С-Петербург, улица Тосина 3
+7 (812) 917-84-85
+7 (921) 316-27-00
Главная » Разное » Рабочий ход поршня

Рабочий ход поршня


2. Рабочий процессы (циклы) четырехтактных двигателей.

1. Двигатель автомобиля представляет собой совокупность механизмов и систем, преобразующих тепловую энергию сгорающего в его цилиндрах топлива в механическую. На современных автомобилях наибольшее распространение получили поршневые двигатели внутреннего сгорания, в которых расширяющиеся при сгорании топлива газы воздействуют на движущиеся в их цилиндрах поршни. Бензиновые двигатели работают на легком жидком топливе — бензине, который получают из нефти. Дизельные двигатели работают на тяжелом жидком топливе — дизельном, получаемом также из нефти. Из указанных двигателей наиболее мощными являются бензиновые, наиболее экономичными и экологичными — дизели, имеющие более высокий коэффициент полезного действия.

У двигателей с внешним смесеобразованием горючая смесь готовится вне цилиндров, в специальном приборе — карбюраторе (карбюраторные двигатели) или во впускном трубопроводе (двигатели с впрыском бензина) и поступает в цилиндры в готовом виде. У двигателей с внутренним смесеобразованием (дизели, двигатели с непосредственным впрыском бензина) приготовление горючей смеси производится непосредственно в цилиндрах путем впрыска в них топлива. В двигателях без наддува наполнение цилиндров осуществляется за счет вакуума, создаваемого в цилиндрах при движений поршней из верхнего крайнего положения в нижнее. В двигателях с наддувом горючая смесь поступает в цилиндры под давлением, которое создается компрессором. Принудительное воспламенение горючей смеси от электрической искры, возникающей в свечах зажигания, производится в бензиновых двигателях, а воспламенение от сжатия (самовоспламенение) — в дизелях.

Основные типы двигателей

У четырехтактных двигателей полный рабочий процесс (цикл) совершается за четыре такта (впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск), которые последовательно повторяются при работе двигателей. Рядные двигатели имеют цилиндры, расположенные в один ряд вертикально или под углом 20...40° к вертикали. V-образные двигатели имеют два ряда цилиндров, расположенных под углами 60, 75° и чаще 90. V-образный двигатель с углом 180° между рядами цилиндров называется оппозитным. Двух-, трех-, четырех- и пятицилиндровые двигатели выполняются обычно рядными, а шести-, восьми- и многоцилиндровые — V-образными. В двигателях с жидкостным охлаждением в качестве охлаждающего вещества используют антифризы (низкозамерзающие жидкости), температура замерзания которых -40 °С и ниже. В двигателях с воздушным охлаждением охлаждающим веществом является воздух. Большинство двигателей имеет жидкостное охлаждение, так как оно наиболее эффективное.

Основные определения и параметры двигателя

Верхняя мертвая точка (ВМТ) — крайнее верхнее положение поршня. В этой точке поршень наиболее удален от оси коленчатого вала. Нижняя мертвая точка (НМТ) — крайнее нижнее положение поршня. Поршень наиболее приближен к оси коленчатого вала. В мертвых точках поршень меняет направление движения, и его скорость равна нулю. Ход поршня (S) — расстояние между мертвыми точками, проходимое поршнем в течение одного такта рабочего цикла двигателя. Каждому ходу поршня соответствует поворот коленчатого вала на угол 180° (пол-оборота). Такт — часть рабочего цикла двигателя, происходящего при движении поршня из одного крайнего положения в другое. Рабочий объем цилиндра (Vk) — объем, освобождаемый поршнем при его перемещении от ВМТ до НМТ. Объем камеры сгорания (Vc) — объем пространства над поршнем, находящимся в ВМТ. Полный объем цилиндра (Va) — объем пространства над поршнем, находящимся в НМТ: va=vk+vc.

Рабочий объем (литраж) двигателя — сумма рабочих объемов всех цилиндров двигателя, выраженная в литрах (см3). Степень сжатия (s) — отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания, т.е.  s = Va/Vc

Степень сжатия показывает, во сколько раз сжимается смесь в цилиндре двигателя при ходе поршня из НМТ в ВМТ. При повышении степени сжатия увеличивается мощность двигателя и улучшается его экономичность. Степень сжатия для бензиновых двигателей современных легковых автомобилей составляет 8 — 10, а для дизелей 15 — 22. Ход S поршня и диаметр D цилиндра определяют размеры двигателя. Если отношение S/D < 1, то двигатель является короткоходным.

