Как устроен одноцилиндровый четырехтактный двигатель? + видео
На сайте вы найдете информацию о том как сделать качественный ремонт автомобиля своими руками, подробные фото отчеты по ремонту ауди с4, а также много полезной информации о диагностике и профилактике неисправностей.
Top menu
поиск google
Breadcrumbs
Меню сайта:
Последние публикации
Перетяжка потолка ауди 100 с4.(Часть 3)
В первой и второй частях мы снимали обшивку потолка, сегодня же мы займемся самой перетяжкой.
Перетяжка потолка ауди 100 с4.(Часть 2)
Продолжим снятие обшивки потолка. В первой части мы сняли обшивку люка и накладки передних стоек. Сегодня мы все-таки снимем потолок.
Перетяжка потолка ауди 100 с4.(Часть 1)
В уже не молодых автомобилях, не редко можно столкнуться с проблемой провисания потолка. Происходит это, как правило, по двум причинам:
Одноцилиндровый четырехтактный бензиновый двигатель принцип работы.
В наше время на автомобилях используются четырехтактные многоцилиндровые двигатели. Для того, чтобы вы могли самостоятельно ремонтировать двигатель и определять характер неисправности, вначале необходимо узнать его устройство и принцип работы. Для того чтобы представить как же он все таки работает, рассмотрим принцип работы одноцилиндрового четырехтактного бензинового двигателя. Отличие у них только в количестве цилиндров.
Рис 1 – Одноцилиндровый четырехтактный бензиновый двигатель в разрезе.
1 – глушитель. 2 – пружина клапана. 3 – карбюратор. 4 – впускной клапан. 5 – поршень. 6 – свеча зажигания. 7 – выпускной клапан. 8 – шатун. 9 – маховик. 10 – распределительный вал. 11 – коленчатый вал.
- Принцип работы одноцилиндрового четырехтактного двигателя следующий:
Такт впуска. Такт – это процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня.
Рис 2 – Такт впуска.
1 – впускной клапан. 2 – свеча зажигания. 3 – выпускной клапан. 4 – шатун.
Направление вращения коленчатого вала происходит по часовой стрелке. Вначале поршень у нас находится в верхней мертвой точке ВМТ. За первый такт коленчатый вал совершает пол оборота (180 градусов), тем самым перемещая поршень из ВМТ в нижнюю мертвую точку НМТ. Когда поршень перемещается вниз, у нас в цилиндре создается разряжение. Одновременно с перемещением поршня открывается впускной клапан 1, в конце первого такта клапан откроется полностью. Благодаря создавшемуся разряжению в цилиндре засасывается горючая смесь, которая представляет собой смешанные пары бензина с воздухом. Не забываем, что в цилиндре у нас еще присутствуют продукты сгорания от предыдущего цикла. В итоге это все смешивается и у нас получается рабочая смесь.
Рис 3 – Такт сжатия.
Следующий оборот на 180 градусов приводит перемещение из НМТ в ВМТ. В этом такте оба клапана у нас закрыты, что приводит рабочую смесь к сжатию и повышению давления до 1.8 МПа и температуры 600 градусов Цельсия. Подробнее о такте сжатия.
Такт расширение. Рабочий ход.
Рис 4 – Такт расширение. Рабочий ход.
По окончанию сжатия происходит воспламенение рабочей смеси от искры создаваемой свечей 2 и ее сгорание. Что приводит к увеличению температуры до 2500 градусов Цельсия и давления до 5 МПа. За счет резкого повышения давления, поршень начинает перемещаться вниз, толкая шатун 4, который в свою очередь совершает вращательное действие на коленчатый вал. В этом такте совершается полезная работа, тепловая энергия преобразуется в механическую. При подходе поршня к НМТ начинает открываться выпускной клапан 3, через который отводятся отработанные газы. В результате температура у нас падает до 1200 градусов, а давление до 0.65 МПа. Подробнее о такте рабочего хода.
Такт выпуска.
Рис 5 – Такт выпуска.
В этом такте у нас полностью открывается выпускной клапан 3. Поршень перемещается из нижней мертвой точки в высшую, выталкивая отработанные газы. Далее газы попадают в выпускной коллектор, затем пройдя через глушитель в атмосферу. В конце такта температура в цилиндре падает до 500 градусов, а давление до 0.1 МПа. Полностью цилиндр от отработанных газов не освобождается, какой-то их процент остается и участвует в последующем такте. Подробнее о такте выпуска.
В процессе работы двигателя все перечисленные такты повторяются циклически. При 3 такте, где совершается рабочий ход поршня, механическая энергия от коленвала передается маховику, которую он накапливает и использует ее в последующих тактах. Благодаря маховику работа двигателя становится ровной и устойчивой.
Как устроен одноцилиндровый четырехтактный двигатель?
В настоящее время, двигатели внутреннего сгорания применяются в большом количестве различных технических средств, причем, данными средствами являются не только автомобили. Такой род двигателей, как и двухтактный ДВС, применяется и в мототехнике и в специализированных устройствах, предназначенных для строительства, например, бензопила. Данные агрегаты представлены четырехтактными ДВС, имеющие по одному цилиндру, а не как в современном автомобиле – по четыре. В этой статье вы узнаете, как устроен одноцилиндровый четырехтактный двигатель, его принцип работы и ремонт.
Устройство и принцип работы одноцилиндрового двигателя
Устройство одноцилиндрового ДВС: 1 – головка цилиндра; 2 – цилиндр; 3 – поршень; 4 – поршневые кольца; 5 – поршневой палец; 6 – шатун; 7 – коленчатый вал; 8 – маховик; 9 – кривошип; 10 – распределительный вал; 11 – кулачок распределительного вала; 12 – рычаг; 13 – впускной клапан; 14 – свеча зажигания
Данные двигатели получили широкое распространение даже в автомобилях. Несмотря на малое количество цилиндров, они имеют довольное малое отношение площади рабочей части цилиндра ко всему рабочему объему двигателя. Это преимущество говорит о том, что такой мотор имеет минимальные потери самое главной – тепловой энергии, а значит, обладает высоким коэффициентом полезного действия.
Устройство такого двигателя практически не представляет собой ничего сложного, в отличии от современных атмосферных и турбированных моторов. Он представлен всего одним цилиндром, во внутренней части которого перемещается такой же поршень, как и во многоцилиндровых автомобильных двигателях. В верхней части камеры сгорания располагаются два клапана, которые отвечают за подачу топливной смеси, а второй за выпуск отработавших газов.
Работа данного двигателя заключается в следующем. Всего такой мотор имеет четыре такта:
- Впуск. Поршень внутри цилиндра располагается в самой верхней мертвой точке и движется вниз в строгом соответствии с поворотом коленчатого вала на 180 градусов. Пока поршень движется вниз, открывается, клапан, отвечающий за подачу топливной смеси, и в камеру сгорания подается топливо, смешанное с воздухом. После достижения поршнем самой нижней мертвой точки начинается следующий такт.
- Сжатие. Во время этого такта задача поршня – вернуться в верхнюю мертвую точку. Коленчатый вал вращается дальше, еще на 180 градусов, при этом: впускной клапан полностью закрывается, а поршень движется наверх, сжимая уже готовую смесь.
- Рабочий ход. Как только поршень достигнет самой верхней мертвой точки, в камере сгорания смесь будет сжата до критической отметки. В этот самый момент на электродах свечи зажигания при помощи ряда устройств возникает искра, которая воспламеняет топливовоздушную смесь. С этого момент начинается такт расширения, или как его называют по-другому – рабочего хода. Поршень, под действием энергии, возникшей от воспламенения смеси, движется снова вниз, заставляя вращаться коленчатый вал. Клапана находятся в закрытом состоянии.
- Такт выпуска. После достижения нижней мертвой точки, поршень снова движется вверх под действием силы инерции, передаваемой от коленчатого вала. В этот момент открывается выпускной клапан и под давлением через него во впускной коллектор выходят отработавшие газы. Такт завершается после закрытия выпускного клапана и после того, как поршень окажется в верхней точке. Далее цикл тактов повторяется.
Основным тактом любого двигателя является рабочий ход. Именно в этот момент происходит самое главное – преобразование энергии тепла в механическую энергию.
Ремонт одноцилиндрового двигателя
Чтобы изучать особенности ремонта двигателей такого типа, необходимо кое-что знать о его основных проблемах. А он имеет всего одну проблему – это высокая температура. Так как потери тепла стали минимальными, трущиеся детали стали уязвимее к механическим нагрузкам, а значит, нуждаются в качественном охлаждении. Дело в том, что основная жидкость, которая на максимальном уровне контактирует с этими деталями – масло, не может обеспечить должного отвода тепла. Поэтому для такого мотора разрабатываются две системы охлаждения: воздушная и жидкостная со специальной системой термостатов.
Ремонт такого двигателя можно выполнить своими силами. Для этого нужен минимум знаний и стандартный набор инструментов. Если в процессе эксплуатации наблюдаются различные стуки, которые доносятся из головки блока цилиндров, то клапанный механизм нуждается в регулировке. Все регулировки производятся при снятом двигателе и демонтированной клапанной крышке. Кроме того, необходимо снять специальную крышку на генераторе, под которой расположена гайка. Вращая эту гайку, мы вращаем коленчатый вал, для установки поршня в верхнюю мертвую точку. Чтобы определить этот момент, необходимо довести до совмещения специальные метки на роторе. После этого, под кулачки распределительного вала устанавливают измерительные щупы и замеряют тепловые зазоры клапанов. Выполнять данную процедуру нужно, естественно, на холодном двигателе, иначе результат регулировки будет не правильным.
После этого, мотор необходимо собрать и проверить. Его устанавливают на агрегат и запускают. Если он работает ровно без шумов, то регулировка клапанов прошла успешно.
Вот и все. Вот так легко можно произвести ремонт одноцилиндрового четырехтактного двигателя своими руками без помощи мастеров автосервиса. Это поможет вам хорошо сэкономить на их услугах и даст вам бесценный опыт.
Четырехтактный двигатель: принцип работы, ремонт
Двигатели внутреннего сгорания должны были заменить промышленную паровую машину. Однако энтузиасты, которые работали над созданием мотора, смогли ощутить потенциал, который заложен в него. Изобретателям удалось отыскать способы, которые позволили в значительных пределах увеличить мощность агрегата без существенного увеличения массы. Так, Николаус Отто сыграл одну из главных ролей в этом проекте.
Как Отто двигатель разрабатывал
Агрегат, изобретенный ученым по имени Альфонс Бо де Роша, а затем построенный немецким инженером Николаусом Отто в 1867 году, в те годы считался максимумом технологичности и практически совершенством. Аналогов для него просто не существовало. Мотор был очень недорогим в эксплуатации, имел компактные размеры, а также ему не нужно было частое обслуживание.
Работа четырехтактного двигателя была построена по четкому алгоритму. Сегодня его называют «циклом Отто». В 1875 г. Николаус Отто в своей компании выпускал больше, чем 600 двигателей за год.
От четырехтактного ДВС до автомобиля
В команде инженеров, которые работали над созданием агрегата, был один талантливый парень – Готлиб Даймлер.
Он тогда горел идеей создания на базе этого мотора настоящего автомобиля. Но Отто не желал модернизировать уже имевшийся успешный мотор. Даймлер был вынужден уйти из проекта, но желание построить автомобиль никуда не делось.
В итоге вместе со своим другом и единомышленником в 1889 году Даймлер таки собирает автомобиль, в основе которого лежит бензиновый четырехтактный двигатель, функционирующий по алгоритму Отто.
Отличие 4-тактного двигателя от 2-тактного
Цикл работы ДВС – это несколько процессов, которые направлены на получение порции силы, которая будет воздействовать на коленвал. Цикл этот состоит из впрыска топлива, сжатия, зажигания топливной смеси, расширения газов, выпуска.
Такт в двигателе внутреннего сгорания – это один ход поршня либо вверх, либо вниз. В двухтактном моторе за один оборот коленвала совершается два такта. Когда газы расширяются, поршень совершает полезную работу.
Агрегаты, где рабочий ход происходит в два такта, называют двухтактными. А если за два оборота коленчатого вала совершается четыре такта, то это уже четырехтактный двигатель.
И те, и другие могут быть как бензиновыми, так и для дизельного топлива. Чтобы понять особенности конструкции и эксплуатации, различия между разными моторами, нужно рассмотреть принципы их работы.
Принцип работы четырехтактного двигателя
Главное отличие 4-тактного ДВС от 2-тактного – в работе газораспределения.
Такт впуска
На первом такте осуществляется впуск. В этот самый момент поршень начинает свое движение вниз из своей верхней мертвой точки. В цилиндре вследствие этого создается разряжение. Тем временем открывается впускной клапан. Топливная смесь всасывается в полость цилиндра. Когда поршень достигает своего крайнего нижнего положения, клапан впуска закрыватся и впускная фаза полностью завершается.
Сжатие топливной смеси
Это второй такт. Здесь поршень движется вверх, а клапаны полностью закрыты. В этот момент топливно-воздушная смесь сжимается, тем самым нагреваясь. Это нужно для более эффективного сгорания смеси.
Рабочий ход поршня
Поршень не доходит до своего крайнего верхнего положения. В бензиновых агрегатах – от свечи, а в дизельных – от сжатия топливная смесь загорается. Газы от сгорания очень резко расширяются, сила воздействует на поршень, и он идет вниз. Так четырехтактный двигатель совершает работу.
Выпуск отработанных газов
После того как поршень совершил свою полезную работу, он находится в крайнем нижнем положении. Теперь нужно удалить из полости цилиндра отработанные газы. Это выполняется через выпускной клапан. Газы выталкиваются из цилиндра в тот момент, когда поршень идет вверх.
Такты в дизельных ДВС
Порядок или алгоритм в дизельных двигателях отличается только тем, что в момент сжатия в полость цилиндра подается лишь воздух. Дизельное топливо подается в камеру только в конце такта сжатия топлива при помощи форсунок.
Отличия двухтактного и четырехтактного двигателя
Среди основных отличий, как уже говорилось, выделяется разная система газообмена.
В двухтактном же моторе и процесс заполнения камеры сгорания, и ее очистка осуществляются вместе с тактом сжатия и расширения. Для этого в цилиндре имеются специальные технологические отверстия для впуска смеси и выброса газов. В агрегатах с такой конструкцией нет механизма ГРМ, что делает эти моторы гораздо проще и легче.
Одноцилиндровый четырехтактный двигатель
Моторы этой конструкции очень распространены. Их можно найти не только в автомобилях, но и в мотоциклах, скутерах, тракторах, мотоблоках. В Китае производят литровые двигатели, которые используются для работы с мотоблоками.
Одно из главных достоинств таких ДВС – это очень маленькое отношение площади камеры сгорания к объему. Это дает минимальные потери тепловой энергии. КПД в таких двигателях очень высокий.
Устройство аналогично многоцилиндровым двигателям. Ничего нового здесь нет.
Этот четырехтактный двигатель предназначен для применения в утилитарных мотоциклах, мопедах, скутерах.
Капризы одноцилиндровых моторов
Во время работы двигателя создаются очень высокие температуры. Детали, которые работают в парах трения, должны периодически охлаждаться и хорошо смазываться. Зазоры между узлами нужно промывать, чтобы удалить продукты износа. Также хорошее масло отлично отводит тепло от поверхностей, которые работают наиболее интенсивно.
Также нужно позаботиться о хорошей дополнительной системе охлаждения. В мотоциклах и скутерах охлаждение зачастую воздушное.
Четырехтактники на мотоциклах
Да, эти моторы очень популярны среди производителей хороших, серьезных мотоциклов. Основное отличие – это дизайн. Если в автомобилях двигатель спрятан под капотом и дизайн его особо не разрабатывали, то в мире мотоциклов внешний вид силового агрегата имеет серьезное значение.
Вот уже более 15 лет в моде двухцилиндровый четырехтактный двигатель мотоцикла, представленный сегодня множеством моделей с самым разным объемом. Отличить такие двигатели можно по характерному звуку.
Однако среди мотоциклистов особой популярностью пользуются рядные четырехцилиндровые агрегаты. Эти моторы лишь немного опережают автомобильные ДВС. К примеру, схема на четырех клапанах лишь недавно получила признание в строительстве автомобилей. А на мотоциклах она использовалась еще с 70-х.
Для мотоцикла четырехтактник является более актуальным. Так, эти ДВС более экономичны, эффективны, экологичны, чем двухтактные агрегаты. Это – преимущества данных двигателей на мотоциклах. Также двигатели для мотоциклов сделаны таким образом, чтобы работать на высоких оборотах. Максимальная мощность выдается на оборотах до 14-16 тысяч на современных моделях.
Новые технологии по старому принципу
С того самого момента, как изобрели четырехтактный двигатель, он постоянно совершенствовался.
Произошли изменения и в системе питания. Современные моторы больше не используют карбюратор – везде инжекторы и электроника.
Чтобы улучшить наполняемость камер сгорания воздухом, применяют системы наддува. Это позволяет увеличить мощность при малом объеме, а также снизить расход топлива.
Но при всем этом принцип действия ДВС остается все тем же, каким и был.
Четыре такта: недостатки и достоинства
Основной и “жирный” плюс таких агрегатов – это экономичность. К тому же они не слишком шумные.
Еще одно преимущество – это, конечно же, высокая надежность. Ресурс может доходить до миллиона километров, и это далеко не предел. Ремонт четырехтактного двигателя нужно делать не так часто.
Среди недостатков – сложная конструкция, дорогое производство, требовательность в эксплуатации. Этим агрегатам обязательно нужно качественное топливо и масло. Осуществить ремонт самостоятельно практически невозможно.
Чтобы с этими моторами никогда не было проблем, «кормите» их только качественным бензином. И тогда они будут работать долго, надежно и исправно. Конструкция, которая столько лет не меняется, – это показатель надежности и эффективности.
Устройство и принцип работы одноцилиндрового двигателя
Одноцилиндровый двигатель (рис. 2.1) состоит из: картера; цилиндра; головки цилиндра; коленчатого вала; маховика; шатуна; поршня; пальца; впускного и выпускного клапанов.
В поршневом ДВС преобразование тепловой энергии, выделяющейся при сгорании топлива, в механическую работу происходит внутри цилиндра двигателя. В двигателе с внешним смесеобразованием в замкнутое пространство, образованное стенками цилиндра, его головкой и днищем поршня, через впускной клапан при перемещении поршня вниз всасывается горючая смесь. Смесь состоит из жидкого топлива, смешанного в определенной пропорции с воздухом. При перемещении поршня вверх смесь сжимается и воспламеняется от постороннего источника тепла. При сгорании смеси выделяется большое количество тепла, вследствие чего газы, образовавшиеся при сгорании смеси, нагреваются и давление их сильно возрастает. Под действием давления газовый поршень, перемещаясь вниз, с помощью шатуна вращает коленчатый вал, совершая при этом полезную работу, при обратном ходе поршня вверх отработавшие газы удаляются из цилиндра через открытый выпускной клапан. Рассмотренный процесс периодически повторяется, чем обеспечивается работа двигателя и получение на коленчатом валу необходимого для движения автомобиля усилия.
Рис. 2.1. Одноцилиндровый двигатель
Изменение направления движения поршня происходит в нижней и верхней мертвой точках.
ВМТ называют самое верхнее положение поршня и кривошипа. НМТ называют самое нижнее положение поршня и кривошипа.
Ходом поршня (рис. 2.1) называется расстояние между крайними положениями поршня (от ВМТ до НМТ). По величине ход поршня равен двум радиусам кривошипа, двигатели, у которых ход поршня меньше диаметров цилиндра, называются короткоходным. Эти двигатели более долговечны, так как уменьшены инерционные нагрузки.
Тактом называют процесс, происходящий в цилиндре при движении от одной мертвой точки к другой.
Камерой сгорания (сжатия) называется объем пространства в цилиндре над поршнем при положении его в ВМТ (рис. 2.2).
Рис. 2.2. Ход поршня и объемы цилиндров
Рабочим объемом называется объем, освобождаемый цилиндром при перемещении поршня от ВМТ к НМТ.
Полным объемом называется объем камеры сжатия и рабочего объема, вместе взятые.
Литражом двигателя называется рабочий объем всех цилиндров, выраженный в литрах.
Степенью сжатия называют отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания, чем выше степень сжатия двигателя, тем больше его экономичность.
Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя совершается за два оборота КВ или четыре хода поршня и состоит из тактов: впуска; сжатия; расширения (рабочего хода); выпуска.
Такт впуска. При этом цилиндр заполняется горючей смесью, поршень движется от ВМТ к НМТ, впускной клапан открыт, а выпускной закрыт, при этом объем над поршнем увеличивается, и в цилиндре создается разряжение. Горючая смесь поступает в цилиндры двигателя и смешивается с отработавшими газами. Получившаяся смесь называется рабочей смесью. Когда поршень доходит до НМТ, впускной клапан закрывается, так как впускной трубопровод обладает гидравлическим сопротивлением, то давление в цилиндре не успевает за поршнем зарастать до атмосферного и равномерно, примерно 0,7—0,8 атм. при увеличении числа оборотов двигателя, это давление снижае ся. Температура в конце запуска равна 90—125 °С.
Такт сжатия. При этом происходит сжатие рабочей смеси, что необходимо для увеличения скорости сгорания и деления газов в цилиндре. Поршень перемещается от НМТ к ВМТ, оба клапана закрыты. В конце такта рабочая смесь сжимается до объема камеры сгорания, благодаря чему улучшаются испарение и перемешивание паров бензина с воздухом, и соответственно предельные значения степени сжатия ограничиваются свойством применяемого топлива. К концу такта сжатия давление в цилиндре возрастает до 10—12 атм., а температура до 450-500 °С.
Такт расширения (рабочий ход). При этом такте происходит воспламенение рабочей смеси, поршень под действием давления газов перемешается от ВМТ до НМТ. Через шатун приводится во вращение КВ. Впускной и выпускной клапаны закрыты. При рабочем ходе давление достигает 35—40 атм., а температура — 2000 °С. В конце рабочего хода давление падает до 3—4 атм., а температура снижается до 1100-1200 °С.
Такт выпуска. При этом такте происходит очищение цилиндра от отработавших газов. Поршень перемещается от НМТ к ВМТ, впускной клапан закрыт, выпускной открыт. При движении поршня к ВМТ отработавшие газы через выпускной клапан выталкиваются в атмосферу. Так как выпускной тракт имеет гидравлическое сопротивление, то не все отработавшие газы выходят в атмосферу, и давление газов в цилиндре составляет 1,05—1,15 атм., а температура с 700—800 °С понижается до 300—400 °С.
При дальнейшем вращении КВ перечисленные такты непрерывно чередуются в такой же последовательности.
Таким образом, в четырехтактном одноцилиндровом двигателе КВ под действием давления газов вращается только при такте расширения. Для совершения вспомогательных тактов к КВ необходимо приложить внешний момент, для этого на КВ устанавливают маховик. Так как он обладает значительной массой, то маховик при рабочем ходе накапливает кинетическую энергию и продолжает далее вращаться по инерции. Вместе с маховиком вращается и коленчатый вал, который перемещает поршень в течение всех вспомогательных тактов.
Наличие маховика также способствует более равномерному вращению КВ и выводу КШМ из мертвых точек.
Как устроен одноцилиндровый четырехтактный двигатель? + видео
| ||||||||||||||||||||||||||||||||
– Такт сжатия