Довольно часто на машины устанавливают одноцилиндровый четырехтактный двигатель, купить который можно в специализированных магазинах или же заказать через интернет. Этот механизм является простейшим поршневым двигателем с камерой внутреннего сгорания и с одним рабочим цилиндром. В чем же его особенности?
Как работает одноцилиндровый четырехтактный двигатель?
Эти моторы распространены довольно широко как в автомобилях, так и в других транспортных средствах, таких как мотоциклы, тракторы, мопеды.
Кроме того, в Китае выпускают одноцилиндровые движки объемом 1,03 литра, которые применяются для привода тяжелых мотоблоков.
Главными достоинствами можно назвать наименьшее отношение площади цилиндра к рабочему объему, поэтому потери тепла минимальные, а индикаторный КПД достаточно высокий.
Устройство одноцилиндрового дизельного двигателя, впрочем, как и бензинового, заключается в следующем. Всего у таких двигателей четыре такта, первый такт отвечает за впуск.
Изначально поршень занимает позицию в верхней предельной или мертвой точке (ВМТ), а коленчатый вал, поворачиваясь на 180 градусов, перемещает его в самую нижнюю точку, тоже называемую мертвой (НМТ).
Кроме этого открывается и впускной клапан, а благодаря разряжению, образовавшемуся в цилиндре, в него буквально засасывается горючая смесь, которая, перемешавшись с оставшимися в нем продуктами сгорания, образует рабочую смесь.
Во время следующего такта – сжатия, поршень возвращается обратно в ВМТ, в данный промежуток оба клапана находятся в закрытом положении, что способствует сжатию рабочей смеси, а, следовательно, скачку вверх температуры и давления. Далее идет рабочий ход (третий такт) от искры, создаваемой свечами, происходит воспламенение и сгорание смеси, также приводящее к резкому повышению этих показателей.
Поршень опускается и толкает шатун, который, совершая вращательное движение, воздействует на коленчатый вал.
В этот момент и происходит преобразование тепловой энергии в так нам необходимую механическую. Также открывается выпускной клапан, это приводит к снижению температуры и давления.
Последний же такт отвечает за выпуск отработанных газов через выпускной клапан в глушитель и затем в атмосферу.
Какие капризы имеет одноцилиндровый дизельный двигатель?
Так как одноцилиндровый дизельный двигатель во время работы создает высокие температуры, то его трущиеся детали, создающие пары, нуждаются в охлаждении и хорошей смазке.
А зазоры между ними необходимо периодически промывать, дабы удалить ненужные продукты механического износа. Кроме того, масло еще и обеспечивает отвод тепла от нагруженных поверхностей.
Отсюда следует, что поддерживать хороший уровень качественного масла в таком автомобиле необходимо.
Чтобы не допустить перегрев труженика и вовремя охладить элементы головок движка и гильзы цилиндров, применяют дополнительно систему охлаждения, она может быть как воздушной, так и жидкостной. В данных системах устанавливают термостаты, чтобы обеспечить стабильную рабочую температуру.
Когда все эти узлы работают четко, ваша машина выдает максимально эффективную жизнедеятельность, пользоваться – одно удовольствие. Но отсюда можно сказать и о существенном дискомфорте при каких-либо поломках, это становится заметно резко.
Осуществляем ремонт одноцилиндрового четырехтактного двигателя
Ремонт такого двигателя иногда можно осуществить и самостоятельно, если речь идет о не очень серьезных повреждениях.
Таким образом, если вы услышали характерные стуки, возникшие в головке цилиндра, вполне возможно, что необходима регулировка зазоров в газораспределительном механизме.
Как раз эту операцию можно произвести своими руками, правда, если вы хоть приблизительно знакомы с устройством моторов.
Осуществлять регулировку лучше всего на снятом двигателе, естественно после его остывания.
Действовать необходимо следующим образом. Сначала снять свечу зажигания и крышку головки цилиндра, а с левой стороны головки цилиндра нужно снять круглую крышку, таким образом, можно увидеть установочные метки ГРМ.
Отворачиваем пробку с левой крышки генератора и получаем доступ к гайке крепления ротора. Поворачивая данную гайку ключом, мы поворачиваем и коленчатый вал. Эту несложную операцию мы производим до того момента, как метки ГРМ наконец совпадут.
Затем, вставляя плоские щупы в зазоры между регулировочным винтом и клапаном, регулируем их величину. Достигнув нужного положения, сворачиваем нашу «кухню», и можно все собрать в обратной последовательности.
Запустите мотор и послушайте, все ли посторонние звуки удалось устранить. Если да, то оставляем автомобиль в покое, если нет, возможно, причина не в этом.
Скорее всего, поломки двигателя носят более серьезный характер, следует немедленно обратиться к специалистам.
- Марина
- Распечатать
Одноцилиндровый четырехтактный двигатель принцип работы — Мастерок
Устройство и принцип работы одноцилиндрового 4х-тактного двигателя
Принцип работы двигателя внутреннего сгорания изучают в школе, но я все же опишу его.
