Четырехтактный двигатель – это широко используемый внутреннего сгорания двигатель, который нашел применение в автомобилях, мотоциклах, судах, самолетах и других видов транспорта. Он был разработан в конце XIX века и до сих пор является одним из самых эффективных и надежных типов двигателей.
Основной принцип работы четырехтактного двигателя заключается в последовательном совершении четырех тактов, которые происходят внутри цилиндра – впускном, сжатии, рабочем и выпускном. При каждом такте выполняются определенные действия, обеспечивающие движение автомобиля. Этот принцип работы был разработан немецким инженером Николаусом Оттомаром.
В начале первого такта, или впускного такта, поршень двигается отверстиями внутри блока цилиндра вниз, создавая разрежение. В это время клапан впуска открывается, позволяя свежему воздуху и топливу попасть внутрь цилиндра. Затем поршень двигается вверх, сжимая смесь воздуха и топлива.
Принцип работы четырехтактного двигателя
Впускной такт начинается с того, что смесь топлива и воздуха подается в цилиндр двигателя через распределительный клапан. Затем поршень опускается вниз, создавая объем, в который заполняется смесь.
Следующий этап – сжатие. Во время этого такта поршень двигается вверх, сжимая смесь внутри цилиндра. Сжатие происходит благодаря действию двигателя: поршень восходящим движением сжимает смесь и повышает давление.
Далее следует такт работы, который называется также тактом взрыва или тактом сгорания. Поджигание сжатой смеси происходит с помощью свечи зажигания. В результате взрыва топлива происходит расширение газов и поршень двигается вниз, передавая механическую энергию на привод.
Последний такт – выпуск, происходит после рабочего такта. Поршень движется вверх и выталкивает выбросившиеся газы через выпускной клапан в систему выпуска.
Таким образом, принцип работы четырехтактного двигателя основан на последовательном выполнении четырех тактов: впуска, сжатия, работы и выпуска. Этот принцип обеспечивает эффективную работу двигателя и создает неоценимую энергию для привода различных механизмов.
Первый такт: Впуск
На этом этапе открываются выпускные клапаны, а впускные клапаны закрыты. Вместе с тем, поршень перемещается вниз, увеличивая объем цилиндра и создавая низкое давление внутри него.
Из-за разрежения воздуха снаружи двигатель втягивает воздух через воздушный фильтр, а затем через газоотводный канал и открывающийся воздушный клапан. При направлении воздуха внутрь цилиндра, смесь воздуха и топлива создается в карбюраторе, после чего попадает внутрь цилиндра через впускной клапан.
В ходе первого такта, поршень двигается вниз и заполняет цилиндр подсосом смеси, готовясь к следующему такту — сжатию.
Второй такт: Сжатие
После окончания впуска газовая смесь попадает в цилиндр, и поршень начинает подниматься. В результате движения поршня объем газов уменьшается, что приводит к сжатию смеси. В это время клапаны выпуска и впуска находятся в закрытом положении, чтобы не допустить утечки смеси.
Важно отметить, что сжатие смеси происходит на стадии сжимающего хода поршня. Во время этого такта давление в цилиндре растет, а объем газов уменьшается. При этом смесь становится более плотной и готова к последующему взрыву.
- На этом такте особенно важен корректный ход поршня, чтобы обеспечить максимальное сжатие газов. Ведь чем выше степень сжатия, тем больше внутренней энергии будет при взрыве, что в итоге приведет к большей мощности двигателя.
- Этап сжатия также влияет на эффективность работы двигателя. Если сжатие недостаточное, то это может привести к низкой мощности и к повышенному расходу топлива.
Именно на втором такте сжатия запасенная в двигателе энергия будет использована для генерации искры в свече зажигания, что и приведет к взрыву смеси и запуску третьего такта — рабочего.
Третий такт: Рабочий ход
В рабочем ходе поршень начинает двигаться вниз под действием давления, созданного воспламенением топлива в цилиндре. В этот момент клапан впуска сильно закрывается, чтобы предотвратить обратный поток сжатого воздуха из выпускного клапана.
Когда поршень опускается, заполняется смесь топлива и воздуха, которая проникает в цилиндр через клапан впуска. Затем поршень начинает двигаться вверх, сжимая смесь. В этот момент клапаны впуска и выпуска полностью закрыты.
Сжатие топливно-воздушной смеси повышает ее температуру и давление. Пара из свечи зажигания искрится, воспламеняя смесь. В результате происходит взрыв и горячие газы гонят поршень вниз. Здесь совершается полезная работа — поршень передает энергию движению коленчатого вала.
Рабочий ход является самой важной частью 4-х тактного двигателя. От его эффективности зависит мощность и экономичность работы двигателя.
Четвертый такт: Выпуск
Когда поршень находится в нижней точке, клапан выпускного тракта открывается благодаря действию распределительного вала, который связан с коленчатым валом. При открывании клапана, выхлопные газы начинают выталкиваться из цилиндра в выхлопную систему.
Во время этого такта, поршень совершает подъем, двигаясь вверх, чтобы убедиться, что все выхлопные газы покидают цилиндр. Форсунка остается закрытой во время выпуска, чтобы предотвратить попадание воздуха в цилиндр, что могло бы привести к потере энергии и снижению эффективности двигателя.
Однако, после окончания этого такта, поршень начинается движение вниз, открывая впускной клапан и начиная новый цикл четырехтактного двигателя.
Особенности четырехтактного двигателя
Основная особенность четырехтактного двигателя заключается в том, что он работает по принципу внутреннего сгорания. Топливо смешивается с воздухом в цилиндре двигателя, а затем сгорает, передавая энергию для привода поршня.
Первый такт цикла — такт всасывания. Поршень двигается вниз, создавая образовавшееся в цилиндре пространство. В это время воздух и топливо поступают в цилиндр через всасывающий клапан.
Второй такт — такт сжатия. Поршень двигается вверх, сжимая воздух и топливо, создавая условия для их дальнейшего сгорания.
Третий такт — такт сгорания. Поршень двигается вниз, и зажигание зажигательной свечи приводит к внезапному сгоранию смеси воздуха и топлива. Это сгорание выделяет энергию, которая передается через передаточную систему на вал двигателя, что приводит его в движение.
Четвертый такт — такт выпуска. Поршень двигается вверх, удаляя отработавшие газы через выпускной клапан. После этого цикл повторяется.
Одним из главных преимуществ четырехтактного двигателя является более эффективное использование топлива по сравнению с двухтактным двигателем. Благодаря четырем тактам и более сложной системе работы, четырехтактные двигатели могут предложить большую мощность и экономичность.
Однако, недостатком четырехтактного двигателя является его более сложная конструкция и более высокие затраты на обслуживание и ремонт по сравнению с двухтактным двигателем. Также, обороты четырехтактного двигателя могут быть ограничены, что ограничивает его применение в некоторых спортивных и специализированных транспортных средствах.