Vikupautomsk.ru

Выкуп Авто МСК
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Учебник водителя категории В

Учебник водителя категории В

Раздел I. устройство автомобиля

Глава 2. Двигатель

1. Общее устройство и рабочий цикл двигателя

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя

Процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня, называется тактом. Таких тактов четыре: впуск бензино-воздушной смеси, ее сжатие, расширение газов при сгорании (рабочий ход), выпуск продуктов сгорания. Совокупность тактов называется рабочим циклом.

Если рабочий цикл совершается за четыре хода поршня, т. е. за два оборота коленчатого вала, то двигатель называют четырехтактным.

Рис. 5. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя: а — впуск; б — сжатие; в — рабочий ход; г — выпуск

Табл. 2. Краткие технические характеристики двигателей автомобилей ГАЗ-24 и их модификаций и УАЗ ( УМЗ — Ульяновский моторный завод)

Первый такт — впуск: поршень перемещается от ВМТ к НМТ, впускной клапан 1 (рис. 5, а) открыт, выпускной клапан 3 закрыт. В цилиндре создается разрежение (0,7-0,9 кгс/см2), и горючая смесь, состоящая из паров бензина и воздуха, поступает в цилиндр. Горючая смесь смешивается с продуктами сгорания, оставшимися в цилиндре от предшествующего цикла, и образует рабочую смесь. Температура смеси в конце впуска 75-125° С.

Количество поступившей в цилиндр бензино-воздушной смеси определяет количество сжигаемого топлива, а следовательно, величину получаемой в цилиндре работы за цикл. Поэтому чем лучше наполнение цилиндра бензино-воздушной смесью, тем выше мощность двигателя.

Поступающая в цилиндр бензино-воздушная смесь подогревается от нагретых внутренних стенок цилиндра. Это, с одной стороны, улучшает испарение бензина, а с другой ухудшает наполнение цилиндров из-за понижения плотности смеси.

Второй такт — сжатие: поршень перемещается от НМТ к ВМТ (рис. 5, б), оба клапана закрыты. Давление в цилиндре и температура рабочей смеси повышаются. В конце такта давление достигает 9-15 кгс/см2, а температура 350-500° С.

Третий такт — расширение или рабочий ход. В конце такта, сжатия рабочая смесь воспламеняется в результате искрового разряда в свече 2 зажигания, происходит быстрое сгорание смеси (рис. 5, в). Максимальное давление при сгорании достигает 35- 50 кгс/см2, а температура 2200-2500° С. Давление газов передается на поршень 4, далее через поршневой палец 5 и шатун 6 на коленчатый вал 7, создавая крутящий момент, заставляющий вал вращаться. В конце такта открывается выпускной клапан 3, отработавшие газы начинают выходить в выпускной трубопровод, давление и температура в цилиндре снижаются.

Четвертый такт — выпуск (рис. 5, г): поршень перемещается от НМТ к ВМТ, выпускной клапан 3 открыт. Отработавшие газы из цилиндра поступают в выпускной трубопровод и далее через глушитель в атмосферу. Процесс выпуска протекает при давлении выше атмосферного. К концу такта давление в цилиндре снижается до 1,1-1,2 кгс/см2, а температура до 700-800° С.

Далее процессы, происходящие в цилиндре, повторяются в указанной выше последовательности. Рабочим является только один такт — расширение, впуск и сжатие являются подготовительными тактами, выпуск — заключительным.

При пуске двигателя его коленчатый вал вращается электродвигателем — стартером. Когда двигатель начнет работать, такты впуска, сжатия и выпуска происходят за счет энергии, накопленной маховиком двигателя при рабочем ходе.

На легковых автомобилях ГАЗ-24 «Волга», а также автомобилях УАЗ устанавливают четырехцилиндровые четырехтактные карбюраторные двигатели с вертикальным расположением цилиндров. Диаметр цилиндра и ход поршня равны 92 мм, литраж 2,445 л. Двигатели отличаются степенью сжатия и величиной наибольшей эффективной мощности, а также некоторыми конструктивными решениями (табл. 2).

Что такое рабочий цикл четырехтактного двигателя

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

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

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

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

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

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

Читать еще:  Ямаха викинг 540 датчик температуры двигателя установка

Рабочий цикл четырехтактного одноцилиндрового двигателя осуществляется следующим образом.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Устройство автомобилей

Рабочие циклы двигателей

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя

Работа двигателя внутреннего сгорания может быть представлена в виде систематически повторяющихся процессов, которые принято называть рабочими циклами. Рабочим циклом двигателя называется ряд последовательных, периодических повторяющихся процессов в цилиндрах, в результате которых тепловая энергия топлива преобразуется в механическую работу. При этом каждый полный рабочий цикл может быть разделен на одинаковые (повторяющиеся) части – такты.