Рабочий процесс (цикл) четырехтактных двигателей состоит из тактов впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска. Рабочий процесс происходит за четыре хода поршня или за два оборота коленчатого вала. При такте впуска поршень движется от ВМТ к НМТ. Выпускной клапан 5 закрыт. Под действием вакуума, создаваемого при движении поршня, в цилиндр 3 поступает горючая смесь (бензина и воздуха) через впускной клапан 7, открытый распределительным валом 6. Горючая смесь перемешивается с остаточными отработавшими газами, образуя при этом рабочую смесь. Такт сжатия происходит при перемещении поршня от НМТ к ВМТ. Впускной и выпускной клапаны закрыты. Объем рабочей смеси уменьшается, а давление в цилиндре повышается. Повышение давления сопровождается увеличением температуры рабочей смеси. При такте рабочего хода впускной и выпускной клапаны закрыты. Воспламененная в конце такта сжатия от свечи зажигания рабочая смесь быстро сгорает. Газы давят на поршень, он движется от ВМТ до НМТ и совершает полезную работу, вращая через шатун 2 коленчатый вал 1. Такт выпуска происходит при движении поршня от НМТ к ВМТ. Впускной клапан закрыт. Отработавшие газы вытесняются поршнем из цилиндра через выпускной клапан, открытый распределительным валом. Давление и температура в цилиндре уменьшаются. Из рассмотренного рабочего процесса (цикла) следует, что полезная работа совершается только в течение одного такта — рабочего хода. Рабочий процесс четырехтактного дизеля существенно отличается от рабочего цикла бензинового двигателя по смесеобразованию и воспламенению рабочей смеси. Основное различие рабочих циклов состоит в том, что в цилиндры дизеля при такте впуска поступает не горючая смесь, а воздух, и при такте сжатия в цилиндры впрыскивается мелкораспыленное топливо, которое самовоспламеняется под действием высокой температуры сжатого воздуха. Такт впуска осуществляется при движении поршня 2 от ВМТ к НМТ. Выпускной клапан 6 закрыт. Вследствие образовавшегося вакуума в цилиндр 7 через воздушный фильтр 4 и открытый впускной клапан 5 поступает воздух из окружающей среды.

Рис. 4. Схема рабочего процесса четырехтактного дизеля: а — впуск; б — сжатие; в — рабочий ход; г — выпуск; 1 — топливный насос; 2 —поршень; 3 — форсунка; 4 — воздушный фильтр; 5 — впускной клапан; 6 —выпускной клапан; 7 — цилиндр; 8 — шатун; 9 — коленчатый вал

При такте сжатия поршень движется от НМТ до ВМТ. Впускной и выпускной клапаны закрыты. Поршень сжимает находящийся в цилиндре воздух. При такте рабочего хода поршень подходит к ВМТ, и в цилиндр двигателя из форсунки 3 под большим давлением впрыскивается распыленное дизельное топливо, подаваемое топливным насосом 1 высокого давления. Впрыснутое топливо перемешивается с нагретым воздухом, и образовавшаяся смесь самовоспламеняется. Под действием давления газов поршень перемещается от ВМТ до НМТ и совершает полезную работу, вращая через шатун 8 коленчатый вал 9. Такт выпуска происходит при движении поршня от НМТ к ВМТ. Впускной клапан закрыт. Через открытый выпускной клапан 6 поршень выталкивает из цилиндра отработавшие газы.

3. Рабочий процессы (циклы) двухтактных двигателей. Рабочий цикл двухтактного двигателя совершается за два хода поршня или за один оборот коленчатого вала (360°). В связи с этим двухтактный цикл характеризуется тем, что у него один такт яв­ляется рабочим, а второй — вспомогательным. Рассмотрим работу двухтактного карбюраторного двигателя с кривошипно-камерной продувкой. В таком двигателе отсутствуют клапаны, их роль выполняет поршень, закрывающий при своем движении выпускные, впускные и продувочные окна. Через эти окна рабочая полость цилинд­ра сообщается в определенные моменты с впускным и выпускным трубо­проводами, а также с кривошипной камерой, которая в данном типе дви­гателя выполнена герметичной, так как она участвует в рабочем цикле.

