Что такое рабочие циклы двигателя внутреннего сгорания - расскажем в этой сатье.
Что такое рабочие циклы? Это строгое последовательное выполнение тактов, они повторяются всеми цилиндрами двигателя с четкой периодичностью и являются составляющей частью цикла. Двигатели всех автомобилей сейчас четырехтактные. Значит один цикл, будет состоять из 4 тактов, а каждый из тактов выполняется за 1 ход поршня. Это может быть как крайнее верхнее, так и крайнее нижнее положение («мертвые» точки). Не будет лишним дополнить, что цикл в таком моторе совершается за 2 оборота коленвала.
Музыка или такты в двигателе:
А затем весь процесс будет повторяться в такой же последовательности циклично, до того момента пока вы не выключите зажигание (нажмете кнопку EngineStart/Stop).
В заключении можно сказать, что в тактах двигателя нет ничего сложного. Достаточно попробовать визуализировать прочитанное и все вопросы, непонимания уйдут на второй план. Помните, что только в такте рабочего хода совершается полезная работа. Остальные являются сопутствующими или подготовительными. Так как запускаются за счет инерции маховика.
Рабочие циклы четырехтактного двигателя (видео):
autoportal.pro
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 двигатель внутреннего сгорания (ДВС).
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
С дизелем ситуация немного другая, так как агрегаты данного типа изначально менее оборотистые, но имеют более высокий крутящий момент. Получается, высокими оборотами для моторов данного типа можно считать те.
Мощность и крутящий момент ДВС. . КПД дизельного двигателя | Мощность и крутящий момент. Читать далее. Турбированный двигатель: что это такое?
Коэффициент полезного действия (КПД) является величиной, которая в процентном отношении . Мощность и крутящий момент. При одинаковом показателе рабочего объёма, мощность атмосферного бензинового мотора выше.
Особенности компоновки, объем двигателя, мощность, крутящий момент и другие параметры. . Если сравнивать дизельные и бензиновые ДВС, дизель отличается более высокой экономичностью, лучшим КПД и максимумом крутящего момента.
Как правило, батарея подбирается к автомобилю исходя из мощности . Тяговый электродвигатель создает крутящий момент на колесах автомобиля и является . Отметим, что КПД у электромотора намного выше двигателя внутреннего сгорания.
. который может устанавливаться на среднеразмерный седан или хэтчбек класса «С»/«D». Дело в том, что установка турбонаддува позволила обеспечить такие характеристики, когда КПД, мощность и крутящий момент двигателя стало.
argi.su
В двигателе внутреннего сгорания топливо сгорает непосредственно внутри цилиндров двигателя, и тепловая энергия, выделяющаяся при сгорании, преобразуется в механическую работу.
Типы двигателей внутреннего сгорания >>
По рабочему процессу двигатели разделяются на четырехтактные и двухтактные, а по способу приготовления горючей смеси и ее воспламенения на карбюраторные и дизельные.
Основной его частью является цилиндр с укрепленной на нем съемной головкой. Цилиндр и его головка имеют рубашку охлаждения, которая является составной частью системы охлаждения двигателя. В резьбовое отверстие головки цилиндра ввернута свеча зажигания, воспламеняющая смесь при помощи электрической искры. Внутри цилиндра помещен поршень, в верхней части которого установлено несколько поршневых колец для уплотнения. С помощью поршневого пальца поршень шарнирно соединен с кривошипом коленчатого вала, который вращается в подшипниках, установленных в верхней части картера. На заднем конце коленчатого вала укреплен маховик, который служит для повышения равномерности вращения коленчатого вала. В нижнюю часть картера (поддон) заливают масло для смазки трущихся деталей двигателя.
Приготовленная в карбюраторе смесь поступает в цилиндр через впускной клапан. Отработавшие газы удаляются в атмосферу через выпускной клапан. Клапаны открываются при набегании на толкатели кулачков распределительного вала, который приводится во вращение от коленчатого вала распределительными шестернями. При сбегании кулачков клапаны закрываются под действием пружин.
Как видно из вышесказанного, двигатель состоит из кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов, систем охлаждения, смазки, питания и зажигания.
Совокупность процессов, периодически повторяющихся в определенной последовательности в цилиндре двигателя во время его работы, называется рабочим циклом.
Карбюраторные двигатели автомобилей четырехтактные. В четырехтактном двигателе рабочий цикл совершается за четыре такта - впуск, сжатие, рабочий ход (сгорание и расширение) и выпуск.
Тактом называется процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня.
Ходом поршня называется путь, проходимый поршнем от одной мертвой точки до другой.
Мертвыми точками называются крайние верхние и нижние положения поршня. Верхняя мертвая точка сокращенно обозначается в. м. т., нижняя мертвая точка - н. м. т.
Рабочий объем цилиндра - объем, освобождаемый поршнем при движении от в. м. т. до н. м. т. Сумма рабочих объемов всех цилиндров называется литражом двигателя.
Объем камеры сгорания (ее иногда называют также камерой сжатия) - объем над поршнем, находящимся в в. м. т.
Полный объем цилиндра - рабочий объем цилиндра плюс объем камеры сгорания.
Степень сжатия - отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Степень сжатия выражается отвлеченным числом, показывающим, во сколько раз полный объем цилиндра больше объема камеры сгорания.
Индикаторная мощность - мощность, развиваемая газами, расширяющимися в цилиндрах двигателя (без учета потерь).
Эффективная мощность - мощность, развиваемая на коленчатом валу двигателя. Такая мощность на 10 - 15% меньше индикаторной за счет потерь на трение в двигателе и приведение в движение всех вспомогательных механизмов.
Литровой мощностью называется наибольшая эффективная мощность, получаемая с одного литра рабочего объема (литража)цилиндров двигателя.
Рабочий цикл четырехтактного двигателя протекает следующим образом:
1-й такт - впуск. При движении поршня от в. м.т.к.н.м.т. (вниз) в цилиндре за счет увеличения объема создается разрежение 0,8 - О,У кгс/см² , под действием которого из карбюратора через открывающийся впускной клапан в цилиндр поступает горючая смесь - смесь паров бензина с воздухом. В цилиндре горючая смесь смешивается с оставшимися в нем от предшествующего рабочего цикла отработавшими газами и образует рабочую смесь
2-й такт - сжатие. Поршень движется от н. м. т. к в. м. т. (вверх), при этом оба клапана закрыты. Так как объем в цилиндре уменьшается, происходит сжатие рабочей смеси в 6,5 - 6,7 раза;
3-й такт - рабочий ход. В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется электрической искрой и быстро сгорает. При этом выделяется много тепла и газы, расширяясь, создают сильное давление на поршень, перемещая его вниз. Сила давления газов от поршня передается через поршневой палец и шатун на коленчатый вал, образуя на нем определенный крутящий момент. Во время рабочего хода тепловая энергия преобразуется в механическую работу.
4-й такт - выпуск. После совершения полезной работы поршень движется от н.м.т.к.в.м.т. (вверх) и выталкивает отработавшие газы наружу через открывающийся выпускной клапан.
Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя >>
Для получения равномерного вращения коленчатого вала делают многоцилиндровые двигатели.
На изучаемых отечественных автобусах установлены восьмицилиндровые карбюраторные двигатели внутреннего сгорания. За два оборота коленчатого вала происходит восемь рабочих ходов.
Рабочий процесс дизельных двигателей отличается от рабочего процесса карбюраторных двигателей.
Если в цилиндры карбюраторных двигателей поступает горючая смесь, состоящая из паров топлива с воздухом, то в цилиндры дизельных двигателей поступает только воздух, который при высокой степени сжатия (16,5) приобретает температуру выше температуры самовоспламенения топлива; топливо впрыскивается в цилиндры под высоким давлением и самовоспламеняется без подачи искры.
Чередование тактов дизельных четырехтактных двигателей протекает в такой же последовательности, как и карбюраторных, но показатели давления и температуры другие. В этом можно убедиться при рассмотрении рабочего процесса дизельного четырехтактного двигателя.
Рабочий цикл одноцилиндрового четырехтактного дизельного двигателя включает следующие такты.
Впуск - поршень перемещается вниз (от головки цилиндров). Впускной клапан открыт. Из выпускного трубопровода поступает чистый воздух. Давление в цилиндре в конце впуска 0,85 - 0,90 кн./см², температура 40 - 60° С.
Сжатие. Поршень перемещается вверх. Оба клапана закрыты. Происходит сжатие воздуха в 16 - 17 раз, давление возрастает до 40 - 42 кгс/см2, температура до 740 - 800°С
Рабочий ход. В конце такта сжатия через форсунку под высоким давлением впрыскивается в мелкораспыленном состоянии тяжелое дизельное топливо. Под действием высокой температуры оно воспламеняется, выделяя большое количество тепла и создавая высокое давление. Температура достигает 1800 - 2000° С, а давление 80 - 90 кгс/см2.
Под действием давления газов поршень перемещается вниз и приводит во вращение коленчатый вал. В конце такта расширения давление газов снижается до 2 - 4 кгс/см2, температура до 800 - 1100° С.
Выпуск. При такте выпуска выпускной клапан открыт, поршень поднимается вверх и выталкивает газы из цилиндра. Давление к концу выпуска падает до 1,05 - 1,15 кгс/см2, а температура до 200 - 300° С
При дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цикл повторяется.
Рабочий цикл четырехтактного дизеля >>
Для дизельного двигателя используют более тяжелое дешевое топливо. Недостатками дизельного двигателя являются: повышенный шум при работе, необходимая высокая точность приборов питания и увеличенная масса.
Работа многоцилиндровых двигателей и их показатели >>
aboutavtobus.ru
Категория:
Техническое обслуживание автомобилей
Рабочие циклы четырехтактных двигателей и показатели их работыРабочим 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.
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.
Читать далее: Блок и головка цилиндров
Категория: - Техническое обслуживание автомобилей
stroy-technics.ru
Двигатель, рабочий цикл которого осуществляется за четыре такта, или за два оборота коленчатого вала (причем только один ход поршня является рабочим, а остальные три совершаются в результате работы расширения продуктов сгорания топлива.), называется четырехтактным. Рабочий цикл в таком двигателе происходит следующим образом.
Впуск
| ПЕРВЫЙ ТАКТ – впуск. Предположим, что поршень 6 (рис. а) при вращении коленчатого вала 8 через шатун 7 перемещается от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ). Впускной клапан 2 системой газораспределения открыт, а выпускной клапан 4 закрыт. По мере движения поршня вниз объем над ним увеличивается, а давление падает. И когда оно становится ниже атмосферного (менее 0,1 МПа), в пространство между крышкой 1, стенками цилиндра 5 и поршнем 6 поступает воздух. Осуществляется такт впуска (наполнения) цилиндра. Объем цилиндра, освобождаемый поршнем при его движении от ВМТ к НМТ, называется рабочим Vs, а объем над поршнем, когда последний находится в НМТ,— полным объемом цилиндра Va Чем больше воздуха будет в цилиндрах дизеля, тем больше можно сжечь в них топлива и, следовательно, получить большую мощность. Всасывание воздуха из атмосферы не может начаться сразу же с началом движения поршня от ВМТ, так как давление остаточных газов в цилиндре в первый момент выше атмосферного. Поэтому для увеличения массы воздуха в цилиндре дизеля впускные клапаны открываются несколько раньше (до прихода поршня в ВМТ), когда кривошип (колено) вала 8 не доходит до ВМТ на угол F1 . О том, как протекает рабочий цикл в цилиндрах дизеля, можно судить по индикаторной диаграмме (замкнутой кривой), которую получают во время работы дизеля с помощью специального прибора (индикатора). По вертикальной оси диаграммы можно определить давление газов р в зависимости от их объема V, т. е. положения поршня в цилиндре. Изменение давления в период впуска воздуха на индикаторной диаграмме изображено линией ram. Давление при впуске воздуха в цилиндры остается практически постоянным. Когда поршень придет в НМТ, всасывание воздуха не прекратится и даже продолжается при движении поршня вверх, пока давление в цилиндре не станет выше атмосферного. Процесс впуска завершается по диаграмме в точке m, когда поршень перейдет НМТ и начнет двигаться вверх, а кривошип коленчатого вала повернется от НМТ на угол <F2. Последовательность открытия и закрытия клапанов показана на круговой диаграмме распределения. Моменты открытия и закрытия их называют фазами газораспределения. Значения углов опережения открытия клапанов и запаздывания их закрытия устанавливают в каждом конкретном случае при заводских испытаниях дизелей. |
Сжатие
| ВТОРОЙ ТАКТ – сжатие. В момент закрытия впускного клапана поршень, двигаясь к ВМТ (рис. б), будет сжимать поступивший в цилиндр воздух. Процесс сжатия, сопровождаемый повышением давления и температуры воздуха, показан на индикаторной диаграмме линией mс. Температура воздуха в конце сжатия должна находиться в пределах, достаточных для самовоспламенения топлива. Обычно избыточное давление воздуха в конце сжатия достигает 3—10 МПа, а температура 580—800 °С. С приходом поршня в ВМТ объем над ним уменьшается до Vс — объема камеры сжатия. Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия Va/Vcназывают степенью сжатия г. Оно показывает, во сколько раз уменьшается объем газов в цилиндре за ход сжатия. У дизелей е колеблется от 12 до 18. |
 Расширение
| ТРЕТИЙ ТАКТ – сгорание и расширение. Так как топливо самовоспламеняется не сразу в момент впрыскивания, оно подается в цилиндр через форсунку 3 (рис. в) в конце такта сжатия (до прихода поршня в ВМТ). На индикаторной диаграмме момент подачи топлива соответствует точке c1. Кривошип коленчатого вала в этом случае не доходит до ВМТ на угол Fз, называемый углом опережения подачи топлива. При сгорании топлива избыточное давление и температура газов в цилиндрах дизеля (в точке z по диаграмме) возрастают соответственно до 6—15 МПа и 1400—1900 °С. Поршень под давлением газов смещается вниз к НМТ, поворачивая через шатун коленчатый вал. Объем рабочего газа увеличивается, а давление его понижается. Происходит процесс расширения продуктов сгорания топлива. По индикаторной диаграмме он заканчивается в точке b до прихода поршня в НМТ. Так как газ при расширении совершает полезную работу, этот ход поршня называют рабочим. |
 Выпуск
| ЧЕТВЕРТЫЙ ТАКТ – выпуск. До прихода поршня в НМТ (в конце рабочего хода) открывается выпускной клапан 4 (рис. 2, г), и продукты сгорания топлива вытесняются из цилиндра в выпускной коллектор. Чем большая масса газов будет удалена из цилиндра, тем, следовательно, при последующем такте впуска в него больше поступит воздуха. Поэтому процесс выпуска (линия bn) начинается с опережением на угол ф4 и заканчивается с опозданием на угол F5. С запаздыванием закрытия выпускного клапана продукты сгорания топлива даже при движении поршня вниз еще некоторое время, вследствие большой скорости истечения, вытесняются в выпускной коллектор по инерции. Избыточное давление газов в начале выпуска (в точке b по индикаторной диаграмме) составляет 0,3—1,0 МПа, а температура 800—1050 °С. В период выпуска давление и температура газов понижаются соответственно до 0,11—0,25 МПа и 450—650 °С. Затем цикл повторяется. Как видно из рассмотренной схемы работы, в конце такта выпуска и начале такта впуска цилиндры четырехтактного дизеля при открытых впускных и выпускных клапанах некоторое время сообщаются как с впускным, так и выпускным коллектором. За этот период происходит продувка (принудительная вентиляция) камеры сгорания свежим зарядом воздуха. Продолжительность одновременного открытия клапанов должна быть достаточной для завершения очистки цилиндра от продуктов сгорания топлива при условии восстановления потерь свежего заряда воздуха, уходящего с выпускными газами в период вентиляции камеры сгорания. |
poznayka.org
Рабочим циклом двигателя называется периодически повторяющийся ряд последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу.
В автомобилях в основном используются четырехтактные двигатели, в них цикл совершается за 4 хода поршня, при этом делается два оборота коленчатого вала. Процесс состоит из тактов впуска, сжатия, расширения (рабочего хода) и выпуска.
Такт впуска. Во время этого такта цилиндр заполняется горючей смесью. При этом кривошип коленчатого вала (а) поворачивается на пол-оборота, а поршень перемещается от ВМТ до НМТ. Впускной клапан (1) открыт, выпускной (2) закрыт. При движении поршня вниз объем над ним увеличивается и в цилиндре создается разрежение, вследствие чего в цилиндр поступает приготовленная топливная смесь. Горючая смесь, поступающая в цилиндр двигателя, смешивается с отработавшими газами, оставшимися в небольшом количестве в камере сгорания от предыдущего цикла. Получившаяся смесь называется рабочей смесью.
Когда кривошип проходит нижнее положение, а поршень доходит до НМТ, впускной клапан закрывается и цилиндр оказывается заполненным горючей смесью.
Такт сжатия. При такте сжатия происходит сжатие рабочей смеси, что необходимо для ее более быстрого сгорания и получения большего давления газов в цилиндре. При сжатии смеси (б) поршень перемещается от НМТ до ВМТ. Впускной и выпускной клапаны при этом закрыты. В конце такта сжатия смесь сжимается до объёма камеры сгорания, в которой размещается смесь. Чем больше степень сжатия, тем сильнее сжимается рабочая смесь и тем выше при сгорании давление газов на поршень и экономичнее работа двигателя.
Такт расширения или рабочий ход. При рабочем ходе поршень в цилиндре перемещается вниз под действием давления газов, вращая через шатун коленчатый вал двигателя. В конце такта сжатия, когда поршень приходит в ВМТ, в цилиндр подается электрическая искра, поджигающая рабочую смесь. Смесь моментально детонирует, выделяя большое количество теплоты. Из-за сильного нагревания газов, образовавшихся при сгорании, давление в цилиндре резко возрастает и поршень под действием этого давления с большой скоростью перемещается вниз от ВМТ до НМТ, вращая коленчатый вал (в). Впускной и выпускной клапаны по-прежнему закрыты.
Такт выпуска. При такте выпуска происходит очищение цилиндра от отработавших газов (г). Впускной клапан (1) закрыт, выпускной клапан (2) открыт, а поршень перемещается от НМТ до ВМТ. При движении поршня к ВМТ оставшиеся в цилиндре после сгорания и расширения отработавшие газы выталкиваются через выпускной клапан в атмосферу.
Рабочий цикл дизельного двигателя, так же, как и бензинового или газового, состоит из тактов впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска, с некоторыми различиями.
Впуск. При такте впуска поршень перемещается от ВМТ до НМТ. Через открытый впускной клапан и воздухоочиститель в цилиндр поступает чистый воздух.
Сжатие. Во время такта сжатия поршень перемещается от НМТ до ВМТ при закрытых клапанах и сжимает поступивший в цилиндр воздух, повышая его давление и температуру.
Рабочий ход. Перед рабочим в конце такта сжатия в цилиндр через форсунку при помощи специального топливного насоса под большим давлением впрыскивается дизельное топливо в мелкораспылённом состоянии. Частицы топлива, соприкасаясь с воздухом, имеющим высокую температуру, быстро сгорают. Под действием давления газов поршень перемещается к НМТ – происходит рабочий ход. Оба клапана закрыты.
Выпуск. При такте выпуска поршень перемещается от НМТ до ВМТ и через открытый выпускной клапан выталкивает отработавшие газы, очищая цилиндр.
ПРИНЦИП РАБОТЫ МНОГОЦИЛИНДРОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
На автомобилях устанавливают многоцилиндровые двигатели. Чтобы многоцилиндровый двигатель работал равномерно, такты расширения должны следовать через равные углы поворота коленчатого вала (т. е. через равные промежутки времени).
Последовательность чередования одноименных тактов в цилиндрах называют порядком работы двигателя. Порядок работы большинства четырехцилиндровых двигателей 1-3-4-2 или 1-2-4-3. Это означает, что после рабочего хода в первом цилиндре следующий рабочий ход происходит в третьем, затем в четвертом и, наконец, во втором цилиндре. Определенная последовательность соблюдается и в других многоцилиндровых двигателях.
darkaind.ru
В двухтактных дизелях рабочий цикл совершается за два такта (один оборот коленчатого вала). Такие дизели в простейшем варианте не имеют впускных и выпускных клапанов в крышках 3 (рис. а). Воздух в цилиндры 2 двухтактных дизелей нагнетает продувочный насос. Окна 6 поэтому называют продувочными. Газы выпускаются из цилиндров через окна а.
Процессы сжатия, сгорания и расширения в двухтактных дизелях осуществляются так же, как и в четырехтактных. Предположим, что поршень 5 движется вверх, как показано на рис. 3, а. В конце хода поршня через форсунку 4 в цилиндр 2 дизеля впрыскивается топливо. Смесь топлива с воздухом самовоспламеняется, и образовавшиеся при его сгорании газы, расширяясь, перемещают поршень 5 вниз. В момент открытия поршнем выпускных окон а газы выходят в выпускной коллектор 1 и давление в цилиндре 2 падает. Процесс выпуска газов продолжается до тех пор, пока поршень 5 при движении к НМТ не откроет продувочные окна б (рис. 3, б). С этого момента в цилиндре будут происходить одновременно два процесса: выпуск продуктов сгорания топлива и впуск воздуха (продувка цилиндров). Так как расширение газов является в данном такте основным процессом при движении поршня от ВМТ к НМТ, его называют рабочим ходом. Работа расширения газов при помощи шатуна 6 передается кривошипу 7.
При движении поршня вверх от НМТ к ВМТ процесс продувки цилиндра осуществляется до тех пор, пока поршень верхней кромкой не закроет продувочные окна. После продувочных перекрываются выпускные окна и происходит сжатие заряда, т. е. свежего воздуха и оставшихся в цилиндре продуктов сгорания топлива. Процесс сжатия является основным при движении поршня от НМТ к ВМТ, поэтому и такт называют тактом сжатия. С приближением поршня к ВМТ в цилиндр через форсунку 4 впрыскивается топливо и цикл повторяется.
Сравнительная характеристика четырех- и двухтактных дизелей. Сравнение рабочих циклов дизелей показывает, что при одних и тех же размерах (диаметре цилиндра, ходе поршня) и при равной частоте вращения коленчатых валов двухтактные дизели должны развивать вдвое большую мощность, чем четырехтактные.
Первый такт. Первый такт соответствует ходу поршня из ВМТ к НМТ (рис. а). В цилиндре только что прошло сгорание (линия cz на индикаторной диаграмме) и начался процесс расширения газов, т. е. осуществляется рабочий ход. Несколько раньше момента прихода поршня к впускным окнам открываются выпускной клапан в крышке цилиндра, и продукты сгорания начинают вытекать из цилиндра в выпускной патрубок; при этом давление в цилиндре резко падает (участок тk на индикаторной диаграмме). Впускные окна открываются поршнем, когда давление в цилиндре становится примерно равным давлению предварительно сжатого воздуха в ресивере или немного выше его. Воздух, поступая в цилиндр через впускные окна, вытесняет через выпускные клапаны оставшиеся в цилиндре продукты сгорания и заполняет цилиндр (продувка), т. е. осуществляется газообмен. Таким образом, в течение первого такта в цилиндре происходит сгорание топлива, расширение газов, выпуск выпускных газов, продувка и наполнение цилиндра.
Второй такт. Второй такт соответствует ходу поршня от НМТ к ВМТ (рис. б). В начале хода поршня продолжаются процессы удаления выпускных газов, продувки и наполнения цилиндра свежим зарядом. Конец продувки цилиндра определяется моментом закрытия впускных окон и выпускных клапанов. Последние закрываются или одновременно с впускными окнами, или несколько ранее. Давление в цилиндре к концу газообмена в двухтактных двигателях несколько выше атмосферного и зависит от давления воздуха в ресивере. С момента окончания газообмена и полного перекрытия поршнем впускных окон начинается процесс сжатия воздуха. Когда поршень не доходит на 10–30° по углу поворота коленчатого вала до ВМТ (точка с'), в цилиндр через форсунку начинает подаваться топливо. Следовательно, в течение второго такта в цилиндре происходит окончание выпуска, продувка и наполнение цилиндра в начале хода поршня и сжатие при его дальнейшем ходе.
poznayka.org
