Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя: Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя — Студопедия

Содержание

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя — Студопедия

Студопедия Категории Авто Автоматизация Архитектура Астрономия Аудит Биология Бухгалтерия Военное дело Генетика География Геология Государство Дом Журналистика и СМИ Изобретательство Иностранные языки Информатика Искусство История Компьютеры Кулинария Культура Лексикология Литература Логика Маркетинг Математика Машиностроение Медицина Менеджмент Металлы и Сварка Механика Музыка Население Образование Охрана безопасности жизни Охрана Труда Педагогика Политика Право Программирование Производство Промышленность Психология Радио Регилия Связь Социология Спорт Стандартизация Строительство Технологии Торговля Туризм Физика Физиология Философия Финансы Химия Хозяйство Черчение Экология Эконометрика Экономика Электроника Юриспунденкция Предметы Авиадвигателестроения Административное право Административное право Беларусии Алгебра Архитектура Безопасность жизнедеятельности Введение в профессию «психолог» Введение в экономику культуры Высшая математика Геология Геоморфология Гидрология и гидрометрии Гидросистемы и гидромашины История Украины Культурология Культурология Логика Маркетинг Машиностроение Медицинская психология Менеджмент Металлы и сварка Методы и средства измерений
электрических величин Мировая экономика Начертательная геометрия Основы экономической теории Охрана труда Пожарная тактика Процессы и структуры мышления Профессиональная психология Психология Психология менеджмента Современные фундаментальные и
прикладные исследования
в приборостроении Социальная психология Социально-философская проблематика Социология Статистика Теоретические основы информатики Теория автоматического регулирования Теория вероятности Транспортное право Туроператор Уголовное право Уголовный процесс Управление современным производством Физика Физические явления Философия Холодильные установки Экология Экономика История экономики Основы экономики Экономика предприятия Экономическая история Экономическая теория Экономический анализ

Карбюраторный двигатель: устройство, принцип работы, характеристики

Карбюраторный двигатель — это отдельный вид двигателя внутреннего сгорания (ДВС)

с наружным формированием смеси. В карбюраторном двигателе внутреннего сгорания горючая смесь по коллектору проходит в цилиндры двигателя и вырабатывается в карбюраторе.

Карбюратор — конструкция в системе питания двигателей внутреннего сгорания, которая служит для перемешивания бензина с воздухом, образовывает горючую смесь и корректирует ее потребление. На сегодняшний день карбюраторные системы заменяются инжекторными.

Смесь представляет собой пары бензина смешанные с воздухом. Когда она проходит в цилиндры двигателя происходит перемешивание с отработанными газами и образование рабочей смеси, которая в конкретный момент поджигается системой зажигания. Поджигание смеси производится благодаря тому, что бензин поступает в газообразном виде и имеется достаточное количество воздуха для горения.

Карбюраторные двигатели подразделяются на четырехтактные и двухтактные. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя складывается из четырех тактов, они состоят из четырех полуоборотов коленчатого вала; двухтактные же состоят из двух полуоборотов коленчатого вала.

Двухтактные двигатели наиболее легкие и получили свое применение в мотоциклах, мотокультиваторах, бензопилах и в других аппаратах.

Двигатели этого типа делятся на два подтипа:

  • Атмосферные, где рабочая смесь проходит благодаря разреживанию в цилиндре при вбирающем движении поршня;
  • Двигатели с наддувом. В них запуск горючей смеси в цилиндр осуществляется под воздействием давления, которое производится компрессором для расширения мощности двигателя. В различные времена использовались спирт, газ, керосин, бензин, но наиболее используемыми остались бензиновые и газовые двигатели.

Устройство карбюраторного двигателя

Общее устройство наиболее простого карбюратора заключает в себе поплавковую камеру с поплавком, жиклёр с распылителем, диффузор и дроссельную заслонку.

Если рассмотреть строение двигателя Л-12/4, то в блоке имеется четыре цилиндра. Вращение коленвала происходит на трех подшипниках. Центральный подшипник прикреплен к валу втулкой.

На передней части вала прикрепляется маховик, который приводит в действие детали механизма и скапливает кинетическую энергию, она нужна для движения коленвала в период подготовительных тактов.

Устройство и работа двухтактного и четырехтактного дизеля

Схема рабочего процесса четырехтактного дизеля

При движении поршня вниз над ним создастся разряжение, благодаря которому воздух через открывающийся впускной клапан заполняет цилиндр. Происходит процесс впуска. Воздух в процессе впуска нагревается до 50—90° от соприкосновения с горячими деталями и от перемешивания с газами, оставшимися в цилиндре от предыдущего цикла.

При движении поршня вверх закрывается впускной клапан и воздух сжимается в цилиндре в 15—17 раз. Происходит процесс сжатия. Давление воздуха повышается до 30—35 кг/см2, а температура — до 600—650°. При положении кривошипа коленчатого вала за 5—15° до верхней мертвой точки (ВМТ) из форсунки начинает впрыскиваться в цилиндр мелко распыленное топливо. От соприкосновения с горячим воздухом частицы топлива нагреваются до температуры самовоспламенения, и к моменту прихода поршня в ВМТ начинается процесс сгорания. Вспышка частиц топлива происходит так быстро, что поршень за это время практически не успевает переместиться вниз, объем газов над поршнем при этом не изменяется, зато давление возрастает до 50—80 кг/см

2.

Часть топлива, впрыскиваемая форсункой после ВМТ, сгорает при движении поршня вниз. Объем газов над поршнем при этом увеличивается, а давление остается постоянным до конца сгорания. Сгорание заканчивается, когда кривошип коленчатого вала повернется на 20—25° от ВМТ. Температура газов в конце сгорания достигает 1600—1800°.

Под давлением газов во время процесса сгорания, а также после его окончания осуществляется движение поршня вниз — рабочий ход. После того как сгорание топлива закончилось, давление и температура газов начинают быстро снижаться вследствие увеличения объема и отдачи тепла стенкам цилиндра.

За 40—60° до нижней мертвой точки (НМТ) открывается выпускной клапан. В это время давление газов в цилиндре (2—4 кг/см

2) еще значительно выше, чем давление окружающего воздуха. Это обеспечивает быстрый выход отработавших газов, а следовательно, предварительную очистку цилиндра.
Начинается процесс выпуска. Остатки отработавших газов вытесняются движущимся вверх поршнем. Приходом поршня в ВМТ завершается полный рабочий процесс, или цикл, в цилиндре двигателя.

ПРОЦЕССЫ ВПУСКА И СЖАТИЯ ВОЗДУХА

Чтобы двигатель был более мощным и экономичным, необходимо во время впуска обеспечить максимальное наполнение цилиндров воздухом. Воздух при впуске нагревается, отчего значительно уменьшается его плотность. На пути в цилиндр он встречает большие сопротивления в виде трения о стенки каналов, о набивку воздухоочистителя. Это тормозит заполнение цилиндра. В результате в рабочий объем цилиндра попадает только 75—90% воздуха от того количества, которое могло бы вместиться при нормальной плотности и отсутствии сопротивлений.

Степень наполнения цилиндров зависит от устройства двигателя. Хорошему наполнению способствуют: малая длина и большой диаметр впускных и выпускных труб, простота и плавность их формы, большие размеры и большая высота подъема клапанов, обтекаемая форма их тарелки.

Значительно улучшается наполнение тех двигателей, у которых поршни, головка цилиндров, клапаны изготовлены из более теплопроводных материалов, правильно выбраны моменты открытия и закрытия клапанов и воздухоочиститель устроен проще.

Если при работе двигателя но каким-либо причинам увеличится сопротивление проходу воздуха или повысится его температура, то соответственно ухудшится наполнение. Это случается при загрязнении воздухоочистителя или при заправке его слитком вязким маслом, при образовании нагара во впускной и выпускной трубах или когда двигатель перегрет.

Ухудшить наполнение цилиндров может также изменение зазора между стержнем клапана и коромыслом или износ поршневых колец и клапанов. Чтобы обеспечить хорошее наполнение, необходимо своевременно проводить уход за воздухоочистителем, впускными и выпускными трубами, регулировать и притирать клапаны, своевременно заменять поршневые кольца, не допускать перегрева двигателя.

Сжатие воздуха в цилиндре осуществляется для улучшения условий сгорания топлива. Число, показывающее во сколько раз уменьшается объем воздуха в цилиндре при перемещении поршня от НМТ до ВМТ, называется степенью сжатия. С повышением степени сжатия увеличивается температура и давление воздуха, сгорание происходит быстрее и полнее, отчего мощность и экономичность двигателя повышаются.

У двигателей с высокими степенями сжатия объем камеры сгорания обычно небольшой и потерн тепла через стенки камеры в охлаждающую воду значительно меньше, чем при большом объеме камеры. Это также способствует повышению их экономичности.

Дизельные двигатели отечественных тракторов имеют высокие степени сжатия (15—17). Этим и объясняется их более высекая экономичность по сравнению с карбюраторными двигателями, у которых степень сжатия составляет 4—6. Если удельный расход топлива (расход на 1 л. с. в час) у карбюраторного двигателя трактора У-2 составляет 320 г/л.с.ч., то тракторные дизели новых моделей имеют удельный расход топлива до 200 г/л. с.ч.

Однако сжимать воздух больше чем в 19—20 раз нецелесообразно, так как при этом возрастают силы, действующие на детали двигателя, возникает необходимость изготовлять детали из особо прочных материалов и увеличивать их размеры, а все это делает двигатель более металлоемким и дорогим.

ПРОЦЕСС СГОРАНИЯ

Сгорание топлива и преобразование выделившейся тепловой энергии в механическую являются основной частью рабочего процесса двигателя, от которой в значительной степени зависят показатели его работы. Чтобы добиться наибольшей мощности и экономичности двигателя, необходимо обеспечить полное, достаточно быстрое и своевременное сгорание топлива.

Протекание процесса сгорания зависит главным образом от того, как подготовлена горючая смесь. Подготовка горючей смеси, или смесеобразование, у дизельных двигателей происходит внутри цилиндра. Смесеобразование заключается в механическом распыливании струи топлива на капельки диаметром от 0,005 до 0,1 мм и в распределении этих капелек в массе сжатого воздуха.

Сгорание может произойти полно и достаточно быстро только в том случае, если горючая смесь имеет нужный состав и частицы топлива достаточно мелко распылены и равномерно перемешаны с воздухом. Состав смеси характеризуется соотношением в ней топлива и воздуха. Для полного сгорания 1 кг дизельного топлива требуется по расчету около 15 кг воздуха.

Условия смесеобразования в дизельных двигателях чрезвычайно сложны, так как этот процесс протекает очень короткое время — 0,003—0,005 секунды (25-30° поворота коленчатого вала). За это время трудно распределить топливо в сжатом воздухе, поэтому состав смеси в разных частях камеры сгорания получается неодинаковый. В продолжение процесса сгорания состав смеси непрерывно изменяется, так как почти до конца сгорания продолжается впрыск топлива. Чем ближе к концу впрыска, тем меньше остается в камере неиспользованного воздуха, и часть топлива может не сгореть, если в камере сгорания не будет некоторого избытка воздуха. Поэтому горючая смесь у дизельных двигателей должна содержать воздуха на 20—50% больше, чем нужно по расчету для полного сгорания топлива (бедная смесь).

Необходимость сжигать в цилиндре дизельного двигателя бедную смесь приводит к тому, что объем цилиндра используется неполностью: с нагретым воздухом из цилиндра выбрасывается большое количество тепла, снижается мощность, приходящаяся на 1 л рабочего объема, увеличивается вес двигателя. Это несколько снижает те преимущества, которые дизельные двигатели имеют перед карбюраторными.

От начала впрыска топлива до начала самовоспламенения проходит некоторый промежуток времени (0,001—0,002 секунды), который называется периодом задержки воспламенения. Если задержка воспламенения является продолжительной, то в камере сгорания скапливается много топлива, что вызывает резкое нарастание давления при вспышке. Детали кривошипно-шатунного механизма подвергаются при этом ударной нагрузке, и двигатель стучит. Такая работа называется жесткой.

Однако задержка воспламенения не должна быть слишком короткой, так как при этом необходимо будет начинать впрыск топлива при положении поршни, более близком к ВМТ. В результате большое количество топлива будет сгорать после ВМТ при возрастающем объеме, а это увеличит потери тепла через стенки камеры в охлаждающую воду, и экономичность двигателя снизится.

Для каждого двигателя в соответствии с условиями смесеобразования находят оптимальный период задержки, обеспечивающий сравнительно мягкую работу при достаточно высокой экономичности.

Продолжительность периода задержки воспламенения зависит от нескольких факторов. От степени сжатия двигателя. Чем выше степень сжатия, тем выше температура сжатого воздуха и меньше время прогрева топлива.
От формы камеры сгорания. Чем лучше она обеспечивает завихрение смеси и перемешивание топлива с воздухом, тем скорее завершается прогрев.

От числа оборотов коленчатого вала. Увеличение числа оборотов до определенных пределов способствует сокращению задержки воспламенения, так как улучшаются условия смесеобразования: повышается температура сжатого воздуха, усиливается его завихрение. Однако по мере возрастания оборотов сокращается продолжительность впрыска, вследствие чего в камеру одновременно попадает много холодных частиц топлива, что замедляет их прогрев. У быстроходных дизелей период задержки воспламенения по времени приближается к периоду впрыска, и топливо сгорает почти одновременно с резким нарастанием давления. Это является одной из причин, ограничивающих увеличение числа оборотов у дизельных двигателей.

Продолжительность периода задержки зависит также и от эксплуатационных условий.
Топливо будет дольше прогреваться, если оно плохо распылено, если форсунка раньше времени впрыскивает топливо и оно попадает в недостаточно прогретый воздух, если топливо имеет высокую температуру самовоспламенения, если двигатель работают с малой нагрузкой, на холостом ходу и недостаточно прогрет.
На характер протекания процесса сгорания в значительной степени влияет момент впрыска топлива в цилиндр. Положение коленчатого вала, при котором должен начинаться впрыск, характеризуется величиной угла опережения впрыска. Последний зависит от степени сжатии двигателя, сорта применяемого топлива, формы камеры сгорания и некоторых других факторов. Дли каждого тина двигателя наивыгоднейший угол опережения впрыска находится при испытании в лабораторных условиях.

При раннем впрыске, когда угол опережения больше наивыгоднейшего, работа становится жесткой. Кроме того, топливо может воспламениться преждевременно, и в этом случае сила давления газов будет действовать некоторое время навстречу движущемуся поршню, мощность двигателя снизится. Частицы топлива, не успевая загореться в непрогретом воздухе, будут ударяться о стенки камеры, образуя жидкостную пленку, которая полностью не сгорит. Вследствие этого выхлоп получится дымный.

При позднем впрыске, когда угол опережения меньше наивыгоднейшего, горение будет протекать при значительно увеличивающемся объеме, снизится давление газов, увеличится теплоотдача стенкам цилиндра, а следовательно, снизятся мощность и экономичность двигателя. Чтобы обеспечить нормальное протекание процессов смесеобразования и сгорания топлива в дизельном двигателе, необходимо: периодически проверять и регулировать форсунки и топливный насос, более полно загружать двигатель, избегая работы на холостом ходу, и применять только тот сорт топлива, который предусмотрен для данного двигателя.

РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС ДВУХТАКТНОГО КАРБЮРАТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ

В двухтактных двигателях в отличие от четырехтактных весь рабочий процесс совершается за два хода поршня, или за два такта. Схема устройства и работы двухтактного карбюраторного двигателя изображена на рисунке.

Основные части двигателя: цилиндр 5, кривошипная камера 4, кривошипно-шатунный механизм 6, системы питания и зажигания. В цилиндре двигателя имеются три окна, которые предназначены для той же цели, что и клапанные отверстия в четырехтактном двигателе. Через нижнее впускное окно 1 горючая смесь поступает в кривошипную камеру, через среднее продувочное окно 2 она попадает в цилиндр, верхнее выпускное окно 3 служит для выпуска отработавших газов. Роль впускного и выпускного клапанов играет поршень.

При движении поршня вверх (рис. а) в герметически закрытой кривошипной камере создается разряжение. Горючая смесь, приготовленная в карбюраторе, через впускное окно 1 поступает в кривошипную камеру. Одновременно в цилиндре сжимается ранее поступившая смесь. Степень сжатия составляет 5—6.