Первый такт, впуск. Поршень идет вниз, клапан впуска открывается, и топливная смесь поступает из карбюратора в цилиндр. Когда поршень достигает нижнего положения, клапан впуска закрывается.
Читать также: Что изготавливают из алюминия
Второй такт, сжатие. Поршень идет вверх, топливная смесь сжимается. Кокда поршень находится в нескольких миллиметрах от верхней мертвой точки (ВМТ), свеча воспламеняет топливо, сжатое поршнем.
Третий такт, рабочий ход (расширение). После воспламенения горючего оно сгорает, горячие газы быстро расширяются, толкая поршень вниз (оба клапана закрыты).
Четвертый такт, выпуск. По инерции коленвал продолжает свое вращение (для равномерности вращения на коленвале установлены грузы – щеки коленвала), поршень идет наверх. Одновременно открывается выпускной клапан, и отработавшие газы выходят в выхлопную трубу. При достижениии поршнем ВМТ, выпускной клапан закрывается.
Далее повторяются все четыре такта.
Изобретатель 4-тактного двигателя внутреннего сгорания (как впрочем, и двухтактного) немец Николаус Август Отто (1832-1891). Поэтому ДВС иногда называют двигателем Отто.
- Из соображений экономичности, все больше лодочных моторов оснащается четырехтактными двигателями. Хотя эти моторы при одинаковом объеме цилиндра уступают по мощности двухтактным, они обладают своими преимуществами:
- -экономичность расхода топлива
- -четырехтактный двигатель работает тише и устойчивей.
В отличие от двухтактного двигателя, в котором смазка коленвала, подшипников коленвала, компрессионных колец, поршня, пальца поршня и цилиндра осуществляется благодаря добавлению масла в топливо; коленвал четырехтакного двигателя находится в маслянной ванне.
Благодаря этому Вам не надо смешивать бензин с маслом или доливать масло в специальный бачок (на моделях двухтактных лодочных моторов с раздельной системой смазки). Достаточно залить чистый бензин в топливный бак и можно ехать, при этом отпадает необходимость покупки специального масла для 2-тактных двигателей.
Так же на зеркале поршня и стенках глушителя и выхлопной трубы образуется значительно меньше нагара. К тому же, в 2-тактном двигателе происходит выброс несгоревшей топливной смеси в воду, что объясняется его конструкцией.
На коленвале установлена ведущая звездочка, обеспечивающая (через цепь) вращение распределительного вала, находящегося в головке цилиндра.
Этот вал определяет, когда должен быть открыт или закрыт один из двух клапанов (клапаны впуска и выпуска), в зависимости от положения поршня.
На распредвале находятся кулачки, которые задействуют коромысла клапанов. (на схеме изображен распределительный вал)
Коромысла нажимают на тот или иной клапан, открывая его. Между регулировочным болтом коромысла и клапаном должен быть зазор, так называемый тепловой зазор.
При нагревании металл расширяется, и если тепловой зазор мал или его нет совсем, то клапаны не будут плотно закрывать впускной или выпускной каналы, поэтому так важно регулировать зазор клапанов.
Выхлопные газы горячее топливной смеси, и выпускной клапан нагревается (а следовательно и расширяется) больше, чем впускной. Этим объясняется разница зазоров на впускном и выпускном клапанах.
Двигатели внутреннего сгорания должны были заменить промышленную паровую машину. Однако энтузиасты, которые работали над созданием мотора, смогли ощутить потенциал, который заложен в него.
Изобретателям удалось отыскать способы, которые позволили в значительных пределах увеличить мощность агрегата без существенного увеличения массы.
Так, Николаус Отто сыграл одну из главных ролей в этом проекте.
Как Отто двигатель разрабатывал
Агрегат, изобретенный ученым по имени Альфонс Бо де Роша, а затем построенный немецким инженером Николаусом Отто в 1867 году, в те годы считался максимумом технологичности и практически совершенством. Аналогов для него просто не существовало. Мотор был очень недорогим в эксплуатации, имел компактные размеры, а также ему не нужно было частое обслуживание.
Работа четырехтактного двигателя была построена по четкому алгоритму. Сегодня его называют «циклом Отто». В 1875 г. Николаус Отто в своей компании выпускал больше, чем 600 двигателей за год.
Читать также: Стабилизатор напряжения на лм317 схема
От четырехтактного ДВС до автомобиля
В команде инженеров, которые работали над созданием агрегата, был один талантливый парень – Готлиб Даймлер.
Он тогда горел идеей создания на базе этого мотора настоящего автомобиля. Но Отто не желал модернизировать уже имевшийся успешный мотор. Даймлер был вынужден уйти из проекта, но желание построить автомобиль никуда не делось.
В итоге вместе со своим другом и единомышленником в 1889 году Даймлер таки собирает автомобиль, в основе которого лежит бензиновый четырехтактный двигатель, функционирующий по алгоритму Отто.
Отличие 4-тактного двигателя от 2-тактного
Цикл работы ДВС – это несколько процессов, которые направлены на получение порции силы, которая будет воздействовать на коленвал. Цикл этот состоит из впрыска топлива, сжатия, зажигания топливной смеси, расширения газов, выпуска.
