Принцип действия четырехтактного двигателя внутреннего сгорания

Рабочий цикл четырехтактного бескомпрессорного дизеля совершается за четыре такта, последовательность которых показана на рис. 33.

Рис. 33. Принцип действия четырехтактного бескомпрессорного дизеля.

Первый такт — всасывание (зарядка). Поршень движется вниз от верхней мертвой точки (в.м.т.) к нижней мертвой точке (н.м.т.), создавая разрежение в рабочем цилиндре. Наружный воздух засасывается в цилиндр через открытый впускной клапан 1, в то время как выпускной клапан 3 закрыт. Клапаны 1 и 3 открываются с помощью кулачковых шайб, насаженных на распределительный вал двигателя, а закрываются под действием сильной пружины. Частота вращения распределительного вала в два раза меньше частоты вращения коленчатого вала, что позволяет совершать рабочий цикл за два его оборота. Кроме того, с целью максимального наполнения рабочего цилиндра свежим воздухом, кулачковые шайбы имеют соответствующую конфигурацию. Поэтому впускной клапан открывается до прихода кривошипа в крайнее верхнее положение (в.м.т.), т. е. при положении его в точке 5, что обеспечивает предварение начала впуска воздуха. Впускной клапан закрывается после того, как кривошип пройдет крайнее нижнее положение (н.м.т.), т. е. при положении его в точке 4, что обеспечивает запаздывание конца всасывания воздуха. Давление газов в цилиндре во время первого такта меньше атмосферного.

Второй такт — сжатие. Поршень движется вверх от н.м.т. до в.м.т., сжимая воздух и оставшиеся газы. Впускной и выпускной клапаны в это время закрыты, в результате чего давление воздуха повышается до 2800—4000 кн/м² (20—40 кгс/см²), а его температура — до 600—700° С.

Третий такт — рабочий ход (горение и расширение). В конце такта сжатия, когда кривошип не дошел на 4—8° до в.м.т. и находится в точке 6, топливо под давлением впрыскивается в распыленном виде из форсунки 2 в камеру сжатия 7, где, воспламеняясь под действием высокой температуры, превращается в газ. . При этом за короткое время (доли секунды) давление в цилиндре возрастает до 5000—8000 кн/м² (50—80 кгс/см²), а температура газа — до 1600—1800° С. Под воздействием расширяющихся газов поршень движется вниз от в. м. т. к н. м. т. В конце рабочего хода, когда кривошип занимает положение в точке 8, не доходя на 30—40° до н.м.т., открывается выпускной клапан и отработавшие газы начинают поступать в атмосферу.

Четвертый такт — выпуск (выхлоп). Поршень движется от н.м.т. к в.м.т., вытесняя из рабочего цилиндра отработавшие газы. В это время выпускной клапан полностью открыт, а впускной клапан закрыт. Давление в цилиндре снижается до 105—110 кн/м² (1 —1,1 кгс/см²), а температура газов — до 350—400°С. Конец выхлопа, т. е. закрытие выпускного клапана, часто происходит после того, как кривошип пройдет в.м.т. (в точке 9). Это способствует лучшей очистке цилиндра от продуктов сгорания топлива.

Для осуществления тактов всасывания, сжатия и выпуска требуется затрата некоторой механической энергии двигателя. Эта энергия накапливается в период рабочего хода в маховике и во всех движущихся частях двигателя, а затем расходуется за счет инерции их движения в течение трех указанных тактов. Поэтому все ДВС имеют маховик, который является как бы аккумулятором кинетической энергии. У многоцилиндровых двигателей подготовительные такты в одном цилиндре осуществляются также за счет рабочих ходов в других цилиндрах.

Если изобразить зависимость между давлением газов от объема, занимаемого ими в цилиндре при различных положениях поршня, то получим диаграмму изменения давления газов в цилиндре, называемую индикаторной диаграммой (рис. 34). Такую диаграмму получают при стендовых испытаниях и прикладывают к паспорту двигателя как документ, определяющий его технические характеристики.

Рис. 34. Индикаторная диаграмма четырехтактного дизеля.

Рис. 35. Схема наддува: а — механического; б — газотурбинного.

Для повышения мощности современных судовых четырехтактных дизелей применяют наддув, при котором свежий воздух нагнетается в цилиндр двигателя при помощи специального наддувочного насоса (нагнетателя). Существуют два основных способа наддува: механический и газотурбинный, схемы которых представлены на рис. 35. Газотурбинный наддув получил в последнее время преимущественное распространение.

Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя

Рабочий цикл авто с дизельным двигателем отличается тем, что при такте впуска в цилиндр двигателя поступает очищенный  воздух, а не горючая смесь, как в карбюраторном двигателе.

Первый такт — впуск.

Поршень перемещается от ВМТ к НМТ, через открытый впускной клапан в цилиндр поступает очищенный воздух (из-за разрежения, создаваемого поршнем). Воздух перемешивается с небольшим количеством оставшихся от предыдущего цикла отработавших газов, температура повышается и в конце такта впуска достигает 300—320 К, а давление  0. 08—0.09 МПа. Коэффициент наполнения цилиндра 0,9 и выше, т. е. больше, чем у карбюраторного двигателя.

Работа четырехтактного одноцилиндрового дизельного  двигателя:

а — впуск воздуха; б — сжатие; в — рабочий ход; г — выпуск отработавших газов; 1— цилиндр; 2 — топливный насос, 3 — поршень: 4 — форсунка, 5 — впускной клапан, 6 — выпускной клапан

Второй такт — сжатие.

Поршень движется от НМТ к ВМТ, впускной и выпускной клапаны закрыты. Давление и температура воздуха увеличиваются и в конце такта составляют соответственно 3—5 МПа и 800—900 К. Степень сжатия регламентируется исправностью деталей КШМ и равна 17—21.

Третий такт — рабочий ход.

В конце такта сжатия (20—30 градусов угла поворота коленчатого вала ло прихода поршня в ВМТ) с помощью насоса через форсунку в цилиндр под высоким давлением (15—20 МПа) в мелкораспыленном виде впрыскивается порция топлива. Топливо от соприкосновения с нагретым воздухом испаряется, его пары перемешиваются с нагретым воздухом и воспламеняются. При сгорании топлива, вследствие подвода большого количества теплоты, резко увеличиваются лишение и температура образовавшихся газов. В начале такта расширения давление газов составляет 7—8 МПа. а температура 2100—2300 К. Под действием давления поршень перемешается от ВМТ к НМТ, совершая полезную работу. Объем цилиндра увеличивается, давление и температура газов снижаются и при подходе поршня к НМТ составляют 0,2-0,4 МПа .

Четвертый такт — выпуск.

Поршень перемещается от НМТ к ВМТ. Через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются через выпускной трубопровод в окружающую среду. В конце такта выпуска давление газов равно 0,11 -0,12 МПа, температура 850—1200.   После этого рабочий цикл дизеля повторяется.
В двухтактных двигателях время, отводимое на рабочий цикл, используется более полно, так как процессы выпуска и впуска совмещены по времени с процессами сжатия и рабочего хода. Рабочий цикл происходит за 360 градусов (один оборот коленчатого вала).

При движении поршня от ВМТ к НМТ одновременно происходят процессы расширения и выпуска с продувкой цилиндра, а при обратном движении от НМТ к ВМ1 впуск и сжатие. Изменения параметров цикла (давление и температура) соответствуют изменениям параметров четырехтактного двигателя.
Сравнение рабочих циклов четырех- , двухтактных двигателей показывает, что при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения коленчатого вала мощность двухтактных двигателей выше в 1.5—1,7 раза. Он проще по конструкции и компактнее.
К недостаткам двухтактного двигателя следует отнести ограниченное время газообмена, что ухудшает очистку цилиндра от отработавших газов, увеличивает потери части свежею заряда, снижает экономичность.

Работа дизельного двигателя, подробнее

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ЧЕТЫРЕХТАКТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Содержание

Принципы работы четырехтактных двигателей

Принципы работы четырехтактных двигателей

Четырехтактные двигатели внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания в большинстве автомобилей работает по принципу работы четырехтактного двигателя. Это означает, что для создания одного импульса мощности поршень должен двигаться вверх и вниз по цилиндру четыре раза. Каждый ход поршня выполняет отдельную функцию в цикле следующим образом:

ХОД ИНДУКЦИИ: ход запускает процесс сгорания в двигателе. В нем впускной клапан открыт и вращение коленчатого вала приводит к перемещению поршня вниз по цилиндру, всасывая смесь топлива и воздуха, которая проходит от карбюратора по впускному коллектору и мимо открытого клапана.

ХОД СЖАТИЯ: в этом такте, который считается следующей стадией работы в камере сгорания, оба клапана закрыты, и теперь вращающийся коленчатый вал поднимает поршень, сжимая смесь над ним в зону сгорания.

МОЩНЫЙ ХОД: это третий этап всего хода, в нем; оба клапана остаются закрытыми, и искра от свечи, проскакивающая через электроды свечи, поджигает смесь сжатого воздуха и топлива в очень тесном диапазоне между верхней частью поршня и основанием свечи зажигания.

Это приведет к самопроизвольному взрыву из-за сжигания газообразного топлива в условиях высокого давления и высокой температуры.

Все действие приведет к высвобождению огромной силы. Высвобождаемая мощность заставит поршень немедленно опуститься вниз, с такой силой поршень может повернуть коленчатый вал на пол-оборота, в то время как подъем поршня вверх подготовит камеру сгорания к такту выпуска.

ХОД ВЫПУСКА : это последний такт четырехтактных двигателей в этом такте; сгоревшая воздушно-топливная смесь образовала дым (угарный газ) и будет выбрасываться из камеры для подготовки ее к следующей рециркуляции тактов.

Выпускной клапан откроется, когда поршень начнет подниматься для последнего такта, в течение этого периода весь дым из камеры будет принудительно поступать в выпускные каналы, подготавливая двигатель к следующему этапу такта, который является всасывающим топлива и воздуха, когда поршень начинает работать.

На этом этапе выпускной клапан снова закроется, позволяя топливу и воздуху пройти в камеру.

КОЭФФИЦИЕНТ СЖАТИЯ В ДВИГАТЕЛЕ ВНУТРЕННЕГО СЖАТИЯ

Принципы работы четырехтактных двигателей

 Мощность, развиваемая двигателем внутреннего сгорания, зависит от того, сколько энергии может быть высвобождено над поршнем при каждом рабочем такте. Это, в свою очередь, зависит от n количества топлива/воздуха в цилиндре и эффективности его сжатия.

Степень сжатия смеси называется степенью сжатия. Это разница между объемом смеси в цилиндре, когда поршень находится в нижней точке своего хода, и объемом, когда поршень находится в крайнем верхнем положении.

Если движение поршня вверх уменьшает объем смеси до одной восьмой от ее первоначального объема, степень сжатия составляет 8:1.

Теоретически, чем больше смесь сжата, тем больше энергии она выделяет при сгорании.

На практике, однако, очень высокие степени сжатия приводят к детонации или детонации, при которых часть смеси, наиболее удаленная от свечи зажигания, взрывается или детонирует, вызывая неравномерное горение, перегрев и потерю мощности.

Для максимальной эффективности горение смеси должно происходить быстро, но плавно.

КАК РЕШИТЬ ПЕРЕКРЫТИЕ КЛАПАНОВ ВО ВРЕМЯ ХОДА ДВИГАТЕЛЯ

Принципы работы четырехтактных двигателей

 До сих пор мы предполагали, что поступающая смесь устремляется мимо впускного клапана, как только он открывается.

На практике смесь медленно разгоняется и для возможно полного заполнения цилиндра впускной клапан открывается несколько раньше, когда поршень находится вблизи конца такта выпуска, а пока выпускной клапан открыт Все еще открыт. Это называется перекрытием клапанов.

Может показаться, что раннее открытие впускного клапана обеспечит альтернативный выход для выхлопных газов, но при условии тщательного выбора степени перекрытия происходит обратное, и последние отходы выхлопных газов, выходящие из цилиндра, помогут втянуть свежую смесь в мимо впускного клапана.

Когда он движется, впускная смесь не останавливается автоматически, когда поршень достигает дна цилиндра, и если закрытие клапана задерживается, цилиндр заполняется более полно, хотя к тому времени поршень уже начал бы подниматься для такта сжатия.

На практике, чтобы максимально использовать импульс свежей смеси и отработавших газов, втекающих и выходящих из цилиндра, выпускной клапан открывается до того, как поршень достигает дна цилиндра, и закрывается после того, как он достигает верха .

Точно так же впускной клапан открывается до того, как поршень достигает верхней части цилиндра, и закрывается после того, как поршень достигает нижней части.

ПОПЕРЕЧНОТОЧНАЯ ГОЛОВКА ЦИЛИНДРОВ В ДВИГАТЕЛЯХ ВНУТРЕННЕГО КОНДИЦИОНЕРА

Принципы работы четырехтактных двигателей

Двигатели с поперечным потоком имеют впускной коллектор на одной стороне головки блока цилиндров, а выхлопную систему на противоположной стороне, так что во время четырехтактного цикла впускной заряд и выхлопные газы проходят через камеру сгорания, что обеспечивает эффективный цилиндр. наполнение в период перекрытия клапанов.

Принципы работы четырехтактных двигателей

Двигатели с впускным и выпускным коллекторами на одной стороне головки блока цилиндров имеют схему обратного потока.

Это немного менее эффективно в период перекрытия клапанов, но это означает, что тепло от выхлопных газов можно легко и дешево использовать для обогрева впускного коллектора и, таким образом, улучшения испарения смеси внутри.

На арбалетном двигателе необходимо провести воду из системы охлаждения для обогрева впускного коллектора.

Первоначально опубликовано 2018-08-02 14:13:45.

Филип Н. @ EngineeringAll.com

Филип имеет высшее образование в области машиностроения и инспектор по неразрушающему контролю с обширными практическими знаниями в других областях техники и программного обеспечения.

Он любит писать и делиться информацией, относящейся к инженерным и технологическим областям, науке и проблемам окружающей среды, а также техническим должностям. Его сообщения основаны на личных идеях, изученных знаниях и открытиях из области техники, науки и инвестиций и т. д.

Пожалуйста, подпишитесь на нашу рассылку и следите за нашими страницами в социальных сетях, чтобы получать регулярные и своевременные обновления.

Вы можете подписаться на страницы EngineeringAll в социальных сетях, набрав «@ EngineeringAlls» в любой форме поиска в социальных сетях (Facebook, Twitter, Linkedin, Pinterest, Tumblr и т. д.).

Вы можете отправить свою статью на бесплатное рассмотрение и публикацию, используя страницу «ПУБЛИКАЦИЯ ВАШЕЙ СТАТЬИ» в кнопках МЕНЮ.

Если вам понравился этот пост, поделитесь им с друзьями, используя кнопки социальных сетей.

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ ПОДПИСАТЬСЯ НА НАШУ ОБНОВЛЕННУЮ ПОЧТУ0003

Четырехтактный двигатель: основные детали, принцип работы, применение

Опубликовано 1 марта 2020 г. 23 августа 2022 г. узнать из этой статьи?

• Основная часть четырехтактных двигателей SI и CI.
• Концепция работы четырехтактных двигателей с искровым зажиганием (бензиновых) и двигателей с воспламенением от сжатия (дизельных) с ее приложениями.
• Преимущества и недостатки четырехтактных двигателей.

В наших предыдущих статьях мы узнали о двигателях типа и его основных частях , а также о терминологии , используемой в двигателе . Мы знаем, что двигатель внутреннего сгорания можно классифицировать по-разному. Одним из наиболее полезных двигателей является четырехтактный двигатель, который в основном используется в автомобильной промышленности. Эти двигатели можно дополнительно разделить на двигатель с искровым зажиганием или бензиновый двигатель и двигатель с воспламенением от сжатия или дизельный двигатель. Двигатель SI разработан Николаусом Отто, а двигатель CI разработан Рудольфом Дизелем. Эти двигатели имеют много общего с некоторыми принципиальными отличиями.

Принцип:

Мы знаем, что ход определяется как максимальное движение поршня в любом направлении внутри цилиндра двигателя. Например, если поршень движется от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке  , это называется ходом поршня. Если он возвращается к нижней мертвой точке , это называется 2-тактным. Точно так же, если он снова движется к ВМТ и возвращается в НМТ, он совершает четыре такта. Это основной принцип четырехтактного двигателя.

Двигатель, который завершает четыре такта за один рабочий такт или завершает один цикл, называется четырехтактным двигателем. Коленчатый вал совершает один оборот за два такта. Так он делает два оборота в четырехтактных двигателях.

Части:

1. Поршень
2. Цилиндр
3. Камера сгорания
4. Входные и выхлопные клапаны
5. Вход и выхлопной коллектор
6. Сверка
7. Инъектор
8. Соедикающий прозвище
9. Crankshpt

10. Поршневые кольца
11. Поршневой палец
12. Распределительный вал
13. Маховик
14. Картер

Вы можете узнать больше об этих деталях по Основные части двигателей

6

Рабочий четырехтактный двигатель:0136

Четырехтактный двигатель завершает свою циклическую работу за четыре хода поршня или два оборота коленчатого вала. Это такт всасывания, такт сжатия, рабочий ход или такт расширения и такт выпуска. И двигатели SI, и двигатели CI следуют этим четырем тактам, чтобы завершить один цикл. Рабочую операцию этих штрихов можно резюмировать следующим образом.

Ход всасывания:

Под всасыванием понимается всасывание нагнетаемого вещества (воздушно-топливной смеси в двигателях SI и только воздуха в двигателях CI) в цилиндр двигателя. Всасывается через впускной клапан. Поршень движется от  ВМТ до НМТ во время этого хода. Воздух всасывается за счет разницы давлений между цилиндром двигателя и атмосферой в двигателе без наддува и воздушным компрессором в двигателях с наддувом.

Такт сжатия:

В этом такте поршень движется от НМТ к ВМТ. Впускной и выпускной клапаны закрыты, и поршень сжимает заряд во время этого хода. Движение поршня происходит за счет инерции или проворачивания двигателя. Этот процесс происходит изоэнтропически в обеих машинах SI и CI.

Рабочий ход и рабочий ход:

В этом такте поршень перемещается от ВМТ к НМТ. И впускной, и выпускной клапан закрыты во время этого такта.

В двигателях SI свеча зажигания создает искру, которая воспламеняет топливно-воздушную смесь. Поскольку все топливо находится внутри цилиндра, сгорание происходит мгновенно, поэтому этот процесс рассматривается как сгорание постоянного объема для идеального цикла. В результате сгорания топлива внутри цилиндра создается сила высокого давления, которая действует как движущая сила поршня и коленчатого вала. После сгорания поршень расширяется от ВМТ до НМТ в изоэнтропическом направлении.

В двигателях с воспламенением инжектор впрыскивает топливо в камеру сгорания. Топливо сгорает за счет тепла, выделяющегося во время такта сжатия. В этих двигателях топливо подается через форсунку, поэтому впрыск топлива не происходит мгновенно. Топливо горит равномерно, поэтому этот процесс рассматривается как горение при постоянном давлении для идеального цикла. После сгорания поршень движется от ВМТ к НМТ изоэнтропически.

Такт выпуска:

Когда поршень достигает НМТ, выпускной клапан открывается, и поршень начинает двигаться от НМТ к ВМТ за счет инерции поршня. Сгоревшие газы выбрасываются через выпускной клапан из цилиндра двигателя в окружающую среду. Когда поршень достигает ВМТ, в цилиндр поступает новый заряд, и этот цикл повторяется.

Применение четырехтактного двигателя:

• Четырехтактный двигатель широко используется в автомобильной промышленности.
• Они используются в автобусах, грузовиках и других транспортных средствах.
• Используются в насосной системе.
• Эти двигатели находят применение в мобильных электрогенераторах.
• Эти двигатели широко используются в авиационных и судовых двигателях.
• Дизельные двигатели находят применение в насосных агрегатах, строительной технике, воздушных компрессорах, буровых установках и т. д.

Преимущества и недостатки:

Преимущества:

• Четырехтактные двигатели обеспечивают более высокий КПД.