В конце сжатия топливо воспламеняется электрической искрой, и до прихода поршня в ВМТ происходит скрытое сгорание, т. е. такое, при котором давление возрастает незначительно. К моменту прихода поршня в ВМТ сгорание становится интенсивным, вследствие чего давление возрастает до 18-20 кг/см2.

Под давлением газов поршень движется вниз, совершая рабочий ход (рис. б). В конце рабочего хода открывается выпускное окно 3, отработавшие газы начинают выходить из цилиндра в окружающую атмосферу. Вслед за выпускным окном открывается продувочное 2, через него поршень нагнетает из кривошипной камеры в цилиндр свежую горючую смесь, вытесняя из него отработавшие газы. Происходит продувка и однов

Как работает 4-тактный двигатель

Для питания вашего оборудования двигатель с верхним расположением клапана выполняет повторяющийся четырехэтапный процесс, описанный ниже.

Элемент, обеспечивающий работу двигателей внутреннего сгорания

  • Воздух
  • Топливо
  • Сжатие
  • Искра

Шаг 1: Ход всасывания

Воздух и топливо попадают в небольшой двигатель через карбюратор. Работа карбюратора состоит в том, чтобы подавать смесь воздуха и топлива, которая обеспечивает правильное сгорание.Во время такта впуска открывается впускной клапан между карбюратором и камерой сгорания. Это позволяет атмосферному давлению нагнетать топливовоздушную смесь в канал цилиндра, когда поршень движется вниз.

>> Проблемы с производительностью? Узнайте, как устранить неполадки при ремонте карбюратора и очистить / обслужить карбюраторы двигателя малого объема.

Шаг 2: Ход сжатия

Сразу после того, как поршень переместится в нижнюю точку своего хода (нижняя мертвая точка), в отверстии цилиндра находится максимально возможная воздушно-топливная смесь.Впускной клапан закрывается, и поршень возвращается обратно в отверстие цилиндра. Это называется тактом сжатия процесса 4-тактного двигателя. Топливно-воздушная смесь сжимается между поршнем и головкой блока цилиндров.

Шаг 3: Рабочий ход

Когда поршень достигает максимума своего хода (верхней мертвой точки), он будет в оптимальной точке для воспламенения топлива и получения максимальной мощности для вашего внешнего силового оборудования. В катушке зажигания создается очень высокое напряжение.Свеча зажигания обеспечивает сброс этого высокого напряжения в камеру сгорания. Тепло, создаваемое искрой, воспламеняет газы, создавая быстро расширяющиеся перегретые газы, которые заставляют поршень опускаться обратно в отверстие цилиндра. Это называется рабочий ход .

Шаг 4: ход выпуска

Когда поршень снова достигает нижней мертвой точки, выпускной клапан открывается. По мере того, как поршень движется обратно по каналу цилиндра, он выталкивает отработавшие газы сгорания через выпускной клапан и из систем выпуска.Когда поршень возвращается в верхнюю мертвую точку, выпускной клапан закрывается, а впускной клапан открывается, и процесс 4-тактного двигателя повторяется.

Когда-либо повторение цикла требует двух полных оборотов коленчатого вала, в то время как двигатель создает мощность только во время одного из четырех тактов. Чтобы машина продолжала работать, ей нужен маховик небольшого двигателя. Рабочий ход создает импульс, который толкает маховик за счет инерции, удерживая его и коленчатый вал во время тактов выпуска, впуска и сжатия.

Поршневые двигатели - PetroWiki

Доступность и экономичность источника топлива первичного двигателя и требования к мощности часто диктуют необходимость выбора поршневых двигателей внутреннего сгорания для привода оборудования энергетической промышленности.

Типы двигателя внутреннего сгорания

Существует три основных типа сгорания двигателя.

Все три типа сгорания двигателя преобразуют химическую потенциальную энергию топлива в механическую кинетическую энергию.Цикл сгорания и тип топлива, необходимые для выполнения этой задачи, - это то, что отличает три типа двигателей друг от друга.

Двухтактные или двухтактные двигатели завершают свой цикл сгорания за два хода поршня, которые совершаются за один оборот коленчатого вала. Два удара - это ходы мощности и сжатия. Двухтактный двигатель уникален тем, что он не контролирует выпуск выхлопных газов или впуск топливно-воздушной смеси в цилиндр с традиционным расположением клапанов, одним впускным и одним выпускным.

Двухтактный цикл

Как показано на рис. 1 , процесс заполнения цилиндра топливно-воздушной смесью и выпуск сгоревших газов происходит почти одновременно в конце рабочего такта. Когда поршень движется вниз во время рабочего хода, сначала открывается выпускной канал, а затем открывается впускной канал. Эти отверстия позволяют выхлопу выходить под собственным давлением, а затем вытесняться поступающей топливно-воздушной смесью. Поскольку часть воздушно-топливной смеси может быть потеряна в этом процессе, некоторые двухтактные двигатели оснащены системами впрыска топлива, которые повышают их топливную эффективность, близкую к эффективности четырехтактных двигателей.Такт сжатия сжимает топливно-воздушную смесь, которая затем воспламеняется свечой зажигания. Горение топливовоздушной смеси толкает поршень через рабочий ход. Когда рабочий ход достигает своего конца, цикл начинается снова.

  • Рис. 1 - Идеализированная диаграмма P-V для двухтактного двигателя. Цифры обозначают начало различных событий в двухтактном цикле. Например, от 1 до 4 - это ход сжатия, а от 4 до 1 - ход сгорания / расширения.Выхлопной газ отводится между 5 и 6, когда выпускное отверстие открыто, а топливная смесь всасывается между 6 и 1, когда впускное отверстие открыто.

Смазка двухтактного двигателя также уникальна по сравнению с другими двигателями, потому что двигатель не имеет традиционного клапана, отделяющего картер от камеры сгорания. Смазка двигателя осуществляется с помощью вспомогательного лубрикатора, который нагнетает заданное количество масла в критические области.Другой метод, обычно используемый в небольших двухтактных двигателях, заключается в смешивании предписанного количества масла с топливом, чтобы оно смазывало двигатель при прохождении воздушно-топливной смеси через картер.

Большинство двухтактных двигателей относятся к диапазону от медленных до средних оборотов (от 400 до 700 об / мин), главным образом из-за проблем со смазкой и потому, что коленчатый вал поворачивается только один раз за цикл. Некоторые из самых больших двигателей в мире - двухтактные. По мере увеличения размера и мощности двигателя размер и вес внутренних компонентов также увеличиваются, что ограничивает их способность совершать возвратно-поступательное движение.Следовательно, конструкция двухтактного двигателя хорошо подходит для больших двигателей большой мощности с их меньшей скоростью и меньшим количеством ходов. Существуют модели с двухтактным двигателем мощностью более 5000 л.с. (л.с.) с тормозом.

Четырехтактный цикл

Четырехтактный двигатель обычно называют четырехтактным двигателем. Четырехтактные двигатели завершают свой цикл сгорания за четыре такта поршня, которые совершаются за два оборота коленчатого вала, как показано на рис. 2 . Четыре штриха:

  • Всасывание
  • Сжатие
  • Мощность
  • Выхлоп
  • Фиг.2 - Идеальная схема P-V для четырехтактного двигателя. Верхняя мертвая точка (ВМТ) - это положение, в котором поршень находится в верхней части цилиндра (максимальное сжатие). Нижняя мертвая точка (НМТ) - это положение, в котором поршень находится внизу цилиндра (максимальное расширение).

Четырехтактный двигатель управляет выпуском выхлопных газов и впуском свежего заряда или воздушно-топливной смеси, используя традиционное расположение клапанов, одно впускное и одно выпускное.Эти клапаны расположены в головке двигателя или блоке и обычно приводятся в действие с помощью распредвала (ов) и толкателей.

При такте впуска поршень перемещается, чтобы увеличить объем камеры сгорания. Впускной клапан открывается во время такта впуска, и топливно-воздушная смесь всасывается в цилиндр. Такт сжатия сжимает топливно-воздушную смесь, что увеличивает энергетический потенциал смеси. Затем смесь сжатого воздуха и топлива воспламеняется свечой зажигания, и горение смеси воздуха и топлива толкает поршень через рабочий ход.Затем открывается выпускной клапан, и поршень выталкивает выхлопные газы из цилиндра через такт выпуска. Один оборот коленчатого вала завершает такты впуска и сжатия. Второй оборот коленчатого вала завершает такты мощности и выпуска, завершая четырехтактный цикл.