Часть рабочего цикла, совершаемого за время движения поршня от одной мертвой точки до другой, т. е. за один ход поршня, называется тактом . Двигатели, рабочий цикл которых совершается за четыре хода поршня (два оборота коленчатого вала), называются четырехтактными.
В головке блока цилиндров, над камерой сгорания (рис. 1) карбюраторного двигателя устанавливаются впускной 4 и выпускной 6 клапаны, управляемые газораспределительным механизмом, а также свеча зажигания 5.

Рабочий цикл карбюраторного четырехтактного двигателя состоит из последовательных тактов впуска, сжатия, расширения и выпуска.

Такт впуска

В результате вращения коленчатого вала при пуске двигателя (вручную или с помощью специального устройства — например, заводной рукоятки или электродвигателя — стартера) поршень совершает движение от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ). При этом впускной клапан 4 открыт, а выпускной клапан 6 закрыт.
Так как объем цилиндра при движении поршня вниз (к НМТ) быстро увеличивается, давление над поршнем уменьшается до 0,07. 0,09 МПа, т. е. внутри цилиндра создается вакуум – избыточное разрежение.
Впускной клапан 3 сообщается со специальным устройством – карбюратором, который приготавливает горючую смесь из топлива и воздуха. Вследствие разности давлений в карбюраторе и цилиндре горючая смесь всасывается через открытый впускной клапан в цилиндр двигателя.

Если двигатель уже работает, то горючая смесь, попадая в цилиндр из карбюратора, смешивается с остаточными продуктами сгорания от предыдущего цикла, и образует рабочую смесь. Смешиваясь с остаточными продуктами сгорания и соприкасаясь с нагретыми деталями цилиндра, рабочая смесь нагревается до температуры 75. 125 ˚С.

Такт сжатия

При подходе поршня к НМТ впускной клапан закрывается. Далее поршень начинает перемещаться вверх (к ВМТ), сжимая смесь воздуха, топлива и остаточных продуктов сгорания, которые не были удалены из цилиндра при выпуске. При движении поршня от НМТ к ВМТ вследствие сокращения объема цилиндра при закрытых клапанах повышаются давление, при этом возрастает температура рабочей смеси (в соответствии с законом Гей-Люссака).
В конце такта сжатия давление внутри цилиндра повышается до 0,9…1,5 МПа, а температура смеси достигает 270-480 ˚С.
В этот момент к электродам свечи зажигания 5 подводится высокое напряжение, которые вызывает между ними искровой разряд, результате чего рабочая смесь воспламеняется и сгорает.
В процессе сгорания топлива выделяется большое количество теплоты, из-за чего температура газов (продуктов сгорания) повышается до 2200-2500 ˚С, и давление внутри цилиндра достигает 3,0…4,5 МПа. Газы начинают расширяться, перемещая поршень вниз, к НМТ.

Читать еще:  417 двигатель система смазки двигателя схема
Такт расширения (рабочий ход)

Под давлением расширяющихся газов поршень движется от ВМТ к НМТ (при этом оба клапана закрыты). В этот промежуток времени (такт) происходит преобразование тепловой энергии в полезную работу, поэтому ход поршня в такте расширения называют рабочим ходом.
При движении поршня к НМТ объем цилиндра увеличивается, вследствие чего давление уменьшается до 0,3…0,4 МПа, а температура газов снижается до 900…1200 ˚С.

Такт выпуска

При подходе поршня к НМТ открывается выпускной клапан 6, в результате чего продукты сгорания рабочей смеси вырываются наружу из цилиндра.
При дальнейшем вращении коленчатого вала поршень начинает перемещаться от НМТ к ВМТ. Выталкивая отработавшие газы через открытый выпускной клапан, выпускной канал 7 и выпускную трубу в окружающую среду. К концу такта выпуска давление в цилиндре составляет 0,11…0,12 МПа, а температура – 600…900 ˚С.

При подходе поршня к ВМТ выпускной клапан закрывается, впускной открывается и начинается такт впуска, дающий начало новому рабочему циклу.

Рабочий цикл четырехтактного дизеля

Рабочий цикл дизельного двигателя принципиально отличается от цикла карбюраторного двигателя тем, что рабочая смесь (смесь топлива, воздуха и остаточных продуктов сгорания) приготовляется внутри цилиндра, поскольку воздух подается в цилиндр отдельно, а топливо отдельно – через форсунку. В дизельном двигателе нет специального устройства для поджигания рабочей смеси – она самовозгорается в результате высокой степени сжатия.
Т. е. в дизеле, в отличие от карбюраторного двигателя, через впускной клапан подается не горючая смесь, а атмосферный воздух, а топливо впрыскивается через форсунку в конце такта сжатия. В цилиндре, как и в случае с карбюраторным двигателем, остаются продукты сгорания рабочей смеси, которые не удалось удалить продувкой.
Смесеобразование (перемешивание воздуха, топлива и остаточных продуктов сгорания) в дизеле протекает внутри цилиндра, что и обуславливает основные отличия череды тактов, составляющих рабочий цикл.

