Каков рабочий процесс четырехтактного бензинового двигателя (бензинового и дизельного двигателя)?

Что такое рабочий цикл двигателя

Процессы, протекающие в цилиндрах двигателя при его работе, повторяются циклично. Одним таким рабочим циклом считается совокупность тактов (впуск топливовоздушной смеси, сжатие, воспламенение и расширение газов, а также выпуск продуктов сгорания), обеспечивающая переход тепловой энергии, выделяемой при воспламенении одной порции смеси, непосредственно в работу. О том, что представляют собой рабочие циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания, пойдет речь далее.

Что такое мертвые точки и такты ДВС

Количество этапов, входящих в один рабочий цикл ДВС (двигателя внутреннего сгорания), принято считать исходя из числа ходов поршня в цилиндре. Такие этапы получили название такты двигателя. Непосредственно ход поршня определяется его перемещением из одной крайней точки в другую. Они получили наименование мертвые, поскольку если в такой точке произойдет остановка поршня, он не сможет начать движение без внешнего воздействия. Простыми словами мертвые точки – это позиции, при которых движение в текущем направлении поршня прекращается и он начинает обратный ход.

Мертвые точки и ход поршня ДВС

Существуют две мертвые точки:

• Нижняя (НМТ) – положение, при котором расстояние между поршнем и осью вращения коленвала минимально.
• Верхняя (ВМТ) – положение, при котором цилиндр находится на максимальном удалении от оси вращения коленвала двигателя.

В англоязычной документации ВМТ обозначается как TDC (Top Dead Centre), А НМТ – BDC (Bottom Dead Centre).

Существуют двигатели, рабочий цикл которых может состоять из двух, а также из четырех тактов. Исходя из этого их разделяют на двухтактные и четырехтактные моторы.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя состоит из четырех основных этапов – тактов

1. Впуск. На этом такте происходит перемещение поршня из верхней мертвой точки (ВМТ) в нижнюю (НМТ). Кулачки распределительного вала открывают впускной клапан, через который в цилиндр всасывается новая горючая смесь.

2. Сжатие. Поршень переходит в прежнее состояние (из НМТ в ВМТ), сжимая при этом рабочую смесь. Согласно термодинамике, температура рабочей смеси увеличивается. Степенью сжатия называется отношение рабочего объема цилиндра в НМТ к объему камеры сгорания в ВМТ. Это очень важный параметр, на практике, чем он больше, тем экономичнее двигатель. Однако и тут есть противоречия, для двигателей с высокой степенью сжатия требуется особенное топливо, с более высоким октановым числом, которое стоит дороже.

3. Сгорание и расширение (рабочий ход поршня). Перед завершением цикла сжатия смесь топлива и воздуха поджигается искрой от свечи зажигания. Топливо сгорает во время движения поршня из ВМТ в НМТ, образуется газ, который расширяется, толкая поршень. Углом опережения зажигания называется степень «недоворота» коленвала двигателя до ВМТ при поджигании смеси. Необходимость преждевременного зажигания обосновывается тем, что процесс воспламенения горючей смеси медленный относительно скорости работы поршневых систем двигателя. Только в том случае, когда основная масса топлива успеет воспламениться, польза от использования энергии сгоревшего топлива будет максимальной. Процесс сгорания топлива занимает фиксированное время, поэтому, при повышении оборотов двигателя, необходимо увеличивать угол опережения зажигания, для повышения эффективности работы двигателя. Раньше, в старых автомобилях, использовалось механическое устройство (центробежный и вакуумный регулятор, который воздействовал на прерыватель). Сейчас в автомобилях установлена электроника, которая отвечает за определение угла опережения зажигания, работающая по емкостному принципу.

4. Выпуск. В последнем такте происходит вытеснение отработанных газов из цилиндра через выпускной клапан. Поршень перемещается из нижней мертвой точки в верхнюю, при достижении которой цикл начинается сначала.
При этом совсем не необходимо, чтобы начало нового цикла совпадало с окончанием предыдущего. Положение, в котором открыты сразу два клапана: впускной и выпускной, называется перекрытием клапанов. Перекрытие клапанов способствует лучшему наполнению цилиндров топливом, а также более качественной очистки цилиндров от продуктов сгорания.

Действительные
рабочие циклы, протекающие при работе
реальных поршневых ДВС, существенно
отличаются от теоретических или
термодинамических циклов. Эти отличия
определяются следующим: изменением
химического состава рабочего тела в
течение цикла; сменой рабочего тела от
цикла к циклу; сообщением теплоты
рабочему телу по сложным закономерностям,
определяемым процессом сгорания;
наличием теплообмена между рабочим
телом и стенками цилиндра.

Таким
образом, в действительном цикле происходят
процессы, вызывающие дополнительные
по сравнению с теоретическим циклом
потери теплоты. В результате КПД
действительного цикла меньше КПД
теоретического.

Рабочий
цикл в цилиндре двигателя характеризуется
изменением температуры и давления
рабочего тела. Изменение давления газов
за цикл может быть представлено графически
в виде индикаторной диаграммы. Индикаторная
диаграмма используется для изучения и
анализа процессов, протекающих в цилиндре
двигателей. Она может быть получена с
помощью специального прибора — индикатора
давления, который регистрирует зависимость
давления

в цилиндре от угла поворота коленчатого
вала

Рис.
2. Индикаторная диаграмма безнаддувного
бензинового двигателя: а) свернутая; б)
развернутая.

