Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания – это устройство, которое используется для преобразования химической энергии, содержащейся в топливе, в механическую энергию. Он наиболее распространенный тип двигателя, который применяется в большинстве автомобилей и мотоциклов.
Принцип работы четырехтактного двигателя основан на циклическом повторении четырех тактов или шагов: всасывания, сжатия, работы и выпуска. В каждом такте происходит определенный набор операций, что позволяет двигателю работать эффективно и производить необходимую мощность.
Основные компоненты четырехтактного двигателя включают впускной клапан, выпускной клапан, поршень, кривошипно-шатунный механизм и свечу зажигания. В начале первого такта, так называемого такта всасывания, поршень спускается вниз и создает область низкого давления, в которую втягивается смесь топлива и воздуха из впускного клапана.
Затем во втором такте, такте сжатия, поршень поднимается наверх для сжатия смеси. В это время вентили закрываются, а свеча зажигания создает искру, которая поджигает смесь, вызывая взрыв. При этом происходит острые удары, которые заставляют поршень двигаться вниз.
В третьем такте, или такте работы, поршень продолжает двигаться вниз, передавая мощность кривошипно-шатунному механизму, который преобразует линейное движение поршня во вращательное движение коленвала. В результате коленвал вращается и передает энергию дальше.
Принцип работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания
- Впускной такт: В этом такте клапан впуска открывается, позволяя смеси воздуха и топлива проникнуть в цилиндр. Поршень находится в движении вниз.
- Сжатие: После завершения впускного такта клапан впуска закрывается, а поршень начинает двигаться вверх, сжимая смесь воздуха и топлива в цилиндре.
- Рабочий такт: В самом верхнем положении поршня смесь воздуха и топлива поджигается свечой зажигания, что приводит к внутреннему взрыву. Поршень движется вниз, преобразуя энергию взрыва в механическую работу.
- Выпускной такт: Поршень возвращается в верхнее положение, и клапан выпуска открывается, позволяя отработавшим газам выйти из цилиндра и войти в выпускную систему.
Тактовая система позволяет двигателю сжимать и сжигать топливо, а также удалять отработавшие газы. Этот цикл повторяется множество раз в минуту для обеспечения непрерывного привода и создания необходимой мощности для работы транспортного средства.
Впускной такт
| Шаг 1: | Впускной клапан открыт, выпускной клапан закрыт. |
| Шаг 2: | Поршень двигается от верхней мертвой точки к нижней, увеличивая объем цилиндра. |
| Шаг 3: | Воздух и топливо смешиваются во впускном коллекторе и подавляются в цилиндр через впускной клапан. |
| Шаг 4: | Воздух с топливом заполняет цилиндр, а затем впускной клапан закрывается. |
Впускной такт важен для достижения оптимального смешения топлива с воздухом, которое позволяет двигателю эффективно сгорать и развивать максимальную мощность.
Сжатие топливно-воздушной смеси
После всасывания топливно-воздушная смесь перемещается внутрь цилиндра двигателя в результате снижения атмосферного давления. Затем поршень начинает подниматься, и смесь сжимается благодаря тому, что клапаны впуска и выпуска закрыты. Сжатие топливно-воздушной смеси увеличивает ее плотность и температуру.
Плотность сжатой смеси зависит от степени сжатия и характеристик двигателя. Важно достичь оптимального соотношения топлива и воздуха, так как недостаток одного из компонентов может снизить эффективность сгорания и производительность двигателя.
Повышение температуры сжатой смеси также существенно для обеспечения возгорания топлива внутри цилиндра. Высокая температура обеспечивает ускоренное сгорание топлива и повышает эффективность двигателя.
После сжатия топливно-воздушная смесь готова к следующему этапу — воспламенению и сгоранию, что приводит к движению поршня и передаче энергии во внешний мир.
Рабочий такт
На этом этапе поршень поднимается, сокращая объём цилиндра и увеличивая давление в нём. В это время клапаны впуска и выпуска закрыты, создавая герметичную камеру. В двигателе внутреннего сгорания объем цилиндра сжимается, а давление — увеличивается, что приводит к повышению температуры воздуха в камере сгорания. Это позволяет достичь оптимальных условий для последующего сгорания топлива, которое обеспечит движение поршня на следующем такте.
Сжатие смеси в данной фазе происходит благодаря тому, что поршень поднимается вверх, сокращая объем цилиндра. Происходит увеличение давления и сжимается смесь топлива и воздуха. Получившаяся в результате этого высокая температура и давление смеси гарантируют ее готовность к последующему взрыву и обеспечивают эффективную передачу энергии от горения к поршню.
Выпускной такт
Охлаждение двигателя
В основе охлаждения двигателя лежит система смазки и система охлаждения. Система смазки обеспечивает смазку всех движущихся деталей и уменьшает их трение. Она использует масло, которое циркулирует через все узлы двигателя и при этом охлаждается.
Важно заметить, что охлаждение двигателя также зависит от воздушной смеси и ее правильного охлаждения. Если воздушная смесь нагревается слишком сильно, это может негативно сказаться на температуре двигателя и его работе. Поэтому внимание также уделяется охлаждению воздуха перед его поступлением в цилиндры двигателя.
В целом, охлаждение двигателя является неотъемлемой частью его работы и обеспечивает его эффективную и надежную работу, а также длительный срок службы.
Система смазки
Основными компонентами системы смазки являются масляный насос, масляный фильтр и масляный картер. Масляный насос отвечает за подачу масла из масляного картера в различные узлы двигателя, такие как поршни, коленчатый вал и распределительный вал. Масляный фильтр предназначен для очистки масла от загрязнений и металлических частиц.
В процессе работы двигателя масло под давлением поступает на поверхности подшипников и цилиндров, образуя тонкую пленку, которая снижает трение между деталями. Это позволяет увеличить срок службы двигателя и обеспечить более гладкую работу его деталей.
Важно отметить, что масло должно поддерживать оптимальную температуру работы. Для этого существуют системы дополнительного охлаждения масла, которые передают тепло от масла к системе охлаждения двигателя.
В конце концов, система смазки является неотъемлемой частью работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания, обеспечивая его эффективное функционирование и надежность на протяжении всего срока службы.