Четырёхтактный двигатель Отто («Otto») представляет конструктивно бензиновый мотор технологии внутреннего сгорания, наделённый двумя верхними распределительными валами. Такого типа бензиновые моторы обычно маркируются аббревиатурой «DOHC» (Double Overhead Camshaft). Или же при отсутствии маркировки, такого рода исполнение определяется наличием пары распределительных валов головки блока цилиндров. Кулачки кривошипа, по окружности вращения штоков поршня, расположены противоположно на 180° относительно оси коленчатого вала.
СТРУКТУРА СТАТЬИ :
Четырёхтактный двигатель Отто детали конструкции
Четырёхцилиндровый мотор имеет характерную особенность. Когда первый и четвёртый поршни находятся в положении ВМТ (высокая мёртвая точка), второй и третий поршни, соответственно, занимают положение НМТ (низкая мёртвая точка). В условиях такой концепции организуется порядок работы (1-3-4-2) этого оригинального узла механики.
То есть топливовоздушная смесь воспламеняется внутри цилиндров в указанном порядке, перемещаясь по факту воспламенения смеси в конце такта сжатия от первого цилиндра к третьему, второму, четвёртому. Здесь остаётся постоянной характеристика рабочего процесса двигателя.
Указанный порядок зажигания устанавливается распределительным валом, благодаря точным положениям кулачков для каждого цилиндра, а также распределитель свечей зажигания, формирующий искру в определённое время (или блок управления двигателем для современных автомобилей).
Техника действия одного цилиндра
Рассмотрим технику действия одного цилиндра. Головка блока цилиндров содержит два распределительных вала, наделённых кулачковыми выступами. Оба вала имеют связь с коленчатым валом автомобильного мотора через зубчатый ремень, либо через цепную передачу.
Эксцентриковые части распределительного вала (кулачки) давят на толкатели клапанов. Под каждым толкателем, однако, имеются пружины возврата клапана в положение «закрыт». Поворотом распределительных валов в момент действия системы эксцентрики обеспечивают открытие клапанов, тогда как пружинами клапаны закрываются.
Впускной клапан обеспечивает заполнение области цилиндра топливовоздушной смесью. Выпускным клапаном обеспечивается отвод газов, образующихся в момент сгорания смеси. Четырёхтактные двигатели Отто, соответственно, дают четыре такта на цилиндр за один рабочий цикл. Отсюда характеристика моторов — «четырёхтактные».
Контроль четырёх путей поршня одного цилиндра за один цикл показывает – временная составляющая одного цикла мотора занимает два полных оборота коленчатого вала (720°). Первым тактом: (всасывание) отмечается движение вниз от высокой мёртвой точки (ВМТ). Впускной клапан открыт до границы низкой мёртвой точки (НМТ).
Здесь, за счёт создавшегося разрежения, топливно-воздушная смесь устремляется внутрь цилиндра. Вторым тактом: сжатия движением поршня выполняется сжатие топливно-воздушной смеси. На этот момент такта оба клапана закрыты.
Третий такт (расширения) — подвод поршня к области высокой мёртвой точки. Здесь, будучи под высоким давлением, топливно-воздушная смесь зажигается искрой свечи. Образуется высокое давление внутреннего взрыва – сила, толкающая поршень. Третий такт оставляет оба клапана закрытыми до момента достижения поршнем низкой мёртвой точки.
Четвёртый такт (выпуск): сопровождается открытием выпускного клапана. Движение поршня рисует восходящую траекторию. Образовавшиеся по факту внутреннего взрыва газы устремляются через открытое выпускное отверстие по направлению к выхлопной системе.
Распределительный вал специфика рабочего цикла
Распределительный вал четырёхтактного двигателя Отто имеет точно определённые положения кулачков для каждого клапана. Картинка выше наглядно демонстрирует связь распределительного и коленчатого валов через ременную передачу.
Следует отметить – на момент пятидесятых годов прошлого века выпускались так называемые «плоскоголовые» четырёхтактные двигатели Отто. Такие моторы отличаются наличием клапанов блока цилиндров, которые поднимаются непосредственно распределительным валом.
Все рабочие части, а также впускной (выпускной) коллекторы такой конструкции располагались внутри и на блоке цилиндров. Поэтому головка блока цилиндров имела простое исполнение, отмеченное названием «Flat Head» или «Flat Head Engine».
Существует также четырёхтактный двигатель Отто с верхним расположением клапанов (верхнеклапанный). Такого рода двигатели имеют распределительный вал, расположенный в блоке цилиндров, тогда как расположение клапанов отмечается в головке блока цилиндров.
Клапаны поднимаются толкателями, нижняя часть которых опирается на кулачки, а верхняя — на элементы, так называемые «коромысла». Для этого типа двигателя зазор между клапаном и коромыслом обычно регулируется вручную, посредством болта и гайки.
Коленчатый и распределительный вал соединяются цепью или шестернями. Выше на картинке среди прочих показан двигатель «OHC» (распределительный вал с верхним расположением). Эта конструкция двигателя имеет распределительный вал, расположенный внутри головки блока цилиндров или непосредственно на головке.
Здесь устранены толкатели, а распределительный вал опирается непосредственно на клапаны. Между распределительным валом и клапанами имеются чашки (гидравлические толкатели). Регулировка зазора между клапаном и распределительным валом выполняется двумя распространёнными способами.
- Установкой толкателей с прокладками необходимой толщины.
- Гидравлическими толкателями без возможности возврата.
Наконец, следует отметить четырёхтактный двигатель DOHC (Double Over Head Camshaft). Концепция двигателя имеет два распределительных вала в головке и один или два впускных/выпускных клапана на цилиндр.
В этом случае имеет место вариант с двумя клапанами, впускным и выпускным, или концепция, известная как четырёхтактный двигатель «DOHC 16V». Здесь коленчатый и распределительный вал традиционно имеют связь только зубчатым ремнём.
Четырёхтактный двигатель Отто + цикл зажигания
Итак, есть классический верхнеклапанный мотор с распределительным валом в блоке цилиндров, соединенным с коленчатым валом распределительным механизмом в соотношении 1:2, и толкателями для открытия клапанов. Толкатель лежит на распределительном валу и поднимает коромысло, которое противоположным концом толкает клапан.
Выступ распределительного вала открывает впускной клапан. За счёт разряжения, создаваемого внутри цилиндра, топливовоздушная смесь устремляется внутрь. При перемещении поршня вверх кулачок распределительного вала проходит клапан, пружина поднимет клапан, закрывающий впускной канал.
На этой траектории движения поршня вверх оба клапана закрыты. Движением вверх поршень сжимает топливно-воздушную смесь. Непосредственно перед достижением высокой мёртвой точки предполагается воспламенение топливовоздушной смеси (опережение зажигания).
Момент зажигания до высокой мёртвой точки, как правило, устанавливается производителем автомобильного мотора, а также зависит от степени сжатия и октанового числа топлива. Устанавливается заданное время (опережение зажигания), когда сжатая смесь зажигается свечой. Как это осуществляется практически?
Четырёхтактный двигатель Отто работа свечей зажигания
Высокое напряжение свечей зажигания, вызывающее искру на электродах, формируется индукционной катушкой (катушка зажигания). Индукционную катушку и свечи зажигания соединяет центральный высоковольтный кабель. Два концевых соединителя на катушках формируют цепь высокого напряжения (около 15 000 вольт).
Один контакт индукционной катушки подключен через стартер к положительной клемме аккумулятора, другой подключается на клемму заземления через механический переключатель, получивший название «контактный прерыватель» или распределитель.
Здесь следует отметить и часть эксцентрикового вала, управляющего разрывным контактом прерывателя, размыкающего электрическую цепь. Эксцентриковый распределительный вал содержит число кулачков, равное числу цилиндров конструкции двигателя.
На многих автомобильных двигателях этот комплекс размыкания контактов находится в составе распределителя зажигания. Однако в целом принцип идентичен принципу, описанному выше.
Искра свечей системы зажигания формируется следующим образом:
- Тактом трёх ходов контакты прерывателя замыкаются.
- Электрическая цепь замыкается.
- Катушка зажигания индуцирует высокое напряжение.
- В точно назначенное время электрическая цепь разрывается.
- Формируется разряд через центральный высоковольтный кабель.
Центральный высоковольтный кабель приходит на распределитель. Высокое напряжение поступает через плечо распределителя к выводу конкретного цилиндра. То есть распределитель устроен так, что разряд всегда направлен на рабочий цилиндр (такт расширения).
Конструкция распределителя напряжения на свечи зажигания содержит графитовый проводник. Этим элементом обеспечивается постоянная электрическая связь в процессе работы двигателя, а также подключение к нужной цепи в зависимости от моментов вращения ротора. Крышка распределителя при этом остаётся на месте.
При помощи информации: MB219