Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя

Двигатели внутреннего сгорания отличаются друг от друга рабочим циклом,по которому они работают.

Рабочий цикл –это комплекс последовательных рабочих процессов, периодически повторяющихся в каждом цилиндре при работе двигателя.

Рабочий процесс,происходящий в цилиндре за один ход поршня, называется тактом.

По числу тактов,составляющих рабочий цикл, двигатели делятся на два вида:

– четырехтактные,в которых рабочий цикл совершается за четыре хода поршня,

– двухтактные,в которых рабочий цикл совершается за два хода поршня.

На легковых автомобилях, как правило, применяются четырехтактныедвигатели, а на мотоциклах и моторных лодках – двухтактные.О путешествиях по водным просторам поговорим как-нибудь потом, а с четырьмя тактами работы автомобильного двигателя разберемся сейчас.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя состоит из следующих тактов:

– впуск горючей смеси,

– сжатие рабочей смеси,

– рабочий ход,

– выпуск отработавших газов.

Рис. 8. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя:а) впуск; б) сжатие; в) рабочий ход; г) выпуск

Первый такт – впуск горючей смеси(рис. 8а

).

Горючей смесьюназывается смесь мелко распыленного бензина с воздухом в определенной пропорции. Приготовлением смеси в двигателе занимается карбюратор или форсунка, о чем мы поговорим чуть позже. А пока следует знать, что соотношение бензина к воздуху примерно 1:15считается оптимальным для обеспечения нормального процесса сгорания.

При такте впуска поршень от верхней мертвой точки перемещается к нижней мертвой точке. Объем над поршнем увеличивается. Цилиндр заполняется горючей смесью через открытый впускной клапан. Иными словами, поршень всасывает горючую смесь.

Впуск смеси продолжается до тех пор, пока поршень не дойдет до нижней мертвой точки. За первый такт работы двигателя кривошип коленчатого вала поворачивается на пол-оборота.

В процессе заполнения цилиндра горючаясмесь перемешивается с остатками отработавших газов и меняет свое название, теперь эта смесь называется рабочая.

Второй такт – сжатие рабочей смеси(рис. 8б

)
.
При такте сжатия поршень от нижней мертвой точки перемещается к верхней мертвой точке. Оба клапана плотно закрыты, поэтому рабочая смесь сжимается.

Из школьной физики всем известно, что при сжатии газов их температура повышается. Давление в цилиндре над поршнем в конце такта сжатия достигает 9–10 кг/см², а температура 300–400°С.

В заводской инструкции к автомобилю можно увидеть один из параметров двигателя с названием – «степень сжатия» (например 8,5). А что это такое?

Степень сжатияпоказывает, во сколько раз полный объем цилиндра больше объема камеры сгорания (Vn/Vc –см. рис. 7). У бензиновых двигателей в конце такта сжатия объем над поршнем уменьшается в 8–11 раз.

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

Третий такт – рабочий ход(рис. 8в

)
.
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.

Вот откуда берется та сила, которая 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. Поскольку впускной и выпускной клапаны все еще закрыты, то расширяющимся газам остается только один единственный выход – давить на подвижный поршень.

Под действием давления, достигающего величины 50 кг/см², поршень начинает перемещаться к нижней мертвой точке. При этом на всю площадь поршня давит сила в несколько тонн, которая через шатун передается на кривошип коленчатого вала, создавая крутящий момент.

При такте рабочего хода температура в цилиндре достигает более 2000 градусов.

Коленчатый вал при рабочем ходе делает очередные пол-оборота.

Четвертый такт – выпуск отработавших газов(рис. 8г

).

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.

Вот почему слышен тот сильный грохот, когда по дороге движется автомобиль без глушителя, но об этом позже. А пока обратим внимание на коленчатый вал двигателя – при такте выпуска он 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.

Теперь, интересно, кто из вас обратил внимание на то, что полезная механическая работа совершается одноцилиндровым двигателем только в течение одного такта – такта рабочего хода!Остальные три такта (выпуск, впуск и сжатие) являются лишь подготовительными и совершаются они за счет кинетической энергии вращающихся по инерции коленчатого вала и маховика.

Маховик(рис. 9)–это массивный металлический диск, который крепится на коленчатом валу двигателя. Во время рабочего хода поршень через шатун и кривошип раскручивает коленчатый вал двигателя, который передает маховику запас энергии вращения.

Рис. 9. Коленчатый вал двигателя с маховиком:1 –шатунная шейка; 2 – противовес; 3 – маховик с зубчатым венцом; 4 – коренная (опорная) шейка; 5 – коленчатый вал двигателя

Запасенная в массе маховика энергия вращения позволяет ему в обратном порядке через коленчатый вал, шатун и поршень осуществлять подготовительные такты рабочего цикла двигателя. Поршень движется вверх (при такте выпуска и сжатия) и вниз (при такте впуска) именно за счет отдаваемой маховиком энергии.

Если двигатель имеет несколько цилиндров, работающих в определенном порядке, то подготовительные такты в одних цилиндрах совершаются за счет энергии, развиваемой в других, ну и маховик, конечно, тоже помогает.

В детстве у вас наверняка была игрушка, которая называлась волчок. Вы раскручивали его энергией своей руки

(
рабочий ход
)
и радостно наблюдали за тем, как долго он вращается. Точно так же и массивный маховик двигателя – раскрутившись, он запасает энергию, но только значительно большую, чем детская игрушка, а затем эта энергия используется для перемещения поршня в подготовительных тактах.

Рабочий цикл четырехтактного дизеля

В отличие от карбюраторного двигателя в цилиндр дизеля воздух и топливо вводятся раздельно.

Такт впуска

Поршень движется от в.м.т. к н.м.т. (рисунок а), впускной клапан открыт, в цилиндр поступает воздух.

Такт сжатия

Оба клапана закрыты. Поршень движется от н.м.т. к в.м.т. (рисунок б) и сжимает воздух. Вследствие большой степени сжатия (порядка 14…18) температура воздуха становится выше температуры самовоспламенения топлива.

Рисунок. Рабочий цикл одноцилиндрового четырехтактного дизеля: а — такт впуска; б — такт сжатия; в — такт расширения; г — такт выпуска

В конце такта сжатия при положении поршня, близком к в.м.т., в цилиндр через форсунку начинает впрыскиваться жидкое топливо. Устройство форсунки обеспечивает тонкое распыливание топлива в сжатом воздухе.

Топливо, впрыснутое в цилиндр, смешивается с нагретым воздухом и оставшимися газами, образуется рабочая смесь. Большая часть топлива воспламеняется и сгорает, давление и температура газов повышаются.

Такт расширения

Оба клапана закрыты. Поршень движется от в.м.т. к н.м.т. (рисунок в). В начале такта расширения сгорает остальная часть топлива.

Преимущества четырёхтактных двигателей:

В отличие от двухтактного двигателя, в котором смазка коленвала, подшипников коленвала, компрессионных колец, поршня, пальца поршня и цилиндра осуществляется благодаря добавлению масла в топливо; коленвал четырехтактного двигателя находится в масляной ванне. Благодаря этому нет необходимости смешивать бензин с маслом или доливать масло в специальный бачок. Достаточно залить чистый бензин в топливный бак и можно ехать, при этом отпадает необходимость покупки специального масла для 2-тактных двигателей.

Так же на зеркале поршня и стенках глушителя и выхлопной трубы образуется значительно меньше нагара. К тому же, в 2-тактном двигателе происходит выброс топливной смеси в выхлопную трубу, что объясняется его конструкцией.

Впуск

Итак, в камере сгорания силового агрегата циклы преобразований энергии начинаются с реакции горения топливной смеси. При этом поршень находится в самой верхней своей точке (положение ВМТ), а затем движется вниз. В результате в камере сгорания двигателя возникает разрежение. Под его воздействием горючая жидкость всасывает топливо. Впускной клапан при этом находится в открытом положении, а выпускной закрыт.

Когда поршень начинает движение вниз, то над ним увеличивается объем. Это и вызывает разрежение. Оно составляет примерно 0,071-0,093 МПа. Таким образом, в камеру сгорания попадает бензин. В инжекторных двигателях топливо впрыскивается форсункой. После поступления смеси в цилиндр ее температура может составлять 75 до 125 градусов.

Смотреть галерею

То, как сильно цилиндр будет заполнен топливной смесью, определяют по коэффициентам заполнения. Для двигателей с карбюраторной системой питания данный показатель составит от 0,64 до 0,74. Чем выше значение коэффициента, тем более мощный мотор.

Такт расширения газов в дизельном двигателе

Когда поршень дизельного двигателя еще не дошел до верхней точки примерно на 30 градусов по коленвалу, ТНВД через форсунку подает в цилиндр топливо под высоким давлением. Значение в 18 МПа необходимо, чтобы горючее могло тонко распыляться и распределиться по всему объему в цилиндре.

Смотреть галерею

Далее топливо под действием высоких температур воспламеняется и быстро сгорает. Поршень движется к нижней точке. Температура внутри цилиндра в этот момент составляет около 2000 градусов. К концу такта температура снижается.

От чего зависит мощность четырехтактного ДВС

Тут вроде бы всё ясно — мощность поршневого двигателя в основном определяется:

1. объёмом цилиндров;
2. степенью сжатия рабочей смеси;
3. частотой вращения.

Поднять мощность четырехтактного двигателя также можно повысив пропускную способность тактов всасывания и выхлопа, увеличив диаметр клапанов (особенно впускных).

Так же максимальная мощность получается при максимальном заполнении цилиндров, для этого используют турбины принудительной подкачки воздуха в цилиндр. В следствии чего повышается давление в цилиндре и соответственно КПД двигателя значительно возрастает.

Рекомендуем: Таблица вязкости моторного масла

Двухтактный двигатель – особенности работы

Если рассматривать двухтактный двигатель, следует отметить, что газовый топливный обмен совершается при нахождении поршня возле нижней предельной точки (мертвой), несколько не доходя до нее. Отработанные газы начинают удаляться из цилиндра при изменении их объема за небольшой промежуток времени. Очистка цилиндра в классическом двухтактном двигателе производится с помощью продувки воздуха, поступающего через компрессор.

Во время продувки воздух частично удаляется, а выпуск отработанных газов производится с помощью выпускных окон до того, как они будут закрыты поршнем. После этого наступает начало процесса сжатия, протекающего, как и в обычном четырехтактном двигателе. При движении поршня снизу вверх происходит перекрытие продувочных окон, после чего воздух из компрессора в цилиндр уже не подается.

Порядок работы

Описанные этапы составляют рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя. Нужно понимать, что каких-либо строгих соответствий между тактами и процессами в поршневых двигателях нет. Это легко объяснить тем, что при эксплуатации силового агрегата фазы газораспределительного механизма и то, в каком состоянии находятся клапаны, будет накладываться на движения поршней в различных моторах совершенно по-разному.

В любом цилиндре рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя протекает именно таким образом. Каждая камера сгорания в двигателе нужна для вращения единственного коленчатого вала, воспринимающего усилие от поршней.

Это чередование называют порядком работы. Такой порядок задается на этапе конструирования силового агрегата через особенности распределительного и коленчатого валов. Он не изменяется в процессе эксплуатации механизма.

Реализация порядка работы осуществляется чередованием искр, которые поступают на свечи от системы зажигания. Так, четырехцилиндровый мотор может работать в следующих порядках – 1, 3, 4, 2 и 1, 2, 4, 3.

Смотреть галерею

Узнать порядок, в котором работают цилиндры двигателя, можно из инструкции к автомобилю. Иногда порядок работы указан на корпусе блока.

Вот как протекает рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя или любого другого. Система питания никак не влияет на принцип действия агрегата. Разница лишь в том, что карбюратор – это механическая система питания, имеющая определенные недостатки, а в случае с инжекторами этих недостатков в системе нет.

Недостатки четырёхтактных двигателей:

Все холостые ходы (впуск, сжатие, выпуск) совершаются за счёт кинетической энергии, запасённой кривошипно шатунным механизмом и связанными с ним деталями во время рабочего хода, в процессе которого химическая энергия топлива превращается в механическую энергию движущихся частей двигателя. Поскольку сгорание происходит в доли секунд, то оно сопровождается быстрым увеличением нагрузки на крышку (головку) цилиндра, поршень и другие детали двигателя внутреннего сгорания. Наличие такой нагрузки неизбежно приводит к необходимости увеличить массу движущихся деталей (для повышения прочности), что в свою очередь сопровождается ростом инерционных нагрузок на движущиеся детали.

Уступают по мощности двухтактным.

Рабочий ход

Это третий такт рабочего цикла четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. Он самый важный в работе силового агрегата. Именно на данном этапе работы двигателя энергия от сгорания топлива преобразуется в механическую, заставляющую вращаться коленчатый вал.

Смотреть галерею

Когда поршень находится в позиции, близкой к ВМТ, еще в процессе сжатия топливная смесь принудительным образом воспламеняется от свечи зажигания двигателя. Топливный заряд сгорает очень быстро. Еще до начала этого такта сгоревшие газы имеют максимальное значение давления. Эти газы являются рабочим телом, сжатым в небольшом объеме камеры сгорания двигателя. Когда поршень начнет двигаться вниз, газы начинают интенсивно расширяться, высвобождая энергию.

Среди всех тактов рабочего цикла четырехцилиндрового двигателя именно этот самый полезный. Он функционирует на нагрузку агрегата. Только на этом этапе коленвал получает разгонное ускорение. Во всех прочих мотор не вырабатывает энергию, а потребляет ее от того же коленчатого вала.

Как осуществляется рабочий цикл в четырехтактном карбюраторном двигателе

Содержание

1. Рабочие циклы четырехтактных двигателей
2. Рабочий цикл карбюраторного четырехтактного двигателя
3. Такт впуска
4. Такт сжатия
5. Такт расширения
6. Такт выпуска
7. Рабочий цикл четырехтактного дизеля
8. Такт впуска
9. Такт сжатия
10. Такт расширения
11. Такт выпуска
12. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя
13. Устройство автомобилей
14. Рабочие циклы двигателей
15. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя
16. Такт впуска
17. Такт сжатия
18. Такт расширения (рабочий ход)
19. Такт выпуска
20. Рабочий цикл четырехтактного дизеля
21. Такт впуска
22. Такт сжатия
23. Такт расширения (рабочий ход)
24. Такт выпуска
25. Рабочий цикл двухтактного двигателя
26. Видео

Рабочие циклы четырехтактных двигателей

Рабочий цикл карбюраторного четырехтактного двигателя

Рассмотрим подробно каждый такт цикла.

Такт впуска

Поршень 4 движется от в.м.т. к н.м.т. Над ним в полости цилиндра 1 создается разрежение. Впускной клапан 6 при этом открыт, цилиндр через впускную трубу 7 и карбюратор 8 сообщается с атмосферой. Под влиянием разности давлений воздух устремляется в цилиндр. Проходя через карбюратор, воздух распыливает топливо и, смешиваясь с ним, образует горючую смесь, которая поступает в цилиндр. Заполнение цилиндра 1 горючей смесью продолжается до прихода поршня в н.м.т. К этому времени впускной клапан закрывается.

Такт сжатия

При дальнейшем повороте коленчатого вала 10 поршень движется от н.м.т. к в.м.т. В это время впускной 6 и выпускной 3 клапаны закрыты, поэтому поршень сжимает находящуюся в цилиндре рабочую смесь. В такте сжатия составные части рабочей смеси хорошо перемешиваются и нагреваются. В конце такта сжатия между электродами свечи 5 возникает электрическая искра, от которой рабочая смесь воспламеняется. В процессе сгорания топлива выделяется большое количество теплоты, давление и температура газов повышаются.