Рабочим
циклом,
происходящим в цилиндре двигателя,
называется комплекс следующих друг за
другом в одной и той же последовательности
физических и химических процессов, в
результате, которого выделяющееся при
сгорании топлива количество теплоты
преобразуется в механическую работу.

Тактом
называется перемещение поршня от ВМТ
до НМТ или наоборот. Плоскость, в которой
находится верхняя кромка поршня при
его наибольшем удалении от оси кривошипа,
называется верхней мертвой точкой — ВМТ
(рис.
1).
При таком положении поршня кривошип
направлен вверх, шатун является его
продолжением и оба они лежат на оси
цилиндра.

Рабочий
цикл может осуществляться за два или
четыре такта. Подавляющее большинство
автотракторных двигателей работают по
четырехтактному циклу, обеспечивающему
их лучшую топливную экономичность,
меньшую дымность и токсичность
отработавших газов. По двухтактному
циклу работают двигатели средств малой
механизации и мотоциклетные двигатели.

РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС (ЦИКЛ) ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО БЕНЗИНОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

1 такт. Впуск. Поршень перемещается в цилиндре вниз при открытом канале впуска и закрытом канале выпуска, в результате чего цилиндр заполняется смесью паров бензина и воздуха.

2 такт. Сжатие. Поршень перемещается в цилиндре вверх при закрытых обоих каналах, сжимая смесь в камере сгорания в верхней части цилиндра.

3 такт. Рабочий ход. В конце такта сжатия искра, проскакивающая между контактами свечи зажигания, воспламеняет пары бензина, которые быстро сгорают, нагревая газ в цилиндре до высокой температуры. При этом, соответственно, увеличивается давление, вынуждающее поршень перемещаться в цилиндре вниз. Оба канала остаются при этом закрытыми.

4 такт. Выпуск. Поршень перемещается вверх, при этом канал выпуска открывается, выпуская сгоревшие газы из цилиндра. В конце этого такта канал выпуска закрывается, а канал впуска снова открывается для следующего такта впуска, который следует за ним немедленно.

Полный цикл работы совершается за два оборота коленчатого вала.

Недостатком четырехтактного цикла всегда считалось то, что на каждый рабочий такт имеются три «холостых» такта.

Рабочий процесс (цикл) четырехтактного дизельного двигателя происходит в том же порядке, что и у четырехтактного бензинового. Отличием является то, что через впускные клапаны в цилиндры во время такта впуска подаётся воздух. При сжатии он разогревается до высокой температуры и обеспечивает воспламенение дизельного топлива, впрыскиваемого в цилиндры под большим давлением через форсунки. Дизельный двигатель более экономичен, но его детали при работе испытывают большие нагрузки и, соответственно, изготовляются более прочными, массивными и тяжелыми. При равной массе с бензиновым двигатель имеет меньшую мощность.

В четы­рехтактном двигателе рабочий процесс совершается за два оборо­та коленчатого вала, т.е. за поворот вала на 720°. Число рабочих ходов равно числу цилиндров двигателя. Их чередование для 4-, 6- и 8-цилиндровых двигателей будет происхо­дить соответственно через 180, 120 и 90° поворота коленчатого вала.

Рабочий процесс (цикл) двухтактного двигателя:

Двухтактный двигатель теоретически должен развивать вдвое большую мощность по сравнению с четырехтактным того же размера (на практике – не более чем в 1,7 раза). Также его конструкция дает возможность отказаться от применения клапанов, используя сам поршень для открывания и закрывания каналов. В цилиндре имеются каналы: впуска, выпуска и перепуска.

Полный цикл работы совершается за один оборот коленчатого вала (т.е. за поворот вала на 360°).

Газовый двигатель (двигатель автомобиля с газобаллонным оборудованием) в целом не имеет конструктивных отличий от бензинового двигателя, за исключением системы питания, рассчитанной на использование сжатого (метан (СН4)) или сжиженного (смесь пропана (С3Н8) и бутана (С4Н10)) газов. Рабочий цикл принципиальных отличий не имеет. Газовый двигатель имеет меньшую удельную мощность, но более экологичен и дешевле в эксплуатации, так как использует топливо, стоящее в два раза дешевле, чем бензин.

4 — х тактный двигатель внутреннего сгорания.

Источник картинки screen5

Четвертый такт — выпуск.

Поршень перемещается от НМТ к ВМТ. Через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются через выпускной трубопровод в окружающую среду. В конце такта выпуска давление газов равно 0,11 -0,12 МПа, температура 850—1200. После этого рабочий цикл дизеля повторяется.В двухтактных двигателях время, отводимое на рабочий цикл, используется более полно, так как процессы выпуска и впуска совмещены по времени с процессами сжатия и рабочего хода. Рабочий цикл происходит за 360 градусов (один оборот коленчатого вала).

При движении поршня от ВМТ к НМТ одновременно происходят процессы расширения и выпуска с продувкой цилиндра, а при обратном движении от НМТ к ВМ1 впуск и сжатие. Изменения параметров цикла (давление и температура) соответствуют изменениям параметров четырехтактного двигателя.Сравнение рабочих циклов четырех- , двухтактных двигателей показывает, что при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения коленчатого вала мощность двухтактных двигателей выше в 1.5—1,7 раза. Он проще по конструкции и компактнее.К недостаткам двухтактного двигателя следует отнести ограниченное время газообмена, что ухудшает очистку цилиндра от отработавших газов, увеличивает потери части свежею заряда, снижает экономичность.

Отличие дизельного двигателя от бензинового. И правила их эксплуатации.

Кроме — вида топлива — дизельный двигатель от бензинового мало чем отличается. оба имеют схожие блоки цилиндров, крышку картера, коленвалы, распределительные валы. Принцип действия тот же: для работы необходимо топливо и воздух. Но если посмотреть поближе на эти моторы, то различия станут явными.

В основном все конструктивные отличия заключаются в способе формирования топливо-воздушной смеси, а также её зажигания. Так, в бензиновом двигателе смесь готовится ещё до поступления в цилиндры — во впускном коллекторе, а уже в самом цилиндре происходит её сжатие и воспламенение. В дизельном сперва в цилиндр поступает воздух, а потом, на стадии его сжатия, впрыскивается дизельное топливо, которое при условиях высокого давления воспламеняется. Тут стоит отметить, что в дизельном двигателе используются более усиленные впускные и выпускные клапаны, чтобы выдерживать нагрузки при работе с высоким давлением. А для впрыска топлива используется топливный насос высокого давления, который отличается повышенной шумностью и дороговизной. Но все это компенсируется экономичностью к расходу топлива, а также к улучшенным экологическим характеристикам. Однако отдельно стоит поговорить о мощностях дизельного и бензинового двигателей.

Из-за своей экономичности и особенности образования топливо-воздушной смеси, дизельный двигатель уступает по итоговой мощности на литр объема бензиновому. Данный вопрос решается установкой на дизельный мотор воздушной турбины и интеркуллера для охлаждения нагнетаемого воздуха. При использовании турбины, КПД двигателя увеличивается за счет нагнетаемого в цилиндры воздуха. Выражаясь простым языком, во впускной коллектор нагнетается воздух под давлением около 1,2 бар, после чего с таким же показателем давления воздух поступает в цилиндры. Теперь двигателю не нужно затрачивать работу по засасыванию воздуха в цилиндры.

Исходя из всего вышесказанного, стоит отметить так же отличие в обслуживании двигателей бензинового и дизельного типов. Дизельный намного дороже и это факт. Изготовление многих его запчастей это очень высокотехнологичный и дорогостоящий процесс. И спустя многие годы производство дизельных двигателей дешевле не стало.

Капитальный ремонт двигателя

Этот ремонтный процесс представляет собой восстановление узлов и деталей двигателя до заводского состояния. Для проведения капремонта двигатель полностью снимается с автомобиля, очищается от грязи и проходит проверку всех узлов.

Ремонт двигателей иномарок отличается от ремонта отечественных силовых агрегатов. Наши и зарубежные имеют разный ресурс двигателей до капитального ремонта.Для двигателей российского производства срок работы — 150 000 км пробега, для зарубежных — 300 000 км.

Сроки — ориентировочные. Ресурс работы двигателя может быть увеличен или уменьшен в зависимости от эксплуатации, своевременности обслуживания, качества расходных материалов.

Понять наверняка о необходимости капитального ремонта можно по признакам:

• уменьшение давления масла;
• увеличенный расход масла;
• появление дыма из выхлопной трубы;
• стуки и шумы при работе двигателя.

Появление одного из признаков — достаточный аргумент для диагностики двигателя.

Преимущества двигателей

Основой того, чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного, можно назвать тот факт, что в первом за один рабочий цикл коленвал совершает два оборота, а во втором весь рабочий цикл укладывается в один оборот коленвала (360°). Поршень при этом совершает лишь два хода. Процессы, происходящие в камере сгорания в течение рабочего цикла у двухтактного мотора, не отличаются от четырехтактных, но впуск горючей смеси и выпуск отработавших газов выполняются одновременно с тактами сжатия и расширения.

Процесс одновременного удаления отработавших газов и нагнетания в цилиндр свежего заряда, происходящий в двухтактном двигателе, получил название продувка.

Принцип работы простейшего двухтактного двигателя заключается в следующем:

• Такт сжатия. В начале цикла поршень находится в НМТ и движется в положение ВМТ такта сжатия. При этом происходит перекрытие окна продувки (впуска), а затем канала выпуска. В момент, когда поршень закрывает окно выпуска, начинается сжатие горючей смеси, и в пространстве под поршнем возникает разрежение. Это обеспечивает нагнетание топлива в камеру через приоткрытый клапан впуска.
• Такт расширения (рабочего хода). Когда поршень приближается к ВМТ, происходит срабатывание свечи зажигания, и горючая смесь воспламеняется. Это провоцирует резкое повышение давления и температуры, в результате чего поршень начинает движение вниз. Таким образом, газы совершают полезную работу, а поршень при движении к НМТ увеличивает компрессию топливовоздушной смеси. С ростом давления клапан начинает закрываться и препятствует попаданию горючей смеси во впускной коллектор. При достижении поршнем выпускного окна, происходит открытие последнего, и отработавшие газы удаляются в систему выхлопа. Давление в камере снижается, а дальнейшее движение поршня открывает канал продувки и топливовоздушная смесь подается в камеру, вытесняя отработавшие газы.

В зависимости от того, как реализована система продувки в устройстве двухтактного двигателя, их разделяют на разные типы:

• С контурной кривошипно-камерной продувкой. Горючая смесь подается в камеру цилиндра напрямую из картера двигателя. При этом она всасывается в момент движения поршня к ВМТ, а при движении поршня к НМТ обеспечивается продувка за счет избыточного давления.
• С клапанно-щелевой продувкой. Применяется для одноцилиндровых двигателей. Газораспределение реализуется путем перекрытия окон, выполненных в стенке цилиндра.
• С прямоточной продувкой. В такой конструкции впуск выполняется через специальные продувочные окна, выполненные по окружности цилиндра в его нижней части. В свою очередь, выпуск реализуется через выхлопной клапан.
• С использованием продувочных насосов. Применяется на многоцилиндровых двухтактных двигателях. При этом воздух для продувки сжимается специальным компрессором.

