Как работает 4 тактный двигатель внутреннего сгорания на автомобиле — принцип работы, основные компоненты и секреты эффективности

Всем известно, что двигатель – это основной и наиболее важный элемент автомобиля. С его помощью происходит преобразование химической энергии топлива в механическую работу. Но как именно работает двигатель внутреннего сгорания на автомобиле? Один из наиболее распространенных типов двигателя – это 4 тактный двигатель.

4 тактный двигатель состоит из четырех хода или тактов работы: всасывание, сжатие, работа и выпуск. Во время всасывания в цилиндре образуется разрежение, и воздух с топливом попадает в цилиндр через открытый всасывающий клапан. Затем идет такт сжатия, когда поршень двигается вверх и сжимает смесь воздуха и топлива. В момент работы, степень сжатия достигает максимума, и происходит воспламенение смеси в цилиндре, вызывающее сильное давление. Движение поршня вниз приводит к передаче механической энергии от сгорания к коленчатому валу. Наконец, происходит выпуск газов через открытый выхлопной клапан, и цикл повторяется.

4 тактный двигатель внутреннего сгорания является наиболее эффективным типом двигателя, используемым в большинстве автомобилей. Он обеспечивает силу и мощность при минимальном расходе топлива. Однако, как и любая другая техника, этот двигатель требует регулярного технического обслуживания и замены изношенных деталей для поддержания его работоспособности на протяжении всего срока эксплуатации.

Принцип работы 4 тактного двигателя

В начале впускного такта, клапаны во впускном порту открываются, позволяя смеси топлива и воздуха попасть в цилиндр двигателя. Клапана в выпускном порту остаются закрытыми. Когда поршень двигается вниз, происходит процесс сжатия смеси.

На следующем такте, клапаны для впуска и выпуска закрываются. Сжатая смесь зажигается свечой зажигания, вызывая вспышку, которая идет отвечающий передвижению поршня вниз, создавая силу, которая приводит в движение подвижные детали двигателя.

В последнем выпускном такте, поршень поднимается вверх, открывая выпускные клапаны и выталкивая отработанные газы из цилиндра двигателя в систему выпуска.

Тактность работы двигателя позволяет оптимальную последовательность процессов, обеспечивая эффективное сгорание смеси и передачу полученной энергии в движение автомобиля. 4-тактные двигатели широко используются в современных автомобилях ввиду их надежности, эффективности и долговечности.

Впуск

Впускной клапан открывается, позволяя смеси воздуха и топлива проникать в цилиндр под давлением вследствие работы впускного коллектора. Впускной клапан закрывается, когда поршень поднимается и начинается следующий цикл.

Чтобы оптимизировать процесс впуска, двигатель обычно использует впускной коллектор, который помогает направить поток воздуха в цилиндр. Коллектор имеет свою форму и длину, чтобы создавать оптимальные условия для заполнения цилиндра. Кроме того, во время впуска смесь воздуха и топлива может быть обогащена дополнительным воздухом, используя систему впрыска.

Этап впуска играет важную роль в работе двигателя, так как от него зависит количество и качество смеси воздуха и топлива, которая попадает в цилиндры. Это в свою очередь влияет на эффективность сгорания и мощность двигателя. Поэтому оптимизация впуска является одной из ключевых задач при конструировании двигателя внутреннего сгорания на автомобиле.

Сжатие

Во время сжатия поршень поднимается вверх и сжимает топливо-воздушную смесь внутри цилиндра. Важно отметить, что сжатие происходит за счет энергии, получаемой от работы в предыдущей фазе — так называемого выпуска. В процессе сжатия объем смеси уменьшается, а давление и температура увеличиваются.

Качество сжатия влияет на всю работу двигателя и его производительность. Чем лучше сжатие, тем эффективнее происходит сгорание смеси. Правильное сжатие обеспечивает более полное сгорание топлива, что приводит к большей мощности и меньшему расходу топлива.

Сжатие также влияет на степень компрессии, которая определяет отношение объема цилиндра после сжатия к его объему до сжатия. Чем выше степень компрессии, тем выше эффективность работы двигателя.

Рабочий ход

Рабочий ход включает в себя следующие фазы:

1. Впуск — во время этой фазы поршень двигается отверстиям для смеси воздуха и топлива в головке цилиндра. При этом клапаны открыты, и в цилиндр поступает смесь топлива и воздуха.
2. Сжатие — в этой фазе поршень движется обратно к головке цилиндра, сжимая смесь воздуха и топлива. Клапаны закрыты, что позволяет сжатой смеси не выходить из цилиндра.
3. Рабочий такт — во время этой фазы поршень находится в самом верхнем положении, и происходит воспламенение сжатой смеси топлива и воздуха. В результате происходит взрыв, который толкает поршень вниз.
4. Выхлоп — во время этой фазы поршень движется обратно к выхлопным клапанам, открывая их и выпуская выгоревшие газы из цилиндра.

Эти фазы происходят в каждом цилиндре двигателя по очереди, создавая непрерывную передачу энергии от сгоревшего топлива и возврат поршня в исходное положение.

Выпуск

Эффективность работы выпускной системы имеет большое значение для производительности двигателя и экологической безопасности автомобиля. Хорошо спроектированная и правильно подобранная выпускная система обеспечивает свободное и беспрепятственное удаление газов, улучшая производительность двигателя и снижая его негативное воздействие на окружающую среду.