Цилиндр двигателя в средней части имеет три окна: впускное 2, вы­пускное 3 и продувочное 4, служащее для сообщения цилиндра с карте­ром 1 при помощи перепускного канала 5.

Когда поршень расположен в ВМТ., в камере сгорания имеется сжатая поршнем смесь, и в то же время в кривошипной камере находит­ся засосанная поршнем при его движении к ВМТ горючая смесь. При воспламенении сжатой рабочей смеси электрической искрой давление в цилиндре над поршнем резко возрастет и поршень начнет перемещать­ся от ВМТ к НМТ, совершая рабочий ход. При движении поршня к НМТ одновременно будут происходить рабочий ход в цилиндре и сжатие горючей смеси в кри­вошипной камере. При дви­жении поршня к НМТ его верхней кромкой сначала от­крывается выпускное окно 3 и продукты сгорания, давле­ние которых выше атмосфер­ного, начнут выходить нару­жу (выпуск). При дальней­шем движении поршня от­крывается продувочное окно 4 и сжатая в картере горю­чая смесь перетекает по ка­налу 5, заполняя цилиндр и осуществляя продувку его от остатков продуктов сго­рания. При этом часть

го­рючей смеси неизбежно те­ряется, выходя вместе с отработавшими газами.

Схема работы двухтактного карбюраторного двигателя с кривошипно-камерной продувкой:

а —сгорание рабочей смеси в цилиндре и наполнение кривошипной камеры горючей смесью; б—выпуск отработавших газов и наполнение цилиндра .

При обратном движении от НМТ к ВМТ пор­шень своей верхней кромкой перекрывает продувочное окно 4, затем вы­пускное 3, после чего начинается сжатие смеси в цилиндре. Одновремен­но создается разрежение в полости картера до момента открытия ниж­ней кромкой поршня впускного окна 2. После этого процесс начнет по­вторяться. Рабочий процесс двухтактных дизелей с прямоточной продувкой осуществляется следующим образом .

Первый такт — перемещение поршня от ВМТ к НМТ. При поло­жении поршня около ВМТ происходит воспламенение топлива, впрыс­нутого в среду сжатого воздуха через форсунку. Под давлением газов поршень перемещается к НМТ. Около середины хода поршня происхо­дит открытие выпускных клапанов 3 и отработавшие газы начинают вы­ходить из цилиндра, в результате чего давление в цилиндре резко сни­жается. При достижении верхней кромкой поршня продувочных окон начи­нается продувка цилиндров сжатым воздухом, поступающим к проду­вочным окнам 2 от нагнетателя 1 через ресивер.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя

Категория:

   Автомобили и трактора

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя

Двигатели, применяемые на автомобилях и тракторах, работают преимущественно по четырехтактному циклу. При этом цикле процессы впуска горючей смеси, сжатия, сгорания, расширения и выпуска отработавших газов совершаются за четыре такта (хода поршня) — впуск, сжатие, рабочий ход (расширение), выпуск, что соответствует двум оборотам коленчатого вала. Один из этих тактов является рабочим, а остальные три вспомогательными.

Такт впуска. При этом такте поршень движется от ВМТ к НМТ, создавая разрежение в полости цилиндра над собой. Впускной клапан открыт, и через впускной трубопровод в цилиндр под влиянием разности давлений поступает смесь топлива с воздухом (горючая смесь), приготовленная в карбюраторе. Горючая смесь, перемешавшись с отработавшими газами, оставшимися в камере сгорания от предыдущего цикла, образует рабочую смесь.

Давление в цилиндре во время такта впуска меньше давления окружающей среды и зависит от сопротивления впускного тракта и частоты вращения коленчатого вала. Величина его лежит в пределах 0,08—0,095 МПа. Температура рабочей смеси при этом также вследствие контакта ее с нагретыми деталями двигателя и смешивания с остаточными раскаленными газами составляет 90—120 °С.

Такт сжатия. При дальнейшем вращении коленчатого вала поршень движется от НМТ к ВМТ. В это время впускной и выпускной клапаны закрыты, поэтому поршень сжимает находящуюся в цилиндре рабочую смесь, которая нагревается и дополнительно хорошо перемешивается. Давление рабочей смеси достигает максимума в тот момент, когда поршень доходит до ВМТ и зависит в основном от степени сжатия. Для различных карбюраторных двигателей оно колеблется от 0,8—1,2 МПа. Температура смеси в конце такта сжатия повышается до 300—450 °С. Чем выше степень сжатия, тем больше температура и давление смеси, тем больше мощность и экономичность двигателя. Однако увеличение степени сжатия карбюраторных двигателей допустимо лишь в известных пределах, так как чрезмерное повышение степени сжатия может привести к нежелательному детонационному характеру сгорания. Предельное значение величины степени сжатия должно быть таким, чтобы температура в конце такта была ниже температуры самовоспламенения топлива. Степень сжатия современных карбюраторных двигателей составляет 6—10.