Четырехтактный двигатель смазывается масляной системой под давлением. Обычно масло хранится в масляном поддоне или картере. Масляный насос забирает масло из поддона и направляет масло под давлением через фильтр, а затем на все подшипники двигателя и движущиеся части.Затем масло возвращается в масляный картер. В четырехтактном двигателе топливная система и топливно-воздушная смесь всегда отделены от картера и масла.

Большинство четырехтактных двигателей, используемых в энергетике, относятся к средне- и высокоскоростным (от 900 до 2000 об / мин). Более высокие скорости допускаются с четырехтактными двигателями из-за систем смазки под давлением и меньших поршневых компонентов. Четырехтактная конструкция хорошо подходит для большинства применений с тормозной мощностью менее 20 000 л.с. (л.с.), где важны скорость и топливная эффективность.Более высокие скорости предпочтительны во многих приложениях энергетической промышленности. Для компрессионных приложений более высокие скорости означают большее количество оборотов компрессора и больший объем газа, передаваемого за заданное время. Для приложений по производству электроэнергии более высокие скорости означают более стабильное производство электроэнергии на любой заданной частоте. Обычно четырехтактные двигатели, используемые в энергетической отрасли, имеют мощность около 20 000 л.с. Цифры на рис. 2 обозначают начало каждого из четырех основных событий цикла четырехтактного двигателя.Такт впуска обозначен 1, где объем увеличивается, а давление остается низким. Остальная часть цикла показана как комбинация изменений давления и объема.

Дизельный цикл

Дизельный цикл также завершает свою работу за четыре такта, что делает его четырехтактным двигателем. Однако разница между дизельным и обычным четырехтактным двигателем является причиной воспламенения топливовоздушной смеси. Дизельные двигатели не имеют свечей зажигания, как двух- и четырехтактные двигатели. В дизельном двигателе используется высокая степень сжатия и выделяемое тепло для воспламенения смеси дизель / воздух.Природный газ нельзя использовать в дизельном цикле из-за слишком высокой температуры воспламенения.

При такте впуска поршень перемещается, чтобы увеличить объем камеры сгорания. Впускной клапан открывается во время такта впуска, и в цилиндр втягивается свежий воздух. Такт сжатия сжимает свежий воздух, что увеличивает кинетическую энергию воздуха, что приводит к высокой температуре. Затем клапан впрыска топлива впрыскивает заданное количество дизельного топлива в цилиндр.Впрыскиваемое топливо смешивается с горячим сжатым воздухом в цилиндре. Тепло воспламеняет топливо без искры, и горение смеси толкает поршень через рабочий такт. Затем открывается выпускной клапан, и поршень выталкивает выхлопные газы из цилиндра через такт выпуска. Один оборот коленчатого вала завершает такты впуска и сжатия. Второй оборот коленчатого вала завершает такты мощности и выпуска, завершая четырехтактный дизельный цикл.

Четырехтактные дизельные двигатели могут иметь степень сжатия более 22: 1, что вдвое больше, чем у недизельных двигателей. Воздух в цилиндре подвергается очень высокой степени сжатия. В результате в сжатом объеме воздуха накапливается тепло. Тепло, выделяемое при сжатии воздуха до такой степени, дает достаточно тепла для воспламенения топлива. Температура в баллоне может превышать 1000 ° F.

Преимущество дизельной техники - высокая механическая эффективность. Дизельные двигатели могут иметь КПД> 40%.Такой уровень эффективности обусловлен высокими температурами и уникальным воспламенением дизельно-воздушной смеси. Дизельные двигатели обычно используются в очень больших мощных и малооборотных установках, например, на морских грузовых судах. Дизельные двигатели также обычно используются во всех тех же областях применения, что и четырехтактные недизельные двигатели. Основные отличия заключаются в топливной системе и доступности этого топлива.

Без наддува и с турбонаддувом

Независимо от типа двигателя, выбранного в качестве первичного двигателя, необходимо решить один вопрос, будет ли двигатель безнаддувным или с турбонаддувом. У любого варианта есть свои преимущества и недостатки.

Безнаддувные двигатели дышат непосредственно из окружающей среды, что означает, что воздух поступает в цилиндр под атмосферным давлением. Во время такта впуска открытое пространство в камере сгорания расширяется, что приводит к снижению давления. В двигателе без наддува атмосферное давление заставляет всасываемый воздух естественным образом течь от высокого до низкого давления в камеру сгорания. Поскольку безнаддувный двигатель полагается на атмосферное давление, он более подвержен изменениям высоты.Энергия может быть потеряна на больших высотах из-за менее плотного воздуха и более низкого атмосферного давления.

В двигателе с турбонаддувом всасываемый воздух сжимается турбиной, приводимой в движение выхлопными газами. Двигатель с турбонаддувом дышит сжатым воздухом с более высоким давлением, чем атмосферное. Поскольку всасываемый воздух сжимается, более плотный воздух входит в цилиндр во время такта впуска. Эффект заключается в большей мощности от цилиндра того же размера, потому что требуется больше топлива, чтобы соответствовать дополнительным молекулам воздуха плотного сжатого воздуха. Больше топлива и воздуха в цилиндре означает больше потенциальной энергии для сжатия и сгорания. Двигатели с турбонаддувом имеют больше шансов поддерживать уровень мощности на больших высотах. Эта стабильность возникает из-за того, что двигатель дышит сжатым воздухом, оставляя работу по увеличению высоты турбонагнетателю, а не двигателю.

Однако два преимущества атмосферных двигателей - меньшее количество деталей и меньшая сложность применения. Безнаддувный двигатель не имеет турбонагнетателя и всего сопутствующего оборудования, включая:

  • Интеркулер
  • Вспомогательный водопровод
  • Трубопровод смазочного масла турбокомпрессора
  • Клапаны сбросные
  • Перепускные клапаны

Еще одним преимуществом является возможность сжигать более широкий спектр видов топлива.Поскольку давление срабатывания двигателей без наддува ниже, чем в двигателях с турбонаддувом, двигатели без наддува способны сжигать более богатые виды топлива [то есть те, которые имеют более высокую теплотворную способность (БТЕ / фут3)] и поддерживать уровни мощности. Более низкое давление сгорания также позволяет продлить срок службы двигателя. Более длительный жизненный цикл и менее сложная топливная система иногда делают безнаддувный двигатель предпочтительным для удаленных приложений с минимальным обслуживанием, в которых требуется простота обслуживания.

Выбросы выхлопных газов

Ухудшение атмосферы из-за газообразных загрязнителей - важная экологическая проблема.Все типы двигателей производят выбросы той или иной формы и, возможно, подлежат регулированию выбросов. Местные, государственные и национальные правительства продолжают вводить более строгие требования к выбросам выхлопных газов, чтобы уменьшить ухудшение состояния атмосферы. Два способа уменьшить ухудшение атмосферы:

  • Для ограничения мощности двигателей
  • Требуется низкий уровень выбросов от двигателя. Многие приложения подпадают под правила контроля выбросов.

Шесть основных выбросов загрязняющих веществ подразделяются на шесть различных категорий:

  • NO x (оксиды азота)
  • CO (окись углерода)
  • УВ (углеводороды)
  • SO x (оксиды серы)
  • СНО (альдегиды)
  • PM 10 (твердые частицы 10 мкм и менее)

NO x (оксиды азота)

NOx состоит из молекул оксида азота (NO) и диоксида азота (NO 2 ), образующихся при взаимодействии азота (N 2 ) и кислорода (O 2 ) друг с другом. Эта реакция требует высокой температуры сгорания и наличия N 2 и O 2 в камере сгорания при сжигании топлива. NO 2 вреден для людей и животных, поскольку снижает способность дышать и способность крови переносить O 2 . Когда NO x подвергается воздействию солнечного света, он действует как прекурсор в образовании вредного озона в нижних слоях атмосферы (O 3 ).

CO (окись углерода)

Окись углерода (CO) образуется при неполном сгорании топлива.Неполное сгорание происходит, когда недостаточно O 2 для завершения сгорания молекулы топлива или когда сгорание прекращается вблизи холодной поверхности в камере сгорания. Окись углерода - ядовитый газ, вызывающий тошноту, головную боль и усталость; в достаточно высоких концентрациях CO может даже вызвать смерть. В верхних слоях атмосферы CO реагирует с O 3 с образованием CO 2 . Это снижает O 3 в верхних слоях атмосферы. Озон в верхних слоях атмосферы защищает от попадания вредных солнечных лучей на поверхность Земли.

