Рабочий процесс четырехтактного двигателя дизельного: 4ех тактный дизельный двигатель внутреннего сгорания

Рабочий цикл четырехтактного дизеля


Категория:

   Устройство и работа двигателя


Публикация:

   Рабочий цикл четырехтактного дизеля


Читать далее:

   Рабочий цикл двухтактного дизеля

Рабочий цикл четырехтактного дизеля

Вариант 1 – Вариант 2 – Вариант 3

Вариант 1

Рабочий цикл четырехтактного дизеля (двигателя с воспламенением от сжатия) включает следующие такты: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

Впуск. При такте впуска поршень перемещается от в. м. т. до н. м. т., и через открытый впускной клапан в цилиндр из впускного трубопровода поступает чистый воздух. В этом заключается основное отличие дизеля от карбюраторного двигателя, где при такте впуска в цилиндр поступает горючая смесь. Ввиду того что впускная система дизеля значительно проще, чем у карбюраторного двигателя, и оказывает меньшее сопротивление проходу воздуха, давление в цилиндре в конце впуска равно 0,85—0,95 кГ/см2, т. е. цилиндр заполняется лучше. Температура заряда в конце впуска равна 60-70° С.

Рис. 1. Рабочий цикл четырехтактного дизеля:
а — впуск; б — сжатие; в — рабочий ход; г — выпуск

Сжатие. Во время такта сжатия (рис. 1, б) поршень перемещается от н. м. т. до в. м. т. при закрытых клапанах и производит сжатие поступившего в цилиндр воздуха.

В дизелях применяется значительно более высокая степень сжатия, чем в карбюраторном и газовом двигателях, достигающая 16—17, так как при сжатии чистого воздуха нет опасности возникновения детонационного сгорания смеси. В конце такта сжатия давление в цилиндре возрастает до 30—35 кГ/сма, а температура воздуха повышается до 600—700 °С.

Рабочий ход. Перед рабочим ходом (рис. 1, в) в конце такта сжатия в цилиндр через форсунку при помощи топливного насоса под большим давлением впрыскивается тяжелое жидкое топливо в мелкораспыленном состоянии. Частицы топлива, соприкасаясь с воздухом, имеющим высокую температуру, быстро сгорают; при этом выделяется большое количество тепла, в результате чего температура в цилиндре повышается до 1800—2000 °С, а давление — до 50—60 кГ/см. Под действием давления газов поршень перемещается к н. м. т., и происходит рабочий ход. Оба клапана при этом закрыты. При рабочем ходе газы, образовавшиеся вследствие сгорания топлива, расширяются и давление их к концу рабочего хода падает до 3—4 кГ/см2, а температура снижается до 800—600 °С.

Выпуск. При такте выпуска (рис. 1, г) поршень перемещается от н. м. т. до в. м. т. и через открытый выпускной клапан выталкивает отработавшие газы, очищая цилиндр. Давление в цилиндре к концу выпуска падает до 1,05—1,15 кГ/см2, а температура — до 200—300 °С.

При дальнейшем вращении коленчатого вала все перечисленные такты повторяются в такой же последовательности.

Большие значения степени сжатия в дизелях обеспечивают высокую экономичность работы этих двигателей. Предельное значение степени сжатия в дизелях ограничивается величиной возрастающих потерь на трение в кривошипно-шатунном механизме, прочностью деталей и условиями пуска двигателя. По четырехтактному циклу работают дизели ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238.

Вариант 2

Рабочий цикл четырехтактного дизеля, как и рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя, состоит из четырех повторяющихся тактов: впуска, сжатия, расширения, или рабочего хода, и выпуска. Однако рабочий цикл дизеля существенно отличается от рабочего цикла карбюраторного 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 раскаленный воздух из форсунки впрыскивается мелкораспылеиное топливо, воспламеняющееся не от электрической искры, а от соприкосновения с горячим воздухом. Поэтому дизель иногда называют двигателем с воспламенением от сжатия.

