Что такое рабочий цикл двигателя – Рабочий цикл двигателя

Рабочий цикл двигателя

Рабочий цикл двигателя



Рабочим циклом называется совокупность периодически повторяющихся в определенной последовательности процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя, в результате которых тепловая энергия переходит в работу.

Тактом называется процесс, происходящий в цилиндре при перемещении поршня от одной мертвой точки к другой.

Если рабочий цикл совершается за четыре хода поршня, чему соответствует два оборота коленчатого вала, то двигатель с таким циклом называется четырехтактным. Каждый такт такого двигателя имеет свое наименование и свои особенности.

Рис.2. Рабочий цикл четырёхтактного дизеля: 1-топливный насос; 2-поршень; 3-форсунка; 4-воздухоочиститсль; 5-впускной клапан; 6-выпускной клапан; 7-цилиндр

Такт впуска. При перемещении поршня от ВМТ до НМТ над ним освобождается пространство, куда через открывающийся впускной клапан 5 (рис.2) поступает чистый воздух у дизеля или смесь воздуха с мелко распыленным бензином (горючая смесь). Поступивший свежий заряд смешивается с остатками отработавших газов от предыдущего такта (такая смесь называется рабочей). При подходе к НМТ давление в цилиндре вследствие сопротивления во впускном трубопроводе, ниже атмосферного и составляет 0,07…0,09. Температура газов в конце этого такта достигается 40…70°С у дизеля и 70…13О°С у карбюраторного двигателя.

Такт сжатия. При перемещении поршня от НМТ к ВМТ впускной клапан закрывается и поступивший в цилиндр воздух или рабочая смесь сжимается, вследствие чего их температура и давление повышаются. Величина повышения давления и температуры определяется степенью сжатия двигателя. У дизеля температура в конце такта сжатия достигает 550…750°С, а давление 4…5МПа; у карбюраторного двигателя рабочая смесь нагревается до 300…430°, а давление составляет 0,8…1.5МПа.

Такт расширения. При подходе поршня к ВМТ в цилиндр дизеля через форсунку впрыскивается топливо, которое, перемещаясь с нагретым и сжатым воздухом, сгорает; при этом давление газов в цилиндре возрастает до 6…9 МПа, а их температура поднимается до 1800… 2000° С. Под действием давления расширяющихся газов поршень перемещается от ВМТ к НМТ. В конце этого такта температура газов понижается до 700…900° С, а давление до 0,3…0,5МПа.

В карбюраторном двигателе при подходе поршня к ВМТ сжатия горючая смесь воспламеняется от электрической искры, возникающей между электродами свечи, ввернутой в цилиндра. От сгорания смеси давление газов возрастает до 3,5…5 МПа, а температура до 2100…2400°. К концу такта расширения у карбюраторного двигателя температура газов снижается до 900…1200°, а давление до 0,3…0,35 МПа.

Такт выпуска. При перемещении поршня от НМТ к ВМТ открывается выпускной клапан, и отработавшие газы выталкиваются из цилиндра в атмосферу. При этом давление газов к концу такта снижается до 0,11…0,12 МПа, а температура до 500…700°С у дизеля и 300…400° у карбюраторного двигателя.

Таким образом, в четырехтактном двигателе только один такт расширения — ход поршня под действием давления газов поворачивает коленчатый вал и совершает полезную работу; этот ход называется рабочим. Остальные такты — впуска, сжатия и выпуска — называются вспомогательными. После такта выпуска рабочий цикл двигателя повторяется.

Классификация, общее устройство и основные параметры двигателя < Пред.   След. > Показатели работы двигателя

xn—-7sbfkccucpkracijq8iofobm.xn--p1ai

Рабочий цикл двигателя: что это такое

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.

Читайте в этой статье

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).

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.

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 коленчатый вал делает один оборот, такой двигатель является двухтактным.

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.

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.

  • 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.

Далее от поршня через шатун энергия передается на КШМ, 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.

  • 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.

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.

Обратите внимание, для дизельного двигателя очень важно, чтобы температура сжатого воздуха была достаточной для воспламенения топлива. По этой причине степень сжатия 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.

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.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое крутящий момент и мощность двигателя. Из этой статьи вы подробно узнаете о данных характеристиках, в чем измеряется мощность и момент двигателя, как эти показатели зависят друг от друга и т.д.

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.

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.