Такт расширения

Оба клапана закрыты. Под давлением расширяющихся газов поршень движется от в.м.т. к н.м.т. (рисунок в) и при помощи шатуна 9 вращает коленчатый вал 10, совершая полезную работу.

Такт выпуска

Когда поршень подходит к н.м.т., открывается выпускной клапан 3 и отработавшие газы под действием избыточного давления начинают выходить из цилиндра в атмосферу через выпускную трубу 2. Далее поршень движется от н.м.т. к в.м.т. (рисунок г) и выталкивает из цилиндра отработавшие газы.

Далее рабочий цикл повторяется.

Рисунок. Рабочий цикл одноцилиндрового четырехтактного карбюраторного двигателя:
а — такт впуска; б — такт сжатия; в — такт расширения; г — такт выпуска; 1 — цилиндр, 2 — выпускная труба; 3 — выпускной клапан; 4 — поршень; 5 — искровая зажигательная свеча; 6 — впускной клапан; 7 — впускная труба; 8 — карбюратор; 9 — шатун; 10 — коленчатый вал.

Рабочий цикл четырехтактного дизеля

В отличие от карбюраторного двигателя в цилиндр дизеля воздух и топливо вводятся раздельно.

Такт впуска

Поршень движется от в.м.т. к н.м.т. (рисунок а), впускной клапан открыт, в цилиндр поступает воздух.

Такт сжатия

Оба клапана закрыты. Поршень движется от н.м.т. к в.м.т. (рисунок б) и сжимает воздух. Вследствие большой степени сжатия (порядка 14…18) температура воздуха становится выше температуры самовоспламенения топлива.

Рисунок. Рабочий цикл одноцилиндрового четырехтактного дизеля: а — такт впуска; б — такт сжатия; в — такт расширения; г — такт выпуска

В конце такта сжатия при положении поршня, близком к в.м.т., в цилиндр через форсунку начинает впрыскиваться жидкое топливо. Устройство форсунки обеспечивает тонкое распыливание топлива в сжатом воздухе.

Топливо, впрыснутое в цилиндр, смешивается с нагретым воздухом и оставшимися газами, образуется рабочая смесь. Большая часть топлива воспламеняется и сгорает, давление и температура газов повышаются.

Такт расширения

Оба клапана закрыты. Поршень движется от в.м.т. к н.м.т. (рисунок в). В начале такта расширения сгорает остальная часть топлива.

Такт выпуска

Выпускной клапан открывается. Поршень движется от н.м.т. к в.м.т. (рисунок г) и через открытый клапан выталкивает отработавшие газы в атмосферу.

Далее рабочий цикл повторяется.

У описанных двигателей в течение рабочего цикла только в такте расширения поршень перемещается под давлением газов и посредством шатуна приводит коленчатый вал во вращательное движение. При выполнении остальных тактов — выпуске, впуске и сжатии — нужно перемещать поршень, вращая коленчатый вал. Эти такты являются подготовительными и осуществляются за счет кинетической энергии, накопленной маховиком в такте расширения. Маховик, обладающий значительной массой, крепят на конце коленчатого вала.

Дизель по сравнению с карбюраторным двигателем имеет следующие основные преимущества:

Недостатки дизеля:

Хорошие экономические показатели дизелей обусловили их широкое применение в качестве двигателей для тракторов, грузовых и легковых автомобилей.

Источник

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя

Двигатели внутреннего сгорания отличаются друг от друга рабочим циклом,по которому они работают.

Рабочий цикл –это комплекс последовательных рабочих процессов, периодически повторяющихся в каждом цилиндре при работе двигателя.

Рабочий процесс,происходящий в цилиндре за один ход поршня, называется тактом.

По числу тактов,составляющих рабочий цикл, двигатели делятся на два вида:

– четырехтактные,в которых рабочий цикл совершается за четыре хода поршня,

– двухтактные,в которых рабочий цикл совершается за два хода поршня.

На легковых автомобилях, как правило, применяются четырехтактныедвигатели, а на мотоциклах и моторных лодках – двухтактные.О путешествиях по водным просторам поговорим как-нибудь потом, а с четырьмя тактами работы автомобильного двигателя разберемся сейчас.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя состоит из следующих тактов:

– впуск горючей смеси,

– сжатие рабочей смеси,

– выпуск отработавших газов.

Рис. 8. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя:а) впуск; б) сжатие; в) рабочий ход; г) выпуск

Первый такт – впуск горючей смеси(рис. 8а).

Горючей смесьюназывается смесь мелко распыленного бензина с воздухом в определенной пропорции. Приготовлением смеси в двигателе занимается карбюратор или форсунка, о чем мы поговорим чуть позже. А пока следует знать, что соотношение бензина к воздуху примерно 1:15считается оптимальным для обеспечения нормального процесса сгорания.

При такте впуска поршень от верхней мертвой точки перемещается к нижней мертвой точке. Объем над поршнем увеличивается. Цилиндр заполняется горючей смесью через открытый впускной клапан. Иными словами, поршень всасывает горючую смесь.

Впуск смеси продолжается до тех пор, пока поршень не дойдет до нижней мертвой точки. За первый такт работы двигателя кривошип коленчатого вала поворачивается на пол-оборота.

В процессе заполнения цилиндра горючаясмесь перемешивается с остатками отработавших газов и меняет свое название, теперь эта смесь называется рабочая.

Второй такт – сжатие рабочей смеси(рис. 8б).

При такте сжатия поршень от нижней мертвой точки перемещается к верхней мертвой точке. Оба клапана плотно закрыты, поэтому рабочая смесь сжимается.

Из школьной физики всем известно, что при сжатии газов их температура повышается. Давление в цилиндре над поршнем в конце такта сжатия достигает 9–10 кг/см², а температура 300–400°С.

В заводской инструкции к автомобилю можно увидеть один из параметров двигателя с названием – «степень сжатия» (например 8,5). А что это такое?

Степень сжатияпоказывает, во сколько раз полный объем цилиндра больше объема камеры сгорания (Vn/Vc –см. рис. 7). У бензиновых двигателей в конце такта сжатия объем над поршнем уменьшается в 8–11 раз.

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

Третий такт – рабочий ход(рис. 8в).

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.

Вот откуда берется та сила, которая 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. Поскольку впускной и выпускной клапаны все еще закрыты, то расширяющимся газам остается только один единственный выход – давить на подвижный поршень.

Под действием давления, достигающего величины 50 кг/см², поршень начинает перемещаться к нижней мертвой точке. При этом на всю площадь поршня давит сила в несколько тонн, которая через шатун передается на кривошип коленчатого вала, создавая крутящий момент.

При такте рабочего хода температура в цилиндре достигает более 2000 градусов.

Коленчатый вал при рабочем ходе делает очередные пол-оборота.

Четвертый такт – выпуск отработавших газов(рис. 8г).

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.

Вот почему слышен тот сильный грохот, когда по дороге движется автомобиль без глушителя, но об этом позже. А пока обратим внимание на коленчатый вал двигателя – при такте выпуска он 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.

Теперь, интересно, кто из вас обратил внимание на то, что полезная механическая работа совершается одноцилиндровым двигателем только в течение одного такта – такта рабочего хода!Остальные три такта (выпуск, впуск и сжатие) являются лишь подготовительными и совершаются они за счет кинетической энергии вращающихся по инерции коленчатого вала и маховика.

Маховик(рис. 9)–это массивный металлический диск, который крепится на коленчатом валу двигателя. Во время рабочего хода поршень через шатун и кривошип раскручивает коленчатый вал двигателя, который передает маховику запас энергии вращения.

Рис. 9. Коленчатый вал двигателя с маховиком:1 –шатунная шейка; 2 – противовес; 3 – маховик с зубчатым венцом; 4 – коренная (опорная) шейка; 5 – коленчатый вал двигателя

Запасенная в массе маховика энергия вращения позволяет ему в обратном порядке через коленчатый вал, шатун и поршень осуществлять подготовительные такты рабочего цикла двигателя. Поршень движется вверх (при такте выпуска и сжатия) и вниз (при такте впуска) именно за счет отдаваемой маховиком энергии.

Если двигатель имеет несколько цилиндров, работающих в определенном порядке, то подготовительные такты в одних цилиндрах совершаются за счет энергии, развиваемой в других, ну и маховик, конечно, тоже помогает.

В детстве у вас наверняка была игрушка, которая называлась волчок. Вы раскручивали его энергией своей руки (рабочий ход) и радостно наблюдали за тем, как долго он вращается. Точно так же и массивный маховик двигателя – раскрутившись, он запасает энергию, но только значительно большую, чем детская игрушка, а затем эта энергия используется для перемещения поршня в подготовительных тактах.

Источник

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.

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

Такт впуска

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.

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

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.

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.

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.

Источник

Видео

Рабочий цикл четырехтактного двигателя

Принцип работы двигателя. 4-х тактный двигатель внутреннего сгорания (ДВС) в 3D

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя

Четырёхтактный двигатель. Принцип работы

Рабочие циклы четырёхтактного дизельного двигателя с наддувом

Как работает двигатель внутреннего сгорания автомобиля?

Принцип работы дизельного двигателя

Карбюратор. Принцип работы карбюратора / Carburetor. How a CV carburetor works | IzoFox Video

как работает двухтактный двигатель

Принцип работы газораспределительного механизма

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя

Давление 4 х тактного карбюраторного двигателя

Рабочим циклом двигателя внутреннего сгорания называют совокупность процессов, повторяющихся в цилиндре в такой последовательности: впуск свежего заряда, сжатие, расширение или рабочий ход, выпуск.

Цикл может быть осуществлен либо за четыре, либо за два такта. В первом случае цикл называется четырехтактным, во втором – двухтактным.

Рабочий цикл поршневого двигателя проходит по одной из двух схем, представленных на рис.1. На схеме, изображенной на рис.1,а, представлен рабочий цикл с внешним смесеобразованием (бензиновые и газовые двигатели), а на рис.1,б – рабочий цикл с внутренним смесеобразованием (дизели и бензиновые с непосредственным впрыском).

• Рисунок 1 – Схемы рабочего цикла двигателей
• а) с внешним смесеобразованием; б) с внутренним смесеобразованием
• Рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя
• При рассмотрении цикла условно принять, что начало рабочего цикла совпадает с ВМТ, а каждый такт начинается и заканчивается в одной из мертвых точек.

	Первый такт – впуск При вращении коленчатого вала (по направлению стрелки) поршень перемещается из ВМТ в НМТ, впускной клапан открывается, выпускной клапан закрыт. Через открытый клапан цилиндр соединяется с системой впуска. Вследствие гидравлического сопротивления впускного трубопровода, впускного клапана и увеличения объема при перемещении поршня давление в цилиндре становится меньше атмосферного и воздух поступает в цилиндр. Горючая смесь, состоящая из паров мелкораспыленного топлива и воздуха, поступает под действием разряжения из впускного трубопровода в цилиндр, где смешивается с небольшим количеством остаточных газов, оставшихся от предыдущего цикла, и образует рабочую смесь. При подходе поршня к НМТ давление в цилиндре на 0,01…0,02 МПа меньше атмосферного, а температура смеси вследствие подогрева от контакта с нагретыми деталями двигателя и перемешивания с отработавшими газами повышается до 350…390 К.
	Второй такт – сжатие Такт впуска заканчивается, когда поршень приходит в НМТ. При дальнейшем повороте коленчатого вала поршень перемещается из НМТ в ВМТ и сжимает рабочую смесь. В течение такта сжатия оба клапана остаются закрытыми. Объем смеси при сжатии уменьшается, а давление внутри цилиндра увеличивается и достигает (в зависимости от степени сжатия) 1,0…1,5 МПа, а температура 600…650 К. Для наилучшего использования теплоты, выделяющейся при сгорании, необходимо, чтобы сгорание топлива заканчивалось при положении поршня, возможно близком к ВМТ. Поэтому воспламенение топлива в бензиновых двигателях, осуществляемое электрической искрой, обычно производится до прихода поршня к ВМТ.
	Третий такт – расширение или рабочий ход Оба клапана закрыты. Сжатая рабочая смесь воспламеняется и быстро сгорает, образуя большое количество горячих газов, вследствие чего в цилиндре резко увеличиваются температура и давление. Под действием давления газов поршень перемещается к НМТ, газы расширяются и совершают полезную работу. В начале расширения давление составляет 3…4 МПа, температура 2300…2500 К, а при подходе поршня к НМТ, вследствие увеличения объема, давление снижается до 0,3…0,5 МПа, а температура составляет 1200…1500 К.
	Четвертый такт – выпуск Поршень перемещается от НМТ к ВМТ. Через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются из цилиндра в выпускной трубопровод и в атмосферу. При такте выпуска не достигается полная очистка цилиндра от отработавших газов, поэтому в конце выпуска давление в цилиндре составляет 0,105…0,120 МПа, а температура 700…900 К. После окончания такта выпуска рабочий цикл повторяется в рассмотренной выше последовательности.

Только при такте расширения совершается полезная работа, а остальные такты являются вспомогательными и поршень при этих тактах перемещается за счет энергии вращающегося коленчатого вала с маховиком и работы других цилиндров (в многоцилиндровых двигателя).

Рабочий цикл четырехтактного дизеля

Рабочий цикл четырехтактного дизеля, как и рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя, состоит из четырех повторяющихся тактов: впуска, сжатия, расширения газов или рабочего хода и выпуска. Однако рабочий цикл дизеля существенно отличается от рабочего цикла бензинового двигателя.

В цилиндр дизеля поступает чистый воздух, а не горючая смесь. Воздух сжимается с высокой степенью сжатия, вследствие чего значительно повышается его давление и температура.

В конце сжатия в нагретый воздух из форсунки впрыскивается мелкораспыленное топливо, воспламеняющееся не от электрической искры, а от соприкосновения с горячим воздухом.

	Первый такт – впуск При движении поршня от ВМТ к НМТ давление в цилиндре снижается вследствие гидравлического сопротивления воздухоочистителя, впускного трубопровода и через открытый впускной клапан в цилиндр поступает очищенный воздух. Воздух перемешивается с небольшим количеством оставшихся от предыдущего цикла отработавших газов, температура его повышается, но меньше, чем в бензиновом двигателе, так как количество остаточных газов в цилиндре дизеля меньше, чем в бензиновом двигателе. Кроме того, подогрев воздуха происходит и от контакта с нагретыми деталями двигателя, и в конце такта впуска температура воздуха достигает 320…350 К, а давление 0,08…0,09 МПа.
	Второй такт – сжатие Поршень движется от НМТ к ВМТ, впускной и выпускной клапаны закрыты. Давление и температура воздуха увеличиваются и при подходе поршня к ВМТ составляют: давление 4,0…5,5 МПа, а температура 850…1000 К. В конце такта сжатия с помощью насоса через форсунку в цилиндр под высоким давлением впрыскивается мелкораспыленное топливо. Давление впрыскивания составляет 13,0…18,5 МПа. Топливо от соприкосновения с нагретым воздухом испаряется, его пары перемешиваются с воздухом и воспламеняются.
	Третий такт – расширение или рабочий ход При сгорании топлива, вследствие подвода большого количества теплоты, резко увеличивается давление и температура образовавшихся газов. В начале такта расширения давление газов составляет 6,0…8,0 МПа, а температура 2100…2300 К. Под действием давления поршень из ВМТ перемещается в НМТ, совершая полезную работу. Объем цилиндра увеличивается, давление и температура газов снижаются и при подходе поршня к НМТ составляют: давление 0,2…0,4 МПа, температура 800…1200 К.
	Четвертый такт – выпуск Поршень перемещается от НМТ к ВМТ. Через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются через выпускной трубопровод в атмосферу. В конце такта выпуска давление газов 0,11…0,12 МПа, температура 800…900 К. После такта выпуска рабочий цикл дизеля повторяется.