УВ (углеводороды)

Горючими компонентами любого топлива являются углеводороды (УВ). Небольшая часть углеводородов пройдет через камеру сгорания и сохранит свою первоначальную форму в выхлопе. Неметановые углеводороды (любые углеводороды, кроме метана) могут реагировать с NOx в нижних слоях атмосферы, выступая в качестве предшественника для образования фотохимического смога.

SO x (оксиды серы)

Оксиды серы образуются при окислении серосодержащих соединений в камере сгорания.Эти соединения можно найти в смазочном масле или в топливе двигателя. Оксиды серы попадают в атмосферу и соединяются с водой с образованием серной кислоты. Эти кислоты возвращаются на Землю в виде кислотных дождей.

CHO (альдегиды)

Альдегиды (CHO) образуются при сгорании жидкого топлива и смазочного масла в двигателе. Следовательно, уровни CHO в двигателях, работающих на газе, чрезвычайно низки по сравнению с двигателями, работающими на жидком топливе, такими как дизельные. Альдегиды способствуют фотохимическому смогу и раздражению глаз.

Твердые частицы также образуются при сгорании жидкого топлива и моторных масел. Твердые частицы часто представляют собой черный дым, исходящий от дизельных двигателей. Некоторые регулирующие органы назвали твердые частицы из дизельных двигателей возможным канцерогеном.

Контроль выбросов

Популярным методом снижения и контроля уровней выбросов является использование каталитического нейтрализатора и управления соотношением воздух / топливо. Катализатор - это вещество, которое способствует химической реакции превращения выбросов в безвредные, встречающиеся в природе соединения без химического изменения самих себя.Катализатор работает одним из двух способов:

  1. Окисляется (катализатор окисления)
  2. Он уменьшает (катализатор восстановления) компонент выбросов.

Катализатор снижения может применяться как к двигателю с обогащенным, так и с обедненным режимом горения. Обсуждение двигателей с богатым режимом горения и двигателей с обедненным горением применимо в первую очередь к двигателям, работающим на газе. Двигатели, работающие на жидком топливе, обычно представляют собой двигатели с повышенным сгоранием.

Двигатели с богатым горением

Двигатели с интенсивным сгоранием работают при почти стехиометрическом сгорании в точке, где соотношение воздух / топливо составляет почти 16: 1.Стехиометрическое сгорание происходит при правильном соотношении O 2 и топлива, так что они полностью вступают в реакцию в процессе сгорания, таким образом максимизируя эффективность использования топлива и улавливая большую часть энергии из топлива. Однако работа с почти стехиометрическим сгоранием дает самые высокие уровни выбросов. Сегодня в большинстве двигателей с повышенным сгоранием топлива, поступающих в месторождение, используется та или иная форма дополнительной обработки выхлопных газов катализатора. Эффективность катализатора в двигателе с богатым горением зависит от состава выхлопных газов, попадающих в каталитический нейтрализатор.

Во многих двигателях с обогащенным режимом горения и катализатором используется регулятор соотношения воздух / топливо. Контроллер соотношения воздух / топливо обычно контролирует количество O2 в потоке выхлопных газов, сравнивает его с желаемой уставкой, а затем соответствующим образом изменяет соотношение воздух / топливо. Когда соотношение воздух / топливо в двигателе контролируется и поддерживается на идеальном уровне, химическая реакция, происходящая внутри катализатора, максимизируется. Многие катализаторы могут иметь эффективность восстановления> 90%.

Двигатели, работающие на обедненной смеси

Двигатели, работающие на обедненной смеси, работают при стехиометрическом соотношении воздух / топливо 16: 1.Они могут иметь соотношение воздух / топливо от 24: 1 до 32: 1. Двигатель на обедненной смеси с соотношением воздух / топливо 32: 1 имеет вдвое больше O 2 , чем необходимо для топлива в камере сгорания. Однако наличие избытка O 2 гарантирует, что молекулы топлива будут иметь лучшую возможность реагировать с необходимым O 2 для полного сгорания топлива. Двигатели с обедненным сжиганием постоянно имеют более низкие выбросы NO x и CO, главным образом из-за избытка O 2 в камере сгорания и более низких температур выхлопных газов, которые препятствуют образованию выбросов NO x .Как правило, в двигателях с обедненной смесью не используется доочистка катализатора для выбросов, поскольку уровни выбросов обычно достаточно низки, чтобы соответствовать требованиям. Регулятор соотношения воздух / топливо обычно не используется с двигателем, работающим на обедненной смеси, потому что нет необходимости поддерживать состав выхлопных газов для каталитического нейтрализатора. Однако, если необходимо дальнейшее сокращение выбросов, селективный катализатор можно использовать с двигателем, работающим на обедненной смеси. Обычная селективная каталитическая система впрыскивает аммиачную мочевину (NH 3 ) для реакции с NO x .Аммиак расходуется в реакции, оставляя выбросы N 2 и H 2 O. Эти применения следует рассматривать с осторожностью. Система селективного восстановления катализатора дороже по сравнению с катализатором окисления с обогащенным горением. Система избирательного восстановления катализатора также требует хранения опасного аммиака на месте.

Двигатели с богатым и обедненным горением

Рис. 3 иллюстрирует выбросы NO x и CO в зависимости от отношения избыток воздуха к топливу и отношения избытка воздуха для двигателей, работающих на природном газе.Обратите внимание на влияние, которое соотношение воздух / топливо оказывает на выбросы от двигателей с богатым сжиганием по сравнению с воздействием на двигатели с обедненным горением. Регуляторы соотношения воздух / топливо очень важны в двигателях с богатым сжиганием, в которых необходимо контролировать выбросы.

  • Рис. 3 - Выхлопные газы двигателей, работающих на природном газе. Части на миллион объема (PPMV) - это мера количества выбросов, показывающая, сколько частей из 1 миллиона приходится на конкретный выброс при измерении на основе объема. 15% O 2 - эталонный уровень кислорода, который должен сопровождать отчет о PPMV. Процент кислорода имеет прямое влияние на число PPMV.

Семейства двигателей и взаимозаменяемость

Независимо от типа двигателя или производителя двигателя, семейство и взаимозаменяемость деталей, скорее всего, будут играть роль в конкретной линейке продуктов. Производители двигателей обычно группируют свою продукцию по семействам двигателей, которые обозначаются:

Иногда их разделяют для обслуживания разных рынков или разных диапазонов мощности.В каждом семействе двигателей есть взаимозаменяемость деталей и общность как с производственной, так и с маркетинговой точки зрения. Производители двигателей делают детали общими для одного семейства, чтобы одна и та же деталь могла использоваться в нескольких моделях двигателей. Таким образом, производитель должен иметь инструменты и техническую поддержку только для одной детали, а не для нескольких деталей в одном семействе.

Отделы маркетинга и продаж используют общность и взаимозаменяемость деталей в качестве аргументов. Например, объекты компримирования газа могут иметь более одного двигателя на объекте, а распределительная компания по производству электроэнергии может иметь более одного двигателя в своем арендном парке.Если двигатели принадлежат к одному семейству и имеют общие черты, то многие детали могут совместно использоваться несколькими двигателями, поэтому на сервисном грузовике или на складе запчастей необходимо хранить меньше деталей. Поставка запасных частей на месте также будет меньше, потому что немногочисленные запасные части могут поддерживать все двигатели. Общие детали между двигателями обычно:

  • Поршни
  • Гильзы цилиндров
  • Шатуны
  • Подшипники
  • Компоненты привода клапана

Иногда в пределах одного семейства головки цилиндров могут быть одинаковыми и взаимозаменяемыми.Взаимозаменяемость ГБЦ может быть особенно полезной, если в парке двигателей много двигателей разных размеров, но они принадлежат к одному семейству. Головки могут быть сняты с одного двигателя, который модернизируется, а затем, после обслуживания, надеть на другой двигатель.

Моторное топливо

Моторное топливо может быть в жидком состоянии, например, дизельное топливо, бензин или реактивное топливо. С другой стороны, он может находиться в газообразном состоянии, таком как природный газ, пары пропана и биогаз.

Жидкое топливо позволяет хранить топливо на месте для таких применений, как дорожные, морские или воздушные транспортные средства.Жидкое топливо также можно использовать для приложений, в которых объекты слишком удалены для газовой компании, например, для удаленной выработки электроэнергии. Жидкое топливо обеспечивает удобство встроенного в оборудование хранилища топлива. Арендованный флот может использовать базовые танки под своими юнитами, чтобы облегчить перемещение. Газообразное топливо, такое как природный газ, позволяет удобно подключаться к источникам общего газа для заправки больших стационарных двигателей. В этих приложениях потребность в топливе слишком велика, чтобы его можно было хранить на месте.Газообразное топливо, такое как биогаз, является побочным продуктом процессов разложения мусора или очистки сточных вод. Использование этого побочного продукта в качестве газообразного моторного топлива позволяет улавливать энергию, которая обычно сжигается и расходуется впустую.

Список литературы

Используйте этот раздел для цитирования элементов, на которые есть ссылки в тексте, чтобы показать ваши источники. [Источники должны быть доступны читателю, т. Е. Не внутренний документ компании.]

Интересные статьи в OnePetro

Используйте этот раздел, чтобы перечислить статьи в OnePetro, которые читатель, желающий узнать больше, обязательно должен прочитать

Внешние ссылки

Используйте этот раздел, чтобы предоставить ссылки на соответствующие материалы на других веб-сайтах, кроме PetroWiki и OnePetro.

См. Также

Первичные движители

Двигатели газотурбинные

PEH: Prime_Movers

Как работают двухтактные двигатели?

На самом деле их нет в современных автомобилях, но двухтактные двигатели все еще могут быть актуальны в ситуациях с высокой удельной мощностью

Двухтактные двигатели используются во многих небольших транспортных средствах автомобильного спектра и представляют собой глоток свежего воздуха (не буквально) по сравнению со стандартными четырехтактными силовыми агрегатами, которые сейчас доминируют в автомобилях. Они представляют собой привлекательную перспективу для транспортных средств, которым для работы требуются только самые простые формы инженерии, и поэтому представляют собой жизнеспособный вариант для многих небольших автомобилей, которые имеют тяжелые четырехтактные двигатели и могут быть преобразованы в меньшие двигатели на базе велосипеда.

Как они работают?

Термин «ход» относится к максимальному вертикальному перемещению поршня в цилиндре, при этом один ход представляет собой полное опускание поршня в нижнюю мертвую точку (НМТ), а другой - его движение полностью вверх до верхней мертвой точки. (ВМТ).Это движение вызывается вращением коленчатого вала, с которым поршни соединены шатунами. Наличие одного из этих прозрачных механо-двигателей в детстве всегда помогало понять, что именно происходит!

Прокомментируйте ниже, если у вас был один из этих плохих парней

У каждого двигателя есть цикл, который определяется как комбинация всасывания, сжатия, удара и удара, в результате чего поршни завершают такты впуска, сжатия, детонации и выпуска. Так что в чем-то вроде Mazda MX-5 с четырьмя цилиндрами цикл двигателя определяется как четырехтактный просто потому, что для завершения цикла двигателя требуется четыре полных движения поршня.

Следовательно, двухтактный двигатель - это ориентация двигателя, которая способна выполнять полный цикл двигателя с двумя полными движениями поршня, от ВМТ до НМТ и обратно. Все просто, правда?

Не совсем

Набор двухтактных головок цилиндров

Чтобы выполнить цикл двигателя за половину числа тактов по сравнению с обычным четырехтактным двигателем, необходимо изменить ориентацию цилиндра.В обычном четырехтактном цилиндре есть впускной и выпускной клапаны, которые открываются и закрываются при вращении распределительного вала.

В двухтактной установке отверстия врезаны в сам цилиндр и открываются или закрываются вертикальным движением поршня. Их всего два - впускной и выпускной - вместе со свечой зажигания, расположенной в головке блока цилиндров.

Топливно-воздушная смесь, которая используется для сгорания, перемещается по двигателю и также попадает в картер, что герметично в четырехтактном двигателе.

Циклы

1 МБ

Ход первый: поршень находится в ВМТ, а свеча зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь, направляя поршень вниз в сторону НМТ. Когда он движется вниз, он открывает выхлопное отверстие, которое позволяет нежелательным газам, образующимся при сгорании, всасываться через выхлопную систему. Когда поршень достигает НМТ, он создает давление в воздушно-топливной смеси под ним, которая всасывалась через впускное отверстие во время второго хода предыдущего цикла.

Ход второй: сжатый воздух затем выталкивает поршень вверх, открывая впускное отверстие, через которое воздушно-топливная смесь переносится из картера в цилиндр.Затем поршень поднимается до точки, в которой он перекрывает впускное и выпускное отверстия, сжимая топливно-воздушную смесь до ВМТ, где свеча зажигания готова и ждет.

При этом свежая смесь воздуха и топлива всасывается в картер, так как движение поршня вверх создает вакуум под ним. И тогда цикл начинается снова!

Какие плюсы и минусы?

Двухтактный SAAB Sonnet II

Двухтактные двигатели - это удивительно простые маленькие приспособления, которые не требуют особого обслуживания по сравнению с четырехтактными. Они могут самосмазываться, используя масло, которое смешивается с топливом, и, как правило, могут охлаждаться воздухом из-за отсутствия тепла, которое они выделяют. Отсутствие деталей в двухтактном двигателе также означает, что он, естественно, легче по сравнению с четырехтактным двигателем с аналогичной мощностью.

Недостатками являются расход топлива и выбросы. Чтобы не отставать от легкой мощности, создаваемой четырехтактным двигателем, двухтактный должен работать намного тяжелее и, как правило, имеет более высокие обороты, которые выделяют целую тонну выхлопных газов и потребляют много топлива.

Им также не хватает эффективности четырехтактного двигателя из-за доли секунды, когда и впускное, и выпускное отверстия открыты при НМТ. Это приводит к тому, что свежий воздух и топливо проходят через цилиндр и выходят через выпускное отверстие, прежде чем поршень сможет сжать его для сгорания. Этот недостаток эффективности наблюдается только в двигателях, в которых используются карбюраторы, поскольку прямой впрыск топлива решил эту проблему.

Некоторые двухтактные мотоциклы невероятно крутые, как этот маленький Suzuki.

Масляные насосы также являются довольно популярным компонентом, который выходит из строя в двухтактных двигателях, что может привести к катастрофическому отсутствию смазки.Таким образом, предварительно смешанное топливо является нормой для большинства двухтактных двигателей, а это значит, что вы можете ехать, пока в баке есть топливо!

Двухтактные двигатели действительно используются только там, где первостепенное значение имеют малый вес, простота и хорошее соотношение мощности и веса. Это делает их чрезвычайно популярными в мире велоспорта, хотя некоторые производители автомобилей воспользовались их удобным дизайном.

SAAB был большим поклонником двухтактного двигателя, поместив его в свой спортивный автомобиль Sonnet II с конца 60-х годов.Suzuki также любила простоту двигателей и ставила их в свои автомобили 50-х и 60-х годов. Renault представила концептуальный двигатель POWERFUL, который был заменен на его 1,5-литровый турбодизель, но планы были, к сожалению, отменены еще в 2014 году.

Маленький двухтактный проект Renault, который так и не увидел свет

У вас есть двухтактный велосипед или любой другой двухтактный автомобиль? Разместите фотографию в комментариях ниже, чтобы поделиться со всеми нами двухтактной жизнью!

А чтобы увидеть двухтактный одноцилиндровый двигатель в действии, щелкните здесь!

2-тактный двигатель против 4-тактного двигателя - в чем разница?

2-тактный и 4-тактный двигатель - Знаете ли вы разницу? Это частый вопрос, который задают наши читатели, особенно те, кому интересно, как все работает.У каждого типа двигателя есть свои преимущества и недостатки, которые станут понятны, когда вы закончите эту статью.

Приступим.

2-тактный и 4-тактный двигатель

Я не могу сосчитать, сколько раз мне задавали вопрос: что лучше, 2-тактный или 4-тактный двигатель? Ответ заключается в том, что любое из них может быть лучшим решением в зависимости от того, для чего используется двигатель. Меньшие двигатели, которые работают на высоких оборотах (оборотов в минуту) , как правило, являются 2-тактными.Более крупные двигатели с повышенным крутящим моментом при более низких оборотах обычно являются 4-тактными. Таким образом, споры о двухтактных и четырехтактных двигателях сосредоточены в основном вокруг области применения двигателя.

Эта статья является ответом на поставленный вопрос более подробно. Я начну с основ, объясню, как работают эти двигатели, а затем рассмотрю более мелкие детали. Нам нужно начать с понимания того, что такое ход или цикл двигателя.


Что такое ход двигателя?

Вы слышали о двигателях, описывающих их ход, это также можно назвать циклом.Двигатель работает с помощью поршня, который движется вверх и вниз в цилиндре. Это движение вызвано взрывом. В газовых двигателях для воспламенения топлива используется электрическая искра, выделяющая тепло, которое расширяется, вызывая движение окружающего воздуха. Чтобы этот взрыв вынудил поршень опуститься вниз, он должен произойти в полном вакууме. Поршень должен быть полностью изолирован от окружающей среды.

ВИДЕО | 2-тактный и 4-тактный двигатель

Во время этого процесса поршень должен всасывать воздух и топливо, зажигать топливо, а затем выпускать выхлопные газы, чтобы цикл мог начаться заново.Это повторяется тысячи раз в минуту. Отсюда термин число оборотов в минуту (RPM). За каждый полный оборот коленчатого вала поршень должен перейти из своего наивысшего положения, верхней мертвой точки (ВМТ), в свое самое нижнее положение, нижней мертвой точки (НМТ), а затем обратно в ВМТ. Это касается поворота коленчатого вала на 360 ° или одного оборота. При 3000 об / мин этот цикл повторяется 3000 раз в минуту. Так что требуется точное время.

Это основной принцип любого газового двигателя. Разница между 4-тактным и 2-тактным двигателями заключается в том, как сжатие, искра и выхлоп объединяют свои действия для достижения этой цели.


Как работает 4-тактный двигатель?

В 4-тактном двигателе каждый этап процесса сгорания и выхлопа разделяется на четыре отдельных этапа, или такта.

ВИДЕО | Подробный взгляд на четырехтактные двигатели

Чтобы топливо поступило в камеру сгорания, непосредственно перед тем, как поршень достигнет ВМТ, открывается клапан (или клапаны), позволяющий подавать топливно-воздушную смесь из карбюратор или система впрыска топлива.Когда в камеру поступает достаточно топлива, этот клапан закрывается, чтобы создать вакуум. Затем этот клапан закрывается, герметизируя цилиндр и создавая вакуум. За этим следует искра, генерируемая свечой зажигания. Это, в свою очередь, вызывает взрыв, который заставляет поршень опускаться. Затем открывается второй (выпускной) клапан, позволяющий выйти сгоревшим газам. В это время нарушается вакуум, вызывая декомпрессию в цилиндре, и импульс коленчатого вала толкает поршень обратно в ВМТ (верхнее положение), готовый начать весь процесс заново.

Цикл 4-тактного двигателя можно упростить до следующих 4 этапов:

Такт 1: Впуск

  • Впускной клапан открывается, позволяя газовой и воздушной смеси попасть в камеру сгорания.

Ход 2: сжатие

  • Впускной клапан закрывается, сжимая газ в вакууме.

Ход 3: Горение (или зажигание)

  • Свеча зажигания воспламеняет топливную смесь.

Ход 4: Выпуск

  • Выпускной клапан открывается, вытесняя сгоревшие газы из камеры.

Как работает двухтактный двигатель?

В двухтактном двигателе не используются клапаны, позволяющие топливу поступать, а выхлопным газам выходить из камеры сгорания. Это упрощает работу, и двигатель выполняет полный цикл всего за два хода.

В двухтактном двигателе вместо клапанов имеются впускные и выпускные каналы.Это просто отверстия в боковой части цилиндра, совпадающие с заранее рассчитанным положением поршня. Это означает, что движение поршня используется для закрытия или открытия этих портов.

Впускной канал расположен чуть ниже ВМТ. Когда поршень перемещается из положения НМТ, это отверстие открывается и позволяет топливной смеси поступать в камеру сгорания. Когда поршень проходит мимо порта, боковая стенка поршня блокирует отверстие. В то же время свеча зажигания воспламеняет топливо.Сжатие происходит из-за того, что поршень закрывает впускной канал, в сочетании с одновременным сгоранием. Таким образом, такт сжатия и зажигания происходят как одно целое.

ВИДЕО | 2-тактный и 4-тактный двигатель

Выпускное отверстие находится на противоположной стороне цилиндра рядом с положением НМТ. Когда поршень приближается к самой низкой точке (НМТ), он проходит через выпускное отверстие. В конце цикла поршень больше не закрывает выпускное отверстие, и сгоревшие газы выходят.

У 2-тактного двигателя есть только ход вверх и вниз.

Такт 1: впуск и зажигание

  • По мере того, как поршень движется вверх, топливо и воздух нагнетаются в камеру сгорания. Это сопровождается искрой. Это происходит незадолго до достижения поршнем ВМТ.

Ход 2: сжатие и выпуск

В положении ВМТ поршень блокирует впускной канал, герметизируя камеру сгорания. Это сжимает газ и заставляет поршень опускаться.В самой нижней точке выхлопное отверстие больше не закрывается поршнем, позволяя выходить сгоревшим газам.


Механические различия | 2-тактный и 4-тактный двигатели

Если посмотреть на 2-тактные и 4-тактные двигатели, различия выходят за рамки основного процесса сгорания. Четырехтактные двигатели имеют клапаны в верхней части двигателя, расположенные в головке двигателя. Эти клапаны полностью независимы и нуждаются в управлении, чтобы открываться и закрываться в нужное время.Это известно как фаза газораспределения. Регулировка фаз газораспределения осуществляется механически с помощью цепи или ремня привода ГРМ, который приводит в движение распределительный вал, когда двигатель имеет более одного цилиндра. Этому способствуют гидравлические подъемники, которые используют давление моторного масла для подъема клапанов.

Схема четырехтактного двигателя Honda: GX120 / 160/200

Ремень ГРМ поворачивается вместе с коленчатым валом в нижней части двигателя. Ремень затем приводит в движение распределительный вал. При вращении кулачки прижимаются к коромыслам или толкателям клапанов, открывая и закрывая клапаны.Верхние распределительные валы (OHC) работают с помощью коромысел клапанов, которые непосредственно контактируют как с кулачком, так и с клапаном. Старые двигатели часто имеют кулачки в нижней части двигателя и используют толкатели для управления клапанами, расположенными над двигателем.

Поскольку двухтактный двигатель имеет более простой процесс использования поршня для открытия и закрытия впускного и выпускного отверстий, в этих дополнительных механических компонентах нет необходимости. Это имеет дополнительный эффект. Впускной и выпускной патрубки проходят прямо через стенку цилиндра.Это означает, что масло не может циркулировать вокруг поршня, как в 4-тактном двигателе.

Четырехтактный двигатель имеет полностью герметичный цилиндр, клапаны открываются только вверху, в камеру сгорания. Таким образом, масло, которым смазывается двигатель, не попадает в камеру сгорания. Двухтактный двигатель не может этого сделать. Когда поршень проходит через впускной канал, камера сгорания открыта для цилиндра. Это означает, что топливо и масло нельзя разделить. По этой причине в 2-тактных двигателях для смазки используется другой тип масла.Масло сгорает с топливом и, следовательно, смешивается с топливом. Это можно сделать перед заливкой топлива в бак или по мере того, как топливо направляется во впускной канал.

Эти основные механические различия между 2-тактными и 4-тактными двигателями влияют на техническое обслуживание, процедуры эксплуатации и контроль выбросов для этих двигателей.


Производительность и приложения | 2-тактный двигатель против 4-тактного

2-тактный двигатель состоит из меньшего количества компонентов и, следовательно, легче и компактнее, чем 4-тактный двигатель.Это предпочтительно для приложений, когда оператор должен держать машину, приводимую в действие двигателем. Ручные электроинструменты, такие как бензопилы и газовые садовые инструменты, являются хорошим примером преимущества в весе, обеспечиваемого двухтактными двигателями. Уменьшение веса машины упрощает одновременное управление и удержание.

Двухтактный двигатель имеет меньшую степень сжатия и более свободно вращается. Это приводит к более быстрой реакции дроссельной заслонки. Двухтактный двигатель переходит с холостого хода на максимальные обороты за очень короткий промежуток времени.Эти двигатели обычно имеют гораздо более высокие обороты, чем четырехтактные. Преимущество этого заключается в том, что двухтактные двигатели ускоряются быстрее.

При использовании ручного стартера меньшая степень сжатия означает, что для запуска двигателя требуется меньше усилий. У оператора нет тяги против сопротивления двигателя с высокой степенью сжатия. Для борьбы с этим во многих 4-тактных двигателях используется декомпрессионное устройство для открытия клапанов и снижения компрессии при запуске вручную. Это означает, что двигатель должен иметь дополнительные механические компоненты, увеличивающие вес и увеличивающие процедуры обслуживания и ремонта.4-тактным двигателям с электростартером это не нужно, так как электродвигатель достаточно мощный, чтобы преодолевать компрессию.

Обратной стороной характеристик свободного вращения и низкой компрессии двухтактного двигателя является то, что они плохо работают на низких оборотах. Двухтактный двигатель имеет оптимальный диапазон мощности на более высоких оборотах. Когда двигатель встречает слишком большое сопротивление, обороты падают. Двухтактный двигатель не слишком легко восстанавливается после падения оборотов. Это приводит к резкой потере мощности на низких оборотах и ​​большей вероятности остановки двигателя.

Более крупный тяжелый автомобиль имеет большее сопротивление мощности двигателя, чем меньший. Это особенно важно, когда автомобиль приближается к склону. Генераторы также могут иметь большее сопротивление, уменьшая мощность двигателя. По мере увеличения нагрузки генератора частота вращения падает, и ее необходимо быстро восстанавливать, чтобы поддерживать постоянную частоту вращения, необходимую для стабильного электрического тока. Из-за этих ограничений двухтактные двигатели не подходят для автомобилей, грузовиков и больших мотоциклов, вес этих транспортных средств оказывает слишком большое сопротивление вращению двигателя.Они также не идеальны для генераторов, поскольку генератор имеет слишком большое сопротивление.

В то время как 4-тактный двигатель намного более эффективен на более низких оборотах, он не может разгоняться так же быстро, как 2-тактный двигатель. Задержка по времени - обычное явление, связанное с 4-тактными двигателями. Это задержка изменения фаз газораспределения, когда двигателю необходимо разогнаться. Электронный отсчет искры может легко продвигаться, электричество движется очень быстро. Механическое продвижение клапанов требует времени, что приводит к замедленному ускорению.Поэтому 4-тактные двигатели предпочтительны, когда крутящий момент требуется в более широком диапазоне оборотов, но они не так хороши при быстром ускорении. Система Variable Valve Timing (VVT) многое сделала для борьбы с задержкой по времени. Однако даже с этой технологией 4-тактные двигатели не могут конкурировать с быстрым откликом дроссельной заслонки, который вы получаете от 2-тактного двигателя.

Поскольку 4-тактным двигателям требуется больше времени для разгона, 2-тактные двигатели предпочтительнее для высокопроизводительных мотоциклов и моторных лодок. Хотя это применимо, только если мотоцикл или лодка не слишком тяжелые.Легкий автомобиль с двухтактным двигателем имеет лучшее ускорение, пока частота вращения остается достаточно высокой для оптимальной работы двигателя в диапазоне высоких оборотов.


Техническое обслуживание и ремонт | Сравнение 2-тактного двигателя и 4-тактного двигателя

Двухтактный двигатель требует более частого базового обслуживания. Это связано с тем, что смазочное масло смешано с топливом. Одна из причин этого - повышенное количество углерода, образующегося при сгорании. Нагар от сгоревшего масла собирается на свече зажигания.Это требует более частой очистки свечи зажигания. Остатки масла также собираются в карбюраторе, и это требует, чтобы вы чистили карбюратор чаще, чем в 4-тактном двигателе.

Пользователь также должен смешивать нефть и газ в правильном соотношении. Если в топливной смеси слишком много масла, сгорание будет не очень эффективным, а уровень углерода внутри камеры (и выхлопной системы) будет чрезмерным. Это снижает производительность двигателя и потребует более частой очистки свечи зажигания и карбюратора.И наоборот, слишком мало масла в топливной смеси приведет к недостаточной смазке. Это приведет к перегреву двигателя и последующее повреждение может снизить срок его службы.

Двухтактный двигатель может потребовать более частого базового обслуживания, но эти процедуры просты в выполнении и недороги. Регулярное обслуживание 4-тактного двигателя может потребоваться только один раз в год или через определенное количество часов (или миль), в зависимости от того, что произойдет раньше. Хотя это реже по сравнению с двухтактным двигателем, это сложнее и немного дороже.Масло в картере 4-тактного двигателя необходимо заменить вместе с масляным фильтром.

Поскольку в современных 4-тактных двигателях для управления клапанами используются гидравлические подъемники, особое внимание следует уделять уровню моторного масла и типу используемого масла. Как давление масла, так и вязкость влияют на работу подъемников гидравлических клапанов.

Уровень масла необходимо регулярно проверять, поскольку работа клапана зависит от правильного давления масла. Если уровень масла слишком низкий или масляный насос неисправен, давление масла будет ниже, чем должно быть.Низкое давление масла вызывает сбои в работе клапанов и может легко вызвать отказ двигателя или серьезное повреждение двигателя. Если давление масла будет слишком высоким из-за переполнения масляного картера, двигатель также будет поврежден. Ремонт клапанов двигателя - сложная и дорогостоящая процедура, поэтому очень важно, чтобы 4-тактный двигатель всегда работал при правильном давлении масла, используя правильный тип масла.

При переходе от планового технического обслуживания к долгосрочному техническому обслуживанию и ремонту, двухтактные двигатели легче и дешевле поддерживать в рабочем состоянии.Из-за своей простоты двухтактный двигатель намного проще разобрать и собрать. Для ремонта двухтактного двигателя требуется меньше времени и меньше навыков. Меньшее количество компонентов, например отсутствие клапанов или масляного насоса, означает, что меньше поломок. При длительном использовании клапаны потребуют внимания. Уплотнения штока клапана и прокладки изнашиваются со временем, как и сами клапаны и отверстия для клапанов в головке двигателя. Снятие и ремонт клапанов сложны и могут потребовать специальных инженерных решений.

При ремонте двигателя своими руками, сравнивая 2-тактный и 4-тактный, двухтактный двигатель будет самым простым и наименее дорогим вариантом.Хотя двухтактный двигатель обычно выделяет больше тепла, что может сократить срок его службы.


Уровни выбросов и шума | Сравнение 2-тактных и 4-тактных двигателей

Загрязнение воздуха двигателями внутреннего сгорания является горячей темой, и стандарты выбросов постоянно пересматриваются. Федеральное агентство по охране окружающей среды (EPA) и Калифорнийский совет по воздушным ресурсам (CARB) - два наиболее важных агентства, регулирующих уровни выбросов для газовых, пропановых и дизельных двигателей в США.Чтобы соответствовать этим стандартам, производители двигателей должны принимать меры по снижению вредных выбросов выхлопных газов.

Поскольку двухтактные двигатели производят более высокие уровни токсичных выбросов, для них требуются более сложные устройства контроля выбросов. В первую очередь они являются частью глушителя, чтобы сдерживать выхлопные газы до того, как они достигнут атмосферы. Это увеличивает стоимость оборудования, в котором используются двухтактные двигатели. Механизмы контроля выбросов, установленные на 2-тактных двигателях, также нуждаются в более частой замене и обычно имеют менее благоприятные гарантии, чем 4-тактные двигатели.Поскольку EPA и CARB вводят в будущем более строгие правила, ходят слухи, что двухтактный двигатель может не соответствовать этим стандартам. Это одна из основных проблем, связанных с использованием двухтактных двигателей.

Когда дело доходит до уровня шума 2-х тактного двигателя по сравнению с 4-х тактным, у 2-тактного двигателя тоже не все хорошо. Двухтактный двигатель делает двигатель более шумным. Это может вызывать серьезную озабоченность в городских районах. Мало того, что громкие машины вызывают раздражение в жилых районах, некоторые местные органы власти имеют законы, ограничивающие шум, чтобы предотвратить шумовое загрязнение в городах.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *