Вы находитесь здесь: Главная > Ремонт > Четырехтактный двигатель

Четырехтактный двигатель

.

Схема устройства четырехтактного двигателя представлена на рис. 20.
Мы видим из этой схемы, что цилиндр двигателя снабжен двумя отверстиями, закрываемыми клапанами 1 и 2. Первый из этих клапанов называется „впускным", или „всасывающим", второй — „выпускным", или „выхлопным".
Через всасывающий клапан цилиндр сообщается с особым прибор о м— карбюратором 3, в котором жидкий бензин превращается в рабочую смесь, т. е. распыляется, испаряется и смешивается с воздухом.
Через выхлопной клапан цилиндр сообщается с выпускной трубой 4, по которой продукты сгорания могут быть удаляемы наружу. В рассматриваемом двигателе клапаны расположены сбоку цилиндра и обращены головками вверх. Это — так называемое „боковое" расположение клапанов. Часто клапаны размещаются иначе, а именно — в самый головке цилиндра и обращены своими головками вниз. Таким образом размещенные клапаны называют „верхними" или „подвесными" (рис. 33).
В верхнюю часть цилиндра ввинчена запальная свеча б, служащая для воспламенения топлива.Электрическийток к ней подводится по изолированному проводу от особой магнитоэлектрической машины— магнето 6. Ток этот обладает весьма высоким напряжением (12 000—15 000 V), поэтому, проскакивая через искровой промежу- ток между полюсами свечи, он образует искру, которая и воспламеняет рабочую смесь.
Клапаны открываются в строго определенные моменты при по- мощи шестеренок 7 и 8, снабженных кулачками, и закрываются пружинами, закрепленными на стержнях клапанов. Работа двигателя происходитследующим образом.
Представим себе, что всасывающий клапан открыт, выпускной закрыт, а поршень поворотом коленчатого вала с помощью какой-либо рукоятки или стартера опускается вниз. Такое именно положение изображено на рис. 20.

Ясно, что при этом в верхней части цилин фа образуется разреженное пространство с давлением ниже атмосферного; поэтому рабочая смесь из карбюратора устремится в цилиндр и заполнит его по мере опускания поршня.
К тому моменту, когда поршень дойдет до нижнего своего положения, все пространство над ним будет заполнено рабочей смесью. Таким образом в течение этого периода двигатель работает как обыкновенный насос, всасывающий в себя смесь топлива с воздухом, и самый процесс его наполнения называется поэтому т а к т о м в с а с ы в а н и я .

chetireh_taktniy_dvigatel
Рис. 20. Всасывание. Всасывающий клапан открыт.
Выхлопной клапан закрыт. Поршень идет вниз.
Состояние рабочей смеси к концу хода поршня будет таково: упругость ее, а следовательно и давление на стенки цилиндра и на поршень будут немного ниже атмосферного, а именно — 0,8—0,9 am; температура ее при пуске в ход холодного двигателя будет, конечно, равна температуре наружного воздуха, но у нормально работающего нагретого двигателя всасываемая смесь подогревается, во-первых, горячими частями цилиндрз, во-вторых, остатками продуктов сгорания от предыдущего цикла работы, которье не могут быть полностью удалены из цилиндра.
Вследствие этого температура рабочей смеси к концу хода всасывания у нормально работающего четырехтактного двигателя составляет 70—75° С, а у двухтактного колеблется в пределах от 100
до 120° С. На нее оказывает влияние также температура наружного воздуха.
Итак, первая из указанных выше задач — наполнение цилиндра 'рабочей смесью —- выполнена.
Очевидно, момент для воспламенения топлива сейчас не подходящий, так как поршень находится внизу и давление на него не может быть использовано. Необходимо, следовательно, прежде чем воспламенить топливо, привести поршень снова к верхней мертвой точке (в. м. т.).
Будем продолжать повертывать коленчатый вал стартером и заставим таким образом поршень подняться кверху. При этом оба клапана должны быть, конечно, закрыты, чтобы поршень не вытолкнул смесь из цилиидра. Такое положение представлено на рис. 21. Поднимаясь вверх, поршень будет сжимать рабочую смесь в головке цилиндра, почему этот ход и называют х о д о м с ж а т и я , а совершающийся в это время процесс — т а к т о м с ж а т и я .
К моменту прихода поршня в верхнюю мертвую точку сжатие смеси достигает наибольшей величины. Очевидно, величина эта будет тем больше, чем меньше объем камеры сгорания. Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания называется с т е п е н ь ю с ж а т и я .
Например, если рабочий объем цилиндра равен 500 см3, объем камеры сгорания—100 см3, то полный объем цилиндра, занимаемый газом в конце Есасывання, будет: 500 -}- 100 = 600 см3, и степень сжа600 тия с Ш о = 6.эв

chetireh_taktniy_dvigatel2
Рис. 21.Сжатие. Оба клапана закрыты. Поршень идет вверх.
Пели бы температура сжимаемой смеси не изменялась, то давление смеси увеличилось бы ровно во столько же раз, во сколько уменьшился ее объем (закон Бойля-Мариотта). Например, при степени сжатия 6 давление рабочей смеси возросло бы в шесть раз, т. е. дошло бы к концу сжатия приблизительно до 6 am.
В действительности температура сжимаемой смеси, как и всякого газа, подвергаемого сжатию, не остается постоянной, а, напротив, повышается по мере сжатия и к концу хода поршня достигает 350—400° С.
Поэтому давление смеси увеличивается одновременно от двух причин: от уменьшения объема и от повышения температуры и в общем возрастает быстрее, т. е. не пропорционально степени сжатия. Например, при степени сжатия 4 давление в конце сжатия равно приблизительно 51 / , am (а не 4 am, как следовало бы по закону Мариотга); при степени сжатия 5 оно возрастает до 7 am; при сжатии 6 — д о 9 am и т. д.
Высокая степень предварительного сжатия имеет большое значение для совершенства работы двигателя. Сжатая в небольшом пространстве смесь сгорает быстрее; тепло, выделяющееся при сгорании, в меньшей степени теряется через стенки цилиндра, так как последние соприкасаются с горящими газами сравнительно небольшой частью своей поверхности; поэтому давление расширяющихся газов на поршень тоже уве- личивается вместе с повышением степени сжатия, кач это видно из таблицы:
chetireh_taktniy_dvigatel3
Таким образом, чем в ы ш е с т е п е н ь п р е д в а р и т е л ь н о г о с ж а т и я , тем л у ч ш е и с п о л ь з у е т с я т е п л о , п о л у ч а е м о е о т с г о р а н и я т о п л и в а .
Однако в свое время считалось невозможным применять в мотоциклетных двигателях степени сжатия выше 3,5—4 и таким образом использовать преимущества высокого сжатия.
И только за последние 10—15 лет удалось настолько усовершенствовать конструкцию двигателей, что стало возможно значительно повысить степень сжатия. Нормальной степенью сжатия в современных мотоциклетных двигателях можно считать от 5 до 6; для специальных же целей, например для гонок на короткие дистанции, ее доводят до 8,5 и даже, в исключительных случаях, до 12.
Надо, однако, заметить, что при таких высоких степенях сжатия двигатель не может работать на чистом бензине и требует специальных составов топлива (см. гл. VIII).
Итак, мы рассмотрели два подготовительных такта — всасывание и сжатие.
К концу второго из них поршень находится в йерхней мертвой точке, оба клапана закрыты и рабочая смесь сжата в камере сгорания. Наступает, тпкнм образом, благоприятный момент для воспламенения топлива. Действительно, если зажечь в этот момент рабочую смесь, то давление в цилиндре резко возрастает до величины около 25—30 кг на каждый кв. сантиметр поверхности поршня (при работе двигателя с полным зарядом смеси). Если предположить, что площадь поршня равна 50 см2, то сила давления расширяющихся газов на поршень выразится весьма значительной цифрой — 1500 кг. Эта сила заставит поршень опускаться вниз.
Такое именно положение изображено на рис. 22. С этого момента нет больше надобности вращать вал двигателя рукояткой или стартером: двигатель начинает работать дальше самостоя-
тельно.
Под давлением расширяющихся продуктов сгорания поршень совершает
свой третий, или р а б о ч и й ход. По мере его продвижения к нижней мертвой точке (н. м. т.) наполняющие цилиндр газы расширяются, и давление их постепенно падает до величины около 3—4 KzjcM2; вместе с тем падает и их температура.
При подходе поршня к нижней мертвой точке открывается выпускной клапан и начинается четвертый по порядку ход поршня, во время которого происходит удаление из цилиндра продуктов сгорания.
Этот процесс, называемый в ы п у с к о м , или в ы х л о п о м , изображен на рис. 23.
Инерция маховика, приобретенная им во время предыдущего хода, заставляет поршень подниматься вверх. Сила этой инерции настолько велика, что под действием ее поршень может несколько раз совершить свой путь без всякой посторонней помощи. Поднимаясь кверху, поршень выталкивает наружу отработавшие газы через открытый выпускной клапан. Некоторая часть их все же остается в камере сгорания и смешивается впоследствии со свежим
зарядом.
Мы рассмотрели, таким образом, четыре последовательных такта, составляющих в совокупности полный цикл работы двигателя.

chetireh_taktniy_dvigatel4
Рис. 22. Рабочий ход. Топливо воспламенено электрической искрой. Оба клапана закрыты. Поршень идет вниз.
В дальнейшем процесс будет повторяться в том же порядке: —
1) Под влиянием инерции маховика поршень пойдет вниз и всосет свежий заряд бензиновой смеси; 2) под влияньем той же инерции маховика он поднимется затем вверх и сожмет смесь под крышкой цилиндра; 3) в этот момент произойдет воспламенение топлива и под давлением расширяющихся газов поршень опустится, заставляя вращаться коленчатый вал и маховик; инерция заставит поршень подняться газы, после чего он снова повторит
Итак, мотоциклетныдвигатель рассмотренного типа работает в четыре т а к т а , чем и объясняется его название—ч е т ы р е х т а к т н ы й мотор.
Нетрудно заметить далее, что из всех четырех ходов поршня, совершаемых за время полного цикла, только один третий ход идет на вращение коленчатого вала и является, таким образом, истинным рабочим ходом, остальные же три служат только для всасывания, сжатия и выпуска газов.
Из рассмотрения чертежей можно, кроме того, убедиться, что каждый ход поршня соответствует одному полуобороту вала. Таким образом во время полного оборота вала поршень успевает совершить два хода — вверх и вниз. Отсюда же следует, что пока поршень сделает коленчатый вал повернется два раза:
4) приобретенная маховиком и вытолкнуть отработавшие все вышеописанные действия.

chetireh_taktniy_dvigatel5
Рис. 23. Выпуск. Выпускной клапан открыт. Всасывающий клапан закрыт. Поршень идет вверх. все свои четыре хода,
1-й оборот вала
2-й оборот вала
|ход всасывания
\ход сжатия
[рабочий ход
{ход выпуска
Наконец, последнее замечание, на которое следует обратить внимание, касается моментов открытия и закрытия клапанов: впускной клапан открывается только один раз в течение всех четырех ходов поршня, а именно во время 1-го хода, т. е. всасывания; выпускной клапан открывается также один только раз — во время 4-го хода, т. е. выпуска; все остальное время клапаны закрыты.

Комментарии закрыты.