Параметры и рабочий процесс четырехтактного двигателя

Категория:

   Ремонт тракторов и автомобилей

Публикация:

   Параметры и рабочий процесс четырехтактного двигателя

Читать далее:

   Кривошипно-шатунный механизм

Параметры и рабочий процесс четырехтактного двигателя

Совокупность процессов, периодически повторяющихся в определенной последовательности в цилиндре двигателя, называется рабочим циклом. В четырехтактном двигателе рабочий цикл осуществляется за четыре такта: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. Тактом называется часть рабочего цикла, происходящего за один ход поршня. Ходом поршня называется путь, проходимый им от одной мертвой точки до другой. Мертвыми точками называются положения поршня, в которых он изменяет направление движения на обратное. Различают верхнюю мертвую точку (ВМТ) и нижнюю мертвую точку (НМТ).

Рис. 1. Положения поршня и параметры цилиндра двигателя: а — положение поршня в BMT и объем камеры сгорания Vc, б— положение поршня в НМТ и рабочий объем цилиндра Vf, в— полный объем цилиндра V

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

Объем, освобождаемый поршнем при движении от ВМТ до НМТ, называется рабочим объемом цилиндра. Сумма рабочих объемов всех цилиндров многоцилиндрового двигателя, выраженная в литрах, называется литражом. Объем над поршнем, находящемся в ВМТ, называется объемом камеры сгорания Сумма рабочего объема и объема камеры сгорания называется полным объемом цилиндра Vn.

Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания называется степенью сжатия. При увеличении степени сжатия повышаются экономичность и мощность двигателя. Однако повышение степени сжатия в карбюраторном двигателе ограничено стойкостью топлива к детонации. Степень сжатия в карбюраторных двигателях находится в пределах от 6 до 10, а в дизельных — от 14 до 21.

Мощность, развиваемая газами в цилиндрах двигателя при сгорании топлива, называется индикаторной, а снимаемая с коленчатого вала — эффективной. Последняя на 15—25% меньше индикаторной из-за потерь на трение в двигателе, приведение в движение его механизмов и совершение вспомогательных тактов.

Рабочий цикл четырехтактного одноцилиндрового двигателя осуществляется следующим образом.

Рис. 2. Схемы рабочего цикла четырехтактного карбюраторного двигателя:
1 — коленчатый вал, 2 — шатун, 3 — поршневой палец, 4 — поршень, 5 — свеча зажигания, 6 — впускной клапан, 7 — выпускной клапан

Первый такт — впуск. При движении поршня от ВМТ к НМТ в цилиндре создается разрежение до 0,07—0,08 МПа, под действием которого через открывающийся впускной клапан в цилиндр поступает горючая смесь (в карбюраторном двигателе) или воздух (в дизельном двигателе). В цилиндре она смешивается с оставшимися в нем от предыдущего рабочего цикла отработавшими

газами и образует рабочую смесь с температурой 100—130 °С.

Второй такт — сжатие. Поршень движется вверх, оба клапана закрыты, происходит сжатие рабочей смеси до 0,8—1,2 МПа в карбюраторных двигателях (в дизельных до 3,0—3,5 МПа) и повышение ее температуры до 300—480° С (в дизельных до 600—700 °С).

В конце такта сжатия в дизельном двигателе в цилиндр впрыскивается через форсунку под давлением 10—20 МПа дизельное топливо, которое, смешиваясь с воздухом, образует рабочую смесь.

Третий такт — рабочий ход (расширение). В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется (электрической искрой в карбюраторных двигателях и от сжатия в дизельных) и быстро сгорает (скорость горения 0,001—0,002 с). При этом температура повышается до 2000—2500 °С (в дизельных до 1800—2000° С), а давление возрастает до 3,5—4,0 МПа (в дизельных до 5—8 МПа). Сила давления газов перемещает поршень от ВМТ к НМТ и передается от поршня через поршневой палец и шатун на коленчатый вал, создавая на нем крутящий момент.

Четвертый такт — выпуск. Поршень вновь движется к ВМТ и под давлением 0,11—0,12 МПа выталкивает отработавшие газы, имеющие температуру 800—1000 °С, в атмосферу через открытый выпускной клапан, после чего цикл повторяется.

Из рассмотренного рабочего цикла двигателя видно, что полезная работа совершается в течение только одного такта — рабочего хода, остальные же три такта являются вспомогательными и на их осуществление затрачивается энергия, накопленная маховиком.

Для получения большей мощности и равномерности вращения коленчатого вала двигатели делают многоцилиндровыми.

карбюраторного и дизеля. Параметры тактов рабочего процесса. Индикаторная диаграмма.

Рабочим
циклом двигателя назы­вается
периодически повторяющийся ряд
последовательных процессов, протекающих
в каждом цилиндре двигателя и
обусловливающих прев­ращение
тепловой энергии в механи­ческую
работу.

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.

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

Такт
впуска (рис. 1.3, а). Поршень 1
находится в в.м.т. и по мере вращения
коленчатого вала 9 (за один его
полуоборот) перемещается от в.м.т.
к н.м.т. При этом впускной клапан
4 открыт, а выпускной клапан
6 закрыт. При движении поршня вниз
объем над ним увеличивается, поэтому
в цилиндре 2 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 3 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 (рис. 1.3,6). 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 (рис.
1.3,0).
В конце такта сжатия горючая
смесь воспламеняется от электрической
искры, возникающей между
электродами свечи 5, 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 8
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 (рис. 1.3, г). Коленчатый
вал 9
через
шатун перемещает
поршень от н.м.т. к в.м.т. При этом
выпускной клапан 6
открыт
и продукты
сгорания выталкиваются из цилиндра
в атмосферу через выпускной
трубопровод 7. 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 (рис. 1.4) рабочие
процессы происходят следующим
образом.

Такт
впуска (рис. 1.4, а). При движении
поршня 2 от в.м.т. к н.м.т. вследствие
образующегося разряжения
из воздухоочистителя 4 в полость цилиндра
7 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 (рис. 1.4, б). Поршень движется
от н.м.т. к в.м.т. Впускной 5
и выпускной 6 клапаны закрыты, вследствие
этого перемещающийся вверх
поршень 2 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 (рис.
1.4, в). При подходе поршня к
в. м.т. в цилиндр через форсунку 3
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 2
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 (рис. 1.4, г). Поршень
перемещается от н.м.т. к в.м.т. и
через открытый выпускной клапан в
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.

Мощность,
получаемая на колен­чатом
валу двигателя, называется эффективной
мощностью. Она
меньше индикаторной на зна­чение
мощности, затрачиваемой на насосные
потери и на трение в кривошипно-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.
показы­вает
количество топлива в килограм­мах,
потребляемое двигателем на данном
режиме работы за 1 ч. Для оценки
экономичности двигателя обычно
пользуются эффектив­ным
удельным, расходом топлива
g_e,
представляющим
собой отношение часового расхода топлива
G_T
к эффективной мощности двига­теля
jV_e:
g_e=G_T//V_e.

Для
карбюраторных двигателей ge
= 300-f-340
г/(кВт-ч), для дизе­лей
£е = 220-т-260 г/(кВт-ч).

Четырехтактный двигатель: основные детали, принцип работы, применение

Содержание

Делиться — значит заботиться :)-

Что вы узнаете из этой статьи?

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

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

Принцип:

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

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

Части:

1. Поршень
2. Цилиндр
3. Камера сгорания
4. Входные и выхлопные клапаны
5. Вход и выхлопной коллектор
6. Заглушка зажига
10. Поршневые кольца
11. Поршневой палец
12. Распределительный вал
13. Маховик
14. Картер

Вы можете узнать больше об этих деталях по Основные части двигателей

3

Четырехтактный двигатель:

3

 0026

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

Ход всасывания:

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

Такт сжатия:

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

Рабочий ход и рабочий ход:

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

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

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

Такт выпуска:

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

Применение четырехтактного двигателя:

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

Преимущества и недостатки:

Преимущества:

• Четырехтактные двигатели обеспечивают более высокий КПД.
• Меньше загрязняет окружающую среду.
• Меньший износ благодаря хорошей системе смазки
• Меньший износ при работе.
• Работает чище, так как в топливо не добавляется дополнительное масло.
• Дают высокие обороты при малой мощности.

Недостатки:

• Эти двигатели более сложные из-за клапанного механизма и системы смазки.
• Дорого стоят по сравнению с двухтактными двигателями.
• Четырехтактные двигатели имеют меньшую мощность.

Теперь вы должны задать себе эти вопросы.

Каковы основные компоненты четырехтактного двигателя?
Что такое инсульт? Как двигатель четырехтактный двигатель производит мощность?
Каковы преимущества четырехтактных двигателей?

Если вам понравилась эта статья, задавайте вопросы в поле для комментариев, делитесь ею в социальных сетях и подписывайтесь на наш сайт.

Совместное использование означает заботу :)-

Работа четырехтактного двигателя с искровым зажиганием (SI) со схемой PV

🔗Основные компоненты двигателя внутреннего сгорания и их функции
🔗Сравнение двигателя SI и двигателя CI

Двигатель SI — это двигатель внутреннего сгорания, в котором топливо сжигается с помощью свечи зажигания. Двигатель SI работает по принципу цикла Отто. Как следует из названия, в четырехтактном двигателе один цикл сгорания завершается за четыре такта. Каждый такт состоит из поворота коленчатого вала на 180°, и, следовательно, четыре такта завершаются поворотом коленчатого вала на 720°. Для завершения этого четырехтактного двигателя требуется два оборота коленчатого вала. Четырехтактные двигатели с искровым зажиганием

• Такт всасывания/всасывания
• Такт сжатия
• Сгорание/расширение/рабочий ход
• Такт выпуска

Различный ход и соответствующее положение поршня и клапанов для вертикального двигателя внутреннего сгорания, диаграмма PV описаны ниже.

🔗Работа четырехтактного двигателя с воспламенением от сжатия с PV диаграммой
🔗Работа двухтактного двигателя с фотоэлектрической диаграммой

Такт всасывания или всасывания

Процесс 0→1.

Этот такт начинается, когда поршень находится в верхней мертвой точке (ВМТ) и собирается двигаться вниз. Пока поршень движется вниз, впускной клапан открыт, а выпускной клапан закрыт. Движение поршня создает разрежение внутри цилиндра и заряд, состоящий из воздушно-топливной смеси, всасываемой в цилиндр из карбюратора . Когда поршень достигает нижней мертвой точки (НМТ), впускные клапаны закрываются. При этом объем увеличивается, но давление внутри цилиндра остается постоянным (атмосферное давление).

Такт сжатия

Процесс 1→2.

Поршень движется от НМТ к ВМТ. Во время этого процесса впускной и выпускной клапан закрываются, а заряд, ранее втянутый в цилиндр, сжимается. В конце этого такта, т.е. поршень в ВМТ, весь заряд сжимается в рабочий объем. Давление увеличивается с уменьшением объема. Степень сжатия двигателя SI составляет от 6 до 10.

Сгорание/ расширение или рабочий ход

Процесс 2→3 и Процесс 3→4.