Принцип работы четырёхтактного двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Рабочий цикл 4-х тактного двигателя.

В этой статье Вы узнаете как работает четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания. Основная часть силовой продукции представленная на сайте МотоСвит работает именно с четырёхтактными двигателями (мотопомпы, двигатели общего назначения, снегоуборочники и даже уникальные с четырёхтактными двигателями которые работают в любой плоскости и т.п.). Если эта статья будет для Вас полезна не поленитесь и поделитесь с друзьями, кнопки в конце статьи.

Рады видеть Вас друзья на сайте .
Очень часто клиенты МоторСвит задают вопрос при выборе лодочного мотора:

Какой лучше выбрать лодочный мотор двухтактный или четырёхтактный двигатель?

Для того, чтобы ответить на поставленный вопрос рекомендуем Вам узнать и посмотреть рабочий цикл четырёхтактного двигателя.

Не будем затягивать, переходим к делу т.е. к этому процессу. Мы постарались дать Вам информацию максимально просто и без лишних сложных технических терминов + наглядные картинки помогут быстро понять и разобраться с принципом работы четырехтактного двигателя.

Кстати, сейчас мы рассматриваем с Вами поршневой четырёхтактный бензиновый двигатель внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания его виды и определение Вы сможете прочитать .

Как следует из названия, рабочий цикл четырёхтактного двигателя состоит из четырёх основных этапов — тактов (как показано на картинке выше). Это основное отличие 4-х тактного двигателя от . А теперь рассмотрим каждый цикл (такт) работы ДВС.

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

Поршень идёт из Нижней Мертвой Точки в ВМТ, сжимая рабочую смесь. При этом значительно возрастает температура смеси. Отношение рабочего объёма цилиндра в НМТ и объёма камеры сгорания в ВМТ называется степенью сжатия.

Степень сжатия — очень важный параметр, обычно, чем она больше, тем больше топливная экономичность двигателя. Однако, для двигателя с большей степенью сжатия требуется топливо с большим октановым числом, которое дороже.

Незадолго до конца цикла сжатия топливовоздушная смесь поджигается искрой от свечи зажигания. Во время пути поршня из ВМТ в НМТ топливо сгорает, и под действием тепла сгоревшего топлива рабочая смесь расширяется, толкая поршень.

Степень «недоворота» коленчатого вала двигателя до ВМТ при поджигании смеси называется углом опережения зажигания.

Опережение зажигания необходимо для того, чтобы давление газов достигло максимальной величины когда поршень будет находиться в ВМТ. При этом использование энергии сгоревшего топлива будет максимальным. Сгорание топлива занимает практически фиксированное время, поэтому для повышения эффективности двигателя нужно увеличивать угол опережения зажигания при повышении оборотов.

В старых двигателях эта регулировка производилась механическим устройством (центробежным и вакуумным регулятором воздействующим на прерыватель). В более современных двигателях для регулировки угла опережения зажигания используют электронику.

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

Стоит также помнить, что следующий процесс (например, впуск), необязательно должен начинаться в тот момент, когда закончится предыдущий (например, выпуск). Такое положение, когда открыты сразу оба клапана (впускной и выпускной), называется перекрытием клапанов. Перекрытие клапанов необходимо для лучшего наполнения цилиндров горючей смесью, а также для лучшей очистки цилиндров от отработанных газов.

Для наглядности ниже Вы можете видеть анимированные картинки рабочего цикла четырёхтактного бензинового двигателя.

Наряду с более простыми моторами на 2 такта существуют 4-тактные лодочные моторы. Это передовая разработка вывела данный класс двигателей на качественно новый уровень, решив целый ряд проблем и обеспечив агрегатам наилучшие показатели продуктивности.

Четырехтактный лодочный мотор

К главным преимуществам устройства относятся:

• Выверенную до мелочей улучшенную конструкцию нового поколения.
• По-настоящему экономное расходование и горючего, и масла.
• Тишину работы.
• Способность функционировать на сверхмалых скоростях. Лодочный мотор 4-х тактный прекрасно подойдет для ловли в местах щучьих засад, например.
• Отсутствие вредных выбросов в окружающую среду (т.е. экологичность).

В нашем каталоге представлены высококачественные 4-тактные лодочные моторы мощностью от 2,5 до 350 л/с., крупнейших производителей Японии и Китая. В наличии как более простые модели, так и функциональные устройства с задним ходом, самодиагностикой, интеллектуальной системой управления и пр.

Все товары сертифицированы, имеют паспорта и гарантийные талоны. Мы предлагаем удобные условия оплаты, доставки. Обеспечиваем индивидуальное обслуживание постоянных клиентов. Закажите обратный звонок, чтобы получить консультацию менеджера.

При покупке нового скутера люди часто задаются вопросом типа «Какой лучше 2 тактный или 4 тактный «. Однозначного ответа на этот вопрос нету. Каждый мотолюбитель найдет для себя как недостатки так и преимущества в обоих типах двигателей. Чтобы разобратся для себя, какой скутер лучше 2 тактный или 4 тактный , прежде всего следует узнать чем отличается 2 тактный от 4 тактного двигателя.

Отличие двухтактного от четырехтактного

Главное различия двухтактных и четырехтактных двигателей обуславливается отличием устройств их газообмена — подачи топливно-воздушной смеси в цилиндр и удалении отработаных газов. В двигателе 4т процессы очищения и наполнения цилиндра выполнялняются с помощью особого газораспределительного механизма (ГРМ), какой закрывает и открывает в конкретное время рабочего цикла впускной и выпускной клапаны. В двигателе 2т заполнение и очистка цилиндра производятся параллельно с тактами сжатия и расширения — в то время, когда поршень располагаться поблизости НМТ (нижняя мертвая точка). Для этого в стенках цилиндра есть два отверстия — впускное (продувочное) и выпускное, через какие выполняется подача топливной смеси и выпуск отработанных газов. Распределительный механизм с клапанами у двухтактного двигателя отсутствует, что делает его существенно легче и проще.

Какой двигатель мощнее 2 тактный или 4 тактный

В отличие от 4 т двигателя, в котором один рабочий ход приходится на два оборота коленвала, в 2 т моторе рабочий ход совершается при каждом обороте коленчастого вала. Это значит, что двухтактный двигатель обязан иметь (в теории) в два раза большую литровую мощность (отношение мощности к объему мотора), чем четырехтактный. Но практически преобладание составляет только 1,5 — 1,8 раза. Это случается из-за неполноценного применения хода поршня при расширении, худшего механизма избавления цилиндра от отработавших газов, затраты доли мощности на продувку и остальных явлений, связанных с отличительными чертами газообмена 2 тактных двигателей.

Расход топлива 2т и 4т

Превосходя четырехтактный мотор в литровой и удельной мощности, двухтактный двигатель уступает ему в экономичности. Выталкивание отработавших газов исполняется в нем топливно-воздушной смесью, прибывающей в цилиндр из кривошипно-шатунной камеры. При этом часть топливной смеси оказывается в выхлопных каналах, удаляясь совместно с отработавшими газами и не вырабатывая полезной работы.

Смазка 4 т и 2 т

Двухтактные и четырехтактные двигатели обладают различной по конструкции и принципу действия системой смазки двигателя. В 2-х тактных скутерах она осуществляется смешиванием в установленных пропорциях (обычно 1:25 … 1:50) моторного масла с топливом. Топливно-воздушно-масляная смесь, циркулируя в кривошипной и поршневой камерах, смазывает подшипники шатуна и коленвала, а также зеркало цилиндра. При возгорании топливной смеси масло, сгорает совместно с бензином. Продукты его сгорания удаляются вместе с отработанными газами.

Используются 2 метода смешивания масла с бензином. Обычное смешивание перед заливкой горючего в бак и отдельная подача, при которой топливно-масляная смесь сформируется во впускном патрубке, находящемся между карбюратором и цилиндром.

Раздельная система смазки двухтактного двигателя

1. масляный бак
2. карбюратор
3. разделитель троса газа
4. ручка газа
5. трос управления подачей масла
6. плунжерный насос-дозатор
7. шланг, подводящий масло во впускной патрубок

Во всех современных скутерах 2т используется отдельная подача масла (мы заливаем масло 2т отдельно от бензина). В двухтактном скутере двигатель имеет масляный бак, трубопровод какого связан с маслонасосом, подающим масло во впускной патрубок в том количестве, какое необходимо в зависимости от количества воздушно-бензинной смеси. Продуктивность насоса находится в зависимости от положения ручки «газа». Чем больше подается горючего, тем больше поступает масла, и напротив. Отдельная система смазки двухтактных движков считается более безупречной. При ней отношение масла к бензину при небольших нагрузках может досягать 1:200, что приводит к сокращению дымности, уменьшению образования нагара и расхода масла. Эта конструкция применяется, на современных скутерах с двухтактными моторами.

В четырехтактном двигателе масло не смешивается с топливом , а подается раздельно. Для этого двигатели обустроены традиционной системой смазки, складывающейся из масляного насоса, фильтра, клапанов, трубопроводов. Роль масляного бачка может выполнять картер двигателя (система смазки с мокрым картером) или отдельный бачок (система с сухим картером).

Система смазки четырехтактного двигателя с мокрым и сухим картером

1. поддон картера
2. маслозаборник
3. масляный насос
4. масляный фильтр
5. предохранительный клапан

При смазке с «мокрым» картером насос 3 вбирает масло из поддона, нагнетает его в выходящую полость и дальше по каналам подает к подшипникам коленчастого вала, деталям КШМ и ГРМ. При смазке с «сухим» картером масло заливается в бак, откуда насосом подается к трущимся плоскостям. Та часть масла, которая стекает в картер, откачивается вспомогательным насосом, отдающем ее назад в бачок. Для очищения масла от продуктов износа деталей мотора имеется фильтр. При потребности устанавливается и охлаждающий радиатор, так как в процессе работы температура масла может подыматься до больших температур.

Чем отличается двухтактное масло от четырехтактного

Так как в 2т двигателях масло сгорает, а в 4т нет, требования к его свойствам очень разнятся. Масло, применяемое в 2 тактных двигателях, обязано оставлять минимальное колличество нагара в виде золы и сажи, в то время как масло для 4т двигателей должно гарантировать стабильность характеристик в течение как можно более долгого времени.

В 18 веке многие изобретатели работали над созданием силовых агрегатов, способных заменить паровую машину. Появление устройств, топливо в которых сгорало бы не в топке, а прямо в цилиндре мотора стало возможным после того, как французский изобретатель Филипп Лебон в 1799 году открыл светильный газ. Через два года он же сконструировал газовый силовой агрегат, где газовоздушная смесь воспламенялась в цилиндре. Он имел 1 рабочий цилиндр двойного действия (камеры сгорания находились с двух сторон поршня, и рабочая смесь в них поджигалась поочередно). И только много лет спустя появился более совершенный двигатель четырехтактный, нашедший широкое применение во многих отраслях промышленности.

Впервые такой двигатель продемонстрировал немецкий инженер Август Отто в 1877 году. Произошло это после того, как бельгийский изобретатель Жан Этьен Ленуар предложил воспламенять горючую смесь с помощью электрической искры. Способствовало его появлению и изобретение устройства, позволяющего испарять жидкое топливо и обеспечивать подготовку рабочей газовоздушной смеси (карбюратор).

К серийному производству четырехтактных бензиновых двигателей приступили в 1883 году. Тогда немецкий инженер Готлиб Даймлер предложил для воспламенения газовоздушной смеси использовать раскаленные трубки, вставленные внутрь цилиндров.

Порядок работы

4-х тактный ДВС на сегодня наиболее распространенный силовой агрегат. Функционирует он, используя так называемый цикл Отто, состоящий из четырех последовательных тактов.

Такт представляет собой один полный ход поршня, во время которого коленвал совершает два оборота в направлении вращения часовой стрелки.

Работу 4-х тактного силового агрегата проще всего описывать, обратившись к простейшей конструкции, состоящей из:

1. собственно цилиндра;
2. поршня;
3. двух клапанов (впуск и выпуск);
4. свечи зажигания;
5. коленвала;
6. шатуна.

Классический ДВС отличается от такого механизма только большим числом цилиндров, работа которых синхронизирована определенным образом.

В простейшем одноцилиндровом ДВС последовательно осуществляются:

• 1 такт: впуск или всасывание.

Все начинается с того, что поршень находится в самом верхнем положении (верхней мертвой точке). А коленвал совершает половину оборота (0-180 градусов), толкая поршень в нижнее положение (нижнюю мертвую точку).

Благодаря этому действию в верхней области цилиндра образуется разрежение и раскрывается впускной клапан. Он становится открытым полностью в то время, когда поршень достигает нижнего уровня. Благодаря возникшему разрежению в цилиндр засасывается порция горючей смеси (воздух+пары бензина). При смешивании горючей смеси с продуктами сгорания от предыдущего цикла в цилиндре образуется рабочая смесь.

Примечание: в дизельном двигателе горючая смесь образуется прямо в цилиндре. Сначала происходит всасывание порции воздуха, который в процессе сжатия нагревается до температуры воспламенения, а затем, перед тем как поршень достигнет верхнего положения, происходит впрыск каплеобразного жидкого топлива. Процесс горения происходит только во время впрыска топлива.

• 2 такт: сжатия или компрессия

Он начинается при перемещении поршня вверх от нижнего уровня к верхнему. В это время коленвал снова поворачивается на ½ оборота (180-360 градусов).

При этом впускной и выпускной клапаны закрыты, из-за чего рабочая смесь начинает сжиматься.

В этом такте давление и температура в цилиндре повышаются приблизительно до 1,8 МПа и 600 С° соответственно.

• 3 такт: расширения или рабочий ход

В момент, когда достигается максимальная величина сжатия, включается свеча зажигания, от искры которой рабочая смесь воспламеняется и сгорает. В этом такте температура и давление в цилиндре доходят до 2500 С° и 5 МПа. Увеличившиеся температура и давление заставляют двигаться поршень вниз. А шатун, связывающий поршень и коленчатый вал, сообщает последнему вращательное действие, и он совершает следующие ½ оборота.

Именно в этом такте тепловая энергия переходит в механическую, и осуществляется полезная работа. Далее открывается выпускной клапан благодаря тому, что поршень перемещается вниз, что обеспечивает отвод отработанного газа. Когда поршень доходит до самого нижнего уровня – клапан максимально открыт. Сбросу давления до 0,65 МПа сопутствует понижение температуры до 1200 С°.

• 4 такт: выпуск

Поршень находится на нижнем уровне и под влиянием поворота коленчатого вала (180-360 градусов) перемещается вверх, выталкивая отработанный газ через открытый выпускной клапан.

В итоге, температура в цилиндре снижается до 500 С°, а поршень находится в верхнем положении. Так как избавиться от отработанных газов совсем не удается, остаточное давление в цилиндре держится на уровне 0,1 МПа, а оставшийся газ принимает участие в следующем такте.

Работа двигателя происходит за счет многократного повторения 4-х тактного цикла.

Конструкция

Сегодня 4-х тактные моторы более сложны по конструкции. Так, например:

• коленвал оснащают массивным маховиком, обеспечивающим за счет инерции плавное перемещение поршней;
• блок цилиндров оснащается газораспределительным механизмом;
• запуск мотора осуществляется с помощью стартера;
• беспроблемное функционирование всех узлов обеспечивается многочисленными вспомогательными устройствами (системы управления, смазки, впрыска топлива, охлаждения и пр.).

Где применяется

4-х тактные моторы применяются в нашей повседневной жизни очень широко. Их мощность напрямую зависит от объема и количества цилиндров.
Устанавливают ДВС в автомобилях и самолетах, тракторах и тепловозах. Применяются они также на судах морского и речного флота.

На 4-х тактные силовые агрегаты обратили внимание и энергетики. Используют их для питания стационарных и аварийных электрогенераторов, установленных в местах, где линии электропередач подвести невозможно или экономически нецелесообразно. Кроме того, такие генераторы устанавливают на объектах, где отключение подачи электроэнергии невозможно (больницы, банки, воинские части и пр.).

Какой двигатель выбрать?
2-тактный или 4-тактный?

При выборе лодочного мотора всегда будет стоять вопрос, какой брать: 2-тактный или 4-тактный. Чтобы сделать выбор, необходимо определиться с тем, в каких условиях будет эксплуатироваться мотор
и в каком режиме.

С точки зрения конечного потребителя (то есть нас с вами) главное отличие между 2-тактными и 4-тактными моторами – это устройство системы смазки.
В двухтактниках масло приходится заливать в бак с бензином в определенной пропорции, в четырехтактниках же масло находится в картере двигателя, как в автомобилях. Но, разумеется, разница не только в этом.

Сравним эти два типа моторов. В чем их отличия?

Вес мотора

Вес мотора играет немаловажную роль, особенно если мотор планируется часто перевозить. Какую разницу в весе могут иметь 2-тактные и 4-тактные моторы?
Это легко представить на конкретном примере. Допустим, возьмем две пары схожих по мощности мотора фирмы Suzuki.

DT15 (2-тактный)
Вес при длине дейдвуда L (20 дюймов) - 39,5 кг

DF15 (4-тактный)
Вес при длине дейдвуда L (20 дюймов) - 48,5 кг
Максимальная мощность - 15 л.с.

DT40W (2-тактный)
Вес при длине дейдвуда L (20 дюймов) - 80 кг
Максимальная мощность - 40 л.с.

DF50WT (4-тактный)
Вес при длине дейдвуда L (20 дюймов) - 110 кг
Максимальная мощность - 50 л.с.

Как видно, вес 4-тактника, как правило, больше его 2-тактного аналога. Однако если бы дело ограничивалось только весом, не вставал бы вопрос выбора, не так ли? Ведь есть еще такой важный показатель, как расход масла и топлива.

Расход масла

В 4-тактных моторах расход масла практически отсутствует, то есть с этим все просто: покупаете масло, заливаете в картер и, когда приходит время, меняете.

В двухтактных же моторах масло подается в камеру сгорания вместе с топливом. Причем реализуется это по-разному.
Традиционная система смазки двухтактника подразумевает добавление масла в бензин в определенной пропорции. Существует также раздельная система смазки, при которой масло заливается в отдельный бачок и подается в камеру сгорания дополнительным дозирующим устройством. В любом случае, масло должно попадать в камеру сгорания в определенном количестве, и количество это зависит от режима эксплуатации и даже от оборотов двигателя.
Так в чем же разница? Предположим, в вашем моторе система смазки смешанная. Рассчитывая на то, что в эти выходные вы будете рыбачить троллингом, вы добавляете масла не слишком много – так как на малых оборотах большого количества масла не требуется. Но при такой пропорции масла в топливе вы не сможете себе позволить, например, длительного передвижения на больших оборотах – у двигателя возникнет масляное голодание. И, наоборот, при заправке маслом в расчете на высокие обороты, на малых оборотах мотор будет «кушать» неоправданно много масла. А слишком много масла для мотора – это тоже вредно.
Теперь, предположим, система смазки у мотора раздельная. Вы залили масло в бачок, и мотор сам решает, сколько ему масла надо, пока он работает. Но тут уже стоит помнить о другой стороне медали, а она есть. Дозирующее устройство всё-таки может выйти из строя (а это может произойти если мотор недостаточно грамотно обслуживать), и тогда об этом факте вы если узнаете – то лишь в тот момент, когда двигатель заклинит от масляного голодания.
Так сколько же масла лить, и насколько его хватит? Масла лить нужно ровно столько, сколько предписано в инструкции по эксплуатации вашего мотора. Предположим, эта пропорция 1:25. То есть получается, что на 25 литров бензина уйдет литр масла.
Но за сколько времени уходит литр бензина? Об этом ниже.

Расход бензина

Да, современные моторы стали такими совершенными по сравнению с теми, которые выпускались пару десятилетий назад. Но даже сейчас чаще всего справедливым утверждением будет то, что у 2-тактных моторов расход топлива больше. Насколько – это уже зависит от конкретных данных: мощность, модель мотора.
Чтобы иметь приблизительное представление о разнице в «аппетитах», представим следующие данные на примере моторов Suzuki: 2-тактный DT55 и 4-тактный DF50.

2-тактный DT55 и 4-тактный DF50

Длина проходимой дистанции на одном литре топлива (на крейсерской скорости при 4500 об/мин)

Получается, на данном примере, на двадцати литрах в баке двухтактника DT55 можно пройти 20 километров. Однако на тех же двадцати литрах в 4-тактнике DF50 – 35 километров! Разница ощутимая, не так ли?
http://www.forum.1000size.ru/images/image2.jpg
Сравнение расхода топлива моторов при разных оборотах двигателя. (за 100-процентную величину взята норма расхода двухтактника)

Как видно из второго рисунка, 4-тактник заведомо выгоден тем, что чем меньше обороты двигателя – тем меньше аппетит.
А теперь добавьте к этим расчетам расходы на масло, если использовать 2-тактный двигатель. Еще по литру на 25 километров.
Если учесть, что средняя стоимость литра бензина 18 рублей, а стоимость одного литра 2-тактного масла 300 руб – получается, что стоимость одного километра на 2-тактном двигателе приблизительно ок. 30. руб, против 10 руб стоимости километра на 4-тактнике. И даже если учесть стоимость масла, которое вы смените после 6 месяцев, или 50 часов работы 4-тактного мотора, видно, что 4-тактный двигатель (во всяком случае, в данном сравнении) дешевле в эксплуатации.

Транспортировка

Несомненно, удобство 2-тактника в том, что его удобней перевозить – его можно положить в горизонтальном положении. Однако есть и 4-тактные модели, позволяющие это делать. Например, 2,5 – и 6-сильные от Suzuki.

Экологичность

4-тактные моторы, традиционно, считаются более экологичными. Это связано с тем, что в этих двигателях лучше сгорают остатки топлива, а в выхлопе отсутствуют продукты сгорания масла. Да и шума от этих моторов зачастую намного меньше.

Моторесурс

Всем известно, что 4-тактные двигатели внутреннего сгорания имеют больший ресурс, нежели 2-тактные. Однако даже при этом многие ярые противники 4-тактных моторов имеют такое оппозиционное мнение, что, якобы, 2-тактные моторы проще и дешевле в ремонте, и поэтому 4-тактники совсем брать не стоит… Просто задайте себе вопрос – для чего вы покупаете лодочный мотор? Чтобы его ремонтировать? Нет.
Стало быть, вы знаете ответ, а значит, и выбор сможете сделать правильный – и выбирать тип мотора будете исходя из разумных рассуждений на основе ваших целей.

Конечно же, не всё в этой статье следует понимать как аксиому. Дело в том, что в последнее время производители лодочных моторов добились таких результатов, что двухтактники почти не уступают 4-тактникам по экологичности, а 4-тактные моторы, в свою очередь, такие же мощные, как и 2-тактники аналогичного объема. Расход топлива двухтактника может быть лишь чуть хуже 4-тактника, а 4-тактные, в свою очередь, могут быть не такими уж и требовательными к положению мотора при перевозке. Это уже зависит от конкретных моделей, и очевидно, что нельзя однозначно сказать, в чью пользу делать выбор – в пользу двух- или четырехтактников. Всё зависит от целей эксплуатации мотора. Так или иначе, исходя из сравнительных данных, можно утверждать, что выбор четырехтактника будет особенно оправдан при покупке мотора средней или большой мощности.
При покупке же мотора мощностью до 25-30 л.с., выбор будет, скорее всего, определяться в пользу личных предпочтений покупателя. Но и здесь, пожалуй, стоит отметить, что небольшие мощностью четырехтактники особенно удобны, если планировать их использование в длительных прогулках – и расходов меньше, и возни.

Так что выбирайте свой мотор, покупайте и пусть он радует вас каждый раз, когда у вас найдется время для плеска волн за бортом лодки и тишины вокруг…