За сколько оборотов коленчатого вала совершается рабочий цикл в четырехтактном двигателе

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя

При рассмотрении рабочего цикла двигателя условно принято, что каждый такт начинается и заканчивается при нахождении поршня в ВМТ или НМТ.

Первый такт — впуск.

Поршень перемещается с ВМТ в НМТ. Освобождающаяся над поршневая полость цилиндра заполняется горючей смесью через открытый впускной клапан из-за возникающего разрежения. Горючая смесь, поступая в цилиндр, смешивается с остатками отработавших газов от предыдущего цикла, образует рабочую смесь. В конце такта давление в цилиндре составляет 0,07—0,95 МПа, температура — 350—390 К, коэффициент наполнения цилиндра — 0,6—0,7.

Работа четырехтактного одноцилиндрового карбюраторного двигателя

а — впуск в цилиндр горючей смеси; б — сжатие горючей смеси; в — расширение газов; г- выпуск отработавших газов; 1 — коленчатый вал; 2 — распределительный вал; 3-поршень; 4 — цилиндр; 5— впускной трубопровод; 6 — карбюратор; 7— впускной клапан; 8 — свеча зажигания; 9 — выпускной клапан; 10 — выпускной трубопровод; 11-шатун; 12 — поршневой палец; 13 — поршневые кольца

Второй такт — сжатие.

Поршень движется от НМТ к ВМТ, впускной и выпускной клапаны закрыты. Объем над поршневой полости уменьшается. Рабочая смесь сжимается. Сжатие сопровождается повышением давления и температуры. Степень сжатия регламентируется детонационной стойкостью топлива. В конце такта давление составляет 1,2—1,7 МПа, а температура — 600—700 К.

Третий такт — расширение.

В начале такта при сгорании рабочей смеси, которая ооспл а меняется от искровою разряда свечи зажигания, выделяется значительное количество теплоты, резко увеличивается температура и давление. Вследствие давления газон поршень перемешается от ВМТ к НМТ. Газы расширяются и совершают полезную работу. В начале расширения давление газов составляет 4—6 МПа, температура — 2500—2800 К. В конце расширения давление н цилиндре составляет 0,3—0.5 МПа, температура — 1100-1800 К.

Четвертый такт выпуск.

Поршень перемешается oт НМТ к ВМТ Через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются из цилиндра в выпускной трубопровод и в окружаюшую среду, В конце выпуска давление в цилиндре составляет 0,105—0,12 МПа, а температура — 85O-120O К.

Степень очистки цилиндра от отработавших газов характеризуется коэффициентом остаточных газов (отношение массы остаточных газов к массе свежего заряда). Для современных ДВС коэффициент остаточных газов составляет 0,08—0,2, он возрастает при увеличении частоты вращения коленчатого вала.

Рабочий цикл двигателя заканчивается четвертым тактом — выпуском. При дальнейшем движении поршня цикл повторяется в той же последовательности. Коленчатый вал в течение четырех тактов поворачивается на 720°, т. с. совершает два оборота.В двигателях, работающих по четырехтактному циклу, полезная работа совершается только в период такта расширения (рабочего хода), когда поршень перемещается пол действием расширяющихся газов, поворачивая коленчатый вал на 180е Остальные три такта являются подготовительными и выполняются при поворачивании коленчатого вата на 540° за счет инерции маховика И работы других цилиндров (в многоцилиндровых двигателях).