В отличие от четырехтактного, двухтактный двигатель не имеет системы газораспределения. Не требуют такие конструкции и организации сложной системы смазки. С другой стороны, четырехтактные моторы более экономичны по расходу топлива, а также меньше подвержены вибрации и обеспечивают более чистый выхлоп.

Действительный цикл четырехтактного бензинового двигателя

В
четырехтактном бензиновом двигателе
рабочий цикл протекает в течение двух
оборотов коленчатого вала. На рис.
2,а,б
представлена индикаторная диаграмма
безнаддувного бензинового двигателя,
а также диаграмма фаз их газораспределения
(рис.
3),
на которой обозначены моменты начала
открытия и конца закрытия впускного и
выпускного клапанов.

Рис. 3. Диаграмма
фаз газораспределения.

1.
Такт впуска
(r
— а)
поршень перемещается от ВМТ к НМТ, а
освобождающаяся надпоршневая полость
цилиндра заполняется смесью воздуха с
топливом, называемой горючей
смесью.
Горючая смесь и продукты сгорания,
всегда остающиеся в объеме камеры сжатия
от предыдущего цикла, смешиваясь между
собой, образуют рабочую
смесь.

Количество
горючей смеси, поступающей в цилиндр
за один рабочий цикл, называют свежим
зарядом, а
продукты сгорания, остающиеся к моменту
поступления в него свежего заряда, —
остаточными
газами.

Для
повышения эффективной мощности двигателя,
стремятся увеличить абсолютную величину
свежего заряда и его массовую долю в
рабочей смеси. Достигают это снижением
сопротивления впускных патрубков и
других элементов впускного тракта,
использованием переменных фаз
газораспредления, повышением давления
на впуске, т.е. применением наддува
двигателя, вследствие чего повышается
плотность свежего заряда и, следовательно,
массовое наполнение цилиндров. Для
лучшего наполнения цилиндров свежей
смесью целесообразно увеличить
продолжительность фазы впуска. С этой
целью впускные клапана открывают до
верхней мертвой точки (ВМТ), а закрывают
после нижней мертвой точки (НМТ).

φ1
– угол
опережения открытия впускного клапана
– позволяет обеспечить требуемое
проходное сечение впускного клапана к
моменту прихода поршня в верхнюю мертвую
точку (φ
= 10 —
20° по углу поворота коленчатого вала
(ПКВ)).

φ2
– угол
опаздывания закрытия впускного клапана
– позволяет улучшить наполнение
цилиндров за счет использования силы
инерции входящей смеси. При увеличении
частоты вращения коленчатого вала этот
угол желательно увеличивать (переменные
фазы газораспредления), так как возрастает
инерция входящей смеси (φ
= 30 —
60° ПКВ).

2.
Такт
сжатия (а
– с)
(рис.
2,а)
оба клапана закрыты и поршень, перемещаясь
от НМТ к ВМТ, сжимает рабочую смесь (в
общем случае — рабочее тело). Предварительное
сжатие рабочего тела интенсифицирует
процесс сгорания. При нахождении поршня
вблизи ВМТ рабочую смесь поджигают от
постороннего источника с помощью
электрической искры высокого напряжения
(до 18 кВ). Для подачи искры в цилиндр
двигателя с принудительным воспламенением
служит свеча 1
зажигания, которую ввертывают в головку
цилиндра, как показано на схеме рис.
1.

3.
Такт расширения
(с — z – в),
в течение которого поршень перемещается
от ВМТ до НМТ, совершая рабочий ход. Во
время этого такта в цилиндре происходят
три процесса — сгорание, расширение
продуктов сгорания и начало их выпуска,
причем первый из них начался еще в конце
такта сжатия. Раскаленные газы, стремясь
расшириться, перемещают поршень от ВМТ
к НМТ. Совершается рабочий ход поршня,
который через шатун передает давление
на шатунную шейку коленчатого вала и
вызывает его вращение.

3.
Такт выпуска (b-r)
поршень
перемещается от НМТ к ВМТ и через
открывающийся к этому времени выпускной
клапан 2
выталкивает отработавшие газы из
цилиндра. Продукты сгорания остаются
только в объеме камеры сгорания, откуда
их нельзя вытеснить поршнем. Непрерывность
работы двигателя обеспечивается
последующим повторением рабочего цикла.

Процессы,
связанные с подготовкой рабочей смеси
к сжиганию ее в цилиндре, а также
освобождением цилиндра от продуктов
сгорания, в одноцилиндровых двигателях
осуществляются движением поршня за
счет кинетической энергии маховика,
которую он накапливает при рабочем
ходе. В многоцилиндровых двигателях
вспомогательные ходы каждого из цилиндров
выполняются за счет работы других
цилиндров, поэтому в принципе они могут
работать без маховика.

Для
повышения мощности двигателя необходимо
улучшить очистку цилиндров от остаточных
газов (ОГ). Объясняется это следующими
причинами: ОГ имеют высокую температуру,
следовательно, входящая свежая смесь
будет подогреваться – ее плотность
уменьшиться – массовое наполнение
цилиндров ухудшиться; ОГ – это инертный
продукт, замедляющий процесс сгорания
(необходимо чтобы сгорание происходило
в минимальном объеме, т. е. в районе
ВМТ).

