Как работает двигатель?

Отличие двухтактного двигателя от четырёхтактного

Авто владельцы задаются вопросом: что лучше двухтактный или четырехтактный двигатель. Однозначного ответа нет, у каждого механизма положительные и отрицательные стороны, зависящие от предъявляемых к мотору требований.

Казалось бы, мощность мотора выполняющего два такта, в сравнении с равнозначным мотором, выполняющим четыре такта, больше, а значит он лучше. Однако, реальность сложней. На практике, возникают дополнительные утраты: частичное попадание и смешивание газовой отработки со свежим горючим, выброс части топлива при продувке. Результат, при выполнении одинакового цикла, агрегат, выполняющий два такта, по показателю экономичности уступает агрегату с четырьмя тактами.

Различен способ смазки силовых установок на четыре и два такта. Установка на два такта смазывается посредством смешивания масла для мотора и бензина. В четырёхтактном агрегате предусмотрен механизм смазки с использованием насоса, который расходует масла столько, сколько требует эксплуатация установки.

Двухтактные моторы не имеют клапанов, роль детали играет поршень, он открывает и закрывает отверстия впуска и выпуска. Отсутствие механизмов газораспределения упрощает силовой агрегат, делая обслуживание простым. Мощность установки, выполняющей два такта, считается выше, так как её цикличность выше. Однако, не полностью используя поршневой ход, потери мощности при продувке и остатках отработанных газов снижают показатель мощности.

Что бы было легче определить, какой двигатель лучше, двухтактный или четырёхтактный, представим краткое описание обоих силовых установок в виде таблицы:

Применять двигатель, выполняющий два такта при работе, целесообразно в моменты, когда речь не идёт об экономии топлива и смазки, а на первом месте стоят габариты и вес установки.

В то же время, в конструкции двухтактного двигателя кроется потенциал, который никак не удается реализовать на практике. Расчетный показатель мощности и экономичности в этом агрегате высок, сложность реализовать возникает из-за тонкости настроек. Возможно, в скором будущем благодаря применению электронных датчиков и механизмов контроля и настроек, двухтактным агрегатам удастся занять лидирующие позиции на автомобильном рынке.

Способы изгиба труб ПНД

Все технологии, с помощью которых сгибают полиэтиленовые трубы, основаны на свойствах этого полимера. Под воздействием высокой температуры он размягчается и принимает нужную форму. В качестве нагревательного оборудования применяют формовочную машину или строительный фен. Можно также воспользоваться подручными средствами и изготовить приспособление для размягчения и деформации полимера в виде спирали из медной проволоки.

Изгиб трубы с помощью спирали из медной проволоки

Для получения заготовок нужной длины используют специальный инструмент для резки ПНД труб.

Сгибание труб с применением формовочной машины

Сначала подготавливают оправу из плиты ДВП, учитывая диаметр деформируемой трубы и ее длину. Оправа служит для надежного закрепления заготовки и предохраняет ее от появления сколов, вмятин и других повреждений. Затем выполняют следующие операции:

1. используя формовочную машину, изготавливают оболочку из силикона;
2. вставляют полимерную трубу в оболочку и закрепляют ее в оправе из ДВП;
3. полученную конструкцию фиксируют в формовочной машине;
4. после нагрева полимера и его размягчения производят изгиб трубы ПНД, при этом она принимает форму оправы;
5. охлаждают заготовку в течение 10 минут, снимают ее и оставляют до полного застывания.

Схема гнутья трубы на трубогибном станке

Поверхность оправы из ДСП следует тщательно отшлифовать с помощью наждачной бумаги и устранить неровности и другие дефекты. Это защитит поверхность пластика от повреждений.

Технология сгибания труб с помощью строительного фена

При отсутствии формовочной машины в качестве нагревательного устройства можно использовать газовую горелку или строительный фен. Сначала также из древесноволокнистой плиты сооружают шаблон нужной формы, но затем технология несколько меняется.

Рассмотрим, как согнуть трубу ПНД с помощью строительного фена. Эта операция выполняется следующим образом:

1. намечают на поверхности место изгиба и наводят на него нагревательный прибор;
2. вращают трубу вокруг своей оси для равномерного прогревания;
3. после размягчения полимера заготовку помещают на подготовленный шаблон и постепенно изгибают под нужным углом, следя при этом, чтобы материал не разорвался в точке деформации;
4. оставляют трубу на формовочном каркасе до полного ее охлаждения;
5. снимают полученный элемент трубопровода и монтируют его в нужном месте.

При нагревании трубы необходимо следить за расположением оборудования. При слишком большой удаленности горелки или фена и недостаточном размягчении полимера заготовка при сгибании может деформироваться, а при близком воздействии возникает вероятность воспламенения материала.

Применяем строительный фен

Если радиус изгиба ПНД трубы не соответствует требуемому значению, то желательно дождаться ее полного охлаждения и заново повторить все действия. Попытка изменения конфигурации до затвердения полимера может привести к необратимой деформации заготовки.

В процессе изготовления шаблона следует исключить слишком резкие изгибы и заранее правильно рассчитать необходимые повороты.

Как работает двухтактный мотор

Выше было упомянуто, что поршневые двигатели делятся как на 4-тактные, так и на 2-тактные. Принцип работы вторых немного отличается от того, что был описан ранее. Да и само устройство такого агрегата значительно проще предыдущей конструкции. В двухтактном агрегате всего два окна в цилиндре — впускное и выпускное. Второе расположено чуть выше первого, и сейчас будет объяснено, для чего это.

Поршень при начале первого такта, до этого перекрывавший впускное окно, начинает двигаться наверх, в результате чего перекрывает собой окно впуска топлива. Поршень в это же время продолжает опускаться, что приводит к сжатию рабочей смеси. Как только деталь достигает нужного положения, на свече образуется первая искра, и созданная смесь тут же поджигается, воспламеняясь. Впускное окно к этому моменту уже открывается. Оно пропускает очередную порцию топлива и воздуха, продолжая работу механизма.

Начало второго такта характеризуется сменой направления движения поршня — он начинает перемещаться вниз. На него действуют газы, стремящиеся расширить имеющееся пространство. Поршень перемещается, открывая впускное окно, и оставшиеся после сгорания смеси газы уходят, пропуская внутрь новую порцию топлива.

Какая-то часть рабочей смеси также покидает цилиндр через открытый выпускной клапан. Поэтому становится понятным, почему двухтактные двигатели требуют такого количества топлива.

Watch this video on YouTube

Преимущества и недостатки

Преимуществом двухтактных поршневых агрегатов является достижение большой мощности при небольшом рабочем объеме, если сравнивать их с четырехтактными. Однако владелец авто будет страдать от внушительных расходов топлива, из-за чего в скором времени в его голове возникнет идея поменять агрегат.

Также плюсами двухтактных ДВС можно назвать простую конструкцию, понятную и равномерную работу, маленький вес и компактный размер. К минусам следует отнести грязный выхлоп, нехватку различных систем, а также быстрый износ деталей конструкции. Довольно часто владельцы машин с таким двигателем жалуются на перегрев агрегата и его поломку.

Примеры реализации двигателей внешнего сгорания на автомобилях

Работоспособные модели такого двигателя были выпущены в свет, несмотря на все сложности изготовления. В 50 года XX века у автомобилестроительных компаний появилась заинтересованность в этой разновидности силового агрегата. В основном реализацией двигателей Стирлинга на автомобилях занимались Ford Motor Company и Volkswagen Group. Шведская компания UNITED STIRLING разработала такой двигатель, в котором разработчики старались чаще использовать серийные агрегаты и узлы (коленвал, шатуны). Был разработан четырёхцилиндровый V-образный двигатель, обладавший удельной массой 2,4 кг/кВт. Аналогичной массой обладает компактный дизель. Двигатель попробовали устанавливать на семитонные грузовые фургоны.

Наиболее выделяющимся успешным образцом стал Philips 4-125DA, доступный для установки на легковые автомобили. Рабочая мощность двигателя составляла 173 лошадиных силы. Размеры несильно отличались от обычного бензинового ДВС.

Компания General Motors разработала восьмицилиндровый V-образный двигатель внешнего сгорания с серийным кривошипно-шатунным механизмом. В 1972 году ограниченная версия автомобилей Ford Torino оснащалась таким двигателем. Причём расход топлива снизился на целых 25 % по сравнению с предыдущими моделями. Сегодня несколько зарубежных компаний пытаются совершенствовать конструкцию этого двигателя с целью адаптации для серийного производства и установки на легковые автомобили.

Системы охлаждения, воздухозабора и запуска двигателя

В большинстве автомобилей система охлаждения состоит из радиатора и водяного насоса. Охлаждающая жидкость циркулирует по охлаждающей рубашке цилиндров, затем попадает в радиатор для охлаждения. В некоторых автомобилях (преимущественно в Volkswagen Жук) и в большинстве мотоциклов и газонокосилок используется воздушное охлаждение двигателей (двигатель с воздушным охлаждением легко узнать по ребрам на внешней стороне цилиндров, которые рассевают тепло). Двигатели с воздушным охлаждением намного легче, но охлаждаются хуже, что снижает их срок эксплуатации и производительность. Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает система охлаждения».

На схеме представлено соединение патрубков системы охлаждения
 
Итак, теперь Вы знаете, что и как охлаждает двигатель Вашего автомобиля. Но почему так важна циркуляция воздуха? Большинство двигателей является безнаддувными, т.е. воздух поступает через воздушные фильтры непосредственно в цилиндры. Более мощные двигатели либо имеют турбонаддув, либо наддув, т.е. воздух поступает в двигатель под давлением (для подачи в цилиндр большего объема топливно-воздушной смечи) для увеличения мощности двигателя. Уровень сжатия воздуха называется наддув. При турбонаддуве используется небольшая турбина, установленная на выхлопную трубу для вращения нагнетающей турбины входящим потоком воздуха. Турбокомпрессор устанавливается непосредственно на двигатель для вращения компрессора.
 
 
Увеличение мощности двигателя — это, конечно, хорошо, но что же происходит когда Вы поворачиваете ключ? Система запуска состоит из электростартера и соленоида стартера. При повороте ключа зажигания, стартер несколько раз проворачивает двигатель для начала процесса сгорания. Для запуска холодного двигателя требуется мощный стартер. Стартер должен преодолеть:
 

• Любое собственное трение, вызванное поршневыми кольцами
• Давление сжатия любого из цилиндров во время такта сжатия
• Энергию, необходимую для открытия и закрытия клапанов распредвалом
• А также действие всех остальных деталей, установленных непосредственно на двигателе, например водяного насоса, масляного насоса, генератора и т.д.

В связи с тем, что требуется большое количество энергии и в автомобилях используется 12-вольтная электросистема, на стартер должен поступать ток в несколько сотен ампер. Соленоид стартера — это большой электронный переключатель, который может выдержать ток такой силы. При повороте ключа зажигания, он запускает соленоид для подачи питания на стартер.
 
В следующем разделе мы расскажем о подсистемах двигателя, которые отвечают за то, что в него поступает (масло и топливо) и что выходит (выхлоп и выбросы).

Системы смазки, подачи топлива, выхлопа и электросистема двигателя 
Когда дело касается повседневного обслуживания, скорее всего Вас, прежде всего, заинтересует количество бензина в бензобаке Вашего автомобиля. Каким же образом бензин, которым Вы заправляетесь, заставляет работать цилиндры? Топливная система при помощи насоса подает топливо из бензобака и смешивает его с воздухом в определенных пропорциях для того, чтобы топливно-воздушная смесь затем поступала в цилиндры. Существует три способа подачи топлива: карбюрация, впрыск во впускные каналы и непосредственный впрыск.

• При карбюрации устройство, которое называется карбюратор, смешивает бензин с воздухом при подаче воздуха в двигатель.
• В двигателях с впрыском топлива необходимое количество топлива впрыскивается в каждый цилиндр отдельно либо над впускным клапаном (впрыск во впускные каналы), либо в сам цилиндр (непосредственный впрыск).

Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает система впрыска топлива».
 
Масло также играет очень важную роль. Система смазки обеспечивает подачу масла для каждой движущейся детали для того, чтобы они свободно двигались. Прежде всего, смазка требуется поршням (для их плавного движения в цилиндрах) и подшипникам, которые обеспечивают вращение таких деталей, как коленвал и распредвал. В большинстве автомобилей масла из поддона картера подается при помощи масляного насоса, проходит через масляный фильтр для удаления абразивных частиц, после чего под давлением поступает на подшипники и стенки цилиндра. Затем масло стекает обратно в картер, где оно собирается, после чего цикл повторяется.

Вспомогательные системы

В устройство двигателя автомобиля входят дополнительные контуры, которые отвечают за подачу топлива, смазку и охлаждение агрегата, а также избавление от отработанных газов. От правильного функционирования этих узлов во многом зависит время работы мотора, поэтому разберем их подробнее.

Газораспределение

Газораспределительный механизм контролирует движение впускных и выпускных клапанов, узел состоит из:

• распредвала;
• самих клапанов;
• привода клапанов;
• привода ГРМ.

Зажигание

Зажигание необходимо только бензиновым силовым агрегатам — поскольку горючее внутри цилиндров в этих установках не может воспламеняться самостоятельно, требуется искра.

Детали ДВС, которые отвечают за работу системы зажигания.

Схема работы и строение системы зажигания ДВС:

• От аккумулятора (а когда мотор работает– от генератора) напряжение подается на катушку зажигания.
• Накопитель энергии (катушка) преобразует ее в ток, достаточный, для появления разряда.
• Трамблер распределяет ток по бронепроводам к каждому цилиндру. (В новых машинах это происходит под контролем электронного блока управления).

Топливоподача

Хотя принцип воспламенения смеси на бензиновых и дизельных движках различен, остальная схема топливного контура у них одинакова:

1. Из бензобака горючее насосом подается в топливопровод.
2. Далее через различные фильтры топливо поступает в узел смешения — карбюратор или инжектор, где обогащается воздухом.
3. Состав поступает на свечи или форсунки, и оттуда уже идет в камеру цилиндра (на бензиновых ДВС топливо сначала подается во впускной коллектор).

В бензиновых моторах с инжекторными системами подача топлива происходит через форсунку, которая распыляет его в выпускной патрубок, где горючее смешивается с кислородом.

На дизельных автомобилях горючее и кислород подаются отдельно. Топливо под высоким давлением выпрыскивается из форсунок, а воздух заходит через газораспределительный механизм.

Смазка

Система смазки позволяет уменьшать силу трения, защищать металл от разрушения, отводить лишнее тепло, и убирать продукты горения. Узел состоит из:

• маслопровода;
• фильтра;
• радиатора, охлаждающего масло;
• поддона картера;
• масляного насоса, подающего смазку из поддона снова в оборот.

Охлаждение

Элементы силового агрегата нагреваются до экстремально высоких температур, поэтому их необходимо охлаждать, чтобы предупредить разрушение или деформацию деталей. На относительно простых устройствах (мотороллерах или мопедах) температура движка понижается за счет встречного потока воздуха, но для мощных автомобильных моторов этого недостаточно. В них устроен отдельный контур, по которому идет охлаждающая жидкость:

• Радиатор состоит из множества трубочек, проходя по которым, жидкость охлаждается за счет теплоотдачи.
• Вентилятор гонит поток воздуха на радиатор, усиливая теплообмен.
• Водяной насос обеспечивает циркуляцию и постоянное поступление охлажденной жидкости к наиболее горячим местам.
• Термостат отвечает за переключение потока между внешним и внутренним кругом.

Жидкостная система охлаждения.

Выпускная система

Выхлопная система позволяет выводить отработанные газы, которые выпустил мотор автомобиля из своих цилиндров, в окружающую среду. Общее устройство выпускного контура машин с ДВС:

1. Выпускной коллектор принимает отходы от каждого цилиндра, гасит их первичные колебания и направляет в приемную трубу (так называемые «штаны»).
2. Далее поток поступает в каталитический нейтрализатор, в котором происходит очищение газов.
3. Из катализатора выхлоп переходит в резонатор, где снижается скорость потока, и разделяются газы.
4. Предпоследняя ступень выпускной системы — глушитель, внутри которого расположены перегородки, меняющие направление выхлопа, за счет чего снижается скорость и шумность выброса.
5. Из глушителя отработка поступает в выхлопную трубу, а оттуда — в атмосферу.

Выпускная система ДВС автомобиля.
Мне нравится1Не нравится

Принцип работы ДВС: основные моменты

Принцип работы двухтактного двигателя

Принцип работы такого двигателя объясняется в циклах (тактах) и их всего два:

1. Такт сжатия. Все начинается с того, что поршень от нижней мертвой точки перемещается к верхней мертвой точке, перекрывая продувочное и выпускное окно. После того как произошло закрытие выпускного окна, в цилиндре происходит сжатие горючей смеси.

Одновременно со сжатием горючей смеси в кривошипной камере создается разряжение, под действием которого из выпускного коллектора через впускное окно и приоткрытый клапан поступает уже готовая горючая смесь непосредственно в кривошипную камеру.

2. Такт рабочего хода. Сжатая рабочая смесь при положении поршня около верхней мертвой точки воспламеняется искрой от свечи. В результате воспламенения резко возрастает температура и давление. Вследствие этого газы расширяются, и поршень перемещается к нижней мертвой точке (происходит полезная работа).

Поршень, опускаясь вниз, создает в кривошипной камере избыточное давление. Под действием этого давления клапан закрывается, не давая горючей смеси вернуться во впускной коллектор. Когда поршень доходит до выпускного окна, оно открывается, и происходит выпуск отработанных газов. Давление в цилиндре понижается.

Далее поршень открывает продувочное окно, осуществляя продувку цилиндра от остатков отработанных газов и заполняя его горючей смесью.

Принцип работы четырехтактного двигателя

Принцип работы четырехтактного двигателя состоит из четырех тактов:

1. Впуск. При перемещении поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке создается разряжение рабочей камеры и происходит открытие впускных клапанов. В цилиндр засасывается горючая смесь. Когда поршень доходит до нижней мертвой точки, впускные клапаны закрываются.
2. Сжатие. При перемещении поршня от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке происходит сжатие горючей смеси, вследствие этого увеличивается давление в камере и повышается температура горючей жидкости. Когда поршень доходит до верхней мертвой точки, срабатывает свеча зажигания, которая воспламеняет горючую смесь.
3. Рабочий ход или расширение. Происходит пик сгорания горючей смеси. Выделяется много тепла, повышается температура газов продуктов сгорания и давление в цилиндре. Под давлением поршень движется вниз к нижней мертвой точке и через шатун раскручивает коленчатый вал.
4. Выпуск. При перемещении поршня от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке распределительный вал открывает выпускной клапан и поршень выдавливает отработанные газы. После выпуска отработанных газов выпускной клапан закрывается.

В цилиндрах такты чередуются с определенной последовательностью (1-3-4-2). Это главное правило для стабильной работы четырехтактного двигателя.