Рабочий цикл двухтактного карбюраторного двигателя

В двухтактных двигателях время, отводимое на рабочий цикл, используется более полно, так как процессы впуска и выпуска совмещены по времени с процессами сжатия и расширения.

В отличие от четырехтактного двигателя очистка цилиндра от отработавших газов и наполнение его свежим зарядом происходит при положении поршня вблизи НМТ.

При этом очистка цилиндра от отработавших газов осуществляется не выталкиванием их поршнем, а предварительно сжатым до определенного давления воздухом или горючей смесью.

На рис.2 представлена схема двухтактного карбюраторного двигателя с кривошипно-камерной продувкой.

• Рисунок 2 – Схема двухтактного карбюраторного двигателя
• 1 – впускное окно; 2 – выпускное окно; 3 – свеча зажигания; 4 – цилиндр; 5 — поршень; 6 – перепускное окно; 7 – канал; 8 – герметичный картер

В этом двигателе нет специального механизма газораспределения. Вместо него цилиндр имеет окна: впускное окно 1, соединяющее цилиндр с карбюратором; выпускное окно 2 и перепускное окно 6, соединяющее цилиндр с герметичным картером при помощи канала 7.

Перемещающийся внутри цилиндра поршень в определенной последовательности открывает и закрывает окна, выполняя функции механизма газораспределения. В цилиндр двухтактного двигателя с кривошипно-камерной продувкой горючая смесь поступает через картер.

Для подготовки двигателя к работе необходимо сделать два подготовительных хода: первый – впуск горючей смеси в картер; второй – перепуск горючей смеси из картера в цилиндр.

Первый такт Поршень 5 перемещается снизу вверх и боковой поверхностью сначала закрывает перепускное окно 6, а затем и выпускное 2. В цилиндре происходит сжатие рабочей смеси, а в картер вследствие разряжения из карбюратора поступает горючая смесь. При подходе поршня к ВМТ между электродами свечи зажигания появляется электрическая искра, в результате чего рабочая смесь в цилиндре воспламеняется и сгорает.

Второй такт Образовавшиеся горячие газы расширяются и давят на поршень, вследствие чего он опускается вниз, совершая рабочий ход. В конце рабочего хода поршень сначала открывает выпускное окно 2, и отработавшие газы из цилиндра через глушитель выходят в атмосферу. Опускаясь ниже, поршень открывает перепускное окно 6, и горючая смесь по каналу 7 поступает в цилиндр, заполняет его и вытесняет отработавшие газы. Незначительная часть горючей смеси вместе с отработавшими газами выходит в атмосферу и не принимает участия в рабочем цикле.

Примечание: Параметры цикла (давление и температура) соответствуют параметрам четырехтактного бензинового двигателя.

Двухтактные двигатели, работающие по данной схеме газообмена, имеют сухой картер, т. е. в картере отсутствует смазочный материал. Для смазывания трущихся деталей двигателя смазочный материал добавляют к топливу в пропорции 1:20 по объему. Следовательно, горючая смесь в виде воздуха, топлива и масла обеспечивает при своем движении одновременно и смазку двигателя.

На рис.3 показан принцип действия четырех- и двухтактного двигателя внутреннего сгорания.

Рисунок 3 – Принцип действия двигателя внутреннего сгорания

Устройство автомобилей



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.

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)

В конце такта сжатия, при подходе к ВМТ, оба клапана закрыты.

После впрыска топлива происходит самовоспламенение рабочей смеси и ее сгорание, при этом поршень 2 под давлением расширяющихся газов стремительно движется от ВМТ к НМТ и через шатун воздействует на коленчатый вал, совершая полезную работу.

Топливо, не успевшее сгореть в конце такта сжатия, догорает в начале такта расширения. К концу рабочего хода давление газов уменьшается до 0,2…0,4 МПа, а температура снижается до 700…900 ˚С.

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.

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.

***

Многоцилиндровые двигатели



Главная страница

Дистанционное образование

• Группа ТО-81
• Группа М-81
• Группа ТО-71

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя

• Двигатели внутреннего сгорания отличаются друг от друга рабочим циклом,по которому они работают.
• Рабочий цикл –это комплекс последовательных рабочих процессов, периодически повторяющихся в каждом цилиндре при работе двигателя.
• Рабочий процесс,происходящий в цилиндре за один ход поршня, называется тактом.
• По числу тактов,составляющих рабочий цикл, двигатели делятся на два вида:
• – четырехтактные,в которых рабочий цикл совершается за четыре хода поршня,
• – двухтактные,в которых рабочий цикл совершается за два хода поршня.

На легковых автомобилях, как правило, применяются четырехтактныедвигатели, а на мотоциклах и моторных лодках – двухтактные.О путешествиях по водным просторам поговорим как-нибудь потом, а с четырьмя тактами работы автомобильного двигателя разберемся сейчас.

1. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя состоит из следующих тактов:
2. – впуск горючей смеси,
3. – сжатие рабочей смеси,
4. – рабочий ход,
5. – выпуск отработавших газов.

Рис. 8. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя:а) впуск; б) сжатие; в) рабочий ход; г) выпуск

Первый такт – впуск горючей смеси(рис. 8а).

Горючей смесьюназывается смесь мелко распыленного бензина с воздухом в определенной пропорции. Приготовлением смеси в двигателе занимается карбюратор или форсунка, о чем мы поговорим чуть позже. А пока следует знать, что соотношение бензина к воздуху примерно 1:15считается оптимальным для обеспечения нормального процесса сгорания.

При такте впуска поршень от верхней мертвой точки перемещается к нижней мертвой точке. Объем над поршнем увеличивается. Цилиндр заполняется горючей смесью через открытый впускной клапан. Иными словами, поршень всасывает горючую смесь.

Впуск смеси продолжается до тех пор, пока поршень не дойдет до нижней мертвой точки. За первый такт работы двигателя кривошип коленчатого вала поворачивается на пол-оборота.

В процессе заполнения цилиндра горючаясмесь перемешивается с остатками отработавших газов и меняет свое название, теперь эта смесь называется рабочая.

Второй такт – сжатие рабочей смеси(рис. 8б).

При такте сжатия поршень от нижней мертвой точки перемещается к верхней мертвой точке. Оба клапана плотно закрыты, поэтому рабочая смесь сжимается.

Из школьной физики всем известно, что при сжатии газов их температура повышается. Давление в цилиндре над поршнем в конце такта сжатия достигает 9–10 кг/см², а температура 300–400°С.

В заводской инструкции к автомобилю можно увидеть один из параметров двигателя с названием – «степень сжатия» (например 8,5). А что это такое?

Степень сжатияпоказывает, во сколько раз полный объем цилиндра больше объема камеры сгорания (Vn/Vc –см. рис. 7). У бензиновых двигателей в конце такта сжатия объем над поршнем уменьшается в 8–11 раз.

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

Третий такт – рабочий ход(рис. 8в).

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.

Вот откуда берется та сила, которая 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. Поскольку впускной и выпускной клапаны все еще закрыты, то расширяющимся газам остается только один единственный выход – давить на подвижный поршень.

Под действием давления, достигающего величины 50 кг/см², поршень начинает перемещаться к нижней мертвой точке. При этом на всю площадь поршня давит сила в несколько тонн, которая через шатун передается на кривошип коленчатого вала, создавая крутящий момент.

При такте рабочего хода температура в цилиндре достигает более 2000 градусов.

Коленчатый вал при рабочем ходе делает очередные пол-оборота.

Четвертый такт – выпуск отработавших газов(рис. 8г).

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.

Вот почему слышен тот сильный грохот, когда по дороге движется автомобиль без глушителя, но об этом позже. А пока обратим внимание на коленчатый вал двигателя – при такте выпуска он 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.

Теперь, интересно, кто из вас обратил внимание на то, что полезная механическая работа совершается одноцилиндровым двигателем только в течение одного такта – такта рабочего хода!Остальные три такта (выпуск, впуск и сжатие) являются лишь подготовительными и совершаются они за счет кинетической энергии вращающихся по инерции коленчатого вала и маховика.

Маховик(рис. 9)–это массивный металлический диск, который крепится на коленчатом валу двигателя. Во время рабочего хода поршень через шатун и кривошип раскручивает коленчатый вал двигателя, который передает маховику запас энергии вращения.

Рис. 9. Коленчатый вал двигателя с маховиком:1 –шатунная шейка; 2 – противовес; 3 – маховик с зубчатым венцом; 4 – коренная (опорная) шейка; 5 – коленчатый вал двигателя

Запасенная в массе маховика энергия вращения позволяет ему в обратном порядке через коленчатый вал, шатун и поршень осуществлять подготовительные такты рабочего цикла двигателя. Поршень движется вверх (при такте выпуска и сжатия) и вниз (при такте впуска) именно за счет отдаваемой маховиком энергии.

Если двигатель имеет несколько цилиндров, работающих в определенном порядке, то подготовительные такты в одних цилиндрах совершаются за счет энергии, развиваемой в других, ну и маховик, конечно, тоже помогает.

В детстве у вас наверняка была игрушка, которая называлась волчок. Вы раскручивали его энергией своей руки (рабочий ход) и радостно наблюдали за тем, как долго он вращается.

Точно так же и массивный маховик двигателя – раскрутившись, он запасает энергию, но только значительно большую, чем детская игрушка, а затем эта энергия используется для перемещения поршня в подготовительных тактах.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя [1963 Вокрачко Ю.Г. — Учебник военного водителя второго класса]

Рабочий цикл (рис. 2, а) совершается за два оборота коленчатого вала. Цикл состоит из пяти процессов: впуска, сжатия, горения, расширения и выпуска. Эти пять рабочих процессов происходят за четыре хода поршня и составляют четыре такта: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Рабочий ход состоит из двух рабочих процессов — горения и расширения. Остальные такты состоят каждый из одного рабочего процесса.

Впуск — это процесс заполнения цилиндра двигателя свежим зарядом (горючей смесью). Поршень движется от в. м. т. к н. м. т. Объем над поршнем увеличивается. В цилиндре создается разрежение, и через открытый впускной клапан цилиндр заполняется горючей смесью, которая внутри цилиндра смешивается с продуктами сгорания, оставшимися от предыдущего цикла. Так образуется рабочая смесь.

Когда коленчатый вал повернется на 180°, цилиндр заполнится рабочей смесью, впускной клапан закроется и впуск закончится.

В конце впуска давление в цилиндре двигателя меньше атмосферного (0,70 — 0,85 кг/см2).

Это объясняется наличием сопротивлений, которые встречают на своем пути воздух при прохождении через воздушный фильтр и горючая смесь при прохождении через карбюратор, трубопроводы и клапаны.

При создании двигателей стремятся повысить давление рабочей смеси в конце впуска, так как, чем выше давление, тем больше вес свежего заряда, тем лучше наполнение цилиндра, тем больше развиваемая двигателем мощность.

Соприкасаясь с нагретыми частями двигателя и продуктами сгорания, горючая смесь нагревается, и в конце впуска температура ее достигает 70 — 130° С. Это обеспечивает хорошее испарение бензина. Но чем выше температура рабочей смеси, тем меньше ее удельный вес.

Поэтому температуру рабочей смеси нельзя чрезмерно повышать во избежание уменьшения мощности двигателя. Кроме того, повышение температуры рабочей смеси при впуске может вызвать ее самовоспламенение во время такта сжатия.

Сжатие — процесс уменьшения объема рабочей смеси в цилиндре, в результате которого быстрее и полнее сгорает рабочая смесь, повышается экономичность и мощность двигателя. Поршень движется от н. м. т. к в. м. т. при закрытых клапанах и сжимает рабочую смесь.

К концу сжатия давление в цилиндре возрастает до 7 — 12 кг/см2, а температура — до 350 — 400° С. Повышение температуры и давления определяется степенью сжатия. Степень сжатия — это отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Чем выше степень сжатия, тем выше давление и температура в конце сжатия.

Рис. 2. Рабочий цикл: а — четырехтактного двигателя; б — двухтактного двигателя

Но величина степени сжатия ограничивается свойствами применяемого в двигателе горючего, его антидетонационными качествами. Чем выше октановое число бензина, тем выше допускаемая степень сжатия.

Современные двигатели имеют степень сжатия 6 — 7,5, и только двигатели легковых автомобилей высокого класса, работающие на специальных бензинах, имеют более высокую степень сжатия.

Несоответствие степени сжатия антидетонационным качествам бензина приводит к возникновению детонации.

Некоторого повышения допустимой величины степени сжатия при том же октановом числе бензина добиваются увеличением числа оборотов коленчатого вала, выбором рациональной формы камеры сгорания и уменьшением рабочего объема цилиндров двигателя.

Горение — превращение химической энергии горючего в тепловую. Сгорание рабочей смеси в карбюраторном двигателе происходит взрьтоподобно, фронт пламени распространяется со скоростью 20 — 40 м/сек.

Такая скорость сгорания обеспечивает резкое повышение давления и температуры газов в цилиндре двигателя: давление возрастает до 25 — 40 кг/см2, а температура — до 2200- 2500° С.

В карбюраторном двигателе смесь воспламеняется от электрической искры, проскакивающей между электродами искровой зажигательной свечи.

Расширение — процесс увеличения объема продуктов сгорания в цилиндре двигателя. При этом тепловая энергия, выделившаяся при сгорании рабочей смеси, превращается в механическую работу.

При расширении поршень движется от в. м. т. к н. м. т., объем над поршнем возрастает, температура и давление газов падают. В конце расширения давление равно 3 — 5 кг/см2, а температура — 1200 — 1500° С.

Выпуск — процесс удаления продуктов сгорания (отработавших газов) из цилиндра двигателя. Поршень движется от н. м. т. к в. м. т., выпускной клапан открыт, и газы с большой скоростью выталкиваются из цилиндра. Давление в конце выпуска равно 1,1 — 1,2 кг/см2, а температура — 700 — 800° С.

Избыточное давление отработавших газов объясняется сопротивлением, которое оказывают им выпускной клапан, трубопроводы и глушитель шума выпуска.

Абсолютно полная очистка цилиндра невозможна, в нем всегда остается некоторое количество продуктов сгорания (в объеме камеры сгорания), смешивающихся с горючей смесью в процессе впуска.

Полезная механическая работа совершается двигателем только в течение одного такта — рабочего хода.

Остальные три такта — выпуск, впуск и сжатие — называются подготовительными и совершаются за счет кинетической энергии маховика, вращающегося по инерции в промежутках между рабочими ходами.

Если двигатель имеет несколько цилиндров, работающих в определенном порядке, то подготовительные такты в одних цилиндрах совершаются за счет энергии, развиваемой в других цилиндрах.