Для
лучшей очистки цилиндров от отработавших
газов (ОГ) целесообразно увеличить
продолжительность фазы выпуска. С этой
целью выпускные клапана открывают до
нижней мертвой точки (НМТ), а закрывают
после верхней мертвой точки (ВМТ).

– угол
опаздывания закрытия выпускного клапана
– позволяет улучшить очистку цилиндров
за счет использования силы инерции
выходящий газов (φ
= 10-20°
ПКВ).

В
районе ВМТ между двумя последовательными
циклами, где впускной клапан уже начинает
открываться, а выпускной еще не закрылся,
оба клапана находятся в приоткрытых
положениях. Это называется перекрытием
клапанов.
Перекрытие позволяет уменьшить
теплонапряженность деталей камеры
сгорания и улучшить очистку цилиндров
от ОГ.

Первый такт — впуск.

Устройство двигателя современного

автомобиля, устройство систем и механизмов

Поршень перемещается от ВМТ к НМТ, через открытый впускной клапан в цилиндр поступает очищенный воздух (из-за разрежения, создаваемого поршнем). Воздух перемешивается с небольшим количеством оставшихся от предыдущего цикла отработавших газов, температура повышается и в конце такта впуска достигает 300—320 К, а давление 0.08—0.09 МПа. Коэффициент наполнения цилиндра 0,9 и выше, т. е. больше, чем у карбюраторного двигателя.

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

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:

• более высокое давление газов в цилиндре требует повышенной прочности деталей, а это приводит к увеличению размеров и массы дизеля
• пуск его затруднен, особенно в зимнее время

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

Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя

Рабочий цикл авто с дизельным двигателем отличается тем, что при такте впуска в цилиндр двигателя поступает очищенный воздух, а не горючая смесь, как в карбюраторном двигателе.

Второй такт — сжатие.

Как устроен простейший двигатель?

Устройство двигателя для детей

Поршень движется от НМТ к ВМТ, впускной и выпускной клапаны закрыты. Давление и температура воздуха увеличиваются и в конце такта составляют соответственно 3—5 МПа и 800—900 К. Степень сжатия регламентируется исправностью деталей КШМ и равна 17—21.

Классификация бензиновых двигателей

По кол-ву цилиндров – одноцилиндровые, двухцилиндровые, многоцилиндровые;

По системе охлаждения – двигатели с жидкостной и воздушной СО.

По типу смазки – смешанные (топливная смесь перемешивается с маслом), раздельный тип (масло заливается в картер).

По виду применяемого топлива: бензиновые или многотопливные.

По способу смесеобразования — подразделяют на двигатели с внешним смесеобразованием, топливная смесь готовится вне цилиндров двигателя (газовые и карбюраторные), и двигатели с внутренним смесеобразованием (инжекторные – рабочая смесь образуется внутри цилиндров).

По способу осуществления рабочего цикла – двухтактные и четырехтактные. Двухтактные двигатели обладают большей мощностью на единицу объема, однако проигрывают в КПД. Поэтому они нашли свое применение там, где важна компактность, а не экономичность (мотоциклы, моторные лодки, бензопилы и другие моторизованные инструменты). Четырехтактные двигатели доминируют в остальных средствах передвижения. Интересен тот факт, что двухтактные дизельные двигатели лишены многих недостатков двухтактных бензиновых двигателей, однако применяются в основном на больших судах (иногда на тепловозах и грузовиках).

По частоте вращения: малооборотистые, повышенной частоты вращения, высокооборотистые.

По предназначению: стационарные, судовые, автотракторные, авиационные, тепловозные и др.

По способу подачи топлива: существуют атмосферные двигатели, в которых поступление топлива осуществляется за счет разницы атмосферного давления и давления внутри двигателя, при всасывающем ходе поршня; в двигателях с наддувом горючая смесь подается в цилиндр под давлением, которое поддерживается турбокомпрессором, для увеличения мощности двигателя.

Карбюраторные и инжекторные двигатели.

Приготовление горючей смеси в карбюраторных двигателях происходит в специальном устройстве – карбюраторе, в котором осуществляется процесс смешивания топлива с потоком воздуха, за счет искусственной конвекции, создаваемой аэродинамическими силами потока воздуха, засасываемого двигателем.

В инжекторных двигателях процесс смесеобразования организован иначе. Топливо впрыскивается в воздушный поток, через специальные форсунки. Дозируется подача топлива электронным блоком управления, или (в более старых автомобилях) механической системой.

Первые инжекторные двигатели появились в 1997 году. Их внедрению способствовала корпорация OMC, которая выпустила двигатель, сконструированный с использованием технологии FICHT. Ключевым фактором этой технологии было использование специальных инжекторов, которые позволяли впрыскивать топливо сразу в камеру сгорания. Это революционное решение, в купе с использованием современного бортового компьютера, сделало возможным точное дозирование топлива, при перемещении поршня. В полость коленчатого вала впрыскивается чистое масло, без примесей топлива. Благодаря новой технологии конструкторам удалось изобрести двухтактный двигатель, который не уступал по экономичности карбюраторному четырехтактному двигателю, а также был компактным и легким.

Из-за новых стандартов на чистоту выхлопа, автомобильным производителям пришлось перейти от классических карбюраторных двигателей к инжекторным, а также установить современные нейтрализаторы выхлопных газов. Для функционирования катализатора необходим постоянный состав выхлопного газа, который поддерживается системой впрыска топлива. Обязательной составляющей катализатора является датчик содержания кислорода, благодаря которому отслеживается точное соотношение кислорода, недоокисленных продуктов сгорания топлива и оксидов азота, которые сможет нейтрализовать катализатор.

Если вы решили перейти с бензинового двигателя на газовое оборудование в своем автомобиле, то для этого необходимо приобрести все необходимые запчасти. Редуктор газовый автомобильный пропан, а также многое другое, по доступной цене можно приобрести на этом ресурсе.

Добрый день. Рассмотрим , что происходит что происходит в одном из цилиндров работающего дизеля.

Впуск — первый такт.

Поршень движется вниз и, подобно насосу, воздет разрежение. Под влияние разности давлений чистый воздух заполняет цилиндр. Выпускной клапан закрыт. В конце такта закрывается и впускной клапан.

В конце такта давление в цилиндре составляет 0,09 МПа, а температура — 30-50 градусов.

Сжатие — второй такт.

Поршень продолжает движение и перемещается вверх. Два клапана закрыты , поэтому создается избыточное давление, а температура растет. Температура достигает 600 градусов, а давление достигает 4 МПа.

В конце такта в цилиндра впрыскивается порция дизельного топлива в мелкораспыленном состоянии через форсунку. Мелкие частицы топлива, соприкасаясь с горячим сжатым воздухом и стенками цилиндра , воспламеняются и большая часть их сгорает.

Расширение или рабочий ход — третий такт.

Поршень идет вниз. Во время этого такта топливо все сгорает. Клапана при рабочем ходе закрыты. Температура газов при сгорании достигает 2000 градусов, а давление повышается до 8 МПа.

Под большим давлением расширяющихся газов поршень перемещается вниз и передает воспринимаемое им усилие через шатун на коленчатый вал, заставляя его вращаться.

В конце такта давление снижается до 0,4 МПа, а температура до 700 градусов .

Выпуск — четвертый такт.

Поршень перемещается вверх, а выпускной клапан открывается. Отработавшие газы удаляются из цилиндра сначала под действием давления, а затем уже поршень выталкивает их.

В конце такта капан выпускной закрывается, а впускной открывается .

Рабочий цикл повторяется .

Двухтактный двигатель.

Двухтактный и четырехтактный цикл схожи лишь тем, что в них присутствует сжатие и расширение рабочего тела. Такты наполнения топливом двигателя и его последующей очистки от продуктов сгорания заменены продувкой двигателя вблизи НМТ положения поршня. А весь рабочий цикл укладывается в течение одного оборота коленвала.

Если говорить о двухтактном цикле, то он делится на следующие такты: изначально, поршень поднимается вверх, сжимая рабочую смесь в цилиндре, а также создавая разрежение в кривошипной камере. Клапан впускного коллектора открывается от воздействия этого разряжения, и новая порция горючей смеси (зачастую с добавлением масла) втягивается в кривошипную камеру. При опускании поршня вниз закрывается клапан в кривошипной камере, а также повышается давление. В остальном же: поджег, сгорание топлива, и расширение рабочего тела происходят идентично, как и в четырехтактных двигателях. Но есть один нюанс, в момент, когда поршень опускается, примерно за 60° до НМТ открывается выпускное окно (поршень перестает его перекрывать). Выхлопные газы, находящиеся под большим давлением, устремляются в выпускной коллектор через это окно. Немного позже, поршень открывает и впускное окно, которое расположено со стороны впускного коллектора. Новая порция топлива из кривошипной камеры, попадает в рабочий объем цилиндра, под воздействием опускающегося поршня, и вытесняет оставшиеся отработанные газы. При этом, небольшая часть рабочей смеси попадает в выпускной коллектор, однако на обратном ходе поршня она втягивается обратно в кривошипную камеру.

Рабочий цикл карбюраторного четырехтактного двигателя

Рассмотрим подробно каждый такт цикла.

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.

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.

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.

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.

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.

Работа четырехтактного одноцилиндрового дизельного двигателя

а — впуск воздуха; б — сжатие; в — рабочий ход; г — выпуск отработавших газов; 1— цилиндр; 2 — топливный насос, 3 — поршень: 4 — форсунка, 5 — впускной клапан, 6 — выпускной клапан

Третий такт — рабочий ход.

В конце такта сжатия (20—30 градусов угла поворота коленчатого вала ло прихода поршня в ВМТ) с помощью насоса через форсунку в цилиндр под высоким давлением (15—20 МПа) в мелкораспыленном виде впрыскивается порция топлива. Топливо от соприкосновения с нагретым воздухом испаряется, его пары перемешиваются с нагретым воздухом и воспламеняются. При сгорании топлива, вследствие подвода большого количества теплоты, резко увеличиваются лишение и температура образовавшихся газов. В начале такта расширения давление газов составляет 7—8 МПа. а температура 2100—2300 К. Под действием давления поршень перемешается от ВМТ к НМТ, совершая полезную работу. Объем цилиндра увеличивается, давление и температура газов снижаются и при подходе поршня к НМТ составляют 0,2-0,4 МПа .

Принципы работы ДВС

— Принцип работы двухтактного двигателя

Когда происходит запуск двигателя, поршень, увлекаемый поворотом коленчатого вала, приходит в движение. Как только он достигает своей нижней мёртвой точки (НМТ) и переходит к движению вверх, в камеру сгорания цилиндра подаётся топливно-воздушную смесь. В своём движении вверх поршень сжимает её. В момент достижения поршнем его верхней мёртвой точки (ВМТ) искра от свечи электронного зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь. Моментально расширяясь, пары горящего топлива стремительно толкают поршень обратно к нижней мёртвой точке. В это время открывается выпускной клапан, через который раскалённые выхлопные газы удаляются из камеры сгорания. Снова пройдя НМТ, поршень возобновляет своё движение к ВМТ. За это время коленчатый вал совершает один оборот. При новом движении поршня опять открывается канал впуска топливно-воздушной смеси, которая замещает весь объём вышедших отработанных газов, и весь процесс повторяется заново. Ввиду того, что работа поршня в подобных моторах ограничивается двумя тактами, он совершает гораздо меньшее, чем в четырёхтактном двигателе, количество движений за определённую единицу времени. Минимизируются потери на трение. Однако выделяется большая тепловая энергия, и двухтактные двигатели быстрей и сильнее греются. В двухтактных двигателях поршень заменяет собой клапанный механизм газораспределения, в ходе своего движения в определённые моменты открывая и закрывая рабочие отверстия впуска и выпуска в цилиндре. Худший, по сравнению с четырёхтактным двигателем, газообмен является главным недостатком двухтактной системы ДВС. В момент удаления выхлопных газов теряется определённый процент не только рабочего вещества, но и мощности.

— Принцип работы четырёхтактного двигателя

Данных недостатков лишены четырёхтактные ДВС, которые, в различных вариантах, и устанавливаются на практически все современные автомобили, трактора и прочую технику. В них впуск/ выпуск горючей смеси/выхлопных газов осуществляются в виде отдельных рабочих процессов, а не совмещены со сжатием и расширением, как в двухтактных. При помощи газораспределительного механизма обеспечивается механическая синхронность работы впускных и выпускных клапанов с оборотами коленвала. В четырёхтактном двигателе впрыск топливно-воздушной смеси происходит только после полного удаления отработанных газов и закрытия выпускных клапанов.

Каждый такт работы составляет один ход поршня в пределах от верхней до нижней мёртвых точек. При этом двигатель проходит через следующие фазы работы

*Такт первый, впуск. Поршень совершает движение от верхней к нижней мёртвой точке. В это время внутри цилиндра возникает разряжение, открывается впускной клапан и поступает топливно-воздушная смесь. В завершение впуска давление в полости цилиндра составляет в пределах от 0,07 до 0,095 Мпа; температура — от 80 до 120 градусов Цельсия.

*Такт второй, сжатие. При движении поршня от нижней к верхней мёртвой точке и закрытых впускном и выпускном клапане происходит сжатие горючей смеси в полости цилиндра. Этот процесс сопровождается повышением давления до 1,2—1,7 Мпа, а температуры — до 300-400 градусов Цельсия.

*Такт третий, расширение. Топливно-воздушная смесь воспламеняется. Это сопровождается выделением значительного количества тепловой энергии. Температура в полости цилиндра резко возрастает до 2,5 тысяч градусов по Цельсию. Под давлением поршень быстро движется к своей нижней мёртвой точке. Показатель давления при этом составляет от 4 до 6 Мпа.

*Такт четвёртый, выпуск. Во время обратного движения поршня к верхней мёртвой точке открывается выпускной клапан, через который выхлопные газы выталкиваются из цилиндра в выпускной трубопровод, а затем и в окружающую среду. Показатели давление в завершающей стадии цикла составляют 0,1-0,12 Мпа; температуры — 600-900 градусов по Цельсию.

Вспомогательные системы двигателя внутреннего сгорания

Система зажигания является частью электрооборудования машины и предназначена для обеспечения искры, воспламеняющей топливно-воздушную смесь в рабочей камере цилиндра. Составными частями системы зажигания являются:

*Источник питания. Во время запуска двигателя таковым является аккумуляторная батарея, а во время его работы — генератор.

*Включатель, или замок зажигания. Это ранее механическое, а в последние годы всё чаще электрическое контактное устройство для подачи электронапряжения.

*Накопитель энергии. Катушка, или автотрансформатор — узел, предназначенный для накопления и преобразования энергии, достаточной для возникновения нужного разряда между электродами свечи зажигания.

*Распределитель зажигания (трамблёр). Устройство, предназначенное для распределения импульса высокого напряжения по проводам, ведущим к свечам каждого из цилиндров.

Что входит в капитальный ремонт двигателя

Перед ремонтом организуется рабочее пространство. Необходимо подготовить стол для ремонта, хорошее освещение, коробки для деталей.

Весь процесс делится на этапы.

• Демонтаж двигателя из автомобиля. Силовые агрегаты весят минимум 100 кг. Для демонтажа понадобится автомобильный подъёмник.
• Разборка двигателя. Понадобится набор ключей и головок. Важно найти инструкцию по ремонту силового агрегата от производителя. Проверить номер и модель двигателя — должен совпадать с описанным в инструкции. Поочерёдно снимается выпускной коллектор, поддон картера, крышка и головка блока цилиндров.
• Проверка узлов двигателя на соответствие стандартам. Для осуществления диагностики элементов двигателя понадобится комплект для капитального ремонта: манометр, стетоскоп, компрессометр, нутромер и эндоскоп.
• Ремонт и замена непригодных деталей.
• Сбор двигателя.
• Регулировка. Настройка после ремонта двигателя включает в себя: регулировку оборотов на холостом ходу и зажигания.
• Обкатка двигателя после ремонта обязательна.

Бензиновые двигатели

Статья опубликована 26.06.2014 06:34
Последняя правка произведена 21.07.2015 08:36

Бензиновые двигатели – одна из разновидностей ДВС (двигателей внутреннего сгорания) в которых поджег смеси из воздуха и топлива, осуществляется в цилиндрах, посредством искр от свечей зажигания. Роль регулятора мощности выполняет дроссельная заслонка, которая регулирует поток поступающего воздуха.

Существует несколько видов дросселей, например карбюраторная дроссельная заслонка, регулирует количество поступающего в цилиндры ДВС топлива. Она состоит из пластины, закрепленной на главной вращающейся оси и помещенной в трубке, по которой и протекает топливо. Вращая пластинку, можно регулировать пропускную способность трубки (если пластинка находится в перпендикулярном положении относительно трубки, то топливо поступать не будет). Дроссель управляется водителем, наиболее распространена двойная система привода: ножная от педали и ручная от рычага или кнопки. При использовании педали, кнопка ручного управления блокируется, а при вытягивании кнопки ручного управления опускается педаль. В дальнейшем, дроссель опять открывается педалью, но при опускании педали, он остается в положении, установленным ручным управлением.

• Простота и дешевизна в изготовлении.

• Большая удельная мощность х1.6-1.8 (в расчете на 1 литр раб. объема)

• Отсутствие громоздких систем газораспределения и смазки.

• Отсутствие распределительного вала и блока клапанов.

Четырехтактный

• Не требуется добавление масла в топливо.

• Комфорт (меньший уровень шума).

• Обходится без сложной выхлопной системы.

Как работает четырехтактный двигатель

Конструктивно рабочий цикл типового четырехтактного агрегата обеспечивается работой следующих элементов:

• цилиндр;
• поршень – выполняет возвратно-поступательные движения внутри цилиндра;
• клапан впуска – управляет процессом подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания;
• клапан выпуска – управляет процессом выброса отработавших газов из цилиндра;
• свеча зажигания – осуществляет воспламенение образовавшейся топливовоздушной смеси;
• коленчатый вал;
• распределительный вал – управляет открытием и закрытием клапанов;
• ременной или цепной привод;
• кривошипно-шатунный механизм – переводит движение поршня во вращение коленчатого вала.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя

Рабочий цикл такого механизма состоит из четырех тактов, в ходе которых реализуются следующие процессы:

• Впуск (нагнетание топлива и воздуха). В начале цикла поршень находится в ВМТ. В момент, когда коленвал начинает вращаться, он воздействует на поршень и переводит его в НМТ. Это приводит к образованию разрежения в камере цилиндра. Распредвал воздействует на клапан впуска, постепенно открывая его. Когда поршень оказывается в крайнем положении клапан полностью открыт, в результате чего происходит интенсивное нагнетание топлива и воздуха в камеру цилиндра.
• Сжатие (увеличение давления горючей смеси). На втором этапе поршень начинает обратное перемещение к верхней мертвой точке такта сжатия. Коленвал совершает еще один поворот, а оба клапана полностью закрыты. Внутреннее давление увеличивается до величины 1,8 МПа и повышается температура горючей смеси до 600 С°.
• Расширение (рабочий ход). При достижении верхней позиции поршнем в камере сгорания устанавливается максимальная компрессия до 5 МПа и срабатывает свеча зажигания. Это приводит к возгоранию смеси и увеличению температуры до 2500 С°. Давление и температура приводят к интенсивному воздействию на поршень, и он начинает вновь перемещаться к НМТ. Коленвал совершает еще поворот, и таким образом, тепловая энергия переходит в полезную работу. Распредвал открывает выпускной клапан, и при достижении поршнем НМТ он полностью раскрыт. В результате отработавшие газы начинают постепенно выходить из камеры, а давление и температура снижаются.
• Выпуск (удаление отработавших газов). Коленвал двигателя поворачивается, и поршень начинает движение в верхнюю точку. Это приводит к выталкиванию отработавших газов и еще большему снижению температуры и уменьшению давления до 0,1 МПа. Далее, начинается новый цикл, в ходе которого указанные процессы вновь повторяются.

В ходе каждого такта коленчатый вал двигателя совершает поворот на 180°. За полный рабочий цикл коленвал поворачивается на 720°.

Четырехтактный двигатель получил широкое распространение. Он может работать как с бензином, так и с дизельным топливом. Отличием рабочего цикла для дизеля является то, что воспламенение топливовоздушной смеси происходит не от искры, а от высокого давления и температуры в конечной точке такта сжатия.

Обслуживание и эксплуатация двигателя

Все узлы автомобиля нуждаются в своевременном обслуживании — двигатель в особенности. Для продления ресурса работы силового агрегата необходимо использовать масло и топливо в соответствии с рекомендацией производителя.

Дешёвое моторное масло может принести двигателю большой вред. Следует опасаться подделок.

Периодичность замены масла на новом двигателе — 15 000 км пробега. На силовых агрегатах с пробегом более 350 000 км замена масла производится каждые последующие 8000 км.

Масляный, топливный и воздушный фильтры — важные элементы двигательной системы. Не стоит забывать об их замене.

Периодически следует проверять уровень тосола в системе охлаждения двигателя.

Автомобильные специалисты в большинстве своём негативно относятся к применению присадок для увеличения мощности и срока работы двигателя. Использование таких средств негативно влияет на работу двигателя.

Правильная эксплуатация двигателя продлевает его ресурс. Работа автомобиля на холостом ходу наносит вред силовому агрегату. По возможности нужно избегать длительных стоянок с заведённым мотором.