Рис. 1. Рабочие циклы четырехтактного карбюраторного и дизельного двигателей: о, д — впуск: б. е — сжатие; в, ж – расширение; г, з выпуск; — коленчатый вал; — шатун; — поршневой палец; — поршень: — цилиндр; впускной клапан; — сзеча (у карбюраторного двигателя). форсунка (у дизельного двигателя); выпускной клапан

Такт расширения. Этот такт состоит из двух последовательно происходящих процессов — сгорания смеси и расширения газов (продуктов сгорания смеси) и совершается при закрытых клапанах. Рабочая смесь в конце такта сжатия воспламеняется электрической искрой, проскакивающей между электродами свечи зажигания и сгорает, когда поршень находится около ВМТ. В результате сграния смеси температура и давление образующихся в цилиндре газов возрастают. Под действием давления продуктов сгорания поршень движется вниз и с помощью шатуна вращает коленчатый вал, совершая при этом механическую работу.

Давление газов в начале такта расширения составляет примерно 4—6 МПа и к концу такта расширения снижается до 0,4—0,5 МПа. Температура в начале такта расширения составляет 2000— 2500 °С, а в конце снижается до 900— 1100 °С.

Такт выпуска. Этот такт начинается при подходе поршня к НМТ при открытом выпускном клапане. Отработавшие газы под собственным давлением 0,4—0,5 МПа выходят из цилиндра в атмосферу через выпускной трубопровод и глушитель. Далее поршень движется от НМТ к ВМТ и выталкивает из цилиндра оставшуюся часть отработавших газов под давлением, несколько превышающем атмосферное (0,11 — 0,12 МПа). Температура выпускных газов равна 700—800 С. После подхода поршня к ВМТ выпускной клапан закрывается, впускной клапан открывается и начинается повторение рабочего цикла.

Таким образом, в четырехтактном одноцилиндровом двигателе коленчатый вал вращается под действием давления газов при такте расширения. Для вращения коленчатого вала в течение трех остальных вспомогательных тактов на валу закрепляется тяжелое маховое колесо (маховик), инерция которого обеспечивает вывод поршней из мертвых точек и совершение трех нерабочих ходов поршня.

Рабочий процесс четырехтактного газового двигателя протекает так же, как и у четырехтактного карбюраторного, но газовоздушная смесь готовится не карбюратором, а карбюратором-сме-сителем или специальным газовым смесителем.

—

При рассмотрении цикла условно примем, что каждый такт начинается и заканчивается в одной из мертвых точек.

Первый такт — впуск. При вращении коленчатого вала поршень перемещается из в. м. т. в н. м. т. и в верхней части цилиндра создается разрежение. Распределительный вал через детали газораспределительного механизма открывает впускной клапан, который через впускной трубопровод 5 соединяет цилиндр с карбюратором. Горючая смесь, поступающая под действием разрежения из карбюратора по впускному трубопроводу, заполняет цилиндр. В конце такта впуска, при работе двигателя с полной мощностью, давление в цилиндре составляет 80—90 кН/м2 (0,8— 0,9 кгс/см2), а температура рабочей смеси равна 80—120 °С (у прогретого двигателя).

Рис. 2. Схема рабочего цикла четырехтактного одноцилиндрового карбюраторного двигателя: а — впуск в цилиндр горючей смеси; б — сжатие рабочей смеси; в — расширение газов или рабочий ход; г — выпуск отработавших газов; 1 — коленчатый вал; 2 — распределительный вал; 3 — поршень; t — цилиндр; 5 — впускной трубопровод; 6 — карбюратор; 7 — впускной клапан: 8 — свеча зажигания; 9 — выпускной клапан; 10 — выпускной трубопровод; 11 — шатун

Второй такт — сжатие. Такт впуска заканчивается, когда поршень приходит в н. м. т. (рис. 2, б). При дальнейшем повороте коленчатого вала поршень перемещается из н. м. т. в в. м. т. и сжимает рабочую смесь. В течение такта сжатия оба клапана остаются закрытыми. Объем смеси при сжатии уменьшается, а давление внутри цилиндра увеличивается и достигает 1000—1200 кН/м2 (10—12 кгс/см2). Повышение давления сопровождается увеличением температуры смеси до 300—400 °С.

