В связи с возвратно-поступательным движением поршня сгорание топлива в поршневых двигателелях возможно лишь последовательными порциями, причем сгоранию каждой порции должен предшествовать ряд подготовительных процессов. На рисунке 2.1 приведена схема четырехтактного двигателя. Цилиндр двигателя закрыт крышкой, в которой располагаются клапаны для впуска свежего заряда и клапаны выпуска отработавших газов. Клапаны удерживаются в закрытом состоянии пружинами. Открытие клапанов в нужные моменты производится газораспределительным механизмом. Газораспределительный механизм состоит из рычагов, штанг и толкателей, на которые воздействуют кулачки распределительного вала. Распределительный вал приводится в движение от коленчатого вала двигателя и имеет частоту вращения вдвое меньшую, чем коленчатый вал, вследствие чего каждый клапан открывается один раз за два оборота коленчатого вала. Взаимосвязь газораспределительного механизма с коленчатым валом находится в определенной механической зависимости. Эта зависимость устанавливается заводом-изготовителем двигателя.
Рисунок 2.1. Схема четырехтактного одноцилиндрового карбюраторного двигателя: 1 — распределительный вал; 2 — толкатель; 3 — цилиндр; 4 — поршень; 5 — штанга; 6 — впускной клапан; 7 — коромысло; 8 — свеча зажигания или форсунка; 9 — выпускной клапан; 10 — поршневые кольца; 11 — шатун; 12 — коленчатый вал; 13 — поддон.
Рабочий цикл — это совокупность процессов, происходящих в цилиндре в определенной последовательности, который повторяется во время работы двигателя.
Видео:326) АВТОМАТИКА Предельный регулятор частоты вращения дизеля ( вопросы Госов и мкк )Скачать
Расстояние при перемещении поршня из одного крайнего положения в другое называется ходом S поршня и соответствует половине оборота коленчатого вала. Крайнее положение поршня, когда объем цилиндра минимальный, называется верхней мертвой точкой (ВМТ). Крайнее положение поршня, когда объем цилиндра максимальный — нижней мертвой точкой (НМТ). Для двигателей внутреннего сгорания одним из характеризующих его размеры и мощность параметров является рабочий объем цилиндра, который представляет собой объем цилиндра, заключенный между нижней и верхней мертыми точками. Поэтому расчитать его можно по формуле: .
При анализе работы двигателя необходимо будет понятие степени сжатия (ε) — отношение максимального объема цилиндра к минимальному. Данное определение можно переформулировать в понятиях используемых в двигателестроении: степень сжатия — это отношние полного объема цилиндра к объему камеры сгорания
,
где Va = Vh + Vc — полный объем, м 3 ; Vc — объем камеры сгорания, м 3 .
Полный объем — это объем внутренней полости цилиндра при положении поршня в НМТ, а объем камеры сгорания — при положении поршня в ВМТ. Степень сжатия современных двигателей работающих с воспламенением от сжатия составляет 13 . 23, а у двигателей с воспламенением от электрической искры — 6 . 14. Причем у последних сохраняет тенденция к дальнейшему росту степени сжатия.
Видео:Максимальная частота вращения вала двигателя 4000 об/минСкачать
Рабочие процессы, совершаемые в течение одного хода поршня (часть рабочего цикла), называют тактом. Рабочий цикл четырехтактного поршневого двигателя состоит из четырех тактов и осуществляется за 2 оборота:
- впуска,
- сжатия,
- сгорания / расширения (рабочего хода),
- выпуска.
Полезная работа совершается лишь в процессе сгорания и расширения. При рассмотрении рабочих процессов в двигателях широко используется диаграмма изменения давления p в цилиндре по ходу поршня за цикл от объема цилиндра V — индикаторная диаграмма. Такую диаграмму получают во время испытания двигателя при помощи специального прибора — индикатора или строят по результатам расчета рабочего цикла. На индикаторной диаграмме ординаты показывают давление p газов в цилиндре, а абсциссы — ход поршня и соответствующий ему объем V цилиндра.
Рисунок 2.2. Схема работы четырехтактного двигателя и индикаторные диаграммы: а-г — такты рабочего цикла; r — начало открытия впускного клапана; m — закрытие впускного клапана; c — конец сжатия; z — точка максимального авдления цикла; b — начало открытия выпускного клапана; n — закрытие выпускного клапана;
Видео:Неисправность датчика фаз: зачем нужен и как проверить (датчик положения распределительного вала)Скачать
Читайте также: Холодильник морозильник бирюса 130rs не вкл 2 компрессор
Рабочий цикл в четырехтактном двигателе происходит следующим образом:
- Первый такт — впуск. В начале первого такта поршень находится в положении, близком к ВМТ. Камера сгорания заполнена продуктами сгорания от предыдущего процесса, давление которых несколько больше атмосферного. На индикаторной диаграмме начальному положению поршня соответствует точка r (рисунок 2.2, а). При вращении коленчатого вала (в направлении стрелки) шатун перемещает поршень к НМТ, а распределительный механизм открывает впускной клапан и сообщает надпоршневое пространство цилиндра двигателя с впускным трубопроводом. В результате движения поршня к НМТ цилиндр заполняется свежим зарядом (воздухом или горючей смесью). При этом вследствие сопротивления впускной системы и впускных клапанов давление в цилиндре становится на 0,01 . 0,03 МПа меньше давления перед впускными органами (pк). На индикаторной диаграмме такту впуска соответствует линия ra. Давление перед впускными органами может быть близким к атмосферному в двигателях без наддува или превышать его в двигателях с наддувом. Современный уровень давлений наддува составляет pк = 0,13 . 0,45 МПа. При наддуве с увеличением заряда в цилиндре увеличиваются работа за цикл и мощность двигателя, однако при этом возрастают давление и температуры цикла. В действиттельном процессе впуска клапан закрывается после ВМТ, т.е. строго говоря, уже на такте сжатия (до точки m). Это делается для улучшения наполнения цилиндра свежим зарядом. Связано это с тем, что запаздывание закрытия впускного клапана позволяет использовать для дозаряда возникающий в цилиндре вакуум, а также кинетическую энергию столба воздуха, движущегося по впускному трубопроводу. С другой стороны давление и температура сжимаемого заряда повышаются, и при некотором перемещении поршня от НМТ к ВМТ давление в цилиндре становится равным давлению pк во впускной системе (точка m на индикаторной диаграмме) и начнется обратное течение — из цилиндра во впускную систему. Поэтому при проектировании двигателя необходимо находить оптимальный угол закрытия впускного клапана. Это делается с помощью эксперимента на двигателе или математичесокго моделирования. В настоящее время, запаздывание закрытия впускного клапана для большинства выполненных конструкций поршневых двигателей лежит в диапазоне 30 . 70 ° угла поворота коленчатого вала после НМТ.
- Второй такт — сжатие. При движении поршня к ВМТ происходит сжатие поступившего в цилиндр заряда. После закрытия клапана (точка m на индикаторной диаграмме) при дальнейшем перемещении поршня давление и температура в цилиндре продолжают расти. Давление в конце сжатия будет зависеть от степени сжатия, герметичности рабочей полости, теплообмена со стенками, а также от начального давления pa сжатия. На воспламенение и сгорание топлива требуется некоторое время, хотя и очень незначительное. Для наилучшего использования теплоты, выделяющейся при сгорании, необходимо, чтобы сгорание топлива заканчивалось при положении поршня возможно близком к ВМТ. Поэтому воспламенение рабочей смеси от электрической искры в двигателе с внешним смесеобразованием (а также в двигателях с впрыскиванием бензина в цилиндр) или впрыскивание топлива в цилиндр двигателя с внутренним смесеобразованием обычно производится до момента достижения поршнем ВМТ, т. е. с некоторым опережением. Таким образом, во время второго такта в цилиндре в основном производится сжатие заряда. Кроме того, в начале такта продолжается зарядка цилиндра, а в конце начинается горение топлива. На индикаторной диаграмме второму такту соответствует линия ac.
- Третий такт — сгорание и расширение — происходит при ходе поршня от ВМТ к НМТ (рис. 2.2,в). В начале такта интенсивно горит топливо, поступившее в цилиндр и подготовленное к этому в конце второго такта. Вследствие выделения большого количества теплоты температура и давление в цилиндре резко повышаются несмотря на некоторое увеличение внутрицилиндрового объема (линия cz). Под действием давления происходит дальнейшее перемещение поршня к НМТ и расширение газов. Во время расширения газы совершают полезную работу, поэтому третий такт называют также рабочим ходом. На индикаторной диаграмме третьему такту соответствует линия czb.
- Четвертый такт — выпуск. Во время четвертого такта происходит очистка цилиндра от выпускных газов. Поршень, перемещаясь от НМТ к ВМТ, вытесняет газы из цилиндра через открытый выпускной клапан. Выпускной клапан начинает открываться в тот момент, когда поршень не доходит до НМТ 40 . 60 ° по углу поворота коленчатого вала. Вследствие этого уменьшается сопротивление движению поршня во время такта выпуска и улучшается очистка цилиндра. На индикаторной диаграмме четвертому такту соответствует линия bn. Четвертым тактом заканчивается рабочий цикл.
Читайте также: Приборы для измерения диаметров валов
При дальнейшем движении поршня в той же последовательности повторяются все процессы цикла. Только такт сгорания и расширения является рабочим, остальные три такта осуществляются за счет кинетической энергии вращающегося коленчатого вала с маховиком и работы других цилиндров. Чем полнее будет очищен цилиндр от выпускных газов и чем больше поступит в него свежего заряда, тем больше, следовательно, можно будет получить полезной работы за цикл. Для улучшения очистки и наполнения цилиндра выпускной клапан закрывается не в конце такта выпуска (в ВМТ), а несколько позднее (при повороте коленчатого вала на 10…50 ° после ВМТ), т. е. в начале первого такта. По этой же причине и впускной клапан открывается с некоторым опережением (за 10…40° до ВМТ, т.е. в конце четвертого такта). Таким образом, в конце четвертого такта в течение некоторого периода могут быть открыты оба клапана. Такое положение называется перекрытием клапанов. Оно способствует улучшению наполнения в результате эжектирующего действия потока газов в выпускном трубопроводе.
Видео:Фазы на распредвалах, какое перекрытие выставить? Что такое "фаза распредвала"?Скачать
По способу образования смеси топлива с воздухом рабочие циклы двигателей классифицируют на типами спесеобразования:
- внешним смесеобразованием;
- внутренним смесеобразованием.
В рабочем цикле с внешним смесеобразованием подготовка смеси воздуха с топливом происходит вне цилиндра, и наполнение его производится готовой горючей смесью. К таким двигателям относятся:
- карбюраторные двигатели, работающие на бензине,
- газовые двигатели,
- с впрыском топлива во впускной трубопровод,
которое легко испаряется и хорошо перемешивается с воздухом при обычных условиях. В таких двигателях, подготовленная горючая смесь воспламеняется в цилиндре при помощи электрической искры. Вследствие быстрого сгорания смеси в цилиндре резко повышаются температура и давление, под воздействием которого происходит перемещение поршня в цилиндре. В процессе расширения нагретые до высокой температуры газы совершают полезную работу. Давление, а вместе с ним и температура газов в цилиндре понижаются. После расширения следует выпуск, т. е. очистка цилиндра от продуктов сгорания, и рабочий цикл повторяется.
Видео:Как работает двигатель внутреннего сгорания автомобиля?Скачать
Читайте также: Бесштыревой блокиратор рулевого вала гарант форт для subaru
Рабочий цикл с внутренним смесеобразованием происходит только внутри цилиндра двигателя. Рабочий цилиндр во время такта впуска заполняется не смесью, а воздухом, который и подвергается сжатию. В конце процесса сжатия в цилиндр через форсунку под большим давлением впрыскивается топливо в виде мелко распыленного факела, которое перемешивается с горячим воздухом. Начинается интенсивное испарение топлива, вследствие чего образуется топливовоздушная смесь, которая самовоспламеняется. Впрыск топлива во избежание преждевременной вспышки происходит только в конце сжатия. После сгорания топлива, следует процесс расширения, после чего происходит очистка цилиндра от продуктов сгорания на такте выпуска. Для двигателей с внутренним смесеобразованием могут быть использованы все виды жидкого и газообразного топлива. Двигатели, в которых воспламенение топлива происходит в результате высокого сжатия воздуха, называются по имени изобретателя этого двигателя — немецкого ученого Рудольфа Дизеля — дизелями.
Контрольные вопросы и задания
- Дайте определение верхней мертвой точке и нижней мертвой точке;
- Дайте определение двигателей внутреннего сгорания и двигателей с внешним подводом теплоты;
- Дайте определение рабочему циклу двигателя;
- Напишите формулу для расчета рабочего объема цилиндра поршневого ДВС;
- Дайте определение и напишите формулу для расчета степени сжатия поршневого ДВС, раскройте значение и смысл входящих в формулу элементов;
- Дайте определение такта;
- Перечислите последовательно все такты четырехтактного двигателя внутреннего сгорания;
- Расскажите о процессах происходящих в каждом из тактов четырехтактного ДВС;
- Дайте определение для двигателей с внешним и внутренним смесеобразоанием.
Рекомендуемая дополнительная литература
- Двигатели внутреннего сгорания: устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей/ В. П. Алексеев, В. Ф. Воронин, Л. В. Грехов и др.; Под общ. ред. А. С. Орлина,М. Г. Круглова., М.: Машиностроение, 1990
- Учебник для втузов по специальности «Двигатели внутреннего сгорания» / Д. Н. Вырубов, Н. А. Иващенко, В. И. Ивин и др.; Под ред. А. С. Орлина, М. Г. Круглова. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1983. — 372 с.
- Теория поршневых двигателей. Специальные главы: учебник для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Двигатели внутреннего сгорания» направления подготовки «Энергомашиностроение» / Р. З. Кавтарадзе. — Москва : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. — 719 с. : ил.; 22 см.; ISBN 978-5-7038-3086-4
- Конструирование двигателей внутреннего сгорания: Учебник для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Двигатели внутреннего сгорания» направления подготовки «Энергомашиностроение» / Н. Д. Чайнов, Н. А. Иващенко, А. Н. Краснокутский, Л. Л. Мягков; под. ред. Н. Д. Чайнова. М.: Машиностроение, 2008. 496 с., ил.
- Свежие записи
- Чем отличается двухтактный мотор от четырехтактного
- Сколько масла заливать в редуктор мотоблока
- Какие моторы бывают у стиральных машин
- Какие валы отсутствуют в двухвальной кпп
- Как снять стопорную шайбу с вала
источники:🎦 Видео
Принцип работы двигателя. 4-х тактный двигатель внутреннего сгорания (ДВС) в 3DСкачать
Курс автодиагностики, Что такое угол опережения зажигания, Как он разрушает мотор?Скачать
Газораспределительный механизм устройство и основные неисправностиСкачать
ДПКВ. Признаки неисправности датчикаСкачать
Датчики коленвала и распредвала: принцип работы, неисправности и способы диагностики. Часть 11Скачать
ДПРВ. Признаки неисправности датчика распредвалаСкачать
От чего зависит количество распредвалов в двигателе автомобиля. РАСПРЕДВАЛСкачать
7 ПРИЧИН ПО КОТОРЫМ ВОЗНИКАЮТ ОШИБКИ ПО ДАТЧИКУ ПОЛОЖЕНИЯ РАСПРЕДВАЛА (ДПРВ)Скачать
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ ВАЛ ПРИНЦИП РАБОТЫСкачать
Распределительный вал / CamshaftСкачать
Принцип работы датчика коленчатого валаСкачать
Диагностика двигателя Detroit Diesel S40 износ кулачков распределительного вала и толкателей штангСкачать
6.2 Кинематический расчет приводаСкачать
Способы регулирования частоты вращения якоря машины постоянного токаСкачать
РАСПРЕДВАЛЫ! ОСНОВНОЙ ТЮНИНГ АТМО МОТОРА.Скачать
