Чотиритактний двигун: принцип роботи, ремонт

Двигуни внутрішнього згоряння повинні були замінити промислову парову машину. Проте ентузіасти, які працювали над створенням мотора, змогли відчути потенціал, який закладений в нього. Винахідникам вдалося відшукати способи, які дозволили в значних межах збільшити потужність агрегату без істотного збільшення маси. Так, Ніколаус Отто зіграв одну з головних ролей у цьому проекті. Він створив перший чотиритактний двигун внутрішнього згоряння.

Як Отто двигун розробляв

Агрегат, винайдений вченим по імені Альфонс Бо де Роша, а потім побудований німецьким інженером Николаусом Отто в 1867 році, в ті роки вважався максимумом технологічності і практично досконалістю. Аналогів для нього просто не існувало. Мотор був дуже недорогим в експлуатації, мав компактні розміри, а також йому не потрібно було часте обслуговування. Робота чотиритактного двигуна була побудована за чітким алгоритмом. Сьогодні його називають «циклом Отто». У 1875 р. Ніколаус Отто у своїй компанії випускав більше, ніж 600 двигунів на рік.

Від чотиритактного ДВЗ до автомобіля

У команді інженерів, які працювали над створенням агрегату, був один талановитий хлопець – Готліб Даймлер. Він тоді горів ідеєю створення на базі цього двигуна цього автомобіля. Але Отто не бажав модернізувати вже був успішний мотор. Даймлер був змушений піти з проекту, але бажання побудувати автомобіль нікуди не поділося.




У підсумку разом зі своїм другом і однодумцем у 1889 році Даймлер таки збирає автомобіль, в основі якого лежить бензиновий, чотиритактний двигун, який функціонує за алгоритмом Отто.

Відмінність 4-тактного двигуна від 2-тактного

Цикл роботи ДВС – це кілька процесів, які спрямовані на отримання порції сили, яка буде впливати на коленвал. Цей Цикл складається з вприскування палива, стиснення, запалювання паливної суміші, розширення газів, випуску. Такт у двигуні внутрішнього згоряння – це один хід поршня або вгору, або вниз. У двотактному двигуні за один оборот колінчастого відбувається два такту. Коли гази розширюються, поршень робить корисну роботу. Агрегати, де робочий хід відбувається в два такти, називають двотактними. А якщо за два оберти колінчастого вала відбувається чотири такту, то це вже чотиритактний двигун. І ті, і інші можуть бути як бензиновими, так і для дизельного палива. Щоб зрозуміти особливості конструкції і експлуатації, відмінності між різними моторами, потрібно розглянути принципи їх роботи.

Принцип роботи чотиритактного двигуна

Головна відмінність 4-тактного ДВС від 2-тактного - в роботі газорозподілу. Так, є окремі фази для впуску і випуску. Цими фазами завідують впускні і випускні клапани, які розташовані в головці блоку циліндрів. Відкриваються і закриваються клапани за допомогою розподільного валу, який приводиться в дію від обертання колінчастого вала.

Такт впуску

На першому такті здійснюється впуск. В цей самий момент поршень починає свій рух вниз зі своєї верхньої мертвої точки. В циліндрі внаслідок цього створюється розрядження. Тим часом відкривається впускний клапан. Паливна суміш всмоктується в порожнину циліндра. Коли поршень досягає свого крайнього нижнього положення, клапан впускання закриватся і впускна фаза повністю завершується.

Стиснення паливної суміші

Це другий такт. Тут поршень рухається вгору, а клапани повністю закриті. У цей момент паливно-повітряна суміш стискається, тим самим нагріваючись. Це потрібно для більш ефективного згоряння суміші.

Робочий хід поршня

Поршень не доходить до свого крайнього верхнього положення. У бензинових агрегатах – від свічки, а в дизельних – від стиснення паливна суміш запалюється. Гази від згоряння дуже різко розширюються, сила діє на поршень, і він йде вниз. Так чотиритактний двигун виконує роботу.

Випуск відпрацьованих газів

Після того як поршень здійснив свою корисну роботу, він знаходиться в крайньому нижньому положенні. Тепер потрібно видалити з порожнини циліндра відпрацьовані гази. Це виконується через випускний клапан. Гази виштовхуються з циліндра в той момент, коли поршень йде вгору.

Такти в дизельних ДВЗ

Порядок або алгоритм в дизельних двигунах відрізняється тільки тим, що в момент стиснення в порожнину циліндра подається лише повітря. Дизельне паливо подається в камеру тільки в кінці такту стиснення палива за допомогою форсунок.

Відмінності двотактного і чотиритактного двигуна

Серед основних відмінностей, як вже говорилося, виділяється різна система газообміну. Двигун внутрішнього згоряння має для цього спеціальний газорозподільний механізм, який відповідає за відкривання і закривання клапанів у потрібний момент циклу. У двотактному ж моторі і процес заповнення камери згоряння, і її очищення здійснюються разом з тактом стиснення і розширення. Для цього в циліндрі є спеціальні технологічні отвори для впуску суміші і викиду газів. В агрегатах з такою конструкцією немає механізму ГРМ, що робить ці мотори набагато простіше і легше.

Одноциліндровий чотиритактний дизельний двигун

Мотори цієї конструкції дуже поширені. Їх можна знайти не тільки в автомобілях, але і в мотоциклах, скутерах, трактори, мотоблоки. У Китаї виробляють літрові двигуни, які використовуються для роботи з мотоблоками. Одне з головних достоїнств таких ДВС - це дуже маленьке відношення площі до об'єму камери згоряння. Це дає мінімальні втрати теплової енергії. ККД у таких двигунах дуже високий. Пристрій аналогічно многоцилиндровим двигунів. Нічого нового тут немає. Всі ті ж чотири робочих такту. Цей чотиритактний двигун призначений для застосування в утилітарних мотоциклах, мопедах, скутерах.

Примхи одноциліндрових двигунів

Під час роботи двигуна створюються дуже високі температури. Деталі, які працюють в парах тертя, повинні періодично прохолоджуватися і добре змазуватися. Зазори між вузлами потрібно промивати, щоб видалити продукти зносу. Також хороше масло відмінно відводить тепло від поверхонь, які працюють найбільш інтенсивно. Також потрібно подбати про гарну додаткової системи охолодження. У мотоциклах і скутерах охолодження найчастіше повітряне.

Четирехтактники на мотоциклах

Так, ці мотори дуже популярні серед виробників хороших, серйозних мотоциклів. Основна відмінність – це дизайн. Якщо в автомобілях двигун захований під капотом і дизайн його особливо не розробляли, то в світі мотоциклів зовнішній вигляд силового агрегату має серйозне значення. Ось вже більше 15 років у моді двоциліндровий чотиритактний двигун мотоцикла, представлений безліччю моделей з різним об'ємом. Відрізнити такі двигуни можна по характерному звуку. Однак серед мотоциклістів особливою популярністю користуються рядні чотирициліндрові агрегати. Ці мотори лише трохи випереджають автомобільні ДВС. Наприклад, схема на чотирьох клапанах лише нещодавно отримала визнання в будівництві автомобілів. А на мотоциклах вона використовувалася ще з 70-х. Для мотоцикла четирехтактник є більш актуальним. Так, ці ДВС більш економічні, ефективні, екологічні, ніж двотактні агрегати. Це – переваги цих двигунів на мотоциклах. Також двигуни для мотоциклів зроблені таким чином, щоб працювати на високих оборотах. Максимальна потужність видається на оборотах до 14-16 тисяч на сучасних моделях.

Нові технології за старим принципом

З того самого моменту, як винайшли чотиритактний двигун, він постійно вдосконалювався. Багато новинок довелося на механізм ГРМ. Приміром, зараз число клапанів на циліндр може доходити і до 5-ти. Сучасні виробники також застосовують особливі системи зміни фаз розподілу газів. Відбулися зміни і в системі живлення. Сучасні мотори більше не використовують карбюратор – скрізь інжектори і електроніка. Щоб поліпшити наповнюваність камер згоряння повітрям, застосовують системи наддуву. Це дозволяє збільшити потужність при малому обсязі, а також знизити витрату палива. Але при всьому цьому принцип дії ДВС залишається все тим же, яким і був.

Чотири такту: недоліки і переваги

Основний і "жирний" плюс таких агрегатів – це економічність. До того ж вони не дуже галасливі. Застосування разом з ними каталізаторів дозволяє знизити токсичність викиду відпрацьованих газів. Ще одна перевага - це, звичайно ж, висока надійність. Ресурс може доходити до мільйона кілометрів, і це далеко не межа. Ремонт чотиритактного двигуна потрібно робити не так часто. Серед недоліків – складна конструкція, дороге виробництво, вимогливість до експлуатації. Цим агрегатів обов'язково потрібно якісне паливо і масло. Здійснити ремонт самостійно практично неможливо. Щоб з цими моторами ніколи не було проблем, «годуйте» їх тільки якісним бензином. І тоді вони будуть працювати довго, надійно і справно. Конструкція, яка стільки років не змінюється, – це показник надійності та ефективності.