Рекомендуем также прочитать статью о КПД дизельного двигателя. Из этой статьи вы узнаете о данном параметре и от чего зависит КПД, а также почему дизельные моторы имеют КПД выше по сравнению с бензиновыми ДВС.

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.

Читайте также

krutimotor.ru

Рабочий цикл ДВС

Рабочий цикл одноцилиндрового двигателя

В автомобилях применяются двигатели внутреннего сгорания (ДВС) названные так потому, что сгорание топлива происходит непосредственно в цилиндре. Основными деталями ДВС, кроме цилиндра, являются поршень, шатун, коленчатый вал. На кривошипе коленчатого вала подвижно закрепляется шатун. К верхней головке шатуна шарнирно, с помощью пальца, крепится поршень. Цилиндр сверху закрывается крышкой, которая называется головкой цилиндра. В головке имеется углубление, называемое камерой сгорания. Также в головке имеются впускное и выпускное отверстия, закрываемые клапанами. К коленчатому валу крепится маховик – массивный круглый диск.

При вращении коленвала происходит перемещение поршня внутри цилиндра. Крайнее верхнее положение поршня называется верхней мертвой точкой (В.М.Т.), крайнее нижнее положение – нижней мертвой точкой (Н.М.Т.). Расстояние, которое проходит поршень между мертвыми точками, называется ходом поршня. Пространство, находящееся над поршнем, когда он находится в н.м.т., называется рабочим объемом цилиндра. Когда поршень находится в в.м.т., над ним остается пространство, называемое объемом камеры сгорания. Сумма рабочего объема и объема камеры сгорания называются полным объемом цилиндра. В технических данных объем указывается в литрах или кубических сантиметрах. Объем многоцилиндрового двигателя равен сумме полных объемов всех его цилиндров. Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания называется степенью сжатия двигателя. Она показывает, во сколько раз сжимается рабочая смесь в цилиндре.

Рабочий цикл двигателяПараметры КШМ

Один ход поршня от одной мертвой точке к другой называется тактом. Коленвал при этом совершает полоборота. Как работает ДВС? Во время первого такта происходит впуск горючей смеси в цилиндр. Клапан впускного отверстия открыт, выпускного – закрыт. Поршень, перемещаясь от в.м.т к н.м.т, подобно насосу, создает разряжение в цилиндре и топливо, перемешанное с воздухом, заполняет его.

Во время второго такта, при движении поршня от н.м.т. к в.м.т., происходит сжатие горючей смеси. При этом и выпускной, и впускной клапаны закрыты. В результате давление и температура в цилиндре повышаются. В конце такта сжатия, при приближении поршня к в.м.т., горючая смесь поджигается искрой от свечи зажигания (в бензиновых ДВС) или самовоспламеняется от сжатия (в дизельных ДВС).

Порядок работы цилиндров

Во время третьего такта происходит сгорание рабочей смеси. Клапана остаются закрытыми. Воспламенившаяся рабочая смесь резко повышает температуру и давление в цилиндре, которое заставляет поршень с усилием двигаться вниз. Поршень через шатун передает усилие на коленвал, создавая на нем крутящий момент. Таким образом, происходит преобразование энергии сгорания топлива в механическую энергию, которая двигает автомобиль. Поэтому этот такт называется рабочим ходом. Маховик, закрепленный на коленчатом валу, запасает энергию, обеспечивая вращение коленвала за счет сил инерции во время подготовительных тактов.

В ходе четвертого такта происходит выпуск отработанных газов и очистка цилиндра. Поршень, двигаясь от н.м.т. к в.м.т., выталкивает продукты горения через открытый выпускной клапан.

Далее весь процесс повторяется. Таким образом, рабочий цикл описанного ДВС происходит за четыре такта. Поэтому он и называется четырехтактным. Коленвал за это время совершает два оборота. Существуют и двухтактные двигатели, в которых рабочий цикл происходит за два такта. Однако такие ДВС в настоящее время на автомобилях практически не применяются.

Для плавной работы многоцилиндрового двигателя и уменьшения неравномерных нагрузок на коленчатый вал такты рабочего хода в разных цилиндрах должны происходить в определенной последовательности. Такая последовательность называется порядком работы двигателя. Он определяется расположением шеек коленчатого вала и кулачков распределительного вала. Например, в двигателях ВАЗ порядок работы 1-3-4-2. Так как в четырехтактном двигателе полный цикл в каждом цилиндре совершается за два оборота коленчатого вала, то, следовательно, в четырехцилиндровом двигателе для равномерной его работы за каждые пол-оборота коленчатого вала в одном из цилиндров должен происходить рабочий такт.

