь (теоретически) вдвое большую литровую мощность (отношение мощности к литражу двигателя), чем 4-х тактный. На практике, однако, превышение составляет всего 1,5-1,8 раза. Это происходит из-за неполного использования хода поршня при расширении, худшего механизма освобождения цилиндра от отработавших газов, траты части мощности на продувку и прочих явлений, связанных с особенностями газообмена 2-х тактных двигателей.

Потребление топлива. Превосходя четырехтактный двигатель в литровой и удельной мощности, двухтактный двигатель уступает ему в экономичности. Вытеснение отработавших газов осуществляется в нем воздушно-топливной смесью, поступающей в цилиндр из кривошипно-шатунной камеры. При этом часть топливной смеси попадает в выхлопные каналы, удаляясь вместе с отработавшими газами и не производя полезной работы.

Смазка. Двухтактные и четырехтактные двигатели имеют различный принцип смазки двигателя. В 2-х тактных моделях она осуществляется смешиванием в определенных пропорциях (обычно 1:25-1:50) моторного масла с бензином. Воздушно-топливно-масляная смесь, циркулируя в кривошипной и поршневой камерах, смазывает подшипники шатуна и коленчатого вала, а также зеркало цилиндра. При возгорании топливной смеси масло, существующее в виде мельчайших капель, сгорает вместе с бензином. Продукты его сгорания удаляются вместе с отработанными газами.

Применяются два способа смешивания масла с бензином. Простое перемешивание перед заливкой топлива в бак и раздельная подача, при которой топливно-масляная смесь образуется во впускном патрубке, находящемся между карбюратором и цилиндром.

В последнем случае двигатель имеет масляный бачок, трубопровод которого соединен с плунжерным насосом, подающим масло во впускной патрубок ровно в том количестве, которое требуется в зависимости от количества воздушно-бензиновой смеси. Производительность насоса зависит от положения ручки подачи «газа». Чем больше подается топлива, тем больше поступает масла, и наоборот. Раздельная система смазки двухтактных двигателей является более совершенной. При ней отношение масла к бензину при малых нагрузках может достигать 1:200, что приводит к уменьшению дымности, снижению образования нагара и расхода масла. Эта система используется, например, на современных скутерах с двухтактными двигателями.

В четырехтактном двигателе масло не смешивается с бензином, а подается отдельно. Для этого двигатели оснащены классической системой смазки, состоящей из масляного насоса, фильтра, клапанов, трубопроводной магистрали. Роль масляного бачка может выполнять картер двигателя (система смазки с «мокрым» картером) или отдельный бачок (система с «сухим» картером).

При смазке с «мокрым» картером насос 3 всасывает масло из поддона, нагнетает его в выходную полость и далее по каналам подает к подшипникам коленвала, деталям кривошипно-шатунной группы и газораспределительного механизма.

При смазке с «сухим» картером масло заливается в бачок, откуда с помощью насоса подается к трущимся поверхностям. Та часть масла, которая стекает в картер, откачивается дополнительным насосом, возвращающем ее в бачок.

Для очистки масла от продуктов износа деталей двигателя имеется фильтр. При необходимости устанавливается и охлаждающий радиатор, так как в процессе работы температура масла может подниматься до высоких температур.

Поскольку в двухтактных двигателях масло сгорает, а в четырехтактных нет, требования к его свойствам сильно разнятся. Масло, используемое в двухтактных двигателях, должно оставлять минимум нагара в виде золы и сажи, в то время как масло для четырехтактных двигателей должно обеспечивать стабильность характеристик в течение как можно более длительного времени.

Сравнение основных параметров двухтактных и четырехтактных двигателей:

Источник

Чем отличается 4 тактный двигатель от 2 тактного

Многие начинающие автовладельцы спрашивают опытных механиков, чем отличаются двухтактные двигатели от 4 тактных моделей двигателей. Когда они узнают, что двухтактные моторы мощнее, то недоумевают. Ведь зачем тогда в машины производитель ставит силовой агрегат, работающий на четырех тактах. Но тут не все так просто. Давайте попробуем разобраться в этом вопросе вместе.

Что называют тактом в ДВС

Прежде чем говорить о тактах силовых агрегатов, нужно понять, что это за зверь такой. Такт – это действие, производимое поршнем. Например, когда поршень внутри клапана бензинового или дизельного двигателя идет вверх, это называется одним тактом, а, когда он возвращается вниз, то это действие называют вторым тактом.

Итак, с тактами в двухтактном двигателе разобрались. Поэтому двухтактные моторы мощнее. То есть за один оборот коленвала поршень клапана успевает сделать два такта. Однако у них есть и свои минусы. Об этом поговорим позже.

Кроме двухтактных силовых агрегатов существуют однотактные двигатели. Конструкция однотактника проста до безобразия. Они состоят из одного цилиндра и широко распространены были в прошлом. Такие двигатели еще модно найти на мопедах, мотоциклах, тракторах:

Все четырехтактные моторы работают по циклу Отто. Назван этот цикл был в честь немецкого инженера, который придумал описывать рабочий процесс двигателя внутреннего сгорания циклом, заключающим в себе:

Теперь, когда мы знаем, что такое такт и что из себя представляет термодинамический цикл, давайте глянем на то, как работает четырехтактный движок.

Четырехтактный двигатель его устройство и как он работает

Схема работы двигателя четырех тактной модели сложнее, чем у двух тактного. Зажигание смеси происходит при каждом втором повороте коленчатого вала. В силовом агрегате установлено от восьми цилиндров до 16 попарно. С каждой стороны находится четное количество цилиндров.

Одни клапаны являются впускными, другие – выпускными. Смешивается бензин, масло и воздух уже в камере сгорания. А поступают они по отдельности. Впрыск масла и бензина происходит одновременно. Следом идет поджиг смеси.

Через впускные клапана горюче-смазочные материалы попадают в камеру сгорания, а через выпускные клапаны – выходят отработанные газы.

Давайте рассмотрим подробнее работу цилиндров двигателя с тактностью равной 4.

Внимание! Благодаря такому устройству двигатели с четырьмя тактами считаются экономичными, но не простыми в разборке или ремонте для неопытного автовладельца.

Важно, чтобы клапана плотно прилегали к головке блока цилиндров. Тогда не будет потери компрессии, и двигатель станет выдавать всю мощность, которая в него заложена.

Двухтактный ДВС его конструктивные особенности и описание принципа работы

Давайте теперь глянем, в чем отличие двух тактных моторов. Во-первых, они имеют простую конструкцию. Их легко разобрать на коленке, поменять детали и собрать обратно.

Принцип работы двух тактного двигателя таков:

Каждое действие из цикла Отто происходит в момент отдельного полуоборота коленвала. Поэтому считается, что двух тактные двигатели мощнее, чем четырех тактные.

Зажигание смеси также происходит при каждом обороте вала. А сама горюче-смазочная смесь должна быть уже наполнена маслом. В двух тактном моторе нет места, где бы смесь могла смешиваться с бензином или дизелем.

Поэтому автовладельцы приходится самому смешивать бензин и масло и заливать полученное вещество в бак.

Основные отличия между двухтактным и четырехтактным ДВС

Теперь давайте поглядим, чем отличаются двух тактные движки от четырех тактных двигателей. В первую очередь такие движки нужны там, где устройству необходимы быстрые и мощные всплески энергии. Например, к таким вещам могут относиться небольшие мотоциклы, мопеды или мотопилы, газонокосилки.

Двух тактные моторы предназначены для коротких поездок. Они не смогут выдержать долгое постоянное напряжение. Свечи придут в негодность от постоянной работы движка. Поэтому, рыбакам приходится иногда глушить движок в море, чтобы дать ему отдохнуть и затем заводить заново.

Жизненный ресурс двух тактного мотора тоже ограничен. Их жизнь исчисляется в сотнях и тысячах часов, а не в километрах, как у четырехтактных моторов. Хотя, если они ставятся на мотоциклы или таркторы, то тогда жизненный ресурс исчисляют в километрах. Обычно он равен ста тысячам километров. Это предельный максимум.

Двух тактные моторы дешевле, чем четырех тактные. Разница между стоимостью этих двигателей может достигать двадцати, а то и тридцати процентов. Однако все зависит и от объема движка. Например, двигателя с маленьким объемом стоят на 6 000 тысяч рублей дороже двух тактных с маленьким объемом. А вот при просмотре цен на моторы с большим объемом эта цифра может увеличиваться до тридцати и сорока тысяч рублей.

Простой пример приведен в таблице с моторными лодками.

Как видите из таблицы действительно цена растет с увеличением мощности и объема соответственно.

Двух тактные моторы можно перевозить в любой машине и в любом положении. Они не сломаются, четырех тактные чувствительны к любому удару и неправильному положению.

В двухтактных моторах экологический класс навряд ли превысит Евро 2. А в четырех тактных этот показатель может увеличиться до Евро 5. Последние силовые агрегаты экологичнее, потому что в них полностью сгорает топливо. А в первых моторах часть газов не выработана полностью и уходит атмосферу в том же составе.

Двухтактники едят топливо во много раз больше, чем четырехтактники. Поэтому последние считаются экономичными. Хотя первые весят меньше и их легко перетаскивать с места на место, если понадобится. Чтобы переместить четырех тактный движок, потребуется сила как минимум двух взрослых людей.

Двухтактники нуждаются в том, чтобы топливную смесь им делали заранее. Четырехтактникам это не нужно. Все делает за человека система. Автовладельцу требуется только заливать вовремя масло и бензин в раздельные баки. Также ему нужно менять фильтрующие элементы, которые защищают детали движка от повреждения стружкой или другими элементами износа силового агрегата.

Внимание! Многие считают, что на двух тактном моторе можно обогнать «четверку». Да, это может произойти, но только на старте. Затем у движка просто не хватит выносливости, чтобы преодолеть то расстояние, которое может это сделать четырехтактный движок.

Какой двигатель мощнее 2 тактный или 4 тактный

Теперь давайте разберем, какой из этих движков мощнее. По мощности двухтактный не превосходит первый вдвое, как может показаться вначале. Разница в мощи составляет всего 1,5 раза, вместо двух как казалось бы.

Двухтактный двигатель плохо сжигает топливную смесь, поэтому у него не получается преодолеть ту силу, на которую способен в работе четырехтактный движок. Не выработанная смесь забирает вместе с собой мощь мотора. Поэтому двухтактный проигрывает перед четырех тактным.

Опытные механики говорят, что сейчас во всех машинах стоит в основном четырехтактный движок. А двухтактные используют в мотопилах и других механических инструментах для сада и огорода.

Заключение

Теперь вы знаете конструкцию двухтактного и мощного четырехтактного двигателей. Движки двухтактные шумные. Это еще одно отличие их. Однако есть подобные силовые агрегаты с турбонаддувом, они в несколько раз мощнее одинаковых по объему четырехтактников. При выборе количества тактов в движке, решение всегда остается за будущим владельцем мотора.

Источник