4 х тактный двигатель внутреннего сгорания схема

2х тактный или 4х тактный двигатель мотокосы, какой выбрать?.

Для двигателей внутреннего сгорания под «тактом» понимается движение поршня (вверх или вниз) в одном направлении. Коленчатый вал при этом совершает полный оборот и приводит в действие рабочие механизмы мотокосы. Отсюда явно следует, что мотокоса с 4х тактным двигателем в сравнении с 2х тактным аналогом работает интенсивнее. Ко всему количество потребляемого топлива у четырёхтактного мотора существенно ниже, что достигается за счет более рациональной конструкции.

Объективно, четырехтактные двигатели более сложны по своим конструктивным особенностям. Соответственно – выше стоимость их производства и больше конечная цена для потребителей. Во многих случаях именно цена и служит определяющим фактором для конечного потребителя. Но при этом целесообразно учитывать и другие, не менее значимые критерии, такие, как интенсивность эксплуатации и время, необходимое для кошения травы на участке напрямую зависят от типа растительности, площади и неровностей грунта.

Газообмен и расход топлива

Рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания любого из типов — комплекс постоянно повторяющихся процессов:

• наполнение емкости цилиндра смесью топлива,
• компрессия,
• воспламенение и превращение под давлением поршня в сжатый газ,
• расширение объема газовой смеси в камере цилиндра и передача освобожденной энергии на коленвал.

Двухтактный двигатель

Четырехтактные моторы потребляют топлива меньше, звук работы тише. Так как вместе с бензином в камере сгорания не горит масло, то и выхлопные газы доставляют меньше дискомфорта при работе. В комплексе, это конечно сказывается на габаритно весовых показателях мотокосы, с 4х тактным двигателем они значительно тяжелее и объёмнее.

Также, в числе значимых моментов, на которые следует обратить внимание:

• предусмотренная производителем для конкретного двигателя литровая мощность,
• расход топлива за единицу рабочего времени,
• требование к смазке и составу добавляемых в бензин масел.

У двухтактных двигателей литровая мощность имеет коэффициент в диапазоне 1,5-1,8 по отношению к четырёхтактному двигатель равного объёма. Это означает, что двухтактный двигатель минимум в полтора раза мощнее при равном рабочем объёме цилиндра.

Относительно сравнения 2-х и 4-тактных двигателей по их требованиям к смазке, касательно мотокос с 4-х тактным двигателем они более высокие к качеству масла, при этом, заменять масло в четырёхтактном двигателе нужно по выработке определённого количества моточасов, в двухтактном, масло нужно постоянно добавлять в топливо.

Взгляд на мотокосы с 2- тактным и 4-тактным двигателем с точки зрения рядового потребителя

Один из важных факторов при оценке мотокосы с точки зрения рядового потребителя – сложность регулярного обслуживания двигателя. Для моделей с 2-х тактным двигателем этот процесс намного проще и в большинстве случаев может производиться в домашних условиях при наличии имеющихся у многих инструментов для работы с автомобильными или мотоциклетными двигателями. Это возможно по причине более простой конструкции, отсутствия газораспределительной системы и системы смазки. С четырехтактным двигателем нужно повозиться и его техническое обслуживание более рационально проводить в условиях специализированной мастерской.

Четырехтактный двигатель

Процесс смешивания масла с бензином в 2-тактном двигателе осуществляется максимально просто. Для этого достаточно перемешивания масла с бензином в рекомендуемой производителем пропорции в обычной топливной канистре. Такая система более проста, чем в 4-тактных моторах. Тем не менее, именно в моторах с четырьмя тактами вы можете не думать о масле каждый раз перед очередным выходом на газон.

В четырехтактном двигателе масло с бензином предварительно смешивать не нужно. Устройство мотора предусматривает оснащение системой смазки классического типа.

Очень разнятся требования к качеству заливаемого для двигателя масла. Для четырехтактных двигателей оно должно быть более стабильного качества по основным характеристикам и обеспечивать длительную работу мотора. Лучше, если постоянно используется масло одного производителя с одинаковыми характеристиками. Для 2-тактных двигателей этот вопрос не имеет принципиального значения – для работы таких моторов подбирать масло намного проще и дешевле.

В двигателях обоих типов применяется воздушная система охлаждения. Некоторые производители комплектуют моторы предохранительными системами, которые глушат и не дают завести двигатель в случае перегрева.

При разных режимах работы ведут себя двигатели по-разному. «Разгоняется» 2х тактный значительно быстрее. Но и греется при работе быстрее, особенно при больших нагрузках. Соответственно, для охлаждения требуются более частые перерывы в работе, на кошение тратится больше времени.

Какие выводы следуют из вышесказанного? Мотокосы с 4-хтактным двигателем – профессиональный инструмент. Они сложнее в обслуживании и ремонте, но это окупается периодичностью покупки расходников и их намного более продолжительным сроком службы. Если позволяют финансовые и физические возможности (не забываем про вес), предпочтение лучше отдать мотокосам с 4-тактным двигателем, конечно если объём работ соответствующий. Нет смысла переплачивать за 4х тактный двигатель чтобы выкашивать несколько раз за сезон несколько соток. Если площадь и частота выкоса небольшая, 2-тактные двигатели смогут вполне надежно и долго послужить в домашнем хозяйстве.

4 Тактный двигатель: принцип работы

4 тактный двигатель является поршневым мотором внутреннего сгорания. В этих агрегатах рабочий процесс всех цилиндров занимает два кругооборота коленчатого вала. Два кругооборота коленчатого вала также можно охарактеризовать как четыре поршневых такта, от чего и произошло название четырехтактный двигатель.

Начиная с середины двадцатого века четырехтактный двигатель является самым распространенным видом поршневых моторов внутреннего сгорания.

Основные характеристики 4 тактного двигателя

1. Обмен газов происходит за счет движения рабочего поршня;
2. 4 тактный двигатель обладает газораспределительным механизмом, который позволяет переключить цилиндровую полость на впуск и выпуск;
3. Обмен газов происходит в момент отдельного полуоборота коленвала;
4. Цепная, ременная передача и шестеренчатые редукторы позволяют изменить моменты зажигания, впрыскивания бензина и привода газораспределительного механизма относительно частоты верчения коленвала.

История

Примерно 1854-1857 годов итальянцы Евгенио Барсанти и Феличче Матоци создали устройство, которое, согласно существующим сведениям, походило на 4 тактный мотор. Несмотря на это, 4 тактный мотор был запатентован только в 1861 Алфоном де Роше, поскольку изобретение итальянцев было потеряно.

В первый раз пригодный к работе 4 тактный мотор был создан немецким инженером Николаусом Отто, в честь которого четырехтактный цикл назвали циклом Отто, а применяющий свечи зажигания 4 тактный мотор – двигателем Отто.

4 тактный двигатель принцип работы

В двухтактном моторе смазывание коленвала, цилиндровых и поршневых пальцев, подшипника коленвала, поршня и компрессионных колец происходит путем заливки масла в бензин. 4 тактный мотор отличается тем, что в нем коленчатый вал расположен в масляной ванне. За счет этой особенности необходимость в добавлении масла или смешивании топлива попросту отсутствует. Все, что нужно сделать владельцу транспортного средства – это наполнить топливный бак бензином, после чего можно продолжать пользоваться транспортом.

Таким образом, автовладельцу становится незачем приобретать специальное масло, которое нужно для функционирования двухтактных моторов. Помимо этого, 4 тактный мотор отличается уменьшенным количеством нагара на стенах глушителя и поршневом зеркале. Еще одним важным отличием является то, что при двухтактном моторе совершается выплеск горючей смеси в выхлопную трубу – это обусловлено его устройством.

Стоит признать, что четырехтактные двигатели также обладают небольшими недостатками. К примеру, у таких двигателей повышенная длительность старта скутера с места. Также не особо качественными являются работы по регулированию клапанного теплового зазора. При этом следует отметить, что проблему с повышенной длительностью старта скутера можно решить оптимизацией опций центробежного сцепления и передачи.

Конструкция агрегата

Устройство 4 тактного двигателя выглядит таким образом: распредвал размещен в крышке цилиндра и приводится в действие с помощью ведущего колеса, вмонтированного на коленчатом вале. В устройстве 4 тактного двигателя распределительный вал способен открывать и закрывать впускной и выпускной клапан, но лишь один из них, а какой конкретно – зависит от расположения поршня. Помимо этого, на распределительном вале расположены кулачки, с помощью которых приводятся в действие коромысла клапанов.

После своего срабатывания коромысла начинают воздействовать на один из двух клапанов, что приводит к его открытию. Стоит отметить, что между клапаном и регулировочным винтом должен быть узкий промежуток (его еще называют тепловым зазором) – во время нагрева происходит расширение металла, поэтому в случае неимения или слишком маленького размера зазора клапаны не смогут полностью закрыть каналы впуска и выпуска. Зазор при клапане выпуска должен быть большего размера, чем у клапана впуска, поскольку газы выхлопа более горячие, нежели горючая смесь, и, соответственно, это приводит к тому, что клапан выпуска нагревается больше клапана впуска.

Вот и все описание устройства 4 тактного двигателя.

Работа 4 тактного двигателя

Как уже было сказано, работа 4 тактного двигателя состоит из двух оборотов коленвала или, еще можно сказать, четырех тактов поршня.

Работа 4 тактного двигателя происходит таким образом:

1. (впуск). Поршень продвигается в нижнюю сторону, что приводит к открытию клапана впуска. В итоге горючая смесь оказывается в цилиндре, куда она попадает из карбюратора. По достижению поршнем нижнего положения совершается закрытие клапана впуска.
2. (сжатие). Поршень передвигается в верхнюю сторону, что провоцирует сжимание горючей смеси. После того, как поршень приближается к верхней мертвой точке, совершается возгорание сжатого поршнем бензина.
3. (расширение). Происходит возгорание бензина, в результате которого он сгорает – это приводит к растяжению горючих газов и, соответственно, к движению поршня вниз (два клапана оказываются закрытыми).
4. (выпуск). По инерции коленчатый вал продолжает кругооборот вокруг своей оси, а поршень – продвигаться вверх. Вместе с этим происходит открытие клапана выпуска, откуда выхлопные газы попадают в трубу. Когда поршень доходит до верхней мертвой точки, совершается закрытие клапана впуска.

По окончанию работы 4 тактного двигателя четыре такта проходят заново.

Функционирование двухтактного агрегата

Хоть и статья не об этом, однако стоит коротко описать функционирование двухтактного двигателя с целью сравнить их. Как становится понятно из наименования, функционирование такого мотора проходит только через два такта.

1. Поршень продвигается наверх, что приводит к сжатию горючей смеси, после которого (без достижения верхней мертвой точки) она воспламеняется. По достижению поршнем верхней мертвой точки открываются окна впуска в стене цилиндра, из-за чего горючая смесь перетекает в кривошипную камеру.
2. Под действием растягивающихся газов поршень продвигается в нижнюю сторону. Пребывая в нижнем положении, поршень открывает окна впуска и выпуска. Газы попадают в трубу выхлопа, а на их месте оказывается горючая смесь.

Двухтактный двигатель – лучше четырехтактного!

Какие бы хитроумные устройства ни получал современный поршневой двигатель внутреннего сгорания, он не очень далеко ушёл от уровня техники Второй мировой войны. О том, как важны некоторые нововведения в системы работы двигателя, без хорошей рекламы порой и не догадаться, настолько они малоэффективны. Сегодня хорошо известны все слабые места(процессы), не позволяющие поршневому мотору преодолеть существующий барьер эффективного КПД в 25-45%, но при всём этом, он самый распространённый и надёжный!

Двухтактный двух вальный поршневой двигатель внутреннего сгорания с изменённой прямоточной продувкой тот мотор, который в полной мере раскрыл потенциал поршневого ДВС. Да, схема не нова, но только подобная схема позволяет решить весь комплекс проблем сразу! На примерах недостатков существующих поршневых моторов, и того, как это устранено в новом двухтактном двигателе с изменённой схемой продувки, постараюсь объяснить суть изобретения.

Четырехтактные ДВС не эффективно используют энергию газов в фазе рабочего хода

Во время рабочего хода, т.е. сгорания и расширения газов в камере сгорания их давление действует с одинаковой силой не только на поршень, но и на головку цилиндров, что становиться причиной вибраций любого работающего мотора. Оппозитный мотор частично решет эту проблему, но не является панацея! Он конечно лучше сбалансирован, но газы по-прежнему давят на головку цилиндров, не принося двигателю полезной работы.

Моторы со встречными поршнями в цилиндре решают эту проблему, но существующие сегодня образцы имеют свои сложности и недостатки.

В двигателе новой двухвальной конструкции применили схему с изменённой прямоточной продувкой, уменьшили вдвое ход поршня, по сравнению со значениями хода в обычном четырёхтактном моторе. К примеру с 80 мм ход уменьшается до 40 мм, но в итоге с двух валов получается та, же сумма ходов 80 мм и величина крутящего момента на валу сохраняется неизменной. В результате разложение рабочего хода, конструкторы получили эффект прибавки мощности в 42%, при одинаковом давлении газов в фазе расширения, у сравниваемых моторов. Для скептиков уточним, что потери на трение у нового мотора двухтактного, в расчёте на один цилиндр, такие же, как и у четырёхтактного мотора.

Не буду вдаваться в подробности, боясь запутать. Хотите убедиться? Возьмите пружину прикрепите к ней два одинаковых груза. В первый раз, растянув пружину, отпустите груз только с одной стороны и зафиксируйте время, за которое пружина сожмётся, во второй раз, растянув пружину, до таких же размеров отпустите два груза с двух сторон одновременно и также зафиксируйте время. Сравнив, увидите, что во втором случае такая же по величине работа, будет выполнена на 29% быстрее, вот вам и прибавка к мощности, ведь мощность это работа в единицу времени. Пружина с точки зрение физики сравнима со сжатым газом, который мы имеем в процессе рабочего хода в камерах сгорания сравниваемых моторов. При одинаковых значениях давления в фазе расширения рабочий ход у нового мотора выполнится быстрее.

Следует учесть, что в схеме со встречными поршнями отдача тепловой энергии топлива в энергию расширяющихся газов больше, чем у одновального мотора (нет головки цилиндров). Поэтому при одинаковых количествах сгоревшего топлива в камере сгорания, давление газов у нового мотора будет значительно выше, поэтому и рассчитывать «эффект коротких ходов» (прибавки мощности в 42%), необходимо с поправкой на это. Результат — одна и та же порция топлива выдаст мощность в два раза больше чем в обычном четырёхтактном моторе!

Почему столь весомая часть вклада в КПД нового мотора до сих пор ни как ни применялась!?

Впервые в мире этот эффект был опубликован в описании к патенту № 65547, заявленного в 1999 году в Украине! Пусть кто-то возразит, что это всё есть у американского ОПОС, кстати, он сам подтверждение преимущества схемы нового мотора, только благодаря этому эффекту он и получил приличные результаты по экономичности и мощности, проработав на стендах более 500 моточасов, Питер Хоффбауер опоздал не на один год! ДВС с изменённой схемой продувки «ДИСП», первый патент № 65547 получен в 2004году. Американский патент на ОПОС получен в 2008 году. Декабрь 2012 года принято решение на выдачу патента по заявке № а201110260, модификацию старой модели «ДИСП» (о нём и идёт рассказ).

С увеличением хода поршней у двух вального мотора, теряется эффект прибавки мощности. Увеличение крутящего момента в моторе не компенсирует потерь на трение, увеличивающиеся из-за повышения линейной скорости поршней и снижения теплового КПД, из-за неполного сгорания топлива в результате плохой продувки. Именно поэтому существующие моторы со встречными поршнями не получили такого широкого применения, как четырёхтактные поршневые моторы!

Процесс сгорания топлива у современного мотора далек от идеала. Топливо по-прежнему не сгорает полностью.

Основная причина этому: не достаточно времени в процессе сгорания смесь пребывает в сжатом виде, особенно на высоких оборотах. После прохождения В.М.Т. поршень удаляясь от головки цилиндров, увеличивает объём цилиндра, в котором в данный момент времени происходит сгорание смеси, что становится причиной медленного и не полного сгорания топлива. У разных моторов показатель различный (зависит от оборотов) 5 — 15% потерянного (недогоревшего) с выхлопом топлива, самые большие потери у двухтактных моторов и дизельных моторов.

Ощутимый довесок, чтобы побороться за него!?

Современные системы непосредственного распределённого впрыска, частично решают эту проблему, но, к сожалению, только этого не достаточно для полного сгорания топлива на высоких оборотах двигателя. Единственный мотор, в котором можно комплексно решить проблему — это новый двигатель со встречными поршнями. Механизм синхронизации вращения валов, позволяет регулировать время, в течение которого поршни будут сохранять неизменным расстояние между собой при встрече в В.М.Т., сохраняя тем самым неизменным объём камеры сгорания столько, сколько это необходимо!

Низкий тепловой КПД

Как решают эту проблему сегодня: — повышают рабочую температуру охлаждающей жидкости, а самым простым и эффективным способом решения данной проблемы, является уменьшение площади контакта горящей смеси с системой охлаждения двигателя. У двух вального двигателя камера сгорания образуется между поршнями, поэтому энергия переходит в расширяющиеся газы, а не в головку цилиндра. В двигателе с изменённой схемой продувки, площадь цилиндра в два раз меньше, площади цилиндра обычного двигателя со встречными поршнями, поэтому потери тепла в систему охлаждения у него наименьшие из всех поршневых моторов и соответственно самый высокий тепловой КПД!

По разным сведениям подобным образом можно на 10 — 15% увеличить эффективный КПД поршневого мотора, что, согласитесь не мало!

Некачественная продувка цилиндра существующих двухтактных моторов, в том числе и с прямоточной продувкой.

Необходимость сжатия воздуха для такта продувки у старых моторов со встречными поршнями дополнительным устройством, чаще всего центробежным или осевым компрессорам. Для качественной продувки этого не достаточно, да и на приведение их в действие нужно отдельно и прилично отдать механической энергии. Если начать использовать кинетическую энергию выхлопных газов для привода турбокомпрессора (как это в основном и делают), получится мультик «про Мюнхгаузена», когда он сам себя вытащил за парик из болота. Проталкивать газы в выхлопную трубу, используя их же кинетическую энергию!? Реальность не мультик, поэтому и продувка цилиндра плохая, и результат: топливо не догорает до конца. Кроме этого, подобная продувка быстро «убивает» ресурс таких моторов. В результате тепловой перегрузки коксуются кольца в поршнях, резко понижается компрессии в цилиндрах и далее по списку! Даже «свеженький» американский ОПОС не избежал этих проблем. Продувка в новом моторе выполняется воздухом, сжатым поршнями в продувочных камерах до значительно большего давления, чем в осевых компрессорах старых моторов, поршни охлаждаются воздухом во время впуска и продувки, что снимает с них тепловую перегрузку, повышая моторесурс и надёжность мотора в целом.

Существующие бензиновые поршневые моторы не экономны даже при использовании впрыска топлива

Для нормального воспламенения и горения, смесь у бензиновых моторов должна состоять из определённых пропорций бензина и воздуха. Фактическое количество воздуха и соответственно топлива, попадающего в цилиндр у большинства моторов, зависит от степени открытия дроссельной заслонки. В некоторых моторах эту функцию выполняют величиной подъёма впускного клапана. На маленьких оборотах в цилиндры бензинового мотора, поступает не большое количество воздуха, следовательно, степень его сжатия будет значительно меньше величины указанной в паспорте к мотору, с вытекающими плохими последствиями. Соответствовать номиналу степень сжатия бензинового мотора может только при максимальном нажатии на педаль газа. Известно, чем выше степень сжатия в цилиндрах поршневого мотора (до разумных пределов), тем выше эффективность его рабочего хода и КПД в целом. Пример: тот же дизельный мотор, в котором степень сжатия остается неизменно высокой. Можно конечно полечить и бензиновый ДВС, если сохранять необходимую расчётную степенью сжатия на всех режимах работы двигателя. Меняя дистанцию встречи поршней у В.М.Т. в новом моторе, выбираем необходимое, для определённых условий, оптимальное значение степени сжатия рабочей смеси, а это положительно отражается на топливной эффективности бензиновых ДВС. Конструкция двухтактного ДВС с изменённой схемой продувки позволяет изменять степень сжатия, благодаря своему механизму синхронизации вращения коленчатых валов в зависимости от режима работы мотора.

Модуль двухтактного ДВС с изменённой схемой продувки, имеет два цилиндра, коленчатые валы новой конструкции, что позволяет делать его особо компактным и лёгким, а также хорошо сбалансированным. Мощности такого модуля при объёме 1,5 — 2,0 литра, хватит для большинства транспортных средств. Моторы повышенной мощности предпочтительно собирать из двухцилиндровых модулей, что позволит даже очень большим и мощным автомобилям быть экономными, ведь высокая мощность используется редко и не очень долго. Вот и выходит, что имея старую двух вальную схему, двухтактный мотор с изменённой схемой продувки имеет абсолютно другие результаты по топливным и мощностным показателям. Не буду приводить «сногсшибательные» значения КПД, и так ясно, что он будет значительно выше КПД любого из теперешних поршневых и газотурбинных моторов.

Из устройства нового мотора исчез не нужный теперь компрессор, коленвалы выполнены не традиционно, что в несколько раз снизило их массу и массу двигателя в целом. Нет газораспределительного механизма и лишних цилиндров. Механизм синхронизация вращения коленчатых валов, позволяет управлять степенью сжатия смеси и выбирать необходимое оптимальное время сжатия топливной смеси для её полного и эффективного сгорания.

И заметьте, речь совсем не шла о супер материалах и никому неизвестных, а потому спорных, способах улучшения работы поршневого мотора!

Скажите кому выгодно, что таких моторов до сих пор нет в ваших автомобилях. Наверное, только тем, у кого топливный бак с волшебной функцией: — регенерация топлива и своя нефтяная вышка! Запасов топлива на планете Земля по прогнозам осталось лет на 50-60, благодаря такому мотору эти запасы можно растянуть на 100 -120 лет!

Виталий Лошаков

Четырехтактный двигатель

Цилиндр двигателя закрыт крышкой, в которой располагаются клапаны для впуска свежего заряда и клапаны выпуска газов. Клапаны удерживаются в закрытом состоянии пружинами и давлением в цилиндре при процессах сжатия, сгорания и расширения. Открытие клапанов в нужные моменты производится газораспределительным механизмом.

Газораспределительный механизм состоит из рычагов, штанг и толкателей, на которые воздействуют кулачки распределительного вала.

Распределительный вал приводится в движение от коленчатого вала двигателя и имеет вдвое меньшую частоту вращения, чем коленчатый вал, вследствие чего каждый клапан открывается один раз за два оборота коленчатого вала. Взаимосвязь газораспределительного механизма с коленчатым валом находится в определенной механической зависимости. Эта зависимость устанавливается заводом-изготовителем двигателя и изображается диаграммой фаз (углов) газораспределения.

Диаграмма фаз газораспределения — паспортная характеристика определенного типа двигателя. Она на графике указывает фазы (углы) положений колена коленчатого вала, при которых происходят изменения термодинамического процесса в наиболее экономичном режиме в цилиндре двигателя. Диаграмма фаз газораспределения является руководящим документом проверки и регулировки поршневого двигателя внутреннего сгорания как при сборке в процессе изготовления, так и при ремонте двигателя.

Изменение давления рабочего тела в цилиндре двигателя за рабочий цикл, который фиксируется специальным прибором — индикатором — на диаграммной бумаге в координатах давления Р и рабочего объема КЛ, называется индикаторной диаграммой.

Рассмотрим термодинамический процесс рабочего цикла в четырехтактном двигателе (рис. 6.5).

Фаза ф;_2 — это угол, описываемый коленом коленчатого вала, при котором клапан впуска открыт. На индикаторной диаграмме

Рис. 6.5. Схема работы четырехтактного двигателя и индикаторные диаграммы: 1 — начало открытия впускного клапана; 2 — закрытие впускного клапана; 3 — начало подачи топлива; 4 — начало открытия выпускного клапана; 5 — закрытие выпускного клапана; а-г — такты рабочего цикла; Р0 — атмосферное давление; I — точка максимального давления газов в цилиндре этот процесс изображен линией 1-2 — процесс всасывания свежего заряда.

Фаза ф2-3 — это угол, описываемый коленом коленчатого вала, при котором оба клапана закрыты. На индикаторной диаграмме наблюдается процесс сжатия свежего заряда, при этом температура его достигает 500. 700 °С.

Фаза у3_4 — это угол, описываемый коленом коленчатого вала при закрытых клапанах впуска и выпуска. Точка 3 находится вблизи ВМТ. С этого момента в цилиндр двигателя подается топливо в мелкораспыленном виде, которое активно (при 7 = 500.700°С) испаряется, воспламеняется и сгорает. Этот процесс длится тысячные доли секунды. В цилиндре резко возрастают температура (»1700°С) и давление (Р^ образовавшихся газов, вследствие чего колено коленчатого вала успевает пройти ВМТ, и сила, равная произведению давления газов на площадь поршня, раскручивает коленчатый вал. Этот процесс расширения газов называют рабочим ходом поршня, и он заканчивается при положении колена коленчатого вала в точке 4.

Фаза ц>4_5 — это угол, описываемый коленом коленчатого вала, при котором открыт клапан выпуска. На индикаторной диаграмме этот процесс — выпуск отработавших газов — изображен линией 4-5. В позиции колена коленчатого вала 5 клапан выпуска закрывается, а клапан впуска открывается. Этим завершается рабочий цикл и начинается следующий.

Весь рабочий цикл совершился за четыре такта, поэтому такой двигатель называют четырехтактным.

Создание комбинированных двигателей явилось новым этапом в развитии ДВС. Цель создания комбинированных двигателей — получение более экономичного и мощного двигателя при малых его габаритах. Потребность в таких двигателях особенно велика на железнодорожном транспорте. Увеличение мощности двигателя при тех же габаритах осуществляется за счет компрессорного наддува. В комбинированном двигателе в качестве компрессорных машин используются почти все виды компрессоров, а в качестве расширительной машины применяется только газовая турбина.

Благодаря наддуву в цилиндры подается на каждый рабочий цикл больше воздуха, чем при всасывании, что дает возможность сжигать большее количество топлива. Это позволяет получать при одинаковых с обычным дизелем размерах цилиндров и той же частоте вращения вала большую мощность.

При сжатии в нагнетателе воздух нагревается, его удельный объем возрастает, что значительно уменьшает воздушный заряд в цилиндре; поэтому в дизелях со средним и высоким наддувом обязательно применяют охлаждение наддувочного воздуха перед поступлением его в цилиндры.

Охлаждение воздуха на каждые 10 °С дает увеличение мощности дизеля на 3.4% и снижение удельного расхода топлива примерно на 1,5.2,0 г/(кВт-ч). Экономичность комбинированного двигателя с наддувом повышается также вследствие увеличения механического КПД и дополнительного использования теплоты отработавших газов.

Индикаторная диаграмма комбинированного четырехтактного дизеля с газотурбинным наддувом представлена на рис. 6.6.

В двигателях с наддувом процесс зарядки цилиндра происходит иначе, чем у дизеля без наддува. Турбокомпрессор засасывает воздух при атмосферном давлении Р0 и сжимает его до давления Рк. Сжатый в компрессоре воздух проходит через охладитель и впускной коллектор. На пути от турбокомпрессора до цилиндра давление воздуха снижается от Рк до Ра, поэтому линия давления впуска расположена ниже линии Рк и выше линии Р0.

После заполнения цилиндра воздухом начинается процесс сжатия, который на индикаторной диаграмме изображен кривой 2- 3.

Рис. 6.6. Индикаторная диаграмма четырехтактного дизеля с газотурбинным наддувом:

Р0- атмосферное давление; Р„ — давление в период наполнения; Рг — давление в цилиндре в период выпуска; Рк — давление воздуха в наддувочном коллекторе; Кс — объем камеры сжатия; КЛ — рабочий объем; К„ — полный объем цилиндра; 1 — 5 — процесс продувки: 1 — открытие клапанов впуска; 2 — закрытие клапанов впуска; 3 — впрыск топлива в цилиндр; 4 — открытие клапанов выпуска; 5- закрытие клапанов выпуска; I — точка максимального давления газов в цилиндре

В конце сжатия в цилиндр впрыскивается через форсунку топливо, которое воспламеняется в точке 3. Процесс сгорания показан линией 3-1, а расширение газов происходит по кривой г- 4. В точке 4 открываются выпускные клапаны, и отработавшие газы выталкиваются в газовую турбину при давлении Рт. Газы проходят через направляющий аппарат на лопатки турбины, а затем выбрасываются в атмосферу. На диаграмме линия выпуска газа из цилиндра расположена выше атмосферной и ниже линии наполнения.

В четырехтактных двигателях энергии отработавших газов вполне достаточно, чтобы нагнетатель сжимал воздух до давления Рк, более высокого, чем Рт. В результате наддува площадь индикаторной диаграммы, а следовательно, и мощность двигателя значительно возрастают.