Такт в двигателе внутреннего сгорания – это один ход поршня либо вверх, либо вниз. В двухтактном моторе за один оборот коленвала совершается два такта. Когда газы расширяются, поршень совершает полезную работу.
Агрегаты, где рабочий ход происходит в два такта, называют двухтактными. А если за два оборота коленчатого вала совершается четыре такта, то это уже четырехтактный двигатель.
И те, и другие могут быть как бензиновыми, так и для дизельного топлива. Чтобы понять особенности конструкции и эксплуатации, различия между разными моторами, нужно рассмотреть принципы их работы.
Принцип работы четырехтактного двигателя
Главное отличие 4-тактного ДВС от 2-тактного – в работе газораспределения.
Такт впуска
На первом такте осуществляется впуск. В этот самый момент поршень начинает свое движение вниз из своей верхней мертвой точки. В цилиндре вследствие этого создается разряжение. Тем временем открывается впускной клапан. Топливная смесь всасывается в полость цилиндра. Когда поршень достигает своего крайнего нижнего положения, клапан впуска закрыватся и впускная фаза полностью завершается.
Сжатие топливной смеси
Это второй такт. Здесь поршень движется вверх, а клапаны полностью закрыты. В этот момент топливно-воздушная смесь сжимается, тем самым нагреваясь. Это нужно для более эффективного сгорания смеси.
Рабочий ход поршня
Поршень не доходит до своего крайнего верхнего положения. В бензиновых агрегатах – от свечи, а в дизельных – от сжатия топливная смесь загорается. Газы от сгорания очень резко расширяются, сила воздействует на поршень, и он идет вниз. Так четырехтактный двигатель совершает работу.
Выпуск отработанных газов
После того как поршень совершил свою полезную работу, он находится в крайнем нижнем положении. Теперь нужно удалить из полости цилиндра отработанные газы. Это выполняется через выпускной клапан. Газы выталкиваются из цилиндра в тот момент, когда поршень идет вверх.
Такты в дизельных ДВС
Порядок или алгоритм в дизельных двигателях отличается только тем, что в момент сжатия в полость цилиндра подается лишь воздух. Дизельное топливо подается в камеру только в конце такта сжатия топлива при помощи форсунок.
Отличия двухтактного и четырехтактного двигателя
Среди основных отличий, как уже говорилось, выделяется разная система газообмена.
В двухтактном же моторе и процесс заполнения камеры сгорания, и ее очистка осуществляются вместе с тактом сжатия и расширения. Для этого в цилиндре имеются специальные технологические отверстия для впуска смеси и выброса газов. В агрегатах с такой конструкцией нет механизма ГРМ, что делает эти моторы гораздо проще и легче.
Читать также: Формула расчета массы металла
Одноцилиндровый четырехтактный двигатель
Моторы этой конструкции очень распространены. Их можно найти не только в автомобилях, но и в мотоциклах, скутерах, тракторах, мотоблоках. В Китае производят литровые двигатели, которые используются для работы с мотоблоками.
Одно из главных достоинств таких ДВС – это очень маленькое отношение площади камеры сгорания к объему. Это дает минимальные потери тепловой энергии. КПД в таких двигателях очень высокий.
Устройство аналогично многоцилиндровым двигателям. Ничего нового здесь нет.
Этот четырехтактный двигатель предназначен для применения в утилитарных мотоциклах, мопедах, скутерах.
Капризы одноцилиндровых моторов
Во время работы двигателя создаются очень высокие температуры. Детали, которые работают в парах трения, должны периодически охлаждаться и хорошо смазываться. Зазоры между узлами нужно промывать, чтобы удалить продукты износа. Также хорошее масло отлично отводит тепло от поверхностей, которые работают наиболее интенсивно.
Также нужно позаботиться о хорошей дополнительной системе охлаждения. В мотоциклах и скутерах охлаждение зачастую воздушное.
Четырехтактники на мотоциклах
Да, эти моторы очень популярны среди производителей хороших, серьезных мотоциклов. Основное отличие – это дизайн. Если в автомобилях двигатель спрятан под капотом и дизайн его особо не разрабатывали, то в мире мотоциклов внешний вид силового агрегата имеет серьезное значение.
Вот уже более 15 лет в моде двухцилиндровый четырехтактный двигатель мотоцикла, представленный сегодня множеством моделей с самым разным объемом. Отличить такие двигатели можно по характерному звуку.
Однако среди мотоциклистов особой популярностью пользуются рядные четырехцилиндровые агрегаты. Эти моторы лишь немного опережают автомобильные ДВС. К примеру, схема на четырех клапанах лишь недавно получила признание в строительстве автомобилей. А на мотоциклах она использовалась еще с 70-х.
Для мотоцикла четырехтактник является более актуальным. Так, эти ДВС более экономичны, эффективны, экологичны, чем двухтактные агрегаты. Это – преимущества данных двигателей на мотоциклах. Также двигатели для мотоциклов сделаны таким образом, чтобы работать на высоких оборотах. Максимальная мощность выдается на оборотах до 14-16 тысяч на современных моделях.
