Дорогой друг, сегодня поговорим о том, что такое четырехтактный двигатель. Об истории его изобретения, принципах работы, особенностях, технических характеристиках и применении.
Наверняка, если у вас есть водительские права, вы хотя бы слышали этот термин на занятиях в автошколе. Но тогда вы едва начали вникать во все тонкости, так что сейчас самое время разобраться, что же происходит под покровом вашего железного коня.
Как всё начиналось
В 19 веке существовали двигатели, но в основном это были большие трансмиссии, приводимые в движение паром. Они, конечно, обеспечивали определенное пропитание для растущей промышленности, но у них было много недостатков.
Они были тяжелыми, имели низкий КПД, большие размеры, требовали много времени на запуск и остановку и требовали квалифицированных работников для работы.
Промышленность искала новый агрегат, лишенный этих недостатков, и они поняли, что такое четырехтактный двигатель. И как, при определенных условиях, это может увеличить прибыль.
Он был изобретен Эженом-Альфонсом Бо де Роша и превращен в металл Николаусом Августом Отто в 1867 году.
В то время это было технологическим чудом. Двигатель внутреннего сгорания был неприхотлив в обслуживании, имел небольшие размеры и не требовал постоянного ухода со стороны персонала.
Он работал по специальному алгоритму, который и сегодня называют «циклом Отто». Через восемь лет после выпуска первого аппарата компания Otto производила более 600 аппаратов в год.
Очень быстро двигатели внутреннего сгорания получили широкое распространение благодаря своей автономности и компактности.
Из чего состоит двигатель
Чтобы понять, как он работает, давайте рассмотрим основные компоненты двигателя:
- блок цилиндров;
- кривошипно-шатунный механизм (включает коленчатый вал, поршни, шатуны) — он необходим для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала
- головка блока цилиндров вместе с клапанным механизмом, который открывает впускные и выпускные клапаны, обеспечивая поступление смеси и выход отработавших газов. Привод клапанов может включать один или несколько распределительных валов, которые включают кулачки для толкания клапанов, сами клапаны и клапанные пружины. Для стабильной работы четырехтактного двигателя существует ряд вспомогательных систем:
- система зажигания — для воспламенения горючей смеси в цилиндрах;
- система впуска — для подачи воздуха и рабочей смеси в цилиндр;
- топливная система — для непрерывной подачи топлива, получения смеси воздуха и топлива;
- система смазки — для смазки трущихся деталей и одновременного удаления продуктов износа;
- выхлопная система — для удаления выхлопных газов из цилиндров, уменьшая токсичность выхлопа;
- система охлаждения — для поддержания оптимальной температуры двигателя.
Что значит четырехтактный двигатель и почему четыре такта
- Теперь, когда вы более или менее знакомы с механикой четырехтактного двигателя, пришло время понять принцип работы двигателя.
Он состоит из следующих этапов:впуск — поршень движется вниз, цилиндр заполняется топливной смесью из карбюратора через впускной клапан, который открывается кулачком на валу.При движении поршня вниз в цилиндре создается разрежение, поэтому всасывается рабочая смесь — воздух с парами топлива. Впуск продолжается до тех пор, пока поршень не достигнет НМТ (нижней мертвой точки). В этот момент впускной клапан закрывается; - компрессия, или сжатие — когда отверстие достигает НМТ, поршень начинает двигаться вверх по направлению к TDC (верхней мертвой точке). При движении поршня вверх происходит сжатие, топливно-воздушная смесь сжимается, и давление внутри цилиндра увеличивается. Впускные и выпускные клапаны закрыты;
- такт или расширение — в конце такта сжатия (в TDC) топливно-воздушная смесь воспламеняется от искры в свече зажигания. Когда поршень движется от ТДЦ к НТМТ, смесь сгорает, и увеличивающийся объем газов толкает поршень, совершая полезную работу. Именно по этой причине движение поршня при таком ходе называется ходом поршня. Впускные и выпускные клапаны закрыты;
- Выхлопные газы — На последнем, четвертом такте открывается выпускной клапан, поршень поднимается до своей высшей точки и выталкивает выхлопные газы из цилиндра в выпускную систему, проходя через глушитель и попадая в атмосферу. Когда поршень достигает TDC, выпускной клапан закрывается, и цикл повторяется. Четыре такта представляют собой цикл работы двигателя. Мерой является движение поршня вверх или вниз. Один оборот коленчатого вала соответствует двум тактам, а два оборота — четырем тактам. Отсюда и происходит название четырехтактного двигателя.
//auto-ru.ru/wp-content/uploads/2016/09/Animatsiya-raboty-dvigatelya-1.mp4
От чего зависит мощность четырехтактного ДВС
Здесь все ясно — мощность поршневого двигателя зависит в основном от:
- объем цилиндра;
- степень сжатия рабочей смеси;
- скорость вращения.
Также можно увеличить мощность четырехтактного двигателя за счет увеличения объема впускной и выпускной систем, увеличения диаметра клапанов (особенно на впуске).
Максимальная мощность также достигается при полном заполнении цилиндров, для чего используются турбины, нагнетающие воздух в цилиндр. Как следствие, давление в цилиндре увеличивается, и, соответственно, значительно повышается КПД двигателя.
Применение в настоящее время
Четырехтактные двигатели — это бензиновые или дизельные двигатели. Они используются в автомобильных или стационарных электростанциях. Их следует использовать там, где можно регулировать соотношение скорости, мощности и крутящего момента.
Например, если двигатель используется в сочетании с электрогенератором, необходимо поддерживать необходимый диапазон оборотов. А при использовании промежуточной передачи четырехтактный двигатель может быть адаптирован к довольно широкому диапазону нагрузок. То есть, для использования в автомобилях.
Давайте вернемся к истокам его развития. В группе изобретателя Отто работал очень способный инженер Готлиб Даймлер, который понял, что означает четырехтактный двигатель, каковы его перспективы, и предложил построить автомобиль на базе четырехтактного двигателя. Однако босс не признал, что в двигателе нужно что-то изменить, и Даймлер, увлеченный своей идеей, ушел от маэстро.
И через некоторое время он вместе с коллегой-энтузиастом Карлом Бенцем в 1889 году создал автомобиль, работающий на бензиновом четырехтактном двигателе внутреннего сгорания, изобретенном Отто.
Эта технология успешно используется и сегодня. В случаях, когда двигательная установка работает в переходных режимах или под нагрузкой — она незаменима, так как обеспечивает стабильность процесса.
Теперь вы, дорогой друг, знаете в общих чертах, что такое четырехтактный двигатель и где он используется. Теперь вы на голову выше. Но не скупитесь на информацию, поделитесь ею со своими друзьями. Социальные кнопки находятся здесь.