Четырехтактный карбюраторный двигатель

Устройство четырехтактного карбюраторного двигателя представлено на рис. 16.3. Его основными элементами являются картер 1, цилиндр 7 и цилиндровая крышка 8. Эти детали жестко соединены между собой и образуют остов двигателя.

В цилиндре перемещается поршень 9, соединенный шарнирно поршневым пальцем 11 с шатуном 3. В нижней части шатун соединен с кривошипом коленчатого вала 16.

Кривошипно-шатунный механизм преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Горючая смесь, приготовленная в карбюраторе 13, через впускной клапан 12 поступает в цилиндр двигателя.

Воспламеняется она от электрической свечи 10, получающей ток высокого напряжения от индукционной катушки через прерыватель 14.

Продукты сгорания удаляются из цилиндра через выпускной клапан 6. Впускной и выпускной клапаны открываются в требуемые моменты времени под воздействием кулачков распределительного вала 4, а закрываются под действием пружин 5.

Распределительный вал и прерыватель системы зажигания получают вращение от коленчатого вала двигателя через шестерни 15. При сгорании топлива в цилиндре создается высокое давление газов.

Поэтому во избежание их прорыва в картер поршень в цилиндре уплотняется компрессионными кольцами 17, устанавливаемыми в канавки на боковой поверхности поршня. Кольца прижимаются к цилиндру под воздействием сил упругости и давления газов р.

На конце вала двигателя установлен маховик 2, служащий для уменьшения неравномерности вращения коленчатого вала, а в четырехтактных дви-

Рис. 163. Схема четырехтактного карбюраторного двигателя гателях с числом цилиндров менее четырех — также для вывода поршня из мертвых точек.

Крайние положения поршня в цилиндре называются верхней мертвой точкой (ВМТ) и нижней мертвой точкой (НМТ). Объем, описываемый поршнем в цилиндре при движении от верхней к нижней мертвой точке, называется рабочим объемом Vh. Рабочий объем, л, всех цилиндров двигателя определяется по формуле

• где D — диаметр цилиндра, м; S — ход поршня, м; i — число цилиндров двигателя.
• Объем цилиндра над поршнем при нахождении его в ВМТ называется камерой сжатия или камерой сгорания и обозначается Тс.
• Отношение полного объема цилиндра Vc + Vh к объему камеры сгорания Рс называется степенью сжатия е:

Рабочий процесс четырехтактного карбюраторного двигателя, как и любого другого двигателя, наиболее удобно рассматривать с помощью индикаторной диаграммы. По оси абсцисс откладывают объемы, описываемые рабочим телом, а по оси ординат — давления газов в цилиндре при различных положениях поршня (рис. 16.4). Горизонтальная линия, нанесенная на диаграмме, соответствует атмосферному давлению.

Первый такт — впуск горючей смеси (линия г— а) начинается с движения поршня от ВМТ к НМТ при открытом впускном клапане. В начале такта объем камеры сжатия Vc заполнен остаточными газами при давлении 0,105—0,125 МПа (точка г).

По мере перемещения поршня давление в цилиндре понижается, становится равным атмосферному, а затем — ниже его.

Вследствие создавшегося разрежения в цилиндре атмосферный воздух поступает в карбюратор, служащий для приготовления горючей смеси, которая заполняет надпоршневое пространство.

В конце впуска (точка а) давление рабочей смеси равно 0,07—0,095 МПа, а температура — 70—100°С. Повышение температуры рабочей смеси в процессе всасывания объясняется соприкосновением ее с горячими деталями двигателя и перемешиванием с остаточными газами.

Рис. 16.4. Индикаторная диаграмма четырехтактного карбюраторного двигателя

Второй такт — сжатие рабочей смеси. Поршень движется от НМТ к ВМТ (линия а—с). На начальной стадии такта сжатия давление в цилиндре до точки 1 меньше атмосферного, поэтому на этом участке при открытом впускном клапане происходит еще заполнение цилиндра рабочей смесью.

При дальнейшем движении поршня вследствие запаздывания закрытия впускного клапана при значительной частоте вращения, а следовательно, и большом скоростном напоре рабочей смеси возможна дозарядка цилиндров. Однако следует иметь в виду, что в этот период при малой частоте вращения не исключен выброс смеси в атмосферу.

После закрытия впускного клапана начинается собственно процесс сжатия рабочей смеси в цилиндре. Давление в конце сжатия (точка с), в зависимости от степени сжатия 8, составляет 0,6—1,0 МПа, а температура — 350—450°С.

Степень сжатия в карбюраторном двигателе выбирается такой, чтобы температура в конце сжатия была ниже температуры самовоспламенения паров бензина и обеспечивалось бездетопационное сгорание топлива.

В конце такта сжатия, когда поршень подходит к ВМТ (точка 2), срабатывает прибор зажигания, в результате чего между электродами свечи образуется электрическая дуга, от которой воспламеняется рабочая смесь.

Третий такт — расширение продуктов сгорания. Оба клапана закрыты (линия с—г). Сгорание топлива сопровождается выделением большого количества тепла, что приводит к резкому повышению температуры (до 1800—2300°С) и давления (до 2—4 МПа). Образовавшиеся продукты сгорания, расширяясь, перемещают поршень от ВМТ к НМТ и совершают при этом полезную работу (линия z—b).

При расширении температура и давление газов в цилиндре понижаются. Для лучшей очистки цилиндра от отработавших газов и для уменьшения работы выталкивания выпускной клапан открывается раньше прихода поршня в НМТ.

В момент открытия выпускного клапана (точка 3) давление в цилиндре обычно составляет 0,3—0,5 МПа. Вследствие значительного перепада давлений между цилиндром и выпускным коллектором удаление газов происходит с большой скоростью. При этом давление газов в цилиндре резко снижается.

Четвертый такт — выпуск отработавших газов. Поршень движется от НМТ к ВМТ. Выпускной клапан открыт. Происходит выпуск отработавших газов из цилиндра в атмосферу (линия Ь—г). Температура отработавших газов — 650—900°С.

В рассмотренном четырехтактном карбюраторном двигателе полезная механическая работа совершается только во время расширения газов в цилиндре, поэтому третий такт называют рабочим. 5000 об/мин, что обеспечивает малые вес и габариты данного двигателя.

Четырехтактные карбюраторные двигатели применяют на автопогрузчиках, грузовых автомобилях и других передвижных установках небольшой мощности.

Назначение и принцип работы карбюраторного и дизельного двигателей.

Рабочий цикл двигателя – это комплекс последовательных процессов внутри цилиндра, в результате которых энергия топлива преобразуется в механическую работу.

Такт — это часть рабочего цикла, происходящая за время движения поршня от одной мертвой точки до другой, т.е. за один ход поршня.

Двигатели, в которых рабочий цикл совершается за два оборота коленчатого вала или за четыре хода поршня, называются четырехтактными. Двигатели, в которых рабочий цикл совершается за один оборот коленчатого вала или за два хода поршня, называются двухтактными.

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

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя (рис. 1) состоит из следующих тактов:

— впуск горючей смеси;

— сжатие рабочей смеси;

— рабочий ход;

— выпуск отработавших газов;

Горючей смесью называется смесь мелко распыленного бензина с воздухом в определенной пропорции. Приготовлением смеси в двигателе занимается карбюратор, о чем мы с вами поговорим чуть позже. А пока следует знать, что соотношение бензина к воздуху 1:15 считается оптимальным для обеспечения нормального процесса горения.

Рис. 1. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя:

а) впуск; б) сжатие; в) рабочий ход; г) выпуск

При такте впуска (рис 1,а) поршень от верхней мертвой точки перемещается к нижней мертвой точке. Объем над поршнем увеличивается. Цилиндр заполняется горючей смесью через открытый впускной клапан. Иными словами, поршень всасывает горючую смесь.

Впуск смеси продолжается до тех пор, пока поршень не дойдет до нижней мертвой точки. За первый такт работы двигателя кривошип коленчатого вала поворачивается на пол-оборота.

В процессе заполнения цилиндра горючая смесь перемешивается с остатками отработавших газов и меняет свое название, теперь эта смесь называется – рабочая.

Второй такт — сжатие рабочей смеси (рис. 1,б).

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

Оба клапана плотно закрыты и поэтому рабочая смесь сжимается. Из школьной физики всем известно, что при сжатии газов их температура повышается. Так и здесь. Давление в цилиндре над поршнем в конце такта сжатия достигает 9 — 10 кг/см², а температура 300 – 400 °С.

В заводской инструкции к автомобилю можно увидеть один из параметров двигателя, имеющий название – степень сжатия (например 8,5). Что это такое?

Степень сжатия показывает во сколько раз полный объем цилиндра больше объема камеры сгорания (Vп/Vс). У карбюраторных двигателей в конце такта сжатия, объем над поршнем уменьшается в 8 — 10 раз.

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 (рис. 1,в).

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. Вот откуда берется та сила, которая 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 расширяющимся газам остается только один единственный выход — давить 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 °С и выше.

Коленчатый вал при рабочем ходе поршня делает очередные пол-оборота.

Позднее мы вернемся к этим огромным цифрам, похожим на температуры в доменной печи. А пока следует отметить для себя, что процесс рабочего хода происходит за очень короткий промежуток времени, по сравнению с которым, удивленное «хлопанье» ресницами ваших глаз после прочтения этого сюжета, длится целую вечность.

Четвертый такт — выпуск отработавших газов (рис.1,г)

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. Вот почему слышен тот сильный грохот, когда по дороге едет автомобиль без глушителя выхлопных газов, но об этом позже. А пока обратим внимание на коленчатый вал двигателя — при такте выпуска он 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.

Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя.В отличие от карбюраторного двигателя в цилиндр дизеля воздух и топливо вводятся раздельно.

Первый такт – впуск (рис.2,а), служит для наполнения цилиндра двигателя только воздухом.

При движении поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке, происходит всасывание воздуха через открытый впускной клапан.

Второй такт – сжатие (рис.2,б), необходим для подготовки к самовоспламенению дизельного топлива.

При своем движении к верхней мертвой точке, поршень сжимает воздух в 18 — 22 раза (у карбюраторных в 8 — 10 раз). Поэтому в конце такта сжатия, давление над поршнем достигает 40 кг/см², а температура поднимается выше 500 градусов.

Третий такт — рабочий ход (рис. 2,в), служит для преобразования энергии сгораемого топлива в механическую работу.

В конце такта сжатия, в камеру сгорания, через форсунку под давлением подается дизельное топливо, которое самовоспламеняется за счет высокой температуры сжатого воздуха.

При сгорании дизельного топлива (взрыве), происходит его расширение и увеличение давления. При этом возникает усилие, которое перемещает поршень к нижней мертвой точке и через шатун проворачивает коленчатый вал. Во время рабочего хода давление в цилиндре достигает 100 кг/см², а температура превышает 2000 °С.

Четвертый такт – выпуск отработавших газов (рис. 2,г), служит для освобождения цилиндра от отработавших газов.

Поршень от нижней мертвой точки поднимается к верхней мертвой точке и, через открытый выпускной клапан, выталкивает отработавшие газы.

а б в г

Рис. 2. Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя:

1 – воздух; 2 – впускной клапан открыт; 3 – форсунка; 4 – выхлопные газы; 5 – выпускной клапан открыт.

При своем последующем движении вниз, поршень засасывает свежую порцию воздуха, происходит такт впуска и рабочий цикл повторяется.

В дизельном двигателе, нагрузки на все механизмы и детали значительно больше, чем в карбюраторном бензиновом, и это закономерно приводит к увеличению его массы, размеров и стоимости. Однако дизельный двигатель имеет и неоспоримые преимущества — меньший расход топлива, чем у его карбюраторного «брата» (приблизительно на 30 %), а также отсутствие системы зажигания, что значительно уменьшает количество возможных неисправностей при эксплуатации.

Рабочий цикл двухтактного карбюраторного двигателя.Наиболее часто применяют двухтактные карбюраторные двигатели с кривошипно-камерной продувкой. В стенке цилиндра двигателей этого типа выполнены три окна: впускное, продувочное и выпускное. Картер (кривошипная камера) двигателя непосредственно с атмосферой не сообщен. Впускное окно соединено с карбюратором, а продувочное – через канал с кривошипной камерой двигателя.

Рабочий цикл двухтактного карбюраторного двигателя происходит следующим образом. Поршень движется от н.м.т. к в.м.т., перекрывая в начале хода продувочное окно, а затем выпускное. После этого в цилиндре начинается сжатие находящейся в нем рабочей смеси. В то же время в кривошипной камере создается разрежение, и как только нижняя кромка поршня откроет впускное окно, через него из карбюратора в кривошипную камеру будет засасываться горючая смесь.

При положении поршня, близком к в.м.т., сжатая рабочая смесь воспламеняется электрической искрой от свечи. При сгорании смеси давление газов резко возрастает. Под давлением газов поршень перемещается к н.м.т. Как только он закроет впускное окно, в кривошипной камере начинается сжатие ранее поступившей сюда горючей смеси.

В конце хода поршень открывает выпускное, а затем и продувное окно. Через открытое выпускное окно отработавшие газы с большой скоростью выходят в атмосферу. Давление газов в цилиндре падает. К моменту открытия продувочного окна давление сжатой горючей смеси в кривошипной камере становится выше, чем давление отработавших газов в цилиндре. Поэтому горючая смесь из кривошипной камеры по каналу поступает в цилиндр и, заполняя его, выталкивает остатки отработавших газов через выпускное окно наружу. В дальнейшем все процессы повторяются в той же последовательности.

Рабочий цикл двухтактного дизеля аналогичен рабочему циклу двухтактного карбюраторного двигателя, отличаясь лишь тем, что в цилиндр поступает не горючая смесь, а чистый воздух от специального нагнетателя и в конце процесса сжатия впрыскивается топливо, которое воспламеняется от соприкосновения с воздухом, имеющим высокую температуру.

Сравнение показателей дизелей и карбюраторных двигателей. Дизель по сравнению с карбюраторным двигателем имеет следующие преимущества: для выполнения единицы работы расходуется в среднем 25…30 % (по массе) меньше топлива; используемое топливо дешевле и менее огнеопасно. Хорошие экономические показатели дизелей обеспечили им широкое применение.

Однако вследствие более высокого давления газов в цилиндре дизеля некоторые детали его должны быть повышенной прочности, что приводит к увеличению размеров и массы дизеля. Пуск его затруднен, особенно в зимнее время.

Двухтактные двигатели (особенно карбюраторные) менее экономичны, чем четырехтактные. Наиболее неэкономичны двухтактные карбюраторные двигатели, в которых цилиндры продувают горючей смесью.

Дата добавления: 2016-12-27; просмотров: 3362; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя — Студопедия

Поделись  

Двигатели внутреннего сгорания отличаются друг от друга рабочим циклом, по которому они работают.
Рабочий цикл — это комплекс последовательных рабочих процессов, периодически повторяющихся в каждом цилиндре при работе двигателя.
Рабочий процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня, называется тактом.
По числу тактов, составляющих рабочий цикл, двигатели делятся на два вида:

• четырехтактные — в которых рабочий цикл совершается за четыре хода поршня,
• двухтактные — в которых рабочий цикл совершается за два хода поршня.

На легковых автомобилях отечественного производства применяются четырехтактные двигатели, а на мотоциклах и моторных лодках – двухтактные. О путешествиях по водным просторам поговорим как-нибудь потом, а вот с четырьмя тактами работы автомобильного двигателя разберемся сейчас. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя состоит из следующих тактов:

• впуск горючей смеси,
• сжатие рабочей смеси,
• рабочий ход,
• выпуск отработавших газов.

Первый такт – впуск горючей смеси (рис. 8а).
Горючей смесью называется смесь мелко распыленного бензина с воздухом в определенной пропорции. Приготовлением смеси в двигателе занимается карбюратор, о чем мы с вами поговорим чуть позже. А пока следует знать, что соотношение бензина к воздуху 1:15 считается оптимальным для обеспечения нормального процесса горения.
При такте впуска поршень от верхней мертвой точки перемещается к нижней мертвой точке. Объем над поршнем увеличивается. Цилиндр заполняется горючей смесью через открытый впускной клапан. Иными словами, поршень всасывает горючую смесь.
Хочется посоветовать читателю, почаще включать свое воображение, сравнивая сложное с простым. Если вам удастся почувствовать, как бы ощутить на себе те процессы, которые протекают в двигателе, да и в автомобиле в целом, то многие из «секретов» машины станут для вас «открытой книгой».

Например, наверняка каждый из вас видел, как медицинская сестра, готовясь сделать укол, набирает шприцем лекарство из ампулы. За счет перемещения поршня шприца, над ним создается разряжение, которое и засасывает из ампулы то, что позже «вольется» в «мягкое место» пациента. Почти то же самое происходит и в цилиндре двигателя в процессе такта впуска.
Впуск смеси продолжается до тех пор, пока поршень не дойдет до нижней мертвой точки. За первый такт работы двигателя кривошип коленчатого вала поворачивается на пол-оборота.
В процессе заполнения цилиндра горючая смесь перемешивается с остатками отработавших газов и меняет свое название, теперь эта смесь называется – рабочая.

Второй такт — сжатие рабочей смеси (рис. 8б).
При такте сжатия поршень от нижней мертвой точки перемещается к верхней мертвой точке.
Оба клапана плотно закрыты и поэтому рабочая смесь сжимается. Из школьной физики всем известно, что при сжатии газов их температура повышается. Так и здесь. Давление в цилиндре над поршнем в конце такта сжатия достигает 9 — 10 кг/см2, а температура 300 — 400оС.
В заводской инструкции к автомобилю можно увидеть один из параметров двигателя, имеющий название – степень сжатия (например 8,5). А что это такое? Надеюсь сейчас это станет понятно.

Степень сжатия показывает во сколько раз полный объем цилиндра больше объема камеры сгорания (Vп/Vс — см. рис.7). У карбюраторных двигателей в конце такта сжатия, объем над поршнем уменьшается в 8 — 10 раз.
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 (рис. 8в).
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. Вот откуда берется та сила, которая 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 расширяющимся газам остается только один единственный выход — давить 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.
Позднее мы вернемся к этим огромным цифрам, похожим на температуры в доменной печи. А пока следует отметить для себя, что процесс рабочего хода происходит за очень короткий промежуток времени, по сравнению с которым, удивленное «хлопание» ресницами ваших глаз после прочтения этого сюжета, длится целую вечность.

Четвертый такт — выпуск отработавших газов (рис.8г)
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. Вот почему слышен тот сильный грохот, когда по дороге едет автомобиль без глушителя выхлопных газов, но об этом позже. А пока обратим внимание на коленчатый вал двигателя — при такте выпуска он 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.

А теперь, интересно, кто из вас обратил внимание на то, что 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.

Маховик (рис. 9) — это массивный металлический диск, который крепится на коленчатом валу двигателя. Во время рабочего хода, поршень, через шатун и кривошип, раскручивает коленчатый вал двигателя, который и передает запас инерции маховику.
Запасенная в массе маховика инерция позволяет ему, в обратном порядке, через коленчатый вал, шатун и поршень осуществлять подготовительные такты рабочего цикла двигателя. То есть, поршень движется вверх (при такте выпуска и сжатия) и вниз (при такте впуска), именно за счет отдаваемой маховиком энергии. Если же двигатель имеет несколько цилиндров, работающих в определенном порядке, то подготовительные такты в одних цилиндрах совершаются за счет энергии, развиваемой в других, ну и маховик конечно тоже помогает.

В далеком детстве у вас наверняка была игрушка, которая называлась «Волчок». Вы раскручивали его энергией своей руки (рабочий ход) и радостно наблюдали за тем, как долго он вращается. Точно также и массивный маховик двигателя — раскрутившись, он запасает энергию, но только значительно большую, чем детская игрушка, а затем эта энергия используется для перемещения поршня в подготовительных тактах.



Четырехтактный цикл — обзор

ScienceDirect

РегистрацияВход

В четырехтактном цикле каждое движение поршня вверх или вниз по цилиндру является ходом.

Из: Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2007

PlusAdd to Mendeley

Кшиштоф Ян Сичек, Трибологические процессы в системах клапанного механизма с облегченными клапанами, 2016

Четырехтактный1 цикл2 9000 двигатели, как SI, так и CI, имеют четыре такта, завершающие два оборота коленчатого вала.

Это, соответственно, такты всасывания или зарядки, сжатия, мощности/работы или расширения и такты выпуска. Важной переменной, характеризующей режим работы каждого двигателя, является среднее эффективное давление в тормозной системе (b _MEP ), которое представляет собой среднее эффективное давление, рассчитанное на основе измеренного тормозного момента. Он определяется уравнением (2.1):

(2.1)bMEP=iMEP–fMEP–pMEP

где

i _MEP — указанное среднее эффективное давление, которое представляет собой среднее эффективное давление, рассчитанное на основе давления в цилиндре — среднего — давление в цилиндре за цикл двигателя (720° в четырехтактном и 360° в двухтактном). Для прямого измерения i _MEP требуется оборудование для измерения давления сгорания.

p _MEP – среднее эффективное давление нагнетания, которое представляет собой среднее эффективное давление, рассчитанное на основе работы по перемещению воздуха в цилиндр и из него из-за дросселирующих потерь на входе и остаточных газов на выходе.

f _MEP — среднее эффективное давление трения, которое представляет собой теоретическое среднее эффективное давление, необходимое для преодоления трения в двигателе. Его можно рассматривать как среднюю эффективную потерю давления из-за трения.

Среднее эффективное давление коррелирует с пиковым давлением газа в цилиндрах двигателя; однако такая зависимость сильно нелинейна и может быть получена из измерений для узкого класса двигателей или оценена с помощью имитационных моделей, которые очень сложны.

Среднее эффективное давление и пиковое давление влияют на силу, нагружающую поверхности седел, клапаны и их вкладыши, которая определяет трение между поверхностями седел и скорость их износа.

Согласно исх. [14], для безнаддувных двигателей СИ максимальное значение b _MEP находится в диапазоне 850–1050 кПа при скорости, при которой достигается максимальный крутящий момент. При номинальной мощности значения b _MEP ниже на 10–15 %. Для форсированных двигателей SI максимальное значение b _MEP находится в диапазоне от 1,25 до 1,7 МПа. Для четырехтактных двигателей CI максимальное значение b _MEP находится в пределах 700–900 кПа для безнаддувных и 1,4–1,8 МПа для форсированных соответственно.

Четырехтактный двигатель SI

В двигателе SI зажигание вызывается искрами, генерируемыми свечами зажигания, при этом рабочий цикл регулируется в зависимости от частоты вращения и нагрузки двигателя с помощью механических или управляемых компьютером систем зажигания. Такая регулировка напрямую связана с положением ВМТ и, таким образом, косвенно с фазами газораспределения. В двигателе SI топливо смешивается с воздухом, распадается на туман и частично испаряется. Степень сжатия варьируется от 4:1 до 8:1, а соотношение топливовоздушной смеси — от 10:1 до 20:1.

Четыре такта бензинового двигателя, всасывающего топливно-воздушную смесь, показаны на рис. 2.2.

Рисунок 2.2. Четыре такта двигателя СИ.

Четырехтактный двигатель с воспламенением

В двигателе с воспламенением воспламенение происходит за счет тепла, выделяемого в цилиндре двигателя в конце такта сжатия. Четыре такта двигателя внутреннего сгорания, всасывающего чистый воздух, показаны на рис. 2.3. Степень сжатия варьируется от 14:1 до 22:1. Давление в конце такта сжатия колеблется от 30 до 45 кг/см 9 .0071 2 . Температура в конце такта сжатия составляет 650–800°С.

Рисунок 2.3. Четыре такта двигателя CI.

Типичная временная диаграмма для двигателя CI показана на рис. 2.4.

Рисунок 2.4. Временная диаграмма для двигателя CI.

Из реф. [15].

Просмотреть главуКнига покупок

Прочитать главу полностью

URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780081009567000126

Robert N. Brady, in Encyclopedia of Energy, 9 20040003

5 Четырехтактный бензиновый двигатель: базовая эксплуатация

Четырехтактные бензиновые и дизельные двигатели преобладают в качестве основных двигателей по всему миру. В бензиновых двигателях внедрение электронного управления и систем GDI в сочетании с двойными верхними распределительными валами, безраспределительными системами зажигания, турбонагнетателями с изменяемой геометрией, промежуточными охладителями, головками цилиндров с четырьмя клапанами, трехходовыми каталитическими нейтрализаторами выхлопных газов и т.п. улучшена не только их тепловая эффективность (экономия топлива), но и контроль выбросов выхлопных газов.

В четырехтактном цикле поршень совершает четыре отдельных хода (два вверх и два вниз). Два хода поршня, движущихся вверх, являются тактами сжатия и выпуска, тогда как ходы поршня, движущимися вниз, являются тактами впуска и рабочего хода в каждом цилиндре. Отдельные ходы поршня, показанные на рис. 4, включают следующее:

Рис. 4. Схематическая работа четырехтактного бензинового двигателя. Предоставлено Прентис Холл.

•

Такт впуска, при котором поршень движется вниз по цилиндру. Впускной клапан (клапаны) удерживается в открытом положении вращающимся распределительным валом, что позволяет топливно-воздушной смеси поступать в цилиндр. Этот ход обычно может находиться в диапазоне от 240 до 260°, что достигается открытием впускного клапана до ВМТ и последующим закрытием клапана до НМТ.

•

Такт сжатия, при котором поршень перемещается вверх по цилиндру для повышения давления воздушно-топливной смеси, в то время как впускной и выпускной клапаны удерживаются в закрытом положении пружинами клапанов.

•

Рабочий ход, при котором воздушно-топливная смесь воспламеняется искрой высокого напряжения от свечи зажигания. Длина или продолжительность рабочего такта регулируется путем открытия выпускного клапана (клапанов) перед нижней мертвой точкой (BBDC). Типичная продолжительность рабочего такта составляет в среднем около 140° поворота коленчатого вала. Количество цилиндров двигателя будет определять, сколько рабочих тактов будет выполнено в пределах 720° поворота коленчатого вала в четырехтактном двигателе. Например, в четырехцилиндровом двигателе (720°, деленное на четыре) один рабочий такт будет выполняться на каждые 180° поворота коленчатого вала, тогда как в шестицилиндровом двигателе (720°, деленное на 6) один рабочий такт будет поставляться на каждые 120° поворота коленчатого вала.

•

Такт выпуска, который начинается, когда выпускной клапан (клапаны) открывается до того, как поршень достигнет нижней мертвой точки (НМТ), обычно между 30 и 40° вращения коленчатого вала НМТ. Выпускные клапаны могут оставаться открытыми до поворота коленчатого вала на 20° после верхней мертвой точки (ВМТ) при общей продолжительности поворота коленчатого вала от 230 до 240°.

Посмотреть главуКнига покупок

Прочитать главу полностью

URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B012176480X000899

В серии Tribology and Interface Engineering, 2003

Легковой автомобиль.

Большинство легковых автомобилей оснащены четырехтактными бензиновыми двигателями. Актуальными рекомендациями для этих автомобилей являются масла, соответствующие требованиям API Service SJ и ILSAC GF-2. Эти масла обеспечивают хорошую защиту от низкотемпературных отложений и коррозии, защищают от износа и обеспечивают превосходную защиту от окисления, загустевания и высокотемпературных отложений в самых тяжелых условиях высокоскоростной эксплуатации или буксировки, даже при высоких температурах окружающей среды.

Обычно рекомендуется вязкость SAE 20W-20 или 30 для температур до 18°C ​​и SAE 20W-20 или 10W для более низких температур. Для экстремально низких температур могут быть рекомендованы масла SAE 5W, 5W-20 или 5W-30. Многовязкие масла SAE 10W-30 или 5W-30 часто рекомендуются для круглогодичного использования и в настоящее время являются основной рекомендацией нескольких производителей двигателей в США. Европейские производители двигателей часто рекомендуют масла с более высокой вязкостью, особенно многовязкие масла, для которых часто предпочтительны масла SAE 20W-40 и 20W-50.

Рекомендации для дизельных двигателей легковых автомобилей в целом аналогичны рекомендациям для четырехтактных бензиновых двигателей; то есть масла для API Service CD или SJ/CD. Одни производители разрешают использовать масла с разной вязкостью, другие предпочитают масла с одной вязкостью. Для роторных двигателей, используемых в легковых автомобилях, обычно требуются масла SAE 10W-30 качества API Service SD или SE, а для двухтактных бензиновых двигателей обычно используется масло с вязкостью SAE 30 или 40, и оно разработано специально для этой службы.

Просмотреть главуКнига покупок

Прочитать всю главу

URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167892203800172

Aldo Vieira da Rosa Funds of Renewable Energy, Juan Carlos Ordóñez Funds of Renewable Energy, Juan Carlos Ordóñables (Четвертое издание), 2022 г.

3.4 Четырех- и двухтактные двигатели

В поршневом двигателе (рис. 3.12) поршень движется вперед и назад в цилиндре. Линейное движение поршня преобразуется во вращение вала с помощью коленчатого механизма. Поршень перемещается между вверху по центру (TC) и внизу по центру (BC). Когда поршень находится вверху, объем в цилиндре минимален и называется зазором , объемом , Vc. Максимальный объем, достигаемый, когда поршень находится в положении ВС, называется общим объемом , Vt, а разность (Vt-Vc=Vs) составляет рабочий объем . На рис. 3.12 ( справа ) показана типичная диаграмма давление-объем для поршневого двигателя.

Рисунок 3.12. Геометрия поршневого двигателя ( осталось ). Диаграмма давление-объем для поршневого двигателя ( справа ).

Большинство поршневых двигателей работают по четырехтактному циклу . ^б В ней поршень совершает четыре оборота по объему (вверх, вниз, вверх, вниз), а вал совершает два оборота (см. рис. 3.13). Штрихи:

Рисунок 3.13. Четыре такта: впуск, сжатие, рабочий (расширение) и выпускной ( сверху ). Давление и объем в зависимости от угла поворота коленчатого вала ( снизу ).

•

Такт впуска: Цилиндр движется от ТС к ВС. Впускной клапан открыт, и в цилиндр поступает свежая топливно-воздушная смесь.

•

Такт сжатия: Клапаны закрыты, поршень движется вверх, уменьшая доступный объем и тем самым увеличивая давление. Ближе к концу этого такта сгорание начинается либо за счет искры (в двигателях с искровым зажиганием), либо самоиндуцированно уровнями давления (как в двигателях с воспламенением от сжатия). Как только начинается горение, давление быстро растет.

•

Рабочий ход (расширение): Поршень опускается из РЦ, толкая кривошипно-шатунный механизм и тем самым вращая вал. Работа, совершаемая во время этого такта, больше, чем работа, необходимая во время такта сжатия. Как только поршень приближается к ВС, выпускной клапан открывается, позволяя продуктам сгорания выйти.

•

Такт выпуска: Поршень движется вверх по направлению к ТС, и при открытом выпускном клапане продукты сгорания заканчивают выходить из цилиндра.

На рис. 3.13 ( снизу ) показано изменение давления и объема в зависимости от угла поворота коленчатого вала. Объем следует синусоидальной схеме, как и ожидалось в кривошипно-ползунном механизме, образованном поршнем, шатуном и кривошипом. Давление резко возрастает во время фазы горения. Соблюдайте синхронизацию открытия и закрытия впускного клапана (маркировка IVO, IVC), а также открытие и закрытие выпускного клапана (EVO, EVC). Вы можете себе представить, что синхронизация клапанов и начала сгорания играют важную роль в работе двигателя.

A Также возможен двухтактный цикл (рис. 3.14). В данном случае это:

Рисунок 3.14. Схема двухтактного двигателя.

•

Такт сжатия, при котором газы сжимаются в цилиндре и свежая смесь поступает в картер. Сгорание начинается ближе к концу этого такта, когда цилиндр приближается к верхнему центру.

•

Рабочий ход, при котором газы расширяются и цилиндр опускается к центру дна. Газы выпускаются, а свежая смесь, которая была в картере, переносится в сторону цилиндра.

Двухтактные двигатели имеют более простую систему клапанов и меньше движущихся частей, а также обладают большей удельной мощностью, чем четырехтактные двигатели. Однако, поскольку они требуют смешивания масла с топливом, а часть топливной смеси уходит неиспользованной, они загрязняют больше, чем сопоставимый четырехтактный двигатель.

Для упрощения анализа газовых циклов принято использовать так называемые стандартные допущения по воздуху :

•

Рабочее тело рассматривается как воздух с поведением идеального газа. Это позволяет избежать рассмотрения химии топливно-воздушной смеси и продуктов сгорания.

•

Процесс горения заменяется подводом тепла, а процесс выхлопа — отводом тепла.

•

Циклы закрыты с фиксированной массой воздуха. Впускных и выпускных клапанов нет.

•

Все процессы считаются внутренне обратимыми.

Кроме того, если удельная теплоемкость рассматривается как константа и оценивается при 25°C, набор допущений называется Стандартные допущения для холодного воздуха . В некоторых случаях мы будем распространять предположения о стандартном воздухе на другие газы, кроме воздуха, указав значение их удельной теплоемкости.

Просмотреть главуКнига покупок

Прочитать всю главу

URL: https://www. sciencedirect.com/science/article/pii/B9780128160367000130

Хироши Ямагата

1.1.2 Двигатель двухтактный

Двухтактный двигатель аналогичен четырехтактному двигателю по своему возвратно-поступательному механизму. В нем используется механизм поршень-коленвал, но требуется только один оборот коленчатого вала для полного цикла выработки мощности. В двухтактном двигателе не используются впускные и выпускные клапаны. Газообмен осуществляется за счет продувочных и вытяжных иллюминаторов в стенке ствола. Движение поршня вверх и вниз одновременно открывает и закрывает эти иллюминаторы. Затем воздушно-топливная смесь поступает в камеру сгорания или выходит из нее через иллюминаторы. Сгорание происходит при каждом обороте коленчатого вала.

В двухтактном двигателе пространство в картере работает как камера предварительного сжатия для каждой последующей заправки топливом. Топливо и смазочное масло предварительно смешиваются и вводятся в картер, поэтому картер нельзя использовать для хранения смазочного масла. Когда в цилиндре происходит сгорание, давление сгорания сжимает новый газ в картере для следующего сгорания. Затем сгоревший газ выбрасывается при всасывании нового газа. Горит и смазочное масло, смешанное с топливовоздушной смесью.

Поскольку в двухтактном двигателе не используется система клапанов, его механизм очень прост. Выходная мощность довольно высока, потому что она достигает одного рабочего хода за два оборота коленчатого вала. Однако, несмотря на высокую выходную мощность, он используется только для небольших мотоциклетных двигателей и некоторых крупных дизельных двигателей. Поскольку новый газ вытесняет сгоревший газ, всасываемый и выхлопной газы четко не разделены. В результате расход топлива относительно высок, а очистка выхлопных газов каталитическим нейтрализатором затруднена.

В прошлом в бензиновых двигателях почти повсеместно использовался ³ карбюратор. Однако требования к экономии топлива привели к более широкому использованию впрыска топлива. В бензиновом двигателе топливо обычно впрыскивается во впускной коллектор за впускным клапаном. Распыленное топливо смешивается с воздухом. При открытии впускного клапана горючая смесь всасывается в цилиндр. Однако в последнее время произошли изменения в бензиновых двигателях с непосредственным впрыском, когда топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания, как и в дизельных двигателях с непосредственным впрыском.

Просмотреть главуКнига покупок

Прочитать главу полностью

URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9781855737426500014

Malcolm Latharche,

Diesel Marines (Tunder’s Marine Edition) , 2021

Четырехтактный цикл

На рис. 2.5 схематично показана последовательность событий в типичном четырехтактном цикле из двух оборотов. Обычно такие диаграммы рисуют, начиная с ВМТ (выстрел), но объяснение начнется с ВМТ (удаление). ВМТ иногда называют внутренней мертвой точкой (ВМТ).

Рис. 2.5. Четырехтактный цикл.

Если двигаться по схеме по часовой стрелке, то впускной (или всасывающий) и выпускной клапаны изначально открыты. (Все современные четырехтактные двигатели имеют тарельчатые клапаны.) Если двигатель без наддува или небольшого быстроходного типа с центростремительным турбонагнетателем, период перекрытия клапанов (т. е. когда оба клапана открыты) будет коротким, а выпускной клапан закроется примерно на 10° ВМТ.

Пропульсивные двигатели и подавляющее большинство двигателей вспомогательных генераторов, работающих со скоростью ниже 1000 об/мин, почти наверняка будут оснащены турбонаддувом и будут спроектированы таким образом, чтобы в этот момент обеспечить большой поток продувочного воздуха для контроля температуры лопаток турбины (см. также главу 10). В этом случае выпускной клапан будет оставаться открытым до закрытия выпускного клапана (EVC) при 50–60° ВМТ. Когда поршень опускается к внешней или нижней мертвой точке (НМТ) на такте всасывания, он вдыхает новый заряд воздуха. Чтобы максимизировать это, уравновешивая уменьшенное открытие седла клапана небольшим эффектом тарана или инерции поступающего заряда, впускной клапан (всасывающий клапан) обычно остается открытым примерно до 25–35 ° после НМТ (ABDC) (145–155). ° до ВМТ). Это событие называется закрытием впускного клапана (IVC).

Затем заряд сжимается поднимающимся поршнем до тех пор, пока он не достигнет температуры около 550°C. Приблизительно при 10–20° до ВМТ (до верхней мертвой точки) (зажигание), в зависимости от типа и частоты вращения двигателя, форсунка впускает мелкодисперсное топливо, которое воспламеняется в пределах 2–7° (опять же в зависимости от типа), и топливо сгорает. на 30–50 °, когда поршень начинает опускаться на такте расширения, движение поршня обычно помогает вызвать движение воздуха, способствующее сгоранию.

Приблизительно при 120–150° ATDC открывается выпускной клапан (EVO), синхронизация выбрана таким образом, чтобы способствовать очень быстрому сбросу газов из цилиндра в выхлоп. Это делается для того, чтобы (а) сохранить как можно больше энергии, необходимой для привода турбонагнетателя, и (б) снизить давление в цилиндре до минимума за счет НМТ, чтобы уменьшить работу насоса на такте «выпуска». Поднимающийся поршень вытесняет оставшиеся выхлопные газы, и примерно при 70–80 ° до ВМТ впускной клапан открывается (IVO), так что инерция вытекающего газа и положительная разница давлений, которая к настоящему времени обычно существует в цилиндре, создают поток воздуха к выхлопу для «продувки» цилиндра.

Если двигатель без наддува, IVO составляет около 10° до ВМТ. Теперь цикл повторяется.

Просмотреть главуКнига покупок

Прочитать главу полностью

URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780081027486000025

John B. Heywood From Air Combustions Engines, in Handbook of Air Combustions Engines, in Handbook of Air Combustions Engines 1998

1.

6 ДВИГАТЕЛИ С ПРЯМЫМ ВПРЫСКОМ, ДВУХТАКТНЫЕ И ДИЗЕЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Помимо четырехтактного двигателя с искровым зажиганием (SI) широко используются два других двигателя внутреннего сгорания: двухтактный бензиновый двигатель и дизель. На транспорте двухтактный бензиновый двигатель используется в развивающихся странах для питания велосипедов, небольших мотороллеров и мотоциклов из-за его небольшого размера и веса, а также низкой стоимости. Дизель доминирует на рынке двигателей грузовых автомобилей, потому что его эффективность значительно выше, чем у двигателя с искровым зажиганием. Во многих странах дизель захватил значительную долю рынка автомобильных двигателей по тем же причинам, особенно в странах, где цены на топливо высоки и где дизельное топливо облагается меньшими налогами, чем бензин. В то время как основы процессов образования загрязняющих веществ в этих двух других двигателях аналогичны, детали значительно различаются, и с дизелем возникает новая проблема — твердые частицы в выхлопных газах.

В двухтактном двигателе отработанные газы выбрасываются из цилиндра в основном за счет вдувания свежего воздуха в течение приблизительно одной трети каждого оборота коленчатого вала, когда кривошип проходит свое нижнее положение. Чтобы сделать этот процесс продувки эффективным, значительная часть свежего воздуха, поступающего в цилиндр через перепускные отверстия в нижней части гильзы цилиндра, неизбежно выходит прямо из выпускных отверстий (обычно расположенных на другой стороне гильзы). В самых простых, небольших двухтактных двигателях SI с карбюратором бензин смешивается с воздухом перед поступлением в цилиндр. Таким образом, это короткое замыкание воздуха непосредственно через цилиндр приводит к соответствующей потере топлива. Это существенный штраф за экономию топлива (до 25 процентов) и приводит к очень значительным выбросам углеводородов. Таким образом, в городах с большим количеством моторизованных велосипедов, мотороллеров, мотоциклов и трехколесных такси двухтактный двигатель является важным источником выбросов.

За последние 15 лет были проведены значительные усилия по разработке, направленные на изучение потенциала использования прямого впрыска бензина в цилиндр для предотвращения потери топлива во время продувки. Эти усилия были направлены на автомобильную, морскую и мотоциклетную отрасли. На рис. 1.10 показана одна из наиболее многообещающих технологий прямого впрыска, разработанная компанией Orbital Engine Company, применительно к двухтактному двигателю с продувкой картера. Необходимый контроль выбросов с этой концепцией достигается за счет прямого впрыска бензина в цилиндр с помощью форсунки с подачей воздуха, которая обеспечивает хорошее распыление топлива с очень малыми размерами капель после того, как поднимающийся поршень закрывает выпускные отверстия. Дополнительный контроль продувки достигается с помощью устройства управления потоком выхлопных газов (показано на рисунке), настроенной выхлопной системы с низкой тепловой инерцией и тесно связанного каталитического нейтрализатора для обеспечения быстрого отключения для контроля HC и CO. № _x управление достигается внутри цилиндра. Двухтактный процесс продувки оставляет внутри цилиндра значительно больше сгоревших газов, смешанных со свежим воздухом, чем четырехтактный процесс газообмена. Этот дополнительный остаточный сгоревший газ в топливно-воздушной смеси в цилиндре значительно снижает пиковые температуры сгоревшего газа и скорость образования NO.

Рис. 1.10. Особенности двухтактного бензинового двигателя SI

с непосредственным впрыском (любезно предоставлено Orbital Engine Co.).

Будет ли эта новая двухтактная технология прямого впрыска значительно проникать на рынок малых двигателей/мотоциклов, будет зависеть от стоимости этих систем впрыска топлива. Будет ли она широко использоваться на автомобильном рынке, будет зависеть от степени, в которой ее долговечность и стоимость могут быть улучшены в достаточной степени, чтобы оправдать усилия по разработке, необходимые для того, чтобы сделать эту технологию массовым производством.

Дизель является наиболее эффективным двигателем, доступным в настоящее время, и, следовательно, широко используется в транспорте (грузовики, автобусы, железные дороги и автомобили), когда особенно важна экономия топлива. В наиболее эффективной форме дизельного топлива топливо впрыскивается с помощью системы впрыска под высоким давлением в камеру сгорания или камеру сгорания в верхней части поршня ближе к концу процесса сжатия, как показано на рис. 1.11. Впрыскиваемое жидкое топливо распыляется, образует аэрозоль, испаряется, смешивается с высокотемпературным воздухом и самовозгорается вскоре после впрыска. Как только начинается горение, оно продолжается по мере того, как дополнительное топливо смешивается с воздухом, образуя горючую смесь. Выбросы дизельных углеводородов и угарного газа низки, поскольку сгорание почти полное, а двигатель всегда работает на обедненной смеси с избытком воздуха. № 9Однако выбросы 0017 x высоки из-за высокой температуры сгораемого газа. Технология трехкомпонентного каталитического нейтрализатора, хорошо зарекомендовавшая себя в стандартном бензиновом двигателе, не может быть использована для снижения уровня NO _x в выхлопных газах дизеля, потому что выхлопные газы бедны, а не стехиометричны. Кроме того, процесс смешивания топлива с воздухом во время сгорания приводит к образованию частиц сажи в высокообогащенных областях каждой топливной струи. Некоторая часть этой сажи выдерживает процесс сгорания несгоревшим и поглощает высокомолекулярные углеводороды из масла и топлива, а также серу в виде сульфата в выхлопных газах с образованием твердых частиц.

Рис. 1.11. (a) Современный малогабаритный высокоскоростной дизельный двигатель с турбонаддувом и непосредственным впрыском с четырьмя клапанами на цилиндр (b) Распыление топлива и камера сгорания с камерой сгорания в поршне, характеристики обычной (двухклапанная, внеосевая наклонная топливная форсунка, глубокая камера сгорания, высокая завихрение) и передовые (четыре клапана, инжектор на оси, неглубокая камера, более высокое давление впрыска — 1600 бар, более низкое завихрение) дизельные системы сгорания с непосредственным впрыском

(любезно предоставлено Ford Motor Co.), (любезно предоставлено Mercedes-Benz AG ).

Существенный контроль NO _x выбросов, и особенно выбросов твердых частиц, от дизелей было достигнуто за счет модификации процесса сгорания. Использование оборудования для впрыска топлива с очень высоким давлением впрыска жидкого топлива (~ 2000 бар) и тщательное согласование геометрии камеры сгорания с камерой сгорания в поршне, движения воздуха и геометрии распыления значительно уменьшили образование сажи за счет увеличения расхода топлива. скорости смешивания. Более тщательный контроль за поведением смазочного материала позволил снизить количество высокомолекулярного углеводородного компонента в виде твердых частиц, который поглощается сажей. Использование топлива с низким содержанием серы уменьшило содержание сульфатов в твердых частицах. Катализаторы окисления в выхлопных газах дизельных двигателей все чаще используются для дальнейшего снижения растворимого органического компонента твердых частиц. № _x сокращений на сегодняшний день было достигнуто за счет тщательного контроля температуры воздуха на входе в двигатель (например, в двигателях с турбонаддувом используется промежуточный охладитель для достижения низкого уровня выбросов NO _x ) и со значительной задержкой впрыска для задержки большей части процесса сгорания до начала часть такта расширения. Эта последняя стратегия, конечно, ухудшает расход топлива на несколько процентов.

В то время как дизель добился прогресса в сокращении выбросов (примерно в 3–4 раза для твердых частиц и в 2–3 раза для NO _x ), сделать этот двигатель, который является наиболее эффективным из доступных двигателей, более экологичным, является важной задачей для разработчиков и конструкторов двигателей. Основной задачей является достижение существенно более низких выбросов NO _x . Часть этого сокращения может быть обеспечена рециркуляцией выхлопных газов, а меньшая часть — улучшением качества топлива. Что действительно необходимо, так это системы каталитических нейтрализаторов выхлопных газов для снижения выбросов NO _x в среде с низким содержанием топлива и низкотемпературными выхлопными газами дизельных двигателей. Также потребуются более низкие уровни твердых частиц.

В дополнение к этим двухтактным и высокоскоростным дизельным двигателям потенциально привлекательной новой технологией является четырехтактный двигатель с искровым зажиганием и непосредственным впрыском топлива. Уже выпускается в Японии, ⁶ , этот бензиновый двигатель с непосредственным впрыском обеспечивает повышенную экономию топлива и, следовательно, является одним из способов снижения выбросов CO ₂ автомобиля. Однако выбросы выхлопных газов этого двигателя не лучше, чем у стандартного двигателя с искровым зажиганием, и, поскольку он обычно работает на обедненной смеси при небольшой нагрузке, для снижения содержания NO 9 требуется новая технология каталитического нейтрализатора.0017 х .

View chapterPurchase book

Read full chapter

URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780126398557500405

Robert T. Balmer, in Modern Engineering Thermodynamics, 2011

13.18 Цикл Отто

Энергетические циклы внешнего сгорания газа Стирлинга и Эрикссона были первоначально разработаны для борьбы с опасными котлами высокого давления ранних паровых двигателей. Двигатель внутреннего сгорания Ленуара был проще, меньше и использовал более удобное топливо, чем любой из этих двигателей, но имел очень низкий тепловой КПД. Брайтону удалось повысить тепловой КПД двигателя внутреннего сгорания за счет обеспечения процесса сжатия перед сгоранием по двухпоршневой методике Стирлинга и Эрикссона с отдельной камерой сгорания. Но конечной целью разработки коммерческого двигателя внутреннего сгорания было объединение всех основных процессов впуска, сжатия, сгорания, расширения (мощности) и выхлопа в одном поршне-цилиндровом аппарате. Окончательно это было достигнуто в 1876 году немецким инженером Николаусом Августом Отто (1832–189 гг.).1). Основные элементы модели ASC цикла Отто показаны на рис. 13.48. Он состоит из двух изохорных процессов и двух изоэнтропических процессов.

Рисунок 13.48. Стандартный воздушный цикл Отто.

После нескольких лет экспериментов Отто, наконец, построил успешный двигатель внутреннего сгорания, в котором все основные процессы происходили в рамках одной конструкции поршень-цилиндр. Для завершения термодинамического цикла двигателя Отто требовалось четыре хода поршня и два оборота коленчатого вала, но он работал плавно, был относительно тихим, очень надежным и эффективным. Двигатель Отто имел немедленный успех, и к 1886 году было продано более 30 000 экземпляров. Они стали первым серьезным конкурентом паровой машины на рынке двигателей малого и среднего размера.

Первоначально двигатель Отто использовал светящийся газ (метан) в качестве топлива, но к 1885 году многие циклические двигатели Отто уже были преобразованы в двигатели, работающие на жидком углеводороде (бензине). Разработка гениального поплавкового карбюратора для испарения жидкого топлива в 1892 году немцем Вильгельмом Майбахом (1847–1929) ознаменовала начало автомобильной эры. Немецкому инженеру Карлу Фридриху Бенцу (1844–1929) обычно приписывают создание первого практичного автомобиля с низкоскоростным двигателем, работающим по циклу Отто, работающим на жидком углеводородном топливе, в 1885 году. Он использовал тепло выхлопных газов двигателя для испарения топлива до того, как оно подается в двигатель.

Кто изобрел цикл «Отто»?

Николаус Отто не знал, что четырехтактный двигатель внутреннего сгорания уже был запатентован в 1860-х годах французским инженером Альфонсом Эженом Бо де Роша (1815–1893). Однако на самом деле Рочас не построил и не испытал запатентованный им двигатель. Поскольку Отто был первым, кто сконструировал и запустил двигатель, цикл назван в его честь, а не в честь Рошаса.

В 1878 году шотландский инженер Дугалд Клерк (1854–1932) разработал двухтактную версию цикла Отто, производящую один оборот коленчатого вала за термодинамический цикл (это было похоже на двигатель Ленуара, но с предварительным сжатием). В 1891, Клерк продолжил разработку концепции наддува двигателя внутреннего сгорания. Это увеличило тепловой КПД двигателя за счет дальнейшего сжатия индукционного заряда перед воспламенением.

Хотя двухтактный двигатель Клерка по своей природе был менее экономичным, чем четырехтактный двигатель Отто, он давал более равномерную выходную мощность (что важно только для одно- или двухцилиндровых двигателей) и почти вдвое превосходил мощность по отношению к весу. отношение двигателя Отто. Двухтактный цикл Отто (он так и не стал известен как цикл Клерка) стал успешным в качестве небольшого и легкого двигателя для лодок, газонокосилок, пил и так далее.

Тепловой КПД цикла Отто определяется выражением

(ηT)Otto=(W˙out)netQ˙H=Q˙H−|Q˙L|Q˙H=1−|Q˙L|Q˙ H

, где из рисунка 13.48 |Q˙L|=m˙(u2s−u3) и Q˙H=m˙(u1−u4s).

Тогда тепловой КПД горячего ASC Отто составляет

(ηT)Otthot ASC=1−u2s−u3u1−u4s

для сопровождения Modern Engineering Thermodynamics используются для определения значений удельных внутренних энергий. Поскольку процессы с 1 по 2 S и от 3 до 4 S ISENTROPIC, мы используем колонны V _R в этих таблицах, чтобы найти

V3V4S = VR3VR4 = V2SV1 = VR2VR1 = CR

, где CR = V3/V4S — это CR = V4S. степень изоэнтропического сжатия. Если известны температура и давление на впуске ( T ₃ и p ₃ ), то по таблице можно найти u ₃ и v _{r 3} . Тогда, зная степень сжатия (CR), мы можем найти

vr4= vr3CR  и vr2=vr1×CR

Теперь мы можем найти u _{4 s} и T ₄

Упражнения

43.

Если степень сжатия двигателя цикла Отто, обсуждаемого в примере 13.15, увеличить до 10,0:1, каким будет его новый тепловой КПД холодного ASC? Предположим, что все остальные переменные остаются неизменными. Ответ : ( η _T ) _{Отто холод ASC} = 60,2%.

44.

Найдите p _max и T _max для двигателя с циклом Отто, рассмотренного в примере 13. 15, при уменьшении степени сжатия с 9от 0,00 до 8,00 до 1. Предположим, что все остальные переменные остаются неизменными. Ответ : P _MAX = 1040 фунтов на кв. П. 3 до 300. в ³ . Предположим, что все остальные переменные остаются неизменными. Ответ : (W˙I) _из = 280 л.с.

46.

Определите механический КПД двигателя с циклом Отто в примере 13.15, если фактическая тормозная мощность составляет 88,0 л.с. вместо 85,0 л.с. Предположим, что все остальные переменные остаются неизменными. Ответ : η _м = 36,3%.

Предыдущий пример показывает, что анализ холодного ASC Отто обычно предсказывает тепловой КПД, который намного превышает фактический тепловой КПД. Типичные двигатели внутреннего сгорания с циклом Отто имеют фактический рабочий тепловой КПД в диапазоне 15-25%. Большая разница между тепловым КПД холодного АСК (который содержит по крайней мере один изоэнтропический процесс) и фактическим тепловым КПД обусловлена ​​влиянием второго закона термодинамики через большое количество тепловых и механических необратимостей, присущих этому типу возвратно-поступательного поршня. -цилиндровый двигатель. Чтобы улучшить его фактический тепловой КПД, необходимо уменьшить потери тепла при сгорании и количество движущихся частей в двигателе.

Какой самый маленький двигатель внутреннего сгорания?

Двигатель самолета модели Cox Tee Dee .010 (рис. 13.50) имеет самый маленький двигатель внутреннего сгорания, когда-либо выпускавшийся в производство. Этот удивительный маленький двигатель весит чуть меньше унции и работает со скоростью 30 000 об/мин. Топливо представляет собой 10–20% касторового масла плюс 20–30% нитрометана, смешанного с метанолом. С диаметром отверстия 0,237 дюйма (6,02 мм) и ходом поршня 0,226 дюйма (5,74 мм) он имеет выходную мощность около 5 Вт.

Рисунок 13.50. Двигатель Cox Tee.

Просмотреть главуКнига покупок

Прочитать всю главу

URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780123749963000130

Hiroshi Yamagata, in The Automotive Engines, in The Auto20motive Engines, in The Auto20000

3.

1.1 Функция

На рисунке 3.1 показана типичная сборка поршней, шатунов и коленчатого вала для четырехтактного двигателя. Сначала поршень получает мощность сгорания, а затем шатун передает мощность через поршневой палец. На рисунке 3.2 показаны поршни, используемые для двухтактных двигателей. На рис. 3.3 показаны вид изнутри и снаружи поршня четырехтактного двигателя. На рис. 3.4 показан узел, состоящий из поршня, поршневого кольца и поршневого пальца.

3.1. Кованые поршни из цельнолитого прутка, шатунов и коленчатого вала для рядного четырехцилиндрового двигателя. Выемка под клапан двигателя 〈5 клапанов〉 повышает степень сжатия. Ковка точно штампует формы углубления.

3.2. Поршни двухтактных двигателей изготовлены из алюминиевого сплава порошковой металлургии. В двухтактных двигателях обычно устанавливают два поршневых кольца 〈Глава 4〉. Длинная юбка необходима для газообмена.

3.3. Поршень четырехтактного двигателя, 〈a〉 внутри и 〈b〉 снаружи. Толщина юбки уменьшена до 1,5 мм для облегчения веса. На обоих концах верхнего торца видны три канавки для поршневых колец. Прилив поршневого пальца для поршневого пальца расположен в центре. Высокое контактное давление поршневого пальца может вызвать абразивный износ бобышки.

3.4. Номенклатура каждой порции. Верхняя и верхняя части достигают самой высокой температуры, потому что они непосредственно контактируют с дымовым газом. Поршневое кольцо, помещенное в кольцевую канавку, представляет собой пружинный уплотняющий газ. Поршневой палец представляет собой полую трубку из науглероженной стали. Штифт, вставленный в бобышку, удерживается с обоих концов стопорными кольцами, чтобы не выскочить. Поршневой палец вращается во время работы.

Поршень лучше всего можно описать как подвижную заглушку в отверстии цилиндра. На рис. 3.5 показаны его различные функции. Во-первых, поршень вместе с поршневыми кольцами образуют камеру сгорания с головкой блока цилиндров, герметизируя газы сгорания. Во-вторых, он передает давление сгорания на вращающийся коленчатый вал через поршневой палец и шатун. В-третьих, именно в двухтактном двигателе поршень сам работает как клапан, обмениваясь газами (глава 2). Поршни также должны производиться серийно с низкими затратами.

3.5. Функции поршня для высокой выходной мощности

При воздействии высокотемпературного газа поршень должен совершать возвратно-поступательные движения с высокой скоростью вдоль канала цилиндра. Даже небольшой двигатель может генерировать большую выходную мощность при повышенном числе оборотов. Поршень бензинового двигателя диаметром 56 мм обычно может воспринимать нагрузку около 20 кН и движется со скоростью до 15 м/с. Если количество оборотов предполагается равным 15 000 об/мин, материал поршня достигает числа повторений 10 ⁷ раза за 11 часов. Это число примерно соответствует пределу усталостной прочности материала. Для получения высокой выходной мощности поршень должен быть максимально легким, но при этом оставаться прочным. Например, поршень на рис. 3.1 весит 170 г, тогда как поршень на рис.  3.2 в среднем весит 150 г. Такие легкие конструкции увеличивают нагрузку на материал поршня.

По сравнению с бензиновыми двигателями дизельные двигатели генерируют мощность при относительно низких оборотах, хотя при этом требуется более высокое давление в цилиндре. На рис. 3.6 показан поршень дизельного двигателя с непосредственным впрыском и камерой сгорания. Повышенный спрос на дизельные двигатели сегодня требует высокой производительности при высокой эффективности с низким уровнем выбросов. Большинство дизельных двигателей с непосредственным впрыском, используемых в автомобилях в 2003 году, достигли удельной выходной мощности до 40 кВт/л. В этих двигателях используется поршень с камерой сгорания, расположенной по центру. Второе поколение систем впрыска под высоким давлением (common rail и насос-форсунка) привело к увеличению давления в цилиндрах до пиковых значений 18 МПа. Эта увеличенная мощность повысила температуру головки поршня до 350 °C на краю камеры сгорания. По сравнению с поршнями бензиновых двигателей, дизельным двигателям требуется поршень с гораздо большей прочностью, чтобы выдерживать эти высокие температуры.

3.6. Алюминиевый поршень для дизельного двигателя с прямым впрыском. Край камеры сгорания армирован волокном. Канавка верхнего кольца усилена держателем колец Niresist.

Легкий алюминиевый сплав был наиболее широко используемым материалом. Первый поршень из алюминиевого сплава появился в начале 20 века сразу после изобретения технологии электролитической плавки алюминия в 1886 году. В то время в двигателях внутреннего сгорания использовались поршни из чугуна. Ключевой вопрос заключался в том, сможет ли алюминий с температурой плавления всего 660 °C противостоять горячему дымовому газу. На рис. 3.7 описаны основные требования и методы армирования алюминиевых и железных поршней.

3.7. Конструкции и процессы изготовления автомобильных поршней.

Просмотр книги Глава Чита

Читать полная глава

URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/b9781855737426500038

Джон Б. Хейвуд, в энергетической иэнерге

6 ВЫБРОСЫ ДВИГАТЕЛЯ WANKEL

Рабочий цикл двигателя Ванкеля ⁶⁰ , ⁶¹ имеет ту же последовательность процессов, что и четырехтактный цикл поршневого двигателя SI. Однако из-за геометрии Ванкеля существуют важные различия между процессами сгорания Ванкеля и обычными двигателями, которые влияют на характеристики выбросов. В современных двигателях Ванкеля выбросы углеводородов двигателя выше, CO примерно такие же, а NO _x ниже, чем у эквивалентного поршневого двигателя. Однако в литературе имеются лишь ограниченные данные о выбросах двигателей Ванкеля. Поскольку выбросы CO двигателя зависят от эквивалентного соотношения топлива и воздуха аналогично обычному поршневому двигателю, мы не будем их далее обсуждать.

Просмотреть главуКнига покупок

Прочитать главу полностью

URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780080247809500162

Цикл четырехтактного двигателя

Большинство двигателей внутреннего сгорания работают по одному из двух принципов работы: двухтактный цикл или четырехтактный цикл. Четырехтактные двигатели являются преобладающим типом в авиации общего назначения и составляют тему этого поста.