Новые технологии по старому принципу
С того самого момента, как изобрели четырехтактный двигатель, он постоянно совершенствовался.
Произошли изменения и в системе питания. Современные моторы больше не используют карбюратор – везде инжекторы и электроника.
Чтобы улучшить наполняемость камер сгорания воздухом, применяют системы наддува. Это позволяет увеличить мощность при малом объеме, а также снизить расход топлива.
Но при всем этом принцип действия ДВС остается все тем же, каким и был.
Четыре такта: недостатки и достоинства
Основной и “жирный” плюс таких агрегатов – это экономичность. К тому же они не слишком шумные.
Еще одно преимущество – это, конечно же, высокая надежность. Ресурс может доходить до миллиона километров, и это далеко не предел. Ремонт четырехтактного двигателя нужно делать не так часто.
Среди недостатков – сложная конструкция, дорогое производство, требовательность в эксплуатации. Этим агрегатам обязательно нужно качественное топливо и масло. Осуществить ремонт самостоятельно практически невозможно.
Чтобы с этими моторами никогда не было проблем, «кормите» их только качественным бензином. И тогда они будут работать долго, надежно и исправно. Конструкция, которая столько лет не меняется, – это показатель надежности и эффективности.
“>
Общее устройство и рабочий цикл одноцилиндрового бензинового двигателя
Рассмотрим принцип работы простейшего одноцилиндрового бензинового двигателя (рис. 2.3). Такой двигатель состоит из цилиндра, к которому прикручена съемная головка.
В цилиндре находится поршень. Он имеет форму цилиндрического стакана, состоящего из головки и юбки (рис. 2.4). На поршне есть канавки, в которых установлены поршневые кольца.
Их задача — обеспечить герметичность пространства над поршнем, не дав возможности газам, образующимся при работе двигателя, прорваться под поршень, а также не допустить попадание масла, смазывающего внутреннюю поверхность цилиндра, в пространство над поршнем.
Эти кольца играют роль уплотнителей, причем те из них, которые не пропускают газы, назвали компрессионными, а оберегающие от масла — маслосъемными.
Цилиндр необходимо заправить топливной смесью бензина с воздухом, приготовленной карбюратором или инжектором, сжать ее поршнем и поджечь, а она, сгорая и расширяясь, заставит поршень двигаться вниз. Так тепловая энергия топлива превратится в механическую.
Теперь необходимо преобразовать перемещение поршня во вращение вала. Для этого использовали следующее механическое приспособление: поршень с помощью пальца и шатуна шарнирно соединили с кривошипом коленчатого вала, который вращается на подшипниках, установленных в картере двигателя (рис. 2.
3 и 2.4). В результате перемещение поршня в цилиндре сверху вниз и обратно легко преобразуется во вращение вала. Верхней мертвой точкой, сокращенно ВМТ, называют самое верхнее положение поршня в цилиндре (т.е. то место, где поршень перестает двигаться вверх и начинает движение вниз) (рис. 2.5).
Самое нижнее положение поршня в цилиндре (т.е. то место, где поршень перестает двигаться вниз и начинает движение вверх) называют нижней мертвой точкой, сокращенно НМТ (см. рис. 2.5).
Расстояние между крайними положениями поршня (от ВМТ до НМТ) называется ходом поршня (см. рис. 2.5). При перемещении поршня сверху вниз (от ВМТ до НМТ) объем над ним изменяется от минимального до максимального. Минимальный объем в цилиндре над поршнем при его положении в ВМТ называется камерой сгорания (см. рис. 2.5).
Объем, освобождаемый в цилиндре поршнем при его перемещении от ВМТ до НМТ, называют рабочим объемом цилиндра — Vp (см. рис. 2.5).
Рабочий объем всех цилиндров двигателя, выраженный в литрах, называется литражом двигателя. Полным объемом цилиндра называется сумма его рабочего объема и объема камеры сгорания. Этот объем заключен над поршнем при его положении в НМТ. Важной характеристикой двигателя является его степень сжатия.
Она определяется как отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Степень сжатия показывает, во сколько раз сжимается поступившая в цилиндр смесь при перемещении поршня снизу вверх (от НМТ к ВМТ). У бензиновых двигателей степень сжатия находится в пределах 6-14, у дизельных — 14-24.
Степень сжатия во многом определяет мощность двигателя и его экономичность, существенно влияет на токсичность отработавших газов.
 Рис. 2.4. Поршень: 1 — маслосъемное кольцо; 2 — компрессионные кольца; 3 — поршневой палец; 4 — стопорное кольцо; 5 — юбка поршня; 6 — втулка; 7 — болт; 8 — вкладыши; 9 — шатун; 10 — крышка шатуна |
Мощность двигателя измеряется в киловаттах либо в лошадиных силах (1 л.с. примерно равна 0,735 кВт). Работа двигателя внутреннего сгорания основана на использовании силы давления газов, образующихся при сгорании в цилиндре смеси топлива и воздуха. Как уже говорилось, в бензиновых и газовых двигателях смесь воспламеняется от свечи зажигания (см. рис. 2.3), в дизелях — от сжатия.
