Патент №2386046 - Роторно-поршневой трехтактный двигатель внутреннего сгорания. Трехтактный двигатель
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
Принципы работы, плюсы и минусы роторного двигателя — особенности роторно-поршневого ДВС — журнал За рулем
Роторный двигатель конструктивно проще поршневого, но и у этой медали есть обратная сторона. Изучаем его устройство и принцип работы на примере версии 13B-MSP, которую ставили на «Мазду RX‑8».
В 1957 году немецкие инженеры Феликс Ванкель и Вальтер Фройде продемонстрировали первый работоспособный роторный двигатель. Уже через семь лет его усовершенствованная версия заняла место под капотом немецкого спорткара «NSU-Спайдер» — первого серийного автомобиля с таким мотором. На новинку купились многие автомобильные компании — «Мерседес-Бенц», «Ситроен», «Дженерал моторс». Даже ВАЗ многие годы мелкими партиями выпускал машины с двигателями Ванкеля. Но единственной компанией, которая решилась на крупносерийное производство роторных двигателей и не отказывалась от них долгое время, несмотря ни на какие кризисы, стала «Мазда». Ее первая модель с роторным мотором — «Космо Спортс (110S)» — появилась еще в 1967 году.
ЧУЖОЙ СРЕДИ СВОИХ
В чем сходство и отличие роторного двигателя от привычного поршневого собрата? Попробуем разобраться на примере одной из его последних версий 13B-MSP, которую ставили на «Мазду RX‑8».
В поршневом моторе энергия сгорания топливовоздушной смеси сначала преобразуется в возвратно-поступательное движение поршневой группы, а уже затем во вращение коленчатого вала. В роторном же двигателе это происходит без промежуточной ступени, а значит, с меньшими потерями.
rotor1
Материалы по теме
Есть две версии бензинового 1,3‑литрового атмосферника 13B-MSP с двумя роторами (секциями) — стандартной мощности (192 л.с.) и форсированная (231 л.с.). Конструктивно это бутерброд из пяти корпусов, которые образуют две герметичные камеры. В них под действием энергии сгорания газов вращаются роторы, закрепленные на эксцентриковом валу (подобие коленчатого). Движение это весьма хитрое. Каждый ротор не просто вращается, а обкатывается своей внутренней шестерней вокруг стационарной шестерни, закрепленной по центру одной из боковых стенок камеры. Эксцентриковый вал проходит сквозь весь бутерброд корпусов и стационарные шестерни. Ротор движется таким образом, что на каждый его оборот приходится три оборота эксцентрикового вала.
В роторном моторе осуществляются те же циклы, что и в четырехтактном поршневом агрегате: впуск, сжатие, рабочий такт и выпуск. При этом в нем нет сложного механизма газораспределения — привода ГРМ, распредвалов и клапанов. Все его функции выполняют впускные и выпускные окна в боковых стенках (корпусах) — и сам ротор, который, вращаясь, открывает и закрывает «окна».
Принцип работы роторного двигателя показан на схеме. Для простоты приведен пример мотора с одной секцией — вторая функционирует так же. Каждая боковая сторона ротора образует со стенками корпусов свою рабочую полость. В положении 1 объем полости минимален, и это соответствует началу такта впуска. По мере вращения ротор открывает впускные окна и в камеру всасывается топливовоздушная смесь (позиции 2–4). В положении 5 рабочая полость имеет максимальный объем. Далее ротор закрывает впускные окна и начинается такт сжатия (позиции 6–9). В положении 10, когда объем полости вновь минимален, происходит воспламенение смеси с помощью свечей и начинается рабочий такт. Энергия сгорания газов вращает ротор. Расширение газов идет до положения 13, а максимальный объем рабочей полости соответствует позиции 15. Далее, до положения 18, ротор открывает выпускные окна и выталкивает отработавшие газы. Затем цикл начинается снова.
rotor2
www.zr.ru
Чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного
Чем отличается двухтактный двигатель от четырёхтактного? Самое заметное отличие - это режимы воспламенения горючей смеси, что сразу можно заметить по звуку. Двухтактный мотор обычно издаёт пронзительный и очень громкий гул, тогда как четырёхтактному свойственно более спокойное мурлыканье.