Рассмотренные детали составляют в совокупности кривошипно-шатунный механизм. Кроме него, для обеспечения работы ДВС нужны газораспределительный механизм, система охлаждения, система смазки, система питания и система зажигания (в бензиновых двигателях).

Газораспределительный механизм, управляя работой клапанов, обеспечивает своевременное их открытие и закрытие. Система охлаждения отводит тепло от деталей двигателя, нагревающихся при работе. Система смазки подает масло к трущимся поверхностям. Система питания служит для приготовления рабочей смеси и подачи ее в цилиндры. Система зажигания преобразует низковольтное напряжение от АКБ в высоковольтное и подает его на свечи для воспламенения рабочей смеси.

avtonov.info

Рабочие циклы ДВС.

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:

  • Впуск – здесь работа цикла начинается, когда поршень начинает движение вниз, создавая вакуум в цилиндре сверху поршня. Клапан впуска открывается и под действием силы всасывания в него всасывается порция топливной смеси. Если дополнительно установлен нагнетатель, то смесь будет подаваться под давлением.
  • Сжатие – движение поршня в этом такте устремлено вверх. Клапана впуска и выпуска в этот момент закрыты, содержимое цилиндра сжимается. Во время сжатия смесь хорошо перемешивается и на пике сжатия запускается процесс воспламенения с помощью свечи зажигания. На свече зажигания генерируется высоковольтный электрический импульс. Получает его свеча от катушки зажигания. Для двигателя с четырьмя цилиндрами используют четыре свечи, по одной на каждый цилиндр. По аналогии в трех, шести, восьми, десяти и двенадцати цилиндровом двигателе.
  • Рабочий ход – поршень опускается к нижней точке под огромным давлением увеличивающихся газов. В этот момент впускной и выпускной клапан остаются закрытыми. Коленчатый вал приводит в движение шатун, соединенный посредством поршневого пальца с поршнем.
  • Выпуск – это конечный такт из всего рабочего цикла. По достижению поршнем крайней нижней точки он готов устремиться вверх. Под давлением эксцентрика распредвала клапан выпуска откроется, а поднимающийся поршень выдавливает отработанные газы, освобождая цилиндр. Отвод газов происходит очень быстро и только в момент достижения поршнем верхней крайней точки.

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

Рабочий цикл и основные определения и параметры двигателя

 



содержание   .. 












10    ..

 


 


5.


Рабочий цикл и основные
определения и параметры двигателя


 


            Рабочий цикл
– 
комплекс
рабочих (неповторяющихся процессов: впуск; сжатие; рабочий ход; выпуск),
протекающих внутри  цилиндра поршневого двигателя и обеспечивающий его
автономную работу.


Рассмотрим основные параметры
двигателя, связанные с его работой (рис. 3.2).


            Верхняя
мертвая точка
 (ВМТ) — крайнее
верхнее положение поршня. В этой точке поршень наиболее удален от оси
коленчатого вала.


            Нижняя
мертвая точка
 (НМТ) — крайнее
нижнее положение поршня. Поршень наиболее приближен к оси коленчатого вала. В
мертвых точках поршень меняет направление движения и его скорость равна нулю.


Ход поршня (S)
— расстояние между мертвыми точками, прохо­димое поршнем в течение одного такта
рабочего цикла двигателя.


 



Рис. 3.2. Основные параметры
двигателя


Каждому ходу поршня
соответствует поворот коленчатого вала на угол 180° (пол-оборота).


            Такт —
часть рабочего цикла двигателя, происходящего при движении поршня из одного
крайнего положения в другое.


            Рабочий
объем цилиндра
 (Vh)
— объем, освобождаемый поршнем при его перемещении от ВМТ до НМТ.


Объем камеры сгорания (Vc)
— объем пространства над поршнем, находящимся в ВМТ.


            Полный
объем цилиндра
 (Va) — объем
пространства над поршнем, находящимся в НМТ:


Va =
Vh + Vc.


            Рабочий
объем (литраж) двигателя
 —
сумма рабочих объемов всех цилиндров двигателя, выраженная в литрах (может
даваться в см3).



            Степень
сжатия
 (ε)
— отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания, т.е.


 


Степень сжатия показывает, во
сколько раз сжимается смесь в цилиндре двигателя при ходе поршня из НМТ в ВМТ.
При повышении степени сжатия увеличивается мощность двигателя и улучшается его
экономичность. Однако повышение степени сжатия ограничено качеством
при­меняемого топлива и увеличивает нагрузки на детали двигателя. Степень сжатия
для бензиновых двигателей современных ле­гковых автомобилей составляет 8— 10, а
для дизелей 15 — 22. При таких степенях сжатия в бензиновых двигателях не
происходит самовоспламенения смеси, а в дизелях, наоборот, обеспе­чивается
самовоспламенение смеси.


Ход поршня S и диаметр
цилиндра D определяют размеры двигателя. Если отношение S/D < 1, то двигатель
является короткоходным. Большинство двигателей легковых автомобилей
короткоходные.


            Рабочий цикл
поршневых двигателей состоит из тактов впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска и
происходит за четыре хода поршня или за два оборота коленчатого вала.


            6. Рабочий
цикл четырехтактных бензиновых и
 дизельных
двигателей.

 

 

 

 

 

 

 

 



содержание   .. 












10    ..

 

 

 

zinref.ru

Рабочий цикл двигателя: что это такое

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).

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

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.

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).

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.

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 коленчатый вал делает один оборот, такой двигатель является двухтактным.

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.

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.

  • 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.

Далее от поршня через шатун энергия передается на КШМ, 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.

  • 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.

С учетом данной особенности на такте впуска (пор

autoexpert.today

2. Рабочий процессы (циклы) четырехтактных двигателей.

1.
Двигатель автомобиля представляет
собой совокупность механизмов и систем,
преобразующих тепловую энергию
сгорающего в его цилиндрах топлива в
механическую. На современных автомобилях
наибольшее распространение получили
поршневые двигатели внутреннего
сгорания, в которых расширяющиеся при
сгорании топлива газы воздействуют на
движущиеся в их цилиндрах поршни.
Бензиновые двигатели работают на легком
жидком топливе — бензине, который
получают из нефти. Дизельные двигатели
работают на тяжелом жидком топливе —
дизельном, получаемом также из нефти.
Из указанных двигателей наиболее
мощными являются бензиновые, наиболее
экономичными и экологичными — дизели,
имеющие более высокий коэффициент
полезного действия.

У
двигателей с внешним смесеобразованием
горючая смесь готовится вне цилиндров,
в специальном приборе — карбюраторе
(карбюраторные двигатели) или во впускном
трубопроводе (двигатели с впрыском
бензина) и поступает в цилиндры в готовом
виде. У двигателей с внутренним
смесеобразованием (дизели, двигатели
с непосредственным впрыском бензина)
приготовление горючей смеси производится
непосредственно в цилиндрах путем
впрыска в них топлива. В двигателях без
наддува наполнение цилиндров
осуществляется за счет вакуума,
создаваемого в цилиндрах при движений
поршней из верхнего крайнего положения
в нижнее. В двигателях с наддувом горючая
смесь поступает в цилиндры под давлением,
которое создается компрессором.
Принудительное воспламенение горючей
смеси от электрической искры, возникающей
в свечах зажигания, производится в
бензиновых двигателях, а воспламенение
от сжатия (самовоспламенение) — в
дизелях.

Основные
типы двигателей

У
четырехтактных двигателей полный
рабочий процесс (цикл) совершается за
четыре такта (впуск, сжатие, рабочий
ход, выпуск), которые последовательно
повторяются при работе двигателей.
Рядные двигатели имеют цилиндры,
расположенные в один ряд вертикально
или под углом 20…40° к вертикали. V-образные
двигатели имеют два ряда цилиндров,
расположенных под углами 60, 75° и чаще
90. V-образный
двигатель с углом 180° между рядами
цилиндров называется оппозитным. Двух-,
трех-, четырех- и пятицилиндровые
двигатели выполняются обычно рядными,
а шести-, восьми- и многоцилиндровые
— V-образными.
В двигателях с жидкостным охлаждением
в качестве охлаждающего вещества
используют антифризы (низкозамерзающие
жидкости), температура замерзания
которых -40 °С и ниже. В двигателях с
воздушным охлаждением охлаждающим
веществом является воздух. Большинство
двигателей имеет жидкостное охлаждение,
так как оно наиболее эффективное.

Основные
определения и параметры двигателя

Верхняя
мертвая точка

(ВМТ) — крайнее верхнее положение
поршня. В этой точке поршень наиболее
удален от оси коленчатого вала. Нижняя
мертвая точка

(НМТ) — крайнее нижнее положение поршня.
Поршень наиболее приближен к оси
коленчатого вала. В мертвых точках
поршень меняет направление движения,
и его скорость равна нулю. Ход
поршня

(S)
— расстояние между мертвыми точками,
проходимое поршнем в течение одного
такта рабочего цикла двигателя. Каждому
ходу поршня соответствует поворот
коленчатого вала на угол 180° (пол-оборота).
Такт
— часть рабочего цикла двигателя,
происходящего при движении поршня из
одного крайнего положения в другое.
Рабочий
объем цилиндра

(Vk)
— объем, освобождаемый поршнем при его
перемещении от ВМТ до НМТ. Объем
камеры сгорания

(Vc)
— объем пространства над поршнем,
находящимся в ВМТ. Полный
объем цилиндра

(Va)
— объем пространства над поршнем,
находящимся в НМТ: va=vk+vc.

Рабочий
объем (литраж) двигателя

— сумма рабочих объемов всех цилиндров
двигателя, выраженная в литрах (см3).
Степень сжатия (s)
— отношение полного объема цилиндра
к объему камеры сгорания, т.е. 
s = Va/Vc

Степень
сжатия

показывает, во сколько раз сжимается
смесь в цилиндре двигателя при ходе
поршня из НМТ в ВМТ. При повышении
степени сжатия увеличивается мощность
двигателя и улучшается его экономичность.
Степень сжатия для бензиновых двигателей
современных легковых автомобилей
составляет 8 — 10, а для дизелей 15 — 22.
Ход S поршня
и диаметр D цилиндра
определяют размеры двигателя. Если
отношение S/D <
1, то двигатель является короткоходным.

Рабочий
процесс (цикл) четырехтактных двигателей
состоит из тактов впуска, сжатия,
рабочего хода и выпуска. Рабочий процесс
происходит за четыре хода поршня или
за два оборота коленчатого вала. При
такте впуска

поршень движется от ВМТ к НМТ. Выпускной
клапан 5 закрыт. Под действием вакуума,
создаваемого при движении поршня, в
цилиндр 3 поступает горючая смесь
(бензина и воздуха) через впускной
клапан 7, открытый распределительным
валом 6. Горючая смесь перемешивается
с остаточными отработавшими газами,
образуя при этом рабочую смесь. Такт
сжатия

происходит при перемещении поршня от
НМТ к ВМТ. Впускной и выпускной клапаны
закрыты. Объем рабочей смеси уменьшается,
а давление в цилиндре повышается.
Повышение давления сопровождается
увеличением температуры рабочей смеси.
При
такте рабочего хода

впускной и выпускной клапаны закрыты.
Воспламененная в конце такта сжатия
от свечи зажигания рабочая смесь быстро
сгорает. Газы давят на поршень, он
движется от ВМТ до НМТ и совершает
полезную работу, вращая через шатун 2
коленчатый вал 1. Такт
выпуска

происходит при движении поршня от НМТ
к ВМТ. Впускной клапан закрыт. Отработавшие
газы вытесняются поршнем из цилиндра
через выпускной клапан, открытый
распределительным валом. Давление и
температура в цилиндре уменьшаются.
Из рассмотренного рабочего процесса
(цикла) следует, что полезная работа
совершается только в течение одного
такта — рабочего хода. Рабочий процесс
четырехтактного
дизеля

существенно отличается от рабочего
цикла бензинового двигателя по
смесеобразованию и воспламенению
рабочей смеси. Основное различие рабочих
циклов состоит в том, что в цилиндры
дизеля при такте впуска поступает не
горючая смесь, а воздух, и при такте
сжатия в цилиндры впрыскивается
мелкораспыленное топливо, которое
самовоспламеняется под действием
высокой температуры сжатого воздуха.
Такт
впуска

осуществляется при движении поршня 2
от ВМТ к НМТ. Выпускной клапан 6 закрыт.
Вследствие образовавшегося вакуума в
цилиндр 7 через воздушный фильтр 4 и
открытый впускной клапан 5 поступает
воздух из окружающей среды.

Рис.
4. Схема рабочего процесса четырехтактного
дизеля: а — впуск; б — сжатие; в — рабочий
ход; г — выпуск; 1 — топливный насос; 2
—поршень; 3 — форсунка; 4 — воздушный
фильтр; 5 — впускной клапан; 6 —выпускной
клапан; 7 — цилиндр; 8 — шатун; 9 —
коленчатый вал

При
такте сжатия

поршень движется от НМТ до ВМТ. Впускной
и выпускной клапаны закрыты. Поршень
сжимает находящийся в цилиндре воздух.
При
такте рабочего хода

поршень подходит к ВМТ, и в цилиндр
двигателя из форсунки 3 под большим
давлением впрыскивается распыленное
дизельное топливо, подаваемое топливным
насосом 1 высокого давления. Впрыснутое
топливо перемешивается с нагретым
воздухом, и образовавшаяся смесь
самовоспламеняется. Под действием
давления газов поршень перемещается
от ВМТ до НМТ и совершает полезную
работу, вращая через шатун 8 коленчатый
вал 9. Такт
выпуска
происходит
при движении поршня от НМТ к ВМТ. Впускной
клапан закрыт. Через открытый выпускной
клапан 6 поршень выталкивает из цилиндра
отработавшие газы.

3.
Рабочий процессы (циклы) двухтактных
двигателей.
Рабочий
цикл двухтактного двигателя совершается
за два хода поршня или за один оборот
коленчатого вала (360°). В связи с этим
двухтактный цикл характеризуется тем,
что у него один такт яв­ляется рабочим,
а второй — вспомогательным. Рассмотрим
работу двухтактного карбюраторного
двигателя с кривошипно-камерной
продувкой. В таком двигателе отсутствуют
клапаны, их роль выполняет поршень,
закрывающий при своем движении выпускные,
впускные и продувочные окна. Через эти
окна рабочая полость цилинд­ра
сообщается в определенные моменты с
впускным и выпускным трубо­проводами,
а также с кривошипной камерой, которая
в данном типе дви­гателя выполнена
герметичной, так как она участвует в
рабочем цикле.

Цилиндр
двигателя в средней части имеет три
окна: впускное 2, вы­пускное 3 и
продувочное 4, служащее для сообщения
цилиндра с карте­ром 1 при помощи
перепускного канала 5.

Когда
поршень расположен в ВМТ., в камере
сгорания имеется сжатая поршнем смесь,
и в то же время в кривошипной камере
находит­ся засосанная поршнем при
его движении к ВМТ горючая смесь. При
воспламенении сжатой рабочей смеси
электрической искрой давление в цилиндре
над поршнем резко возрастет и поршень
начнет перемещать­ся от ВМТ к НМТ,
совершая рабочий ход. При движении
поршня к НМТ одновременно будут
происходить рабочий ход в цилиндре и
сжатие горючей смеси в кри­вошипной
камере. При дви­жении поршня к НМТ
его верхней кромкой сначала от­крывается
выпускное окно 3 и
продукты сгорания, давле­ние которых
выше атмосфер­ного, начнут выходить
нару­жу (выпуск). При дальней­шем
движении поршня от­крывается
продувочное окно 4 и
сжатая в картере горю­чая смесь
перетекает по ка­налу 5, заполняя
цилиндр и осуществляя продувку его от
остатков продуктов сго­рания. При
этом часть

го­рючей
смеси неизбежно те­ряется, выходя
вместе с отработавшими газами.

Схема
работы двухтактного карбюраторного
двигателя с кривошипно-камерной
продувкой:

а
—сгорание рабочей смеси в цилиндре и
наполнение кривошипной камеры горючей
смесью; б—выпуск отработавших газов
и наполнение цилиндра .

При
обратном движении от НМТ к ВМТ пор­шень
своей верхней кромкой перекрывает
продувочное окно 4, затем
вы­пускное 3, после
чего начинается сжатие смеси в цилиндре.
Одновремен­но создается разрежение
в полости картера до момента открытия
ниж­ней кромкой поршня впускного
окна 2. После
этого процесс начнет по­вторяться.
Рабочий процесс двухтактных
дизелей

с прямоточной продувкой осуществляется
следующим образом .

Первый
такт

перемещение поршня от ВМТ к НМТ. При
поло­жении поршня около ВМТ происходит
воспламенение топлива, впрыс­нутого
в среду сжатого воздуха через форсунку.
Под давлением газов поршень перемещается
к НМТ. Около середины хода поршня
происхо­дит открытие выпускных
клапанов 3 и
отработавшие газы начинают вы­ходить
из цилиндра, в результате чего давление
в цилиндре резко сни­жается. При
достижении верхней кромкой поршня
продувочных окон начи­нается продувка
цилиндров сжатым воздухом, поступающим
к проду­вочным окнам 2 от нагнетателя
1 через ресивер.

studfiles.net

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о