Как работает четырехтактный двигатель
Одним из самых популярных видов ДВС, используемых в транспортных средствах, мототехнике, генераторах и прочем оборудовании, является четырехтактный двигатель. Первым, кто его разработал, был Николаус Отто — произошло это в 1866 году. С годами четырехтактный двигатель становился все меньше и мощнее, за счет чего начал использоваться для питания различных видов транспортных средств — от легковых машин до самолетов. Устройство включает в себя цилиндры, закрепленные на картере и прикрытые сверху головкой блока. Снизу располагается поддон картера.
Головка снабжена клапанами (впускными и выпускными) и свечами зажигания (для бензиновых моделей) или форсунками (для дизелей). Цилиндр содержит поршень, соединенный посредством поршневого пальца с шатуном, который, в свою очередь, передает усилие на коленчатый вал.
Работа четырехтактного мотора базируется на четырех ключевых этапах (тактах), происходящих внутри цилиндра: всасывание, компрессия, рабочий ход и выпуск. Рассмотрим эти этапы подробнее.
- Этап всасывания. Поршень смещается вниз от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней (НМТ). Клапан, пропускающий в цилиндр топливно-воздушную смесь (для бензиновых двигателей) либо чистый воздух (для дизельных), открывается. Создаваемое поршнем разряжение втягивает смесь внутрь камеры.
- Этап компрессии. По завершении этапа всасывания поршень направляется обратно вверх, к ВМТ. Все клапаны остаются закрытыми, и поршень сжимает рабочую смесь (либо только воздух в дизеле) до минимально возможного объема. Этот процесс увеличивает температуру смеси, подготавливая ее к последующему воспламенению.
- Рабочий ход (сгорание). Достигнув верхней мертвой точки, поршень получает импульс от искры свечи зажигания (в бензиновом варианте) или самовоспламеняется (в дизеле). Смесь вспыхивает, образуя мощнейший тепловой выброс и повышая давление в камере. Поршень резко устремляется вниз, производя рабочий ход — на это его толкает давление. Вырабатываемая энергия превращается во вращение коленчатого вала.
- Этап выпуска. После рабочего хода поршень вновь поднимается, возвращаясь к верхней мертвой точке. Происходит выведение продуктов, которые образуются в результате сгорания, наружу через выхлопную систему. Для выхода этих веществ используются специальные клапаны. После достижения ВМТ цикл повторяется сначала.
В четырехтактных ДВС цилиндры срабатывают последовательно, обеспечивая плавное вращение вала. К примеру, в ряде четырехцилиндровых движков порядок может выглядеть как 1-3-4-2. Эффективность двигателя определяется степенью сжатия, качеством горючего и конструкционными особенностями. Сегодня широко применяются технологии турбонаддува и прямого впрыска для увеличения мощности и снижения расхода топлива.
Такой тип двигателя эффективно превращает химическую энергию в полезную механическую работу, благодаря чему остается востребованным во всем мире — сегодня без него невозможно представить транспортную инфраструктуру.