Работа двигателя, рабочий цикл

Совокупность различных процессов, происходящих в цилиндре в определённой последовательности, называется рабочим циклом. При работе двигателя циклы периодически повторяются. Положения кривошипно-шатунного механизма, при которых ось шатуна лежит в плоскости кривошипа, называются мёртвыми точками. Крайнее положение поршня, при котором расстояние от него до вала достигает максимума, называется внутренней мертвой точкой (ВМТ),а минимальное крайнее положение – наружной мертвой точкой. (НМТ).Путь поршня от ВНТ до НМТ или обратно называют ходом поршня. Рабочие процессы, совершаемые в течение одного хода поршня, называют тактом. Объём, освобождаемый поршнем при его перемещении от ВМТ до НМТ называют рабочим объёмом цилиндра и обозначают Vh. Сумма рабочих объёмов всех цилиндров называется рабочим объёмом двигателя. Рабочий объём двигателя,выраженный в литрах (л), называют литражом двигателя. Объём, образующийся над поршнем при его нахождении в ВМТ, называется объёмом камеры сгорания или объёмом камеры сжигания. Отношение полного объёма цилиндра к объёму камеры сжатия называют степенью сжатия. Весь рабочий цикл двигателя может быть условно разбит на пять действительных процессов: впуск, сжатие, сгорание, расширение, выпуск или выталкивание продуктов сгорания. Полезная работа совершается в процессах сгорания и расширения. Рабочий цикл четырёхтактного двигателя осуществляется за два оборота вала (четыре такта).

Первый такт – это впуск. В начале первого такта поршень находится в положении ВМТ. Камера сгорания при этом заполнена продуктами сгорания от предыдущего процесса, давление которых несколько больше атмосферного. При вращении коленчатого вала шатун перемещает поршень в НМТ, а распределительный механизм открывает впускной клапан и сообщает надпоршневое рабочее пространство цилиндра двигателя с впускным трубопроводом. Под влиянием разности давлений цилиндр заполняется свежим зарядом (воздухом или горючей смесью). Давление во впускном трубопроводе может быть равным атмосферному (в двигателях без наддува) или выше него (в двигателях с наддувом). В результате наддува повышается плотность воздуха и, следовательно, увеличивается масса свежего заряда, заполняющего цилиндр при такте впуска.

Второй такт – это сжатие. При движении поршня к ВМТ происходит сжатие поступившего в цилиндр заряда. Давление и температура сжимаемого заряда при этом повышаются, и при некотором перемещении поршня от НМТ давление в цилиндре становится одинаковым с давлением впуска. Однако для улучшения наполнения цилиндра свежим зарядом впускной клапан продолжает оставаться открытым некоторое время в начале такта. Запаздывание закрытия впускного клапана позволяет использовать для дозарядки разряжение в цилиндре, а также кинетическую энергию столба воздуха, движущегося по впускному каналу. После закрытия клапана и при дальнейшем перемещении поршня давление и температура в цилиндре продолжают повышаться. Давление в конце сжатия будет зависеть от степени сжатия, герметичности рабочей полости цилиндра, теплоотдачи в стенки, а также от величины начального давления сжатия.

Третий такт – это сгорание и расширение. Он происходит при ходе поршня от ВМТ к НМТ. В начале такта интенсивно сгорает топливо, поступившее в цилиндр и подготовленное к этому в конце второго такта. Вследствие выделения большого количества тепла температура и давление в цилиндре резко повышается, несмотря на некоторое увеличение внутрицилиндрового объёма. Под действием давления происходит дальнейшее перемещение поршня и расширение газов. Так как газы совершают при этом работу, третий такт называют рабочим ходом.

Четвёртый такт– это выпуск. Во время четвёртого такта происходит очистка цилиндра от выпускных газов. Поршень, перемещаясь от НМТ к ВМТ, вытесняет газы из цилиндра через открытый выпускной клапан. Давление газов в цилиндре в конце такта расширения бывает ещё достаточно высоким, выпускной клапан начинает открываться в тот момент, когда поршень не доходит до НМТ на 40-60 градусов угла поворота коленчатого вала. Вследствие этого уменьшается сопротивление движению поршня во время такта выпуска и улучшается очистка цилиндра. В четырёхтактных двигателях только такт сгорания и расширения является рабочим, а остальные три такта в данном цилиндре осуществляются за счёт кинетической энергии вращающегося коленчатого вала с маховиком и работы других цилиндров. Рабочих ходов у четырёхтактного двигателя в два раза меньше частоты вращения вала. Это соотношение называют коэффициентом тактности.Чем полнее будет очищен цилиндр от выпускных газов и чем больше поступит в него свежего заряда, тем более можно будет получить полезной работы за цикл. Быстротечность во времени процессов впуска и выпуска, ограниченность размеров и проходных сечений клапанов, относительно медленное открытие и закрытие клапанов вызывают необходимость открывать и закрывать клапаны с некоторым опережением или запаздыванием по отношению к граничным мёртвым точкам. Многоцилиндровые двигатели обеспечивают получение значительной мощности при достаточно равномерном ходе двигателя. Под равномерным ходом понимают работу двигателя на постоянном режиме, при котором коленчатый вал двигателя вращается с постоянной частотой. Однако при этом всё равно возникают ударные нагрузки (от тактов рабочего хода). Равномерность хода двигателя улучшается при установке маховика на коленчатом валу двигателя, а также при увеличении числа цилиндров. Чем больше цилиндров в двигателе, тем меньше угловые интервалы между рабочими тактами в разных цилиндрах и, следовательно, более равномерное вращение вала. Современные двигатели имеют до 24 цилиндров и более. Для обеспечения равномерной нагрузки коленчатого вала и подшипников многоцилиндрового двигателя необходимо, чтобы рабочие и другие одноименные такты в его цилиндрах повторялись в определенной последовательности, называемой порядком работы цилиндров. Порядок работы цилиндров однорядного двигателя зависит от газораспределения и угла кривошипами (коленами) коленчатого вала. Этот угол зависит, в свою очередь, от тактности двигателя и числа цилиндров. Полный цикл у четырёхтактного двигателя осуществляется за два оборота вала, т.е. за 720 градусов, а у двухтактного – за один оборот, т.е.360 градусов.

Рабочий цикл двухтактного двигателя. Четырёхтактный двигатель только половину времени, затраченного на цикл, работает как тепловой двигатель (такты сжатия и расширения). Остальное время (такты впуска и выпуска) двигатель работает как воздушный насос. Время, отведённое на рабочий цикл, более полно используется в двухтактных двигателях, где рабочий цикл совершается за два такта, т.е. за один оборот коленчатого вала. В двухтактных двигателях очистка цилиндра от продуктов сгорания и наполнение цилиндра свежим зарядом происходит при движении поршня вблизи НМТ. Отработанные газы вытесняются частично поршнем, но в основном предварительно сжатым до определённого давления воздухом (или горячей смесью). Сжимается этот воздух в отдельном агрегате, называемом нагнетателем или продувочным насосом. Сравнение рабочих циклов четырёх- и двухтактных двигателей показывает, что при одинаковых размерах цилиндра и при том же числе оборотов двухтактный двигатель должен развивать вдвое большую мощность ( за счёт увеличения числа рабочих циклов). Двухтактные двигатели имеют равномерный вращающийся момент, так как рабочий цикл реализуется при каждом обороте коленчатого вала. Существенным недостатком двухтактного процесса при внешнем смесеобразовании является выброс части горючей смеси при продувке и наполнении цилиндра. Кроме того, высокая частота рабочих ходов двигателей приводит к повышенному нагреву деталей КШМ и их ускоренному износу.

Действительные
рабочие циклы, протекающие при работе
реальных поршневых ДВС, существенно
отличаются от теоретических или
термодинамических циклов. Эти отличия
определяются следующим: изменением
химического состава рабочего тела в
течение цикла; сменой рабочего тела от
цикла к циклу; сообщением теплоты
рабочему телу по сложным закономерностям,
определяемым процессом сгорания;
наличием теплообмена между рабочим
телом и стенками цилиндра.

Таким
образом, в действительном цикле происходят
процессы, вызывающие дополнительные
по сравнению с теоретическим циклом
потери теплоты. В результате КПД
действительного цикла меньше КПД
теоретического.

Рабочий
цикл в цилиндре двигателя характеризуется
изменением температуры и давления
рабочего тела. Изменение давления газов
за цикл может быть представлено графически
в виде индикаторной диаграммы. Индикаторная
диаграмма используется для изучения и
анализа процессов, протекающих в цилиндре
двигателей. Она может быть получена с
помощью специального прибора — индикатора
давления, который регистрирует зависимость
давления

в цилиндре от угла поворота коленчатого
вала

Рис.
2. Индикаторная диаграмма безнаддувного
бензинового двигателя: а) свернутая; б)
развернутая.

Рабочим
циклом,
происходящим в цилиндре двигателя,
называется комплекс следующих друг за
другом в одной и той же последовательности
физических и химических процессов, в
результате, которого выделяющееся при
сгорании топлива количество теплоты
преобразуется в механическую работу.

Тактом
называется перемещение поршня от ВМТ
до НМТ или наоборот. Плоскость, в которой
находится верхняя кромка поршня при
его наибольшем удалении от оси кривошипа,
называется верхней мертвой точкой — ВМТ
(рис.
1).
При таком положении поршня кривошип
направлен вверх, шатун является его
продолжением и оба они лежат на оси
цилиндра.

Рабочий
цикл может осуществляться за два или
четыре такта. Подавляющее большинство
автотракторных двигателей работают по
четырехтактному циклу, обеспечивающему
их лучшую топливную экономичность,
меньшую дымность и токсичность
отработавших газов. По двухтактному
циклу работают двигатели средств малой
механизации и мотоциклетные двигатели.

Действительный цикл четырехтактного бензинового двигателя

В
четырехтактном бензиновом двигателе
рабочий цикл протекает в течение двух
оборотов коленчатого вала. На рис.
2,а,б
представлена индикаторная диаграмма
безнаддувного бензинового двигателя,
а также диаграмма фаз их газораспределения
(рис.
3),
на которой обозначены моменты начала
открытия и конца закрытия впускного и
выпускного клапанов.

Рис. 3. Диаграмма
фаз газораспределения.

1.
Такт впуска
(r
— а)
поршень перемещается от ВМТ к НМТ, а
освобождающаяся надпоршневая полость
цилиндра заполняется смесью воздуха с
топливом, называемой горючей
смесью.
Горючая смесь и продукты сгорания,
всегда остающиеся в объеме камеры сжатия
от предыдущего цикла, смешиваясь между
собой, образуют рабочую
смесь.

Количество
горючей смеси, поступающей в цилиндр
за один рабочий цикл, называют свежим
зарядом, а
продукты сгорания, остающиеся к моменту
поступления в него свежего заряда, —
остаточными
газами.

Для
повышения эффективной мощности двигателя,
стремятся увеличить абсолютную величину
свежего заряда и его массовую долю в
рабочей смеси. Достигают это снижением
сопротивления впускных патрубков и
других элементов впускного тракта,
использованием переменных фаз
газораспредления, повышением давления
на впуске, т.е. применением наддува
двигателя, вследствие чего повышается
плотность свежего заряда и, следовательно,
массовое наполнение цилиндров. Для
лучшего наполнения цилиндров свежей
смесью целесообразно увеличить
продолжительность фазы впуска. С этой
целью впускные клапана открывают до
верхней мертвой точки (ВМТ), а закрывают
после нижней мертвой точки (НМТ).

φ1
– угол
опережения открытия впускного клапана
– позволяет обеспечить требуемое
проходное сечение впускного клапана к
моменту прихода поршня в верхнюю мертвую
точку (φ
= 10 —
20° по углу поворота коленчатого вала
(ПКВ)).

φ2
– угол
опаздывания закрытия впускного клапана
– позволяет улучшить наполнение
цилиндров за счет использования силы
инерции входящей смеси. При увеличении
частоты вращения коленчатого вала этот
угол желательно увеличивать (переменные
фазы газораспредления), так как возрастает
инерция входящей смеси (φ
= 30 —
60° ПКВ).

2.
Такт
сжатия (а
– с)
(рис.
2,а)
оба клапана закрыты и поршень, перемещаясь
от НМТ к ВМТ, сжимает рабочую смесь (в
общем случае — рабочее тело). Предварительное
сжатие рабочего тела интенсифицирует
процесс сгорания. При нахождении поршня
вблизи ВМТ рабочую смесь поджигают от
постороннего источника с помощью
электрической искры высокого напряжения
(до 18 кВ). Для подачи искры в цилиндр
двигателя с принудительным воспламенением
служит свеча 1
зажигания, которую ввертывают в головку
цилиндра, как показано на схеме рис.
1.

3.
Такт расширения
(с — z – в),
в течение которого поршень перемещается
от ВМТ до НМТ, совершая рабочий ход. Во
время этого такта в цилиндре происходят
три процесса — сгорание, расширение
продуктов сгорания и начало их выпуска,
причем первый из них начался еще в конце
такта сжатия. Раскаленные газы, стремясь
расшириться, перемещают поршень от ВМТ
к НМТ. Совершается рабочий ход поршня,
который через шатун передает давление
на шатунную шейку коленчатого вала и
вызывает его вращение.

3.
Такт выпуска (b-r)
поршень
перемещается от НМТ к ВМТ и через
открывающийся к этому времени выпускной
клапан 2
выталкивает отработавшие газы из
цилиндра. Продукты сгорания остаются
только в объеме камеры сгорания, откуда
их нельзя вытеснить поршнем. Непрерывность
работы двигателя обеспечивается
последующим повторением рабочего цикла.

Процессы,
связанные с подготовкой рабочей смеси
к сжиганию ее в цилиндре, а также
освобождением цилиндра от продуктов
сгорания, в одноцилиндровых двигателях
осуществляются движением поршня за
счет кинетической энергии маховика,
которую он накапливает при рабочем
ходе. В многоцилиндровых двигателях
вспомогательные ходы каждого из цилиндров
выполняются за счет работы других
цилиндров, поэтому в принципе они могут
работать без маховика.

Для
повышения мощности двигателя необходимо
улучшить очистку цилиндров от остаточных
газов (ОГ). Объясняется это следующими
причинами: ОГ имеют высокую температуру,
следовательно, входящая свежая смесь
будет подогреваться – ее плотность
уменьшиться – массовое наполнение
цилиндров ухудшиться; ОГ – это инертный
продукт, замедляющий процесс сгорания
(необходимо чтобы сгорание происходило
в минимальном объеме, т. е. в районе
ВМТ).

Для
лучшей очистки цилиндров от отработавших
газов (ОГ) целесообразно увеличить
продолжительность фазы выпуска. С этой
целью выпускные клапана открывают до
нижней мертвой точки (НМТ), а закрывают
после верхней мертвой точки (ВМТ).

– угол
опаздывания закрытия выпускного клапана
– позволяет улучшить очистку цилиндров
за счет использования силы инерции
выходящий газов (φ
= 10-20°
ПКВ).

В
районе ВМТ между двумя последовательными
циклами, где впускной клапан уже начинает
открываться, а выпускной еще не закрылся,
оба клапана находятся в приоткрытых
положениях. Это называется перекрытием
клапанов.
Перекрытие позволяет уменьшить
теплонапряженность деталей камеры
сгорания и улучшить очистку цилиндров
от ОГ.

РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС (ЦИКЛ) ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО БЕНЗИНОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

1 такт. Впуск. Поршень перемещается в цилиндре вниз при открытом канале впуска и закрытом канале выпуска, в результате чего цилиндр заполняется смесью паров бензина и воздуха.

2 такт. Сжатие. Поршень перемещается в цилиндре вверх при закрытых обоих каналах, сжимая смесь в камере сгорания в верхней части цилиндра.

3 такт. Рабочий ход. В конце такта сжатия искра, проскакивающая между контактами свечи зажигания, воспламеняет пары бензина, которые быстро сгорают, нагревая газ в цилиндре до высокой температуры. При этом, соответственно, увеличивается давление, вынуждающее поршень перемещаться в цилиндре вниз. Оба канала остаются при этом закрытыми.

4 такт. Выпуск. Поршень перемещается вверх, при этом канал выпуска открывается, выпуская сгоревшие газы из цилиндра. В конце этого такта канал выпуска закрывается, а канал впуска снова открывается для следующего такта впуска, который следует за ним немедленно.

Полный цикл работы совершается за два оборота коленчатого вала.

Недостатком четырехтактного цикла всегда считалось то, что на каждый рабочий такт имеются три «холостых» такта.

Рабочий процесс (цикл) четырехтактного дизельного двигателя происходит в том же порядке, что и у четырехтактного бензинового. Отличием является то, что через впускные клапаны в цилиндры во время такта впуска подаётся воздух. При сжатии он разогревается до высокой температуры и обеспечивает воспламенение дизельного топлива, впрыскиваемого в цилиндры под большим давлением через форсунки. Дизельный двигатель более экономичен, но его детали при работе испытывают большие нагрузки и, соответственно, изготовляются более прочными, массивными и тяжелыми. При равной массе с бензиновым двигатель имеет меньшую мощность.

В четы­рехтактном двигателе рабочий процесс совершается за два оборо­та коленчатого вала, т.е. за поворот вала на 720°. Число рабочих ходов равно числу цилиндров двигателя. Их чередование для 4-, 6- и 8-цилиндровых двигателей будет происхо­дить соответственно через 180, 120 и 90° поворота коленчатого вала.

Рабочий процесс (цикл) двухтактного двигателя:

Двухтактный двигатель теоретически должен развивать вдвое большую мощность по сравнению с четырехтактным того же размера (на практике – не более чем в 1,7 раза). Также его конструкция дает возможность отказаться от применения клапанов, используя сам поршень для открывания и закрывания каналов. В цилиндре имеются каналы: впуска, выпуска и перепуска.

Полный цикл работы совершается за один оборот коленчатого вала (т.е. за поворот вала на 360°).

Газовый двигатель (двигатель автомобиля с газобаллонным оборудованием) в целом не имеет конструктивных отличий от бензинового двигателя, за исключением системы питания, рассчитанной на использование сжатого (метан (СН4)) или сжиженного (смесь пропана (С3Н8) и бутана (С4Н10)) газов. Рабочий цикл принципиальных отличий не имеет. Газовый двигатель имеет меньшую удельную мощность, но более экологичен и дешевле в эксплуатации, так как использует топливо, стоящее в два раза дешевле, чем бензин.

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

Принцип работы и основная характеристика

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

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

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

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

Основные характерные показатели 4 тактного двигателя:

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

История

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

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

Особенности работы 4-х тактного двигателя

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

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

https://youtube.com/watch?v=Pby7ms9Smiw

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

Конструкция агрегата

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

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

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

Работа двигателя

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

Этапы работы :

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

Конструктивные и эксплуатационные отличия четырехтактных двухтактных бензиновых двигателей

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

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

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

Основные отличия двухтактных и четырехтактных двигателей:

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

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

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

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

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

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

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

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.

К
показателям, характеризующим топливную
экономичность двигателя, относятся
расходы топлива. Часо­вой
расход топлива G^
показы­вает
количество топлива в килограм­мах,
потребляемое двигателем на данном
режиме работы за 1 ч. Для оценки
экономичности двигателя обычно
пользуются эффектив­ным
удельным, расходом топлива
ge,
представляющим
собой отношение часового расхода топлива
GT
к эффективной мощности двига­теля
jVe:
ge=GT//Ve.

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

Соседние файлы в папке Ответы на билеты

Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя

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

Поршень перемещается от ВМТ к НМТ, через открытый впускной клапан в цилиндр поступает очищенный воздух (из-за разрежения, создаваемого поршнем). Воздух перемешивается с небольшим количеством оставшихся от предыдущего цикла отработавших газов, температура повышается и в конце такта впуска достигает 300—320 К, а давление  0.08—0.09 МПа. Коэффициент наполнения цилиндра 0,9 и выше, т. е. больше, чем у карбюраторного двигателя.

Работа четырехтактного одноцилиндрового дизельного двигателя

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

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

Третий такт — рабочий ход.

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

Четвертый такт — выпуск.

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

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

Работа дизельного двигателя, подробнее