РазноеВпуск рабочий ход сжатие выпуск – Дисциплина Силовые агрегаты Лекция 2 Рабочие процессы действительного цикла двигателя внутреннего сгорания. Процессы газообмена и сжатия

Впуск рабочий ход сжатие выпуск – Дисциплина Силовые агрегаты Лекция 2 Рабочие процессы действительного цикла двигателя внутреннего сгорания. Процессы газообмена и сжатия

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.

Второй такт — сжатие рабочей смеси

При такте сжатия поршень от нижней мертвой точки перемещается к верхней мертвой точке.

Оба клапана плотно закрыты и поэтому рабочая смесь сжимается. Давление в цилиндре над поршнем в конце такта сжатия достигает 9 — 10 кг/см2, а температура 300 — 400С.

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

Третий такт — рабочий ход.

Во время третьего такта происходит преобразование выделяемой при сгорании рабочей смеси энергии в механическую работу. Давление от расширяющихся газов передается на поршень и затем, через шатун и кривошип, на коленчатый вал. Возникающая сила заставляет вращаться коленчатый вал двигателя и, в конечном итоге, ведущие колеса автомобиля.

В самом конце такта сжатия, рабочая смесь воспламеняется от электрической искры, проскакивающей между электродами свечи зажигания. В начале такта рабочего хода, сгорающая смесь начинает активно расширяться. А так как впускной и выпускной клапаны все еще закрыты, то расширяющиеся газы давят на подвижный поршень. Поршень под действием этого давления, достигающего 40 кг/см2, начинает перемещаться к нижней мертвой точке. При этом на всю площадь поршня давит сила 2000 кг и более, которая через шатун передается на кривошип коленчатого вала, создавая крутящий момент. При такте рабочего хода, температура в цилиндре достигает 2000 градусов и выше. Коленчатый вал при рабочем ходе поршня делает очередные пол-оборота.

Четвертый такт — выпуск отработавших газов

При движении поршня от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, открывается выпускной клапан (впускной все еще закрыт) и отработавшие газы с огромной скоростью выбрасываются из цилиндра двигателя. Коленчатый вал двигателя — при такте выпуска делает еще пол-оборота. И всего, за четыре такта рабочего цикла, он сделал два полных оборота.

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

Полезная механическая работа совершается двигателем только в течение одного такта — рабочего хода! Остальные три такта называются подготовительными (выпуск, впуск и сжатие) и совершаются они за счет кинетической энергии маховика, вращающегося по инерции.

1.2. Газораспределительный механизм

Предназначен для впуска в цилиндры свежей горючей смеси и выпуска отработавших газов. На ГАЗ-53А применяется система газораспределения с верхним расположением клапанов (клапаны установлены в головке блока цилиндров).

Благодаря расположению клапанов непосредственно над полостью цилиндров, уменьшается сопротивление впуску горючей смеси и выпуску отработавших газов, что улучшает наполнение цилиндров, вследствие чего повышается литровая мощность двигателя и снижается удельный расход топлива.

Основными деталями газораспределительного механизма являются стальной распределительный вал, толкатели, штанги, коромысла, клапаны с пружинами.

Распределительный вал располагается в блоке между двумя рядами цилиндров. От него при помощи штанг и коромысел приводятся в действие клапаны правого и левого рядов цилиндров. Распределительный вал приводится в движение от коленчатого вала парой шестерен с косым зубом.

Клапаны в головке блока цилиндров располагаются с небольшим наклоном к оси цилиндров. У двигателей ГАЗ-53А имеются две линии клапанов, то есть по одному ряду а каждой головке.

Толкатели, передающие усилие от кулачков распределительного вала штангами коромысел, стальные пустотелые. Отверстие в нижней части толкателя служит для удаления накопившегося в ней масла.

Чтобы цилиндры лучше наполнялись горючей смесью и очищались от отработавших газов, начало открытия и закрытия клапанов должно совпадать с приходом поршня в верхнюю мертвую точку (крайнее верхнее положение поршня) и нижнюю мертвую точку (крайнее нижнее положение поршня). Моменты открытия и закрытия клапанов, выраженные в градусах поворота коленчатого вала по отношению к мертвым точкам поршня, называются фазами газораспределения. У двигателя ГАЗ-53А фазы газораспределения находятся в следующих пределах: выпускной клапан открывается с большим опережением (50 – 70 до нижней мертвой точки) и закрывается с запаздыванием (20 – 50 после верхней мертвой точки). Предварительное открытие выпускного клапана обеспечивает интенсивный вывод отработавших газов за счет достаточно высокого давления, сохраняющегося в цилиндре к моменту открытия выпускного клапана. Запаздывание закрытия выпускного клапана дает возможность лучше очистить камеру сгорания. Впускной клапан открывается с относительно небольшим опережением (20 – 25 до верхней мертвой точки) и закрывается с большим запаздыванием (60 – 85 после нижней мертвой точки), что улучшает условия поступления горючей смеси.

1.3. Система охлаждения позволяет поддерживать оптимальный тепловой режим двигателя (80 – 95 С) при различных условиях работы. У двигателей ГАЗ-53А применяется жидкостная система охлаждения. В теплое время года в систему охлаждения заливают воду, в холодное – антифризы.

К основным элементам системы охлаждения относятся:центробежный водяной насос, водяная рубашка, термостат, радиатор, вентилятор, соединительные патрубки и шланги.

Рубашка охлаждения двигателясостоит из множества каналов в блоке и головке блока цилиндров, по которым циркулирует охлаждающая жидкость.

Центробежный насос заставляет жидкость перемещаться по рубашке охлаждения двигателя и всей системе. Насос приводится в действие ременной передачей от шкива коленчатого вала двигателя. Натяжение ремня регулируется отклонением корпуса генератора или натяжным роликом привода распределительного вала двигателя.

Термостатпредназначен для поддержания постоянного оптимального теплового режима двигателя. При пуске холодного двигателя термостат закрыт, и вся жидкость циркулирует только по малому кругу для скорейшего ее прогрева. Когда температура в системе охлаждения поднимается выше 80 – 85 С, термостат автоматически открывается и часть жидкости поступает в радиатор для охлаждения. При больших температурах термостат открывается полностью и уже вся горячая жидкость направляется по большому кругу для ее активного охлаждения.

Радиаторслужит для охлаждения проходящей через него жидкости за счет потока воздуха, который создается при движении автомобиля или с помощью вентилятора. В радиаторе имеется множество трубок и «перепонок», которые образуют большую площадь поверхности охлаждения.

Вентиляторпредназначен для принудительного увеличения потока воздуха проходящего через радиатор движущегося автомобиля, а также для создания потока воздуха в случае, когда автомобиль стоит без движения с работающим двигателем. Перед вентилятором установлены жалюзи, позволяющие регулировать количество воздуха, проходящего через него.

Патрубки и шлангислужат для соединения рубашки охлаждения двигателя с термостатом, насосом, радиатором.

1.4. Система смазки предназначена для подачи масла к трущимся деталям, частичного их охлаждения и удаления продуктов износа. В двигателе ГАЗ-53А применяется комбинированная система смазки, то есть часть трущихся поверхностей смазывается маслом под давлением, а другая часть – самотеком и разбрызгиванием. К подшипникам коленчатого и распределительного валов масло подходит по каналам системы под давлением. Смазав, немного охладив и забрав с собой продукты износа, масло стекает обратно в поддон картера двигателя. При вращении коленчатого вала, его кривошипы ударяют по поверхности масла в поддоне картера, при этом образуются масляные брызги и туман, которые попадают на зеркало цилиндров, поршень и поршневой палец. Все движущиеся детали кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов как бы купаются в масле. Этим достигается высокая износостойкость узлов современных двигателей.

Основными частями системы смазкиявляются: поддон картера, шестеренчатый масляный насос, масляный фильтр, трубопроводы для подачи масла под давлением.

Поддон картера является резервуаром для хранения масла. Здесь установлен маслоприемник, из которого масло подается вшестеренчатый насос, имеющий две секции. Одна из них подает масло к трущимся поверхностям, другая направляет масло в радиатор для охлаждения.

Масляный фильтрслужит для очистки проходящего через него масла от механических примесей. Он устанавливается сразу же после насоса и пропускает через себя все масло, которое поступает в масляную магистраль.

Вентиляция картера двигателяобеспечивает отсос из картера и отвод во впускной трубопровод паров бензина и выхлопных газов, которые попадают в нижнюю часть двигателя. Во время тактов сжатия и рабочего хода эти пары и газы частично прорываются по стенкам цилиндров в картер двигателя, разжижают масло и очень агрессивны по отношению к деталям кривошипно-шатунного механизма.

Вентиляция картера осуществляется принудительно за счет разряжения, которое создается у выходного отверстия вытяжной трубы во время движения автомобиля. Корпус воздушного фильтра соединяется с картером двигателя с помощью шланга, по которому картерные газы направляются сначала в карбюратор, а затем и в цилиндры на дожигание.

1.5. Система питания предназначена для хранения, очистки и подачи топлива, очистки воздуха, приготовления горючей смеси и подачи ее в цилиндры двигателя. На различных режимах работы двигателя количество и качество горючей смеси должно быть различным, и это тоже обеспечивается системой питания. В систему питания входят топливный бак, трубопроводы, фильтр-отстойник, топливный насос, фильтр тонкой очистки топлива, карбюратор, воздушный фильтр.

Топливный бак— это емкость для хранения топлива. От топливного бака к карбюратору бензин поступает по топливопроводам.

Топливный насос— предназначен для принудительной подачи топлива из бака в карбюратор.

Воздушный фильтрнеобходим для очистки воздуха, поступающего в цилиндры двигателя. Фильтр устанавливается на верхней части воздушной горловины карбюратора.

Карбюратор предназначен для приготовления горючей смеси и подачи ее в цилиндры двигателя. В зависимости от режимов работы двигателя карбюратор меняет качество (соотношение бензина и воздуха) и количество этой смеси.

2. Трансмиссия предназначена для передачи крутящего момента и мощности от двигателя к ведущим колесам, изменения угловой скорости колес и подводимого к ним крутящего момента.

ГАЗ-53А – заднеприводный автомобиль; агрегаты его трансмиссии распределены вдоль всего кузова и передают крутящий момент от двигателя на задние колеса.

Четырехтактный двигатель — Энциклопедия журнала «За рулем»

Четырехтактный двигатель состоит из цилиндров, установленных на картере и закрытых сверху головкой. Снизу к картеру крепится поддон. В головке цилиндров установлены клапаны — впускные и выпускные — и свечи зажигания (в бензиновых) или форсунки для впрыска топлива (в дизелях). Внутри цилиндра возвратно-поступательно перемещается поршень, который через поршневой палец соединен с верхней головкой шатуна. Нижняя головка шатуна охватывает шатунную шейку коленчатого вала, коренные шейки которого установлены на подшипниках в картере двигателя. Поршень уплотняется в цилиндре посредством поршневых колец. На конце коленчатого вала закреплен маховик. Положение, которое занимает поршень в конце его хода вверх, называется верхней мертвой точкой (ВМТ), а положение в конце хода вниз — нижней мертвой точкой (НМТ). Перемещение поршня от одной мертвой точки до другой при работе двигателя называется тактом. Объем, который образуется над поршнем при нахождении его в ВМТ, называется объемом камеры сгорания. Объем, который освобождает поршень при его движении от ВМТ к НМТ, называется рабочим объемом или литражом двигателя. Сумма объема камеры сгорания и рабочего объема называется полным объемом цилиндра.
Очень важным параметром поршневого двигателя является степень сжатия, которая определяется как отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Степень сжатия современных автомобильных двигателей с искровым зажиганием равна примерно 10. Автомобильные четырехтактные дизели имеют более высокую степень сжатия, не менее 20.

Двигатель ВАЗ-2111:

1 — подводящая труба насоса охлаждающей жидкости;
2 — блок цилиндров;
3 — термостат;
4 — датчик температуры охлаждающей жидкости системы управления двигателем;
5 — выпускной патрубок охлаждающей жидкости;
6 — заглушка головки блока цилиндров;
7 — крышка головки блока цилиндров;
8 — регулятор давления топлива;
9 — крышка маслозаливной горловины;
10 — трос привода дроссельной заслонки;
11 — дроссельный узел;
12 — регулятор холостого хода;
13 — датчик положения дроссельной заслонки;
14 — ресивер;
15 — задняя крышка привода распределительного вала;
16 — передняя крышка привода распределительного вала;
17 — форсунка;
18 — пробка штуцера топливной рампы;
19 — топливная рампа;
20 — впускной коллектор;
21 — правый опорный кронштейн впускного коллектора;
22 — шкив привода генератора;
23 — масляный фильтр;
24 — датчик положения коленчатого вала;
25 — поддон картера;
26 — выпускной коллектор;
27 — шатун;
28 — коленчатый вал;
29 — левый опорный крон штейн выпускного коллектора;
30 — маховик

Поперечный разрез двигателя ВАЗ-2111:

1 — пробка сливного отверстия поддона картера;
2 — поддон картера;
3 — масляный фильтр;
4 — насос охлаждающей жидкости;
5 — выпускной коллектор;
6 — впускной коллектор;
7 — форсунка;
8 — топливная рампа;
9 — ресивер;
10 — крышка головки блока цилиндров;
11 — крышка подшипников распределительного вала;
12 — распределительный вал;
13 — шланг вентиляции картера;
14 — регулировочная шайба клапана;
15 — сухари клапана;
16 — толкатель;
17 — пружины клапана;
18 — маслосъемный колпачок;
19 — направляющая втулка клапана;
20 — клапан;
21 — свеча зажигания;
22 — головка блока цилин дров;
23 — поршень;
24 — компрессионные кольца;
25 — маслосъемное кольцо;
26 — поршневой палец;
27 — блок цилиндров;
28 — шатун;
29 — коленчатый вал;
30 — крышка шатуна;
31 — указатель уровня масла;
32 — приемник масляного насоса

Четырехтактный цикл последовательно включает в себя следующие такты: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск:

Четырехтактный цикл:
а — впуск;
б — сжатие;
в — рабочий ход;
г — выпуск

При работе бензинового двигателя в начале такта впуска открывается впускной клапан, а поршень перемещается от ВМТ. По мере перемещения поршня по направлению к НМТ в цилиндре образуется разрежение и в него поступает смесь паров бензина и воздуха, которую принято называть топливно-воздушной смесью или горючей смесью. После прохода поршнем НМТ он за счет вращения коленчатого вала начнет подниматься к ВМТ, что является началом такта сжатия. В начале такта сжатия закрывается впускной клапан и оба клапана остаются закрытыми в течение всего такта. При перемещении поршня к ВМТ горючая смесь, находящаяся в цилиндре, сжимается, ее давление и температура возрастают. Максимальное значение давления сжатия возникает, когда поршень достигает ВМТ. Но поскольку процесс сгорания топлива занимает определенное время, горючую смесь необходимо поджечь заранее, до того, как поршень дойдет до ВМТ в такте сжатия. Смесь воспламеняется с помощью электрической искры, проскакивающей между электродами свечи зажигания. Угол поворота коленчатого вала от момента появления искры до ВМТ называется углом опережения зажигания. При сгорании топлива выделяется большое количество энергоемких газов, которые давят на поршень, заставляя его в следующем такте совершать рабочий ход, который происходит при закрытых клапанах, когда поршень движется по направлению от ВМТ к НМТ. После рабочего хода начинается такт выпуска. При этом открывается выпускной клапан, а поршень движется по направлению к ВМТ, вытесняя отработавшие газы в атмосферу. Затем цикл повторяется в той же последовательности.

Рабочий цикл двигателя | Клуб владельцев автомобилей ВАЗ

Очистка цилиндра от отработавших газов и заполнение его горючей смесью осуществляется через два отверстия (выпускное и впускное), закрываемые клапанами.

Крайние положения поршня в цилиндре, в которых направление движения поршня меняется, называют мертвыми точками — верхней (в. м. т.) и нижней (н. м. т.), а путь, проходимый поршнем от одной мертвой точки до другой, — ходом поршня (рис.). За один ход поршня коленчатый вал повернется на пол-оборота- 180°.

Внутри цилиндра над поршнем при положении его в в. м. т. образуется пространство — камера сгорания, а при движении поршня от в. м. т. к н. м. т. освобождается объем, который является рабочим объемом цилиндра. В многоцилиндровых двигателях сумма рабочих объемов всех цилиндров, выраженная в литрах, определяет литраж двигателя.

Полный объем цилиндра — это сумма рабочего объема и объема камеры сгорания. Вводимая горючая смесь заполняет полный объем цилиндра. В конце сжатия объем, занятый смесью, уменьшается до объема камеры сгорания.

Степень сжатия — это отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. В рассматриваемых двигателях она равна 8,4-8,8. Чем выше степень сжатия, тем больше мощность и экономичность двигателя.

Процесс, происходящий внутри цилиндра за один ход поршня, называется тактом. Первый такт — впуск — поршень перемещается от в. м. т. к н. м. т., клапан впускного отверстия открыт, а выпускного-закрыт. В цилиндре создается разрежение, и горючая смесь заполняет его. Следовательно, такт впуска служит для наполнения цилиндра горючей смесью. Второй такт — сжатие — поршень перемещается от н. м. т. к в. м. т., оба отверстия закрыты клапанами.

Объем рабочей смеси уменьшается в 8,4-8,8 раза, температура повышается до 300-400°С, в результате чего давление в цилиндре повышается до 10-12 кГ/см2 (1,0-1,2 МПа) . Такт сжатия служит для лучшего перемешивания рабочей смеси и подготовки ее к воспламенению. Третий такт — сгорание и расширение газов. В конце такта сжатия между электродами свечи возникает электрическая искра, которая воспламеняет рабочую смесь. Выделенное при сгорании рабочей смеси тепло нагревает газы до температуры 2200-2500°С. При этом газы расширяются и создают давление в 35-45 кГ/см 2 (3,4-4,4 МПа), под действием которого поршень перемещается вниз от в. м. т. к н. м. т. — происходит рабочий ход поршня. Оба отверстия закрыты клапанами. При рабочем ходе действующее на поршень давление газов через поршневой палец и шатун передается на кривошип, создавая на коленчатом валу крутящий момент . Рабочий ход поршня служит для преобразования тепловой энергии сгорания топлива в механическую работу. Четвертый такт — выпуск — поршень перемещается вверх от н. м. т. к в. м. т. Впускное отверстие закрыто, выпускное — открыто. Отработавшие газы выпускаются из цилиндра в атмосферу. Назначение такта выпуска — очистить цилиндр от отработавших газов.

Для выполнения одного такта, при котором происходит сгорание рабочей смеси и расширение газов, необходимы два подготовительных такта — впуск и сжатие, а также заключительный такт-выпуск (рис.). Совокупность процессов (тактов), происходящих в цилиндре в определенной последовательности — впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск, составляет рабочий цикл двигателя. На рассматриваемых автомобилях установлены четырехтактные двигатели, т. е. такие, у которых такты повторяются через каждые четыре хода поршня или два оборота коленчатого вала.

Подготовительные такты во время пуска двигателя осуществляются при вращении коленчатого вала с помощью стартера (электродвигателя) или пусковой рукоятки. При работе двигателя эти такты происходят за счет энергии, накопленной маховиком во время рабочего такта.

Одноцилиндровый двигатель, несмотря на наличие маховика, работает неравномерно, так как из четырех тактов только один является рабочим. Работа двигателя толчками вызывает его вибрацию и расшатывание деталей крепления, повышенный износ и возможную поломку деталей. Неравномерность вращения коленчатого вала значительно уменьшается в многоцилиндровых двигателях, представляющих собой как бы несколько одноцилиндровых двигателей, имеющих общий коленчатый вал. В этом случае равномерность работы многоцилиндрового двигателя достигается тем, что происходящие в разных цилиндрах рабочие такты не совпадают по времени, а чередуются в определенной последовательности.

Двигатель внутреннего сгорания состоит из кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов, а также систем охлаждения, смазки, питания и зажигания.

Нужна точная формалировка,почему четырёх тактный двигатель называется четырёх тактным.Ответьте.

Рабочий цикл четырёхтактного двигателя Четырёхтактный бензиновый двигатель Как следует из названия, рабочий цикл четырёхтактного двигателя состоит из четырёх основных этапов — тактов. 1. Впуск. В течение этого такта поршень опускается из верхней мёртвой точки (ВМТ) в нижнюю мёртвую точку (НМТ) . При этом кулачки распредвала открывают впускной клапан, и через этот клапан в цилиндр засасывается свежая топливно-воздушная смесь. 2. Сжатие. Поршень идёт из НМТ в ВМТ, сжимая рабочую смесь. При этом значительно возрастает температура смеси. Отношение рабочего объёма цилиндра в НМТ и объёма камеры сгорания в ВМТ называется степенью сжатия. Степень сжатия — очень важный параметр, обычно, чем она больше, тем больше топливная экономичность двигателя. Однако, для двигателя с большей степенью сжатия требуется топливо с бо&#769;льшим октановым числом, которое дороже. 3. Сгорание и расширение (рабочий ход поршня) . Незадолго до конца цикла сжатия топливовоздушная смесь поджигается искрой от свечи зажигания. Во время пути поршня из ВМТ в НМТ топливо сгорает, и под действием тепла сгоревшего топлива рабочая смесь расширяется, толкая поршень. Степень «недоворота» коленчатого вала двигателя до ВМТ при поджигании смеси называется углом опережения зажигания. Опережение зажигания необходимо для того, чтобы давление газов достигло максимальной величины когда поршень будет находиться в ВМТ. При этом использование энергии сгоревшего топлива будет максимальным. Сгорание топлива занимает практически фиксированное время, поэтому для повышения эффективности двигателя нужно увеличивать угол опережения зажигания при повышении оборотов. В старых двигателях эта регулировка производилась механическим устройством (центробежным и вакуумным регулятором воздействующим на прерыватель) . В более современных двигателях для регулировки угла опережения зажигания используют электронику. 4. Выпуск. После НМТ рабочего цикла открывается выпускной клапан, и движущийся вверх поршень вытесняет отработанные газы из цилиндра двигателя. При достижении поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается и цикл начинается сначала. <img src=»//otvet.imgsmail.ru/download/c3401ac0aebefed578ddf506e9abc7c5_i-1442.gif» >

вроде 4 цилиндров!

четыре такта работы

Потому, что рабочий цикл двигателя осуществляется за 4 хода поршня или 2 оборота колен вала. В 4 такта: впуск, сжатие, горение (он же расширение, он же рабочий ход) и выпуск.

Патамучто в четыре такта праисходит працесс… пуск выпуск-пуск выпуск… те поршень туды сюды на в чатыре такта на…

впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск.

Впуск-сжатие-рабочий ход-выпуск. 4 такта

<a href=»/» rel=»nofollow» title=»19333707:##:publ/14-1-0-37″>[ссылка заблокирована по решению администрации проекта]</a>

потому что рабочий процесс происходит за 4 такта. Такт — движение поршня от ВМТ до НМТ или обратно.

рабочий цикл поделен на 4 части (такта) 1 закачивание воздуха и рабочей смеси 2 рабочий ход поршня 3 выпуск отработанных газов 4 вентиляция рабочей камеры и так по кругу может чего и напутал кстати

1 такт вход газа 2 такт сжатие газа 3 такт сжигание газа 4 такт выпуск того что осталось

Потому, что делает один оборот за 4 такта.

Цикл работы состоит из четырёх тактов: впуск (бензовоздушной смеси) — сжатие — (зажигание) рабочий ход — выхлоп.

Количество цилиндров ни при чем. Такт — ход поршня. Полный цикл 4-тактного происходит за 4 такта: впрыск — сжатие — вспышка (рабочий ход) — выхлоп. И всё, упражнение окончено, спасибо за внимание.

какие все умные!!

Четырехтактный двигатель назван так потому, что работает по четырем тактам: 1. Всас. Поршень идет вниз, открывается впускной клапан, наполняется камера сгорания смесью бензина и воздуха. 2. Сжатие. Поршень идет вверх, клапана закрыты, смесь сжимается. В конце такта сжатия подается искра. 3. Сгорание. Смесь «взорвалась», поршень идет вниз. 4.Выхлоп. Поршень идет вверх, открывается выпускной клапан. Все очень просто.

девукша! возьми умную книгу ! .и она тебе поможет! 1 такт это ВПРЫСК…. 2 такт это сжатие… 3 такт это воспламинение…. а 4 тый это ВЫПУСк выхлопных газов!!!!

Присутствуют 4 такта: впуск — сжатие — расширение — выпуск. Сначала открывается впускной клапан, поршень идёт вниз, под действием создающегося разрежения в цилиндр поступает свежая топливовоздушная смесь или воздух — это такт впуска. Затем клапан закрывается, поршень идёт вверх — происходит сжатие. Следующий такт: сжатая смесь воспламеняется искрой или в сжатый воздух форсунка впрыскивает топливо, которое самовоспламеняется, поршень под действием этого идёт вниз — это расширение, или рабочий ход поршня. Двигатель совершает полезную работу именно в течение такта расширения. Потом поршень идёт вверх, открывается выпускной клапан, через который продукты сгорания топлива выходят в атмосферу — это такт выпуска.

1й такт всасывания 2й сжатие+воспламенение 3й рабочий 4й выпускной

Взято из учебника физики 8 класса: Двигатель называют 4-х тактным потому что один рабочий цикл в двигателе происходит за четыре хода поршня, или, как говорят, за 4 такта.

Двигатель внутреннего сгорания — урок. Физика, 8 класс.

Обрати внимание!

Двигатель внутреннего сгорания — распространённый вид теплового двигателя, который работает на жидком топливе (бензин, керосин, нефть) или горючем газе.

 

Двигатель состоит из цилиндра, в котором перемещается поршень \( 3\), соединённый при помощи шатуна \(4\) с коленчатым валом \(5\).

 

Два клапана, впускной \(1\) и выпускной \(2\), при работе двигателя автоматически открываются и закрываются в нужные моменты.

 

Через клапан \(1\) в цилиндр поступает горючая смесь, которая воспламеняется при помощи свечи \(6\), а через клапан \(2\) выпускаются отработавшие газы.

 

Топливо в нём сгорает прямо в цилинде.

 

26.jpg

 

Крайние положения поршня в цилиндре называют мёртвыми точками.

 

Расстояние, проходимое поршнем между мёртвыми точками, называют ходом поршня.

 

Такие двигатели называют четырёхтактными, т.к. рабочий цикл происходит за четыре хода или такта: впуск (а), сжатие (б), рабочий ход (в) и выпуск (г).

 

dvigatel-moto-2.jpg

 

1 такт (впуск) — при такте впуска поршень от верхней мёртвой точки перемещается к нижней мёртвой точке. Цилиндр заполняется горючей смесью через открытый впускной клапан. Т.е. поршень всасывает горючую смесь.

 

 

2 такт (сжатие) — при такте сжатия поршень от нижней мёртвой точки перемещается к верхней мёртвой точке. Поршень движется вверх. Оба клапана плотно закрыты, и поэтому рабочая смесь сжимается. При сжатии температура смеси и давление повышаются. 

 

3 такт (рабочий ход) —  рабочая смесь воспламеняется от электрической искры, проскакивающей между электродами свечи зажигания. В начале такта рабочего хода сгорающая смесь начинает активно расширяться. А т.к. впускной и выпускной клапаны всё ещё закрыты, то расширяющимся газам остаётся только один единственный выход — давить на подвижный поршень. Поршень под действием этого давления начинает перемещаться к нижней мёртвой точке, создаётся крутящий момент. 

 

dvigatel-vnutrennego-sgoraniya4.jpg

 

4 такт (выпуск) — при движении поршня от нижней мёртвой точки к верхней мёртвой точке открывается выпускной клапан (впускной всё ещё закрыт), и отработавшие газы с огромной скоростью выбрасываются из цилиндра двигателя.

 

 

После такта выпуска начинается новый рабочий цикл, всё повторяется.

Для того чтобы вращение вала было более равномерным, двигатель обычно делают многоцилиндровым: 2-, 3-, 4-, 6-, 8-цилиндровым и т.д.

Источники:

http://webmyoffice.ru/media/files/99/dvigatel-moto-2.jpg

http://usauto.ucoz.ru/news/bilet_6/2011-04-26-4

http://autooboz.info/wp-content/uploads/2007/09/dvigatel-vnutrennego-sgoraniya2.jpg

http://dvigyn.com/wpcontent/images_18/princip_raboti_dvigatelya_vnutrennego_sgoraniya_v_4_takta-2.jpg

http://dvigyn.com/wpcontent/images_18/princip_raboti_dvigatelya_vnutrennego_sgoraniya_v_4_takta-3.jpg

Дисциплина Силовые агрегаты Лекция 2 Рабочие процессы действительного цикла двигателя внутреннего сгорания. Процессы газообмена и сжатия

Учебные вопросы:

  1. Процессы газообмена

  2. Процесс сжатия.

1. Процессы газообмена

1.1 Условия протекания процессов газообмена в 4-тактных двигателях

Смену рабочего тела при осуществлении процессов выпуска и впуска называют газообменом. От количества свежего заряда, оставшегося в цилиндре после завершения газообмена, в реша­ющей степени зависят получаемая в цикле работа и, следователь­но, мощность двигателя.

Газообмен формально состоит из последовательных этапов выпуска и впуска, т.е. из этапов открытия выпускного и впускного клапанов. Однако, существует промежуточный этап, когда открыты оба клапана одновременно. О необходимости этого этапа будет сказано чуть позже. Следовательно, обычно говорят о газообмене. Состоящем из трех процессов (этапов):

  1. Процесс выпуска.

  2. Газообмен в период перекрытия клапанов.

  3. Процесс впуска.

Рассмотрим эти процессы.

Процесс выпуска

В конце такта расширения с опереже­нием 40…70 °С до прихода поршня в НМТ начинается выпуск отработавших газов. В результате быстрого уменьше­ния количества газов в цилиндре и их расширения давление заметно понижается и скорость истечения газов становится ниже критической. Первый период процесса выпуска называют периодом свободного выпуска. Он заканчивается вблизи НМТ. За относительно малое время свободного выпуска из цилиндра удаляется до 50…70% отработавших газов.

Во время второго периода, называемого принудительным выпуском, т. е. при движении поршня к ВМТ, выпуск происходит под его вытесняющим действием.

Момент начала выпуска выбирают с таким расчетом, чтобы обеспечить хорошую очистку цилиндра, с другой стороны, уменьшить затраты энергии на этот процесс. Если, например, клапан начнет открываться слишком рано, то увеличится потеря полезной работы газов в период предварения выпуска. Если же клапан открывать по­здно, то возрастет отрицательная работа во время принудитель­ного выпуска.

Газообмен в период перекрытия клапанов.

Опыт показывает, что для лучшего газообмена впускной клапан необходимо начать открывать примерно за 10…30° до прихода поршня в ВМТ, а выпускной клапан закры­вать спустя 10…50° после ВМТ. Период, когда одновременно открыты оба клапана, называют перекрытием клапанов. В оптимальном случае через впускной клапан в цилиндр поступает свежий заряд, а через выпускной удаляются отработавшие газы. Такой газообмен называют про­дувкой цилиндра. В действительности свежий заряд смешивается в цилиндре с отработанными газами. В период перекрытия клапанов часть свежего заряда может через выпускной клапан поки­нуть цилиндр. Наиболее типичный случай обратного течения газов имеет место, например, в двигателях с искровым зажигани­ем на режимах холостого хода, когда дроссельная заслонка сильно прикрыта. На этих режимах в период перекрытия клапанов отработанные газы через выпускной клапан поступают из системы выпуска обратно в цилиндр, а через впускной клапан происходит истечение газов из цилиндра в систему впуска.

Процесс впуска

После начала открытия впускного клапана начи­нается впуск. Количество свежего заряда, поступающего в цилиндр в течение процес­са впуска, зависит от об­щего гидравлического со­противления впускной си­стемы, т. е. от разности между давлением окружа­ющей среды р0 и давлени­ем в цилиндре р, которая изменяется по мере перемещения поршня от ВМТ к НМТ. Естественно, что чем меньше потеря давления во впускной системе к приходу поршня в НМТ

тем больше количество свежего заряда, заполня­ющего цилиндр к этому моменту.

При увеличении частоты вращения коленчатого вала поток воздуха движется с возрастающей скоростью и под действием сил инерции в системе впуска давление рх также возрастает. Поэтому если в начале хода сжатия рх>р, то впуск продолжается. Этот процесс называют дозарядкой. Для осуществления дозарядки впуск­ной клапан закрывают спустя 35…85° после НМТ. При малой частоте вращения, когда инерция свежего заряда невелика, во время запаздывания закрытия впускного клапана поршень вытес­няет часть заряда из цилиндра обратно во впускную систему, т. е. происходит обратный выброс. Таким образом в общем случае количество свежего заряда, заполняющего цилиндр после окон­чания впуска, меньше общего количества заряда, поступившего в цилиндр в течение газообмена. Поверхности впускного трубо­провода, канала в головке и внугрицилиндровые поверхности имеют температуру более высокую, чем свежий заряд, поэтому последний вследствие теплообмена в процессе впуска нагревает­ся. Нагревание свежего заряда происходит и вследствие его сме­шения с горячими остаточными газами.

В газообмене выделяют фазы газораспределения. Периоды, выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала, в течение которых клапаны открыты, называют фазами газораспределения. Круго­вая диаграмма фаз газораспределения дана на рисунке 1.

Рисунок 1 Диаграмма фаз газораспределения четырехтактного двигателя

При правильном выборе фаз газораспределения не только улучшают­ся очистка цилиндров от продуктов сгорания и заполнение его свежим зарядом, но может несколько сократиться затраты энер­гии на газообмен, которые пропорциональны разности давлений в цилиндре в течение процессов выпуска и впуска. Выбор фаз газораспределения и основных геометрических размеров впуск­ного тракта согласовывают при экспериментальной доводке но­вой модели двигателя.

Фазы газораспределения для каждой частоты вращения име­ют свою оптимальную величину, а реальные фазы газорасп­ределения выбирают так, чтобы обеспечить оптимум η, для наиболее важного диапазона скоростных режимов работы двига­теля.

В большинстве случаев высокооборотные двигатели имеют более широкие фазы газораспределения, чем двигатели малообо­ротные. Если необходимо увеличить наполнение цилиндров све­жим зарядом в каком-то определенном диапазоне частоты вра­щения, то следует подобрать сочетание фаз газораспределения и геометрических размеров впускного тракта (главным образом его длины), которое обеспечит большую дозарядку. Такое явле­ние называют динамическим наддувом.

Для эффективного газообмена важно обеспечить большие проходные сечения в клапанах. Эти сечения при газообмене изме­няются, поэтому пропускную способность клапанов характеризу­ют параметром, называемым время-сечение.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о