Первый такт — наполнение цилиндра воздухом. При движении поршня (рис. 2, а) от в. м. т. до н. м. т. в цилиндре создается разрежение. Впускной клапан открывается, и цилиндр наполняется воздухом, который предварительно проходит через воздухоочиститель. Давление воздуха в цилиндре (у прогретого двигателя) при такте впуска составляет 80—90 кН/м2 (0,8 — 0,9 кгс/см?), а температура до 50—80 °С.

Второй такт — сжатие воздуха. Поршень (рис. 2, б) движется от н. м. т. до в. м. т., впускной и выпускной клапаны закрыты. Объем воздуха уменьшается, а его давление и температура увеличиваются. Дизели работают с высокими степенями сжатия — от 13 до 22. В конце сжатия давление воздуха внутри цилиндра повышается до 4000—5000 кН/м2 (40—50 кгс/см2), а температура до 600—700 °С. Для надежной работы двигателя температура сжатого воздуха в цилиндре дизеля должна быть значительно выше температуры самовоспламенения топлива.

Рис. 2. Схема рабочего цикла четырехтактного одноцилиндрового дизеля:
а — впуск воздуха; б — сжатие воздуха; в — рабочий ход; г — выпуск отработавших газов; 1 — цилиндр; 2 — топливный яасос; 3 = поршень; 4 – форсунка; 5 — впускной клапан; 6 — выпускной клапан

Третий такт — рабочий ход. Оба клапана (рис. 2, в) закрыты. При положении поршня около в. м. т. в сильно нагретый и сжатый воздух из форсунки 4 впрыскивается мелкораспыленное топливо под большим давлением 13 000—18 500 кН/м2 (130—185 кгс/см2), создаваемым топливным насосом. Топливо перемешивается с воздухом, нагревается и воспламеняется. Часть топлива сгорает при движении поршня к в. м. т., т. е. в конце такта сжатия, а другая часть при движении поршня вниз в начале такта расширения. Образующиеся при сгорании топлива газы увеличивают внутри цилиндра двигателя давление до 6000—8000 кН/м2 (60—80 кгс/см2) и температуру до 1800 — 2000 °С. Горячие газы расширяются и давят на поршень, который перемещается от в. м. т. до н. м. т., совершая рабочий ход.

Четвертый такт — выпуск. Поршень перемещается от н. м. т. до в. м. т. (рис. 2, г) и через открытый клапан вытесняет отработавшие газы из цилиндра. Давление и температура в конце выпуска соответственно равны 110—120 кН/м2 (1,1—1,2 кгс/см2) и 600—700 °С. После такта выпуска рабочий цикл дизеля повторяется в рассмотренной последовательности.

Вариант 3

В отличие от карбюраторного двигателя в цилиндр дизеля воздух и топливо вводятся раздельно. Сначала цилиндр дизеля заполняется воздухом. Затем воздух подвергается сжатию, в результате чего его температура и давление значительно повышаются. В конце такта сжатия в цилиндр вводится мелко распыленное жидкое топливо, которое самовоспламеняется от соприкосновения с горячим воздухом.

Рабочий цикл бескомпрессорного четырехтактного дизеля протекает следующим образом.

1. Такт впуска. Поршень движется от в. м. т. к н. м. т., впускной клапан открыт, и в цилиндр поступает воздух. Изменение объема и соответствующего ему давления характеризуется кривой впуска га на индикаторной диаграмме.
2. Такт сжатия. Оба клапана закрыты. Поршень движется от н. м. т. к в. м. т. и сжимает воздух. Вследствие большой степени сжатия (порядка 15—20) давление и температура воздуха в конце такта сжатия сильно возрастают. Температура сжатого воздуха становится выше температуры воспламенения топлива. Изменение давления в такте сжатия характеризуется кривой ас на диаграмме.

Рис. 3. Рабочий цикл одноцилиндрового четырехтактного дизеля:
— такт впуска; б — такт сжатия: в — такт расширения; г — такт выпуска.

Рис. 4. Индикаторная диаграмма четырехтактного дизеля.

В конце такта сжатия (при положении поршня, близком к в.м.т.) в цилиндр через форсунку впрыскивается тонко распыленное жидкое топливо.

