Рабочие циклы четырехтактных двигателей: Рабочий цикл четырехтактного и двухтактного двигателей: описание и принцип работы

Содержание

Рабочие циклы четырехтактных двигателей и показатели их работы

Рабочие циклы четырехтактных двигателей и показатели их работы

Если рабочий цикл совершается за два хода поршня, т. е. за один оборот коленчатого вала, то такой двигатель называется двухтактным. В настоящее время двухтактные двигатели на автомобилях не применяют, а используют лишь на мотоциклах и как пусковые двигатели на тракторах. Это связано прежде всего с тем, что они имеют сравнительно высокий расход топлива и недостаточное наполнение горючей смеси из-за плохой очистки цилиндров от отработавших газов.

Автомобильные двигатели работают, как правило, по четырехтактному циклу, который совершается за два оборота коленчатого вала или четыре хода поршня и состоит из тактов впуска, сжатия, расширения и выпуска.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

В карбюраторном четырехтактном одноцилиндровом двигателе (рис. 1.3) рабочий цикл происходит следующим образом.

Рис. 1. Рабочий цикл четырехтактного одноцилиндрового карбюраторного двигателя

Такт впуска. Поршень находится в в.м.т. и по мере вращения коленчатого вала (за один его полуоборот) перемещается от в.м.т. к н.м.т. При этом впускной клапан открыт, а выпускной клапан закрыт. При движении поршня вниз объем над ним увеличивается, поэтому в цилиндре создается разряжение, равное 0,07—0,095 МПа, в результате чего свежий заряд горючей смеси, состоящей из паров бензина и воздуха, засасывается через впускной трубопровод в цилиндр.

От соприкосновения свежего заряда с нагретыми деталями в конце такта впуска он имеет температуру 75—125 °С.

Степень заполнения цилиндра свежим зарядом характеризуется коэффициентом наполнения, который для высокооборотных карбюраторных двигателей находится в пределах 0,65—0,75. Чем выше коэффициент наполнения, тем большую мощность развивает двигатель.

Такт сжатия. После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем вращении коленчатого вала поршень перемещается от н.м.т. к в.м.т. Впускной клапан 4 закрывается, а выпускной 6 закрыт. По мере сжатия горючей смеси температура и давление ее повышаются. В зависимости от степени сжатия давление в конце такта сжатия может составлять 0,8—1,5 МПа, а температура газов 300— 450 °С.

Такт расширения, или рабочий ход. В конце такта сжатия горючая смесь воспламеняется от электрической искры, возникающей между электродами свечи, и быстро сгорает, в результате чего температура и давление образующихся газов резко возрастают, поршень при этом перемещается от в.м.т. к н.м.т. Максимальное давление газов на поршень при сгорании для карбюраторных двигателей находится в пределах 3,5—5 МПа, а температура газов 2100—2400 °С.

При такте расширения шарнирно связанный с поршнем шатун совершает сложное движение и через кривошип передает вращение коленчатому валу. При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при этом такте коленчатого вала называют рабочим ходом. В конце рабочего хода поршня давление в цилиндре снижается до 0,3—0,75 МПа, а температура — до 900—1200 °С.

Такт выпуска. Коленчатый вал через шатун перемещает поршень от н.м.т. к в.м.т. При этом выпускной клапан открыт и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосферу через выпускной трубопровод. В начале процесса выпуска продуктов сгорания давление в цилиндре значительно выше атмосферного, но к концу такта оно падает до 0,105—0,120 МПа, а температура газов в начале такта выпуска составляет 750— 900 °С, понижаясь к его концу до 500—600 °С. Полностью очистить цилиндры двигателя от продуктов сгорания практически невозможно (слишком мало времени), поэтому при последующем впуске свежей горючей смеси она перемешивается с остаточными отработавшими газами и называется рабочей смесью.

Коэффициент остаточных газов характеризует степень загрязнения свежего заряда отработавшими газами и представляет собой отношение массы продуктов сгорания, оставшихся в цилиндре, к массе свежей горючей смеси. Для современных карбюраторных двигателей коэффициент остаточных газов находится в пределах 0,06—0,12.

По отношению к рабочему ходу такты впуска, сжатия и выпуска являются вспомогательными.

Рабочие циклы четырехтактного дизеля и карбюраторного двигателя существенно различаются по способу смесеобразования и воспламенения рабочей смеси. Основное отличие состоит в том, что в цилиндр дизеля при такте впуска поступает не горючая смесь, а воздух, который из-за большой степени сжатия нагревается до высокой температуры, а затем в него впрыскивается мелкораспыленное топливо, которое под действием высокой температуры воздуха самовоспламеняется.

В четырехтактном дизеле рабочие процессы происходят следующим образом.

Такт впуска. При движении поршня от в.м.т. к н.м.т. вследствие образующегося разряжения из воздухоочистителя в полость цилиндра через открытый впускной клапан 5 поступает атмосферный воздух. Давление воздуха в цилиндре составляет 0,08—0,95 МПа, а температура 40—60 °С.

Такт сжатия. Поршень движется от н.м.т. к в.м.т. Впускной 5 и выпускной 6 клапаны закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень сжимает имеющийся в цилиндре воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива. Из-за высокой степени сжатия температура воздуха достигает 550—700 °С при давлении воздуха внутри цилиндра 4,0—5,0 МПа.

Такт расширения, или рабочий ход. При подходе поршня к в.м.т. в цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо, подаваемое топливным насосом. Впрыснутое топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, самовоспламеняется и начинается процесс сгорания, характеризующийся быстрым повышением температуры и давления. При этом максимальное давление газов достигает 6—9 МПа, а температура 1800-2000 °С. Под действием давления газов поршень перемещается от в.м.т. к н.м.т. Происходит рабочий ход. Около н.м.т. давление снижается до 0,3—0,5 МПа, а температура—до 700—900 °С.

Такт выпуска. Поршень перемещается от н.м.т. к в.м.т. и через открытый выпускной клапан 6 отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. Давление газа снижается до 0,11—0,12 МПа, а температура — до 500—700 °С. После окончания такта выпуска при дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цикл повторяется в той же последовательности.

Показатели работы двигателя. Работа, совершаемая газами в единицу времени внутри цилиндра двигателя, называется индикаторной мощностью.

Рис. 2. Рабочий цикл четырехтактного дизеля

Мощность, получаемая на коленчатом валу двигателя, называется эффективной мощностью. Она меньше индикаторной на значение мощности, затрачиваемой на насосные потери и на трение в криво-шипно-шатунном и газораспределительном механизмах двигателя, а также на приведение в действие вентилятора, жидкостного насоса и других вспомогательных устройств.

Таким образом, эффективная мощность меньше, чем индикаторная мощность, из-за механических потерь, расходуемых в механизмах и системах двигателя. На основании этого механическим к.п.д. (коэффициентом полезного действия) двигателя называют отношение эффективной мощности к индикаторной.

Механический к.п.д. карбюраторных двигателей составляет 0,70— 0,85, а дизелей — 0,73—0,87.

Мощностные показатели двигателя в значительной мере определяются количеством теплоты, превращенным в полезную работу. Степень использования теплоты, введенной в двигатель с топливом, оценивают эффективным к.п.д., который представляет собой отношение количества теплоты Qe, превращенной в эффективную работу, к количеству теплоты Qt, выделившейся в результате сгорания

Рис. 3. Схемы компоновки цилиндров двигателей

—

Дизель. Рассмотрим процесс протекания каждого такта в цилиндре дизеля (рис. 7).

Первый такт — впуск. Цилиндр заполняется воздухом, кислород которого обеспечивает сгорание топлива. Чем больше воздуха поступает в цилиндр, тем большее количество топлива можно сжечь в нем и тем выше будет давление газов на поршень при рабочем ходе (увеличивается мощность).

Во время впуска поршень движется вниз, впускной клапан открыт, а выпускной закрыт. Воздух, поступающий в цилиндр, нагревается при смешивании с горячими остаточными газами и от нагретых деталей работающего дизеля.

К концу первого такта температура воздуха достигает 40… 60 °С, и его плотность уменьшается. Кроме того, при движении он встречает сопротивление во впускных каналах дизеля. По этим причинам давление в цилиндре оказывается ниже атмосферного (0,08… 0,09 МПа).

Второй такт — сжатие. Поршень перемещается вверх, оба клапана закрыты. Под действием поршня воздух сжимается в 15…17 раз (степень сжатия е=15… 17) и при этом нагревается. Давление в конце сжатия доходит до 3…4 МПа, а температура — до 550…600 °С, что значительно превышает температуру самовоспламенения топлива.

Рис. 4. Схема рабочего цикла одноцилиндрового четырехтактного дизеля:
1 — форсунка; 2 — топливный насос.

Третий такт — расширение. Перед самым окончанием такта сжатия, когда поршень почти дошел до в. м.т., в цилиндр через форсунку впрыскивается порция топлива. Большая часть его сразу же воспламеняется и сгорает. Температура газов повышается до 2000…2100 °С, а давление — до 5,5…8,0 МПа. Под таким давлением расширяющихся газов поршень перемещается вниз и через шатун проворачивает коленчатый вал. В процессе расширения сгорает остальная часть впрыснутого топлива. По мере перемещения поршня давление газов в цилиндре падает, а температура уменьшается. К концу третьего такта давление снижается до 0,2…0,3 МПа, а температура — до 600…650 °С.

Четвертый такт — выпуск. Впускной клапан закрыт, а выпускной открыт. Из цилиндра выталкиваются отработавшие газы. Давление оставшихся газов падает до 0,11…0,12 МПа. Температура отработавших газов в месте выхода из цилиндра составляет 400…500 °С.

Далее рабочий цикл повторяется.

Карбюраторный двигатель. Подобным образом рассмотрим рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя.

Такт впуска. Выпускной клапан закрыт, а впускной открыт. При движении поршня от в. м. т. вниз цилиндр заполняется смесью топлива с воздухом. Такая смесь приготовляется в специальном приборе — карбюраторе и называется горючей смесью. Поступая в цилиндр, она перемешивается с остаточными газами, в результате чего образуется рабочая смесь.

Давление рабочей смеси в цилиндре при такте впуска из-за сопротивления в карбюраторе ниже, чем в цилиндре дизеля, и составляет 0,07…0,08 МПа. Температура рабочей смеси повышается 60…120 °С в основном за счет высокой температуры остаточных газов.

Такт сжатия. При этом такте, как и в дизеле, рабочая смесь, сжимаясь, нагревается. С увеличением степени сжатия растет давление и температура смеси, а также скорость ее сгорания. В результате повышается экономичность и мощность двигателя. Но при повышенной температуре возникает опасность преждевременного воспламенения (самовоспламенения) смеси. Чтобы избежать этого, рабочую смесь сжимают незначительно (е=4…8). Давление в цилиндре в конце такта сжатия — 0,9…1,2 МПа, а температура не превышает температуры самовоспламенения, доходя лишь до 330 °С.

Такт расширения. Перед окончанием такта сжатия между электродами искровой свечи зажигания проскакивает электрический заряд. Искра воспламеняет рабочую смесь. Температура горящих газов доходит до 2500 °С, а давление повышается до 3,0…4,5 МПа. Под действием силы давления газов поршень перемещается вниз. К концу . третьего такта давление снижается до 0,3…0,4 МПа, а температура — до 900…1200 °С.

Такт выпуска происходит так же, как в дизеле, но при несколько более высокой температуре газов.

Сравнительная оценка дизеля и карбюраторного двигателя.

По сравнению с карбюраторным (бензиновым) двигателем дизель имеет следующие преимущества:
— дизель экономичнее: на единицу выполненной работы вследствие высокой степени сжатия он расходует на 25% меньше топлива;
— топливо, на котором работает дизель, менее опасно в пожарном отношении и оказывает меньшее коррозионное действие на детали, чем бензин.

Недостатки дизеля:
— из-за высокого давления газов в цилиндрах, корпус и другие детали, работающие со значительными нагрузками, тяжелее и имеют большие размеры;
— для пуска дизеля требуется более мощный стартер или специальный карбюраторный пусковой двигатель;
— дизель работает со значительным избытком воздуха, поэтому размеры цилиндров и других деталей и сборочных единиц увеличены.

Рабочие циклы четырёхтактных двигателей — MirMarine

Cайт Mirmarine.net просит поддержки.
Из за введенных санкций и событий с 24 февраля сайт Mirmarine.net оказался в тяжелом положении.
Если у вас есть возможность, поддержите финансово.
Поддержать

Главная
ДВС
Основы ДВС
Рабочие циклы четырёхтактных двигателей

Рабочий цикл четырехтактного двигателя состоит из последовательно происходящих в цилиндре процессов: всасывания, сжатия, сгорания, расширения и выпуска. Часть рабочего цикла, протекающая за один ход поршня, называется тактом.

В зависимости от способа смесеобразования и сгорания топлива рабочие циклы подразделяются на циклы быстрого сгорания, или сгорания при V = const (бензиновые двигатели), циклы постепенного сгорания, или сгорания при p = const (компрессорные дизели) и
циклы смешанного сгорания, или сгорания при V = const и p = const (бескомпрессорные дизели).

Так как на судах морского флота бензиновые двигатели практически не применяются (используются только в переносных мотопомпах), а постройка компрессорных дизелей прекращена в 30-х годах, индикаторные диаграммы этих циклов приведены на рисунке №7 без пояснений в тексте.

Схема работы четырехтактного дизеля и индикаторные диаграммы процессов цикла смешанного сгорания представлены на рисунке №8.

1 – процесс впуска начинается в точке т, т.е. когда поршень еще не дошел до в. м.т. В этот момент начинается открываться впускной клапан и воздух устремляется в цилиндр. По мере движения поршня к н.м.т. цилиндр наполняется воздухом. Однако к приходу поршня в н.м.т. впускной клапан еще открыт. Это объясняется тем, что при последующем движения поршня к в.м.т. давление в цилиндре какой-то период времени еще ниже атмосферного, благодаря чему впуск воздуха в цилиндр продолжается. Способствует этому и инерция потока воздуха, движущегося в цилиндр даже по достижении внутри него давления, близкого к атмосферному. Давление в процессе впуска Рa = 0,85 ÷ 0,9 бар, температура ta = 30 ÷50 °C. В точке n закрывается впускной клапан, и процесс впуска заканчивается.

2 – процесс сжатия начинается с момента закрытия впускного клапана и совершается по мере движения поршня к в.м.т. При этом повышаются давление и температура находящегося в цилиндре воздуха. В конце процесса в точке с давление достигает Рс = 35 ÷50 бар и температура tc = 500 ÷ 600 °C. Повышение температуры воздуха до такой величины обеспечивает самовоспламенение топлива, впрыскиваемого в этот момент в цилиндр.

3 – процессы сгорания и расширения. Сгорание топлива начинается при подходе поршня в в.м.т (точка с). Первая часть топлива сгорает быстро, практически при постоянном объеме (с — y), в результате чего резко возрастает давление в цилиндре. Остальное топливо сгорает при почти неизменном давлении в цилиндре (y — z). В точке z сгорание топлива заканчивается. В этот момент давление в цилиндре достигает Рz = 50 ÷ 65 бар и температура tz = 1400 ÷ 1600 °C. Образовавшиеся при сгорании топлива газы, обладающие значительной внутренней энергией, расширяются. В результате этого поршень перемешается к н.м.т., совершая рабочий ход.

4 — процесс выпуска начинается в момент начала открытия выпускного клапана (точка Ь).
К этому времени давление в цилиндре понижается
до Рn 2,5 ÷ 4,0 бар и температура до tB 600 ÷ 8000 °C.
Начало выпуска до прихода поршня в Н. М. т. объясняется необходимостью
обеспечить более полную очистку цилиндра от отработавших
газов. Выпуск газов продолжается в течение всего хода поршня
к в. М. т. И заканчивается после в. м. т. (точка 1).

Как видно из рисунка №8, от точки т до точки 1 открыты как выпускной, так и впускной клапаны. Это обеспечивает лучшую очистку камеры сгорания от отработавших газов за счет использования инерции потока и носит название перекрытия клапанов.

Основы ДВС
Рабочие циклы
Такт
Цикл
Рабочий ход
Процесс впуска
Процесс сжатия
Процессы сгорания
Процесс выпуска
Перекрытия клапанов

Рабочие циклы двс.

Четырехтактный двигатель, устройство и принцип работы. Как работает четырехтактный бензиновый двигатель

Существует несколько различных типов двигателей, при этом на колесном, гусеничном, водном и даже иногда воздушном транспорте (грузовые и легковые авто, спецтехника, моторные лодки, самолеты и т.п.), нередко можно встретить .

Двигатели внутреннего сгорания бывают бензиновыми и дизельными, также могут успешно и даже на водороде (). Еще моторы отличаются по конструкции, компоновке, бывают двухтактными и четырехтактными.

Но в последние годы изменилась версия этого цикла «Отто». Почему это так, и какова разница между этими двумя циклами? Четырехтактные двигатели имеют четыре отдельные фазы в традиционном цикле Отто, которые производятся двумя оборотами коленчатого вала и точным клапаном и временем зажигания. Каждый из них соответствует полному ходу поршня внутри цилиндра.

Уступают по мощности двухтактным

Цикл начинается с хода поршня поршня, который направляет смесь воздуха и испаряемого топлива через впускное отверстие в камеру сгорания. Восходящий ход возвратного поршня сжимает эту смесь примерно до одной десятой ее объема, после чего ее зажигает свеча зажигания. Этот взрыв приводит поршень вниз в такт, что дает двигателю тягу. Окончательный обратный ход цикла эвакуирует отработанные газы через выпускной порт, чтобы процесс мог начаться снова.

Так или иначе, широкое распространение силовой агрегат данного типа получил благодаря своей автономности, универсальности, а также целому ряду других преимуществ. При этом агрегаты имеют много различных параметров и характеристик, среди которых стоит отдельно выделить рабочий цикл. Далее мы поговорим о том, что означает рабочий цикл автомобильного двигателя внутреннего сгорания.

Но в то время как этот относительно простой цикл дает удовлетворительную выходную мощность, он не является самым экономичным средством генерации энергии от четырехтактного поршневого двигателя. Эта награда распространяется на двигатели, работающие по циклу Аткинсона.

Четыре основные фазы цикла Отто остались, но Аткинсон представил новую временную последовательность, чтобы задержать закрытие впускного клапана во время такта сжатия. Удерживание впускного клапана открывалось немного дольше, эффективно уменьшало смещение двигателя во время цикла всасывания, но сохраняло полное соотношение расширения при горении или сильном ходу.

Рабочий цикл ДВС: что нужно знать

Если рассматривать принцип работы двигателя внутреннего сгорания, топливо в таких агрегатах сгорает в закрытой камере (камера сгорания), куда подается готовая топливно-воздушная смесь или воздух и топливо по отдельности (дизельные агрегаты и моторы с прямым впрыском).

Проще говоря, цикл Аткинсона был разработан для минимизации использования топлива во время такта впуска, но он использовал часть цикла, который генерирует энергию. Оригинальный двигатель разработки Джеймса Аткинсона использовал сложные механические соединения для получения различных поршневых поршней от одного и того же оборота коленчатого вала. Хотя он эффективный и невероятно умный, дизайн не был экономически эффективным для массового производства. Более того, преимущества в топливной эффективности могут быть достигнуты только за счет некоторой мощности — в результате снижения объема двигателя во время такта впуска.

Работа такого мотора основана на том, что во время сгорания топлива происходит расширение газов. Указанные газы становятся причиной роста давления в цилиндре, благодаря чему получает «толчок». Затем энергия, переданная на поршень, преобразуется в механическую работу. Давайте рассмотрим принцип работы двигателя, а также рабочие циклы более подробно.

Из-за этих проблем изобретательный цикл Аткинсона был в значительной степени забыт в течение большей части столетия. Это стало возможным благодаря новой технологии переключения фаз газораспределения, которая использовала гидравлику для приведения в действие положения распределительного вала и изменения времени впускных клапанов.

Между тем, появившаяся гибридная технология привода была признана идеальным средством для преодоления характерного дефицита мощности Аткинсона. Электродвигатели с питанием от батареи использовались для помощи бензиновому двигателю, когда это необходимо, но также обеспечивают независимый источник мотивации. В конце концов, самый эффективный метод экономии топлива — это не запуск двигателя в первую очередь!

Итак, рабочий цикл двигателя – последовательно повторяющиеся процессы, которые протекают в цилиндрах в рамках трансформации тепловой энергии топлива в полезную механическую работу. Если один рабочий цикл совершается за 2 хода поршня, когда делает один оборот, такой двигатель является .

Двигатели, которые устанавливаются на автомобили, обычно работают по четырехтактному циклу (четырехтактный двигатель). Это значит, рабочий цикл совершается за два оборота коленвала и четыре хода поршня. Работу такого ДВС можно разделить на такты: такт впуска, такт сжатия, такт рабочего хода, такт выпуска.

Дальнейшая разработка этой технологии секвенирования клапанов проявляется в новой высокоэффективной, но совместимой с эмиссией. На протяжении всей истории автомобильной промышленности существовало множество типов двигателей с различными характеристиками. Каждый из них, по-своему, служил так, чтобы моторизация транспортных средств развивалась и становилась все более эффективной.

Что такое 4-тактный двигатель взрыва

Всюду по статье мы хотим объяснить, что такое 4-тактный двигатель, как он делится или что то же самое, его четыре раза, чтобы понять его работу. Также разница между двухтактным и четырехтактным двигателем. 4-тактный двигатель представляет собой альтернативный двигатель внутреннего сгорания как цикла Отто, так и дизельного цикла, для которого требуется четыре, а иногда и пять хода поршня или поршня для завершения термодинамического цикла сгорания. Термин 4 раза относится к фазам или этапам работы поршня.

Как работает четырехтактный бензиновый двигатель

Чтобы было понятнее, начнем с того, что когда поршень в цилиндре во время работы ДВС начинает занимать крайние положения (максимально приближен или удален по отношению к оси коленчатого вала), эти положения принято называть ВМТ и НМТ. ВМТ означает верхняя мертвая точка, тогда как НМТ значит нижняя мертвая точка. Теперь вернемся к тактам.

Это двигатель, который преобразует химическую энергию топлива в тепловую энергию, которая, в свою очередь, обеспечивает механическую энергию, необходимую для перемещения транспортного средства. Это преобразование выполняется внутри цилиндра, сжигая топливо, должным образом дозированное и готовое.

Видео, что является 4-тактным дизельным двигателем

Возможно, вы хотите узнать больше и хотите посмотреть, что такое 4-тактный дизельный двигатель на фотографиях, если вам просто нужно остановиться, чтобы посмотреть следующее видео.

Как работает 4-тактный двигатель взрыва

Как только мы узнаем, что существует несколько типов двигателей, и мы поняли, что такое 4-тактный двигатель, мы объясним его работу.

На такте впуска коленчатый вал двигателя делает первую половину оборота, при этом поршень из ВМТ движется в НМТ. В этот момент открыт , а закрыт. При движении поршня вниз в цилиндре образуется разрежение, в результате чего в цилиндр «засасывается» топливно-воздушная смесь через открытый впускной клапан. Рабочая смесь состоит из воздуха и распыленного топлива (в некоторых двигателях на такте впуска поступает только воздух).
Следующим тактом является сжатие. После того, как произойдет наполнение цилиндра топливно-воздушной смесью, коленвал начинает совершать вторую половину оборота. В этот момент поршень начинает подниматься из НМТ в ВМТ. При этом впускной клапан уже закрыт. Далее поршень сжимает смесь в герметично закрытом цилиндре. Чем больше уменьшается объем цилиндра, тем сильнее сжимается смесь. Результатом такого сжатия является повышение температуры смеси.
К тому времени, когда поршень подойдет к концу такта сжатия (практически дойдет до ВМТ), смесь в бензиновых двигателях воспламеняется от внешнего источника (электрическая искра на ). Затем топливный заряд сгорает, в результате в цилиндре резко повышается температура и давление. В этот момент поршень уже перемещается обратно из ВМТ в нижнюю мертвую точку, принимая на себя энергию расширяющихся газов.

Далее от поршня через энергия передается на , позволяя вращать коленчатый вал двигателя. Коленвал в это время делает третий по счету полуоборот, а движение поршня из ВМТ в НМТ называется рабочим ходом поршня.

Рабочие циклы двигателей внутреннего сгорания

Чтобы хорошо понять его работу, вы должны знать четыре раза о двигателе, и они следующие. Первый раз: на этой фазе спуск поршня всасывает смесь горючего воздуха в двигатели зажигания или воздух в двигателях с воспламенением от сжатия. В первый раз коленчатый вал вращается на 180º, а распределительный вал дает 90º, а впускной клапан открыт и его ход опускается. Второй раз: после достижения нижнего конца хода впускной клапан закрывается, сжимая газ содержащихся в камере путем подъема поршня. Во второй раз коленчатый вал дает 360º, а распределительный вал дает 180º, а также оба клапана закрыты и его гонка возрастает. В третий раз: при достижении конца верхнего хода газ достиг максимального давления. В обоих случаях, как только начинается сгорание, он быстро увеличивает температуру и давление внутри цилиндра и расширяет газы, которые толкают поршень. Это единственная фаза, в которой достигается работа. В это время коленчатый вал вращается на 180º, когда распредвал вращается, оба клапана закрыты и его ход опускается. В четвертый раз: на этой фазе поршень толкает в своем восходящем движении газы сгорания, которые выходят на через выпускной клапан, который остается открытым. При достижении максимальной точки верхнего хода выпускной клапан закрывается, и впускной клапан открывается, возобновляя цикл. В это время коленчатый вал вращается на 180º и вал 90º. Выпускной клапан остается закрытым, а впускной клапан открыт.
. Образ, который мы показываем выше, является примером 4-тактного двигателя.

После того, как поршень почти дойдет до НМТ в конце рабочего хода, происходит открытие выпускного клапана. После этого давление в цилиндре снижается, несколько падает и температура. Затем начинается такт выпуска. В это время коленчатый вал совершает последний полуоборот, при этом поршень снова поднимается из НМТ в ВМТ, буквально «выталкивая» отработавшие газы из цилиндра через открытый выпускной клапан в .

Работа четырехтактного дизельного ДВС

Видео о том, как работает 4-тактный двигатель

Конечно, вы заинтересованы в том, чтобы знать части двигателя, щелкните по следующей ссылке. Чтобы вы действительно поняли работу 4-тактного двигателя, мы оставляем этот видеоурок со всей необходимой информацией. Вы считаете это полезным?

Различия между 4-тактным двигателем и 2-тактным двигателем

Имеются ощутимые различия между четырьмя и двумя двигателями хода, наиболее очевидным является то, что двухтактный двигатель нуждается только в двух циклах для получения необходимой энергии, в то время как 4-тактный двигатель проходит через 4 фазы, которые мы уже объяснили, Помимо этого, гораздо проще в изготовлении, 2Т, а также способен обеспечить почти вдвое больше мощности 4-тактного двигателя.

Хотя дизель конструктивно похож на бензиновый мотор, в изначально сжимается только воздух, после чего прямо в камеру сгорания впрыскивается дизтопливо. При этом воспламенение такой смеси происходит самостоятельно (под большим давлением, а также в результате контакта с нагретым от сильного сжатия воздухом).

Простыми словами, воздух сначала сжимается и нагревается, в среднем, до 650 градусов по Цельсию. В самом конце такта сжатия в камеру сгорания топливная форсунка впрыскивает , затем смесь дизтоплива и воздуха самовоспламеняется.

Тем не менее, отрасль выбрала четырехтактные двигатели, главным образом потому, что они более надежные двигатели, имеют более длительный срок службы и, прежде всего, экологические и потребительские проблемы, поскольку 4-тактные двигатели более эффективны и вызывают менее загрязняющих выбросов, чем 2-тактные двигатели.

Еще одна очевидная разница между этими двигателями заключается в том, что они применяют. Автомобили используют 4-тактные двигатели, а 2-тактные двигатели — почти эксклюзивная местность для мотоциклов. Многие из тепловых машин, которые в настоящее время построены, оснащены двигателем, который называется четырехтактным двигателем.

С учетом данной особенности на такте впуска (поршень движется из ВМТ в НМТ), за счет разряжения в цилиндр подается воздух через открытый впускной клапан. Давление и температура воздуха в этот момент имеют низкие показатели.

Затем начинается сжатие, поршень поднимается из НМТ в верхнюю мертвую точку. Как и в случае с бензиновым мотором, впускной и выпускной клапаны полностью закрыты, что позволяет поршню сильно сжать воздух.

В цикле Отто рабочая жидкость представляет собой смесь воздуха и бензина, которая подвергается серии преобразований внутри цилиндра, снабженного поршнем. Процесс состоит из шести этапов. Поршень перемещается в так называемую нижнюю мертвую точку. 12 — Адиабатическое сжатие: смесь воздуха и бензина сжимается без обмена тепла снаружи. Работа, выполняемая смесью на этом этапе, отрицательна, поскольку она сжимается. 23 — Взрыв: свеча зажигания активирована, искра скачет и смесь загорается. Во время этого преобразования давление увеличивается до постоянного объема. 34 — Адиабатическое расширение: смесь расширяется адиабатически. Во время этого процесса химическая энергия, выделяемая во время сгорания, преобразуется в механическую энергию, поскольку работа при этом превращении является положительной. 41 — Изолированное охлаждение: на этом этапе давление уменьшается, и смесь охлаждается, выделяя тепло наружу. 10 — Выхлоп: выпускной клапан открывается, вытесняя продукты сгорания снаружи. В конце этого этапа процесс начинается снова.

В конце этого первого этапа впускной клапан закрывается.
Положение, которое достигает поршня, называется верхней мертвой точкой.

Подставляя в выражение производительности.

Обратите внимание, для дизельного двигателя очень важно, чтобы температура сжатого воздуха была достаточной для воспламенения топлива. По этой причине в дизельных ДВС намного выше, чем в бензиновых. Далее, когда поршень практически доходит до ВМТ, происходит топливный впрыск (момент впрыска дизельного двигателя).

Если учесть, что давление воздуха в цилиндре высокое (необходимо для его нагрева), дизельное топливо в момент впрыска должно также подаваться под очень высоким давлением. Фактически, форсунке нужно «продавить» солярку в камеру сгорания, в которой уже находится сильно сжатый поршнем и горячий воздух.

Получается подстановка в выражении выхода. Производительность, выраженная в отношении коэффициента сжатия. Чем выше коэффициент сжатия, тем выше производительность цикла Отто. На практике ни адиабатические преобразования цикла Отто не адиабатичны, ни преобразования предыдущей анимации, происходящие в постоянном объеме.

На следующем рисунке показан контур реального цикла Отто, наложенный на идеал, проанализированный в предыдущих разделах. На рисунке указаны приблизительно точки цикла, где происходит взрыв и побег соответственно. 0-1: вход; 1-2: сжатие; 2-3: сжигание; 3-4: расслабление; 4-1: выхлопные трубы.

Для решения этой задачи многие имеют ТНВД (). Также в схеме могут быть использованы насос-форсунки (форсунка и насос объединены в одно устройство). Еще существуют варианты, когда питание двигателя реализовано при помощи так называемого «аккумулятора» высокого давления. Речь идет о системах Common Rail.

После воспламенения заряда происходит расширение газов и начинается рабочий ход поршня. Температура в результате горения смеси повышается, происходит увеличение давления. Указанное давление газов «толкает» поршень, происходит рабочий ход. Завершающим этапом становится выпуск, когда поршень после совершения рабочего хода снова поднимается из НМТ в ВМТ. Затем весь описанный выше процесс (рабочий цикл двигателя) повторяется.

Цикл, представленный черной линией, представляет собой эквивалентный цикл «Топливно-воздушный цикл». Цикл, представленный красной линией, представляет собой текущий цикл. На данный момент происходит быстрое повышение давления при воспламенении. Мы находим, что между этими двумя циклами возникают различия: мы увидим, откуда эти пробелы, какие явления вмешиваются.

Синхронная работа нескольких цилиндров

Эти пробелы имеют разное происхождение. За исключением очень низких скоростей поршня, это значение утечки является незначительным для хорошо настроенных двигателей. Во время этого сгорания менее горячие поверхности камеры сгорания охлаждают газы и, таким образом, уменьшают сгорание.

Синхронная работа нескольких цилиндров

Выше были описан принцип работы ДВС, при этом рассматривались процессы в одном цилиндре. Однако, как известно, большинство двигателей являются многоцилиндровыми. Для того чтобы добиться ровной и синхронной работы всех цилиндров, рабочий ход поршня в каждом отдельном цилиндре должен происходить через равный промежуток времени (одинаковые углы поворота коленвала).

При этом последовательность, с которой чередуются одинаковые такты в разных цилиндрах, принято называть порядком работы ДВС (например, 1-2-4-3). На практике это выглядит таким образом, что после рабочего хода в цилиндре 1, далее рабочий ход происходит во втором, четвертом, а уже затем в третьем цилиндре.

В зависимости от компоновки двигателя и его конструктивных особенностей последовательность (порядок работы) может быть разной. Дело в том, что двигатели бывают не только рядными, но и V-образными.

Во втором случае такая компоновка позволяет разместить цилиндры под углом, при этом становится возможным увеличить общее количество цилиндров без увеличения самой длины блока цилиндра двигателя. Такое решение позволяет разместить мощный многоцилиндровый ДВС под капотом не только большого внедорожника или грузовика, но и легкового авто.

Двигатели внутреннего сгорания отличаются друг от друга рабочим циклом,
по которому они работают.

Рабочий цикл –
это комплекс последовательных рабочих процессов, периодически повторяющихся в каждом цилиндре при работе двигателя.

Рабочий процесс,
происходящий в цилиндре за один ход поршня, называется тактом.

По числу тактов,
составляющих рабочий цикл, двигатели делятся на два вида:

– четырехтактные,
в которых рабочий цикл совершается за четыре хода поршня,

– двухтактные,
в которых рабочий цикл совершается за два хода поршня.

На легковых автомобилях, как правило, применяются четырехтактные
двигатели, а на мотоциклах и моторных лодках – двухтактные.
О путешествиях по водным просторам поговорим как-нибудь потом, а с четырьмя тактами работы автомобильного двигателя разберемся сейчас.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя состоит из следующих тактов:

– впуск горючей смеси,

– сжатие рабочей смеси,

– рабочий ход,

– выпуск отработавших газов.

Рис. 8. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя:
а) впуск; б) сжатие; в) рабочий ход; г) выпуск

Первый такт
– впуск горючей смеси
(рис. 8а
).

Горючей смесью
называется смесь мелко распыленного бензина с воздухом в определенной пропорции. Приготовлением смеси в двигателе занимается карбюратор или форсунка, о чем мы поговорим чуть позже. А пока следует знать, что соотношение бензина к воздуху примерно 1:15
считается оптимальным для обеспечения нормального процесса сгорания.

При такте впуска поршень от верхней мертвой точки перемещается к нижней мертвой точке. Объем над поршнем увеличивается. Цилиндр заполняется горючей смесью через открытый впускной клапан. Иными словами, поршень всасывает горючую смесь.

Впуск смеси продолжается до тех пор, пока поршень не дойдет до нижней мертвой точки. За первый такт работы двигателя кривошип коленчатого вала поворачивается на пол-оборота.

В процессе заполнения цилиндра горючая
смесь перемешивается с остатками отработавших газов и меняет свое название, теперь эта смесь называется рабочая.

Второй такт
– сжатие рабочей смеси
(рис. 8б
).

При такте сжатия поршень от нижней мертвой точки перемещается к верхней мертвой точке. Оба клапана плотно закрыты, поэтому рабочая смесь сжимается.

Из школьной физики всем известно, что при сжатии газов их температура повышается. Давление в цилиндре над поршнем в конце такта сжатия достигает 9–10 кг/см², а температура 300–400°С.

В заводской инструкции к автомобилю можно увидеть один из параметров двигателя с названием – «степень сжатия» (например 8,5). А что это такое?

Степень сжатия
показывает, во сколько раз полный объем цилиндра больше объема камеры сгорания (Vn/Vc –
см. рис. 7). У бензиновых двигателей в конце такта сжатия объем над поршнем уменьшается в 8–11 раз.

В процессе такта сжатия коленчатый вал двигателя поворачивается на очередные пол-оборота. От начала первого такта и до окончания второго, он повернется уже на один оборот.

Третий такт
– рабочий ход
(рис. 8в
).

Во время третьего такта происходит преобразование выделяемой при сгорании рабочей смеси энергии в механическую работу. Давление от расширяющихся газов передается на поршень и затем, через шатун и кривошип, на коленчатый вал.

Вот откуда берется та сила, которая заставляет вращаться коленчатый вал двигателя и, в конечном итоге, ведущие колеса автомобиля.

В самом конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется от электрической искры, проскакивающей между электродами свечи зажигания. В начале такта рабочего хода сгорающая смесь начинает активно расширяться. Поскольку впускной и выпускной клапаны все еще закрыты, то расширяющимся газам остается только один единственный выход – давить на подвижный поршень.

Под действием давления, достигающего величины 50 кг/см², поршень начинает перемещаться к нижней мертвой точке. При этом на всю площадь поршня давит сила в несколько тонн, которая через шатун передается на кривошип коленчатого вала, создавая крутящий момент.

При такте рабочего хода температура в цилиндре достигает более 2000 градусов.

Коленчатый вал при рабочем ходе делает очередные пол-оборота.

Четвертый такт
– выпуск отработавших газов
(рис. 8г
).

При движении поршня от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке открывается выпускной клапан (впускной все еще закрыт), и отработавшие газы с огромной скоростью выбрасываются из цилиндра двигателя.

Вот почему слышен тот сильный грохот, когда по дороге движется автомобиль без глушителя, но об этом позже. А пока обратим внимание на коленчатый вал двигателя – при такте выпуска он делает еще пол-оборота. И всего, за четыре такта рабочего цикла, он сделал два полных оборота.

После такта выпуска начинается новый рабочий цикл, и все повторяется: впуск – сжатие – рабочий ход – выпуск. .. и так далее.

Теперь, интересно, кто из вас обратил внимание на то, что полезная механическая работа совершается одноцилиндровым двигателем только в течение одного такта – такта рабочего хода!
Остальные три такта (выпуск, впуск и сжатие) являются лишь подготовительными и совершаются они за счет кинетической энергии вращающихся по инерции коленчатого вала и маховика.

Маховик
(рис. 9)–
это массивный металлический диск, который крепится на коленчатом валу двигателя. Во время рабочего хода поршень через шатун и кривошип раскручивает коленчатый вал двигателя, который передает маховику запас энергии вращения.

Рис. 9. Коленчатый вал двигателя с маховиком:
1 –
шатунная шейка; 2 – противовес; 3 – маховик с зубчатым венцом; 4 – коренная (опорная) шейка; 5 – коленчатый вал двигателя

Запасенная в массе маховика энергия вращения позволяет ему в обратном порядке через коленчатый вал, шатун и поршень осуществлять подготовительные такты рабочего цикла двигателя. Поршень движется вверх (при такте выпуска и сжатия) и вниз (при такте впуска) именно за счет отдаваемой маховиком энергии.

Если двигатель имеет несколько цилиндров, работающих в определенном порядке, то подготовительные такты в одних цилиндрах совершаются за счет энергии, развиваемой в других, ну и маховик, конечно, тоже помогает.

В детстве у вас наверняка была игрушка, которая называлась волчок. Вы раскручивали его энергией своей руки
(рабочий ход
) и радостно наблюдали за тем, как долго он вращается. Точно так же и массивный маховик двигателя – раскрутившись, он запасает энергию, но только значительно большую, чем детская игрушка, а затем эта энергия используется для перемещения поршня в подготовительных тактах.

рабочие циклы, действит циклы ДВС

Замкнутые теоретические (идеальные)
циклы ДВС дают представление о протекании
процессов в реальных двигателях,
качественных зависимостях основных
показателей этих двигателей от различных
параметров циклов. В то же время
количественные значения параметров
реальных циклов весьма далеки от них в
силу целого ряда причин. На рис.2.1
представлены циклы Отто, Дизеля и
Тринклера, рассматриваемые при анализе
идеальных циклов ДВС.

Р
ис.2.1.
Идеальные циклы Отто, Дизеля и Тринклера

Методы расчета
действительных циклов

Замкнутые теоретические (идеальные)
циклы ДВС дают наглядное представление
о протекании процессов в реальных
двигателях, качественных зависимостях
основных показателей этих двигателей
от различных параметров циклов. В то же
время количественные значения параметров
реальных циклов весьма далеки от них в
силу целого ряда причин. Среди них, в
первую очередь, необходимо отметить
следующие.

1. Теплоемкость рабочего тела не постоянна,
как это принимается при рассмотрении
идеальных циклов, а существенно изменяется
с изменением состава и температуры
рабочего тела.

2. Процесс сгорания топлива в ДВС
происходит по достаточно сложным законам
и сопровождается интенсивным теплообменом.

3. Непрерывный интенсивный теплообмен
через стенки, головку цилиндров, поршни
и др. элементы конструкции.

4. Процессы газообмена, т. е. впуска и
выпуска рабочего тела.

5. Утечки рабочего тела.

6. Подогрев воздуха, поступающего в
двигатель.

Многие из перечисленных факторов удается
учесть при рассмотрении действительных
циклов, которые иногда называют
«разомкнутыми». Эти циклы, по сравнению
с идеальными, в значительно большей
степени отражают параметры реальных
двигателей, поскольку они учитывают
следующие факторы.

1. Процессы впуска и выпуска (изменения
температуры и давления рабочего тела,
а также гидравлические потери при этом
не учитываются).

2. Изменение состава рабочего тела в
течение протекания цикла, а также его
теплоемкости с изменениями температуры.

3. Зависимость показателей адиабат
сжатия и расширения от средней
теплоемкости.

4. Процесс сгорания топлива, а также
изменение молекулярного состава рабочего
тела.

5. Потери теплоты от химической неполноты
сгорания топлива, а также на подогрев
остаточных газов и избыточного воздуха.

В настоящее время разработаны методики
расчета подобных циклов, однако,
достаточно надежные и достоверные
результаты теплового расчета дают
только полуэмпирические методики
теплового расчета, учитывающие результаты
экспериментальных исследований,
накопленный опыт конструирования,
изготовления и эксплуатации двигателей.
В них расчет параметров и характеристик
ДВС осуществляется на основе детального
анализа процессов газообмена, сжатия,
смесеобразования и сгорания, расширения.

Р
ис.2.2.
Действительные циклы четырехтактных
и двухтактных ДВС

Основные сведения о
рабочих циклах двс

Рабочий цикл карбюраторного
четырехтактного двигателя.

Такт впуска. Поршень движется от
верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней
мертвой точке (НМТ), создавая разрежение
в полости цилиндра, над собой. Впускной
клапан открыт, и цилиндр заполняется
горючей смесью. Горючая смесь, перемешиваясь
с остаточными газами в цилиндре, образует
рабочую смесь. Из-за гидравлического
сопротивления впускного тракта и нагрева
смеси, давление в конце такта впуска
составляет примерно 0,07-0,09 МПА, а
температура 100-130°С.

Такт сжатия. Поршень движется от
НМТ к ВМТ. Впускной и выпускной клапаны
закрыты. Рабочая смесь в цилиндре
сжимается до 0,7 -1,5 МПа. Температура
сжатой смеси достигает 300-450^ОС. В
конце такта сжатая смесь воспламеняется
электрической искрой. В процессе сгорания
топлива давление в цилиндре повышается
до 3,0-4,5 МПа, а температура газов до
1900-2400°С.

Такт расширения. Иногда его называют
рабочим ходом. Начинается движением
поршня от ВМТ к НМТ под действием давления
образовавшихся продуктов сгорания. Оба
клапана закрыты. Шарнирно связанный с
поршнем шатун приводит во вращение
коленчатый вал, совершая полезную
работу. К концу такта расширения давление
газов уменьшается до 0,3-0,5 МПа, а температура
до 1000 — 1200°С.

Такт выпуска. Поршень движется от
НМТ к ВМТ. Через открытый выпускной
клапан отработавшие газы выходят из
цилиндра в атмосферу через выпускную
трубу. К концу такта выпуска давление
в цилиндре составляет около 0,11-0,12 МПа,
а температура 500-800°С.

После прохождения поршнем ВМТ закрывается
выпускной клапан и рабочий цикл
завершается. Последующее движение
поршня к НМТ — такт впуска — является
началом следующего цикла.

Цикл
четырехтактного дизеля

В дизеле в отличие от карбюраторного
двигателя воздух и топливо в цилиндры
вводятся раздельно.

Такт впуска. Поршень двигается от
ВМТ к НМТ, впускной клапан открыт и в
цилиндр поступает воздух либо за счет
разрежения в цилиндре, либо за счет
избыточного давления воздуха, создаваемого
нагнетателем у дизеля с наддувом.
Давление в конце такта впуска у дизеля
без наддува 0,08-0,09 МПа, а температура
воздуха 50-80^ОС.

Такт сжатия. Оба клапана закрыты.
Поршень двигателя от НМТ к ВМТ и сжимает
воздух, перемешанный с остаточными
продуктами сгорания. Из-за большой
степени сжатия (14-21) давление воздуха в
конце этого такта достигает 3,5-4,0 МПа, а
температура 500-700°С. При этом положении
поршня в камеру сгорания впрыскивается
мелко распыленное топливо, которое,
попадая в среду сильно нагретого воздуха,
нагревается, испаряется, воспламеняется
и сгорает. Давление газов повышается
до 5,5-9,0 МПа, а температура до 1600-2000°С.

Такт расширения. Оба клапана закрыты.
Продукты сгорания, стремясь расшириться,
давят на поршень, заставляя его
перемещаться от ВМТ к НМТ. В такте
расширения догорает оставшаяся часть
топлива. К концу такта расширения
давление газов уменьшается до 0,3-0,4 МПа,
а температура до 600-900°С.

Такт выпуска. Поршень движется от
НМТ к ВМТ. Через открытый выпускной
клапан отработавшие газы выталкиваются
в атмосферу. Давление газов в конце
такта выпуска составляет 0,11-0,12 МПа, а
температура 400 — 600⁰С. Затем рабочий
цикл повторяется.

У вышеописанных четырехтактных двигателей
при выполнении тактов выпуска, впуска
и сжатия необходимо перемещать поршень,
вращая коленчатый вал. Эти такты
называются подготовительными и
осуществляются за счет кинетической
энергии, накопленной маховиком двигателя
в течение такта расширения.

Рабочий
цикл двухтактного карбюраторного
двигателя

В двухтактных двигателях для вытеснения
отработавших газов из цилиндра используют
принудительное вдувание воздуха или
горючей смеси в цилиндр. Такой процесс
называется продувкой. Продувка может
осуществляться различными способами.
Рассмотрим работу двухтактного
карбюраторного двигателя с
кривошипно-камерной продувкой. Когда
поршень находится в положении близком
в ВМТ камера сгорания заполнена сжатой
рабочей смесью, кривошипная камера
заполнена свежей порцией горючей смеси.
В этот момент рабочая смесь в цилиндре
воспламеняется электрической искрой
от свечи. Давление газов резко возрастает,
и поршень начинает перемещаться к НМТ
— совершается рабочий ход. Когда поршень
закроет впускное окно, в кривошипной
камере начнется сжатие горючей смеси.
Следовательно, при движении поршня к
НМТ одновременно совершаются такты
расширения и сжатия горючей смеси в
кривошипной камере. В конце рабочего
хода поршень открывает выпускное окно,
через которое отработавшие газы с
большой скоростью выходят в атмосферу.
Давление в цилиндре быстро понижается.
К моменту открытия продувочного окна
давление сжатой горючей смеси в
кривошипной камере становится выше,
чем давление отработавших газов в
цилиндре. Поэтому горючая смесь из
кривошипной камеры по каналу попадает
в цилиндр и, наполняя его, выталкивает
остатки отработавших газов через
выпускное окно в атмосферу.

Второй такт происходит при движении
поршня от НМТ к ВМТ. В начале хода из
цилиндра продолжают вытесняться
оставшиеся продукты сгорания вместе с
частью рабочей смеси. Затем поршень
последовательно перекрывает продувочное
окно и выпускное окно. После этого в
цилиндре начинается сжатие рабочей
смеси. В это же время за счет освобождения
поршнем некоторого объема в герметически
закрытой кривошипной камере создается
разрежение. Поэтому, как только нижняя
кромка юбки поршня откроет впускное
окно, через него из карбюратора в
кривошипную камеру поступает горючая
смесь. Таким образом, во время второго
такта происходит сжатие рабочей смеси
в цилиндре и заполнение камеры новой
порцией горючей смеси из карбюратора.
После прихода поршня к ВМТ все процессы
повторяются в такой же последовательности.

Кривошипно-камерная продувка наиболее
проста, но наименее совершенна, так как
при этом недостаточно полно осуществляется
очистка цилиндра от продуктов сгорания.
Поэтому она применяется только в
двигателях малой мощности с небольшим
абсолютным расходом топлива (двигатели
мотоциклов, лодочные, модельные и т.п.).
В строительных машинах и на транспорте
подобные схемы используются в пусковых
карбюраторных двигателях.

Цикл
двухтактного дизеля

Протекает аналогично рабочему циклу
двухтактного карбюраторного двигателя
и отличается только тем, что у дизеля в
цилиндре поступает не горючая смесь, а
чистый воздух и в конце процесса сжатия
впрыскивается топливо, которое
воспламеняется от соприкосновения с
нагретым воздухом. Так как в дизелях
продувка осуществляется чистым воздухом,
а не горючей смесью, они оказываются
более экономичными по сравнению с
карбюраторными двигателями.

Рабочий цикл четырехтактного и двухтактного двигателей: описание и принцип работы

Процессы, протекающие в цилиндрах двигателя при его работе, повторяются циклично. Одним таким рабочим циклом считается совокупность тактов (впуск топливовоздушной смеси, сжатие, воспламенение и расширение газов, а также выпуск продуктов сгорания), обеспечивающая переход тепловой энергии, выделяемой при воспламенении одной порции смеси, непосредственно в работу. О том, что представляют собой рабочие циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания, пойдет речь далее.

Что такое мертвые точки и такты ДВС
Как работает четырехтактный двигатель
Особенности работы двухтактных моторов

Что такое мертвые точки и такты ДВС

Количество этапов, входящих в один рабочий цикл ДВС (двигателя внутреннего сгорания), принято считать исходя из числа ходов поршня в цилиндре. Такие этапы получили название такты двигателя. Непосредственно ход поршня определяется его перемещением из одной крайней точки в другую. Они получили наименование мертвые, поскольку если в такой точке произойдет остановка поршня, он не сможет начать движение без внешнего воздействия. Простыми словами мертвые точки – это позиции, при которых движение в текущем направлении поршня прекращается и он начинает обратный ход.

Мертвые точки и ход поршня ДВС

Существуют две мертвые точки:

Нижняя (НМТ) – положение, при котором расстояние между поршнем и осью вращения коленвала минимально.
Верхняя (ВМТ) – положение, при котором цилиндр находится на максимальном удалении от оси вращения коленвала двигателя.

В англоязычной документации ВМТ обозначается как TDC (Top Dead Centre), А НМТ – BDC (Bottom Dead Centre).

Существуют двигатели, рабочий цикл которых может состоять из двух, а также из четырех тактов. Исходя из этого их разделяют на двухтактные и четырехтактные моторы.

Как работает четырехтактный двигатель

Конструктивно рабочий цикл типового четырехтактного агрегата обеспечивается работой следующих элементов:

цилиндр;
поршень – выполняет возвратно-поступательные движения внутри цилиндра;
клапан впуска – управляет процессом подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания;
клапан выпуска – управляет процессом выброса отработавших газов из цилиндра;
свеча зажигания – осуществляет воспламенение образовавшейся топливовоздушной смеси;
коленчатый вал;
распределительный вал – управляет открытием и закрытием клапанов;
ременной или цепной привод;
кривошипно-шатунный механизм – переводит движение поршня во вращение коленчатого вала.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя

Рабочий цикл такого механизма состоит из четырех тактов, в ходе которых реализуются следующие процессы:

Впуск (нагнетание топлива и воздуха). В начале цикла поршень находится в ВМТ. В момент, когда коленвал начинает вращаться, он воздействует на поршень и переводит его в НМТ. Это приводит к образованию разрежения в камере цилиндра. Распредвал воздействует на клапан впуска, постепенно открывая его. Когда поршень оказывается в крайнем положении клапан полностью открыт, в результате чего происходит интенсивное нагнетание топлива и воздуха в камеру цилиндра.
Сжатие (увеличение давления горючей смеси). На втором этапе поршень начинает обратное перемещение к верхней мертвой точке такта сжатия. Коленвал совершает еще один поворот, а оба клапана полностью закрыты. Внутреннее давление увеличивается до величины 1,8 МПа и повышается температура горючей смеси до 600 С°.
Расширение (рабочий ход). При достижении верхней позиции поршнем в камере сгорания устанавливается максимальная компрессия до 5 МПа и срабатывает свеча зажигания. Это приводит к возгоранию смеси и увеличению температуры до 2500 С°. Давление и температура приводят к интенсивному воздействию на поршень, и он начинает вновь перемещаться к НМТ. Коленвал совершает еще поворот, и таким образом, тепловая энергия переходит в полезную работу. Распредвал открывает выпускной клапан, и при достижении поршнем НМТ он полностью раскрыт. В результате отработавшие газы начинают постепенно выходить из камеры, а давление и температура снижаются.
Выпуск (удаление отработавших газов). Коленвал двигателя поворачивается, и поршень начинает движение в верхнюю точку. Это приводит к выталкиванию отработавших газов и еще большему снижению температуры и уменьшению давления до 0,1 МПа. Далее, начинается новый цикл, в ходе которого указанные процессы вновь повторяются.

В ходе каждого такта коленчатый вал двигателя совершает поворот на 180°. За полный рабочий цикл коленвал поворачивается на 720°.

Четырехтактный двигатель получил широкое распространение. Он может работать как с бензином, так и с дизельным топливом. Отличием рабочего цикла для дизеля является то, что воспламенение топливовоздушной смеси происходит не от искры, а от высокого давления и температуры в конечной точке такта сжатия.

Особенности работы двухтактных моторов

Основой того, чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного, можно назвать тот факт, что в первом за один рабочий цикл коленвал совершает два оборота, а во втором весь рабочий цикл укладывается в один оборот коленвала (360°). Поршень при этом совершает лишь два хода. Процессы, происходящие в камере сгорания в течение рабочего цикла у двухтактного мотора, не отличаются от четырехтактных, но впуск горючей смеси и выпуск отработавших газов выполняются одновременно с тактами сжатия и расширения.

Процесс одновременного удаления отработавших газов и нагнетания в цилиндр свежего заряда, происходящий в двухтактном двигателе, получил название продувка.

Принцип работы простейшего двухтактного двигателя заключается в следующем:

Такт сжатия. В начале цикла поршень находится в НМТ и движется в положение ВМТ такта сжатия. При этом происходит перекрытие окна продувки (впуска), а затем канала выпуска. В момент, когда поршень закрывает окно выпуска, начинается сжатие горючей смеси, и в пространстве под поршнем возникает разрежение. Это обеспечивает нагнетание топлива в камеру через приоткрытый клапан впуска.
Такт расширения (рабочего хода). Когда поршень приближается к ВМТ, происходит срабатывание свечи зажигания, и горючая смесь воспламеняется. Это провоцирует резкое повышение давления и температуры, в результате чего поршень начинает движение вниз. Таким образом, газы совершают полезную работу, а поршень при движении к НМТ увеличивает компрессию топливовоздушной смеси. С ростом давления клапан начинает закрываться и препятствует попаданию горючей смеси во впускной коллектор. При достижении поршнем выпускного окна, происходит открытие последнего, и отработавшие газы удаляются в систему выхлопа. Давление в камере снижается, а дальнейшее движение поршня открывает канал продувки и топливовоздушная смесь подается в камеру, вытесняя отработавшие газы.

В зависимости от того, как реализована система продувки в устройстве двухтактного двигателя, их разделяют на разные типы:

С контурной кривошипно-камерной продувкой. Горючая смесь подается в камеру цилиндра напрямую из картера двигателя. При этом она всасывается в момент движения поршня к ВМТ, а при движении поршня к НМТ обеспечивается продувка за счет избыточного давления.
С клапанно-щелевой продувкой. Применяется для одноцилиндровых двигателей. Газораспределение реализуется путем перекрытия окон, выполненных в стенке цилиндра.
С прямоточной продувкой. В такой конструкции впуск выполняется через специальные продувочные окна, выполненные по окружности цилиндра в его нижней части. В свою очередь, выпуск реализуется через выхлопной клапан.
С использованием продувочных насосов. Применяется на многоцилиндровых двухтактных двигателях. При этом воздух для продувки сжимается специальным компрессором.

В отличие от четырехтактного, двухтактный двигатель не имеет системы газораспределения. Не требуют такие конструкции и организации сложной системы смазки. С другой стороны, четырехтактные моторы более экономичны по расходу топлива, а также меньше подвержены вибрации и обеспечивают более чистый выхлоп.

Рабочий цикл ДВС: что нужно знать

Работа такого мотора основана на том, что во время сгорания топлива происходит расширение газов. Указанные газы становятся причиной роста давления в цилиндре, благодаря чему поршень получает «толчок». Затем энергия, переданная на поршень, преобразуется в механическую работу. Давайте рассмотрим принцип работы двигателя, а также рабочие циклы более подробно.

Как работает четырехтактный бензиновый двигатель

На такте впуска коленчатый вал двигателя делает первую половину оборота, при этом поршень из ВМТ движется в НМТ. В этот момент открыт впускной клапан, а выпускной клапан закрыт. При движении поршня вниз в цилиндре образуется разрежение, в результате чего в цилиндр «засасывается» топливно-воздушная смесь через открытый впускной клапан. Рабочая смесь состоит из воздуха и распыленного топлива (в некоторых двигателях на такте впуска поступает только воздух).
Следующим тактом является сжатие. После того, как произойдет наполнение цилиндра топливно-воздушной смесью, коленвал начинает совершать вторую половину оборота. В этот момент поршень начинает подниматься из НМТ в ВМТ. При этом впускной клапан уже закрыт. Далее поршень сжимает смесь в герметично закрытом цилиндре. Чем больше уменьшается объем цилиндра, тем сильнее сжимается смесь. Результатом такого сжатия является повышение температуры смеси.
К тому времени, когда поршень подойдет к концу такта сжатия (практически дойдет до ВМТ), смесь в бензиновых двигателях воспламеняется от внешнего источника (электрическая искра на свече зажигания). Затем топливный заряд сгорает, в результате в цилиндре резко повышается температура и давление. В этот момент поршень уже перемещается обратно из ВМТ в нижнюю мертвую точку, принимая на себя энергию расширяющихся газов.

После того, как поршень почти дойдет до НМТ в конце рабочего хода, происходит открытие выпускного клапана. После этого давление в цилиндре снижается, несколько падает и температура. Затем начинается такт выпуска. В это время коленчатый вал совершает последний полуоборот, при этом поршень снова поднимается из НМТ в ВМТ, буквально «выталкивая» отработавшие газы из цилиндра через открытый выпускной клапан в выпускной коллектор.

Работа четырехтактного дизельного ДВС

Хотя дизель конструктивно похож на бензиновый мотор, в дизельных двигателях изначально сжимается только воздух, после чего прямо в камеру сгорания впрыскивается дизтопливо. При этом воспламенение такой смеси происходит самостоятельно (под большим давлением, а также в результате контакта с нагретым от сильного сжатия воздухом).

Простыми словами, воздух сначала сжимается и нагревается, в среднем, до 650 градусов по Цельсию. В самом конце такта сжатия в камеру сгорания топливная форсунка впрыскивает солярку, затем смесь дизтоплива и воздуха самовоспламеняется.

Для решения этой задачи многие системы питания дизельного двигателя имеют ТНВД (топливный насос высокого давления). Также в схеме могут быть использованы насос-форсунки (форсунка и насос объединены в одно устройство). Еще существуют варианты, когда питание двигателя реализовано при помощи так называемого «аккумулятора» высокого давления. Речь идет о системах Common Rail.

Синхронная работа нескольких цилиндров

Обороты и мотресурс двигателя. Недостатки езды на низких и высоких оборотах. На каком количестве оборотов мотора ездить лучше всего. Советы и рекомендации.

Зависимость мощности и крутящего момента двигателя от числа оборотов коленвала. Крутящий момент бензинового и дизельного ДВС, полка момента, эластичность.

Что означает понятие объем двигателя. Определение рабочего объема мотора. Классы авто в зависимости от объема ДВС, плюсы и минусы большого объема двигателя.

Что нужно знать об электромобилях. Устройство машин с электродвигателем, основные характеристики. Эксплуатация и обслуживание в теории и на практике.

Почему дизельный мотор имеет больший коэффициент полезного действия по сравнению с двигателями на бензине. Крутящий момент и обороты, энергия дизтоплива.

Виды двигателей внутреннего сгорания, отличия различных типов ДВС. Особенности компоновки, объем двигателя, мощность, крутящий момент и другие параметры.

КАК РАБОТАЕТ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

В данном разделе рассматривается принцип работы двигателя внутреннего сгорания на примере одноцилиндрового бензинового мотора.

Главная часть двигателя внутреннего сгорания — это цилиндр с внутренней зеркальной поверхностью. Сверху на цилиндре установлена головка, которая является отдельной деталью и при необходимости снимается, например чтобы получить доступ к двигателю для проведения ремонтных работ (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Двигатель со снятой головкой блока цилиндров.

Внутри цилиндра находится поршень. Внешне он напоминает обычный стакан, который перевернут вверх дном (именно дно поршня является его рабочей поверхностью). В процессе работы двигателя поршень внутри цилиндра перемещается вертикально вверх- вниз с высокой интенсивностью.

Снаружи по окружности поршня в отдельных канавках расположены поршневые кольца. Поршень прилегает к внутренней поверхности цилиндра неплотно. Поршневые кольца, во-первых, препятствуют попаданию вниз газа, образующегося при работе двигателя, во- вторых, не пропускают моторное масло в камеру сгорания, которая находится над поршнем и расположена над верхней мертвой точкой (о том, что это такое, рассказывается далее).

Поршень закреплен на шатуне с помощью специальной детали, которая называется поршневым пальцем. В свою очередь, шатун закреплен на коленчатом валу двигателя, а точнее — на кривошипе коленчатого вала (рис. 1.3). При сгорании рабочей смеси образующиеся газы оказывают сильное давление на поршень, который начинает двигаться вниз и через шатун передает свою энергию на коленчатый вал, что в результате вынуждает его вращаться.

Рис. 1.3. Поршень с шатуном.

На конце коленчатого вала имеется тяжелый металлический диск с зубьями, который называется маховиком. Основная его задача — обеспечить вращение коленчатого вала по инерции, что необходимо для подготовительных тактов рабочего цикла (о том, что такое «такты» и «рабочий цикл», будет рассказано далее).

Горючая смесь поступает в камеру сгорания через впускной клапан, а после сгорания продукты горения, которые представляют собой выхлопные газы, выходят из камеры сгорания через выпускной клапан. Оба клапана открываются в тот момент, когда их толкает соответствующий кулачок распределительного вала. Как только кулачок отходит назад (это происходит очень быстро, так как распределительный вал вращается с высокой скоростью), клапаны вновь плотно закрываются: их возвращают в исходное положение мощные пружины.

Распределительный вал двигателя приводится в действие коленчатым валом.

Свеча вкручивается непосредственно в головку блока цилиндров: для этого специально предназначено отверстие с резьбой. Свеча является источником искры, которая проскакивает между ее электродами, от нее в камере сгорания воспламеняется рабочая смесь. На каждый цилиндр двигателя приходится одна свеча (следовательно, у четырехцилиндрового двигателя имеется четыре свечи, у восьми-цилиндрового — восемь и т. д.).

При движении вверх-вниз поршень поочередно достигает двух крайних положений — верхнего и нижнего: в них он максимально удален от центральной оси коленчатого вала. Верхнее крайнее положение поршня называется верхней мертвой точкой, а нижнее — нижней мертвой точкой (соответственно ВМТ и НМТ). Расстояние между ВМТ и НМТ называется ходом поршня.

Пространство, которое остается над поршнем при его нахождении в ВМТ, называется камерой сгорания. Именно здесь воспламеняется и сгорает рабочая смесь. При этом возникает своеобразный «мини-взрыв», который сопровождается резким и сильным повышением давления, под воздействием которого поршень начинает двигаться вниз. Как раз в этот момент тепловая энергия превращается в механическую. При вертикальном движении вниз поршень через шатун толкает коленчатый вал, заставляя его вращаться. Образовавшийся крутящий момент передается на ведущие колеса автомобиля, которые и приводят машину в движение.

Объем в промежутке между ВМТ и НМТ называется рабочим объемом цилиндра. Если суммировать объем камеры сгорания (как указывалось, так называется пространство над ВМТ) и рабочий объем цилиндра, получится полный объем цилиндра. Сумма полных объемов всех цилиндров называется рабочим объемом двигателя.

По такому принципу работает двигатель внутреннего сгорания современного автомобиля. Далее рассмотрено, что представляет собой рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания.

РАБОЧИЙ ЦИКЛ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Рабочий цикл — это строгая последовательность рабочих процессов (тактов), периодически повторяющихся в каждом цилиндре. Каждый такт соответствует одному проходу поршня.

Двигатели внутреннего сгорания бывают четырехтактными и двухтактными. Принципиальная разница между ними заключается в следующем: в четырехтактном двигателе один рабочий цикл происходит за четыре хода поршня, а в двухтактном — за два хода. Двухтактные двигатели используются в основном на мотоциклах, моторных лодках, скутерах и т. п. Поэтому здесь будем вести речь о четырехтактном двигателе внутреннего сгорания — именно такими моторами оснащаются легковые автомобили.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя внутреннего сгорания включает в себя следующие такты.

1. Первый такт — впуск горючей смеси в цилиндр двигателя. Нужно сказать, что в цилиндре происходит сгорание топлива не в чистом виде, а смеси его паров с воздухом (горючая смесь). В советских автомобилях за приготовление такой смеси отвечал специальный прибор — карбюратор. Однако в современных автомобилях карбюраторы давно не применяются — данный процесс контролируется электроникой (прибором, который называется инжектор).

Для бензинового двигателя внутреннего сгорания оптимальной является горючая смесь, состоящая из 1 части бензина и 15 частей воздуха (то есть 1:15).

Горючая смесь попадает в цилиндр при открывшемся впускном клапане (напомню, что в нужный момент на него давит кулачок распределительного вала). В момент открытия впускного клапана поршень всегда расположен в ВМТ и начинает перемещаться вниз к НМТ. При этом над поршнем возникает разрежение, под воздействием которого в цилиндр поступает горючая смесь. Иными словами, при движении вниз к НМТ поршень засасывает горючую смесь в цилиндр через открывшийся впускной клапан. Как только поршень достигнет НМТ, клапан под воздействием мощной пружины возвращается на прежнее место и плотно закрывает впускное отверстие.

Когда горючая смесь попадает в цилиндр, она перемешивается с остатками имеющихся в нем выхлопных газов. Такая смесь называется рабочей, и именно она будет сгорать в камере сгорания.

На протяжении первого такта работы мотора кривошип коленчатого вала (рис. 1.4) проворачивается на пол-оборота.

Рис. 1.4. Коленчатый вал двигателя.

2. Исходное положение для начала второго такта таково: поршень находится в НМТ, впускной клапан плотно закрыт, цилиндр заполнен рабочей смесью. Во время второго такта поршень перемещается от НМТ к ВМТ, сжимая в процессе этого находящуюся в цилиндре рабочую смесь.

Опытным водителям хорошо знакомо такое понятие, как степень сжатия. Данный показатель информирует о том, во сколько раз сокращается объем рабочей смеси при достижении поршнем ВМТ. Отмечу, что степень сжатия — одна из наиболее значимых технических характеристик любого автомобиля.

В процессе сжатия рабочей смеси ее температура существенно повышается. При достижении поршнем ВМТ она равняется примерно +300… 400 °С. Что касается давления внутри цилиндра, то оно при этом составляет порядка 9-10 кг/см.

Второй такт заканчивается при достижении поршнем ВМТ. В этот момент рабочая смесь максимально сжата. За второй такт кривошип коленчатого вала проворачивается еще на пол-оборота. Следовательно, за два такта коленчатый вал делает один полный оборот.

3. Как отмечалось ранее, принцип работы двигателя внутреннего сгорания заключается в преобразовании тепловой энергии в механическую. Это происходит на третьем этапе работы двигателя, который называется рабочим ходом. Когда поршень находится в ВМТ, а рабочая смесь максимально сжата, между электродами свечи зажигания возникает электрическая искра, что вызывает воспламенение рабочей смеси (это происходит в камере сгорания). В результате на поршень, находящийся в ВМТ, оказывается мощное давление. Клапаны в этот момент плотно закрыты, продуктам горения деваться некуда, и именно они давят на поршень, который под воздействием этого давления вынужден двигаться вниз к НМТ. При этом он передает энергию своего движения через шатун на кривошип коленчатого вала, тем самым вынуждая его вращаться. Именно это вращение является движущей силой автомобиля.

Давление на поршень во время третьего такта рабочего цикла двигателя достигает 40 кг/см.

Во время третьего такта коленчатый вал двигателя проворачивается еще на пол-оборота.

4. Последний, четвертый такт рабочего цикла — выпуск отработанных газов. Он начинается, когда после третьего такта поршень находится в НМТ и начинает двигаться вверх. В этот момент под воздействием соответствующего кулачка распределительного вала открывается выпускной клапан и движущийся вверх поршень выдавливает выхлопные газы из цилиндра. Сразу после этого клапан плотно закрывает выпускное отверстие. Затем выхлопные газы через глушитель и выхлопную трубу выводятся наружу.

Четвертый такт завершается, когда поршень достиг ВМТ и плотно закрылся выпускной клапан.

В течение четвертого такта коленчатый вал проворачивается еще на пол-оборота. Следовательно, за четыре такта работы (на протяжении одного рабочего цикла) коленчатый вал делает два полных оборота.

После четвертого такта опять начинается первый такт и т. д.

СИСТЕМА ПИТАНИЯ

Система питания является одной из ключевых систем двигателя внутреннего сгорания, поэтому от ее исправности и технического состояния, а также от качества используемого топлива напрямую зависит мощность и надежность двигателя, а также возможность его быстрого запуска.

Внимание!

Практически любая неисправность системы питания влечет за собой повышение расхода топлива и, как следствие, снижение экономичности автомобиля.

Среди наиболее характерных признаков, свидетельствующих о наличии неполадок в системе питания, можно отметить резкий запах топлива, а также наличие подтеканий из топливной системы. О неисправностях в топливной системе также может говорить трудный запуск двигателя, его нестабильная работа в разных режимах, а также слишком высокий расход топлива.

Состав выхлопных газов может рассказать о состоянии системы питания. Например, неполадки часто приводят к образованию слишком богатой либо наоборот — слишком бедной рабочей смеси, что в конечном счете отражается на содержимом выхлопных газов.

При диагностике системы питания следует учесть, что отклонения в показателях какого- либо параметра могут быть обусловлены сразу несколькими неполадками. В частности, повышенное потребление топлива случается из-за неисправностей в кривошипно¬шатунном либо газораспределительном механизме, из-за неполадок в системе зажигания, а также при наличии некоторых неисправностей подвески. Результаты диагностики в такой ситуации будут достоверными только тогда, когда точно известно техническое состояние каждого из названных узлов и агрегатов.

При диагностике системы питания работники автосервисов и СТО нередко «разводят на деньги» своих клиентов. Подобное мошенничество базируется на том, что кислородный датчик может оказывать существенное влияние на экономичность потребления топлива автомобилем. Исправность этого прибора водитель самостоятельно проверить не может, если только не является большим докой в устройстве современного автомобиля.

Когда клиент на СТО жалуется, что его автомобиль стал в последнее время слишком «прожорлив», ему сразу же предлагают пройти диагностику. Стоимость такой процедуры зависит от конкретной СТО, но в среднем она составляет порядка $15–20. Результат проверки почти всегда один и тот же: строгим тоном, не терпящим возражений, клиенту заявляют, что в его машине неисправен датчик кислорода. В наличии таких датчиков, само собой, сейчас нет, поэтому придется заказывать новый из-за границы. На робкий вопрос клиента относительно цены нового кислородного датчика механик авторитетно заявляет: «Вообще-то это дорого, но для вас сделаем всего за $350».

Расчет в данном случае простой: подавляющее большинство клиентов не пожелают выкладывать такую сумму за датчик кислорода и просто смирятся с возросшей «прожорливостью» своего автомобиля. Деньги, уплаченные за диагностику, разумеется, вам никто не вернет. На такой псевдо-диагностике в настоящее время делается очень неплохой «навар». Стоит ли говорить о том, что на самом деле неисправность, ставшая причиной высокого потребления топлива, может заключаться совершенно в другом, и устранить ее можно быстро и недорого. Вот только заниматься этим работники российских автосервисов не хотят: куда проще «содрать» с клиента $350, чем чинить его машину за меньшие деньги.

На вопрос клиента, что именно стало причиной выхода из строя кислородного датчика, может последовать много ответов: здесь и плохое качество российского топлива (об этом наши соотечественники знают чуть ли не с детского сада), и этилированный бензин, из-за которого датчик приходит в негодность практически сразу же, и морозные российские зимы и т. п. Практически все эти утверждения в большинстве случаев не имеют ничего общего с реальностью, иначе все автомобилисты в России ездили бы с неисправными датчиками либо меняли эти датчики едва ли не каждую неделю.

Конечно, никто не берется утверждать, что датчик кислорода не влияет на потребление топлива. Иногда он действительно является виновником его повышенного расхода, причем в исправном состоянии. Вот наиболее простой пример: в автомобиле поврежден воздухопровод и имеет место нештатный подсос воздуха. В таком случае кислородный датчик распознает лишний воздух как слишком бедную рабочую смесь и добавляет в нее топливо, чтобы довести до кондиции.

Как же определить, имеется ли в машине нештатный подсос воздуха?

Это несложно. Возьмите обыкновенный аэрозоль, содержащий горючую смесь (они обычно используются для промывки карбюратора), заведите мотор и направьте из баллончика струю в то место, в котором, как вы подозреваете, имеется нештатное проникновение воздуха. Если ваши подозрения подтвердятся, то у двигателя самопроизвольно повысятся обороты (поскольку через место, куда обычно попадает лишний воздух, сейчас проникает струя горючей смеси из аэрозоля).

Источник Источник http://techautoport.ru/dvigatel/teoriya/rabochiy-cikl. html
Источник Источник http://krutimotor.ru/rabochij-tsikl-dvigatelya-chto-eto/
Источник http://seite1.ru/zapchasti/dvigatel-vnutrennego-sgoraniya-rabochij-ciklkak-rabotaetsistema-pitaniya-dvsfotovideo/.html

Принцип работы четырехтактного карбюраторного двигателя

30.04.2021

Карбюраторный двигатель

Карбюраторный двигатель — это отдельный вид двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с наружным формированием смеси. В карбюраторном двигателе внутреннего сгорания горючая смесь по коллектору проходит в цилиндры двигателя и вырабатывается в карбюраторе.

Карбюратор — конструкция в системе питания двигателей внутреннего сгорания, которая служит для перемешивания бензина с воздухом, образовывает горючую смесь и корректирует ее потребление. На сегодняшний день карбюраторные системы заменяются инжекторными.

Смесь представляет собой пары бензина смешанные с воздухом. Когда она проходит в цилиндры двигателя происходит перемешивание с отработанными газами и образование рабочей смеси, которая в конкретный момент поджигается системой зажигания. Поджигание смеси производится благодаря тому, что бензин поступает в газообразном виде и имеется достаточное количество воздуха для горения.

Карбюраторные двигатели подразделяются на четырехтактные и двухтактные. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя складывается из четырех тактов, они состоят из четырех полуоборотов коленчатого вала; двухтактные же состоят из двух полуоборотов коленчатого вала. Двухтактные двигатели наиболее легкие и получили свое применение в мотоциклах, мотокультиваторах, бензопилах и в других аппаратах.

Двигатели этого типа делятся на два подтипа:

Атмосферные, где рабочая смесь проходит благодаря разреживанию в цилиндре при вбирающем движении поршня;
Двигатели с наддувом. В них запуск горючей смеси в цилиндр осуществляется под воздействием давления, которое производится компрессором для расширения мощности двигателя. В различные времена использовались спирт, газ, керосин, бензин, но наиболее используемыми остались бензиновые и газовые двигатели.

Устройство карбюраторного двигателя

Общее устройство наиболее простого карбюратора заключает в себе поплавковую камеру с поплавком, жиклёр с распылителем, диффузор и дроссельную заслонку.

Если рассмотреть строение двигателя Л-12/4, то в блоке имеется четыре цилиндра. Вращение коленвала происходит на трех подшипниках. Центральный подшипник прикреплен к валу втулкой. На передней части вала прикрепляется маховик, который приводит в действие детали механизма и скапливает кинетическую энергию, она нужна для движения коленвала в период подготовительных тактов.

Смазка деталей происходит благодаря разбрызгиванию, шестеренчатый насос помогает началу движения распредвала и подает масло, которое разбрызгивается черпаками, происходит зажигание. Радиатор оснащен вентилятором, который служит для охлаждения воды.

На картере установлен сапун, который снижает давление благодаря выпуску газов.

Также имеется глушитель, который уменьшает шум от выхода отработанных газов. Количество оборотов коленчатого вала в автоматическом режиме устанавливает регулятор.

У двигателей ГАЗ-МК верхний отдел картера сделан из чугуна вместе с устройством цилиндров, которые охвачены водяной рубашкой и перекрыты головкой из чугуна, где и расположены камеры сгорания. Также имеются разъемы для свечей зажигания.

Водяная рубашка подсоединена к системе охлаждения. Низ двигателя затянут стальным поддоном, который выполняет функцию емкости для масла. Также там закреплен масляный насос, который приводит в движение распредвал.

Вращение коленчатого вала происходит также на трех подшипниках. Их вкладыши заполнены баббитом, где имеются смазочные канавки.

Чугунные крышки подшипников прикрепляются к блоку двумя болтами.

Передний сальник коленвала сделан из двух частей и представляет сердечник, который окружен платиной асбеста. Поршни сделаны из алюминия и скреплены шатуном полым стальным пальцем. Маховик прикреплен к коленвалу. Распредвал вращается на трех подшипниках и приводится в движение двумя шестернями.

Клапаны двигателя находятся справа. Система питания включает в себя бензобак, бензопроводы, отстойник, карбюратор и воздушный фильтр.

Бензобак находится выше карбюратора, поэтому топливо поступает самотеком.

Уровень масла в картере определяется специальным щупом. Охлаждение двигателя водяное. Радиатор размещен с задней стороны двигателя, водяной насос — с передней стороны. Вода, которая двигается по трубкам радиатора, остывает при помощи воздушного потока от вентилятора.

Принцип работы карбюраторного двигателя

Принцип действия карбюраторного двигателя относительно простой и складывается из четырех тактов, которые совпадают с движением вверх и вниз в последовательности один за одним:

Первый такт — впуск; клапан впуска отворяется и в цилиндр доставляется новая смесь от системы питания.
Второй такт — сжатие; поршень сдавливает горючую смесь в камере сгорания. Все клапаны прикрыты.
Третий такт — расширение; происходит возгорание сдавленной горючей смеси от свечи зажигания. Смесь сжигается достаточно быстро при неизменном объеме, который соответствует объему самой камеры сжатия. Это основная характерность работы карбюраторного двигателя. При перегорании формируются газы, которые двигают поршень книзу и передают движение коленвалу.
Четвертый такт — впрыск; коленвал вращается и выбрасывает из цилиндра отработанные газы через приоткрытый клапан выпуска.

На этом один рабочий цикл карбюраторного двигателя заканчивается.

При первом такте клапан впуска уже в открытом виде при подходе поршня и благодаря высокой скорости движения поршня рабочая смесь продвигается к цилиндру и еще какое-то время при поднятии поршня во втором такте.

Искра поджигает рабочую смесь до того, как в цилиндре образуется высокое давление. В четвертом такте клапан выпускает отработанные испарения, чем очищает цилиндр еще до подхода поршня. Однако выход газов не прекращается даже после подхода поршня. Затем происходит запуск новой порции рабочей смеси, которая опять проходит в цилиндр.

Отсюда следует, что в работе между первым и четвертым тактом единовременно открываются клапаны впуска и выпуска, то есть происходит перекрытие клапанов. За момент перекрытия цилиндр очищается и в нем происходит разрежение, которое помогает выгоднее заполнить цилиндр горючей смесью при первом такте.

В таком двигателе происходит наружное образование рабочей смеси с ее сжатием и вынужденным поджиганием. На сегодняшний день как топливо чаще используется бензин, но они могут отлично выполнять свою работу и на газу.

Также популярны дизельные двигатели, где поджигание происходит от сжатия, их принцип работы зависит от нагревания газа при сжатии. Когда сжатие повышается, температура также поднимается. В это время в камеру сгорания через форсунку происходит впрыск топлива, которое поджигается и от полученных газов поршень передвигается. Сгорание топлива происходит после начала движения поршня.

Выше указан принцип работы одноцилиндрового двигателя, но он не способен создать условия непрерывного вращения с одинаковой скоростью. Расширенные газы оказывают действие на коленвал для его 1/4 части оборота, оставшиеся ¾ оборота движения поршня происходят по инерции.

Для ликвидации такой недоработки двигатели делают многоцилиндровыми, что способствует наиболее равномерному вращению и неизменному крутящему моменту.

Характеристики карбюраторного двигателя

Работа двигателя определяется его мощностью, действенным давлением, крутящим моментом, скоростью и частотой вращения коленчатого вала и потребление топлива.

Мощность карбюраторного двигателя, а также его крутящий момент подчиняются скорости вращения коленвала и высоты давления.

Скоростная характеристика карбюраторного двигателя устанавливается наивысшей мощностью, которую реально получить от давления при разной частоте вращения коленвала.

При небольшой скорости движения коленчатого вала давление в цилиндрах невысокое и мощность двигателя, соответственно, тоже небольшая. При ускорении вращения коленвала и давление поднимается, так как горючая смесь сгорает быстрее.

Потребление топлива увеличивается при небольшой частоте вращения коленчатого вала, так как процесс сгорания проходит медленнее, теплоотдача большая, а при увеличении частоты вращения механические и тепловые затраты увеличиваются.

Скоростная характеристика дизельного двигателя определяется при недвижимой рейке топливного насоса, который дает высокую подачу топлива на конкретном режиме скорости и бездымной эксплуатации.

При заведенном двигателе автомобиля количество вращений коленвала меняется. Если беспричинно увеличивается потребление топлива, то происходит это благодаря ухудшению рабочего процесса двигателя.

Управление карбюратором

Как правило, действиями карбюратора руководит водитель автомобиля. На отдельных моделях карбюраторов применялись вспомогательные системы, которые немного автоматизировали управление карбюратором.

Для того чтобы управлять дроссельной заслонкой наиболее часто пользуются педалью газа, которая обуславливает ее подвижность при содействии системы тяг либо тросового привода. Тяга, как правило, лучше, однако механизм привода куда сложнее и сдерживает способность механизма по компоновке подкапотной площади. Привод тягами был популярен до 1970 года, потом стали чаще использоваться тросики из металла.

На старых машинах чаще предполагалась двойная система привода дроссельной заслонки карбюратора: вручную рычагом либо от ноги, при помощи педали. Если надавливать на педаль, то рычаг не двигается, а если перемещать рычаг, то педаль опускается.

Последующее открытие дросселя можно совершать педалью. Когда педаль опускается — дроссель остается в таком же положении, в котором зафиксировался при управлении рукой. К примеру, на «Волге» ГАЗ-21 на панели приборов был размещен рычаг для управления рукой, при его движении можно достичь постоянного функционирования холодного двигателя без действия воздушной заслонки либо применять «постоянный газ». На грузовиках «постоянный газ» применялся для облегчения передвижения задним ходом.

Воздушная заслонка может быть оснащена механическим либо автоматическим приводом. Если привод механический, то водитель закрывает ее при участии рычага. Автоматический привод очень популярен в других странах, а в России не «прижился» из-за своей ненадежности и недолгим сроком службы.

Регулировки карбюратора

Карбюратор — устройство, которое имеет наименьшее количество регулировок, но нуждается в хорошо отлаженной системе. Неорганизованная эксплуатация карбюратора сильно действует на функциональность двигателя в целом. При плохой регулировке карбюратора снижается экономичность двигателя и повышается токсичность отработанного газа.

Подходящие виды регулирования карбюратора:

“Винт количества” — функционирование на холостом ходу;
“Винт качества” — насыщенность рабочей смеси (как результат, повышение токсичности выхлопных газов) на холостом ходу.

В период использования нужно прослеживать дееспособность нижеуказанных узлов:

Действие клапана и схема холостого хода.
Работа насоса (запаздывание действия, объем и время впрыска бензина).
Размеренность работы, беспрепятственное движение, возврат пружиной и нужная степень открытия дроссельной заслонки.
Действие холодного запуска (закрывание воздушной и степень открывания дроссельной и воздушной заслонок)
Деятельность поплавковой конструкции (необходимое количество топлива в поплавковой камере, непроницаемость клапана).
Пропускная возможность жиклеров.

На работоспособность карбюратора воздействуют:

Система регулирования карбюратора.
Установка пропуска воздуха (воздушный фильтр, обогрев воздуха).
Система подачи топлива (бензонасос, фильтры, заборники).
Трубка для слива излишков бензина.
Непроницаемость впускного канала, который расположен за карбюратором.
Нарушение клапанного устройства.
Качество топлива.

Принцип работы четырехтактного двигателя

Четырехтактный двигатель представляет собой поршневой мотор внутреннего сгорания. Рабочий процесс всех цилиндров в этих агрегатах занимает 2 кругооборота коленчатого вала или четыре поршневых такта. С середины ХХ века 4 тактный двигатель — самый распространенный вид поршневых моторов.

Принцип работы и основная характеристика
История
Особенности работы 4-х тактного двигателя
Конструкция агрегата
Работа двигателя
Конструктивные и эксплуатационные отличия четырехтактных двухтактных бензиновых двигателей

Принцип работы и основная характеристика

Рабочий цикл ДВС (двигателя внутреннего сгорания) состоит из ряда процессов, при которых усиливается мощность двигателя, воздействующего на коленчатый вал. Состоит рабочий цикл из нескольких этапов:

цилиндр заполняется топливной смесью;
смесь сжимается;
топливная смесь воспламеняется;
газы расширяются и цилиндр очищается.

В ДВС поршень двигается в одном направлении (вниз или вверх). Коленчатый вал совершает один оборот в два такта. Рабочим ходом поршня называют тот, при котором совершается полезная работа, и расширяются сгоревшие газы.

Двухтактными называют двигатели, в которых цикл совершается в один оборот коленчатого вала или за два такта. Четырехтактные агрегаты характеризуются совершением рабочего цикла за два оборота коленвала или за четыре такта.

Основные характерные показатели 4 тактного двигателя:

За счет движения рабочего поршня происходит обмен газов.
Агрегат оснащен газораспределительным механизмом, позволяющим цилиндровую полость переключать на впуск и выпуск.
Происходит обмен газов в момент отдельного полуоборота коленвала.
Шестерные редукторы и ременная цепная передача дают возможность изменить моменты впрыскивания бензина, зажигания и привода газораспределительного механизма по отношению к частоте вращения коленвала.

История

Приблизительно в 1854—1857 годах итальянцами Феличче Матоци и Евгением Барсанти было создано устройство, которое по имеющимся сегодня сведениям было похоже на четырехтактный мотор. Изобретение итальянцев было утеряно и только в 1861 году. Алфоном де Роше был запатентован двигатель такого типа.

Впервые пригодный к работе четырехтактный мотор создал немецкий инженер Николаус Отто. В его честь был назван четырехтактный цикл работы циклом Отто, а 4-тактный мотор, применяющий свечи зажигания, называют двигателем Отто.

Особенности работы 4-х тактного двигателя

В двухтактном моторе смазывание поршневых и цилиндровых пальцев, коленвала, поршня, подшипника и компрессорных колец проводят, заливая масло в бензин. Коленчатый вал 4тактного мотора располагается в масляной ванне, что является существенным отличием. Именно поэтому отсутствует необходимость смешивать топливо и добавлять масло. Все, что необходимо сделать владельцу автомобиля — наполнить бензином топливный бак.

Автовладельцу, таким образом, незачем приобретать специальное масло, без которого не может функционировать двухтактный мотор. Кроме того, при наличии четырехтактного мотора на поршневом зеркале и на стенах глушителя уменьшается количество нагара. Еще одно важное отличие — в двухтактном моторе в выхлопную трубу выплескивается горючая смесь, что обусловлено его устройством.

Следует признать, что у четырехтактных двигателей также имеются небольшие недостатки. Например, у них не особо качественными являются рабочие моменты по регулированию теплового клапанного зазора.

Конструкция агрегата

Распредвал четырехтактного мотора размещается в крышке цилиндра. Он приводится в действие ведущим колесом, вмонтированном в коленчатый вал. Распределительный вал открывает и закрывает один из клапанов: выпускной или впускной, в зависимости от расположения поршня. На распределительном вале также расположены кулачки, которые приводят в действие клапанные коромысла.

Коромысла после срабатывания, начинают воздействовать на определенный клапан и открывают его. Важно, что между регулировочным винтом и клапаном должен быть тепловой зазор (узкий промежуток). При нагреве металл расширяется, поэтому, если зазор слишком маленький или его нет вообще, клапаны не могут закрыть полностью каналы выпуска и впуска.

У клапана впуска зазор должен быть меньше, чем у клапана выпуска, потому как газы выхлопа горячее, чем смесь. Соответственно клапан впуска нагревается меньше, чем клапаны выпуска.

Работа двигателя

Как уже было отмечено работа четырехтактного мотора состоит из четырех тактов поршня или из двух оборотов коленвала.

Впуск. Поршень движется в нижнюю сторону, открывая клапан впуска. Из карбюратора горючая смесь поступает в цилиндр. Когда поршень достигает нижнего положения, клапан впуска закрывается.
Сжатие. Поршень движется вверх, провоцируя сживание горючей смеси. Когда он приближается к верхней точке, сжатый бензин возгорается.
Расширение. Бензин возгорается и сгорает. В результате чего происходит растяжение горючих газов, и поршень движется вниз. При этом два клапана оказываются закрытыми.
Выпуск. Коленчатый вал по инерции продолжает двигаться вокруг своей оси, а поршень движется вверх. Вместе с этим открывается клапан выпуска, и выхлопные газы поступают в трубу. При прохождении клапаном мертвой точки, клапан впуска закрывается.

Конструктивные и эксплуатационные отличия четырехтактных двухтактных бензиновых двигателей

Главное отличие четырехтактного двигателя от двухтактного обусловлено разными механизмами газообмена, а именно: удалением отработанных газов и подачей топливно-воздушной смеси в цилиндр.

Процессы заполнения цилиндра и его очистки в четырехтактном двигателе происходят с помощью газораспределительного специального механизма, который в определенное время открывает и закрывает рабочий цикл.

Очистка цилиндра и его заполнение в двухтактном двигателе выполняется в одно время с с расширением и сжатием при нахождении поршня поблизости мертвой нижней точки. В стенках цилиндра для этого имеется два отверстия: продувочное или впускное и выпускное. Через выпускное отверстие поступает топливная смесь, и выходят отработанные газы.

Основные отличия двухтактных и четырехтактных двигателей:

Литровая мощность. В четырехтактном двигателе на два оборота коленчатого вала приходится один рабочий ход. Поэтому теоретически двухтактный двигатель должен иметь литровую мощность вдвое больше, чем четырехтактный. Но на практике превышение составляет около 1,8 раза, благодаря использованию поршня при расширении хода, а также наличия худшего механизма освобождения цилиндра от отработанных газов и больших затрат на продувку части мощности.
Потребление топлива. Двухтактный двигатель превосходит четырехтактный в удельной и литровой мощности, но уступает в экономичности. Отработанные газы вытесняются воздушно — топливной смесью, которая поступает в цилиндр из шатунно-кривошипной камеры. Часть топливной смеси при этом поступает в выхлопные каналы и удаляется с отработанными газами.
У двухтактного и четырехтактного двигателей принцип смазки двигателя существенно отличается. Двухтактные модели характеризуются необходимостью смешивания бензина с моторным маслом в определенных пропорциях. Масляная воздушно-топливная смесь циркулирует в поршневой и кривошипной камерах, смазывая подшипники коленчатого вала и шатуна. Мельчайшие капли масла при возгорании топливной смеси сгорают вместе с бензином. Продукты сгорания уходят вместе с отработанными газами.

Смешивают бензин с маслом двумя способами. Это может быть простое перемешивание, которое проводится перед тем, как залить в бак топливо и раздельная передача. Во втором случае масляно-топливная смесь образуется во впускном патрубке, расположенном между цилиндром и карбюратором.

Двигатель в последнем случае оснащен масляным бачком с трубопроводом, соединенным с плунжерным насосом. Насос подает масло во впускной патрубок в том количестве, которое необходимо. Производительность насоса зависит от того, как расположена ручка подачи «газа». Поступление масла тем больше, чем больше подается топливо. Более совершенной является раздельная система смазки двухтактного двигателя. Отношение бензина к маслу при ней может достигать 200:1. Это приводит к снижению расхода масла и к уменьшению дымности. Такую систему используют, например, на современных скутерах.

В четырехтактных двигателях бензин с маслом не смешивают, а подают отдельно, для чего двигатели имеют классическую систему смазки, которая состоит из фильтра, масляного насоса, трубопроводной магистрали и клапанов. В качестве масляного бачка может выступать картер двигателя (смазка с «мокрым «картером) либо отдельный бачок («сухой» картер).

В первом случае насос всасывает из поддона масло, направляет его во входную полость, а затем по каналам -к деталям шатунно-кривошипной группы, к подшипникам коленвала и газораспределительному механизму.

В случае смазки с «сухим» картером масло заливают в бочок. Оттуда оно при помощи насоса попадает к трущимся поверхностям. Стекающую в картер часть масла откачивают дополнительным насосом и возвращают в бачок.

Для очищения масла от разных продуктов износа двигатель имеет фильтр. Кроме того при необходимости устанавливают охлаждающие фильтра, потому как температура масла в процессе работы может очень сильно подниматься.

Принцип работы четырехтактного карбюраторного двигателя

Рабочий цикл четырехтактного двигателя – познаем азы

Чтобы разобраться, что называется рабочим циклом двигателя внутреннего сгорания, необходимо узнать, что обозначает термин такт. Он представляет собой составную часть цикла и осуществляется в течение однократного хода поршня. В зависимости от количества тактов или ходов поршня, все двигатели разделяются на четырехтактные и двухтактные. В первом случае рабочий цикл от начала до конца осуществляет четыре операции: впуск, следом происходит сжатие, потом идет рабочий ход, и завершает все выпуск отработанных газов. В двухтактном варианте все эти действия происходят за два хода поршня.

Наиболее распространенным вариантом считается рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя. Все процессы здесь проходят вот в какой последовательности: во время первого такта происходит поступление смеси бензина и воздуха. При этом впускной клапан находится в открытом положении, а выпускной – в закрытом. Поступая в разреженное пространство цилиндра, эта смесь перемешивается с предыдущими продуктами сгорания.

От наполнения цилиндра зависит общая мощность двигателя. Сжатие осуществляется в верхней критической отметке, именуемой мертвой точкой, при достижении максимального давления. Расширенные газы отправляют поршень вниз, образуя рабочий ход. В конце всего цикла через специальный выпускной клапан, который к этому моменту открыт, выходят отработанные газы.

Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя имеет ту же последовательность, что и аналогичный карбюраторный механизм. Основное отличие состоит в способе образования рабочей смеси и ее воспламенении. Этот процесс происходит во время такта сжатия при высокой температуре и давлении во время впрыска топлива через форсунку мотора.

Работа многоцилиндрового двигателя

Во время работы двигателя на его механизмы действуют значительные силы давления газов в цилиндре, силы инерции неравномерно движущихся деталей кривошипно-шатунного механизма, а также центробежные силы, возникающие вследствие вращения деталей. Эти силы непостоянны по величине и направлению своего действия, поэтому они вызывают неравномерную работу двигателя.

При неравномерной работе двигателя его механизмы работают с переменной нагрузкой, вследствие чего происходит интенсивный износ деталей. Особенно велика неравномерность работы одноцилиндрового четырехтактного двигателя.

Для достижения равномерности работы двигателя или устанавливают на коленчатом валу тяжелый маховик, или выполняют его многоцилиндровым.

Маховик накапливает энергию во время рабочего хода и отдает ее при совершении вспомогательных тактов. Но тяжелый маховик применяется только для стационарных двигателей, работающих, как правило, на постоянном режиме. Тяжелый маховик вследствие значительной инерции не обеспечивает необходимой автомобильному двигателю приемистости, т.е. способности двигателя быстро развивать и уменьшать обороты. Поэтому в автомобильных двигателях равномерность работы достигается не увеличением веса маховика, а за счет выполнения двигателя многоцилиндровым. В многоцилиндровом двигателе такты рабочего хода равномерно чередуются в отдельных цилиндрах, вследствие чего в значительной мере уравновешиваются силы инерции, возникающие в кривошипно-шатунном механизме при работе двигателя.

Для обеспечения наибольшей равномерности работы многоцилиндрового двигателя необходимо, чтобы такты рабочего хода в различных цилиндрах чередовались через равные промежутки времени и в определенной последовательности. Эта последовательность повторения одноименных тактов в различных цилиндрах называется порядком работы цилиндров двигателя.

Рис. Таблица чередования тактов четырехцилиндрового четырехтактного двигателя с порядком работы цилиндров 1—2—4—3 (цифры в графе «Положение кривошипов коленчатого вала» обозначают порядковые номера цилиндров)

Однако не при любом порядке обеспечивается хорошая работа двигателя. Необходимо, чтобы очередные такты рабочего хода следовали в цилиндрах, наиболее удаленных одни от другого. В этом случае нагрузка на коренные подшипники коленчатого вала будет распределяться более равномерно; кроме того, отработавшие газы из цилиндра, в котором начинается выпуск, не будут попадать через выпускной трубопровод в цилиндр, в котором выпуск еще не закончился.

Наиболее удобными порядками работы автомобильных двигателей являются: для четырехцилиндрового — 1—2—4—3 и 1—3—4—2, для шестицилиндрового — 1—5—3—6—2—4 и для восьмицилиндрового — 1—5—4—2—6—3—7—8.

Порядок работы цилиндров обычно изображается в виде таблицы чередования тактов.

Рассмотрим, как происходит работа четырехтактного четырехцилиндрового двигателя с порядком работы цилиндров 1—2—4—3. Так как рабочий цикл четырехтактного двигателя совершается за два оборота коленчатого вала (720°), а число рабочих ходов, происходящих за это время, равно четырем, то для правильного чередования рабочих ходов кривошипы коленчатого вала смещены один относительно другого на 180° (720°: 4), т.е. на пол-оборота коленчатого вала, и находятся, таким образом, в одной плоскости.

Во время работы двигателя поршни в первом и четвертом цилиндрах при первом полуобороте первого оборота коленчатого вала перемещаются от верхней мертвой точки к нижней, в первом цилиндре происходит рабочий ход, в четвертом цилиндре — такт впуска. Во втором и третьем цилиндрах поршни перемещаются в это время к верхней мертвой точке, во втором цилиндре происходит такт сжатия, а в третьем — такт выпуска.

Во время второго полуоборота первого оборота коленчатого вала поршни в первом и четвертом цилиндрах перемещаются от нижней мертвой точки к верхней, в первом цилиндре происходит такт выпуска, а в четвертом — такт сжатия. Поршни второго и третьего цилиндров в это время перемещаются от верхней мертвой точки к нижней, во втором цилиндре происходит рабочий ход, в третьем — такт впуска.

Во время первого полуоборота второго оборота коленчатого вала поршни в первом и четвертом цилиндрах перемешаются от верхней мертвой точки к нижней, в первом цилиндре происходит такт впуска, в четвертом — рабочий ход. Поршни второго и третьего цилиндров в это время перемещаются от нижней мертвой точки к верхней, во втором цилиндре происходит такт выпуска, в третьем такт сжатия.

Во время второго полуоборота второго оборота коленчатого вала поршни в первом и четвертом цилиндрах перемещаются от нижней мертвой точки к верхней, в первом цилиндре происходит такт сжатия, в четвертом —такт выпуска. Поршни во втором и третьем цилиндрах перемещаются от верхней мертвой точки к нижней, во втором цилиндре происходит такт впуска, в третьем — рабочий ход.

Четырехцилиндровый четырехтактный двигатель с порядком работы цилиндров 1—3—4—2 отличается от двигателя с порядком работы 1—2—4—3 лишь конструкцией распределительного механизма, которая определяет несколько иную последовательность открытия и закрытия клапанов и чередования тактов.

Оба порядка работы цилиндров, принятые для отечественных четырехтактных четырехцилиндровых двигателей, полностью равноценны и по равномерности, и по качеству работы двигателей. На отечественных автомобилях широко используются шестицилиндровые двигатели, у которых цилиндры расположены в один ряд. Такие двигатели называются рядными в отличие от двигателей, цилиндры которых расположены в два ряда под некоторым углом один к другому.

В шестицилиндровом рядном двигателе коленчатый вал имеет шесть кривошипов. Так как рабочий цикл четырехтактного двигателя совершается за два оборота коленчатого вала (720°), а количество рабочих ходов за это время равно шести, то для правильного чередования рабочих ходов кривошипы коленчатого вала смещены один относительно другого на 120° (720°: 6), т. е. на одну треть оборота вала.

Для однорядных шестицилиндровых двигателей применяется следующее расположение кривошипов: 1—6 — вверх, 2—5 — налево, 3—4 — направо, если смотреть со стороны переднего конца вала.

При вращении коленчатого вала поршни в шестицилиндровом двигателе проходят через мертвые точки не все одновременно, как в четырехцилиндровом двигателе, а только попарно. Поэтому и такты во всех цилиндрах начинаются и кончаются также не одновременно, а смещены в одной паре цилиндров относительно другой на 60°.

Перекрытие тактов и порядок чередования рабочих ходов в шестицилиндровом четырехтактном двигателе показаны в таблице на рисунке.

Рис. Таблица чередования тактов шестицилиндрового четырехтактного двигателя с порядком работы 1—5—3—6—2—4 (цифры в графе «Положение кривошипов коленчатого вала» обозначают порядковые номера цилиндров)

Особенностью двухтактных дизелей является то, что их рабочий цикл совершается за один оборот коленчатого вала (360°). Поэтому и взаимное расположение кривошипов коленчатых валов имеет свои особенности: в четырехцилиндровом двигателе кривошипы смещены один относительно другого на 90° (360°: 4), в шестицилиндровом — на 60° (360°: 6).

Рис. Таблица чередования тактов шестицилиндрового двухтактного дизеля с порядком работы 1—5—3—6—2—4 (цифры в графе «Положение кривошипов коленчатого вала» обозначают порядковые номера цилиндров)

Перекрытие тактов и порядок чередования рабочих ходов в двухтактном шестицилиндровом дизеле показаны в таблице на рисунке.

В настоящее время на автомобилях широкое применение получили восьмицилиндровые V-образные двигатели. Цилиндры у этих двигателей располагаются в два ряда, чаще всего под углом 90°. Коленчатый вал таких двигателей имеет четыре кривошипа, смещенных один относительно другого на 90°. На каждую шейку кривошипа опираются одновременно по два шатуна.

В восьмицилиндровом двигателе за рабочий цикл (720°) совершается восемь рабочих ходов; их чередование, следовательно, происходит через 90° (720°: 8). Порядок работы цилиндров и чередование тактов в восьмицнлиндровом двигателе показаны в таблице на рисунке.

Рис. Таблица чередования тактов восьмицилиндрового двигателя с порядком работы цилиндров 1—5—4—2—0—3—7—8 (цифры в графе «Положение кривошипов коленчатого вала» обозначают порядковые номера цилиндров)

В многоцилиндровых двигателях вследствие непрерывного чередования рабочих ходов и перекрытия их одного другим обеспечивается более плавное и равномерное вращение коленчатого вала. Многоцилиндровые двигатели работают более устойчиво, без толчков и сотрясений, присущих одноцилиндровым двигателям.

Вперед Оценочные параметры двигателя

Назад Рабочий цикл двигателя

Добавить комментарий Отменить ответ

Двухтактный двигатель – особенности работы

Если рассматривать двухтактный двигатель, следует отметить, что газовый топливный обмен совершается при нахождении поршня возле нижней предельной точки (мертвой), несколько не доходя до нее. Отработанные газы начинают удаляться из цилиндра при изменении их объема за небольшой промежуток времени. Очистка цилиндра в классическом двухтактном двигателе производится с помощью продувки воздуха, поступающего через компрессор.

Во время продувки воздух частично удаляется, а выпуск отработанных газов производится с помощью выпускных окон до того, как они будут закрыты поршнем. После этого наступает начало процесса сжатия, протекающего, как и в обычном четырехтактном двигателе. При движении поршня снизу вверх происходит перекрытие продувочных окон, после чего воздух из компрессора в цилиндр уже не подается.

4 тактный двигатель: подробно разбираем устройство и принцип работы, а так же отличие от двухтактного

Четырехтактный двигатель – самая распространенная модель двигателя внутреннего сгорания для автомобилей и не только. Двухтактные ДВС сегодня применяются, но сфера их использования ограничена некоторыми видами мототехники, микро- и малолитражных автомобилей, снегоходов, катеров и т. п. Широко применяется как бензиновый (обычно карбюраторный), так и дизельный тип. Часто такой двигатель бывает двухцилиндровый, его тип обычно инжекторный.

История четырехтактного двигателя
Устройство четырехтактного ДВС
Принцип работы
Фазы газораспределения в четырехтактном ДВС
Рабочий цикл
Масло для четырехтактного двигателя
Понижающие редукторы для четырехтактных двигателей
Чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного
Индикаторная диаграмма 4 х тактного дизельного двигателя

История четырехтактного двигателя

Началом истории самого популярного ДВС считаются 70-е годы 19 века, тогда первую рабочую модель такого мотора представил немецкий инженер и предприниматель Николаус Отто. Его работы были основаны на трудах предшественников, пытавшихся найти альтернативу паровой машине.

В начале 19 века французский изобретатель Филипп Лебон создал агрегат, в котором благодаря его же открытиям, горючая смесь загоралась в цилиндре двигателя, а не в топке. В середине века в Бельгии был создан двухтактный двигатель внутреннего сгорания, который затем усовершенствовал Отто. Его четырехтактный движок обладал более высоким КПД, был экономичней и не превосходил предшественника по размерам.

Отто не оценил перспектив своего изобретения, и не прислушался к своему сотруднику – Готлибу Даймлеру, который предложил создать на основе четырехтактного двигателя автомобиль. Даймлер ушел из команды Отто и через несколько лет такой автомобиль все-таки создал. Попутно добавил в него несколько своих идей. Например – вставил в цилиндры трубки накаливания.
Во второй половине 19 века был изобретен карбюратор, а конце века к нему добавили форсунку.

С тех пор кардинально четырехтактный ДВС переделывать не пришлось. Основная сфера современных изобретений – газораспределительная система, конструктивные модификации – OHV, SV или OHC (аббревиатуры означают расположение клапанов и распредвала), а также варианты системы смазки («сухой» картер).

Устройство четырехтактного ДВС

Современный двигатель по сути не отличается от прототипов, поэтому проще всего его функционирование показать на примере одноцилиндрового ДВС.

Конструктивно он состоит из:

Цилиндра.
Поршня.
Клапанов впуска и выпуска.
Свечи зажигания.
Коленчатого вала.
Шатуна.

Принцип работы

Фазы газораспределения в четырехтактном ДВС

Фазы газораспределения – один из главных факторов эффективности мотора. Они напрямую влияют на его КПД. Основная проблема, связанная с ними, заключается в том, что при различных режимах смесь и выхлоп ведут себя по-разному.

ВАЖНО!Для холостого хода подойдут малые фазы (позднее открытие и раннее перекрытие клапанов). На высоких оборотах, наоборот, выгодно раннее время открытия клапанов, благодаря чему можно обработать больший объем газов.

В современной автомобильной промышленности эта проблема обычно решается с помощью специальной муфты, изменяющей угол распредвала при увеличении оборотов двигателя. Эта муфта называется фазовращателем, она управляется электронной системой и поворачивается гидравликой. Благодаря ей, при повышении оборотов обеспечивается раннее открытие клапанов, то есть – нужный темп наполняемости цилиндров.

Способов изменения фаз множество. Например, кулачок с измененным профилем, начинающий работать вместо основного при достижении заданного показателя высоких оборотов. Это позволяет добиться повышенной мощности.

Рабочий цикл

Последовательность тактов выглядит так:

Такт впуска. За счет вращения коленвала поршень из самой верхней точки идет в самую нижнюю, кулачки распредвала открывают клапан на впуск. Через него всасывается смесь.
Такт сжатия. Коленвал толкает поршень вверх, впускной клапан закрывается, выпускной остается закрытым. Температура и давление в цилиндре растут.
Такт расширения. Перед завершением сжатия, свеча зажигания воспламеняет смесь. Топливо сгорает, смесь расширяется и двигает поршень. Связанный с поршнем шатун передает вращательный момент коленвалу. При расширении газы проделывают работу, поэтому ход коленвала называется рабочим. Угол «недоворота» коленвала, который еще не довел поршень до максимальной верхней точки называется углом опережения зажигания (фазой газораспределения). Это делается, чтобы смесь успевала сгореть к моменту достижения поршнем нижней точки. Для повышения эффективности ДВС надо регулировать угол при повышении оборотов. Эти углы регулируются электронной системой автомобиля.
Такт выпуска. При достижении поршнем самой нижней точки, сила давления вытесняет выхлопные газы из цилиндра через открывшийся выпускной клапан. После достижения поршнем верхней точки выпускной клапан вновь закрывается, рабочий цикл повторяется.

Масло для четырехтактного двигателя

Масла делятся на два типа – для двигателей с воздушным и водяным охлаждением. Температура поршней в моторах с воздушным охлаждением гораздо выше, чем в случае с водяным, поэтому первые более требовательны к маслу.

Хотя в зимний период техника с воздушным охлаждением четырехтактного двигателя используется реже (в основном садовая и сельскохозяйственная техника, мотоциклы, моторные лодки и т.д используются летом), вопрос для ее владельцев стоит достаточно остро. Зимой актуально масло для квадроциклов, снегоходов и т.д.

Главное, и летом и зимой – это характеристики, позволяющие маслу сразу после запуска двигателя создать защитную пленку на механизмах. Это важно, даже если двигатель новый или бывший в употреблении, но в идеальном состоянии. Сравнительный анализ разных марок показывает, что масло может быть минеральным или синтетическим.

Разница между летними и зимними маслами определяется степенью вязкости и шириной диапазона температур, при которых конкретные марки масла можно применять. Число перед литерой W указывает на предел температуры, при которой масло густеет. Число после означает предельную температуру эффективного использования этого масла. Бывают всесезонные масла, например, 10w30. Аббревиатура SAE обозначает международный стандарт, по которому классифицируются моторные масла.

ВАЖНО! Зимние масла обладают самой низкой вязкостью, это SAE 0W, SAE 15W и другие. Летние более вязкие: SAE 20, SAE 30, SAE 50. Применяемое масло должно соответствовать показателям, указанным в спецификации к технике.

Высоковязкие масла, например, Sae 30 или Sae 40 ориентированы на летний период, а низковязкие (5W30 или близкие к нему) на зимний. Зимние масла летом будут ускоренно испаряться и не обеспечат смазку. Летние масла будут быстро густеть при низких температурах, осложняя работу мотора.

Понижающие редукторы для четырехтактных двигателей

Понижающий редуктор – устройство, которое должно понижать скорость с высокой с низким крутящим моментом до низкой с высоким крутящим моментом. Особенно они актуальны для сельскохозяйственной и садовой техники.

Среди самых популярных брендов, которые производят такие двигатели, обычно мощностью порядка 15лс – японская «Хонда» и китайский «Лифан» (есть модели с вариатором, автоматическим сцеплением). Также популярен американский производитель Briggs & Stratton, его двигатели используются в газонокосилках (бензотриммерах). Среди популярных двигателей с редукторами – «Чемпион» и его аналог, «Патриот Гарден».

ВАЖНО! Редукторы делятся на два типа: разборные и неразборные. Их действие одинаково. Второй вариант дешевле, но если возникнет неисправность, потребуется его замена. Разборный дороже, но в случае необходимости надо заменять только поломавшуюся запчасть. Обычно он ставится на сопоставимую по стоимости технику.

Чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного

Характеристика	Четырехтактный двигатель	Двухтактный двигатель
Мощность	Меньшая мощность из-за большего количества тактов. Наддув дает дополнительную мощность.	При одинаковых оборотах, диаметре цилиндра и хода поршня мощность (теоретически) в 2 раза больше. На практике, из-за механических потерь – примерно в 1,5 раза.
Эксплуатационные качества	Больший эксплуатационный ресурс. Процесс ремонта может протекать сложнее, должен осуществляться с использованием сложного оборудования.	Простота конструкции, ремонта. Отсутствие сложных устройств: карбюратора, клапанов. Преимущество по показателю равномерности вращения коленвала. Меньший эксплуатационный ресурс из-за более высокой температурной нагрузки на поршневой механизм.
Экономичность	Низкий, по сравнению с двухтактным расход топлива и масла. Более высокие затраты на ремонт.	Высокие затраты мощности на продувочный насос, недостаточная очистка цилиндра от выхлопных газов. Минус – высокий расход топлива и масла, которое приходится заливать в топливо.
Вес	Больше двухтактного.	Меньший вес за счет отсутствия крупногабаритных сложных деталей.
Размер	Больше двухтактного.	Меньший размер за счет отсутствия крупногабаритных сложных деталей.
Цена	Выше двухтактного.	Ниже четырехтактного.
Сфера применения	Двигатели средней и большой мощности, в том числе стационарные. Используются как двигатель под инверторный генератор. Популярна их установка на снегоходы «Рысь» и «Тайга», мотороллеры «Муравей».	Плавсредства, сельскохозяйственная и мототехника, малолитражные автомобили.

Таким образом, четырехтактные двигатели дороже сопоставимых по объему двухтактных и сложнее в эксплуатации. В тоже время они имеют больший срок эксплуатации и более экономичны. Четырехцилиндровый 4 тактный двигатель часто ставится на автомобили и тракторы, на инвертор-генераторы.

ВАЖНО! При выборе двигателя стоит рассчитать планируемый срок его эксплуатации. Если это техника для сельскохозяйственных работ, хорошо будет сделать расчет – за какой срок вложения могут окупиться.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя

Двигатели внутреннего сгорания отличаются друг от друга рабочим циклом,по которому они работают.

Рабочий цикл –это комплекс последовательных рабочих процессов, периодически повторяющихся в каждом цилиндре при работе двигателя.

Рабочий процесс,происходящий в цилиндре за один ход поршня, называется тактом.

По числу тактов,составляющих рабочий цикл, двигатели делятся на два вида:

– четырехтактные,в которых рабочий цикл совершается за четыре хода поршня,

– двухтактные,в которых рабочий цикл совершается за два хода поршня.

На легковых автомобилях, как правило, применяются четырехтактныедвигатели, а на мотоциклах и моторных лодках – двухтактные. О путешествиях по водным просторам поговорим как-нибудь потом, а с четырьмя тактами работы автомобильного двигателя разберемся сейчас.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя состоит из следующих тактов:

– впуск горючей смеси,

– сжатие рабочей смеси,

– выпуск отработавших газов.

Рис. 8. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя:а) впуск; б) сжатие; в) рабочий ход; г) выпуск

Первый такт – впуск горючей смеси(рис. 8а).

Горючей смесьюназывается смесь мелко распыленного бензина с воздухом в определенной пропорции. Приготовлением смеси в двигателе занимается карбюратор или форсунка, о чем мы поговорим чуть позже. А пока следует знать, что соотношение бензина к воздуху примерно 1:15считается оптимальным для обеспечения нормального процесса сгорания.

В процессе заполнения цилиндра горючаясмесь перемешивается с остатками отработавших газов и меняет свое название, теперь эта смесь называется рабочая.

Второй такт – сжатие рабочей смеси(рис. 8б).

Степень сжатияпоказывает, во сколько раз полный объем цилиндра больше объема камеры сгорания (Vn/Vc –см. рис. 7). У бензиновых двигателей в конце такта сжатия объем над поршнем уменьшается в 8–11 раз.

Третий такт – рабочий ход(рис. 8в).

При такте рабочего хода температура в цилиндре достигает более 2000 градусов.

Коленчатый вал при рабочем ходе делает очередные пол-оборота.

Четвертый такт – выпуск отработавших газов(рис. 8г).

После такта выпуска начинается новый рабочий цикл, и все повторяется: впуск – сжатие – рабочий ход – выпуск. и так далее.

Теперь, интересно, кто из вас обратил внимание на то, что полезная механическая работа совершается одноцилиндровым двигателем только в течение одного такта – такта рабочего хода!Остальные три такта (выпуск, впуск и сжатие) являются лишь подготовительными и совершаются они за счет кинетической энергии вращающихся по инерции коленчатого вала и маховика.

Маховик(рис. 9)–это массивный металлический диск, который крепится на коленчатом валу двигателя. Во время рабочего хода поршень через шатун и кривошип раскручивает коленчатый вал двигателя, который передает маховику запас энергии вращения.

Рис. 9. Коленчатый вал двигателя с маховиком:1 –шатунная шейка; 2 – противовес; 3 – маховик с зубчатым венцом; 4 – коренная (опорная) шейка; 5 – коленчатый вал двигателя

В детстве у вас наверняка была игрушка, которая называлась волчок. Вы раскручивали его энергией своей руки (рабочий ход) и радостно наблюдали за тем, как долго он вращается. Точно так же и массивный маховик двигателя – раскрутившись, он запасает энергию, но только значительно большую, чем детская игрушка, а затем эта энергия используется для перемещения поршня в подготовительных тактах.

Четырехтактный двигатель, устройство и принцип работы

Рабочим циклом двигателя называется периодически повторяющийся ряд последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу. Автомобильные двигатели чаще всего работают по четырёхтактному циклу, который совершается за два оборота коленчатого вала или четыре хода поршня и состоит из тактов впуска, сжатия, расширения и выпуска.

В карбюраторном четырёхтактном двигателе рабочий цикл происходит следующим образом.

Рабочий цикл карбюраторного двигателя:

— Такт сжатия
Поршень идёт из НМТ в ВМТ, сжимая рабочую смесь. При этом значительно возрастает температура смеси. Отношение рабочего объёма цилиндра в НМТ и объёма камеры сгорания в ВМТ называется степенью сжатия. Степень сжатия — очень важный параметр, обычно, чем она больше, тем больше топливная экономичность двигателя. Однако, для двигателя с большей степенью сжатия требуется топливо с большим октановым числом, которое дороже.
Такт расширения, или рабочий ход

Незадолго до конца цикла сжатия топливовоздушная смесь поджигается искрой от свечи зажигания. Во время пути поршня из ВМТ в НМТ топливо сгорает, и под действием тепла сгоревшего топлива рабочая смесь расширяется, толкая поршень. При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при этом такте коленчатого вала называют рабочим ходом. Степень «недоворота» коленчатого вала двигателя до ВМТ при поджигании смеси называется углом опережения зажигания. Опережение зажигания необходимо для того, чтобы сгорание топлива успело, полностью закончится к моменту достижения поршнем НМТ, то есть для наиболее эффективной работы двигателя. Сгорание топлива занимает практически фиксированное время, поэтому для повышения эффективности двигателя нужно увеличивать угол опережения зажигания при повышении оборотов. В старых двигателях эта регулировка производилась механическим устройством (центробежным и вакуумным регулятором, воздействующим на прерыватель). В современных двигателях для регулировки угла опережения зажигания используют электронику.

Гифка наглядно демонстрирует процесс работы четырехтактного двигателя

— Такт выпуска
После НМТ рабочего цикла открывается выпускной клапан, и движущийся вверх поршень вытесняет выхлопные газы из цилиндра двигателя. При достижении поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается, и цикл начинается сначала.

Полностью очистить цилиндры двигателя от продуктов сгорания практически невозможно (слишком мало времени), поэтому при последующем впуске свежей горючей смеси она перемещается с остаточными отработавшими газами и называется рабочей смесью.

Коэффициент остаточных газов характеризует степень загрязнения свежего заряда отработавшими газами и представляет собой отношение массы продуктов сгорания, оставшихся в цилиндре, к массе свежей горючей смеси. Для карбюраторных двигателей коэффициент остаточных газов находится в пределах 0,06-0,12.

По отношению к рабочему ходу такты впуска, сжатия и выпуска являются вспомогательными.

Рабочий цикл дизельного двигателя
Рабочие циклы четырёхтактного дизеля и карбюраторного двигателя существенно различаются по способу смесеобразования и воспламенения рабочей смеси. Основное отличие состоит в том, что в цилиндр дизеля при такте впуска поступает не горючая смесь, а воздух, который из–за большой степени сжатия нагревается до высокой температуры, а затем в него впрыскивается мелкораспыленное топливо, которое под действием высокой температуры воздуха самовоспламеняется.

В четырёхтактном дизеле рабочие процессы происходят следующим образом.

Поршень движется от НМТ к ВМТ. Впускной и выпускной клапаны закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень сжимает имеющийся в цилиндре воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива.

— Такт расширения, или рабочий ход
При подходе поршня к ВМТ в цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо, подаваемое топливным насосом высокого давления (ТНВД). Впрыснутое топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, самовоспламеняется и начинается процесс сгорания, характеризующийся быстрым повышением температуры и давления. Под действием давления газов поршень перемещается от ВМТ к НМТ. Происходит рабочий ход.

— Такт выпуска
Поршень перемещается от НМТ к ВМТ и через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. После окончания такта выпуска при дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цикл повторяется в той же последовательности.

На этом видео показана работа реального двигателя. Камера встроена в цилиндр блока.

Недостатки четырёхтактных двигателей:

Все холостые ходы (впуск, сжатие, выпуск) совершаются за счёт кинетической энергии, запасённой кривошипно-шатунным механизмом и связанными с ним деталями во время рабочего хода, в процессе которого химическая энергия топлива превращается в механическую энергию движущихся частей двигателя. Поскольку сгорание происходит в доли секунд, то оно сопровождается быстрым увеличением нагрузки на крышку (головку) цилиндра, поршень и другие детали двигателя внутреннего сгорания. Наличие такой нагрузки неизбежно приводит к необходимости увеличить массу движущихся деталей (для повышения прочности), что в свою очередь сопровождается ростом инерционных нагрузок на движущиеся детали.

Уступают по мощности двухтактным.

Преимущества четырёхтактных двигателей:

В отличие от двухтактного двигателя, в котором смазка коленвала, подшипников коленвала, компрессионных колец, поршня, пальца поршня и цилиндра осуществляется благодаря добавлению масла в топливо; коленвал четырехтактного двигателя находится в масляной ванне. Благодаря этому нет необходимости смешивать бензин с маслом или доливать масло в специальный бачок. Достаточно залить чистый бензин в топливный бак и можно ехать, при этом отпадает необходимость покупки специального масла для 2-тактных двигателей.

Так же на зеркале поршня и стенках глушителя и выхлопной трубы образуется значительно меньше нагара. К тому же, в 2-тактном двигателе происходит выброс топливной смеси в выхлопную трубу, что объясняется его конструкцией.

4 типа рабочих циклов двигателя, которые должен знать каждый инженер

Что такое рабочие циклы двигателя?

При выборе двигателя важно учитывать требуемый рабочий цикл, чтобы убедиться, что двигатель соответствует требованиям приложения. Этот пост в блоге и сопутствующее видео с лайтбордом послужат базовым введением в рабочие циклы двигателя и некоторые из наиболее распространенных типов рабочих циклов. После того, как вы определили тип рабочего цикла (циклов), в котором работает ваша машина, свяжитесь с нами, чтобы узнать, как мы можем найти лучшее решение для вашего конкретного применения.

Международная электротехническая комиссия (МЭК) определяет восемь классификаций рабочего цикла, которые сгруппированы по непрерывным, кратковременным или периодическим циклам. Эти циклы относятся к последовательности и продолжительности во времени всех аспектов типичной работы, включая запуск, работу без нагрузки, работу с полной нагрузкой, электрическое торможение и отдых. Эти операции рассматриваются по тому, как они влияют на температуру двигателя, чтобы определить, подходит ли выбранный двигатель для применения, требуется ли усиленное охлаждение, например, вентилятор с принудительной вентиляцией, или следует использовать совершенно новый двигатель.

#1 Непрерывный режим (S1)

( Рисунок 1 ) Рабочий цикл двигателя №1 – Непрерывный режим

Первый и самый простой тип рабочего цикла двигателя – это непрерывный режим. Это также упоминается по сокращенному названию, обязанность S1 ( Рисунок 1 ). В этом режиме двигатель работает с постоянной нагрузкой в течение достаточно долгого времени, чтобы достичь теплового равновесия. Это также предполагает, что пуск двигателя можно рассматривать как оказывающий незначительное влияние на температуру двигателя. Примером режима S1 может быть вентилятор, который включается, а затем работает без остановок.

К преимуществам непрерывных рабочих циклов относятся эффективность, надежность и простота. Поскольку двигатели, работающие в непрерывном режиме, позволяют стабилизировать температуру системы, они обеспечивают надежную работу, даже когда мощность близка к номинальной или достигает ее. Циклы S1 идеально подходят для машин, которые должны работать стабильно и непрерывно в течение длительного времени. Типичные области применения непрерывных рабочих циклов могут включать эскалаторы, решения для электронной мобильности или даже упаковочное оборудование.

Являясь лидером в области технологий управления и автоматизации, KEB предлагает ряд гибких двигателей, способных к устойчивой непрерывной работе для удовлетворения потребностей вашего машиностроения.

#2 Кратковременный режим (S2)

Второй тип рабочего цикла двигателя — кратковременный. Подобно непрерывному режиму, этот режим работает с постоянной нагрузкой. В отличие от непрерывного режима, он отключается до достижения теплового равновесия. Затем двигателю дают отдохнуть достаточно долго, чтобы он достиг температуры окружающей среды. Кратковременный режим работы обозначается S2, за которым следует количество минут в цикле (S2 30 минут).

Периодический режим (S3-S8)

Периодический режим относится к обозначениям S3-S8. К ним относятся циклы с остановкой и без нее, которые включают запуск, электрическое торможение и/или изменение скорости/нагрузки. Во всех этих обозначениях различные операции цикла повторяются с течением времени, и двигатель не может достичь теплового равновесия.

Периодические рабочие циклы часто идеально подходят для машин с быстро меняющимися или непредсказуемыми потребностями в нагрузке, таких как подъемники, штамповочные прессы, компакторы или даже промышленные пилы и другое металлообрабатывающее оборудование. Эти машины могут переключать нагрузку в течение нескольких секунд, что требует гибкого рабочего цикла двигателя, который может поддерживать эти периодические операции без остановки или перегрева. KEB предлагает множество адаптируемых двигателей, которые предлагают непревзойденную обратную связь и варианты торможения, соответствующие вашим уникальным потребностям применения.

#3 Повторно-кратковременный режим работы (S3)

Повторно-кратковременный режим работы — самый простой тип периодического режима. Эта последовательность идентичных циклов содержит период постоянной нагрузки и период покоя. Это очень похоже на режим S2, но отличается тем, что никогда не достигает температуры окружающей среды во время периода покоя. Этот рабочий цикл обозначается аббревиатурой S3, за которой следует процент времени под нагрузкой (S3 xx%, где % = ∆ T _с/ Т ). Примером повторно-кратковременного режима работы может быть конвейер, работающий через равные промежутки времени с одинаковой нагрузкой.

Благодаря своей уникальной природе S3 сводит к минимуму тепловыделение и позволяет производителям вкладывать средства в двигатели меньшего размера, что приводит к значительной экономии средств и веса. Прерывистые периодические рабочие циклы могут быть развернуты во множестве приложений, включая оборудование для пластмасс, производство продуктов питания и напитков и многое другое. Упаковка также является распространенным вариантом использования циклов S3, поскольку это приложение часто влечет за собой согласованные интервалы загрузки и выполнения.

#4 Непрерывная работа с электрическим торможением (S7)

Последним примером рабочего цикла двигателя является непрерывная работа с электрическим торможением. Этот цикл включает в себя последовательность запуска, постоянной нагрузки и электрического торможения. Кроме того, во время операции нет времени на отдых. Этот тип рабочего цикла обозначается аббревиатурой S7, за которой следует момент инерции двигателя и нагрузки (J _m и J _L).

Другие периодические рабочие циклы S4-S6 и S8-S9аналогичен S3 и S7, но может выполняться с отдыхом, запуском, торможением и нагрузкой или без него.

Потенциальные области применения непрерывной работы с электрическим торможением могут включать прокатные или блюминговые станы для производства стали, оборудование цепочки поставок для обработки материалов и даже некоторые медицинские технологии, включая прецизионные приложения.

KEB Инженеры по применению имеют многолетний опыт помощи машиностроителям в оценке их идеального рабочего цикла для различных приложений. Мы можем предоставить широкий выбор гибких двигателей, в том числе надежные двигатели с тормозом, которые сочетают в себе лучшие в отрасли технологии двигателей с мощными пружинными тормозами постоянного тока.

Заключение

При покупке двигателя важно учитывать требуемую работу и указывать рабочий цикл. Это гарантирует правильный выбор двигателя для применения.

Чтобы получить дополнительную информацию о рабочих циклах двигателей и выбрать лучший двигатель для вашего применения, свяжитесь с инженером по применению в KEB America сегодня.

2-тактные и 4-тактные двигатели — что лучше?

С появлением новых триммеров и газонокосилок, оснащенных 4-тактными двигателями, нам часто задают вопрос: 2-тактные или 4-тактные двигатели – что лучше?

Вопрос касается того, лучше ли эти новые 4-тактные инструменты OPE, чем их 2-тактные аналоги (буквально: «Что лучше, 2-тактный или 4-тактный?») Ответ может быть проще, чем вы думаете, но сначала , важно понимать различия между этими двумя технологиями. У каждого есть свои сильные стороны, хотя мы бы не считали их достаточно подходящими — по крайней мере, не для портативных средств по уходу за газоном. Ознакомьтесь с нашим обзором 4-тактного триммера для струн Makita EM2650LH.

Основы 2-тактных и 4-тактных двигателей

2-тактные (иногда называемые 2-тактными) двигатели обычно рассматриваются как двигатели, работающие на предварительно смешанной газомасляной смеси. Эта смесь, состав которой может варьироваться от 50:1 до 20:1 в зависимости от двигателя, обеспечивает как топливо, так и смазку двигателя во время работы.

4-тактные (иногда называемые 4-тактными) двигатели больше похожи на те, которые вы найдете в своем автомобиле. Четырехтактные двигатели также имеют картер и систему распределения масла, которая отделяет масло от газа, поскольку оно смазывает компоненты двигателя. Поскольку масло отдельно, его также необходимо периодически менять — обычно после каждых 25 часов использования.

Четырехтактные двигатели используют тот же бензин, который вы покупаете для своего автомобиля, и могут содержать до 10% этанола (вы не должны использовать газ E85, так как он не совместим ни с 2-тактными, ни с 4-тактными двигателями, обычно используемыми в небольших триммерах для газонов). и режущие машины).

Как работают двухтактные и четырехтактные двигатели

Существует заметная разница между работой двухтактных и четырехтактных двигателей. 4-тактный двигатель работает, как и следовало ожидать, в четыре этапа. Есть такт мощности (вниз), такт выпуска (вверх), такт впуска (снова вниз) и такт сжатия (снова вверх). Для выполнения этих четырех тактов требуется два полных оборота коленчатого вала. Это рабочий ход, который посылает поршень через каждую из трех оставшихся стадий.

Автор Zephyris — собственная работа, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=10896588

Двухтактный двигатель буквально имеет всего два цикла, которые сочетают в себе вышеуказанные функции. Первый такт представляет собой комбинированный такт мощности и такта выпуска, а второй — такт сжатия и впуска. И мощность, и сгорание происходят, когда поршень достигает верхней точки своего хода. Внизу происходит выхлоп и впуск. Требуется всего один оборот, чтобы произвести два хода и продвинуть поршень по полному циклу.

А. Ширваген с использованием OpenOffice Draw, CC BY-SA 3.0 http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/, через Wikimedia Commons гораздо больше движущихся частей. У них есть коленчатый вал, распределительный вал, шатун, клапаны, толкатели и поршень. Двухтактный двигатель на самом деле имеет только три основных движущихся части. Это включает в себя коленчатый вал, шатун и поршень. В малогабаритных двухтактных двигателях нет ни кулачков, ни толкателей, ни клапанов. Как правило, чем меньше деталей, тем меньше вероятность отказа и проще техническое обслуживание.

В целом, 2-тактный двигатель обычно имеет меньший объем и размер по сравнению с 4-тактным двигателем, который во многих случаях почти удваивает рабочий объем и общий размер для достижения той же мощности. Причина этого в том, что, поскольку 2-тактный двигатель сочетает в себе две функции за один оборот, он увеличивает мощность в два раза быстрее, чем 4-тактный.

Плюсы и минусы 2-тактных двигателей по сравнению с 4-тактными

Из приведенного описания можно подумать, что 2-тактные двигатели полностью доминируют над 4-тактными… Что ж, в небольших морских судах и домашнем уходе за газонами так оно и есть. . Однако сравнение 2-тактных и 4-тактных двигателей требует немного больше работы. Дело в том, что 4-тактный двигатель имеет лишь несколько преимуществ: больший потенциальный крутящий момент, более высокая экономия топлива и более низкие выбросы. С учетом сказанного, давайте рассмотрим список плюсов и минусов как для 2-тактного, так и для 4-тактного режима и изложим ситуацию для каждого из них:

	2-cycle	4-cycle
Parts	ADVANTAGE	More moving parts
Maintenance	ADVANTAGE	Must change oil
Storage	ADVANTAGE	Должен держать уровень
Вибрация	ПРЕИМУЩЕСТВО	Более высокая вибрация
Топливо Экономичный	Менее эффективный0148	ADVANTAGE
Emissions	Burns oil	ADVANTAGE
Torque	Less potential	ADVANTAGE
Starting	ADVANTAGE	Much harder to start
Weight	ADVANTAGE	Больше деталей = больше вес

Сравнение 2-тактных и 4-тактных двигателей

Как видите, наличие 4-тактного двигателя для триммера или другого устройства для ухода за газоном определенно дает несколько преимуществ, но для по большей части, есть причина, по которой двухтактные двигатели в настоящее время являются королями. Они просто надежны, меньше ломаются, их гораздо проще запускать и использовать. С точки зрения высокого крутящего момента, 4-тактный действительно может быть подходящим вариантом, но в целом мы рекомендуем использовать проверенные и настоящие 2-тактные модели — профессионалы делают!

Плохая новость заключается в том, что нынешняя забота об окружающей среде, по-видимому, сейчас определяет многие муниципальные решения. В ближайшем будущем более строгие правила выбросов могут в конечном итоге полностью отказаться от двухтактных двигателей. Когда это произойдет, мы надеемся, что производители смогут улучшить 4-тактную технологию и поставлять продукты, которые работают так же удобно и легко, как и их 2-тактные аналоги.

2-тактные и 4-тактные двигатели – преимущества и различия

В большинстве бензиновых триммеров используются 2-тактные двигатели. Однако совсем недавно несколько производителей выпустили четырехтактные продукты, которые обещают несколько ключевых преимуществ. Поскольку оба в конечном итоге выполняют свою работу, потребители спрашивали нас о разнице между 2-тактными и 4-тактными двигателями.

Этот вопрос о 2-тактном или 4-тактном двигателе несет в себе несколько подразумеваемых вопросов: Что лучше? Предлагает ли один большую мощность, чем другие? Один тише других? Все эти и другие вопросы мы рассмотрим в этой статье.

Начнем с самого начала: взгляд с высоты птичьего полета на двухтактные и четырехтактные технологии

Мы хотим начать с того, чтобы помочь вам понять различия между этими двумя технологиями. Хотя у каждого из них есть свои преимущества, мы не считаем это сравнением яблок с яблоками. Двухтактные ручные электроинструменты работают, весят и функционируют совершенно иначе, чем их четырехтактные аналоги. В качестве примера, посмотрите наш практический обзор триммера Ryobi RY4CSS.

Двухтактные двигатели – смешанное топливо

Двухтактные (иногда называемые двухтактными) двигатели работают на предварительно смешанном топливе. Соотношение этой газомасляной смеси может варьироваться, но обычно соотношение масла и бензина составляет от 1:40 до 1:50. Преимущество этой масляно-газовой смеси состоит в том, что она одновременно заправляет топливом и , смазывая двигатель. У вас нет отдельного резервуара для масла на двухтактном инструменте (если не считать резервуар для масла для цепи на бензопиле, но это не имеет отношения к двигателю).

4-тактные двигатели – бензин и масло

4-тактные двигатели (часто называемые 4-тактными) работают аналогично двигателю вашего легкового или грузового автомобиля. В 4-тактных двигателях используется картер с отдельной системой распределения масла для смазки двигателя во время работы. В 4-тактных двигателях также необходимо периодически менять масло, чтобы все работало бесперебойно. Обычно это происходит с интервалом в 25 часов, хотя некоторые системы Vanguard и другие оснащены масляными системами, которые могут работать до 300 часов или более без замены.

Четырехтактный двигатель работает на стандартном неэтилированном бензине, как и ваш автомобиль. Некоторые профессионалы настаивают на использовании топлива без этанола, но обычно в этом нет необходимости. Это также, вероятно, не стоит дополнительных затрат, если вы держите свои инструменты в исправном состоянии. Определенно избегайте использования газа E85, который не совместим ни с 2-тактными, ни с 4-тактными двигателями малой мощности, используемыми в уличном энергетическом оборудовании.

Не поймите нас неправильно — мы любим кукурузу… мы просто предпочитаем есть ее или кормить ею животных, а не сжигать ее в наших инструментах и транспортных средствах!

Чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного?

Существует заметная разница в том, как работает двухтактный и четырехтактный двигатель. Четырехтактный двигатель работает, как и следовало ожидать, в четыре этапа:

Рабочий ход (вниз)
Выпускной (вверх) такт
Впускной (снова вниз) такт
Сжатие (снова вверх) такт

Это начальный рабочий ход посылает поршень через каждую из трех оставшихся стадий. Для выполнения всех четырех тактов, необходимых для выдачи мощности и сброса цилиндра, требуется два оборота коленчатого вала.

Автор Zephyris — собственная работа, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=10896588

В двухтактном двигателе два цикла сочетают вышеуказанные функции. Первый (вниз) такт сочетает в себе рабочий и выпускной такт, а второй (вверх) такт сжатия и впуск. Когда поршень достигает верхней части цилиндра, мощность и сгорание происходят одновременно. В нижней части хода вниз система выпускает выхлопные газы и всасывает больше смешанного топлива. Достаточно одного оборота коленчатого вала, чтобы продвинуть поршень по полному циклу.

А. Ширваген с использованием OpenOffice Draw, CC BY-SA 3.0 http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/, через Wikimedia Commons

Плюсы и минусы двухтактных двигателей по сравнению с четырехтактными полагайте, что 2-тактные двигатели полностью побеждают 4-тактные во всех ситуациях, угадайте еще раз. Двухтактные двигатели доминируют над садовыми инструментами и судовыми машинами практически во всех сферах.

Тем не менее, 4-тактные двигатели обеспечивают более высокий крутящий момент, лучшую экономию топлива и более низкие выбросы.

Если мы сравним 2-тактные и 4-тактные двигатели рядом (по крайней мере, в общих чертах), вот что мы получим:

Детали Меньше движущихся частей

	2-тактный двигатель	4-тактный двигатель
Больше движущихся частей
Техническое обслуживание	Масляная часть топливной смеси	Необходимо заменить масло
Хранение	Герметичное хранение топлива 9014
Vibration	Lower vibration	Higher vibration
Fuel Economy	Less efficient	More fuel-efficient
Emissions	Burns oil	Less emissions
Torque	Меньший потенциал	Более высокий крутящий момент
Запуск	Легкий запуск	Запуск намного сложнее (модели без EFI)
Вес	Меньший общий вес	Больше деталей = больше вес

Больше деталей = больше поломок

В целом, у четырехтактных двигателей гораздо больше движущихся частей. Это означает, что у вас есть больше вещей, которые могут сломаться или иным образом потребовать обслуживания. Между коленчатым валом, распределительным валом, шатуном, клапанами, толкателями и поршнем 4-тактный двигатель занимает очень мало места.

Двухтактный двигатель уменьшает количество движущихся частей примерно до трех. Коленчатый вал у вас, конечно, остался. Однако кроме этого у вас есть только шатун и поршень. Когда мы говорим о двухтактных двигателях для небольших морских судов и наружных электроинструментов, обычно у них нет кулачков, подъемников или клапанов.

Хотя и не абсолютно — меньшее количество движущихся частей, как правило, означает меньшее количество отказов. Техническое обслуживание также становится проще. Двухтактный двигатель обычно также занимает около половины рабочего объема (объема цилиндра) четырехтактного двигателя, поскольку он делает больше с меньшими затратами. Он делает это, производя такое же количество энергии! Он также генерирует мощность в два раза быстрее, чем четырехтактный двигатель.

Заключительные мысли о двухтактных и четырехтактных двигателях

Мы по достоинству оценим преимущества владения четырехтактным двигателем для небольших газонокосилок, таких как струнный триммер или ранцевый воздуходув. В целом, однако, мы предпочитаем двухтактные двигатели для небольших моторов по многим причинам, указанным выше. Двухтактные двигатели более надежны, чем четырехтактные. Их меньше ломать, и нам легче их запустить.

Если вам нужен больший крутящий момент, лучше всего подойдет 4-тактный инструмент. Это, безусловно, имеет больше смысла для более крупных двигателей и двигателей, которые выходят за рамки того, что вы ожидаете найти в ручном бензиновом инструменте.

К сожалению, с нынешним движением к еще большему сокращению выбросов и общим переходом на инструменты с батарейным питанием мы думаем, что конец двухтактного двигателя может быть не за горами. Более строгие стандарты и правила выбросов могут привести к тому, что производители в конечном итоге полностью откажутся от двухтактных двигателей.

Когда это произойдет, мы надеемся, что производители наружного силового оборудования смогут улучшить технологию 4-тактных двигателей, чтобы обеспечить то, что нужно профессионалам, когда питание от батареи не может полностью обеспечить товар.

Двухтактный двигатель против четырехтактного

Вы когда-нибудь слышали фразу: «Чем больше все меняется, тем больше оно остается прежним»? Как бы ни совершенствовались и ни менялись автомобили, бензиновый двигатель внутреннего сгорания по своей сути остается прежним.

Конечно, вы знаете, что у вашего автомобиля есть двигатель. Иначе далеко не уедешь. Но знаете ли вы, какой двигатель у вас четырехтактный или двухтактный?

Если вы водите современный автомобиль, скорее всего, это четырехтактный двигатель.

В чем разница между двухтактным и четырехтактным двигателем? Что делает одно лучше другого?

Короче говоря, это зависит от того, какое приложение. В некоторых случаях двухтактный двигатель может быть более выгодным, чем четырехтактный, и наоборот. Узнайте больше о каждом типе двигателя и о том, что делает их такими разными.

Что такое инсульт?

«Ход» — это завершение поршнем цикла в процессе сгорания.

Важнейшая задача двигателя — сгорание для выработки энергии. В процессе сгорания в двигателе поршень движется вверх и вниз в цилиндре, совершая полный ход.

При движении поршня вверх он достигает «верхней мертвой точки» (ВМТ) ближе к клапанам двигателя.
Он находится дальше от клапанов двигателя, когда он движется вниз к «нижней мертвой точке» (НМТ).

Что такое революция горения?

Революция сгорания – это смешивание топлива и воздуха в поршне, воспламенение и рассеивание выхлопных газов.

Поршень движется вниз внутри цилиндра во время процесса впуска, чтобы смесь бензина и воздуха попала в камеру сгорания. Сжатие происходит, когда поршень движется назад, чтобы сжать газы.

Когда это будет завершено, с помощью свечи зажигания произойдет воспламенение газа. Как только зажигание завершено, поршень движется обратно вверх по цилиндру, открывая выпускной клапан, чтобы вытеснить оставшиеся выхлопные газы.

Двухтактный двигатель против четырехтактного двигателя

Разница между двухтактным и четырехтактным двигателем заключается в том, насколько быстро происходит цикл сгорания, в зависимости от того, сколько раз поршень должен перемещаться вверх и вниз в течение каждого цикла.

Что такое четырехтактный двигатель

В четырехтактном двигателе поршень совершает два хода во время каждого цикла, который включает:

Один ход во время сжатия
Один такт для выброса выхлопных газов
Обратный ход

Свечи зажигания зажигаются только один раз за каждый второй оборот, производя мощность на каждые четыре хода поршня.

Кроме того, четырехтактные двигатели не требуют смеси топлива и масла, так как для масла имеется отдельная зона. Четырехтактные двигатели обычно используются в большинстве легковых и грузовых автомобилей, а также в газонокосилках и картингах.

Что такое двухтактный двигатель?

В двухтактном двигателе весь процесс сгорания состоит из одного хода поршня:

Такт сжатия происходит после воспламенения сжатого топлива.
При обратном ходе выхлоп выбрасывается, и в цилиндр поступает следующая топливная смесь.

Кроме того, свечи зажигания срабатывают только один раз за каждый оборот, производя мощность один раз за каждые два два хода поршня.

Небольшие транспортные средства используют двухтактные двигатели, такие как садовые инструменты, лодочные моторы, автомобили с дистанционным управлением и мотоциклы для бездорожья.

Существенные различия между двух- и четырехтактными двигателями:

Четырехтактные двигатели более эффективны из-за меньшей потребности в топливе. Топливо расходуется один раз за четыре такта вместо двух.
Четырехтактные двигатели более безопасны для окружающей среды благодаря уменьшению выбросов. Двухтактный двигатель помимо выхлопных газов выделяет в воздух сгоревшее масло.
Двухтактные двигатели проще и дешевле ремонтировать благодаря их простой конструкции. У них есть порты вместо клапанов, тогда как четырехтактные двигатели имеют больше компонентов, обслуживание или ремонт которых обходится дороже.
Двухтактные двигатели намного шумнее четырехтактных, так как издают пронзительный жужжащий звук.
Хотя четырехтактные двигатели могут служить дольше, они не такие мощные, как их двухтактные аналоги с более высокими оборотами.

Характеристики двигателя

Хотя каждый тип двигателя имеет свои сильные и слабые стороны, ни один из них не превосходит другой. Это как сравнивать яблоки с апельсинами.

Хотя двухтактный двигатель имеет более быстрый цикл, он производит значительную мощность без увеличения движения. Он идеально подходит для высокопроизводительных внедорожников и газонокосилок, которым требуется низкое соотношение мощности и веса.

Четырехтактные двигатели лучше всего подходят для многоцилиндровых двигателей легковых и грузовых автомобилей, внедорожников и крупногабаритных транспортных средств. Вы больше не увидите двухтактные двигатели, используемые в автомобилях из-за их плохих выбросов. Кроме того, четырехтактные двигатели более надежны и ими легче управлять.

Качественный ремонт для вашего четырехтактного двигателя

В следующий раз, когда вы будете косить газон, подстригать живую изгородь или брать внедорожный велосипед для приключений по бездорожью, вы поймете разницу между вашим двухтактным и четырехтактный двигатель и может даже заметить разницу в производительности.

Однако, если у вас когда-нибудь возникнут проблемы с двигателем вашего автомобиля, обратитесь за помощью к консультантам по обслуживанию и техническим специалистам Sun Devil Auto.

Наши технические специалисты, сертифицированные ASE, хорошо разбираются во всем, что находится под капотом. Мы предлагаем комплексные услуги по ремонту двигателей для всех марок и моделей большинства легковых автомобилей и легких грузовиков.

Если горит индикатор проверки двигателя, не игнорируйте его. Принесите его в местный автосалон Sun Devil сегодня для бесплатной диагностики двигателя.

Что такое четырехтактный дизельный двигатель

03.06.2019 22.05.2019 Ник Коннор

Дизельные двигатели могут иметь двухтактный или четырехтактный цикл. В четырехтактном дизельном двигателе поршень перемещается по цилиндру четыре раза. Теплотехника

Дизельный цикл – дизельный двигатель

В 1890-х годах немецкий изобретатель Рудольф Дизель запатентовал свое изобретение эффективного двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия с медленным горением. Первоначальный цикл, предложенный Рудольфом Дизелем, представлял собой цикл с постоянной температурой. В последующие годы Дизель понял, что его первоначальный цикл не работает, и принял цикл постоянного давления, известный как 9-й.0007 Дизельный цикл .

Дизельный цикл является одним из наиболее распространенных термодинамических циклов , которые можно найти в автомобильных двигателях, а описывает работу типичного поршневого двигателя с воспламенением от сжатия. Дизельный двигатель по принципу действия аналогичен бензиновому двигателю. Самое главное отличие состоит в том, что:

В начале такта сжатия в цилиндре нет топлива, поэтому в дизельных двигателях не происходит самовоспламенения.
В дизельном двигателе вместо искрового зажигания используется воспламенение от сжатия.
Из-за высокой температуры, возникающей при адиабатическом сжатии, топливо самовоспламеняется при впрыске. Поэтому свечи зажигания не нужны.
Перед началом рабочего такта форсунки начинают впрыскивать топливо непосредственно в камеру сгорания, поэтому первая часть рабочего такта происходит примерно при постоянном давлении.
Более высокая степень сжатия может быть достигнута в Дизельные двигатели , чем в двигателях Отто

Дизельный двигатель аналогичен по работе бензиновому двигателю. На этой картинке двигатель Отто, который воспламеняется от свечи зажигания, а не от сжатия.

Четырехтактный двигатель – двигатель Отто
Источник: wikipedia.org, собственная работа Zephyris, CC BY-SA 3.0

В отличие от цикла Отто , цикл Дизеля не выполняет подвод изохорного тепла. В идеальном цикле Дизеля система, выполняющая цикл, проходит серию из четырех процессов: два изоэнтропических (обратимых адиабатических) процесса чередуются с одним изохорным процессом и одним изобарическим процессом.

Поскольку принцип Карно гласит, что ни один двигатель не может быть более эффективным, чем реверсивный двигатель ( тепловой двигатель Карно ), работающий между одними и теми же высокотемпературными и низкотемпературными резервуарами, дизельный двигатель должен иметь более низкий КПД, чем КПД Карно. Типичный дизельный автомобильный двигатель работает с тепловым КПД примерно от от 30% до 35% . Около 65-70% отбрасывается в виде сбросного тепла, не превращаясь в полезную работу, т. е. работу, переданную колесам. В целом двигатели, использующие цикл Дизеля, обычно более эффективны, чем двигатели, использующие цикл Отто. Дизельный двигатель имеет самый высокий тепловой КПД среди всех существующих двигателей внутреннего сгорания. Тихоходные дизельные двигатели (используемые на судах) могут иметь тепловой КПД, превышающий 50% . Самый большой дизельный двигатель в мире достигает 51,7%.

Четырехтактный дизельный двигатель

Дизельные двигатели могут иметь двухтактный или четырехтактный цикл. Четырехтактный дизельный двигатель представляет собой двигатель внутреннего сгорания (ВС), в котором поршень совершает четыре отдельных хода при вращении коленчатого вала. Под ходом понимается полный ход поршня по цилиндру в любом направлении. Поэтому каждый такт не соответствует одному термодинамическому процессу, приведенному в главе 9.0007 Дизельный цикл – Процессы.

Четырехтактный двигатель состоит из:

такта впуска – Поршень движется от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ) и цикл проходит точки 0 → 1. В этом ход впускной клапан открыт, в то время как поршень втягивает воздух (без топлива) в цилиндр, создавая вакуумное давление в цилиндре посредством своего движения вниз.
такт сжатия – Поршень движется от нижней мертвой точки (НМТ) к верхней мертвой точке (ВМТ) и цикл проходит точки 1 → 2 . В этом такте впускной и выпускной клапаны закрыты, что приводит к адиабатическому сжатию воздуха (т. е. без передачи тепла в окружающую среду или из нее). Во время этого сжатия объем уменьшается, а давление и температура повышаются. В конце этого такта топливо впрыскивается и сгорает в сжатом горячем воздухе. В конце этого такта коленчатый вал совершил полный оборот на 360 градусов.
рабочий ход – Поршень движется от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ) и цикл проходит точки 2 → 3 → 4. В этом такте впускной и выпускной клапаны закрыты. В начале рабочего такта между 2 и 3 происходит почти изобарическое сгорание. В этом интервале давление остается постоянным, так как поршень опускается, а объем увеличивается. В 3 впрыск топлива и сгорание завершаются, и цилиндр содержит газ с более высокой температурой, чем в 2. Между 3 и 4 этот горячий газ расширяется, опять же примерно адиабатически. В этом такте поршень движется к коленчатому валу, объем увеличивается, и работа совершается газом над поршнем.
такт выпуска. Поршень движется от нижней мертвой точки (НМТ) к верхней мертвой точке (ВМТ), и цикл проходит точки 4 → 1 → 0. В этом такте выпускной клапан открыт, а поршень вытягивает выхлопные газы из камеры . В конце этого такта коленчатый вал совершил второй полный оборот на 360 градусов.

Обратите внимание, что: В идеальном случае адиабатическое расширение должно продолжаться до тех пор, пока давление не упадет до давления окружающего воздуха. Это увеличило бы тепловой КПД такого двигателя, но это также вызывает практические трудности с двигателем. Просто двигатель должен быть намного больше.

Примеры степеней сжатия — бензин по сравнению с дизельным двигателем

Степень сжатия в бензиновом двигателе обычно не намного выше 10:1 из-за потенциальной детонации двигателя (самовоспламенения) и не ниже 6: 1 .
Subaru Impreza WRX с турбонаддувом имеет степень сжатия 8,0:1 . Как правило, двигатели с турбонаддувом или наддувом уже имеют сжатый воздух на впуске воздуха, поэтому они обычно строятся с более низкой степенью сжатия.
Стандартный двигатель Honda S2000 (F22C1) имеет степень сжатия 11,1:1 .
Некоторые атмосферные двигатели спортивных автомобилей могут иметь степень сжатия до 12,5 : 1 (например, Ferrari 458 Italia).
В 2012 году Mazda выпустила новые бензиновые двигатели под торговой маркой SkyActiv со степенью сжатия 14:1 . Чтобы снизить риск детонации двигателя, количество остаточных газов уменьшается за счет использования выхлопных систем двигателя 4-2-1, внедрения поршневой полости и оптимизации впрыска топлива.
Дизельные двигатели имеют степень сжатия, которая обычно превышает 14:1, а также распространены степени выше 22:1.

Ссылки:

Ядерная и реакторная физика:

Дж. Р. Ламарш, Введение в теорию ядерных реакторов, 2-е изд., Addison-Wesley, Reading, MA (1983).
Дж. Р. Ламарш, А. Дж. Баратта, Введение в ядерную технику, 3-е изд., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
WM Стейси, Физика ядерных реакторов, John Wiley & Sons, 2001, ISBN: 0-471-39127-1.
Гласстоун, Сезонске. Разработка ядерных реакторов: разработка реакторных систем, Springer; 4-е издание, 1994 г., ISBN: 978-0412985317
WSC. Уильямс. Ядерная физика и физика элементарных частиц. Кларендон Пресс; 1 издание, 1991 г., ISBN: 978-0198520467
Кеннет С. Крейн. Введение в ядерную физику, 3-е издание, Wiley, 1987, ISBN: 978-0471805533
Г. Р. Кипин. Физика ядерной кинетики. Паб Эддисон-Уэсли. Ко; 1-е издание, 1965 г.
Роберт Рид Берн, Введение в работу ядерного реактора, стр. 1988.
Министерство энергетики, ядерной физики и теории реакторов США. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 and 2. January 1993.

Advanced Reactor Physics:

К. 0-894-48033-2.
К. О. Отт, Р. Дж. Нойхольд, Введение в динамику ядерных реакторов, Американское ядерное общество, 1985, ISBN: 0-894-48029-4.
Д. Л. Хетрик, Динамика ядерных реакторов, Американское ядерное общество, 1993, ISBN: 0-894-48453-2.
Э. Э. Льюис, В. Ф. Миллер, Вычислительные методы переноса нейтронов, Американское ядерное общество, 1993, ISBN: 0-894-48452-4.

Другие ссылки:

Дизельный двигатель — утилизация автомобилей

См. также:

Дизельный цикл

Мы надеемся, что эта статья Четырехтактный дизельный двигатель поможет вам. Если это так, дайте нам лайк на боковой панели. Основная цель этого веб-сайта — помочь общественности узнать интересную и важную информацию о теплотехнике.

Категории Теплотехника

Получение репрезентативного рабочего цикла двигателя на основе данных о вождении большегрузных транспортных средств на дорогах

Journal of Transportation Technologies
Vol. 07 No.04 (2017), ID статьи: 79479, 14 страниц
10.4236/jtts.2017.74025

Получение репрезентативного рабочего цикла двигателя на основе данных о вождении большегрузных транспортных средств на дорогах

Yuhui Peng ¹ , Andrew C. Nix ² , Hailin Li ² , Derek R. Johnson ² , Robert S. Heltzel ²

¹ College of Mechanical Engineering and Automation , Университет Фучжоу, Фучжоу, Китай

² Факультет машиностроения и аэрокосмической техники, Статлеровский колледж инженерии и минеральных ресурсов, Университет Западной Вирджинии, Моргантаун, Западная Вирджиния, США

Эта работа находится под лицензией Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0).

http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Получено: 2 мая 2017 г.; Принято: 27 сентября 2017 г. ; Опубликовано: 30 сентября 2017 г.

АННОТАЦИЯ

Парк большегрузных автомобилей, задействованных в доставке воды и песка, делает заметными проблемы выбросов выхлопных газов и расхода топлива в процессе разработки сланцевого газа. Чтобы изучить возможность преобразования этих дизельных двигателей большой мощности для работы на двойном топливе, работающем на природном газе и дизельном топливе, необходим переходный рабочий цикл двигателя, отражающий реальные условия работы двигателя. В этой статье предлагается методология, и целевой рабочий цикл двигателя, составляющий 2231 секунду, разработан на основе дорожных данных, собранных с 11 дорожных грузовиков для перевозки песка и воды. О подобии собственных характеристик разработанного цикла и наблюдаемой базовой поездки свидетельствует погрешность стандартного отклонения и средних значений нормированных частоты вращения и крутящего момента двигателя, равная 2,05 %. Наши результаты показывают, что предлагаемый подход, как ожидается, создаст репрезентативный цикл поведения двигателя большой мощности в процессе эксплуатации.

Ключевые слова:

Рабочие циклы двигателей, дорожные большегрузные автомобили, добыча сланцевого газа

1. Введение

транспортировка грузовыми автомобилями, буровыми установками, двигателями для гидроразрыва пласта и другими приложениями. Потребление дизельного топлива является одной из самых больших затрат при разработке сланцевого газа из-за этих первичных двигателей. Выбросы выхлопных газов этих обычных дизельных двигателей могут привести к негативным последствиям для окружающей среды и здоровья. Экономия затрат может быть достигнута за счет преобразования этих двигателей для работы на двух видах топлива, работающих на природном газе и дизельном топливе. Для измерения выбросов дизельных и двухтопливных двигателей проводятся лабораторные испытания на динамометрическом стенде двигателя в соответствии с установленным графиком испытаний. Рабочие циклы двигателя определяют экспериментальные результаты любого динамометрического испытания. Однако рабочий цикл двигателя, отражающий реальные условия работы этих двигателей, не определен, и стандартные сертификационные циклы могут не отражать эти условия. Из первичных двигателей, используемых при разработке сланцевого газа, условия работы грузовиков, связанных с доставкой воды и песка, являются наиболее сложными из-за переменной скорости и нагрузки этих внедорожных двигателей. Цель этого вклада состоит в том, чтобы установить рабочий цикл двигателя для представления реальных условий работы двигателей грузовых автомобилей на основе собранных дорожных данных.

Для оценки экономии топлива и выбросов выхлопных газов используются различные рабочие циклы шасси автомобиля и двигателя. Стандартные циклы широко применяются при стендовых испытаниях шасси и двигателей властями, производителями и владельцами автопарков для сертификации двигателей и транспортных средств. Для легковых автомобилей в Соединенных Штатах (США) широко используемые стандартные ездовые циклы транспортных средств состоят из FTP72, FTP75, SFTP US06, SFTP SC03 и HWFET [1]. Для большегрузных транспортных средств в США вместо испытаний на динамометрическом стенде в соответствии с федеральными нормами требуется только испытание на динамометрическом стенде двигателя в течение цикла FTP переходного тяжелого режима работы двигателя. Стандартные циклы для динамометров шасси или двигателей позволяют сравнивать производительность различных транспортных средств, однако они не обязательно отражают поведение всех реальных операций [2] . Поэтому исследования посвящены созданию репрезентативных ездовых циклов, указывающих на реальную работу транспортного средства для конкретных условий движения в конкретной области. Например, ездовой цикл был разработан для оценки моделей вождения транспортных средств в словенском городе Целе и сравнивался с ездовыми циклами других городов Европы Kneza et al. [3] . Кроме того, изучаются различные методы разработки различных ездовых циклов для нескольких городов Азии [4] [5] [6] [7].

В отличие от разработки ездового цикла, опубликовано ограниченное количество литературы по разработке рабочего цикла двигателя на основе реальных условий эксплуатации. В рамках нормативной программы Агентства по охране окружающей среды США (EPA) по разработке циклов сертификации выбросов выхлопных газов внедорожных дизельных двигателей мощностью более 37 кВт были определены три рабочих цикла двигателя для сельскохозяйственного трактора, экскаватора-погрузчика и гусеничного трактора. трактора на основе реальных данных эксплуатации. Следует отметить, что относительное время, затрачиваемое на эти действия для этих трех единиц внедорожной техники, предоставляется производителями оборудования [8] . Используемые данные о вождении 65 различных транспортных средств из Австралии, Европы, Японии и США использовались в модели трансмиссии для преобразования всемирного переходного цикла транспортного средства (WTVC) в эталонный переходный цикл испытаний двигателя, называемый всемирным согласованным переходным циклом (WHTC). ) Рабочей группой по вопросам загрязнения и энергетики Европейской экономической комиссии ООН (ЕЭК ООН) [9]. Исследовательская группа из Университета Западной Вирджинии (WVU) предложила четыре рабочих цикла испытаний двигателя: ползучий, переходный, крейсерский и высокоскоростной для мощных дизельных двигателей, разработанных на основе собранных данных, в которых используется предварительно определенное шасси E-55/59 HHDDT. тестовый режим для имитации эксплуатации HHDDT в Калифорнии [10] [11] . Точно так же Уллман [8] разработал цикл испытаний двигателя большой мощности, представляющий режим эксплуатации на шоссе с ограничением по скорости [12].

В следующих разделах представлен процесс, использованный для расчета рабочего цикла двигателя на основе данных о вождении 11 грузовиков, используемых при добыче сланцевого газа. В разделе 2 описывается система регистрации данных, разработанная для сбора широковещательной информации бортового блока управления двигателем (ECU), такой как частота вращения двигателя, нагрузка, расход топлива, положение педали и другие соответствующие параметры. Кроме того, подробная методология и вся процедура создания целевого рабочего цикла двигателя демонстрируется в разделе 3. В разделе 4 достигается и статистически анализируется окончательный рабочий цикл двигателя на основе собранных реальных данных. Наконец, выводы по этому исследованию представлены в Разделе 5.

2. Сбор дорожных данных для большегрузных транспортных средств

Процесс разработки репрезентативного рабочего цикла двигателя начался с записи реальных данных о вождении дорожных транспортных средств. Мини-логгеры J1939 от HEM Data использовались для сбора данных о транспортных средствах, участвующих в строительстве кустовых площадок, транспортировке воды и песка в отрасли разработки нетрадиционных скважин, как показано на рисунке 1. Эти регистраторы способны регистрировать параметры J1708 или J1939 вместе с данные GPS. В работе приняли участие семь компаний; все они были расположены в больших сланцевых регионах Марцеллус и Ютика Аппалачского бассейна. Их рабочие маршруты показаны на рисунке 2. Сводная информация о типах транспортных средств и двигателей, зарегистрированных в этом исследовании, представлена в таблице 1. Таким образом, для разработки дорожного цикла было использовано в общей сложности 11 транспортных средств. Недействительные файлы данных, такие как короткие (менее 30 минут) и не показывающие действия (припаркованные/обслуживаемые), были исключены. Данные за 600 часов считались достоверными и использовались для разработки цикла.

Рис. 1. Мини-регистратор данных HEM.

Рис. 2. Маршруты транспортных средств Марцелла и Ютики.

Таблица 1. Привлеченные к расследованию автомобили для перевозки воды и песка.

3. Методика разработки рабочего цикла двигателя

3.1. Схема разработки рабочего цикла двигателя

Весь процесс методологии, используемой для разработки репрезентативного рабочего цикла двигателя, представлен на блок-схеме, показанной на рисунке 3. Он включает:

・ Создание базы данных для хранения набора данных, состоящего из 45 поездок, выбранных из данных регистрации всех тестовых грузовиков, формирование базовой поездки на основе этого набора данных и создание показателей оценки рабочего цикла двигателя.

・ Разделение каждой поездки на микропоездки (всего 1973) и сжатие длительных микропоездок в соответствующие микропоездки с помощью

Рисунок 3. Блок-схема развития рабочего цикла двигателя.

соответствующей продолжительности. Каждое микроотключение состоит из периода простоя и периода работы.

・ Количество (k) микропоездок было выбрано в качестве «начальных» микропоездок, которые имеют наименьшее расхождение по сравнению с базовой поездкой. Следовательно, k групп создаются на основе кластеризации возможных членов группы из всех других микропоездок (1973-k) для каждой группы путем сравнения разницы соответствующего значения характеристики между микропоездкой-кандидатом и начальным микропоездкой.

・ Генерация циклов-кандидатов из комбинированных микропутевок и расчет интегрированного значения разности между каждым циклом-кандидатом и базовым рейсом с использованием показателей оценки. Если ни один цикл-кандидат не соответствовал критериям оценки, создавался новый цикл-кандидат.

・ Оптимизация целевого рабочего цикла двигателя с точки зрения характеристик данных переходного цикла ФЦП тяжелого дизеля. Следует отметить, что достигнутый рабочий цикл двигателя представляет собой пару графиков скорость-время и крутящий момент-время двигателя.

3.2. Нормализация крутящего момента и скорости двигателя

Как обсуждалось в Разделе 2, для сбора данных использовались 11 грузовиков с 4 различными дизельными двигателями большой мощности. Для определения целевого репрезентативного рабочего цикла двигателя частота вращения и крутящий момент двигателя, наблюдаемые от ECU для каждого грузовика, были нормализованы в соответствии с требованием Свода федеральных правил (CFR) 40, часть 86 [13]. % скорости и % крутящего момента определяются уравнениями (1) и (2) [10].

%скорость = 100 % * (фактическая скорость – скорость на холостом ходу) / (номинальная скорость – скорость на холостом ходу)
. (1)

% крутящего момента об/мин = 100 % * (крутящий момент об/мин фактический) / (крутящий момент об/мин макс)
. (2)

Фактическая частота вращения двигателя, передаваемая ECU, была надежным и точным измерением для использования в качестве %скорости [12] . При предоставленных данных «номинальной скорости» получается значение %скорости для каждой точки данных. Ошибка %скорости может быть связана со значением «ограниченной скорости холостого хода», которая здесь принимается как средняя частота вращения двигателя на холостом ходу. Поскольку оба параметра «Фактический двигатель — крутящий момент в процентах (%)» и «Номинальное трение — крутящий момент в процентах (%)», наблюдаемые в широковещательной информации ЭБУ, указываются в процентах от эталонного крутящего момента двигателя в соответствии с определениями в SAEJ19.39-71, конкретное значение «фактического крутящего момента» получается с использованием уравнения (3).

% крутящего момента r p m фактическое = ( % крутящего момента e n g — % крутящего момента f r i ) * крутящий момент r e f
. (3)

Следует отметить, что «Фактическое значение крутящего момента двигателя в процентах (%)», «Номинальное трение — крутящий момент в процентах (%)» и эталонный крутящий момент двигателя выражаются в виде % крутящего момента _eng , % крутящего момента _fri и % крутящего момента _ссылка соответственно. Используя кривые тяги двигателя (максимальный крутящий момент _об/мин) и эталонных крутящих моментов двигателей, предлагаемых производителями, был рассчитан % крутящего момента _об/мин каждой точки.

3.3. Engine Duty Cycle Generation

Для оценки выбросов выхлопных газов и расхода топлива тестируемых грузовиков необходимо провести стендовые испытания двигателя в контролируемой лабораторной среде. Таким образом, был разработан репрезентативный переходный цикл работы двигателя, полученный на основе данных, собранных с испытанных двигателей. В то же время для реализации предложенной методологии использовалась компьютерная программа, использующая Visual Basic и базу данных Microsoft SQL Server.

3.3.1. Строительство контрольной базы Поездка

Двадцатидневные данные были записаны с 11 проанализированных грузовиков, в результате чего было создано 500 файлов. Каждый файл определяется как отдельная поездка, и не все поездки принимаются из-за слишком короткой продолжительности или ограниченных действий. Наконец, набор данных, состоящий из 45 поездок с 1 285 655 посекундными точками данных и продолжительностью около 357 часов, был выбран вручную для формирования всей базовой поездки. Переменные времени, скорости автомобиля, частоты вращения двигателя, фактического крутящего момента двигателя в процентах (%) и номинального трения в процентах крутящего момента (%), содержащиеся в файле, передаются в базу данных. Следует отметить, что отфильтровываются точки с нулевой скоростью автомобиля и нулевой частотой вращения двигателя, подразумевающие выключение двигателя со статусом парковки. Кроме того, параметры Norm_ESpeed (нормированная частота вращения двигателя %), Norm_ETorque (нормированный крутящий момент двигателя %), E_Accel (ускорение скорости двигателя %) и T_Accel (ускорение крутящего момента двигателя %) определяются и рассчитываются для каждой точки в соответствии с уравнениями (4) и (5).

E _ A c c e l = N o r m _ E Скорость текущая − N o r m _ E Скорость предыд.
. (4)

T _ A c c e l = N o r m _ E крутящий момент текущий − N o r m _ E крутящий момент предыдущий
. (5)

3.3.2. Поколение микропоездок

Каждая поездка делится на определенное количество микропоездок, состоящих из периода работы двигателя на холостом ходу. Период холостого хода двигателя определялся точками данных, для которых скорость автомобиля была ниже 5 км/ч, а скорость двигателя была ниже средней скорости двигателя (E_Speedave) при нулевой скорости автомобиля. Значение E_Speedave было получено на основе статистики, учитывающей возможную насосную активность для рассматриваемых поездок. Насосные работы выполнялись, когда двигатель приводил в действие устройство для перекачки песка или воды, когда транспортное средство стояло на месте. Таким образом, 19Из 45 отдельных отключений выявлено 73 микропоездки.

Одно из ожиданий целевого рабочего цикла двигателя состояло в том, что он должен составлять не более 2400 секунд и состоять как минимум из восьми микроотключений. Продолжительность самого длинного отключения ограничена 400 секундами, а любое микроотключение продолжительностью более 270 секунд было сжато с учетом статистического значения Pnt_Idle (определение см. в абзаце ниже). Это означает, что одна точка из нескольких последовательных точек должна быть выбрана для представления связанных точек. Поэтому был использован метод наименьших квадратов ошибок Norm_ESpeed и Norm_ETorque, чтобы гарантировать, что характеристики новой микропоездки лучше всего отражают первоначальную более длительную поездку. Кроме того, метрики оценки каждой микропоездки включали следующие параметры:

1) Pnt_Idle, Процент всего микроотключения, находящегося в состоянии простоя (%)

a)
P n t _ I d l e = 100 × ( T всего − T работы ) / T всего

b) T _всего : общая продолжительность микроотключения;

c) T _{операция} : время работы микроотключения.

2) Pnt_Accel, часть разгона двигателя за весь микрорейс (%)

d) Когда E_Accel > 1,8%, это означает, что обороты двигателя увеличиваются более чем на 30 об/мин в секунду.

д)
P n t _ Ac c e l = 100 × T c c e l / T операции

f) T _{ускорение} : общая продолжительность разгона двигателя для микропоездки.

3) Pnt_Cruise, часть всего микрорейса установившейся работы двигателя (%)

g) Когда −1,8% ≤ E_Accel ≤ 1,8%, это означает, что изменение скорости вращения двигателя составляет менее 30 об/мин.

ч)
P n t _ C r u i s e = 100 × T крейсерского режима / T рабочего режима

i) T _круиз : общая продолжительность работы двигателя в режиме круиза для микропоездки.

4) Ave_Accel, среднее значение E_Accel для режима ускорения, когда E_Accel > 1,8% (%)

5) Ave_Decel, среднее значение E_Accel для режима замедления, когда E_Accel < −1,8% (%)

6 ) Ave_Cruise, среднее значение E_Accel для крейсерского режима, когда −1,8% ≤ E_Accel ≤ 1,8% (%)

7) Ave_ESpeed, среднее значение приведенной частоты вращения двигателя (Norm_ESpeed) в период эксплуатации для микрорейса (% )

8) Ave_Torque, среднее значение нормализованного крутящего момента двигателя (Norm_Etorque) за период эксплуатации за микропоездку (%)

9) Dev_ESpeed, значение стандартного отклонения нормализованной частоты вращения двигателя (Norm_ESpeed) за микропоездку ( %)

10) Dev_ETorque, значение стандартного отклонения нормализованного крутящего момента двигателя (Norm_Etorque) для микропоездки (%)

11) Ave_Difference, среднее значение разности соответствующих десяти параметров между микропоездкой и базовая поездка.

а)
A v e _ D i f f e р e n c e = ( D i f f e р e n c e P n t _ i d l e + D i f f e р e n c e P n t _ a c c e l + L + D i f f e р e n c e D e v _ E t o r q u e ) / 10

b)
D я ж ж е р е п c е п п т _ я d л е знак равно ( п п т _ я d л е м я р c о _ т р я п — п п т _ я d л е б а s е _ т р я п ) / п п т _ я d л е б а с е _ т р я п

3.3.3. Группа микропоездок

Все 1973 микропоездки были отсортированы в порядке возрастания значения Ave_Difference, что означает, что микропоездки в верхней позиции имеют характеристики, более близкие к характеристикам базовой поездки. Таким образом, топ-k микропоездок были выбраны в качестве «начальных» микропоездок. Исходное микропутешествие использовалось в качестве эталона для выбора микропутешествий других участников для создания соответствующей группы. Начальное микропутешествие для группы _и было отмечено как исходное число _и. Затем микропоездки членов каждой группы были собраны из всех остальных микропоездок (19 человек). 73-k) путем сравнения разницы значений соответствующего параметра между микропоездкой-кандидатом и исходной микропоездкой соответственно. Если все абсолютные сравнительные различия значений восьми параметров (включая Pnt_idle, Ave_Accel, Ave_Decel, Ave_Cruise, Ave_ESpeed, Ave_Torque, Dev_ESpeed и Dev_ETorque) были ниже порогового значения ошибки, рассматриваемая микропоездка добавлялась как элемент соответствующую группу. Например, микропутешествие MTrip _j считалось частью Группы 9.0061 и , если выполнены следующие условия:

100 % × абс ( P n t _ i d l e j − P n t _ i d l e s e e d i ) / P n t _ i d l e s e e d i ≤ Ошибка

100 % × абс ( A v e _ A c c e l j − A v e _ A c c e l s e e d i ) / A v e _ A c c e l s e e d i ≤ Ошибка

100 % × абс ( A v e _ D e c e l j − A v e _ D e c e l s e e d i ) / A v e _ D e c e l s e e d i ≤ Ошибка

100 % × абс ( D e v _ E T o r q u e j − D e v _ E T o r q u e s e e d i ) / D e v _ E T o r q u e s e e d i ≤ Ошибка

Таким образом, все микропоездки членов групп имели схожие характеристики исходной микропоездки. Если в группе i было n _i микропоездок участников, то n _i определялось как количество микропоездок для группы _i . Очевидно, что с увеличением значения ошибки больше микропоездок будет группироваться в элементы, что приведет к большему потреблению вычислительного времени. Количество параметров сравнения также влияет на шкалу членов для каждой группы.

3.3.4. Создание циклов-кандидатов

Возможный цикл-кандидат состоял из k микропоездок из разных групп. Каждое микропутешествие выбиралось из разных групп. Таким образом, количество циклов-кандидатов было n ₁ × n ₂ × n ₃ ×, ・・・, n _k ₋₁ × n _k . Для этого исследования значение k равно восьми, а значения n ₁ , n ₂ , n ₃ , ・・・, n ₈ равны 6, 3, 15, 1, 3, 5, 28 и 2. Общее количество возможных циклов-кандидатов составило 226 800, из которых был выбран наилучший репрезентативный целевой цикл.

Для каждого цикла-кандидата и отдельной поездки метрики оценки были установлены аналогично тем, которые определяли микропоездки.

1) Pnt_Idle, Незанятая часть всего цикла (%)

a)
п п т _ я d л е знак равно 100 × ( я d л е _ Т я м е 1 + я d л е _ Т я м е 2 + ⋯ + я d л е _ Т я м е k ) / Т т о т а л
, где Idle_Time _k означает сумму времени простоя микрорейса MTrip _k и T _total означает общее время цикла.

2) Pnt_Accel, Часть рабочего состояния, в которой наблюдается ускорение двигателя (%)

а)
п п т _ А c c е л знак равно 100 × ( Т а c c е л _ 1 + Т а c c е л _ 2 + ⋯ + Т а c c е л _ k ) / Т т о т а л
, T _{accel_k} обозначает общее время разгона двигателя для микропоездки MTrip _k .

3) Pnt_Cruise, часть рабочего состояния, при котором двигатель работает стабильно (%)

а)
п п т _ C р ты я s е знак равно 100 × ( Т c р ты я s е _ 1 + Т c р ты я s е _ 2 + ⋯ + Т c р ты я s е _ k ) / Т т о т а л
, T _{Cruise_k} обозначает общее время крейсерского режима двигателя для микрорейса MTrip _k .

4) Ave_Accel, среднее значение E_Accel при E_Accel > 1,8 % за весь цикл (%)

5) Ave_Decel, среднее значение E_Accel при E_Accel < −1,8 % за весь цикл (%)

6) Ave_Cruise, среднее значение E_Accel при −1,8% ≤ E_Accel ≤ 1,8% во всем цикле (%)

7) Ave_ESpeed, среднее значение Norm_ESpeed для периодов работы во всем цикле (%)

8) Ave_Torque, среднее значение Norm_Etorque для рабочих периодов всего цикла (%)

9) Dev_ESpeed, значение стандартного отклонения Norm_ESpeed для рабочих периодов всего цикла (%)

10) Dev_ETorque, стандартное отклонение значение Norm_Etorque для периодов работы в полном цикле (%)

Десять параметров базовой поездки рассчитываются исходя из предположения, что базовая поездка была конкретной поездкой, состоящей из 1973 микропоездок. Наконец, интегрированная разница (обозначается как Int_Difference) каждого цикла-кандидата оценивается как:

Int_Difference i = (Diff_Pnt_Idle i +Diff_Pnt_Accel i +L+Diff_Dev_Power i ) / 10

, где

D я ж ж _ п п т _ я d л е я знак равно 100 × абсолютный ( п п т _ я d л е я — п п т _ я d л е б а s е _ т р я п ) / п п т _ я d л е б а с е _ т р я п

D i f f _ P n t _ A c c e l i знак равно 100 × абсолютный ( P n t _ A c c e l i — P n t _ A c c e l b a s e _ t r i p ) / P n t _ A c c e l b a s e _ t r i p

D i ж ж _ D e v _ E T о р q u e я знак равно 100 × абсолютный ( D e v _ E T о р q u e i — D e v _ E T о р q u e b a s e _ t r i p ) / D e v _ E T o r q u e b a s e _ t r i p

Желаемый цикл был определен как цикл с наименьшим значением Int_Difference, который имеет наиболее схожие характеристики всего базового рейса и может отражать реальную работу задействованных двигателей.

3.3.5. Оптимизация для целевого цикла

Одно из правил, применяемых к целевому рабочему циклу двигателя, заключалось в том, что максимальное и минимальное значение E_Accel, T_Accel для цикла не должно превышать соответствующее значение переходного цикла стандартного тяжелого дизеля FTP. Подход к оптимизации был применен для сглаживания целевого цикла путем вставки дополнительных точек из исходного набора точек данных в соответствующий микропоездку. Следует отметить, что приемлемые дополнительные точки должны быть выбраны из выборочных данных того же транспортного средства. Это гарантировало, что вставляемые данные относятся к одному типу операций.

4. Результаты

Используя методологию, описанную выше, был разработан целевой рабочий цикл двигателя с 2291 точкой данных со значением Int_Difference 9,9%. Конкретные значения показателей оценки показаны в Таблице 2. Когда акцент был сделан на различиях Ave_ESpeed, Ave_Torque, Dev_ESpeed и Dev_ETorque между целевым циклом и базовой поездкой, средняя ошибка для четырех параметров составила 2,05 %. демонстрация эффективности методологии в статистическом сопоставлении фактического режима работы двигателя. Причина такой большой разницы в значении Pnt_Accel заключалась в том, что этот параметр не участвовал в сравнении в процессе выбора микропоездок участников для группы. Больше параметров приводит к меньшему количеству участников из-за все более строгих требований.

Таблица 2. Конкретные значения показателей оценки для базового отключения и целевого рабочего цикла.

Максимальные и минимальные значения E_Accel, T_Accel для стандартного переходного цикла дизельного двигателя большой мощности FTP представлены статистически следующим образом.

MAX_E_Accel (%): 37,24

MIN_E_Accel (%): −31,55

MAX_T_Accel (%): 78,53

MIN_T_Accel (%): −84,92

4 ограничения были сняты. Вставив 30 дополнительных точек в цикл 83 359, заключительный цикл был оптимизирован, чтобы удовлетворить требования работы двигателя испытания. Для выбранного разработанного цикла с наилучшей производительностью нормализованные кривые зависимости частоты вращения и крутящего момента двигателя от времени, содержащие в общей сложности 2321 точку, показаны на рисунке 4. Кроме того, распределения нормализованных оборотов двигателя и крутящего момента для целевого цикла и базовой поездки статистически проанализированы в Таблице 3 и сравнены с соответствующими кривыми, показанными на Рисунке 5. Сравнение нормализованных частот вращения двигателя и частотного распределения крутящего момента для целевого цикла и базовой поездки представлено на Рисунке 6. Обратите внимание, что отрицательный крутящий момент двигателя не включен в статистику. Наконец, на основе конкретных параметров целевого двигателя, подлежащего испытанию в лаборатории, приведенные выше нормализованные частота вращения двигателя и крутящий момент двигателя могут быть денормализованы в конкретные значения, которые должны использоваться для стендовых испытаний двигателя.

Рис. 4. Кривые целевого рабочего цикла при нормированных частоте вращения и крутящем моменте двигателя.

Таблица 3. Распределение нормализованных оборотов двигателя и крутящего момента для целевого цикла и расчетной поездки (процент цикла в каждом интервале нормализованных оборотов двигателя или крутящего момента).

Рис. 5. Кривые распределения нормированных оборотов двигателя и крутящего момента для целевого цикла и базовой поездки.

Рис. 6. Сравнение нормализованных частот вращения двигателя и частотного распределения крутящего момента для целевого цикла и базовой поездки.

5. Выводы

Метод разработки нормализованного переходного рабочего цикла двигателя был разработан с использованием микропоездок, извлеченных из данных, зарегистрированных на дорожных транспортных средствах большой грузоподъемности. Конкретные значения частоты вращения двигателя и крутящего момента двигателя были нормализованы для всех выборочных точек данных от разных двигателей, как определено в CFR §86.1333-90. Метрики оценки микрорейсового и кандидатского циклов включали десять параметров, относящихся к условиям работы двигателя. Эти показатели были разработаны для оценки неотъемлемых характеристик поведения двигателя. Путем сравнения разработанных циклов с базовым рейсом был получен репрезентативный цикл с приемлемой низкой интегральной разницей. Таким образом, предполагалось, что предлагаемый подход будет реальным представлением неоднородного поведения двигателя для грузовых автомобилей, работающих в конкретной области эксплуатации. Тем не менее, чтобы изучить осуществимость и пригодность, разработанный рабочий цикл двигателя должен быть проверен на динамометрическом стенде двигателя, а значения выбросов выхлопных газов и расхода топлива сравнимы с реальными условиями.

Благодарности

Авторы хотели бы выразить признательность за поддержку Министерства энергетики, Национальной лаборатории энергетических технологий (NETL), Стратегического центра нефти и природного газа, по номеру гранта/контракта DE-FE0013689, под контролем г-на Билла Финчема. . Авторы также хотели бы отметить Программу исследований муниципальных технологий Фучжоу (2014-G-69) и Программу улучшения исследований Университета Фучжоу (2014-XQ-15).

Процитировать эту статью

Пэн Ю.Х., Никс А.К., Ли Х.Л., Джонсон Д.Р. и Хельцель, Р.С. (2017) Получение репрезентативного рабочего цикла двигателя на основе данных о вождении тяжелых транспортных средств на дорогах. Журнал транспортных технологий, 7, 376-389. https://doi.org/10.4236/jtts.2017.74025

Каталожные номера

1. DieselNet. (2017) Циклы испытаний на выбросы. https://www.dieselnet.com/standards/cycles/#us-ld

2. Андреэ, М., Салемм, Г., Кумар, М. и Сан, З. (2012) Циклы сертификации транспортных средств по выбросам на основе циклов испытаний двигателей большой мощности. SAE International, 5, 299-309.

3. Кнеза, М., Мунир, Т., Йереб, Б. и Куллинан, К. (2014) Оценка ездового цикла для Целе и сравнение с другими европейскими городами. Устойчивые города и общество, 11, 56–60. https://doi.org/10.1016/j.scs.2013.11.010

4. Хо С.Х., Вонг Ю.Д. и Чанг, В.К. (2014) Разработка сингапурского ездового цикла для легковых автомобилей для оценки расхода топлива и выбросов транспортных средств. Атмосферная среда, 97, 353-362. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2014.08.042

5. Ви, Х., Парк, Дж., Ли, Дж. , Ким, В. и Ким, Ю. (2009) Разработка цикла вождения городского автобуса в Сеуле на основе реальных моделей вождения городского автобуса. САЕ Интернэшнл. https://doi.org/10.4271/2009-01-2914

6. Ван, К., Хо, Х., Хе, К., Яо, З. и Чжан, К. (2008) Характеристика моделей вождения транспортных средств и развитие ездовых циклов в китайских городах. Транспортные исследования, часть D: Транспорт и окружающая среда, 13, 289–297. https://doi.org/10.1016/j.trd.2008.03.003

7. Камбл С.Х., Мэтью Т.В. и Шарма Г.К. (2009) Разработка реального ездового цикла: пример Пуны, Индия. Транспортные исследования, часть D: Транспорт и окружающая среда, 14, 132–140. https://doi.org/10.1016/j.trd.2008.11.008

8. Ульман, Т.Л., Уэбб, К.К. и Джексон, К.С. (1999) Анализ работы внедорожного двигателя и генерация переходных циклов. САЕ Интернэшнл. https://doi.org/10.4271/1999-01-2800

9. Стивен, Х. (2001) Разработка согласованного во всем мире цикла испытаний на выбросы двигателей большой мощности. Европейская экономическая комиссия ООН, Женева, Швейцария, январь 2001 г.

10. Жень Ф., Кларк Н.Н., Бедик Ч.Р., Гаутам М., Уэйн В.С., Томпсон Г.Дж. и Лайонс, Д.В. (2009 г.) Разработка графика работы дизельного двигателя большой мощности для репрезентативного измерения выбросов. Журнал Ассоциации управления воздухом и отходами, 59, 950-959. https://doi.org/10.3155/1047-3289.59.8.950

11. Кришнамурти, М. и Гаутам, М. (2006 г.) Разработка цикла испытаний двигателя большой мощности, представляющего непревышаемую эксплуатацию на шоссе. Труды Института инженеров-механиков, часть D: Journal of Automobile Engineering, 220, 837-848. https://doi.org/10.1243/09544070JAUTO217

12. Томпсон Г.Дж., Кларк Н.Н., Гаутам М., Кардер Д.К. и Лайонс, Д.В. (2002) Расчет крутящего момента и мощности дизельных двигателей большой мощности для мониторинга выбросов на дорогах. САЕ Интернэшнл.

13. Свод федеральных правил. Раздел 40: Защита окружающей среды, Часть 86: Контроль за выбросами от новых и находящихся в эксплуатации транспортных средств и двигателей, Подчасть N — Правила выбросов для новых двигателей Otto-Cycle и дизельных двигателей большой мощности; Процедуры испытаний газообразных и твердых частиц в выхлопных газах.

Posted inДвигатель

Рабочие циклы четырехтактных двигателей и показатели их работы

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

Рабочие циклы четырёхтактных двигателей — MirMarine

Рабочие циклы двс.

Уступают по мощности двухтактным

Рабочий цикл ДВС: что нужно знать

Что такое 4-тактный двигатель взрыва

Как работает четырехтактный бензиновый двигатель

Видео, что является 4-тактным дизельным двигателем

Как работает 4-тактный двигатель взрыва

Рабочие циклы двигателей внутреннего сгорания

Работа четырехтактного дизельного ДВС

Видео о том, как работает 4-тактный двигатель

Различия между 4-тактным двигателем и 2-тактным двигателем

Синхронная работа нескольких цилиндров

Синхронная работа нескольких цилиндров

рабочие циклы, действит циклы ДВС

Методы расчета действительных циклов

Основные сведения о рабочих циклах двс

Цикл четырехтактного дизеля

Рабочий цикл двухтактного карбюраторного двигателя

Цикл двухтактного дизеля

Рабочий цикл четырехтактного и двухтактного двигателей: описание и принцип работы

Что такое мертвые точки и такты ДВС

Как работает четырехтактный двигатель

Особенности работы двухтактных моторов

Рабочий цикл ДВС: что нужно знать

Как работает четырехтактный бензиновый двигатель

Работа четырехтактного дизельного ДВС

Синхронная работа нескольких цилиндров

КАК РАБОТАЕТ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

РАБОЧИЙ ЦИКЛ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

СИСТЕМА ПИТАНИЯ

Принцип работы четырехтактного карбюраторного двигателя

Карбюраторный двигатель

Устройство карбюраторного двигателя

Принцип работы карбюраторного двигателя

Характеристики карбюраторного двигателя

Управление карбюратором

Регулировки карбюратора

Принцип работы четырехтактного двигателя

Принцип работы и основная характеристика

История

Особенности работы 4-х тактного двигателя

Конструкция агрегата

Работа двигателя

Конструктивные и эксплуатационные отличия четырехтактных двухтактных бензиновых двигателей

Принцип работы четырехтактного карбюраторного двигателя

Рабочий цикл четырехтактного двигателя – познаем азы

Работа многоцилиндрового двигателя

Добавить комментарий Отменить ответ

Двухтактный двигатель – особенности работы

4 тактный двигатель: подробно разбираем устройство и принцип работы, а так же отличие от двухтактного

История четырехтактного двигателя

Устройство четырехтактного ДВС

Принцип работы

Фазы газораспределения в четырехтактном ДВС

Рабочий цикл

Масло для четырехтактного двигателя

Понижающие редукторы для четырехтактных двигателей

Чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя

Четырехтактный двигатель, устройство и принцип работы

Рабочий цикл карбюраторного двигателя:

Читайте также

В четырёхтактном дизеле рабочие процессы происходят следующим образом.

Недостатки четырёхтактных двигателей:

Уступают по мощности двухтактным.

Преимущества четырёхтактных двигателей:

Поделиться:

4 типа рабочих циклов двигателя, которые должен знать каждый инженер

2-тактные и 4-тактные двигатели — что лучше?

Основы 2-тактных и 4-тактных двигателей

Сравнение 2-тактных и 4-тактных двигателей

2-тактные и 4-тактные двигатели – преимущества и различия

Начнем с самого начала: взгляд с высоты птичьего полета на двухтактные и четырехтактные технологии

Двухтактные двигатели – смешанное топливо

4-тактные двигатели – бензин и масло

Чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного?

Методы расчета
действительных циклов

Основные сведения о
рабочих циклах двс

Цикл
четырехтактного дизеля

Рабочий
цикл двухтактного карбюраторного
двигателя

Цикл
двухтактного дизеля