Применение
В большинстве случаев разница состоит также в основном предназначении агрегата и его топливной эффективности. В двухтактных двигателях зажигание происходит при каждом обороте коленчатого вала, поэтому по мощности они в два раза превосходят четырёхтактные, в которых смесь воспламеняется только через оборот.
Четырёхтактные моторы экономичнее, зато тяжелее и дороже. Они обычно устанавливаются на автомобили и спецтехнику, в то время как на таких устройствах, как газонокосилки, мотороллеры и лёгкие катера, чаще встречаются более компактные двухтактные модели. А вот бензиновый генератор, например, можно найти как двухтактный, так и четырёхтактный. Двигатель скутера также может относиться к любому типу. Принцип работы этих двигателей в основном один и тот же, отличие только в способе и эффективности преобразования энергии.
Что такое такт?
Переработка топлива в обеих разновидностях моторов осуществляется посредством последовательного выполнения четырёх различных процессов, известных как такты. Скорость, с которой двигатель через эти такты проходит, — это именно то, чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного.
Первым тактом является впрыск. При этом поршень движется вниз по цилиндру, а впускной клапан открывается, чтобы впустить воздушно-топливную смесь в камеру сгорания. Далее идёт такт сжатия. Во время этого такта впускной клапан закрывается, а поршень движется по цилиндру вверх, сжимая находящиеся там газы. Такт рабочего хода начинается, когда происходит зажигание смеси. При этом искра от свечи воспламеняет сжатые газы, что приводит к взрыву, энергия которого толкает поршень вниз. Последним тактом является выпуск: поршень поднимается вверх по цилиндру, а выпускной клапан открывается, позволяя выхлопным газам выйти из камеры сгорания, чтобы можно было начать процесс снова. Возвратно-поступательные движения поршня вращают коленчатый вал, крутящий момент от которого передаётся на рабочие части устройства. Так происходит преобразование энергии сгорания топлива в поступательное движение.
Работа четырёхтактного двигателя
В стандартном четырёхтактном двигателе зажигание смеси происходит на каждом втором обороте коленчатого вала. Вращение вала приводит в действие сложный набор механизмов, обеспечивающих синхронное выполнение последовательности тактов. Открытие впускных или выпускных клапанов осуществляется с помощью кулачкового вала, который попеременно нажимает на коромысла. Возврат клапана в закрытое положение выполняется с помощью пружины. Чтобы избежать потери компрессии, необходимо, чтобы клапаны плотно прилегали к головке блока цилиндров.
Работа двухтактного двигателя
Теперь посмотрим, чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного по принципу работы. В двухтактных двигателях все четыре действия выполняются за один оборот коленчатого вала, во время хода поршня от верхней мёртвой точки к нижней, а затем обратно вверх. Выпуск отработанных газов (продувка) и впрыск горючего интегрированы в один такт, в конце которого происходит воспламенение смеси, и полученная энергия толкает поршень вниз. Такая конструкция устраняет необходимость использования клапанного механизма.
Место клапанов занимают два отверстия в стенках камеры сгорания. Когда поршень за счёт энергии сгорания перемещается вниз, выпускной канал открывается, позволяя отработанным газам выйти из камеры. При движении вниз в цилиндре образуется разрежение, за счёт которого через расположенный ниже впускной канал внутрь втягивается смесь воздуха и топлива. При движении вверх поршень перекрывает каналы и сжимает находящиеся в цилиндре газы. В этот момент срабатывает свеча зажигания, и весь описанный выше процесс повторяется снова. Важно то, что в двигателях такого типа зажигание смеси происходит при каждом обороте, что позволяет извлечь из них больше мощности, по крайней мере, в краткосрочной перспективе.
Соотношение массы и мощности
Двухтактные двигатели лучше подходят для устройств, от которых требуются быстрые и резкие всплески энергии, а не равномерная работа в течение длительного времени. Например, гидроцикл с двухтактным двигателем разгоняется быстрее, чем грузовик с четырёхтактным, однако он предназначен для кратковременных поездок, в то время как грузовик может проехать сотни километров, прежде чем ему понадобится отдых. Невысокая длительность работы двухтактников компенсируется низким отношением массы к мощности: такие двигатели обычно весят намного меньше, поэтому быстрее запускаются и достигают рабочей температуры. Для их перемещения также требуется меньше энергии.
Какой мотор лучше
В большинстве случаев четырёхтактные двигатели могут работать только в одном положении, тогда как двухтактные в этом отношении менее требовательны. Это во многом связано со сложностью движущихся частей, а также конструкцией масляного поддона. Такой поддон, обеспечивающий смазку двигателя, обычно присутствует только в четырёхтактных моделях и имеет огромную важность для их работы. У двухтактных двигателей обычно нет такого поддона, поэтому их можно эксплуатировать практически в любом положении без риска выплёскивания масла или прерывания процесса смазки. Для таких устройств, как бензопилы, циркулярные пилы и другие переносные инструменты, такая гибкость очень важна.
Топливная эффективность и экологическая составляющая
Часто выясняется, что компактные и быстрые двигатели сильнее загрязняют воздух и потребляют больше топлива. В нижней точке движения поршня, когда камера сгорания наполняется горючей смесью, некоторое количество топлива теряется, попадая в выпускной канал. Это можно увидеть на примере подвесного лодочного мотора; если присмотреться, вы разглядите вокруг него разноцветные маслянистые пятна. Поэтому двигатели такого рода считаются неэффективными и загрязняющими окружающую среду. Хотя четырёхтактные модели несколько тяжелее и медленнее, зато в них топливо сжигается полностью.
Стоимость приобретения и обслуживания
Меньшие по размеру двигатели обычно являются менее дорогими, как с точки зрения первоначальной покупки, так и в техническом обслуживании. Однако они рассчитаны на менее длительный срок службы. Хотя есть некоторые исключения, большинство из них не предназначено для непрерывной работы в течение более чем нескольких часов и рассчитано на не очень длительный срок эксплуатации. Отсутствие отдельной системы смазки также приводит к тому, что даже лучшие моторы такого типа относительно быстро изнашиваются и приходят в негодность из-за повреждения движущихся деталей.
Отчасти из-за отсутствия системы смазки в бензин, предназначенный для заливки в двухтактный двигатель скутера, например, необходимо добавлять определённое количество специального масла. Это ведёт к дополнительным затратам и хлопотам, а также может стать причиной поломки (если вы забудете подлить масла). Мотор 4-тактный в большинстве случаев требует минимума обслуживания и ухода.
Какой мотор лучше
В этой таблице кратко описывается, чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного.
№ | Четырёхтактный двигатель | Двухтактный двигатель |
1. | Один такт рабочего хода на каждые два оборота коленчатого вала. | Один такт рабочего хода на каждый оборот коленчатого вала. |
2. | Приходится использовать тяжёлый маховик для компенсации вибраций, возникающих при работе двигателя из-за неравномерного распределения крутящего момента, так как воспламенение горючей смеси происходит только на каждом втором обороте. | Нужен гораздо более лёгкий маховик и двигатель работает достаточно сбалансировано, так как крутящий момент распределяется намного равномернее из-за того, что воспламенение горючей смеси происходит при каждом обороте. |
3. | Большой вес двигателя | Вес двигателя намного меньше |
4. | Конструкция двигателя усложнена за счёт клапанного механизма. | Конструкция двигателя гораздо проще за счёт отсутствия клапанного механизма. |
5. | Высокая стоимость. | Дешевле, чем четырёхтактный. |
6. | Невысокий механический КПД из-за трения большого количества деталей. | Более высокий механический КПД из-за уменьшения трения за счёт небольшого количества деталей. |
7. | Более высокая производительность благодаря полному удалению отработанных газов и впрыскиванию свежей смеси. | Сниженная высокая производительность из-за смешивания остатков отработанных газов со свежей смесью. |
8. | Более низкая рабочая температура. | Более высокая рабочая температура. |
9. | Водяное охлаждение. | Воздушное охлаждение. |
10. | Меньший расход и полное сгорание топлива. | Более высокий расход топлива и смешивание свежего впрыска с остатками выхлопных газов. |
11. | Занимает много места. | Занимает меньше места. |
12. | Сложная система смазки. | Гораздо более простая система смазки. |
13. | Низкая шумность. | Более высокая шумность. |
14. | Система газораспределения с клапанным механизмом. | Вместо клапанов используются впускные и выпускные каналы. |
15. | Высокая тепловая эффективность. | Менее высокая тепловая эффективность. |
16. | Низкое потребление масла. | Более высокое потребление масла. |
17. | Меньший износ движущихся деталей. | Повышенный износ движущихся деталей. |
18. | Устанавливается в автомобили, автобусы, грузовики и т. д. | Используется в мопедах, скутерах, мотоциклах и т. д. |
В ней также приведены положительные и отрицательные качества каждого из этих двух типов.
fb.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
Двигатель внутреннего сгорания, или рождение автомобиля
Принцип действия двигателя внутреннего сгорания базировался на изобретенном Алессандро Вольта в 1777 году пистолете. Этот принцип заключался в том, что вместо пороха подрывалась с помощью электрической искры смесь воздуха с каменноугольным газом. В 1807 году швейцарец Исаак де Ривац получил патент на использование смеси воздуха с каменноугольным газом как средства генерации механической энергии. В автомобиль был встроен его двигатель, состоящий из цилиндра, в котором за счет взрыва поршень перемещался вверх, а при движении вниз приводил в действие качающийся рычаг или ременной шкив. Использование газа было небезопасно, а война — де Ривац был офицером наполеоновской армии — прервала дальнейшее развитее наиболее выдающегося предшественника автомобиля.
В начале XIX века исследования по проблеме воспламенения газа проводили англичанин Роберт Стрит, француз Филипп Лебон и американец Питер Купер, а в 1825 году Майкл Фарадей получил из каменного угля бензол — первое жидкое топливо для двигателя внутреннего сгорания. До 1830 года производилось множество транспортных средств, которые еще не имели настоящих двигателей внутреннего сгорания, а имели двигатели, в которых вместо пара использовалась смесь воздуха с каменноугольным газом. Оказалось, что это решение не принесло больших преимуществ, к тому же производство таких двигателей было небезопасным. Наряду с другими патенты на такие двигатели получили англичане Броуп (1823) и Врайт (1833). Фундамент для создания легкого, компактного двигателя был заложен лишь в 1841 году итальянцем Луиджи Кристофорисом, который построил двигатель, работающий на принципе «сжатие-воспламенение». Такой двигатель имел насос, подававший в качестве топлива воспламеняемую жидкость — керосин.
Еугенио Барзанти и Фетис Матточчи развили эту идею и через два года после получения в 1854 году английского патента представили первый настоящий двигатель внутреннего сгорания. Он работал в трехтактной последовательности (без хода сжатия) и имел водяное охлаждение. Хотя рассматривались и другие виды топлива, но все же в качестве горючего выбрали смесь воздуха с каменноугольным газом и при этом достигли мощности в 5 л.с.
В 1858 году появился другой двухцилиндровый двигатель — с противоположно расположенными цилиндрами. С 1860 года он производился небольшими партиями компанией «Эшер-Висс» в Цюрихе. Безвременная смерть Барзанти в 1864 году и плохое состояние здоровья Матточчи помешали обоим пожать лавры своего труда как в материальном, так и в творческом отношении. К тому времени француз Этьен Ленуар завершил проект, начатый его соотечественником Хугоном в 1858 году. В 1860 году Ленуар запатентовал свой собственный двигатель внутреннего сгорания, который позже имел большой коммерческий успех. Двигатель работал на каменноугольном газе в трехтактном режиме. В 1863 году его пытались установить на автомобиль, но мощности в 1,5 л.с. при 100 об/мин было недостаточно для передвижения.
На Всемирной выставке в Париже в 1867 году завод газовых двигателей Deutz, основанный инженером Николасом Отто и промышленником Еугеном Лангеном, представил двигатель, созданный на основе принципа Барзанти-Матточчи. Он был легче, создавал меньше вибраций и вскоре занял место двигателя Ленуара.
В 1872 году в компании Deutz начали свою работу Готтлиб Даймлер в качестве главного инженера и Вильгельм Майбах в качестве главного конструктора. Их деятельность в течение десяти лет ознаменовалась выпуском двух тысяч двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием, которые продавались в Европе с 1875 года.
В том же году Зигфрид Маркус построил свой первый, очень примитивный автомобиль с использованием двигателя Отто. О нем, однако, официальных документов не сохранилось.
Настоящий переворот в развитии двигателя внутреннего сгорания произошел с внедрением четырехтактного двигателя, запатентованного французом Альфонсом Беа де Роша в 1862 году и окончательно вытеснившего к 1876 году двигатель Отто из эксплуатации.
Усовершенствование двигателя внутреннего сгорания продолжалось и в США. Здесь следует отметить Джорджа Брайтона, инженера из Бостона, который в 1876 году и сам испытал двигатель для автомобиля. Брайтон и Отто встретились в том же году на выставке в Филадельфии и обменялись опытом. Другой американец, Джордж Балдвин, в 1877 году получил патент на автомобиль, который явился сигналом «эпохи передвижения» в Америке.
В Италии Джузеппе Мурниготти затентовал применение оригинального четырехтактного двигателя (при двухстороннем рабочем ходе поршня) в трехколесном автомобиле. Во Франции Эдуард Деламар-Дебутвилль с помощью своего умелого и способного механика Леона Маландина построил четырехколесный автомобиль с двигателем высокой степени сжатия, работавшим на легких фракциях керосина. Важные составные элементы (например, расположенные вверху клапаны и мощность около 2,5 л.с.) показывали достигнутую на тот момент времени степень совершенства. Многие считали его первым автомобилем, но Дебутвилль упустил возможность промышленного внедрения своего изобретения, и, таким образом, его имя исчезло из истории автомобилестроения. Даймлер и Майбах покинули Deutz в 1882 году, чтобы в Канштатте, близ Штутгарта, основать свою собственную компанию.
В 1883 году они представили свой первый мощный двигатель весом всего лишь около 80 кг, что для того времени было очень мало по сравнению с другими двигателями внутреннего сгорания, весившими примерно 300 кг. Двигатель с помощью новой системы зажигания достигал 450-900 об/мин. Система состояла из платиновой трубки, нагреваемой внешней горелкой. Но ограниченная (0,5 л.с.) мощность означала, что этот двигатель можно было использовать только для легких транспортных средств, к примеру мотоциклов.
Между тем другой немец, Карл Бенц, владелец компании «Бенц и К» в Мангейме, разработал свой двигатель с электрическим зажиганием. В 1886 году он выпустил трехколесный автомобиль, который благодаря совершенному монтажу двигателя на шасси может считаться первым настоящим автомобилем. В том же году Даймлер встроил свой усовершенствованный двигатель в кузов, который позже не претерпел больших изменений. Этими машинами Бенца и Даймлер был завершен этап изобретения автомобиля.
В то время как Бенц совершенствовал свой трехколесный автомобиль, пытаясь наилучшим образом разместить двигатель, Даймлер занимался подготовкой к продаже своих двигателей, которые были известны даже за пределами Германии. В 1890 году было выдано примерно 1900 лицензий на производство двигателей Даймлер. Даже Вильям Стенвей в Нью-Йорке, основатель известной на весь мир фирмы-производителя роялей «Стенвей и сыновья», производил эти двигатели. В 1889 году на рынок поступил двигатель с V-образным расположением двух цилиндров и с рабочим объемом в 565 куб.см (920 об/мин, мощность 1,75 л.с.). Он охлаждался водой с помощью центробежного насоса и ребристого радиатора. Автомобиль, в который был установлен такой двигатель, мог достигать скорости 17 км/час. На Всемирной выставке в Париже в 1889 году особое внимание посетителей привлекали как раз этот автомобиль и новейшая модель Бенца. Здесь Даймлер и удалось заключить договор на выдачу концессии для изготовления своих двигателей компанией Panhard et Levassor, которой он уже четыре года руководил. Эта французская компания, которая в 1864 году была основана с целью производства деревообрабатывающих машин, переориентировалась на производство двигателей внутреннего сгорания. Ее первым клиентом был Арман Пежо, который после создания нескольких прототипов в 1891 году разработал четырехколесный автомобиль с двухцилиндровым V-образным двигателем, развивавшим мощность 2 л.с. при 1000 об/мин. С ограничением числа оборотов до 550 об/мин автомобиль все же достигал скорости 18 км/час. Двигатель охлаждался водой, циркулировавшей в трубчатом кожухе. В том же году компания Panhard et Levassor представила свой собственный автомобиль — модель с приводом на передние колеса и передачей энергии, которую сам Левассор назвал «зверской». Однако нельзя было утверждать, что производство автомобилей уже набрало ход, так как фактически в 1891 году Benz выпустил только семь, Panhard et Levassor — шесть, Peugeot — четыре автомобиля. Но автомобиль, благодаря наиболее крупным производителям, стал известен уже повсюду. С 1895 года автомобиль получил широкое распространение во Франции, где сеть дорог была развита лучше, чем в остальной Европе.
В 1893 году компания Benz выпустила четырехколесный автомобиль Victoria с одноцилиндровым двигателем, объемом 2,9 л и мощностью 3 л.с. Позже, за счет совершенствования системы охлаждения, его мощность удалось повысить до 5 л.с. Более легкая модель Velo в следующем году стала первым автомобилем, серийно выпускавшимся немецкими компаниями. Автомобиль компании Panhard et Levassor 1894 года, пожалуй, может считаться первой удачной попыткой отказа от типичных признаков конных экипажей.
В следующем году французская компания приняла решение больше не производить двигатель Даймлер из-за явного преимущества двухцилиндрового однорядного двигателя «Феникс». Таким образом, производя «Феникс», она до начала нашего столетия заняла и сохранила ведущую роль в развитии автомобилестроения. Что касается Италии, то следует напомнить, что первый автомобииль с двигателем внутреннего сгорания был построен в 1890 году графом Энрико Бернарди. Он способствовал решающему совершенствованию двигателя, разработав съемную головку цилиндра, устойчиво работающий карбюратор. Автомобили Бернарди не имели большого коммерческого успеха главным образом потому, что экономика Италии к тому времени была еще не в состоянии развивать эту отрасль промышленности. Тем не менее эти автомобили имели высокую техническую ценность. Первый итальянский четырехколесный автомобиль был изготовлен туринским промышленником Микеле Ланца в мастерской братьев Мартини. Однако попытки производства в больших объемах оказались безуспешными. К 1895 году во Франции в эксплуатации находилось 350 автомобилей, в Германии — 75. Бенц построил 135 автомобилей, компания Panhard et Levassor — 72. Цифры свидетельствуют о медленном развитии производства этого вида массовой продукции.
Подписи к фото:
Транспортное средство Ленуара (1863) (Франция) — Несмотря на прогрессивные отличительные признаки — такие как прямом цепной привод, управляемыые колеса и эллиптическая подвеска с плоскими рессорами, этот автомобиль из-за относительно небольшой мощности двигателя выпускался в малом количестве. Трехтактный рабочий цикл обеспечивался двумя перемещениями поршня — при периоде засасывалась смесь воздуха с каменноугольным газом, которая затем без сжатия воспламенялась искрами запальной свечи; в конце второго хода выбрасывались отработавшие газы.
Автомобиль Маркуса (1873-1875) (Австрия) — В период между 1873 и 1875 годами австриец Зигфрид Маркус проводил эксперименты с транспортным средством, в котором были использованы замечательные технические новинки. Автомобиль имел бензиновый двигатель только с одним цилиндром (движение поршня в четырех фазах), распыляющий карбюратор, магни и довольно магнитное зажигание и довольно простую систему водяного охлаждения. Однако из-за сильного шума и дыма при ходовых испытаниях у Маркуса были постоянные осложнения с полицией.
Деламар-Дебутвилль (1884) (Франция) — Этот четырехколесный автомобиль был запатентован Деламаром 12 февраля 1884 года — через три года после того, как он создал трехколесный мотоцикл. Установленный сзади двигатель имел два отдельных, расположенных горизонтально цилиндра. Ведущий вал был оснащен большим маховиком и связан цепной передачей с поперечным передаточным валом, обеспечивающим привод задних колес с помощью двух боковых цепей.
Автомобиль по патенту Бенца (1886) (Германия) — Это был первый автомобиль, воплотивший в себя новую революционную идею транспортных средств. Двигатель и шасси образовывали единый блок. Официально автомобиль был представлен 3 июля 1886 года в Мангейме. При одноцилиндровом двигателе объемом 984 куб.см и мощности 0,9 л.с. при 400 об/мин он достигал скорости 15 км/час.
Автомобиль Даймлера (1886) (Германия) — Уже опробованный на мотоцикле и лодке, двигатель Даймлера и Майбаха был встроен в небольшой автомобиль — дополнительное доказательство его разносторонности. Это был одноцилиндровый двигатель (469 куб.см), способный развивать мощность 1,5 л.с. при 700 об/мин и обеспечивать скорость движения 16 км/час.
autooboz.info
Патент №2386046 - Роторно-поршневой трехтактный двигатель внутреннего сгорания
Изобретение относится к двигателестроению. Роторно-поршневой трехтактный двигатель внутреннего сгорания имеет варианты исполнения для рабочих циклов за один или два оборота коленвала. Двигатель содержит неподвижный корпус с выполненной в нем трехсторонней рабочей камерой, газораспределительный механизм и осесимметричный ротор-поршень с цилиндрическими поверхностями головок. Рабочая камера выполнена в форме фигуры постоянной ширины, образованной радиусами сопряженных дуг. Механизм привода двигателя снабжен двумя парами роликов, установленных на торцах ротора-поршня соосно цилиндрическим поверхностям головок и взаимодействующих с цилиндрическими рабочими поверхностями секторов на коленвалу. Ротор-поршень расположен внутри рабочей камеры и установлен центральным отверстием на втулку-эксцентрик. Втулка-эксцентрик размещена на кривошипной шейке выходного коленвала. Эксцентриситет коленвала и втулки-эксцентрика выбирается по соотношениям соответственно вариантам исполнения где d - диаметр окружности, вписанной в равносторонний треугольник с вершинами в центрах сопряженных дуг; К - эксцентриситет коленвала; Е - эксцентриситет втулки-эксцентрика. Техническим результатом является повышение надежности, долговечности и мощности при уменьшении весогабаритных показателей, а также упрощение конструкции. 10 ил.
Классификация патента
| МПК F01C 1/00 | Роторные машины или двигатели |
| МПК F01C 17/06 | Передачи между взаимодействующими элементами, например между ротором и корпусом - с кривошипами, универсальными шарнирами и т.п. элементами 1/07 имеет преимущество |
| МПК F02B 55/02 | Конструктивные элементы и отличительные особенности вращающихся или качающихся рабочих органов, обусловленные внутренним сгоранием; внешние элементы, взаимодействующие с ними (корпуса) - рабочие органы |
allpatents.ru
Четырехтактный двигатель
Двигатель внутреннего сгорания должен был стать альтернативой промышленной паровой машины, но изобретатели-энтузиасты сразу почувствовали его потенциал. Им удалось найти способ увеличить мощность двигателя, не увеличивая его массу. Ключевую роль в этом сыграл Николаус Отто, создавший первый в истории четырехтактный двигатель.
История разработки двигателя Отто
Мотор, разработанный изобретателем Альфонсом Бо де Роша и воплощенный в металле немцем Николаусом Отто в 1867 году, по тем временам был верхом совершенства. Он был дешев в эксплуатации, компактен и не требовал постоянного контроля. Двигатель работал по особому алгоритму, широко известному в наши дни как "цикл Отто". В 1875 году компания Отто производила боле 600 двигателей в год.
Именно Готлиб Даймлер и его товарищи-инженеры привлекли внимание Николауса Отто к преимуществам четырехтактного двигателя
В команде Отто работал талантливый инженер по имени Готлиб Даймлер, загоревшийся идеей постройки автомобиля. Николаус Отто не считал нужным улучшать имевшийся двигатель, и Даймлеру, понявшему, как можно использовать мотор в конструкции автомобиля, пришлось уйти. Вместе с единомышленником по имени Карл Бенц, в 1889 году Даймлеру удалось создать первый автомобиль с бензиновым четырехтактным двигателем внутреннего сгорания, работающим по циклу Отто.
Что такое "такты" двигателя
Четырехтактный двигатель отличается от двухтактного тем, что газораспределение имеет отдельные фазы впуска и выпуска. Ими заведуют расположенные в головке блока цилиндров впускной и выпускной клапаны соответственно. Они открываются при помощи распредвала, приводимого в действие от коленчатого вала двигателя.
Первый такт называется «впуск». В этот момент поршень начинает двигаться вниз из верхней мертвой точки, создавая разряжение. В это же время открывается впускной клапан, и топливовоздушная смесь засасывается в цилиндр. Когда поршень доходит до нижней мертвой точки, клапан закрывается, и фаза впуска завершается.
Впрыск топлива одной порцией в строго определенный момент на современной стадии развития четырехтактных двигателей перестал быть догмой
Второй такт называется «сжатие». Поршень начинает движение вверх, оба клапана закрыты. В этот момент топливовоздушная смесь сжимается, при этом нагреваясь. Это необходимо для более полного и эффективного сгорания топлива.
Третий такт – «рабочий ход». Немного не доходя до верхней мертвой точки, при помощи искры от свечи зажигания (или за счет сжатия, если речь идет о дизельном двигателе) происходит воспламенение топливовоздушной смеси. В этот момент газы резко расширяются, толкая поршень вниз, тем самым совершая полезную работу.
Четвертый такт называется «выпуск». Когда поршень совершил рабочий ход и находится в нижней мертвой точке, и необходимо удалить отработавшие газы из цилиндра, открывается выпускной клапан. Через него поршнем, начинающим движение вверх, выталкиваются отработавшие газы.
Порядок работы дизельного двигателя отличается лишь тем, что на такте сжатия в цилиндр поступает только воздух, а топливо впрыскивается в камеру сгорания в конце такта сжатия при помощи форсунки.
Новые механизмы - старый принцип
С момента изобретения и до наших дней инженеры постоянно совершенствовали четырехтактный двигатель. Большинство нововведений приходились на долю газораспределительного механизма. Например, если раньше на цилиндр приходилось всего два клапана, то на современных моторах их число доходит до пяти. Кроме того, многие производители используют системы изменения фаз газораспределения. Самые известные - это VVT-i от Toyota и Valvetronic от BMW. Система изменяемых фаз позволяет менять время и высоту подъема клапанов в зависимости от режимов работы двигателя.
Спустя 150 лет принцип, названный циклом Отто, остается актуальным. Физики утверждают, что для дальнейшего прогресса необходим новый вид топлива
Изменилась и система питания. Практически на всех современных моторах карбюратор уступил место распределенному впрыску топлива. Зажиганием, дозировкой и подачей горючего теперь заведует электроника.
Для лучшего наполнения цилиндров все чаще применяется наддув поступающего воздуха. Увеличение плотности воздуха в цилиндре позволяет получить мощный мотор при сравнительно небольшом объеме двигателя и уменьшить расход топлива. Например, двигатель 1,4 TFSI от Volkswagen с двойным турбонаддувом "выдает" 185 л.с.
В последние два десятилетия небывалую популярность получили дизельные автомобили. Если раньше моторы на тяжелом топливе были прерогативой исключительно грузовиков и автобусов, то сейчас более 50% продающихся в Европе легковушек ездят на «солярке». Дизели экономичнее своих бензиновых собратьев и при равных объемах двигателя имеют гораздо больший крутящий момент и наделяют автомобиль приличной динамикой. На сегодняшний день практически все дизельные двигатели имеют турбонаддув.
Достоинства и недостатки четырехтактных двигателей
Самый главный плюс двигателей, работающих по циклу Отто – экономичность. Кроме того, четырехтактные двигатели относительно бесшумны, а использование каталитических нейтрализаторов делает их еще и наболее экологичными.
Неоспоримым преимуществом является надежность четырехтактных моторов. Ресурс легковых двигателей доходит до полумиллиона километров, и это еще не предел.
Недостатки современных моторов кроются в их сложном техническом устройстве. Они дороги в производстве, а в эксплуатации весьма требовательны к качеству топлива и масла. Ремонт своими силами в полевых условиях, без специального инструмента и навыков, практически невозможен.
Эксплуатация четырехтактных двигателей
В первую очередь следует тщательнее выбирать АЗС. Топливные системы, в особенности дизельных автомобилей, плохо «переваривают» некачественное топливо. Более того, всего одна заправка «левым» горючим может вывести из строя катализатор. А его замена может вылиться в «копеечку».
Развитие микропроцессорного управления процессами, происходящими в четырехтактном двигателе, привело к тому, что вмешательство человека не требуется годами
Большинство неисправностей современных двигателей не связаны непосредственно с механическими деталями. Неисправности, как правило, возникают в "слабых местах", в системе подачи воздуха или в электрооборудовании. По причине сложности и развития микропроцессорных систем управления, выявить поломку без подключения диагностического компьютера выяснить причину неисправности практически невозможно.
Двигатель - основная и самая дорогая часть автомобиля. Поэтому в случае поломки ремонт лучше доверить сервисному центру, избегая «гаражных» специалистов.
blamper.ru