Совокупность последовательных процессов, периодически повторяющихся в каждом цилиндре двигателя и обеспечивающих его непрерывную работу, называется рабочим циклом.
Рабочий цикл четырехтактного двигателя состоит из четырех тактов, каждый из которых происходит за один ход поршня или за пол-оборота коленчатого вала. Полный рабочий цикл осуществляется за два оборота коленчатого вала.
При работе одноцилиндрового двигателя его коленчатый вал вращается неравномерно, он резко ускоряется в момент сгорания горючей смеси, а все остальное время замедляется. Для повышения равномерности вращения на валу коленчатого вала, выходящего наружу из корпуса двигателя, закрепляют массивный диск (маховик) — рис. 2.6. Когда двигатель работает, вал с маховиком вращаются.
Теперь поговорим немного подробнее о работе такого двигателя.
 |
Итак, первая задача — поместить внутрь цилиндра (в пространство над поршнем) топливовоздушную смесь, которую, как вы помните, приготовил карбюратор или инжектор. Это действие называют тактом впуска (первый такт). На рис. 2.7-2.10 показан принцип работы инжекторного двигателя.
Заполнение цилиндра двигателя топ- ливовоздушной смесью очень похоже на заполнение шприца лекарством (см. рис. 2.7): поршень из верхнего положения движется в нижнее. Но в шприце лекарство набирается, а затем выпускается через один и тот же канал (иглу).
В двигателе же горючая смесь впускается че-
 Рис. 2.6 |
рез один канал, а продукты ее сгорания — через другой, т.е. к цилиндру двигателя подведены сразу два канала: впускной и выпускной. Непосредственно перед входом в цилиндр в этих каналах установлены клапаны. Их принцип действия очень прост: представьте себе гвоздь с большой круглой шляпкой, перевернутый «вверх ногами» (шляпкой вниз).
Эта круглая шляпка закрывает вход из канала в цилиндр. При этом она прижимается к кромке канала мощной пружиной и как пробкой закупоривает его (см. рис. 2.15). Если нажать на клапан (тот самый «гвоздь»), преодолев сопротивление пружины, то вход в цилиндр из канала будет открыт (см. рис. 2.16).
Теперь, познакомившись с принципом работы клапанов, вернемся к первому такту работы двигателя.
Первый такт — такт ВПУСКА.
Первый такт — впуск или, как иногда говорят, всасывание горючей смеси (см. рис. 2.7). Во время этого такта поршень перемещается из верхней мертвой точки в нижнюю. Впускной клапан при этом открыт, а выпускной надежно закрыт. Через впускной клапан цилиндр заполняется горючей смесью.
Все это продолжается до того момента, пока поршень не окажется в нижней мертвой точке, т.е. его дальнейшее движение вниз окажется невозможным. Мы уже знаем, что перемещение поршня в цилиндре влечет за собой перемещение кривошипа, а следовательно, вращение коленчатого вала и наоборот.
За первый такт работы двигателя (при перемещении поршня из ВМТ в НМТ) он повернется на пол-оборота.
Второй такт — такт СЖАТИЯ.
До сих пор топливовоздушную смесь, приготовленную инжектором или карбюратором, мы называли горючей. А вот теперь (после того как она попала в цилиндр, смешалась с остатками отработавших газов и за ней закрылся впускной клапан) будем называть ее рабочей.
Итак, наступил момент, когда рабочая смесь заполнила цилиндр и пути ее отхода оказались отрезанными, поскольку впускной и выпускной клапаны надежно закрыты. Теперь поршень, начав движение снизу вверх (от нижней мертвой точки к верхней), попытается прижать рабочую смесь к головке цилиндра (см. рис. 2.8).
Однако «стереть в порошок» эту смесь ему не удастся. Вы же помните, что преступить черту верхней мертвой точки поршень не в силах.
А внутреннее пространство цилиндра проектируют так (и соответственно располагают коленчатый вал и подбирают размеры кривошипа), чтобы над поршнем, «застывшим» в верхней мертвой точке, всегда оставалось пусть и не очень большое, но свободное пространство. Напомним, что это пространство называют камерой сгорания.
К концу такта сжатия давление в цилиндре возрастает до 0,8-1,2 МПа, а температура достигает 450-500 °С. Для того чтобы получить максимальную отдачу, хотелось бы сжать рабочую смесь как можно сильнее.
Представьте себе, что вы пальцем закрыли выходное отверстие обыкновенного велосипедного насоса и сжимаете воздух. Чем сильнее сожмете, тем с большей силой «выстрелит» вверх рукоятка насоса, связанная с поршнем.
Однако степень сжатия рабочей смеси во время такта сжатия ограничивается свойствами применяемого бензина, в первую очередь его антидетонационной стойкостью, характеризуемой октановым числом (у бензи
 |
нов оно изменяется от 66 до 98). Чем выше октановое число, тем больше антидетонационная стойкость топлива. При чрезмерно высокой степени сжатия или низкой антидетонационной стойкости бензина может происходить детонационное (от сжатия) воспламенение смеси и нарушаться нормальная работа двигателя. Третий такт — РАБОЧИЙ ХОД.
Вот теперь мы подошли к самому главному моменту — превращению тепловой энергии в механическую. В начале третьего такта, даже с некоторым опережением (на самом деле в конце такта сжатия), горючая смесь воспламеняется с помощью электрической искры свечи зажигания (см. рис. 2.9).
Давление от расширяющихся газов передается на поршень, и он начинает движение вниз (от ВМТ к НМТ). При этом оба клапана (впускной и выпускной) закрыты. Смесь сгорает с выделением большого количества тепла. Из-за этого давление в цилиндре резко возрастает и поршень с большой силой перемещается вниз, приводя во вращение через шатун коленчатый вал.
В момент сгорания температура в цилиндре повышается до 1800-2000 °С, а давление — до 2,5-3,0 МПа. Обратите внимание, что только из-за третьего такта и создавался двигатель, хотя без остальных тактов он бы не состоялся. Поэтому все такты, кроме такта рабочего хода, иногда называют вспомогательными.
А нам еще предстоит познакомиться с последним из вспомогательных тактов.
Четвертый такт — такт ВЫПУСКА.
В течение этого такта впускной клапан закрыт, а выпускной открыт.
Поршень, перемещаясь снизу вверх (от НМТ к ВМТ), выталкивает оставшиеся в цилиндре после сгорания и расширения отработавшие газы через открытый выпускной клапан в выпускной канал (трубопровод) и далее через систему выпуска отработавших газов, наиболее известным представителем которой является глушитель, в атмосферу (см. рис. 2.10). Все четыре такта периодически повторяются в рассмотренной последовательности в цилиндре двигателя, обеспечивают его непрерывную работу и называются рабочим циклом.
Рабочий цикл дизельного двигателя имеет некоторые отличия (см. рис. 2.2). При такте впуска по впускному трубопроводу в цилиндр поступает не горючая смесь, а чистый воздух. Во время такта сжатия он сжимается и нагревается.
В конце этого такта, когда поршень, двигаясь вверх, подходит к ВМТ, в цилиндр через специальное устройство — форсунку, ввернутую в верхнюю часть головки цилиндра, под большим давлением впрыскивается мелкораспыленное дизельное топливо. Соприкасаясь с раскаленным воздухом, частицы топлива быстро сгорают.
При этом выделяется большое количество тепла, в результате чего температура в цилиндре повышается до 1700-2000 °С, а давление — до 7-8 МПа. Под действием давления газов поршень перемещается вниз — происходит рабочий ход. Такт выпуска у дизельного двигателя аналогичен одноименному такту бензинового двигателя.
Как мы уже сказали, лишь во время третьего такта (рабочий ход) совершается полезная механическая работа. Остальные три такта — вспомогательные. Они совершаются за счет кинетической энергии тщательно сбалансированного массивного чугунного диска, закрепленного на валу двигателя. Этот диск называют маховиком (см. рис. 2.
6 и 2.11). Кроме обеспечения равномерного вращения коленчатого вала, маховик также способствует преодолению сопротивления сжа
 |
тия в цилиндрах двигателя при его пуске, а также позволяет ему преодолевать кратковременные перегрузки, например, при трогании автомобиля с места. На ободе маховика закреплен зубчатый венец для пуска двигателя стартером.
Во время третьего такта (рабочего хода) поршень через шатун, кривошип и коленчатый вал двигателя передает запас инерции маховику.Накопленная таким образом инерция помогает маховику осуществлять вспомогательные такты рабочего цикла двигателя.
В результате при тактах впуска, сжатия и выпуска поршень перемещается в цилиндре именно за счет энергии, отдаваемой маховиком.
В многоцилиндровом двигателе порядок работы цилиндров устанавливается так, что рабочий ход, совершаемый в данный момент хотя бы в одном цилиндре, помогает проведению вспомогательных тактов плюс оказывает помощь энергетическое донорство маховика.
Как устроен одноцилиндровый четырехтактный двигатель?
В настоящее время, двигатели внутреннего сгорания применяются в большом количестве различных технических средств, причем, данными средствами являются не только автомобили.
Такой род двигателей, как и двухтактный ДВС, применяется и в мототехнике и в специализированных устройствах, предназначенных для строительства, например, бензопила. Данные агрегаты представлены 4 тактными ДВС, имеющие по одному цилиндру, а не как в современном автомобиле – по четыре.
В этой статье вы узнаете, как устроен одноцилиндровый четырехтактный двигатель, его принцип работы и ремонт.
Принцип работы одноцилиндрового четырехтактного двигателя
Устройство одноцилиндрового ДВС: 1 – головка цилиндра; 2 – цилиндр; 3 – поршень; 4 – поршневые кольца; 5 – поршневой палец; 6 – шатун; 7 – коленчатый вал; 8 – маховик; 9 – кривошип; 10 – распределительный вал; 11 – кулачок распределительного вала; 12 – рычаг; 13 – впускной клапан; 14 – свеча зажигания
Данные двигатели получили широкое распространение даже в автомобилях. Несмотря на малое количество цилиндров, они имеют довольное малое отношение площади рабочей части цилиндра ко всему рабочему объему двигателя. Это преимущество говорит о том, что такой мотор имеет минимальные потери самое главной — тепловой энергии, а значит, обладает высоким коэффициентом полезного действия.
Устройство такого двигателя практически не представляет собой ничего сложного, в отличии от современных атмосферных и турбированных моторов.
Он представлен всего одним цилиндром, во внутренней части которого перемещается такой же поршень, как и во многоцилиндровых автомобильных двигателях.
В верхней части камеры сгорания располагаются два клапана, которые отвечают за подачу топливной смеси, а второй за выпуск отработавших газов.
Работа данного двигателя заключается в следующем. Всего такой мотор имеет четыре такта:
- Впуск. Поршень внутри цилиндра располагается в самой верхней мертвой точке и движется вниз в строгом соответствии с поворотом коленчатого вала на 180 градусов. Пока поршень движется вниз, открывается, клапан, отвечающий за подачу топливной смеси, и в камеру сгорания подается топливо, смешанное с воздухом. После достижения поршнем самой нижней мертвой точки начинается следующий такт.
- Сжатие. Во время этого такта задача поршня – вернуться в верхнюю мертвую точку. Коленчатый вал вращается дальше, еще на 180 градусов, при этом: впускной клапан полностью закрывается, а поршень движется наверх, сжимая уже готовую смесь.
- Рабочий ход. Как только поршень достигнет самой верхней мертвой точки, в камере сгорания смесь будет сжата до критической отметки. В этот самый момент на электродах свечи зажигания при помощи ряда устройств возникает искра, которая воспламеняет топливовоздушную смесь. С этого момент начинается такт расширения, или как его называют по-другому – рабочего хода. Поршень, под действием энергии, возникшей от воспламенения смеси, движется снова вниз, заставляя вращаться коленчатый вал. Клапана находятся в закрытом состоянии.
- Такт выпуска. После достижения нижней мертвой точки, поршень снова движется вверх под действием силы инерции, передаваемой от коленчатого вала. В этот момент открывается выпускной клапан и под давлением через него во впускной коллектор выходят отработавшие газы. Такт завершается после закрытия выпускного клапана и после того, как поршень окажется в верхней точке. Далее цикл тактов повторяется.
Основным тактом любого двигателя является рабочий ход. Именно в этот момент происходит самое главное – преобразование энергии тепла в механическую энергию.
Частые неисправности 4-х тактных ДВС
Чтобы изучать особенности ремонта двигателей такого типа, необходимо кое-что знать о его основных проблемах. А он имеет всего одну проблему – это высокая температура.
Так как потери тепла стали минимальными, трущиеся детали стали уязвимее к механическим нагрузкам, а значит, нуждаются в качественном охлаждении. Дело в том, что основная жидкость, которая на максимальном уровне контактирует с этими деталями – масло, не может обеспечить должного отвода тепла.
Поэтому для такого мотора разрабатываются две системы охлаждения: воздушная и жидкостная со специальной системой термостатов.
Ремонт такого двигателя можно выполнить своими силами. Для этого нужен минимум знаний и стандартный набор инструментов. Если в процессе эксплуатации наблюдаются различные стуки, которые доносятся из головки блока цилиндров, то клапанный механизм нуждается в регулировке.
Все регулировки производятся при снятом двигателе и демонтированной клапанной крышке. Кроме того, необходимо снять специальную крышку на генераторе, под которой расположена гайка. Вращая эту гайку, мы вращаем коленчатый вал, для установки поршня в верхнюю мертвую точку.
Чтобы определить этот момент, необходимо довести до совмещения специальные метки на роторе. После этого, под кулачки распределительного вала устанавливают измерительные щупы и замеряют тепловые зазоры клапанов.
Выполнять данную процедуру нужно, естественно, на холодном двигателе, иначе результат регулировки будет не правильным.
После этого, мотор необходимо собрать и проверить. Его устанавливают на агрегат и запускают. Если он работает ровно без шумов, то регулировка клапанов прошла успешно.
Вот и все. Вот так легко можно произвести ремонт одноцилиндрового четырехтактного двигателя своими руками без помощи мастеров автосервиса. Это поможет вам хорошо сэкономить на их услугах и даст вам бесценный опыт.
Одноцилиндровый двигатель
Начнем с рассмотрения работы простейшего одноцилиндрового двигателя.
Одноцилиндровый двигатель — простейший двигатель внутреннего сгорания
Такой двигатель состоит из цилиндра, коленчатого вала, поршня с шатуном и головки цилиндра. Поршень плотно установлен в цилиндре, как снаряд в стволе пушки.
Полость между поршнем и головкой блока называется камерой сгорания. В ней и происходит все «волшебство».
В определенный момент (подробнее об этом чуть ниже) в камеру сгорания подается горючая смесь, состоящая из топлива и воздуха в нужной пропорции. Она так и называется — топливовоздушная смесь.
Чтобы горючая смесь смогла попасть в камеру сгорания, в ней необходимо иметь отверстие. Такое отверстие выполнено в головке цилиндра. Есть также второе отверстие, которое служит для выпуска отработавших газов. Что бы ни случилось, в любой ситуации наши специалисты по выездной тех помощи на дорогах москвы приедут и окажут необходимую помощь.
Во время рабочего хода (см. ниже) оба отверстия должны быть плотно закрыты, иначе газы не будут давить на поршень, а выйдут через отверстия. Для этого служат клапаны.
Клапан, закрывающий отверстие для впуска, называется впускным, а второй, закрывающий отверстие для выпуска, — соответственно выпускным.
Из следующей главы можно будет узнать назначение и устройство газораспределительного механизма двигателя, для чего нужен ремень газораспределительного механизма.
Далее смесь поджигается. А в одной из следующих глав можно будет узнать описание работы системы охлаждения двигателя, а именно современного двигателя внутреннего сгорания.
В бензиновом двигателе для этого используется искра, получаемая между электродами свечи зажигания под действием электрическою разряда. Для создания разряда служит система зажигания, которую мы более подробно рассмотрим чуть ниже.
В дизельном двигателе смесь дизельного топлива и воздуха самовоспламеняется от сжатия. Что такое сжатие вы узнаете буквально через несколько абзацев, а пока поверьте на слово, что и в дизеле смесь загорелась.
Горение смеси подобно взрыву, оно скоротечно и происходит с большим выделением энергии. Как и в случае взрыва пороха в пушке, происходит газообразование, в камере сгорания резко возрастает давление.
Под действием этого давления поршень начинает движение вниз.
Дальше, как говорится, дело техники. Простейший кривошипно-шатунный механизм, знакомый человечеству еще по паровым двигателям, преобразует поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала двигателя. Роль кривошипа играет колено коленчатого вала.
Все происходящее в цилиндре в то время, когда коленчатый вал совершает два полных оборота (поворот на 720 градусов), называется рабочим циклом.
За время рабочего цикла поршень успевает сделать два хода вниз и два хода вверх. Рабочий процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня, называется тактом.
В рассматриваемом случае рабочий цикл состоит из четырех тактов:
- впуск топливовоздушной смеси в камеру сгорания;
- сжатие смеси;
- рабочий ход вследствие расширения газов;
- выпуск отработавших газов из камеры сгорания.
Давайте подробно рассмотрим все такты бензинового двигателя. Эта информация является общей и для одноцилиндрового двигателя, и для многоцилиндрового.
Впуск топливовоздушной смеси начинается, когда поршень находится в верхнем положении. Во время движения поршня вниз, за счет разрежения происходит наполнение цилиндра смесью. За создание смеси отвечает система питания. Она будет рассмотрена ниже. На протяжении этого такта открыт впускной клапан, а выпускной — закрыт.
К моменту, когда поршень достигает нижнего положения, впускной клапан также закрывается.
Пройдя нижнее положение, поршень начинает движение вверх, происходит сжатие смеси. Поскольку объем занимаемый смесью, с движением поршня сокращается (оба клапана закрыты и ей некуда деться из цилиндра), происходит увеличение давления. Соответственно, возрастает температура. Смесь подготавливается к воспламенению.
Когда поршень находится в верхнем положении, свеча зажигания искрой поджигает сжатую смесь. За создание искры отвечает система зажигания. Она также будет рассмотрена ниже. Горение сопровождается интенсивным выделением тепла и возрастанием давления. Впускной и выпускной клапаны закрыты и под действием давления поршень снова начинает двигаться вниз. Происходит рабочий ход.
Далее поршень проходит нижнее положение и снова устремляется вверх. В этот момент открывается выпускной клапан, чтобы отработавшие газы смогли выйти из цилиндра и освободить место для следующей порции топливовоздушной смеси. В конце такта выпуска клапан закрывается.
В дизельном двигателе рабочий процесс протекает практически также. Есть только два важных отличия.
Во-первых, воздух и топливо поступают не в виде смеси, а отдельно. Для подачи топлива служит форсунка.
Во-вторых, воспламенение топлива происходит без искры, системы зажигания у дизеля нет. При такте сжатия происходит более интенсивное сжатие поступившего воздуха. В результате воздух нагревается еще сильнее, чем в бензиновом моторе. В начале рабочего хода форсунка впрыскивает топливо, и оно воспламеняется от разогретого на предыдущем такте воздуха.
Во время рабочего хода и в бензиновом и в дизельном двигателе, поршень движется под действием давления от сгорания смеси. А что заставляет его делать еще два движения вверх (выпуск и сжатие) и одно движение вниз (впуск)?
В одноцилиндровом двигателе только инерция. Для её увеличения применяется массивный маховик. А в двигателях с несколькими цилиндрами, которые будут рассмотрены чуть позже, помимо инерции маховика и противовесов коленчатого вала, используется энергия рабочих ходов в других цилиндрах.
Рассмотренный рабочий цикл называется четырёхтактным. Существует также двухтактный рабочий цикл, но в автомобилях он в настоящее время применения не находит, поэтому здесь его рассматривать не станем.
Лучше вернёмся к четырёхтактному циклу и выясним, какие детали двигателя необходимы для его нормального протекания.
Загрузка...
