Рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания

Как видим, для производства одного рабочего хода необходимо произвести три подготовительных — выпуск, впуск и сжатие. Каждый из этих процессов протекает за половину оборота коленчатого вала, а все четыре — рабочий ход, выпуск, впуск, сжатие — за два оборота. Подготовительные процессы в одноцилиндровом двигателе происходят за счет энергии маховика, накопленной им при рабочем ходе.

Рабочим циклом двигателя называется периодически повторяющийся ряд последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу (СЛАЙД № 26).

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 военной автомобильной технике не применяют, а используют лишь на мотоциклах и как пусковые двигатели на тракторных дизелях. Это связано, прежде всего, с тем, что они имеют сравнительно большой расход топлива и недостаточное наполнение горючей смесью из-за плохой очистки цилиндров от отработавших газов.

На военной автомобильной технике применяются двигатели, работающие по четырехтактному циклу, который совершается за два оборота коленчатого вала или четыре хода поршня и состоит из тактов впуска, сжатия, расширения и выпуска.

В четырехтактном дизеле рабочие процессы происходят следующим образом (рис. 16).

Такт впуска. При движении поршня от ВМТ к НМТ вследствие образующегося разрежения из воздухоочистителя в полость цилиндра через открытый впускной клапан поступает атмосферный воздух. Давление воздуха в цилиндре составляет 0,08-0,095 МПА, а температура 40-60 °С.

Рис. 16. Рабочий цикл четырехтактного дизеля (СЛАЙД № 27)

Такт сжатия. Поршень движется от НМТ к ВМТ. Впускной и выпускной клапаны закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень сжимает имеющийся в цилиндре воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива. Из-за высокой степени сжатия температура воздуха достигает 550-700°С при давлении воздуха внутри цилиндра 4,0-5,0 МПа.

Такт расширения, или рабочий ход. При подходе поршня к ВМТ в цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо, подаваемое топливным насосом высокого давления. Впрыснутое топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, самовоспламеняется и начинается процесс сгорания, характеризующийся быстрым повышением температуры и давления. При этом максимальное давление газов достигает 6-9 МПа, а температура – 1800-2000 °С. Под действием давления газов поршень перемещается от ВМТ к НМТ. Происходит рабочий ход. Около НМТ давление снижается до 0,3-0,5 МПа, а температура – до 700-900 °С.

Такт выпуска. Поршень перемещается от НМТ к ВМТ и через открытый выпускной клапан 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.

Рабочие циклы четырехтактного дизеля и карбюраторного двигателя существенно отличаются по способу смесеобразования и воспламенения рабочей смеси. Основное отличие состоит в том, что в цилиндр карбюраторного двигателя при такте впуска поступает не воздух, а горючая смесь, приготовленная в карбюраторе, которая в конце такта сжатия воспламеняется от электрической искры системы зажигания. В карбюраторном четырехтактном одноцилиндровом двигателе (рис.17) рабочий цикл происходит следующим образом .

Такт впуска. Поршень находится в ВМТ и по мере вращения коленчатого вала (за один его полуоборот) перемещается от ВМТ к НМТ. При этом впускной клапан открыт, а выпускной клапан закрыт. При движении поршня вниз объем над ним увеличивается, поэтому в цилиндре образуется разрежение, равное 0,07-0,095 МПа, в результате чего свежий заряд горючей смеси, состоящий из паров бензина и воздуха, засасывается через впускной трубопровод в цилиндр. От соприкосновения свежего заряда с нагретыми деталями в конце такта впуска он имеет температуру 75-125 °С.

Рис. 17. Рабочий цикл четырехтактного одноцилиндрового

карбюраторного двигателя (СЛАЙД № 28).

Такт сжатия. После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем вращении коленчатого вала поршень перемещается от НМТ к ВМТ. Впускной клапан закрывается, а выпускной – остается закрытым. По мере сжатия горючей смеси температура и давление ее повышаются. В зависимости от конструкции двигателя давление в конце такта сжатия может составлять 0,8-1,5 МПа, а температура газов 300-450 °С.

Такт расширения, или рабочий ход. В конце такта сжатия горючая смесь воспламеняется от электрической искры, возникающей между электродами свечи, и быстро сгорает, в результате чего температура и давление образующихся газов резко возрастают, поршень при этом перемещается от ВМТ к НМТ. Максимальное давление газов на поршень при сгорании для карбюраторных двигателей находится в пределах 3,5-5 МПа, а температура газов 2100-2400 °С.

При такте расширения шарнирно связанный с поршнем шатун совершает сложное движение и через кривошип передает вращение коленчатому валу. При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при этом такте коленчатого вала называют рабочим ходом. В конце рабочего хода поршня давление в цилиндре снижается до 0,3-0,75 МПа, а температура – до 900-1200 °С.

Такт выпуска. Коленчатый вал через шатун перемещает поршень от НМТ к ВМТ. При этом выпускной клапан открыт и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосферу через выпускной трубопровод. В начале процесса выпуска продуктов сгорания давление в цилиндре значительно выше атмосферного, но к концу такта оно падает до 0,105-0,120 МПа, а температура газов в начале такта выпуска составляет 750-900 °С, понижаясь к его концу до 500-600 °С. Полностью очистить цилиндры двигателя от продуктов сгорания практически невозможно (слишком мало времени), поэтому при последующем впуске свежей горючей смеси она перемешивается с остаточными отработавшими газами и называется рабочей смесью.

Выводы по вопросу.

Учебный вопрос № 4.

Параметры двигателя (ход поршня, объем камеры сгорания, степень сжатия, рабочий и полный объем цилиндра, рабочий объем двигателя и другие)

С работой двигателя внутреннего сгорания связаны следующие параметры (рис. 18):

Рис. 18. Основные параметры двигателей внутреннего сгорания (СЛАЙД № 30).

— Верхняя мертвая точка (ВМТ) — крайнее верхнее положение поршня.

— Нижняя мертвая точка (НМТ) — крайнее нижнее положение поршня.

— Ход поршня S — расстояние между крайними положениями поршня, равное удвоенному радиусу кривошипа коленчатого вала. Каждому ходу поршня соответствует поворот коленчатого вала на угол 180 0 (пол-оборота).

— Такт — часть рабочего цикла, происходящая за один ход поршня.

— Объем камеры сгорания — объем пространства над поршнем при его положении в ВМТ.

— Рабочий объем цилиндра — объем пространства, освобождаемого поршнем при перемещении его от ВМТ к НМТ.

— Полный объем цилиндра — объем пространства над поршнем при нахождении его в НМТ. Очевидно, что полный объем цилиндраV_a равен сумме рабочего объема V_h цилиндра и объема V_c камеры сгорания, т.е.

Рабочий объём двигателя или литраж двигателя для многоцилиндровых двигателей — это произведение рабочего объема V_h на число i цилиндров.

Степень сжатия Е — отношение полного объема V_a цилиндра к объема V_c камеры сгорания (СЛАЙД № 31).

Степень сжатия показывает, во сколько раз уменьшается полный объем цилиндра двигателя при перемещении поршня из НМТ в ВМТ. Степень сжатия — величина безразмерная.

Чем выше степень сжатия, тем лучше экономичность и больше мощность двигателя. Это объясняется снижением тепловых потерь за счет уменьшения поверхности камеры сгорания и увеличения среднего давления в цилиндре. Требуемые значения степени сжатия для карбюраторных двигателей ограничиваются свойствами применяемого топлива (бензина) и в основном его антидетонационной стойкостью. Чрезмерно высокая степень сжатия приводит к детонационному воспламенению смеси, сгорание ее происходит с очень большими скоростями и резкими местными повышениями давления в цилиндре. В результате этого нарушается нормальная работа двигателя, снижается его мощность и экономичность и возрастает износ деталей. Для обеспечения нормальных условий работы карбюраторного двигателя, степень сжатия должна быть не выше 6…10. При этом для двигателей с более высокими степенями сжатия применяется топливо с хорошими антидетонационными свойствами, т.е. высоким октановым числом бензина. Степень сжатия в дизельных двигателях колеблется в пределах 15…20. Для примера — технические характеристики двигателя автомобиля КАМАЗ 4310 (табл. 1, 2).

Таблица 1. Основные технические характеристики двигателя (СЛАЙД № 32).

Выводы по вопросу.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, на данном занятии было рассмотрено назначение, устройство и принцип работы бензинового и дизельного двигателей.

Материал занятия актуален при изучении механизмов и систем двигателя автомобиля.

Ответить на возможные вопросы обучаемых.

Дать задание на самостоятельную подготовку (СЛАЙД № 33). .

Преподаватель автошколы

Дата добавления: 2016-12-17 ; просмотров: 436 | Нарушение авторских прав

Что такое рабочие циклы двигателя внутреннего сгорания — расскажем в этой сатье.

Что такое рабочие циклы? Это строгое последовательное выполнение тактов, они повторяются всеми цилиндрами двигателя с четкой периодичностью и являются составляющей частью цикла. Двигатели всех автомобилей сейчас четырехтактные. Значит один цикл, будет состоять из 4 тактов, а каждый из тактов выполняется за 1 ход поршня. Это может быть как крайнее верхнее, так и крайнее нижнее положение («мертвые» точки). Не будет лишним дополнить, что цикл в таком моторе совершается за 2 оборота коленвала.

Музыка или такты в двигателе:

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

А затем весь процесс будет повторяться в такой же последовательности циклично, до того момента пока вы не выключите зажигание (нажмете кнопку EngineStart/Stop).

В заключении можно сказать, что в тактах двигателя нет ничего сложного. Достаточно попробовать визуализировать прочитанное и все вопросы, непонимания уйдут на второй план. Помните, что только в такте рабочего хода совершается полезная работа. Остальные являются сопутствующими или подготовительными. Так как запускаются за счет инерции маховика.

Рабочие циклы четырехтактного двигателя (видео):

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

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

Рабочий цикл двигателя Параметры КШМ

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

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

Порядок работы цилиндров

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

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

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

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

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

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