Чотирьох тактний двигун, пристрій і принцип роботи

Робочим циклом двигуна називається періодично повторюється ряд послідовних процесів, що протікають в кожному циліндрі двигуна і обумовлюють перетворення теплової енергії в механічну роботу.

Автомобільні двигуни найчастіше працюють по чотиритактний циклу, який відбувається за два оберти колінчастого вала або чотири ходу поршня і складається з тактів впуску, стиснення, розширення і випуску.

Робочий цикл карбюраторного двигуна:

- такт впуску
Протягом цього такту поршень опускається з верхньої мертвої точки (ВМТ) в нижню мертву точку (НМТ). При цьому кулачки распредвала відкривають впускний клапан, і через цей клапан в циліндр засмоктується свіжа паливно-повітряна суміш.

- такт стиснення
Поршень йде з НМТ у ВМТ, стискаючи робочу суміш. При цьому значно зростає температура суміші. Ставлення робочого об'єму циліндра в НМТ і обсягу камери згоряння в ВМТ називається ступенем стиснення. Ступінь стиснення - дуже важливий параметр, як правило, чим вона більша, тим більше паливна економічність двигуна. Однак, для двигуна з більшим ступенем стиснення потрібно паливо з великим октановим числом, яке дорожче.
Такт розширення, або робочий хід

Незадовго до кінця циклу стиснення паливо-повітряна суміш підпалюється іскрою від свічки запалювання. Під час шляху поршня з ВМТ в НМТ паливо згорає, і під дією тепла згорілого палива робоча суміш розширюється, штовхаючи поршень. При розширенні гази здійснюють корисну роботу, тому хід поршня при цьому такті колінчастого вала називають робочим ходом. Ступінь «недоворота» колінчастого вала двигуна до ВМТ при підпалюванні суміші називається кутом випередження запалювання. Випередження запалювання необхідно для того, щоб згоряння палива встигло, повністю закінчиться до моменту досягнення поршнем НМТ, тобто для найбільш ефективної роботи двигуна. Згоряння палива займає практично фіксований час, тому для підвищення ефективності двигуна потрібно збільшувати кут випередження запалювання при підвищенні оборотів. У старих двигунах ця регулювання проводилася механічним пристроєм (відцентровим і вакуумним регулятором, що впливає на переривник). У сучасних двигунах для регулювання кута випередження запалювання використовують електроніку.

- такт випуску
Після НМТ робочого циклу відкривається випускний клапан, і рухається вгору поршень витісняє вихлопні гази з циліндра двигуна. При досягненні поршнем ВМТ випускний клапан закривається, і цикл починається спочатку.

Повністю очистити циліндри двигуна від продуктів згоряння практично неможливо (занадто мало часу), тому при подальшому впуску свіжої горючої суміші вона переміщається з залишковими відпрацьованими газами і називається робочою сумішшю.

Коефіцієнт залишкових газів характеризує ступінь забруднення свіжого заряду відпрацьованими газами і являє собою відношення маси продуктів згоряння, що залишилися в циліндрі, до маси свіжої горючої суміші. Для карбюраторних двигунів коефіцієнт залишкових газів знаходиться в межах 0,06-0,12.

По відношенню до робочого ходу такти впуску, стиснення і випуску є допоміжними.

Робочий цикл дизельного двигуна
Робочі цикли чотиритактного дизеля і карбюраторного двигуна істотно розрізняються за способом сумішоутворення і займання робочої суміші. Основна відмінність полягає в тому, що в циліндр дизеля при такті впуску надходить не горюча суміш, а повітря, який через велику ступеня стиснення нагрівається до високої температури, а потім в нього впорскується мелкораспилённое паливо, яке під дією високої температури повітря самозаймається.

У чотиритактний дизелі робочі процеси відбуваються наступним чином.

- такт впуску
При русі поршня від ВМТ до НМТ внаслідок утвориться розрядження з воздухоочистителя в порожнину циліндра через відкритий впускний клапан надходить атмосферне повітря.
такт стиснення

Поршень рухається від НМТ до ВМТ. Впускний і випускний клапани закриті, внаслідок цього переміщається вгору поршень стискає наявний в циліндрі повітря. Для займання палива необхідно, щоб температура стисненого повітря була вище температури самозаймання палива.

- Такт розширення, або робочий хід
При підході поршня до ВМТ в циліндр через форсунку впорскується дизельне паливо, що подається паливним насосом високого тиску (ТНВД). Впорснути паливо, перемішуючись з нагрітим повітрям, самозаймається і починається процес згоряння, що характеризується швидким підвищенням температури і тиску. Під дією тиску газів поршень переміщується від ВМТ до НМТ. Відбувається робочий хід.

- такт випуску
Поршень переміщається від НМТ до ВМТ і через відкритий випускний клапан відпрацьовані гази виштовхуються з циліндра. Після закінчення такту випуску при подальшому обертанні колінчастого вала робочий цикл повторюється в тій же послідовності.

Недоліки чотиритактних двигунів:
Все холості ходи (впуск, стиснення, випуск) відбуваються за рахунок кінетичної енергії, запасеної колінчастим валом і пов'язаними з ним деталями під час робочого ходу, в процесі якого хімічна енергія палива перетворюється в механічну енергію рухомих частин двигуна. Оскільки згорання відбувається в долі секунд, то воно супроводжується швидким збільшенням навантаження на кришку (голівку) циліндра, поршень і інші деталі двигуна внутрішнього згоряння. Наявність такого навантаження неминуче призводить до необхідності збільшити масу рухомих деталей (для підвищення міцності), що в свою чергу супроводжується зростанням інерційних навантажень на рухомі деталі. Поступаються за потужністю двотактним.
До незначним недоліків, які з лишком окупаються достоїнствами, можна віднести операції з регулювання теплового зазору клапанів і час розгону з місця, яке дещо більше, ніж у двотактних.

Переваги чотиритактних двигунів:
-економічність витрати палива;
-надійність;
-простота обслуговування;
-чотиритактний двигун працює тихіше і стійкіше.

На відміну від двотактного двигуна, в якому мастило клонували, підшипників коленвала, компресійних кілець, поршня, пальця поршня і циліндра здійснюється завдяки додаванню масла в паливо; колінвал четирехтакного двигуна знаходиться в олійно ванні. Завдяки цьому Вам не треба змішувати бензин з маслом або доливати масло в спеціальний бачок. Досить залити чистий бензин в паливний бак і можна їхати, при цьому відпадає необхідність покупки спеціального масла для 2-тактних двигунів.

Так само на дзеркалі поршня і стінках глушника і вихлопної труби утворюється значно менше нагару. До того ж, в 2-тактном двигуні відбувається викид паливної суміші в вихлопну трубу, що пояснюється його конструкцією.