Высокая степень сжатия приводит к тому, что поступивший в цилиндр через впускной клапан воздух, смешивается с остаточными газами и раскаляется (в буквальном смысле этого слова) до высоких температур. И в это время в цилиндр впрыскивается топливо, которое вспыхивает и начинает гореть.

Рабочие процессы в дизельном двигателе протекают в следующей последовательности (рис. 2) :

Такт впуска

В период такта впуска поршень 2 движется от НМТ к ВМТ. При этом впускной клапан 5 открыт, выпускной клапан 6 закрыт. В цилиндре 7 из-за разности давлений в окружающей среде и в цилиндре в конце такта впуска возникает разрежение 0,08. 0,09 МПа, при этом температура внутри цилиндра не превышает 40…70 ˚С.

Такт сжатия

В процессе такта сжатия оба клапана закрыты. Поршень 2 движется от НМТ к ВМТ, сжимая смесь воздуха и отработавших газов. Давление в конце такта сжатия достигает 3…6 МПа, а температура – 450…650 ˚С (превышает температуру самовоспламенения топлива).

При подходе поршня к ВМТ, в цилиндр через форсунку 3 впрыскивается распыленное жидкое топливо. Топливо подается к форсунке (через трубку высокого давления) топливным насосом 1 высокого давления (ТНВД). Форсунка обеспечивает тонкое распыление топлива в сжатом воздухе. Распыленное топливо самовоспламеняется и сгорает. В результате сгорания температура в цилиндре достигает 1600…1900 ˚С, давление – 6…9 МПа.

Такт расширения (рабочий ход)
Такт выпуска

При подходе к нижней мертвой точке (НМТ) выпускной клапан 6 открывается и большая часть отработавших газов под воздействием высокого давления вырывается из цилиндра в атмосферу. Поршень начинает перемещение от НМТ к ВМТ и через открытый выпускной клапан выталкивает оставшиеся в цилиндре отработавшие газы в окружающую среду. К концу такта давление газов в цилиндре составляет 0,11…0,12 МПа, а температура – 600. 700 ˚С.
Далее рабочий цикл повторяется.

Таким образом, в четырехтактном двигателе только один такт – рабочий ход является полезным с точки зрения совершения полезной работы, остальные три вспомогательные, они осуществляются за счет кинетической энергии маховика, закрепленного на конце коленчатого вала.

Рабочий цикл двухтактного двигателя

В двухтактных ДВС рабочий цикл осуществляется за один оборот коленчатого вала.
Схема двухтактного дизеля представлена на рис. 3 .
Воздух насосом 3 нагнетается через впускное (продувочное) окно 4 в цилиндр. В нижней части цилиндра напротив впускного окна имеется выпускное окно 7. В головке 5 блока цилиндра установлены форсунки 6.

Первый такт (рис. 3, а) совершается при движении поршня от НМТ к ВМТ за счет кинетической энергии маховика двигателя. Оба окна открыты. Нагнетаемый через впускное окно 4 воздух вытесняет из цилиндра оставшиеся в нем отработавшие газы, которые выходят через выпускное окно 7. Таким образом происходит очистка цилиндра от отработавших газов (продувка) и заполнение его свежим зарядом.

Движущийся вверх поршень 8 сначала закрывает впускное окно, а затем выпускное окно. С этого момента начинается процесс сжатия, в конце которого через форсунку 6 впрыскивается топливо.
Таким образом, за первую половину оборота коленчатого вала совершаются процессы наполнения и сжатия, и начинается сгорание топлива.

Второй такт (рис. 3. б) происходит при движении поршня ВМТ к НМТ. В результате выделения теплоты при сгорании топлива повышается температура и давление внутри цилиндра. Поршень перемещается вниз, совершая полезную работу.
Как только поршень открывает выпускное окно, отработавшие газы под давлением начинают выходить в окружающую среду. К моменту открытия впускного окна давление внутри цилиндра снижается на столько, что возможна очистка цилиндра путем вытеснения отработавших газов свежим зарядом воздуха, подаваемым в цилиндр насосом 3.
Этот процесс называется продувкой цилиндра. При этом одновременно с вытеснением отработавших газов происходит наполнение цилиндра свежим зарядом. Далее все процессы повторяются в той же последовательности.

Читать еще:  Датчик температуры двигателя в тойота люсида

Рабочий цикл двухтактного карбюраторного двигателя аналогичен рабочему циклу двухтактного дизеля. Отличие состоит в том, что в цилиндр поступает не чистый воздух, а горючая смесь, и в конце процесса сжатия в цилиндре посредством свечи зажигания подается искра, в результате чего происходит воспламенение горючей смеси.