Содержание

Циклы поршневых двигателей

Поршневые двигатели классифицируются в соответствии с количеством отдельных шагов, которые двигатель выполняет за один полный цикл двигателя. Двухтактные двигатели совершают цикл за один оборот коленчатого вала двумя движениями; ход поршня вверх и вниз, который включает в себя впуск, сжатие, сгорание и выпуск. Двухтактные двигатели распространены на сверхлегких и некоторых небольших сверхлегких самолетах, поскольку эти двигатели имеют меньшее количество деталей, что делает их более простыми в эксплуатации и более дешевыми в приобретении и обслуживании.

Четырехтактные двигатели являются наиболее распространенным типом двигателей, используемых в авиации общего назначения, и именно этот тип двигателя мы будем изучать далее. Четырехтактному двигателю требуется два оборота коленчатого вала для завершения одного цикла двигателя, при этом поршень перемещается на 180 ° для завершения каждого шага цикла. Четырехтактный цикл включает этапы впуска и сжатия (один оборот коленчатого вала) и этап мощности и выпуска (один оборот коленчатого вала).

Номенклатура циклов

Существует ряд определений, которые следует хорошо понять, прежде чем переходить к подробностям четырехтактного цикла. См. изображение ниже и определения под изображением.

Рисунок 1: Диаметр отверстия и ход поршня, движущегося в цилиндре

Верхняя мертвая точка (ВМТ) – это относится к положению поршня, когда он находится в верхней точке своего хода. Поршень расположен в верхней части головки цилиндров, а шатунная шейка находится в самом верхнем положении.

Нижняя мертвая точка (НМТ) – это точка в цикле, когда поршень находится в нижней точке своего хода, а шатунная шейка находится в самом нижнем положении.

Ход – Ход двигателя – это возвратно-поступательное расстояние, которое поршень перемещает в цилиндре от НМТ до ВМТ.

Отверстие – относится к внутреннему диаметру цилиндра.

Степень сжатия – объем пространства в цилиндре можно определить при положении поршня в НМТ и в ВМТ. Соотношение между ними дает степень сжатия. Например, двигатель со степенью сжатия, равной 9, имеет объем в цилиндре в девять раз больше, когда поршень находится в НМТ, чем в ВМТ. 92}{4}\times Ход
$$
Где:
\( D: \) Диаметр цилиндра
\( S.V.: \) Рабочий объем

Четырехтактный цикл

Пока двигатель работает, он продолжайте непрерывно повторять четыре шага четырехтактного цикла. Каждый шаг в цикле представляет собой перемещение поршня на 180°, что соответствует половине оборота коленчатого вала. Поскольку для завершения одного четырехтактного цикла требуется два оборота коленчатого вала, полный цикл будет завершен на половине оборотов двигателя, например, двигатель, работающий на 3000 об/мин, совершит 1500 полных циклов за одну минуту.

Двигатель всегда завершает цикл в одном и том же порядке:

Рисунок 2: Элементы четырехтактного цикла

Впуск или впуск

Целью впуска или такта впуска является всасывание смеси воздуха и топлива в цилиндр . Этот ход происходит при движении поршня вниз от ВМТ к НМТ. Впускной клапан должен быть открыт, чтобы топливовоздушная смесь могла попасть в цилиндр, в то время как выпускной клапан остается закрытым. Движение поршня вниз приводит к падению давления в цилиндре, в результате чего смесь всасывается в полость, оставшуюся после движения поршня.

Рисунок 3: Такт впуска или впуска

Сжатие

Как следует из названия, целью такта сжатия является сжатие топливно-воздушной смеси, которая всасывается в головку блока цилиндров до того, как произойдет воспламенение. Это достигается за счет движения поршня вверх от НМТ к ВМТ. Движение поршня уменьшает объем, занимаемый смесью, вызывая повышение давления и температуры внутри цилиндра. Впускной и выпускной клапаны остаются закрытыми на протяжении большей части хода (впускной клапан остается открытым примерно на 50° после НМТ, чтобы обеспечить поступление в цилиндр оптимального количества смеси). Когда поршень приближается к ВМТ, срабатывает свеча зажигания, воспламеняющая смесь. Искра синхронизирована таким образом, что инерция поршня, движущегося вверх, не задерживается зажиганием, а продолжается до ВМТ, где заканчивается ход поршня.

Рисунок 4: Такт сжатия

Мощность

Быстро расширяющийся газ, воспламеняемый свечой зажигания, вызывает скачок давления внутри цилиндра, заставляя поршень вернуться из ВМТ в НМТ. По мере движения поршня вниз увеличивающийся объем вызывает снижение давления и температуры в цилиндре. Именно этот рабочий ход заставляет вращаться коленчатый вал, который в конечном итоге приводит в движение воздушный винт и создает тягу. Впускной и выпускной клапаны остаются закрытыми большую часть рабочего хода, а выпускной клапан открывается непосредственно перед тем, как поршень достигает НМТ. Время открытия клапана установлено таким образом, чтобы обеспечить выработку максимальной мощности и в то же время обеспечить наиболее эффективный выброс сгоревших газов во время такта выпуска.

Рисунок 5: Рабочий ход

Выпуск

Выпускной клапан открывается непосредственно перед завершением рабочего такта и остается открытым во время движения поршня от НМТ к ВМТ. Движение поршня выталкивает выхлопные газы через открытый выпускной клапан, очищая цилиндр до начала такта впуска. Это завершает цикл, и поршень снова начинает двигаться вниз по мере повторения шага индукции.

Рисунок 6: Такт выпуска

Полный четырехтактный цикл

Полный цикл показан на изображении ниже.

Рисунок 7: Полный четырехтактный цикл

Работа клапана

Одним из фундаментальных свойств всей материи является то, что она обладает массой и, следовательно, инерцией. Это означает, что топливно-воздушная смесь, как и твердое тело, подчиняется законам Ньютона и требует силы для преодоления ее инерции и ускорения в цилиндре. Эта сила возникает из-за падения давления в цилиндре при движении поршня вниз, но движение газа не является мгновенным. Следовательно, открытие впускного и выпускного клапанов в ВМТ и НМТ соответственно не приведет к максимальной мощности, вырабатываемой двигателем из-за инерции газа. В результате впускной и выпускной клапаны открываются и закрываются не в ВМТ или НМТ, а по обе стороны от этих положений для обеспечения оптимальной производительности. Важно помнить, что поршни движутся с очень высокими оборотами во время нормальной работы двигателя, из-за чего газу очень трудно успевать за движением поршня.

Привод клапана — клапан открывается преждевременно (до ВМТ или НМТ) для оптимальной работы двигателя.

Запаздывание клапана – закрытие клапана задерживается (после ВМТ или НМТ) для улучшения работы двигателя.

	Провод клапана	Задержка клапана
Впускной клапан	Впускной клапан открывается до достижения ВМТ во время такта выпуска, чтобы подготовить цилиндр к приему топливно-воздушной смеси в начале такта впуска.	Впускной клапан не закрывается при достижении НМТ во время такта впуска, а с задержкой до тех пор, пока поршень не пройдет НМТ и не начнет такт сжатия.
Выпускной клапан	Выпускной клапан открывается в конце рабочего такта непосредственно перед достижением НМТ. Это позволяет наиболее эффективно выпускать газ во время такта выпуска.	Выпускной клапан немного закрыт после ВМТ, как только начинается такт впуска. Это помогает удалить весь выхлопной газ, поскольку свежая смесь, поступающая в цилиндр, вытесняет последний оставшийся газ.

Опережение и запаздывание клапана приводит к периоду вокруг ВМТ и НМТ, когда впускной и выпускной клапаны открыты одновременно. Этот период определяется как перекрытие клапана . На изображении ниже представлено графическое представление цикла четырехтактного двигателя, где периоды перекрытия клапанов можно увидеть по перекрытию двух цветных дуг.

Рисунок 8: Области перекрытия клапанов в цикле четырехтактного двигателя

Цикл Отто

Описанный выше четырехтактный цикл приводит к изменению давления и объема газа внутри цилиндра, когда поршень перемещается вверх и вниз через различные ходы цикл. Термодинамическое представление этого цикла называется циклом Отто, названным в честь немецкого инженера 9. 0165 Николаус Отто ; первый человек, построивший работающий четырехтактный двигатель в 1860-х гг.

Цикл Отто может быть представлен на графике с Объемом по оси X и Давлением по оси Y, и описывает четырехтактный цикл следующим образом:

Рисунок 9: Цикл Отто

Процесс 0–1: газообразная топливно-воздушная смесь (заряд) фиксированной массы втягивается в систему цилиндров при постоянном давлении (такт впуска).

Процесс 1–2: заряд адиабатически сжимается (при условии отсутствия потерь тепла в окружающую среду) по мере того, как поршень движется от НМТ к ВМТ (такт сжатия).

Процесс 2–3: заряд воспламеняется свечой зажигания, что приводит к быстрому увеличению давления в цилиндре. Это происходит при постоянном объеме и представляет собой момент, когда поршень находится в ВМТ, прежде чем двигаться вниз для завершения рабочего такта.

Процесс 3–4: Воспламененный заряд заставляет поршень двигаться вниз, что приводит к адиабатическому (изоэнтропическому) расширению газа (рабочий ход).

Процесс 4–1: Вся энергия (тепло), выделяемая при сгорании заряда, преобразуется в движение цилиндра вниз, и тепло рассеивается в процессе с постоянным объемом, пока поршень находится в НМТ.

Процесс 1–0: масса воздуха и любого остаточного топлива, которое остается после сгорания, выбрасывается в атмосферу через открытый выпускной клапан в процессе постоянного давления (такт выпуска).

Нумерация цилиндров и порядок включения

Важно понимать, что не все цилиндры в любом двигателе выполняют одну и ту же часть цикла в одно и то же время; скорее, каждый из них срабатывает в определенной последовательности, предназначенной для обеспечения бесперебойной работы двигателя и непрерывной подачи мощности на винт. Производители авиационных двигателей всегда маркируют каждый цилиндр двигателя и публикуют порядок работы двигателя.

Порядок зажигания разработан для максимально возможной балансировки двигателя за счет обеспечения (в случае горизонтально расположенного двигателя) движения противоположных поршней в одном направлении. В четырехтактном четырехцилиндровом двигателе каждый цилиндр должен выполнять один из четырех тактов в любой момент времени.

Преждевременное зажигание и детонация

Преждевременное зажигание и детонация — это два отдельных, но сходных явления, которые приводят к преждевременному воспламенению топливно-воздушного заряда, что приводит к повреждению поршней и потере мощности.

Преждевременное зажигание: это относится к воспламенению топливно-воздушной смеси до зажигания свечи зажигания и вызвано любым источником в цилиндре, достаточно горячим, чтобы спровоцировать воспламенение. Распространенными причинами преждевременного зажигания являются горячие точки в камере сгорания, горячий выпускной клапан, перегретая свеча зажигания или тлеющие частицы углерода, отложившиеся в цилиндре. Преждевременное зажигание обычно происходит в одном цилиндре (самом горячем цилиндре), тогда как детонация происходит во всех цилиндрах одновременно.

Детонация (детонация): во время такта сжатия топливно-воздушный заряд подвергается быстрому повышению давления и температуры по мере уменьшения объема. Чем выше степень сжатия двигателя, тем горячее становится заряд. При очень высоких степенях сжатия может возникнуть ситуация, когда заряд мгновенно воспламенится (взорвется) до назначенного момента сгорания. Это известно как детонация и вызывает молотообразный удар по поршню вместо контролируемого плавного толчка во время рабочего такта. Детонация может произойти при использовании топлива с неправильным октановым числом. Топливо с более высоким октановым числом способно выдерживать большее сжатие перед воспламенением; поэтому крайне важно использовать топливо с правильным октановым числом для конкретного двигателя. Если рекомендуемое топливо с октановым числом недоступно, следует использовать следующее топливо с самым высоким октановым числом. Использование топлива с октановым числом ниже рекомендуемого может привести к детонации.

Детонация может произойти даже при использовании топлива с правильным октановым числом. Следующие факторы также могут вызвать детонацию, если их не устранить во время полета:

• Полеты с более высоким давлением во впускном коллекторе, чем рекомендуется – это приведет к повышению температуры и давления в головке цилиндров за пределы нормальных рабочих пределов.
• Полеты на слишком бедной смеси – более бедные смеси повышают температуру головки блока цилиндров. Детонация может произойти при добавлении мощности, но без обогащения смеси перед этим.
• Повышение температуры головки блока цилиндров сверх нормальных рабочих пределов из-за отсутствия аэродинамического охлаждения. Авиационные двигатели с воздушным охлаждением могут перегреваться при наборе высоты, если за ними не следить. Может оказаться необходимым уменьшить скорость набора высоты или выполнить ступенчатый набор высоты в тех случаях, когда температура головки блока цилиндров приближается к предельным значениям.

На этом мы подошли к концу нашего обсуждения цикла четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. В следующем посте мы перейдем к более практическим аспектам эксплуатации поршневого самолета. Мы начнем с кабины и обсудим приборы двигателя, общие для большинства легких самолетов, прежде чем перейти к некоторым общим проблемам двигателя; как их диагностировать и что делать, если вы увидели их во время полета.

Вам понравился этот пост? Почему бы не продолжить чтение этой серии статей об авиационных поршневых двигателях и их системах?

Пред.: Знакомство с двигателями внутреннего сгорания

След.: Эксплуатация поршневого двигателя

2-тактный Vs. Четырехтактные двигатели: в чем разница?

Автомобильные двигатели изменились за прошедшие годы, но остались две основные конструкции бензиновых двигателей внутреннего сгорания: 2-тактный и 4-тактный. Хотя мы уверены, что вы хотя бы слышали эти термины раньше, вы действительно знаете разницу между ними? Как они работают и что лучше? Читайте дальше, чтобы узнать ответы!

Как работают двигатели внутреннего сгорания и что вообще такое «такт»?

Чтобы понять, чем отличаются эти два двигателя, сначала необходимо ознакомиться с основами.

Во время цикла сгорания двигателя поршень движется вверх и вниз внутри цилиндра. Термины «верхняя мертвая точка» (ВМТ) и «нижняя мертвая точка» (НМТ) относятся к положению поршня в цилиндре. ВМТ — это его ближайшее к клапанам положение, а НМТ — наиболее удаленное от них положение. А с такт — это когда поршень движется от ВМТ к НМТ, или наоборот. A c ombustion  r evolution или c ombustion  c ycle  – это полный процесс всасывания газа и воздуха в поршень, его воспламенения и выброса выхлопных газов: вниз по цилиндру, пропуская смесь меха и воздуха в камеру сгорания

Разница между 2-тактным и 4-тактным двигателем

Разница между 2-тактным и 4-тактным двигателем заключается в том, насколько быстро происходит этот процесс цикла сгорания, в зависимости от количества перемещений поршня вверх и вниз во время каждый цикл.

4-тактный:

В 4-тактном двигателе за каждый оборот поршень совершает 2 такта: один такт сжатия и один такт выпуска, за каждым из которых следует обратный ход. Свечи зажигания срабатывают только один раз за каждый второй оборот, а мощность вырабатывается каждые 4 хода поршня. Эти двигатели также не требуют предварительного смешивания топлива и масла, так как имеют отдельный отсек для масла.

Посмотрите это краткое видео для дальнейшего описания работы 4-тактного двигателя: