Схема и принцип действия четырехтактного двигателя

March 14, 2025November 11, 2026 by Dmytro Melnikov

Краткая выжимка: как работает 4-тактный двигатель (4 Strokes Summary)

Четырехтактный двигатель осуществляет полный рабочий цикл за 4 хода поршня (такта) или 2 полных оборота коленчатого вала (720°):

1.
Впуск (Intake): Поршень идет вниз (от ВМТ к НМТ), открыт впускной клапан, цилиндр заполняется свежим воздухом (в дизелях) или топливовоздушной смесью.
2.
Сжатие (Compression): Поршень движется вверх (от НМТ к ВМТ), все клапаны герметично закрыты, заряд сжимается с многократным ростом давления и температуры.
3.
Рабочий ход / Сгорание (Power / Combustion): Воспламенение топлива (от сжатия в дизеле или от свечи), расширяющиеся газы с огромной силой толкают поршень вниз — это единственный полезный рабочий такт.
4.
Выпуск (Exhaust): Поршень идет вверх, открывается выпускной клапан, отработавшие газы выталкиваются в выхлопной коллектор.

На Seamen.es мы публикуем практические технические руководства для судовых инженеров, механиков и специалистов морского флота. В данном материале подробно разобрана кинематическая схема, термодинамика и принцип действия четырехтактного дизельного двигателя, применяемого в качестве главных и вспомогательных судовых двигателей (дизель-генераторов ДГ). Если вас интересует морское сообщество и активный отдых на побережье Испании, посетите наш клубный блог любителей моря Freewind.es.

Наглядная схема: Как работает 4-тактный двигатель (How a Four-Stroke Engine Works)

Ниже представлена детальная графическая схема четырех последовательных тактов работы цилиндропоршневой группы и газораспределительного механизма (ГРМ):

Схема и принцип действия четырехтактного двигателя - How a Four-Stroke Engine Works: Intake, Compression, Power, Exhaust — *Рис. 1. Наглядная пошаговая схема четырех тактов: Впуск (Intake), Сжатие (Compression), Рабочий ход (Power) и Выпуск (Exhaust).*

Устройство и кинематика четырехтактного дизеля

В четырехтактных судовых дизелях рабочий цикл осуществляется за два полных оборота коленчатого вала или за четыре хода поршня (такта). Цилиндр такого двигателя герметично закрыт крышкой (головкой блока цилиндров), в которой размещены клапаны для впуска свежего заряда и выпуска продуктов сгорания, а также топливная форсунка (инжектор).

Клапаны удерживаются в закрытом состоянии мощными пружинами и давлением газов в цилиндре. Открытие клапанов в строго заданные моменты производится с помощью газораспределительного механизма (ГРМ), состоящего из распределительного вала с профильными кулачками, толкателей, штанг и коромысел (рокеров). Распределительный вал приводится во вращение от коленчатого вала через зубчатую передачу или цепной привод и вращается со скоростью вдвое меньшей, чем коленвал. Таким образом, каждый клапан открывается ровно один раз за два оборота коленчатого вала (за 720°).

Детальный разбор 4 тактов рабочего цикла

Такт I — Наполнение цилиндра (Впуск / Intake)

При нисходящем движении поршня от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ) открывается впускной клапан. В цилиндрах без наддува создается разрежение, за счет которого воздух всасывается из атмосферы. На современных судовых дизелях воздух подается под давлением от турбокомпрессора (газотурбинного нагнетателя), предварительно охлаждаясь в промежуточном воздухоохладителе. Впускной клапан открывается с небольшим опережением (до прихода поршня в ВМТ) и закрывается с запаздыванием (после НМТ), что позволяет использовать кинетическую энергию движущегося потока воздуха для максимального наполнения цилиндра.

Такт II — Сжатие заряда (Compression)

Поршень движется от НМТ к ВМТ. Все клапаны закрыты. Воздух сжимается до высокого давления: в судовых среднеоборотных дизелях давление в конце такта сжатия достигает 4.0–8.0 МПа (40–80 бар), а температура повышается до 600–700 °C. Эта температура значительно превышает температуру самовоспламенения дизельного топлива, что является главным принципом работы дизеля (воспламенение от сжатия, в отличие от бензиновых моторов со свечой зажигания).

Такт III — Сгорание и рабочий ход (Power / Combustion)

Незадолго до подхода поршня к ВМТ (с углом опережения подачи топлива) через прецизионную форсунку в горячий сжатый воздух впрыскивается мелкораспыленное топливо. После короткого периода задержки воспламенения топливо загорается. Давление газов резко подскакивает до пикового значения 10–15 МПа (100–150 бар). Горячие расширяющиеся газы давят на поршень и толкают его вниз от ВМТ к НМТ, совершая полезную механическую работу через шатун на шейку коленвала.

Такт IV — Выпуск отработавших газов (Exhaust)

Перед тем как поршень дойдет до НМТ, открывается выпускной клапан. Газы, обладая еще значительным остаточным давлением (0.3–0.5 МПа), с высокой скоростью устремляются в выхлопной коллектор и направляются на колесо турбины турбокомпрессора. При обратном ходе поршня от НМТ к ВМТ продукты сгорания окончательно выталкиваются из цилиндра. В районе ВМТ наступает фаза «перекрытия клапанов» (Valve Overlap), когда одновременно приоткрыты и впускной, и выпускной клапаны — свежий продувочный воздух очищает камеру сгорания от остаточных газов и охлаждает тарелки клапанов.

Сравнение: 4-тактный vs 2-тактный двигатель в морском флоте

Параметр	Четырехтактный двигатель (4-Stroke)	Двухтактный двигатель (2-Stroke)
Рабочий цикл	За 4 хода поршня (2 оборота коленвала / 720°)	За 2 хода поршня (1 оборот коленвала / 360°)
Частота вращения	Среднеоборотные и высокооборотные (400–1500 об/мин)	Малооборотные крейцкопфные (60–120 об/мин)
Основное применение на судах	Судовые дизель-генераторы (ДГ), подруливающие устройства, вспомогательные двигатели, главные двигатели паромов и буксиров	Главные двигатели крупнотоннажных судов (танкеры VLCC/LNG, контейнеровозы, балкеры Capesize) с прямым приводом на винт
Удельная мощность	Компактнее и легче, но 1 рабочий ход на 2 оборота	Выше мощность на литр объема, рабочий ход каждый оборот
Система смазки	Циркуляционная смазка картера с очисткой через сепараторы масла	Раздельная: циркуляционная для картера + лубрикаторная для цилиндров (Alpha Lubricator)