Топливо, впрыснутое в цилиндр, смешивается с нагретым воздухом и остаточными газами, образуя рабочую смесь, которая воспламеняется. Часть топлива быстро сгорает при постоянном объеме. Изменение давления при этом иллюстрируется кривой cz’ на индикаторной диаграмме.

3. Такт расширения. Оба клапана закрыты. Поршень перемещается от в.м.т. к н.м.т. В начале движения поршня сгорает остальная часть топлива, поэтому в цилиндре в течение небольшого отрезка времени поддерживается почти постоянное давление. Кривая z’z на индикаторной диаграмме отображает процесс предварительного расширения газов. Далее при движении поршня к н.м.т. в связи с увеличением объема уменьшается давление газов в цилиндре. Кривая zb на индикаторной.

Рис. 5. Схема устройства и работы двухтактного карбюраторного двигателя:
1 — канал, идущий из кривошипной камеры; 2 — продувочное окно; 3 — поршень; 4 — цилиндр; 5 —свеча; 6 — выпускное окно; 7 — впускное окно; 8 — карбюратор; 9 — кривошипная камера.

4. Такт выпуска. Выпускной клапан открывается. Поршень движется от н. м. т. к в. м. т. и через открытый клапан выталкивает отработавшие газы в атмосферу. Такт выпуска на индикаторной диаграмме показан в виде кривой.

У двигателей обоих типов 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 (подготовительных) тактов — выпуске, впуске и сжатии — перемещение поршня происходит за счет механической энергии, накопленной маховиком во время такта расширения.

Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя.

Рабочий
цикл четырехтактного дизельного
двигателя проходит в той же
последовательности, что и цикл
четырехтактного карбюраторного
двигателя. Отличие заключается в
характере протекания рабочего цикла,
в способе смесеобразования и воспламенения
топлива.

Первый
такт – впуск

(рис.
1, а). Поршень 5 движется от в.м.т. к н.м.т.,
впускной клапан 1 открыт. В цилиндр 4 под
действием перепада давления в атмосфере
и цилиндре поступает воздух, перемешиваясь
с остаточными газами. Давление в конце
такта 0,08…0,09 МПа, температура воздуха
320…340 К.

Второй
такт – сжатие
 (рис.
1, б). Оба клапана закрыты. Поршень 5
движется от н.м.т. к в.м.т., сжимая воздух.
Вследствие большой степени сжатия
(14… 18) давление в конце этого такта
достигает 3,5…4 МПа, а температура —
750…950 К (превышает температуру
самовоспламенения топлива). При положении
поршня, близком к в.м.т., в цилиндр через
форсунку 2 впрыскивается жидкое топливо,
подаваемое насосом 6 высокого давления.
Форсунка обеспечивает тонкое распыление
топлива в сжатом воздухе. Топливо,
впрыснутое в цилиндр, смешивается с
нагретым воздухом и остаточными газами,
образуя рабочую смесь. Большая часть
топлива воспламеняется и сгорает.
Температура газов достигает 1900…2400 К,
а давление — 5,5…9 МПа.

Третий
такт – расширение
 (рабочий
ход) (рис. 1, в). Оба клапана закрыты.
Поршень 5 под давлением расширяющихся
газов движется от в.м.т. к н.м.т. и через
шатун вращает коленчатый вал, совершая
полезную работу. В начале такта сгорает
остальная часть топлива. К концу рабочего
хода давление газов уменьшается до
0,2…0,3 МПа, температура — до 900… 1200 К.

Четвертый
такт – выпуск
 (рис.
1, г). Выпускной клапан 3 открывается.
Поршень 5 движется от н.м.т. к в.м.т. и
через открытый клапан выталкивает
отработавшие газы из цилиндра в атмосферу.
К концу такта давление газов 0,11…0,12 МПа,
температура 650…900 К.

Рис.
1. Рабочий цикл одноцилиндрового
четырехтактного дизеля:
а — такт
впуска; б — такт сжатия; в — такт
расширения; г —такт выпуска; 1—впускной
клапан; 2 — форсунка; 3— выпускной клапан;
4— цилиндр; 5—поршень; 6—топливный насос
высокого давления

Далее
рабочий цикл повторяется.

В
течение рабочего цикла описанных
двигателей только при рабочем ходе
поршень перемещается под давлением
газов и посредством шатуна приводит во
вращательное движение коленчатый вал.
При выполнении остальных тактов (выпуска,
впуска и сжатия) поршень нужно перемещать,
вращая коленчатый вал. Это вспомогательные
такты, которые осуществляются за счет
кинетической энергии, накопленной
маховиком во время рабочего хода.
Маховик, обладающий значительной массой,
крепят на конце коленчатого вала.

Назначение.

Система
смазки (другое наименование — смазочная
система) предназначена для снижения
трения между сопряженными деталями
двигателя. Кроме выполнения основной
функции система смазки обеспечивает
охлаждение деталей двигателя, удаление
продуктов нагара и износа, защиту деталей
двигателя от коррозии.

Устройство.

Система
смазки двигателя включает поддон картера
двигателя с маслозаборником, масляный
насос, масляный фильтр, масляный радиатор,
которые соединены между собой магистралями
и каналами.

Поддон
картера двигателя

предназначен
для хранения масла. Уровень масла в
поддоне контролируется с помощью щупа,
а также с помощью датчика уровня и
температуры масла.

Масляный
насос предназначен

для закачивания масла в систему. Масляный
насос может приводиться в действие
от коленчатого вала
двигателя, распределительного вала
или дополнительного приводного вала.
Наибольшее применение на двигателях
нашли масляные насосы шестеренного
типа.

Масляный
фильтр

служит для очистки масла от продуктов
износа и нагара. Очистка масла происходит
с помощью фильтрующего элемента, который
заменяется вместе с заменой масла.

Для
охлаждения моторного масла используется
масляный радиатор. Охлаждение масла в
радиаторе осуществляется потоком
жидкости из системы охлаждения.

Давление
масла в системе контролируется специальным
датчиком, установленным в масляной
магистрали. Электрический сигнал от
датчика поступает к контрольной лампе
на приборной панели. На автомобилях
также может устанавливаться указатель
давления масла.

Датчик
давления масла может быть включен
в систему управления двигателем,
которая при опасном снижении давления
масла отключает двигатель.

На
современных двигателях устанавливается датчик
уровня масла и соответствующая ему
сигнальная лампа на панели приборов.
Наряду с этим, может устанавливаться
датчик температуры масла.

Для
поддержания постоянного рабочего
давления в системе устанавливается
один или несколько редукционных
(перепускных) клапанов. Клапаны
устанавливаются непосредственно в
элементах системы: масляном насосе,
масляном фильтре.

Принцип
действия системы смазки.

В
современных двигателях применяется
комбинированная система смазки, в
которой часть деталей смазывается под
давлением, а другая часть – разбрызгиванием
или самотеком (рис. 2).

Смазка
двигателя осуществляется циклически.
При работе двигателя масляный насос
закачивает масло в систему. Под давлением
масло подается в масляный фильтр, где
очищается от механических примесей.
Затем по каналам масло поступает к
коренным и шатунным шейкам (подшипникам)
коленчатого вала, опорам распределительного
вала, верхней опоре шатуна для смазки
поршневого пальца.

На
рабочую поверхность цилиндра масло
подается через отверстия в нижней опоре
шатуна или с помощью специальных
форсунок.

Остальные
части двигателя смазываются разбрызгиванием.
Масло, которое вытекает через зазоры в
соединениях, разбрызгивается движущимися
частями кривошипно-шатунного и
газораспределительного механизмов.
При этом образуется масляный туман,
который оседает на другие детали
двигателя и смазывает их.

Рис.
2. 1 – масляный
поддон, 2 – датчик уровня и температуры
масла, 3 – масляный насос, 4 – редукционный
клапан, 5 – масляный радиатор, 6 – масляный
фильтр, 7 – перепускной клапан, 8 –
обратный клапан, 9 – датчик давления
масла, 10 – коленчатый вал, 11 – форсунки,
12 – распределительный вал выпускных
клапанов, 13 – распределительный вал
впускных клапанов, 14 – вакуумный насос,
15 – турбонагнетатель, 16 – стекание
масла, 17 – сетчатый фильтр, 18 – дроссель

Под
действием сил тяжести масло стекает в
поддон и цикл смазки повторяется.

На
некоторых спортивных автомобилях
применяется система смазки с сухим
картером. В данной конструкции масло
храниться в специальном масляном баке,
куда закачивается из картера двигателя
насосом. Картер двигателя всегда остается
без масла – «сухой картер». Применение
данной конструкции обеспечивает
стабильную работу системы смазки во
всех режимах, независимо от положения
маслозаборника и уровня масла в картере.

4-тактный дизельный двигатель Анимация работы… | Стоковое видео

Сэкономьте до 20% на первом заказе •
Apply HELLO20

Похожие категории

  • строительство,

  • 4к,

  • рабочий,

  • инсульт,

  • технология,

  • автомобиль,

  • инновации,

  • техника,

  • поршень,

  • промышленность,

  • шестерни,

  • машина,

  • металл,

  • спорт,

  • анимация

Как работает четырехтактный дизельный двигатель (двигатель с воспламенением от сжатия)?

В этой статье я собираюсь описать вам, как работает четырехтактный дизельный двигатель. Дизельный двигатель, также известный как двигатель с воспламенением от сжатия, широко используется в автомобильной промышленности. Многие крупные транспортные средства, такие как грузовики, автобусы, легковые автомобили и т. д., используют дизельные двигатели в качестве силовой установки из-за их более высокого крутящего момента и большего пробега, чем у бензиновых двигателей. Дизельный двигатель очень популярен на рынке Индии, а также в других странах из-за более низкой цены на дизельное топливо, чем на бензин. Таким образом, требования к дизельному двигателю намного больше, чем к бензиновому двигателю. Температура воспламенения дизеля ниже, чем у бензина, поэтому работа дизельного двигателя немного отличается от бензинового.

Работа четырехтактного дизельного двигателя

Процесс выработки электроэнергии в четырехтактном дизельном двигателе также разделен на четыре части. Каждая часть известна как ход поршня. В двигателе внутреннего сгорания ход поршня относится к максимальному расстоянию, пройденному поршнем в одном направлении. Поршень может свободно перемещаться только в направлении вверх и вниз. В четырехтактном двигателе поршень движется два раза вверх и два раза вниз, а коленчатый вал совершает два полных оборота, чтобы завершить четырехпоршневой цикл. Это такт всасывания, такт сжатия, такт расширения и такт выпуска.

Ход всасывания:

В такте всасывания или такте впуска дизельного двигателя поршень начинает двигаться от верхнего конца цилиндра к нижнему концу цилиндра, и одновременно открывается впускной клапан. В это время воздух под атмосферным давлением всасывается внутрь цилиндра через впускной клапан насосом. Впускной клапан остается открытым до тех пор, пока поршень не достигнет нижнего конца цилиндра. После этого впускной клапан закрывают и герметизируют верхний торец цилиндра.

Читайте также:

  • Какие существуют типы двигателей
  • Как работает электронная система зажигания?
  • В чем разница между бензиновым и дизельным двигателем?

Такт сжатия:

Пройдя нижний конец цилиндра, поршень начинает двигаться вверх. Оба клапана закрыты, и цилиндр в это время герметичен. Поршень движется вверх. Это движение поршня сжимает воздух в небольшое пространство между верхней частью поршня и головкой блока цилиндров. Воздух сжимается до 1/22 или меньше своего первоначального объема. Благодаря этому сжатию внутри цилиндра создается высокое давление и температура. Ни впускной, ни выпускной клапаны не открываются ни на одной из частей этого такта. В конце такта сжатия поршень находится в верхней части цилиндра.

Рабочий ход:

Узнайте, как работают четырехтактные двигатели…

Пожалуйста, включите JavaScript такта сжатия, когда поршень находится в верхней части цилиндра, в цилиндр впрыскивается дозированное количество дизельного топлива с помощью топливной форсунки. Тепло сжатого воздуха воспламеняет дизельное топливо и создает высокое давление, которое толкает поршень вниз. Шатун передает эту силу на коленчатый вал, который вращается, приводя в движение автомобиль. В конце рабочего такта поршень достигает нижнего конца цилиндра.