Одним из преимуществ двухтактного двигателя по сравнению с четырехтактным является то, что каждый рабочий ход здесь протекает в период одного оборота коленчатого вала, а не двух. Очевидно, что снижение количества тактов должно привести к повышению КПД из-за уменьшения паразитических процессов . А поскольку в четырехтактном двигателе за два оборота коленчатого вала протекают четыре такта, из которых полезным является лишь такт рабочего хода (т. е. остальные три такта являются паразитическими), то естественно предположить, что КПД четырехтактного двигателя должен быть ниже, чем КПД четырехтактного двигателя.

Существенными недостатками двухтактных двигателей является их низкая топливная экономичность и меньший срок службы по сравнению с четырёхтактными двигателями. Объясняется этот недостаток тем, что при продувке цилиндра (или цилиндров) свежая горючая смесь частично удаляется вместе с отработавшими газами, поскольку, в отличие от четырехтактного двигателя, выпуск и впуск газов протекает одновременно.
Этими недостатками, а также большей токсичностью отработавших газов объясняется ограниченное применение двухтактных двигателей на автомобилях.

Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя

Как осуществляется рабочий цикл в одноцилиндровом четырехтактном дизельном двигателе?

При вращении коленчатого вала (рис.4, а) поршень движется от ВМТ к НМТ, объем в цилиндре увеличивается, давление уменьшается до 0,075-0,090 МПа. В это время с помощью газораспределительного механизма открывается впускной клапан (выпускной закрыт) и в цилиндр поступает чистый воздух. Осуществляется такт впуска. На индикаторной диаграмме (рис.4, д) линия ra. Коленчатый вал повернется на 180°. Воздух соприкасается с нагретыми стенками цилиндра и нагревается до 70-110°С.

Рис.4. Рабочий цикл и индикаторная диаграмма четырехтактного дизельного двигателя:
а – впуск; б – сжатие; в – расширение; г – выпуск; д – индикаторная диаграмма.

При дальнейшем вращении коленчатого вала поршень достигнет НМТ и поменяет направление движения, Впускной клапан закрывается, выпускной останется закрытым. Поршень движется от НМТ к ВМТ и сжимает чистый воздух (рис.4, б), объем его в цилиндре уменьшается, а давление и температура повышаются. К концу сжатия давление увеличивается до 3,5-4,0 МПа, температура – до 600-700°С. На индикаторной диаграмме линия az. В точке с через форсунку в цилиндр под высоким давлением впрыскивается дизельное топливо в мелко распыленном виде. Соприкоснувшись с нагретым воздухом, оно быстро испаряется, образуется горючая смесь, которая самовоспламеняется. В точках zz’ давление увеличивается до 6,0-8,0 МПа, а температура – до 1700—2000°С. Поршень меняет направление движения и движется от ВМТ к НМТ под давлением расширяющихся газов (рис.4, в). Происходит такт рабочего хода, при котором тепловая энергия преобразуется в механическую, а возвратно-поступательное движение поршня – во вращательное движение коленчатого вала и в виде крутящего момента передается через трансмиссию на колеса автомобиля. Коленчатый вал повернется на 180°. На индикаторной диаграмме линия z’b.

С опусканием поршня в цилиндре объем над поршнем увеличивается, а давление газов к концу расширения уменьшается до 0,35-0,45 МПа. В этот момент открывается выпускной клапан и отработавшие газы устремляются в атмосферу. Поршень, дойдя до НМТ, начинает двигаться к ВМТ, вытесняя отработавшие газы из цилиндра. Происходит такт выпуска (рис.4, г). Давление газов в цилиндре уменьшается к концу выпуска до 0,120-0,105 МПа, а температура – до 650-600°С. Коленчатый вал повернется на 180°. На индикаторной диаграмме линия br.

Таким образом, в дизельном двигателе полезной работе соответствует площадь (рис.4, д), ограниченная линией Fzz’bF, отрицательной работе (потерям) – линия aFra.

Какие недостатки имеет одноцилиндровый четырехтактный двигатель?

Из работы одноцилиндрового четырехтактного карбюраторного или дизельного двигателя видно, что рабочий цикл в таком двигателе совершается за два оборота коленчатого вала, из которых только пол-оборота он поворачивается за счет энергии расширяющихся газов, остальные полтора оборота, необходимые для выполнения вспомогательных тактов (впуск, сжатие, выпуск), совершаются за счет кинетической энергии маховика, накапливаемой при такте расширения. Отсюда возникает неравномерность вращения коленчатого вала, что требует увеличения массы маховика и в конечном итоге размеров и массы двигателя, снижая тем самым полезную грузоподъемность автомобиля. Поэтому на современных автомобилях одноцилиндровые четырехтактные двигатели не устанавливаются.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector