1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое нмт в двигателях внутреннего сгорания

Что называется тактом в работе двигателя?

Это преобразователь энергии теплового расширения топлива в энергию механического движения вала. Его смысл в том, что в некое замкнутое пространство попадает топливо, которое там же сгорает и за счет того, что при нагревании жидкости и газы увеличиваются в объеме, это топливо двигает одну из подвижных стенок этого пространства, или поршень. В этом и заключается суть работы ДВС-ов

Первый такой двигатель был создан в начале девятнадцатого века французом Ленуаром, а его мощность равнялась двенадцати лошадиным силам. Он был очень слабым с низким КПД (всего около 5 процентов), но несмотря на это, для того времени это было большим шагом вперед. Двигатель Ленуара нельзя было использовать практически нигде, так как он был достаточно громоздким, хоть и состоял всего из одного цилиндра, но при этом выдавал очень низкую полезную мощность. Тем не менее, его какое-то время использовали на кораблях.

В дальнейшем, технология ДВС-ов совершенствовалась, и вскоре появились уже более эффективные и практичные модели, в результате чего, сегодня 90 процентов всего наземного транспорта работает на двигателях внутреннего сгорания. Исключения — это троллейбусы, трамваи, поезда и очень модные сегодня электромобили, которые, хоть и менее удобны чем автомобили, но гораздо экологичнее.

Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания

Начнем, пожалуй, с 4-х тактного, так как он проще для понимания. Итак, весь цикл его работы разделен на 4 части. Цикл — это когда топливо воспламеняется один раз. Если топливо воспламенилось два раза, говорят, что прошло два рабочих цикла. Итак, 4 части цикла — это:

  1. За счет открытия клапана давлением бензина, осуществляется его впрыскивание в цилиндр. Поршень под давлением бензина движется вниз За это время коленчатый вал делает оборот в 180 градусов.
  2. Коленчатый вал поворачивается еще на 180 градусов, и увлекает за собой поршень, который теперь уже начинает двигаться вверх. Как только он доходит до крайней точки вверху, вспыхивает зажигалка, или как ее еще называют — свеча, которая воспламеняет топливо, которое, находясь в сжатом виде дает больше энергии теплового расширения.
  3. Вспышка свечи, и последующее за этим зажигание бензина в цилиндре приводит к выталкиванию поршня обратно вниз до мертвой точки. Это движение и является основным толчком, который обеспечивает вращение колес автомобиля, то есть, нужно понять, что машина едет благодаря этой третьей фазе рабочего цикла. Коленчатый вал при этом поворачивается еще на 180 градусов.
  4. И последний этап — это удаление из цилиндра продуктов сгорания топлива, которые уже ни на что не годятся. Они удаляются при помощи специального клапана. Как вы уже, наверное, догадались, к цилиндру подведено два разных клапана, через один бензин входит, а через второй — покидает. Далее, после окончания вывода, начинается снова первый этап.


Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания

Двухтактные и четырехтактные двигатели мотобуров

Отличия двухтактного двигателя от четырёхтактного

Двигатели внутреннего сгорания имеют классификацию в зависимости от количества оборотов коленчатого вала. Движок, в котором рабочий цикл происходит за два такта (один оборот коленвала), именуется двухтактным. Двигатель, с рабочим циклом состоящим из четырех тактов ( за два оборота коленного вала), относится к четырёхтактному.

Один такт двигателя внутреннего сгорания это движение поршня вверх или вниз внутри цилиндра. Рабочий цикл ДВС объединяет серию процессов, в ходе которых высвобождается определённый объем мощности, оказывающий воздействие на коленвал двигателя.

Рабочий цикл 4-х тактного двигателя внутреннего сгорания состоит из нескольких этапов:

  • Заполнение цилиндра топливной смесью.
  • Сжатия топливной жидкости.
  • Воспламенения смеси.
  • Расширение сгоревших газов и освобождения от них цилиндра.

Двух и четырёхтактные двигатели внутреннего сгорания бывают карбюраторными, то есть функционирующими на бензиновом топливе, или дизельными. Отличие этих двух видов ДВС состоит не только в количестве оборотов коленвала. Но также в конструктивных и эксплуатационных характеристиках, от чего зависит принцип работы двигателей.

Технология работы двухтактного бензинового двигателя

Рабочий цикл состоит из двух тактов: сжатия рабочего хода и его расширения. Впускание топливной смеси и выпускание отработанных газов осуществляется в пределах двух тактов, то есть во время расширения и сжатия. В отличие от четырёхтактного движка, в котором процесс вхождения топлива и освобождения от газов происходит в отдельных тактах.

В момент сжатия топливной смеси поршень передвигается из НМТ (нижней мёртвой точки) в ВМТ (верхнюю мёртвую точку). Затем перекрывается продувочное окно, сквозь которое проникает в цилиндр топливная смесь, а за ним и выпускное отверстие для выхода отработанных газов. После этого осуществляется сжатие воздушно-бензиновой смеси.

Параллельно с этим процессом в кривошипной камере возникает разрежение, которое получает из карбюратора очередную порцию топлива. В момент прохождения поршня ВМТ топливная жидкость воспламеняется от свечной искры, а посредством образовавшихся газов поршень толкается вниз, тем самым провоцируя вращение коленного вала, что производит полезную работу.

В камере с кривошипным механизмом при рабочем ходе увеличивается давление, которое сжимает топливную жидкость, оказавшуюся там, в предыдущем такте. Когда верхний уровень уплотнительного кольца поршня достигает выпускного окна, при его открытии отработавшие газы попадают в глушитель.

Дальнейшее движение поршня способствует открытию продувочного окна, из-за чего топливная смесь, пребывающая под давлением в кривошипной камере, попадает в цилиндр. В это время остаточные от сгорания газы, попутно выполняют продувку цилиндра и заполняют надпоршневую часть цилиндра. Когда же поршень проходит НМТ рабочий цикл возобновляется в том же порядке.

Технология работы четырёхтактного бензинового двигателя

Рабочий цикл включает в себя четыре такта: впуск, сжатие, рабочий ход (расширение), выпуск. На впуске происходит опускание поршня из ВМТ в НМТ, а кулачки распредвала открывают впускной клапан, через который в цилиндр попадает топливо. Когда поршень идёт обратно из нижней мёртвой точки в верхнюю, то возникает сжатие топливной смеси, которое провоцирует увеличение её температуры. После чего перед завершением процесса сжатия между электродами свечи зажигается искра, которая воспламеняет топливную жидкость.

Та в свою очередь, высвобождает горючие газы, подталкивающие поршень вниз. За счёт такой последовательности осуществляется рабочий ход, при котором происходит полезная работа. При прохождении поршнем нижней мёртвой точки происходит открытие выпускного клапана, позволяющее движущемуся по направлению вверх поршню вытеснить отработавшие газы из ёмкости цилиндра, происходит выпуск. После закрытия выпускного клапана в верхней мёртвой точке рабочий цикл возобновляется.

Разница конструктивных особенностей и эксплуатационных преимуществ между 2-х и 4-х тактными двигателями

Главное различие четырёхтактного двигателя от двухтактного ― это разные методы подачи подачи воздушно-топливной смеси в цилиндр и ликвидации продуктов газообмена. Газораспределительное устройство у двухтактного движка отсутствует, что существенно облегчает его массу. В то время как в четырёхтактном ДВС основные процессы происходят за счёт специального газораспределительного устройства, которое контролирует работу впускного и выпускного клапанов. Сравнительный анализ основополагающих параметров 2-х тактных и 4-х тактных двигателей выявляет их сильные и слабые стороны.

Преимущества четырёхтактных ДВС:

  • Высокий крутящий момент при более низких оборотах коленвала.
  • Экономичность более высокая у четырёхтактных движков, топливный расход у них почти на 30% меньше, чем у двухтактных двигателей внутреннего сгорания.
  • Качественная система смазки у четырёхтактных ДВС обеспечивает продолжительное использование масла. Для двухтактных движков масло разбавляется в бензине либо поступает из масляного бака во впускной коллектор и сжигается одновременно с топливом в поршневой камере.
  • Шумность работы ниже у двухтактников.
  • Рабочий ресурс выше у 4-х тактных устройств, преобразования энергии в механическую работу, по причине меньшей частоты вращения коленного вала и более усовершенствованной смазочной системы.
  • С точки зрения безопасности окружающей экологической среды четырёхтактные движки лучше, потому как выхлопные газы у двухтактных двигателей намного токсичнее.

Достоинства двухтактных двигателей:

  • Простейшее техобслуживание из-за отсутствия сложной смазочной системы и наличия газораспределительного механизма.
  • Объемная мощность у 2-х тактных движков значительно выше , почти на 70%, чем в четырёхтактных движках.
  • Простая и легкая конструкция.
  • Скорость увеличения оборотов вращения у 2-х тактных ДВС быстрее.
  • Стоимость более доступная у двухтактного двигателя внутреннего сгорания.

На мотобурах используют двигатели обоих типов. Если вам нужен легкий мотобур обладающий высокой мобильностью и управляемый одним оператором, то ваш выбор это двухтактный двигатель. Если вам необходимо бурение грунта от третей категории и выше, диаметрами от 250 мм, то вам однозначно нужен мотобур с четырехтатным двигателем.

Двухтактный двигатель внутреннего сгорания

Данный способ реализации впрыскивания топлива в цилиндр предполагает собой, что на смену рабочей среды( то есть бензина) не отводится по отдельному такту, а ввод осуществляется в короткий промежуток времени, когда поршень находится на самом дальнем расстоянии от противоположного края цилиндра, в мертвой точке. Одновременно со вводом происходит вывод продуктов горения. То есть процедура смены рабочей среды происходит в конце второго такта, а называют ее продувкой.

Продувка происходит не через клапаны, а через специальные отверстия, которые находятся внизу цилиндра, и практически все время их закрывает поршень. Но когда поршень уходит в мертвую точку, искусственно созданный вакуум втягивает в себя отработанное топливо, и под действием разности давлений, в рабочий объем входит свежий бензин.


Двухтактный двигатель внутреннего сгорания

Каждый из этих двух видов ДВС имеет друг перед другом определенные преимущества, о которых мы сейчас подробно поговорим.

Как работает двухтактный мотор

Выше было упомянуто, что поршневые двигатели делятся как на 4-тактные, так и на 2-тактные. Принцип работы вторых немного отличается от того, что был описан ранее. Да и само устройство такого агрегата значительно проще предыдущей конструкции. В двухтактном агрегате всего два окна в цилиндре — впускное и выпускное. Второе расположено чуть выше первого, и сейчас будет объяснено, для чего это.

Читать еще:  Что такое цикл наработки двигателя

Поршень при начале первого такта, до этого перекрывавший впускное окно, начинает двигаться наверх, в результате чего перекрывает собой окно впуска топлива. Поршень в это же время продолжает опускаться, что приводит к сжатию рабочей смеси. Как только деталь достигает нужного положения, на свече образуется первая искра, и созданная смесь тут же поджигается, воспламеняясь. Впускное окно к этому моменту уже открывается. Оно пропускает очередную порцию топлива и воздуха, продолжая работу механизма.

Начало второго такта характеризуется сменой направления движения поршня — он начинает перемещаться вниз. На него действуют газы, стремящиеся расширить имеющееся пространство. Поршень перемещается, открывая впускное окно, и оставшиеся после сгорания смеси газы уходят, пропуская внутрь новую порцию топлива.

Какая-то часть рабочей смеси также покидает цилиндр через открытый выпускной клапан. Поэтому становится понятным, почему двухтактные двигатели требуют такого количества топлива.

Преимущества и недостатки

Преимуществом двухтактных поршневых агрегатов является достижение большой мощности при небольшом рабочем объеме, если сравнивать их с четырехтактными. Однако владелец авто будет страдать от внушительных расходов топлива, из-за чего в скором времени в его голове возникнет идея поменять агрегат.

Также плюсами двухтактных ДВС можно назвать простую конструкцию, понятную и равномерную работу, маленький вес и компактный размер. К минусам следует отнести грязный выхлоп, нехватку различных систем, а также быстрый износ деталей конструкции. Довольно часто владельцы машин с таким двигателем жалуются на перегрев агрегата и его поломку.

Основные отличия этих двух видов двигателей

  1. Масса двигателя. Первое отличие в том, что 2-х тактовые двигатели легче (имеют меньший вес), чем 4-х тактовые. Это значит, что если требуется максимально уменьшить массу автомобиля, что бывает очень актуально, например, для гоночных болидов, то выгоднее использовать двухтактные.
  2. Стоимость двигателя. Двухтактные дешевле, поэтому в бюджетных вариантах машин, как правило, стоят именно они.
  3. Шумность работы. Четырехтактные более тихие, и во время работы их почти не слышно. Это одна из причин, по которой их ставят в дорогие машины.
  4. Экологичность. Четырехтактные более экологичны, так как их рабочий цикл дает меньше продуктов сгорания, а значит и меньше дыма.
  5. Расход смазки. Двухтактные ДВС расходуют больше машинного масла, так как его приходится разбавлять с бензином, в то время как у 4- тактовых есть для этого отдельная система.
  6. Сложность изготовления. Сделать двухтактный ДВС гораздо проще, этим и обусловлена его дешевизна.
  7. Скорость разгона. Двухтактные разгоняются быстрее, поэтому их используют в спортивных и гоночных авто.
  8. Эксплуатация. 4-тактные тяжелее обслуживать и ремонтировать, так как они сложнее и у них есть множество дополнительных систем, которые отсутствуют у двухтактных.
  9. Срок службы. 4-тактные служат гораздо дольше.

Это основные их отличия, но если вы покопаетесь в теме и хорошенько в ней разберетесь, то непременно найдете еще целую кучу отличий.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

В числе несомненных достоинств ДВС, благодаря чему и обеспечено их столь широкое использование, находятся:

  • Возможность автономного функционирования;
  • Универсальность, позволяющая сочетать их с разными потребителями;
  • Доступная цена;
  • Небольшие габариты;
  • Малый вес;
  • Быстрый запуск;
  • Применение нескольких разновидностей топлива.

Однако же, есть и некоторые отрицательные характеристики:

  • Высокая степень шумообразования;
  • Загрязнение окружающей среды отработанными токсичными газами;
  • 40%-й КПД;
  • Малый ресурс.

Та или иная разновидность топлива, используемая для работы двигателей, послужила причиной для их разделения на бензиновые и дизельные модели. Достойной альтернативой обеспечивающей работу ДВС, повсеместно применяется газ пропан и метан, метанол, этанол и водород.

Если рассматривать вопрос экологичности, стоит указать на несомненную перспективность водородного двигателя, — от его работы не появляется вредных выбросов.

Устройство двигателя

Двигатель внутреннего сгорания, представляет собой силовой агрегат, который, работает благодаря свойствам тепловой энергии.
Тепловая энергия выделяется в результате процесса горения чего либо. Если сгораемое вещество поместить в ограниченное пространство, в данном случае в цилиндр, и поджечь, то произойдет увеличение давления, а давление это энергия, чтобы не терять эту энергию… — был изобретен двигатель внутреннего сгорания, где вся энергия направляется в нужном направлении.

Двигатель внутреннего сгорания был изобретен еще в 17-м веке и принцип его работы почти нисколько не изменился до нашего времени.

КАК РАБОТАЕТ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

В данном разделе рассматривается принцип работы двигателя внутреннего сгорания на примере одноцилиндрового бензинового мотора.
Главная часть двигателя внутреннего сгорания — это цилиндр с внутренней зеркальной поверхностью. Сверху на цилиндре установлена головка, которая является отдельной деталью и при необходимости снимается, например чтобы получить доступ к двигателю для проведения ремонтных работ (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Двигатель со снятой головкой блока цилиндров.

Внутри цилиндра находится поршень. Внешне он напоминает обычный стакан, который перевернут вверх дном (именно дно поршня является его рабочей поверхностью). В процессе работы двигателя поршень внутри цилиндра перемещается вертикально вверх- вниз с высокой интенсивностью.

Снаружи по окружности поршня в отдельных канавках расположены поршневые кольца. Поршень прилегает к внутренней поверхности цилиндра неплотно. Поршневые кольца, во-первых, препятствуют попаданию вниз газа, образующегося при работе двигателя, во- вторых, не пропускают моторное масло в камеру сгорания, которая находится над поршнем и расположена над верхней мертвой точкой (о том, что это такое, рассказывается далее).

Поршень закреплен на шатуне с помощью специальной детали, которая называется поршневым пальцем. В свою очередь, шатун закреплен на коленчатом валу двигателя, а точнее — на кривошипе коленчатого вала (рис. 1.3). При сгорании рабочей смеси образующиеся газы оказывают сильное давление на поршень, который начинает двигаться вниз и через шатун передает свою энергию на коленчатый вал, что в результате вынуждает его вращаться.

Рис. 1.3. Поршень с шатуном.

На конце коленчатого вала имеется тяжелый металлический диск с зубьями, который называется маховиком. Основная его задача — обеспечить вращение коленчатого вала по инерции, что необходимо для подготовительных тактов рабочего цикла (о том, что такое «такты» и «рабочий цикл», будет рассказано далее).

Горючая смесь поступает в камеру сгорания через впускной клапан, а после сгорания продукты горения, которые представляют собой выхлопные газы, выходят из камеры сгорания через выпускной клапан. Оба клапана открываются в тот момент, когда их толкает соответствующий кулачок распределительного вала. Как только кулачок отходит назад (это происходит очень быстро, так как распределительный вал вращается с высокой скоростью), клапаны вновь плотно закрываются: их возвращают в исходное положение мощные пружины.

Распределительный вал двигателя приводится в действие коленчатым валом.

Свеча вкручивается непосредственно в головку блока цилиндров: для этого специально предназначено отверстие с резьбой. Свеча является источником искры, которая проскакивает между ее электродами, от нее в камере сгорания воспламеняется рабочая смесь. На каждый цилиндр двигателя приходится одна свеча (следовательно, у четырехцилиндрового двигателя имеется четыре свечи, у восьми-цилиндрового — восемь и т. д.).

При движении вверх-вниз поршень поочередно достигает двух крайних положений — верхнего и нижнего: в них он максимально удален от центральной оси коленчатого вала. Верхнее крайнее положение поршня называется верхней мертвой точкой, а нижнее — нижней мертвой точкой (соответственно ВМТ и НМТ). Расстояние между ВМТ и НМТ называется ходом поршня.

Пространство, которое остается над поршнем при его нахождении в ВМТ, называется камерой сгорания. Именно здесь воспламеняется и сгорает рабочая смесь. При этом возникает своеобразный «мини-взрыв», который сопровождается резким и сильным повышением давления, под воздействием которого поршень начинает двигаться вниз. Как раз в этот момент тепловая энергия превращается в механическую. При вертикальном движении вниз поршень через шатун толкает коленчатый вал, заставляя его вращаться. Образовавшийся крутящий момент передается на ведущие колеса автомобиля, которые и приводят машину в движение.

Объем в промежутке между ВМТ и НМТ называется рабочим объемом цилиндра. Если суммировать объем камеры сгорания (как указывалось, так называется пространство над ВМТ) и рабочий объем цилиндра, получится полный объем цилиндра. Сумма полных объемов всех цилиндров называется рабочим объемом двигателя.

По такому принципу работает двигатель внутреннего сгорания современного автомобиля. Далее рассмотрено, что представляет собой рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания.

Основные составляющие двигателя

Картер, Поршень(4), Шатун(2), Коленвал(1) – все эти элементы связаны между собой:

Картер — удерживающая коробка, которая удерживает все элементы двигателя и включает в себя блок цилиндров.

Цилиндры(3) — это направляющие для поршней. Именно в цилиндрах происходит процесс воспламенения топлива, где вся энергия направляется в сторону поршня, который, в свою очередь, давит на шатун, а шатун начинает вращение коленвала.

В целом, это называется двигатель.

Эксплуатация и причины поломки двигателей

Чаще всего двухтактные моторы встречаются в мототехнике, лодочных двигателях, газонокосилках, цепных пилах и прочих устройствах, где требуется применение легкого и надежного двигателя. Тем не менее, даже такой простой по конструкции движок может выйти из строя из-за нарушения правил эксплуатации.

  • Низкое качество бензина. Плохое топливо часто приводит к появлению детонации. Чаще всего это заметно на невысоких оборотах при подгазовках. Возникающие ударные нагрузки приводят к поломке перегородок поршней, чрезмерным нагрузкам на подшипники коленвала. Детонация может возникать из-за перегрева двигателя, нагара на поршне и бедной смеси.
  • Низкое качество деталей, из которых собран мотор. Особенно это актуально для китайских производителей, часто допускающих брак в производстве комплектующих. Это приводит к раннему выходу из строя поршня, коленчатого вала, цилиндра и прочих деталей, а затем и капитальному ремонту. Обычно помогает оценить состояние поршневой простой замер компрессии.
  • Низкокачественное моторное масло. Топливомасляная смесь для двухтактных двигателей имеет очень важное значение. Именно от его качества будет зависеть как мягко работает мотор, чистота выхлопа, отсутствие перегрева и лишних шумов. Плохое масло приводит к образованию слоя нагара на поршне, в коренных и шатунных подшипниках, к задирам на стенках цилиндра и юбке поршня, проходное сечение глушителя уменьшается из-за нагара. Масла для двухтактных двигателей следует применять синтетические или полусинтетические, использование минералки нежелательно.
  • Перегрев на двухтактном двигателе воздушного охлаждения не редкость. К этому приводит длительная работа с полностью открытым дросселем, или неисправность системы охлаждения. Перегрев может быть кратковременным, когда наблюдается потеря мощности и максимальных оборотов, после снижения нагрузки и охлаждения двигателя все приходит в норму. Клин возникает вследствие очень сильного перегрева, когда тепловой зазор между поршнем и цилиндром уменьшается настолько, что силы трения намертво прихватывают их между собой. После него требуется ремонт ЦПГ.
  • Карбюратор не настроен. Топливная смесь получается слишком бедной или очень богатой. Езда на переобогащенной смеси чревата высоким расходом топлива, потерей мощности и образованию нагара. Бедная смесь может вызывать детонацию и снижение максимальной мощности двигателя.

Чтобы продлить срок службы и отсрочить капремонт, следует провести правильную обкатку двухтактного лодочного или мотоциклетного мотора. Для этого пропорция масла смешиваемого с бензином должна быть немного выше установленной для нормальной эксплуатации. На такой смеси дать двигателю поработать в режиме неполной мощности несколько часов, что эквивалентно 500-1000 км пробега для скутера и мотоцикла.

Все же из-за токсичности выхлопа двухтактные двигатели постепенно вытесняются современными четырехтактными. Они продолжают использоваться только там, где требуется высокая удельная мощность при минимальной массе и простоте конструкции – мототехника, бензопилы и триммеры, модели самолетов и многое другое.

Читать еще:  Что такое полезная механическая мощность асинхронного двигателя

Принцип работы двигателя

А принцип работы этого двигателя, мы рассмотрим на примере велосипеда.

Я думаю, все знают гоночный или туристский велосипед — самый доступный способ для изучения принципа работы двигателя и коробки скоростей.

ВАШИ НОГИ – это «шатуны»(2)(помните? шатун в двигателе), которые давят на педали, а педальный механизм — это и есть коленвал(1). А ваша физическая сила давит на эти шатуны, как поршень(4) в двигателе.

Поршень находится в ограниченном пространстве, которое называется цилиндр(3), туда подается топливо. Это топливо поджигается искрой от свечи зажигания(5) и происходит воспламенение или, точнее, микровзрыв, вследствие чего, вся энергия от микровзрыва передается на поршень. Поршень связан с шатуном и давит на него, а шатун, в свою очередь давит на коленвал.

Коленвал – это своего рода, педальный механизм, а велосипед, у которого две педали, будем считать, имеет двух цилиндровый «биодвигатель». Благодаря действию вашей энергии или, скажем, физической силы, вы начинаете ногами давить на педали, тем самым приводить в действие педальный механизм (коленвал). По мере того, как вы быстро начнете вращать педали, будет увеличиваться скорость велосипеда благодаря оборотам педального механизма – «коленчатого вала» — как будто нажимаем на газ.

⁠Порядок работы цилиндров двигателя

Особенности мотора с двумя тактами

Двухтактный двигатель совершает полный цикл за один оборот коленвала, это позволяет получить большую удельную литровую мощность чем у 4-х тактного движка при тех же оборотах двигателя. Однако, кпд двухтактника будет ниже из-за несовершенства механизма фаз газораспределения, неизбежных потерь топливной смеси в процессе продувки и неполного рабочего хода поршня.

Двухтактный двигатель сильно греется, потому что во время работы высвобождается большая тепловая энергия. Иногда может потребоваться дополнительное охлаждение. В мотоциклах редко используются двухтактные моторы с большим количеством цилиндров, чаще всего применяется одноцилиндровый мотор с воздушным охлаждением.

При работе по двухтактному циклу поршень совершает меньше движений за один такт, а нагрузка вспомогательных газораспределительных, смазочных и охлаждающих систем на коленвал ниже или отсутствует совсем. Поэтому износ поршневой группы у них будет ниже. Если для легкой техники это не является решающим фактором, то тихоходный двухтактный дизельный двигатель может иметь в несколько раз больший ресурс, чем все остальные двс. Поэтому они нашли широкое распространение в тепловозах, генераторах, судовых двигателях.

Двухтактный бензиновый двигатель быстрее набирает обороты максимальной мощности. Этим активно пользуются мотоспортсмены, особенно в кроссовых дисциплинах, когда необходим мгновенный отклик на рукоятку газа. Кроме того, он проще в обслуживании, дешевле и легче четырехтактного.

Расход топлива у двухтактника будет выше на 25-30 %, шумность и вибрации тоже. Двигатель невозможно вписать в жесткие экологические нормы, даже если использовать инжекторные системы впуска и наддув. Большой расход воздуха требует применения специальных воздушных фильтров.

Принцип работы ДВС. Рабочие циклы двигателя внутреннего сгорания.

Рассмотрим принцип устройства и работы двигателя внутреннего сгорания, а также его рабочие циклы.

Рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя

1 2 3 4

Рабочий цикл двигателя — ряд последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу. Автомобильные двигатели работают, по четырехтактному циклу, который совершается за два оборота коленчатого вала или четыре хода поршня. Состоит из: такта впуска, сжатия, расширения (рабочего хода) и выпуска. Если рабочий цикл совершается за два хода поршня, т.е. за один оборот коленчатого вала, то такой двигатель называется двухтактным.
Принцип работы ДВС

Крайние положения поршня, при которых он наиболее удален от оси коленчатого вала или приближен к ней, называются верхней и нижней «мертвыми» точками (ВМТ и НМТ).

  • Впуск. Коленчатый вал двигателя делает первый полуоборот, поршень перемещается от ВМТ к НМТ, впускной клапан открыт, выпускной клапан закрыт. В цилиндре создается разряжение, вследствие чего свежий заряд горючей смеси, состоящий из паров бензина и воздуха, засасывается через впускной газопровод в цилиндр и, смешиваясь с остаточными отработавшими газами, образует рабочую смесь.
  • Сжатие. После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем вращении коленчатого вала (второй полуоборот) поршень перемещается от НМТ к ВМТ при закрытых клапанах. По мере уменьшения объема температура и давление рабочей смеси повышаются.
  • Расширение или рабочий ход. В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется от электрической искры и быстро сгорает, вследствие чего температура и давление образующихся газов резко возрастает, поршень при этом перемещается от ВМТ к НМТ. В процессе такта расширения шарнирно связанный с поршнем шатун совершает сложное движение и через кривошип приводит во вращение коленчатый вал. При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при третьем полуобороте коленчатого вала называют рабочим ходом. В конце рабочего хода поршня, при нахождении его около НМТ открывается выпускной клапан, давление в цилиндре снижается до 0.3 — 0.75 МПа, а температура до 950 — 1200оС.
  • Выпуск. При четвертом полуобороте коленчатого вала поршень перемещается от НМТ к ВМТ. При этом выпускной клапан открыт, и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосферу через выпускной газопровод.

Рабочий цикл четырехтактного дизеля

В отличие от бензинового двигателя, при такте «впуск» в цилиндры дизеля поступает чистый воздух. Во время такта «сжатие» воздух нагревается до 600оС. В конце этого такта в цилиндр впрыскивается определенная порция топлива, которое самовоспламеняется.

  • Впуск. При движении поршня от ВМТ к НМТ вследствие образующегося разряжения из воздушного фильтра в цилиндр через открытый впускной клапан поступает атмосферный воздух. Давление воздуха в цилиндре составляет 0.08 — 0.095 МПа, а температура 40 — 60°С.
  • Сжатие. Поршень движется от НМТ к ВМТ; впускной и выпускной клапаны закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень сжимает поступивший воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива. При ходе поршня к ВМТ цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо, подаваемое топливным насосом.
  • Расширение или рабочий ход. Впрыснутое в конце такта сжатия топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, воспламеняется, и начинается процесс сгорания, характеризующийся быстрым повышением температуры и давления. При этом максимальное давление газов достигает 6 — 9 МПа, а температура 1800 — 2000°С. Под действием давления газов поршень перемещается от ВМТ в НМТ — происходит рабочий ход. Около НМТ давление снижается до 0.3 — 0.5 МПа, а температура до 700 — 900оС.
  • Выпуск. Поршень перемещается от НМТ в ВМТ и через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. Давление газов снижается до 0.11 — 0.12 МПа, а температура до 500-700оС. После окончания такта выпуска при дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цикл повторяется в той же последовательности.

Принцип работы многоцилиндровых двигателей

На автомобилях устанавливают многоцилиндровые двигатели. Чтобы многоцилиндровый двигатель работал равномерно, такты расширения должны следовать через равные углы поворота коленчатого вала (т. е. через равные промежутки времени).
Последовательность чередования одноименных тактов в цилиндрах называют порядком работы двигателя. Порядок работы большинства четырехцилиндровых двигателей 1-3-4-2 или 1-2-4-3. Это означает, что после рабочего хода в первом цилиндре следующий рабочий ход происходит в третьем, затем в четвертом и, наконец, во втором цилиндре. Определенная последовательность соблюдается и в других многоцилиндровых двигателях.


Диаграмма работы двигателя по схеме 1-2-4-3

Многоцилиндровые двигатели бывают рядными и V-образными. В рядных двигателях цилиндры расположены вертикально, а в V-образных — под углом. Последние характеризуются меньшей габаритной длиной по сравнению с первыми. Современные восьмицилиндровые двигатели выполняют двухрядными с V-образным расположением цилиндров.

Что такое нмт в двигателях внутреннего сгорания

Устройство и принцип действия двухтактного двигателя внутреннего сгорания

Cуществует два основных типа двигателей: двухтактные и четырехтактные. 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%.

Читать еще:  Щуп с подогревом масла двигателя своими руками

Итак, рассмотрим конструкцию двухтактного ДВС, показанную на рисунке 1:

Двигатель состоит из картера, в который на подшипниках с двух сторон установлен коленчатый вал и цилиндра. Внутри цилиндра движется поршень — металлический стакан, опоясанный пружинящими кольцами (поршневые кольца), вложенными в канавки на поршне. Поршневые кольца не пропускают газов, образующихся при сгорании топлива, в промежутке между поршнем и стенками цилиндра. Поршень снабжен металлическим стержнем — пальцем, он соединяет поршень с шатуном. Шатун передаёт прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Далее уже, в частности на мотороллере, вращательное движение передается на вариатор, принцип работы которого описан в статье: Устройство и принцип работы вариатора.

Смазка всех трущихся поверхностей и подшипников внутри двухтактных двигателей происходит с помощью топливной смеси, в которое подмешано необходимое количество масла. Из рисунка 1 видно, что топливная смесь (желтый цвет) попадает и в кривошипную камеру двигателя (это та полость, где закреплен и вращается коленчатый вал), и в цилиндр. Смазки там нигде нет, а если бы и была, то смылась топливной смесью. Вот по этой причине масло и добавляют в определенной пропорции к бензину. Тип масла используется специальный, именно для двухтактных двигателей. Оно должно выдерживать высокие температуры и сгорая вместе с топливом оставлять минимум зольных отложений.

Теперь о принципе работы. Весь рабочий цикл в двигателе осуществляется за два такта.


Такт сжатия.

1. Такт сжатия. Поршень перемещается от нижней мертвой точки поршня (в этом положении поршень находится на рис. 2, далее это положение называем сокращенно НМТ) к верхней мертвой точке поршня (положение поршня на рис.3, далее ВМТ), перекрывая сначала продувочное 2, а затем выпускное 3 окна. После закрытия поршнем выпускного окна в цилиндре начинается сжатие ранее поступившей в него горючей смеси. Одновременно в кривошипной камере 1 вследствие ее герметичности и после того как поршень перекрывает продувочные окна 2, под поршнем создается разряжение, под действием которого из карбюратора через впускное окно и открывающийся клапан поступает горючая смесь в кривошипную камеру.

2. Такт рабочего хода. При положении поршня около ВМТ сжатая рабочая смесь (1 на рис. 3) воспламеняется электрической искрой от свечи, в результате чего температура и давление газов резко возрастают. Под действием теплового расширения газов поршень перемещается к НМТ, при этом расширяющиеся газы совершают полезную работу. Одновременно, опускаясь вниз, поршень создает высокое давление в кривошипной камере (сжимая топливо-воздушную смесь в ней). Под действием давления клапан закрывается, не давая таким образом горючей смеси снова попасть во впускной коллектор и затем в карбюратор.

Когда поршень дойдет до выпускного окна (1 на рис. 4), оно открывается и начнется выпуск отработавших газов в атмосферу, давление в цилиндре понижается. При дальнейшем перемещении поршень открывает продувочное окно (1 на рис. 5) и сжатая в кривошипной камере горючая смесь поступает по каналу (2 на рис. 5), заполняя цилиндр и осуществляя продувку его от остатков отработавших газов.

Далее цикл повторяется.

Стоит упомянуть о принципе зажигания. Так как топливной смеси нужно время для воспламенения, искра на свече появляется чуть раньше, чем поршень достигает ВМТ. В идеале, чем быстрей движения поршня, тем раньше должно быть зажигание, потому-что поршень от момента искры быстрее доходит до ВМТ. Существуют механические и электронные устройства, меняющие угол зажигания в зависимости от оборотов двигателя. Практически у мотороллеров до 2000 г.в. таких систем не было и угол опережения зажигания был установлен в расчете на оптимальные обороты. На некоторых же скутерах, например Honda Dio ZX AF35, установлен электронный коммутатор с динамическим опережением. С ним двигатель развивает больше мощности.

Наглядно просмотреть работу двухтактного ДВС можно на этом флеш-ролике:

Работа двигателя внутреннего сгорания на мотоцикле

Get Flash to see this player.

Все знают что такое двигатель внутреннего сгорания это такой двигатель в котором химическая энергия топлива, котор ое сгорает в рабочей зоне, преобразуется в механическую работу.
Все знают, но немногие видели как он работает.
Неизвестные герои умудрились заснять на видео процессы происходящие в камере сгорания .

Двигатели в кроссовых мотоциклах классифицируются по:

* По способу осуществления рабочего цикла — четырехтактные и двухтактные. Двухтактные двигатели обладают большей мощностью на единицу объёма, однако меньшим КПД. Поэтому двухтактные двигатели применяются там, где очень важны небольшие размеры, но относительно неважна топливная экономичность, например, на мотоциклах, небольших моторных лодках, бензопилах и моторизованых инструментах. Четырёхтактные же двигатели устанавливаются на абсолютное большинство остальных транспортных средств, в том числе и на мотоциклы;

* По способу охлаждения — на двигатели с жидкостным или воздушным охлаждением;

* По объему.

Рабочий цикл четырёхтактного двигателя

Как следует из названия, рабочий цикл четырёхтактного двигателя состоит из четырёх основных этапов — тактов.

1. Впуск. В течение этого такта поршень опускается из верхней мёртвой точки (ВМТ) в нижнюю мёртвую точку (НМТ). При этом кулачки распредвала открывают впускной клапан, и через этот клапан в цилиндр засасывается свежая топливно-воздушная смесь.

2. Сжатие. Поршень идёт из НМТ в ВМТ, сжимая рабочую смесь. При этом значительно возрастает температура смеси. Отношение рабочего объёма цилиндра в НМТ и объёма камеры сгорания в ВМТ называется степенью сжатия. Степень сжатия — очень важный параметр, обычно, чем она больше, тем больше топливная экономичность двигателя. Однако, для двигателя с большей степенью сжатия требуется топливо с большим октановым числом, которое дороже.

Опережение зажигания необходимо для того, чтобы сгорание топлива успело полностью закончится к моменту достижения поршнем НМТ, то есть для наиболее эффективной работы двигателя. Сгорание топлива занимает практически фиксированное время, поэтому для повышения эффективности двигателя нужно увеличивать угол опережения зажигания при повышении оборотов. В старых двигателях эта регулировка производилась механическим устройством (центробежным и вакуумным регулятором воздействующим на прерыватель). В более современных двигателях для регулировки угла опережения зажигания используют электронику.

4. Выпуск. После НМТ рабочего цикла открывается выпускной клапан, и движущийся вверх поршень вытесняет отработанные газы из цилиндра двигателя. При достижении поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается и цикл начинается сначала.

Рабочий цикл двухтактного двигателя


В двухтактном двигателе рабочий цикл полностью происходит в течение одного оборота коленчатого вала. При этом от цикла четырёхтактного двигателя остаётся только сжатие и расширение. Впуск и выпуск заменяются продувкой цилиндра вблизи НМТ поршня, при которой свежая рабочая смесь вытесняет отработанные газы из цилиндра.

Более подробно о рабочем цикле двухтактного двигателя: когда поршень идёт вверх, происходит сжатие рабочей смеси в цилиндре. Одновременно, движущийся вверх поршень создаёт разрежение в кривошипной камере. Под действием этого разрежения открывается клапан впускного коллектора и свежая порция топливовоздушной смеси (как правило, с добавкой масла) засасывается в кривошипную камеру. При движении поршня вниз давление в кривошипной камере повышается и клапан закрывается. Поджиг, сгорание и расширение рабочей смеси происходят так же, как и в четырёхтактном двигателе. Однако, при движении поршня вниз, примерно за 60° до НМТ открывается выпускное окно (в смысле, поршень перестаёт перекрывать выпускное окно). Выхлопные газы (имеющие ещё большое давление) устремляются через это окно в выпускной коллектор. Через некоторое время поршень открывает также впускное окно, расположенное со стороны впускного коллектора. Свежая смесь, выталкиваемая из кривошипной камеры идущим вниз поршнем, попадает в рабочий объём цилиндра и окончательно вытесняет из него отработанные газы. При этом часть рабочей смеси может выбрасываться в выпускной коллектор. При движении поршня вверх часть свежей смеси вытолкнутой из выпускного коллектора засасывается назад в кривошипную камеру.

Стоит заметить, что двухтактный двигатель при том же объёме цилиндра, должен иметь почти в два раза большую мощность. Однако полностью это преимущество не реализуется, из-за недостаточной эффективности продувки по сравнению с нормальным впуском и выпуском. Мощность двухтактного двигателя того же литража, что и четырёхтактный больше в 1,5 — 1,8 раза.

Важное преимущество двухтактных двигателей — отсутствие громоздкой системы клапанов и распределительного вала.

Преимущества и недостатки 4-тактных и 2-тактных двигателей

Преимущества четырёхтактных двигателей
* Больший ресурс.
* Большая экономичность.
* Более чистый выхлоп.
* Не требуется сложная выхлопная система.
* Меньший шум. * Не нужно предварительно смешивать масло с бензином

Преимущества двухтактных двигателей
* Отсутствие громоздких систем смазки и газораспределения у бензиновых вариантов.
* Большая мощность в пересчёте на 1 литр рабочего объёма.
* Проще и дешевле в изготовлении.

Топливная смесь для двухтактных двигателей

Для кроссовых мотоциклов производится специальное моторное масло, обычно имеющее маркировку Off road. Рекомендуется ипользовать дорогое, хорошее масло, т.к. это значительно увеличивает срок службы поршневой группы. Например, Motul 800 Off-road .

Пропорции смеси могут варьироваться от модели к модели, но для наших условий самое популярное отнощение 1:33 или 1:40. (Это значит, что на 5л бензина с высоким октановым числом (Аи98 или Аи95) требуется 120-150мл масла).

Смешивание лучше проводить предварительно, в чистой канистре, встряхивая ее до образования равномерной смеси. Большинство двухтактных масел имеют в своем составе специальный краситель, окрашивющий топливную смесь. Топливная смесь может считаться приготовленой, когда имеет ровный цвет красителя (указано на банке с маслом). Например, для масла Motul 800 — это красный цвет, для масел IPONE 2Т — оранжевый.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector