- Цикл роботи двигуна, робочі такти
- Конструкція і принцип роботи 2-тактного двигуна
- Принцип роботи 4-тактного двигуна
- Конструктивні особливості
- експлуатаційні показники
- підсумок
Винахід двигуна внутрішнього згоряння, а також застосування його в різних сферах, в тому числі і мото - і автотранспорті, дозволило значно спростити життя людині.
Звичайно, двигуни внутрішнього згоряння, такими якими вони є зараз, з'явилися не відразу, з моменту появи він постійно вдосконалюється.
Хоча на даний момент у цих двигунів лише модернізуються ті чи інші складові, основна ж концепція їх залишається незмінною.
Цикл роботи двигуна, робочі такти
З'явилися дуже давно двигуна внутрішнього згоряння як працюють на бензині, так і дизельному паливі, і застосовуються зараз, діляться на два види:
- двотактні;
- Чотиритактні.
Як відено з назви зводиться відмінність принципу функціонування двигуна в кількості тактів - рухів поршня, за які він виконує певний цикл робіт.
Для чотиритактного двигуна визначено 4 такту в результаті яких один поршень виконує повний цикл - впуск, стиснення, робочий хід і випуск.
У кожному з цих циклів в циліндрі двигуна виконуються певні процеси. Всі вони спрямовані на досягнення однієї мети - забезпечення перетворення енергії згоряння палива в обертання колінчастого вала.
Так, при такті впуску в циліндр подається горюча суміш, що складається з палива та повітря, без якого процес горіння неможливий. Причому освіту і подача цієї суміші у бензинового і дизельного двигуна відрізняються.
Далі йде такт стиснення, при якому надійшла суміш стискається в обсязі. Робиться це для того, щоб в меншому обсязі утворилося більше горючої суміші.
Зменшення обсягу дозволяє при наступному такті забезпечити більш високу ККД при згорянні палива.
Робочий хід - єдиний з усіх тактів, при ньому енергія віддається, а не забирається і для нього існують всі інші такти.
Після стиснення відбувається займання суміші, у бензинових двигунів - за рахунок іскри, проскакує між електродами свічки розжарювання, у дизелів - за рахунок високого тиску, при якому суміш нагрівається настільки, що запалюється.
При запаленні суміші виділяється енергія, яка впливає на поршень, змушуючи його рухатися вниз, при цьому виділена від згоряння енергія передається поршнем на колінвал за допомогою шатуна.
Випуск - такт, спрямований на очищення порожнини циліндра від продуктів горіння. Після очищення цикл повторюється знову.
З усього вищесказаного виходить, що один цикл руху поршня в циліндрі спрямований тільки на отримання одного такту - робочого ходу, всі інші такти тільки допомагають отримати його, причому для їх виконання задіюється частина енергії, яку віддає такт робочого ходу.
Кожен такт двигуна відповідає певному руху поршня в циліндрі.
Існують дві крайні точки положення поршня, що одержали назву мертвих точок.
Одна з них верхня - вище поршень уже піднятися в циліндрі не може, а друга - нижня, при якій він нижче не опускається.
Забезпечуються ці точки кривошипом колінчастого вала, до якого поршень приєднаний шатуном.
При русі поршня від однієї точки до іншої, а потім навпаки, і виконуються такти. Тобто, при русі поршня від нижньої точки (НМТ) до верхньої (ВМТ) можуть виконуватися два такту - стиснення і випуск, а при русі навпаки - впуск і робочий хід.
Маючи уявлення про тактах, можна говорити і про типах двигунів, а їх два - 2-тактний і 4-тактний.
У кожного з цих двигунів цикл проводиться по-різному, що впливає на їх конструкцію і багато інших параметрів і характеристики.
Конструкція і принцип роботи 2-тактного двигуна
2-тактний двигун знайшов найбільше поширення на малій техніці (бензопили, мотокоси), мотоциклах.
Колись існували навіть дизельні 2-х тактний двигун, що встановлюються на вантажівки, наприклад, МАЗ-200.
Цікаво, що описані вище такти у будь-якого двотактного двигуна нікуди не поділися, просто вони були поєднані.
У підсумку це дозволяє скоротити повний цикл всього в один оборот колін. вала.
Так, при русі поршня від НМТ проводиться відразу два такту - випуск і стиснення, а при русі від ВМТ - впуск і робочий хід.
Досягти цього всього можливо при використанні вікон в циліндрах, через які проводиться засмоктування і перекачування паливної суміші, а також відведення продуктів горіння.
Відкриття та закриття цих вікон забезпечується самим поршнем. Щоб дотримувалася правильність роботи механізму, вікна розташовуються на різних рівнях в стінках циліндра.
Щоб було зрозуміліше, візьмемо двигун мотоцикла «ІЖ Планета 5».
Даний мотоцикл укомплектований одноциліндровим двотактним мотором.
Циліндр розташовується поверх корпусу двигуна, охолодження його повітряне, тому у нього по колу розташовуються ребра охолодження.
З одного боку, до циліндра прикріплений патрубок, що йде від карбюратора, по ньому в циліндр надходить горюча суміш.
Навпаки, цього патрубка встановлюється труба відводу відпрацьованих газів.
Вгорі циліндр прикриває головка, в якій розміщена свічка розжарювання.
Усередині циліндра розташовується поршень, пов'язаний з кривошипом колінчастого вала через шатун. Далі вже він пов'язаний зі зчепленням і коробкою, але це поки не важливо.
Для подачі палива в надпоршневомупростір в двотактному двигуні задіяно і підпоршневу простір.
При русі поршня вгору в підпоршневу просторі створюється розрядження, в яке засмоктується топливовоздушная суміш через впускний вікно.
Подача ж з підпоршневу простору в надпоршневое проводиться від надлишкового тиску, яке виникає при русі поршня вниз.
Подача палива виробляється через перепускний вікно. Випуск продуктів горіння проходить через випускне вікно.
Тепер як все це працює.
Почнемо з руху поршня до ВМТ. Перебуваючи в НМТ, поршень забезпечує відкриття перепускного і випускного вікон. Надмірний тиск в підпоршневу просторі виштовхує горючу суміш в надпоршневомупростір.
Рухаючись вгору, поршень перекриває відкриті вікна, в результаті чого камера згоряння стає герметичною.
Доходячи до ВМТ, поршень стискає суміш далі подається іскра від свічки розжарювання, яка встановлена в головці циліндра.
В цей час, поршень рухаючись вгору, відкриває впускний вікно, через яке суміш надходить в підпоршневу простір. Тобто виходить, що в одному такті - русі поршня від НМТ до ВМТ відбувається два дії: спочатку впуск палива, потім - стиснення.
Після займання палива, виділена при цьому енергія штовхає поршень вниз.
Рухаючись вниз він від ВМТ, поршень відкриває спочатку випускне вікно. При згорянні обсяг продуктів горіння значно збільшується, тому вони відразу починають вириватися через це вікно.
Виходить, що при русі поршня вниз спочатку виконується робочий хід, а після відкриття випускного вікна - ще й такт випуску.
Далі при русі поршня вниз, він відкриває пропускний вікно і паливо починає надходити в надпоршневомупростір - цикл починає повторюватися, при цьому на виконання всього циклу знадобилося лише рух поршня спочатку вгору, а потім вниз, що відповідає одному обороту колін. вала.
Принцип роботи 4-тактного двигуна
Тепер про принцип роботи 4-тактних двигунів. Знову ж візьмемо одноциліндровий двигун мотоцикла, але на цей раз «Honda CB 125E».
У цього мотора теж циліндр розташований над картером і має повітряне охолодження.
Усередині циліндра встановлений поршень, пов'язаний з коленвалом за допомогою шатуна. Зверху циліндр закритий головкою.
Конструктивною особливістю цього двигуна є наявність механізму, який забезпечує подачу суміші і відведення продуктів горіння - газорозподільний механізм.
Встановлений біля цього мотора він в голівці блоку. Суть роботи цього механізму - своєчасне відкриття впускного і випускного вікон, які закриті клапанами.
Працює все за таким принципом. Спочатку - такт впуску. Щоб забезпечити цей такт, поршень повинен рухатися від ВМТ вниз. При цьому клапан відкриває впускний вікно, через яке розрідженням засмоктується паливо в циліндр.
Після досягнення НМТ впускний вікно клапаном закривається, поршень в цей час починає рухатися вгору, починається такт стиснення.
При цьому такті обидва вікна закриті, циліндр повністю герметичний, а поршень при русі вгору стискає горючу суміш, що надійшла раніше.
При підході поршня до ВМТ, коли суміш по максимуму стиснута, проводиться її займання від іскри свічки.
Надмірний тиск при згорянні змушує рухатися поршня вниз - відбувається робочий хід, при якому вікна теж залишаються закритими.
Після досягнення НМТ, поршень починає рух вгору, в цей момент клапан відкриває випускне вікно і поршень виштовхує через нього продукти горіння.
В результаті виходить, що для виконання тактів впуску і стиснення потрібен один оборот колін. вала, а для робочого ходу і випуску - ще один оборот.
Це були принципи робіт 2-тактного і 4-тактного двигунів на прикладі мотоциклів.
Ці принципи використовуються на всіх двигунах внутрішнього згоряння - від моторчика авіамоделі до потужного 12-циліндрового мотора танка.
Конструктивні особливості
Крім відмінностей в принципі роботи у цих моторів ще й існують конструктивні особливості.
2-тактний двигун конструктивно простіше. Механізм газорозподілу - це додаткове оснащення мотора, яке ускладнює конструкцію.
У 2-тактного двигуна цей механізм відсутній і його роль виконує поршень, відкриваючи й закриваючи ті чи інші вікна.
Крім цього, даний двигун не потребує системи мастила. Обумовлено це тим, що в процесі роботи задіяно і підпоршневу простір, де розташовується колін. вал.
Але оскільки кривошипно-шатунний механізм вимагає мастила, то у цього двигуна вона проводиться разом з паливом, тобто моторне масло додає в паливо, і під час вступу палива в цей простір, наявне масло змащує механізм.
У 4-тактних двигунів конструкція включає і механізм газорозподілу, і окрему систему мастила.
Це значно ускладнює конструкцію, однак ці двигуна є більш пріоритетними, ніж двотактні через низку експлуатаційних недоліків останніх.
експлуатаційні показники
Тепер про експлуатаційні показники.
Літрова потужність.
Багато в чому 2-тактний двигун за цими показниками краще. Позначається витрачена і отримана енергія на здійснення одного робочого циклу.
У 2-тактного двигуна кожен оборот - це один повний цикл, що забезпечує більший показник літрової потужності - відношенню обсягу циліндра до вихідної потужності. В середньому літрова потужність 2-тактного двигуна вище, ніж у 4-тактного в 1,5 рази.
Питома потужність.
Ще один показник, за яким 2-тактний мотор перевершує 4-тактний - це питома потужність.
Даний показник характеризує відношення вихідної потужності до загальної маси двигуна.
Програючи в потужних показниках, 4-тактний двигун краще за показниками витрати палива.
У нього подача суміші відбувається дозовано, через впускний вікно, при цьому випускний - закритий.
У 2-тактного ж мотора існує момент, коли випускний і перепускний вікна виявляються відкритими, при цьому надходить паливо частково виходить через випускне вікно разом з продуктами горіння, тобто, частина палива не бере участі в процесі, а просто вилітає в атмосферу.
Мастило двигуна.
У 4-тактного двигуна є система мастила, що забезпечує змащення всіх вузлів, але при цьому масло циркулює по закритій системі, втрати його незначні і в основному через зношування двигуна.
Мастило 2-тактного двигуна проводиться разом з паливом, а значить, виконавши свою функцію масло потрапляє в циліндр, де і згоряє.
Надійність моторів.
З приводу надійності конструкції цих моторів, то тут досить цікава ситуація.
Конструктивно 2-тактний мотор простіше, а значить і надійніше. Але у 4-тактного двигуна є більш досконала система мастила, яка забезпечує більший ресурс мотору.
Ось і виходить, що обидва мотори надійні, але кожен по-своєму. А ось по ремонтопридатності 2-тактний мотор все-таки краще.
Та ж спільна мастило разом з паливом у 2-тактних двигунів позначається і на екологічності цього мотора. Від згоряння масла в більшій мірі забезпечує забруднення атмосфери.
Поєднання робочих тактів у 2-тактного двигуна позначається на гучності роботи установки, вона трохи вища, ніж у 4-тактного агрегату.
Зате відсутність додаткових систем і механізмів забезпечує легшу і менш металоємність конструкцію, що позначається на загальній масі установки.
Більш складна конструкція 4-тактний установки грає і позитивну роль.
У цих моторів існує можливість модернізації системи харчування, застосування інжекторних систем з роздільною подачею палива і повітря в циліндри, що підвищують потужність і економічність двигунів.
У 2-тактних моторів можливість вдосконалення обмежена все тієї ж мастилом разом з паливом. Хоча спроби поліпшити показники цих моторів здійснюються постійно.
підсумок
В цілому, застосування до цих пір мають обидва цих мотора і навряд чи коли-небудь відмовляться від використання одного з них, оскольку у кожного з них є свої переваги, затребувані в тих чи інших умовах.
