Трёхтактный двигатель
История бренда «Гарелли» делится на два периода. Довоенный, знаменитый своими «трёхтактными» моторами, и послевоенный, отличающийся большими объёмами производства простых двухтактных мопедов и мотоциклов. Бренд как-то жив до сих пор.
Инженер Адальберто Гарелли (1886–1968) родился в Турине. Получив в 1909 году высшее образование, он нашёл работу в автомобильном концерне «Фиат». В 1911 году он изобрёл и запатентовал двигатель Split single , пригодный для использования на мотоциклах, но дальше опытного образца дело тогда не пошло – «Фиату» двухтактная мотоциклетная тема была совсем не интересна.
Split single – это развитие идеи двухтактного мотора. На шатуне закрепляется длинный поршневой палец, а уже на него «навешиваются» два поршня, по одному с каждой стороны от шатуна. Поршни ходят в параллельных колодцах цилиндров, объединённых одной камерой сгорания, напоминающей своей формой кусок, отрезанный от пончика. Когда поршни идут вверх, под ними в кривошипной камере образуется разрежение, которое заполняется рабочей смесью из впускного коллектора.
В ВМТ смесь над поршнями поджигается, и на рабочем такте поршни идут вниз. На полпути в стенке цилиндра открывается окно выпуска, куда устремляются выхлопные газы. Во время движения вниз под поршнями образуется повышенное давление, и рабочая смесь через ещё одно открывающееся окно в стенке цилиндра выдавливается из-под поршней в камеру сгорания. Хитрость схемы Гарелли в том, что выпуск идёт из правого цилиндра, а подача смеси – в левый.
Подаваемая смесь заполняет сначала левый цилиндр, затем переходит и в правый, вытесняя выхлопные газы в окно выхлопа, «продувая» камеру сгорания и заполняя весь рабочий объём. Это позволяет поднять эффективность мотора, а также снять большую мощность при равном объёме по сравнению с обычным двухтактным мотором. «Трёхтактной» её назвали, скорее, в шутку, потому что она объединяет простоту классической двухтактной схемы с упорядоченностью работы четырёхтактного мотора.
Схема инженера Гарелли была несколько доработана инженерами австрийской Puch , которые поставили поршни не на один поршневой палец, а сделали два шатуна на коленвалу подряд, и немецкой DKW , которые добавили третий насосный поршень, исполняющий функции наддува. Схему с двумя параллельными поршнями и одной камерой сгорания убила оптимизация впуска с помощью золотниковых и лепестковых клапанов. Она делала мотор проще, дешевле и надёжнее. Последней компанией, кто применял такие моторы в серийной продукции, была Puch – мотоциклы SGS 250 производили до 1970 года.
Видя свою невостребованность на «Фиате», Адальберто Гарелли решает основать своё дело и регистрирует Garelli S.p.a. В разгар войны к 1914 году мотоцикл с двигателем Split single 350 был готов. На нём были одержаны первые спортивные победы – он выиграл гонку в Мон Сени, и армия одобрила мотоцикл для закупок по госконтракту. Но тут война закончилась, и поторговать с государством не получилось. В результате первые товарные мотоциклы покинули ворота фабрики только в 1919 году.
Все они оснащались двигателем 350 см3 и выпускались в двух вариантах комплектации – обычный туризм и «север – юг», созданной в честь победы в рейде от Милана до Неаполя, где мотоцикл преодолел 840 км без поломок по итальянским дорогам отвратительного качества со средней скоростью 38 км/ч.
Основатель фабрики постепенно остывает к мотоциклизму, его производственная активность снижается. В 1926 году мотоциклы Garelli в последний раз были замечены на гоночных треках, ведь их 20 л. с. на тот момент уже было недостаточно для побед. В 1928 году удалось подписать контракт с армией, и фабрика переключилась на выпуск иной продукции – компрессоров и генераторов. В 1936 году производство мотоциклов было полностью прекращено. Мотоциклетный бизнес семейным так и не стал – впоследствии в руководстве компании ни детей, ни внуков Адальберто Гарелли не было.
После окончания Второй мировой экономическое положение в проигравшей её Италии было бедственным, что определило спрос на ультрадешёвые транспортные средства. Именно в это время Ducati выстрелила со своим подвесным велосипедным мотором C ucciolo, а Garelli в 1953 году запустил в серию похожий по компоновке 38,5-кубовый Mosquito, позволявший на одном литре бензина проехать 70 км со скоростью 30 км/ч. Объём выпуска этого мотора измерялся миллионами.
Хорошие продажи подвесных моторов активизировали их модернизацию. Добавился маховик, сглаживающий работу, вырос рабочий объём. В 1956 году началось производство собственных шасси – появился 50-кубовый мопед Mosquito 315, который позже стал доступен в 70- и 100-кубовых версиях.
В 1961 году Garelli заключила контракт с компанией Agrati на поставку ей скутерных двигателей с принудительным воздушным охлаждением, которые использовались в мотороллерах Capri . «Капри» и сменившая её «Комо» производились до 1968 года под марками Garelli и Agrati .
Mosquito в 60-х трансформировался в «Серию М», а позднее получил собственное имя Gulp . Моторы выпускались в трёх модификациях. Односкоростной Flex , двухскоростной автоматический Matic и трёхскоростной 3 V с переключением рукояткой на руле. Из удачных моделей конца 60-х можно отметить Tubon , Cyclone , Formuno , Superciclone и Urka . Из 70-х запомнились Katia (1973), Vip (1978) и Noi (1979).
С 80-х производство собственных моторов было свёрнуто, в мопедах и мотоциклах Garelli стали использовать двигатели Minarelli . В это же время активизировалась спортивная активность в чемпионате MotoGP , принёсшая множество побед, титулы чемпионов мира в классе 125 см3 гонщикам Анхелю Нието, Фаусто Грезини и Луке Кадалора, а также пять кубков конструкторов в классах 125 и 50.
В конце 80-х уже чувствующая себя нестабильно «Гарелли» объединяется с Fantic motors в Gruppo FM (аббревиатура от Fabbrica Motocicli), но это не спасло компании от банкротства, признанного в 1992 году. Последними выпускаемыми моделями были Gary Uno и Gary Due .
В 90-е годы под брендом Garelli предпринимались попытки продать в Европе продукцию азиатских производителей, но эти попытки были неубедительными до момента, когда права на торговую марку в 2006 не выкупил брат премьер-министра Италии Пауло Берлускони. Под брендом Garelli из Китая с фабрики Baotian Motorcycle Company поставлялись скутера Cyclone, Vip и Capri, с 2007 года Garelli стала официальным скутером футбольного клуба Милана. Дела вроде бы шли хорошо, в конце «нулевых» даже начала готовиться сделка по покупке известного итальянского бренда Moto Morini , но сделке не суждено было состояться, в 2010 году Garelli аннулировала предложение о покупке. После пяти лет инвестиций компания так и не стала прибыльной, и Пауло Берлускони в июне 2011 года продал Nuova Garelli SpA фонду Abruzzo’s Ab Capital.
Под маркой Nuova Garelli можно и сейчас встретить китайские скутера Benzhou, которые пытаются выдать на европейском рынке за местные. Но получается слабо. И дизайном, и качеством они совсем не европейские. В нашей стране марка не представлена совсем.
www.motoxp.ru
Новый двигатель оправдал себя на автомобилях Mazda – Автомобили – Коммерсантъ
 Новый двигатель оправдал себя на автомобилях Mazda
Двигатели бывают 2-тактные, 4-тактные, а в особый период — 3-тактные. Этот анекдот приписывают преподавателям военной кафедры одного из московских автомобильных вузов. А действительно, сколько тактов может быть в двигателе? Первый — впуск порции смеси в цилиндр, второй — сжатие смеси, третий — воспламенение сжатой смеси и рабочий ход, четвертый — выпуск отработавших газов. И так практически у всех двигателей, как бензиновых, так и дизельных. В немногих оставшихся двигателях тактов 2 («Автопилот» #3 1994 г.).
Как работает двигатель? При первом такте поршень движется вниз от верхней мертвой точки (ВМТ), открывается впускной клапан и в цилиндр поступает топливо-воздушная смесь. Второй такт. Поршень двигается к ВМТ. Если в 4-тактном двигателе в этот момент впускной клапан уже закрыт, то здесь он остается открытым еще на протяжении 1/5 хода поршня, но смесь продолжает поступать в цилиндры под небольшим давлением, которое обеспечивает спиральный нагнетатель Lysholm. Давление поршня дополнительно способствует равномерности заполнения цилиндра. Третий такт — сжатие — начинается со 2/5 хода. Впускной клапан закрыт. Дальше все обычно — поршень достигает ВМТ, сжатую смесь воспламеняют… Четвертый такт рабочий. Газы воздействуют на поршень на протяжении всего его хода от ВМТ к нижней мертвой точке. Пятый такт: через выпускной клапан выходят отработавшие газы, поджимаемые вновь поднимающимся поршнем. От хода поршня, как известно, зависит рабочий объем цилиндра и степень сжатия (отношение рабочего объема цилиндра к объему камеры сгорания). Чем больше степень сжатия, тем больше мощность. Но растут рабочая температура и выбросы NOx. И приходится использовать дорогое высокооктановое топливо. Словом, сложно, неэкологично, расточительно. Стоит в обычном двигателе укоротить ход поршня, как ухудшаются характеристики, поскольку газы, выделившиеся после воспламенения, действуют на поршень на меньшем расстоянии. Миллер, «растянув» цикл Отто, добился того, что ход поршня при сжатии меньше рабочего хода поршня. То есть, не проиграв в характеристике, он понизил рабочую температуру двигателя, уменьшил максимальные обороты и за счет этого увеличил ресурс. А также очистил выхлоп от NOx. И получил возможность использовать топливо с октановым числом 91.
www.kommersant.ru
Пятитактный двигатель работает и может пойти в производство – Обзор – Autoutro.ru
Двигатель с нечетным числом тактов — это, согласитесь, немного странно. На сегодняшний день у нас существуют двух-, четырех- и даже шеститактные двигатели (сразу после фазы «выпуска» в цилиндры впрыскивается вода для создания пара и получения двух дополнительных свободных тактов вследствие отходящего тепла). Теория пятитактного мотора была изобретена Герхардом Шмитцем довольно давно, и только сейчас британской компании Ilmor удалось создать полностью функциональный прототип.
Будучи разработчиком и поставщиком двигателей для Формулы-1 и Indycar, Ilmor построил то, что многие считали абсурдом, — пятитактный бензиновый мотор, который более эффективен, чем традиционные «четырехтактники». Если вы думаете, что это очень комплексное изобретение, то вы ошибаетесь: его принцип работы довольно прост.
Нормальный четырехтактный ДВС, который можно найти в любом автомобиле, работает в 4 этапа: впуск (поршень идет вниз, всасывая воздушно-топливную смесь), сжатие (поршень идет вверх, сжимая смесь), рабочий ход (искра свечи воспламеняет смесь и посылает поршень вниз), выпуск (поршень идет вверх, выпуская горячие отработавшие газы).
Для человека, имеющего поверхностные знания об автомобилях, все это выглядит, как очень эффективный способ, однако много энергии тратится впустую в фазах «рабочего хода» и «выпуска», поскольку процесс генерирует огромное количество тепла, которое в сущности нужно отводить во избежание проблем. Не говоря уже о том, что из четырех тактов только один рабочий, а остальные три осуществляются инерцией маховика или другими цилиндрами.
Пятитактный концепт использует два активных цилиндра (высокое давление), которые работают по классической 4-тактной схеме, и третий наращивающий центральный цилиндр (низкое давление).
Ключевой момент здесь — дополнительный цилиндр, который поочередно используется другими двумя, чтобы загрузить дополнительное давление сразу после окончания рабочего хода. Как только поршень достигает нижней части цилиндра, выпускной клапан открывается, позволяя горячему расширяющемуся газу выйти из цилиндра. Обычно он выходит через выхлопную трубу, но это ведь чистая потеря энергии.
Вместо этого все еще горячий газ сбрасывается в третий цилиндр, толкая его вниз и создавая дополнительный пятый такт, дающий коленвалу лишние 180 градусов вращения. Если это трудно понять на словах, просто посмотрите видео анимационного процесса (с 1:18).
В целом пятитактный двигатель обеспечивает расход топлива и уровень выбросов, сопоставимый с современными дизельными двигателями. 700-кубовый турбированный пятитактный мотор, собранный Ilmor, выдает 130 л. с. (более 185 л. с. на литр) и 166 Нм, что на 7 л. с. больше, чем у «фордовского» 1-литрового EcoBoost. Он потребляет 226 грамм бензина на 1 кВтч (измерения проходили на испытательном стенде при оптимальной работе двигателя, так что в реальности цифры будут немного другие).
Ilmor ищет потенциального инвестора, чтобы построить второй пятитактный прототип, который будет опробован на транспортном средстве. Давайте надеяться, что у них все получится, потому что эта технология может действительно повысить эффективность гибридных силовых агрегатов на 10 процентов.
autoutro.ru
Двухтактный двигатель- Принцип работы и отличия от четырехтактного двигателя
Сегодня невозможно представить современную жизнь без двигателя внутреннего сгорания. Передвижение на собственном авто, поездки на общественном транспорте, покупка товаров, полет на самолете и другие действия. Эти процессы, так или иначе, связаны с двигателем.
Несмотря на количество всевозможных конструкций, и разновидностей силовых установок, поршневые моторы, на сегодня, распространены больше остальных. Количество тактов для выполнения рабочего цикла, делит агрегат на двухтактный и четырёхтактный двигатель. Эти типы моторов составляют большинство, среди разнообразия выпускаемой техники.
Разница между моторами возникает с точки зрения применения. Для установки на автомобильную технику, чаще используют четырехтактный агрегат, двухтактный двигатель применяют в том случае, если габариты и вес играют решающую роль.
Мотоцикл Suzuki RM125 с одноцилиндровым двухтактным двигателем
Создание двухтактного двигателя
Много предположений о том, кто первым создал двигатель внутреннего сгорания. Доподлинно известно, что первый двухтактный двигатель, работающий на газу, изобретен и сконструирован бельгийцем Жаном Жозефом Этьеном Ленуаром, произошло это событие в 1858 году.
Двигатель Ленуара (выставлен в музее)
На тот момент уже создана паровая машина, и изобретение бельгийца превосходило её по характеристикам. Мотор намного легче, проще, потреблял меньше топлива. Несмотря на преимущества, силовая установка имела много недоработок и уступала в надёжности. После того как Николас Отто, презентовал четырёхтактный двигатель, который на тот момент продуман детальней, о моторе работающем по принципу двух тактов, забыли, и длительный период времени нигде не использовали.
Во время Великой Отечественной войны силовая установка устанавливалась на самолёты. В нашем регионе моторы известны благодаря использованию на мотто технике. Трёхцилиндровые агрегаты, выполняющие два такта, используются на мотоциклах компаний Suzuki и Kawasaki. Сегодня двигатели эксплуатируются в авиации, здесь лидер австрийская фирма Rotax, выпускающая моторы для использования на небольших самолетах.
Двухтактный двухцилиндровый двигатель Rotax 582 UL
После ужесточения требований к экологическим нормам и выбросам двухтактный двигатель перестал применяться для установки на классический автомобильный транспорт. Однако, на лёгкой технике, как: скутера, снегоходы, катера заменить маленький и лёгкий агрегат не просто. Здесь конкурентов у двухтактной установки попросту нет.
Особенности двухтактного двигателя
Силовой агрегат, использующий два такта, хорош, поскольку прост и надёжен. Отличие двухтактного и четырехтактного двигателя заключается в выполнении рабочего цикла. Этот цикл заключается в двух тактах: сжатие и расширение, тогда как в четырёхтактном моторе присутствует такт впуска нового топлива и такт выпуска отработанного топлива. Интересен тот факт, что два эти такты присутствуют и у двухтактной силовой установки, иначе агрегат не смог бы работать, однако они объединены с процессами сжатия и расширения.
Выполняемый цикл наглядно демонстрирует, чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного мотора. Процесс двухтактного мотора проходит за оборот вала. Такая особенность добивается увеличения мощности установки в сравнении с оппонентом, в полтора раза. Несмотря на увеличение мощности, показатель отдачи занижен, а это отрицательный момент.
Кроме того, особенность приводит к выделению объёма тепла в процессе работы, что сильно перегревает мотор. Двухтактные силовые агрегаты нуждаются в интенсивном охлаждении. Положительный момент, работая, поршень совершает в два раза меньше движений, чем поршень четырехтактного механизма, это сокращает износ деталей и элементов.
Особенность агрегата, не присутствует механизм смазки. Масло подаётся непосредственно с горючим. С этой целью в бензобак добавляют смесь бензина и масла, соотношение один к пятидесяти, либо смешивают смазку с горючим в трубопроводе при впуске. Масло сгорает с бензином и выводится с продуктами отработки.
Отличительный момент и само горение. У четырёхтактного агрегата на это отводится один такт. В двухтактных установках сгорание происходит за доли секунды, поэтому для достижения эффекта механизм нуждается в настройках.
Двухтактные моторы нашли себя еще в одной отрасли, судостроение. Так же цилиндровые силовые установки применяют на скутерах, выпускаемых в больших количествах.
Принцип работы двухтактного двигателя
Что бы понять, почему четырёхтактные моторы вытеснили младших братьев на автомобильной технике, разберемся, как работает двухтактный двигатель.
Последовательность действий рабочего цикла силовой установки:
Такт сжатия.
Процесс сопровождается перемещением поршня снизу вверх. Движение провоцирует поступление горючего через отверстия продувки в агрегат, впоследствии, юбка поршня перегораживает эти отверстия. Дальнейшее движение сопровождается закрытием каналов выпуска, в которые выталкивались отходы горения. Между поршнем и верхней частью цилиндра, образуется пространство сгорания, в котором создаётся избыточное давление. Одновременно, в пространстве под поршнем, возникает разряжение, и пространство используется для перетекания обновлённой дозы горючего. Достигнув верхней точки, заряд загорается.
Схема двухтактного двигателя
Такт расширения.
Воспламенившись, порция создаёт избыточное давление, которое жмёт на дно поршня и заставляет перемещаться. Процесс сопровождается поочерёдным открытием окон, сначала на выпуск, потом на продувку. Спуск создаёт избыточное давление под поршневой камеры, под его воздействием горючее снова поступает в цилиндр, выдавливая оставшуюся отработку и наполняя пространство для повторения предыдущего такта.
Принцип работы двухтактного двигателя позволяет обходиться без системы газораспределения, делая легче и надёжней конструкцию агрегата. Обратная сторона, качество процесса газообмена. Двухтактный режим невозможен без продувки, процесс которой сопровождается выходом не сгоревшего топлива вместе с отработанными газами наружу. Это ведет к перерасходу горючего и повышенной токсичности выхлопа агрегата.
Стоит заметить, что выше описанная схема характерна для карбюраторных моторов. В случае с дизелем или инжектором, в цилиндр через отверстия продувки подаётся чистый воздух. Горючая смесь поступает посредством впрыска, эту работу выполняют форсунки.
Способы продувки цилиндров
Очевидно, что процесс продувки, механизм, квалифицирующийся, как сложный. Правильно выполненная продувка напрямую влияет на показатели мощности и коэффициента полезного действия. Для улучшения характеристик, конструкторы постоянно стараются усовершенствовать и довести процесс до идеала.
Как можно продуть цилиндр:
- «Контурная» продувка.Вид продувки прост и поэтому распространён. Недостаток то, что применение связано с перерасходом топлива. Разновидности контурной продувки: возвратно-петлевая, дефлекторная, высотная.
- «П-образная» продувка.Принцип «П-образной» заключается в применении только на моторах с двумя цилиндрами. При проведении, один цилиндр участвует в процессе впуска газов, второй выпускает отработку. Эффект продувки ощущается в топливной экономичности, процесс сопровождается неравномерным нагревом пары, отвечающей за выпуск.
- «Клапанно-щелевая» продувка.Отличается тем, что требует наличия газораспределительного механизма для управления клапанами. Клапан используется, как для предоставления горючего, так и для вывода отработанных паров. Продувка предусматривает отвод отработки посредством клапана в головке цилиндров и поступление горючего через отверстия. Преимущество, что продувка повышает топливную экономичность и минимизирует показатель токсичности выпускаемых паров. Недостаток, сложность конструкции и нарушения режимов, связанных с повышением температуры работы агрегата.
- «Прямоточная» продувка.Используется в силовых установках с количеством поршней равным двум. При этом расположение цилиндра находится в горизонтальном положении. Поршни двигаются, друг навстречу другу. В движении каждый поршень освобождает и перекрывает клапан: один поршень впускает порцию горючего, второй удаляет порцию отработки из цилиндра. Камера сгорания образуется в момент сближения поршней друг с другом. Эффект этого варианта продувки максимален: удаляет сгоревшие газы и экономит горючее. Минус, требуется сложный механизм кривошипов и шатунов, показатели температуры двигателя требуют применения охладителей и устойчивых материалов для изготовления деталей.
Двухтактный двигатель 5 ТДФ с прямоточной продувкой
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:
| Четырёхтактная силовая установка | Двухтактная силовая установка |
| Рабочий процесс – оборотов коленчатого вала два. | Рабочий процесс – оборотов коленчатого вала один. |
| Воспламенение рабочей жидкости происходит каждый раз при совершении второго оборота, как следствие, неравномерное распределение импульса и использование противовеса для устранения биений. | Воспламенение рабочей жидкости происходит каждый раз при совершении оборота, как следствие, равномерное распределение импульса, работа мотора сбалансирована лучше. |
| Агрегат тяжёлый. | Агрегат лёгкий. |
| Сложная конструкция силовой установки, присутствует газораспределительный механизм. | Простота конструкции, отсутствие клапанов. |
| Агрегат дорогой. | Стоимость ниже четырёхтактного. |
| Сложные устройства и механизмы приводят к заниженному показателю механического коэффициента полезного действия. | Механический коэффициент полезного действия выше, чем у агрегата с четырьмя тактами. |
| Полное удаление паров отработки, следствие, повышенный показатель производительности. | Остатки отработки смешиваются с новым горючим, из-за чего производительность мотора ниже. |
| Рабочая температура ниже. | Рабочая температура мотора выше из-за нарушения смесеобразования. |
| Охлаждение жидкостное. | Охлаждение воздушное. |
| Расход топлива ниже. | Показатель расхода топлива увеличен, обусловлено смесеобразованием и продувкой. |
| Габариты силовой установки увеличены. | Габариты силовой установки ниже. |
| Требует применения сложных механизмов смазки. | Механизм смазки прост. |
| Работа агрегата менее шумная. | Агрегат работает с большим шумом. |
| Клапанный механизм газораспределения. | Функцию механизма газораспределения выполняет поршень и каналы. |
| Показатель использования тепла эффективен. | Показатель использования тепла не эффективен. |
| Расход масла занижен. | Показатель расхода масла завышен, поскольку часть смазки выбрасывается с отработанными газами. |
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.
motoran.ru
его принцип работы и отличия от четырехтактного
Поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) широко используются в разных сферах человеческой жизни. Однако не все они работают одинаково. Между ними есть одно принципиальное отличие. В зависимости от конструкции рабочий цикл двигателя может состоять из двух или четырёх тактов. Поэтому и называется он соответственно двухтактным двигателем или четырехтактным. Это справедливо как для бензинового мотора, так и для дизеля.
Основные термины и определения
Принцип работы всех поршневых двигателей заключается в превращении энергии сгорания топлива в механическую энергию. Передаточным звеном является кривошипно-шатунный механизм. Для описания их работы используются следующие понятия:
- Рабочий цикл — это определённая последовательность взаимосвязанных событий, вследствие которых происходит преобразование энергии теплового расширения сгорающего топлива в механическую энергию перемещения поршня и поворота коленчатого вала.
- Такт — последовательность изменения состояния узлов и механизмов, происходящая в течение одного хода поршня.
- Ход поршня — это расстояние, которое проходит поршень внутри цилиндра между его крайними точками.
- Верхняя мёртвая точка (ВМТ) — это наивысшее положение поршня в цилиндре, при этом объем камера сгорания имеет минимальный объем.
- Нижняя мёртвая точка (НМТ) — максимально удалённое от ВМТ положение поршня.
- Впуск — заполнение цилиндра топливовоздушной смесью.
- Сжатие — уменьшение объёма смеси и сжатие её под давлением поршня.
- Рабочий ход — перемещение поршня под давлением газов сгорающего топлива.
- Выпуск — выталкивание из цилиндра продуктов горения топлива.
Принцип работы четырехтактного двигателя
Четырехтактным называется такой поршневой двигатель, в котором один рабочий цикл состоит из четырёх тактов. Они имеют следующие названия:
- впуск;
- сжатие;
- рабочий ход;
- выпуск.
За один цикл поршень два раза двигается от ВМТ к НМТ и обратно, а коленчатый вал проворачивается на два полных оборота. События, которые происходят за это время в двигателе, имеют чётко определённую последовательность.
Впуск. Поршень перемещается вниз, к НМТ. Под ним образуется разрежение, благодаря которому через открытую тарелку впускного клапана из впускного коллектора в цилиндр затягивается топливо, смешанное с воздухом. Поршень проходит нижнюю мёртвую точку, после чего впускной клапан закрывает впускной коллектор.
Такт сжатия. Продолжающий двигаться вверх поршень сжимает воздушную смесь.
В верхней мёртвой точке над поршнем происходит поджог горючей смеси. Сгорая, оно вызывает значительное увеличение давления на поршень. Начинается такт рабочего хода. Под действием давления сгорающих газов поршень снова движется к НМТ, выполняя при этом полезную работу.
После прохождения поршнем НМТ открывается тарелка выпускной клапан. Поршень, двигаясь к ВМТ, выталкивает выхлопные газы в выпускной коллектор. Это такт выпуска.
Затем снова начинается такт впуска и так бесконечно.
Рабочий цикл из двух тактов
Одноцилиндровый двухтактный двигатель работает по-другому. Здесь все четыре действия происходят за один полный оборот коленвала. При этом поршень делает только два такта (расширения и сжатия), двигаясь от ВМТ к НМТ и обратно. А впуск и выпуск являются частью этих двух тактов. Подробней принцип работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания можно описать следующим образом.
Газы от сгорания топливной смеси толкают поршень вниз от ВМТ. Примерно на середине хода поршня в гильзе цилиндра открывается выпускное отверстие, через которое часть газов выбрасывается в патрубок глушителя. Продолжая двигаться вниз, поршень создаёт давление, благодаря которому в цилиндр поступает новая порция топлива, одновременно продувая его от остатков сгоревших газов. Подходя к ВМТ, поршень сжимает смесь и система зажигания воспламеняет её. Снова начинается такт расширения.
В авиамоделестроении широко используется двухтактный дизельный двигатель, его принцип работы тот же, что и у бензинового. Разница в том, что смесь топлива с воздухом самостоятельно воспламеняется в конце цикла сжатия. Горючим для таких моторов служит смесь эфира с авиационным керосином. Воспламенение этого горючего происходит при гораздо меньшей степени сжатия, чем у двигателей на традиционном дизельном топливе.
Конструктивные особенности и различия
Двухтактный двигатель отличается от четырехтактного не только тем, за сколько тактов работы происходит газообмен.
Четырехтактный требует наличия системы газораспределения (впускные и выпускные клапаны, распределительный вал с кулачковым механизмом и т. д. ). В двухтактном такой системы нет, благодаря этому он гораздо проще.
Двигатель с четырьмя тактами работы требует полноценной системы смазки из-за большого количества движущихся и трущихся частей. Для смазки двигателя с двумя тактами работы можно использовать масло просто разводя его вместе с топливом.
Эксплуатационные показатели в сравнении
Сопоставляя двухтактный двигатель и четырехтактный двигатель, разницу между ними можно заметить не только в устройстве, но и в эксплуатационных характеристиках. Сравнивать их можно по следующим показателям:
- литровая мощность;
- удельная мощность;
- экономичность;
- экологичность;
- шумность;
- ресурс работы;
- простота обслуживания;
- вес;
- цена.
Литровой называется мощность, снимаемая с литра объёма цилиндра. Теоретически она должна быть в два раза больше у двухтактного. Однако на деле этот показатель составляет 1,5−1,8. Сказывается неполное использование рабочего хода газов, затраты энергии на продувку, неполное сгорание и потери топлива.
Удельная мощность представляет собой величину отношения мощности мотора к его весу. Она также выше у двухтактных. Для них нужен менее тяжёлый маховик и не нужны дополнительные системы (газораспределения и смазки), утяжеляющие конструкцию. КПД у них также выше.
Экономичность (расход топлива на единицу мощности) выше у четырехтактных. Двигатели с двумя тактами часть топлива теряют впустую при продувке цилиндра.
Экологичность двухтактных ниже, опять-таки из-за потери несгоревшего топлива и масла. Убедиться в этом можно на примере двухтактного лодочного мотора. Он всегда оставляет на воде тонкую плёнку из несгоревшего топлива.
Шумность выше у двухтактных. Это связано с тем, что выхлопные газы из цилиндра вырываются с большой скоростью.
Ресурс работы выше у четырехтактных. Отдельная система смазки и меньшая оборотистость двигателя положительно сказываются на сроке его службы.
Проще обслуживать, безусловно, двухтактные моторы из-за меньшего количества вспомогательных систем. Масса больше у четырехтактных. Двухтактные дешевле.
В некоторых механизмах применение двухтактных двигателей является однозначным. Это, например, бензопилы. Высокая удельная мощность, маленький вес и простота делают его здесь безусловным фаворитом.
Двухтактные двигатели используются также в мототехнике, лодочных моторах, газонокосилках, скутерах, авиамоделировании. В большинстве самодельных машин и механизмов умельцы также используют двухтактный мотор.
Однотактные и трехтактные силовые агрегаты
Существуют также одно- и трехтактные двигатели. Однотактные двигатели делают с внешней камерой сгорания. Такая схема реализует все четыре такта за один ход поршня. Трехтактный двигатель Ванкеля является роторно-поршневым. Из-за сложности конструкции и чрезвычайной требовательности к качеству обработки поверхностей такие моторы не получили широкого распространения.
pochini.guru
НАЗНАЧЕНИЕПредназначен для преобразования энергии сгорания топлива в механическую энергию вращения коленчатого вала.УСТРОЙСТВО
ПРИНЦИП РАБОТЫ ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯI — такт II — такт III — такт IV — такт Таким образом в 4-х тактном двигателе только при одном такт совершается полезная работа — рабочий ход. Три других такта вспомогательные, они подготавливают цилиндр: доставляют свежую порцию воздуха, сжимают его и выводят отработанные газы. В эти три такта двигатель потребляет энергию, а при рабочем ходе вырабатывает её. |
felisov.ru
Что значит четырехтактный двигатель и почему четыре такта?
Дорогой друг, сегодня поговорим о том, что значит четырехтактный двигатель. О истории его изобретения, принципе работы, особенностях, технических характеристиках и сферах применения.
Конечно, если у вас есть водительское удостоверение, то вы по крайней мере слышали этот термин, когда учились в автошколе. Но вряд ли тогда стали вникать во все тонкости, поэтому сейчас самое время разобраться, что же там происходит под капотом вашего железного коня.
Как всё начиналось
В 19 веке уже были двигатели, но это были в основном большие механизмы, работающие на пару. Они конечно частично обеспечивали развивающуюся промышленность, но имели много недостатков.
Были тяжелые, имели низкий КПД, большие габариты, требовалось много времени на запуск и остановку, для эксплуатации нужны были квалифицированные рабочие.
Промышленникам нужен был новый агрегат без перечисленных недостатков они уже поняли что значит четырехтактный двигатель. И как при определенных условиях с его помощью можно повысить прибыль.
Его и разработал изобретатель Эжен-Альфонс Бо де Роша, а в 1867 году воплотил в металл Николаус Август Отто.
В то время это было чудо техники. Двигатель внутреннего сгорания отличался низкими эксплуатационными расходами, небольшими размерами и не требовал постоянного присутствия обслуживающего персонала.
Работало устройство по особому алгоритму, который и сейчас называют «цикл Отто». Спустя 8 лет, после запуска первого экземпляра, компания Отто выпускала уже более 600 силовых установок в год.
Очень быстро, из-за автономности и компактности, двигатели внутреннего сгорания получили широкое распространение.
Из чего состоит двигатель
Чтобы понять принцип работы, познакомимся с основными составляющими движка:
- блок цилиндров;
- кривошипно-шатунный механизм (включает коленвал, поршни, шатуны) ‒ он необходим для преобразования поступательно-возвратных движений поршня во вращательное движение коленвала;
- головка блока вместе с газораспределительным механизмом, который открывает впускные и выпускные клапаны, для того чтобы поступала рабочая смесь и выходили отработавшие газы. ГРМ может включать один или более распредвалов, которые состоят из кулачков для толкания клапанов, самих клапанов и клапанных пружин. Для стабильной работы четырехтактного движка существует ряд вспомогательных систем:
- система зажигания ‒ для поджига горючей смеси в цилиндрах;
- впускная система ‒ для подачи воздуха и рабочей смеси в цилиндр;
- топливная система ‒ для непрерывной подачи топлива, получения смеси воздуха и горючего;
- система смазки – для смазки трущихся деталей, а также одновременного удаления продуктов износа;
- выхлопная система – для удаления отработанных газов из цилиндров, снижения токсичности выхлопа;
- система охлаждения – для поддержки оптимальной температуры движка.
Что значит четырехтактный двигатель и почему четыре такта
- Теперь, когда вы более-менее представляете устройство четырехтактного двигателя, можно рассмотреть рабочий процесс.
Он состоит из следующих этапов:впуск – поршень движется вниз, цилиндр заполняется горючей смесью из карбюратора через впускной клапан, который открываются кулачком распределительного вала.При движении поршня вниз, создается отрицательное давление в цилиндре, тем самым происходит всасывание рабочей смеси, а именно воздуха с парами топлива. Впуск продолжается пока поршень не достигнет НМТ (нижняя мертвая точка). В этот момент закрывается впускной клапан; - сжатие или компрессия – после того как будет достигнута НМТ поршень начинает двигаться вверх к ВМТ (верхняя мертвая точка). При движении поршня вверх происходит сжатие, рабочая топливо-воздушная смесь сжимается, давление внутри цилиндра возрастает. Впускной и выпускной клапан закрыты;
- рабочий ход или расширение – в конце цикла сжатия (в ВМТ), рабочая смесь воспламеняется от искры в свече зажигания. Поршень от микровзрыва устремляется к НМТ.В процессе движения поршня от ВМТ к НМТ смесь сгорает, а увеличивающиеся в объеме газы толкают поршень, выполняя полезную работу. Именно по этой причине движение поршня в этом такте назвали рабочий ход. Впускной и выпускной клапан закрыты;
- выпуск выхлопных газов – в заключительном четвертом такте открывается выпускной клапан, поршень поднимается в верхнюю точку и выталкивает продукты сгорания из цилиндра в выхлопную систему, пройдя через глушитель, они попадают в атмосферу. После достижения поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается, затем цикл повторяется. Эти четыре такта представляют собой рабочий цикл мотора. Тактом же именуется движение поршня вверх или вниз. Один оборот коленчатого вала соответствует двум тактам, а два оборота – 4 тактам. Отсюда пошло название четырёхтактного двигателя.
От чего зависит мощность четырехтактного ДВС
Тут вроде бы всё ясно — мощность поршневого двигателя в основном определяется:
- объёмом цилиндров;
- степенью сжатия рабочей смеси;
- частотой вращения.
Поднять мощность четырехтактного двигателя также можно повысив пропускную способность тактов всасывания и выхлопа, увеличив диаметр клапанов (особенно впускных).
Так же максимальная мощность получается при максимальном заполнении цилиндров, для этого используют турбины принудительной подкачки воздуха в цилиндр. В следствии чего повышается давление в цилиндре и соответственно КПД двигателя значительно возрастает.
Применение в настоящее время
Четырёхтактные двигатели бывают бензиновыми и дизельными. Применяются эти двигатели на транспортных или стационарных энергоустановках. Использовать такой двигатель рекомендуется в случаях, когда есть возможность регулировать соотношение оборотов, мощности и крутящего момента.
Например, если двигатель, работает в паре с электрогенератором, то нужно выдерживать нужный диапазон оборотов. А при использование промежуточных передач, четырёхтактный двигатель можно адаптировать к нагрузкам в достаточно широких пределах. То есть использовать в автомобилях.
Вернёмся к истокам его создания. В группе изобретателя Отто работал очень талантливый инженер Готлиб Даймлер, он понял что значит четырехтактный двигатель, его перспективы развития, и предложил на базе четырёхтактного двигателя построить автомобиль. Но шеф не посчитал нужным что-то менять в двигателе, и Даймлер, увлеченный своей идеей, покинул мэтра.
И через некоторое время, вместе с другим энтузиастом Карлом Бенцом в 1889 году создали автомобиль, который приводился в движение именно бензиновым четырехтактным двигателем внутреннего сгорания изобретателя Отто.
Эта технология с успехом используется и сегодня. В случаях, когда силовая установка работает на переходных режимах или режимах со снятием частичной мощности ‒ она незаменима, так как обеспечивает стабильную устойчивость процесса.
Теперь, дорогой друг, ты в общих чертах знаешь что значит четырехтактный двигатель, где он используется. Теперь ты стал на голову выше. Но не скупись полученой информацией, поделись с друзьями. К твоим услугам кнопки социальных сетей.
Да и подписаться можно на наш блог, чтобы всегда быть в курсе интересного материала, а его всегда много и будет еще больше.
До новых встреч!
auto-ru.ru