Третий такт — расширение, или рабочий ход. Оба клапана закрыты (рис. 2, в). При подходе поршня в конце такта сжатия к в. м. т. между электродами свечи зажигания проскакивает электрическая искра. Сжатая рабочая смесь воспламеняется и быстро сгорает, образуя большое количество горячих газов. Газы давят на поршень, который под их давлением перемещается от в. м. т. до н. м. т. и через шатун вращает коленчатый вал. Это основной такт, так как расширяющиеся газы совершают полезную работу. С момента воспламенения смеси давление газов быстро возрастает, а затем по мере движения поршня вниз и увеличения объема давление снижается. В конце сгорания и начале расширения давление достигает 3000—4000 кН/м2 (30—40 кгс/см2) при температуре 2000—2200 °С, а в конце расширения снижается до 350—450 кН/м2 (3,5—4,5 кгс/см2) при температуре 1200—1500 °С.

Четвертый такт — выпуск. Поршень (рис. 2, г) движется от н. м. т. до в. м. т. и через открытый выпускной клапан вытесняет отработавшие газы в выпускной трубопровод, глушитель и далее в атмосферу. При такте выпуска не удается достигнуть полной очистки цилиндра от отработавших газов и часть их остается в цилиндре (остаточные газы). В конце выпуска давление равно 105—120 кН/м2 (1,05—1,2 кгс/см2), а температура 700— 900° С. После окончания такта выпуска рабочий цикл двигателя повторяется в рассмотренной выше последовательности.

На заднем конце коленчатого вала устанавливают тяжелый диск — маховик, который во время рабочего хода накапливает энергию, а затем продолжает вращаться по инерции. При этом вместе с маховиком вращается и коленчатый вал, который перемещает поршень в течение остальных (вспомогательных) тактов. В одноцилиндровом двигателе, работающем очень неравномерно, маховик должен обладать большим моментом инерции.

Реклама:
Читать далее: Сравнение четырехтактных и двухтактных карбюраторных и дизельных двигателей

Категория: - Автомобили и трактора

Главная → Справочник → Статьи → Форум

Тактом называется часть рабочего цикла, совершаемая за один ход поршня

Все двигатели внутреннего сгорания по' числу тактов в каждом цикле можно разделить на 2 класса: четырехтактные и двухтактные двигатели.

двигатель, в котором рабочий ход совершается в течение двух ходов поршня, называетсядвухтактным двигателем. Двигатель, в котором рабочий цикл совершается в течение четырех ходов поршня, называетсячетырехтактным.

В четырехтактном двигателе такты чередуются в следующем порядке (фиг. 20):

1. Такт впуска - поршень движется от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ); клапаны впуска открыты, а клапаны выпуска закрыты; в цилиндр поступает свежая горючая смесь. Такт впуска начинается при положении поршня в ВМТ и кончается при положении поршня в НМТ.

2. Такт сжатия - поршень движется от НМТ к ВМТ; клапаны впуска и выпуска закрыты; горючая смесь в цилиндре сжимается и около ВМТ воспламеняется и сгорает. Такт сжатия начинается в НМТ и кончается в ВМТ.

3. Такт расширения - газы, имеющие высокие температуру и давление, расширяются и передвигают поршень от ВМТ к НМТ. В этом такте совершается полезная работа, необходимая для приведения в действие кривошипно-шатунного механизма, а поэтому такт расширения называют также рабочим ходом.

4. Такт выпуска - поршень движется от НМТ к ВМТ, клапаны выпуска открыты, а клапаны впуска закрыты, продукты сгорания выталкиваются поршнем из цилиндра. Такт выпуска начинается в НМТ и кончается в ВМТ.

Фиг. 20. Схема работы четырехтактного двигателя

ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ ДВИГАТЕЛЯ М-14П

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Авиационный двигатель М-14П поршневой, четырехтактный, бензиновый, с воздушным охлаждением, девятицилиндровый, однорядный, со звездообразным расположением цилиндров и с карбюраторным смесеобразованием.

Двигатель М-14П - невысотный, для улучшения эксплуатационных характеристик имеет односкоростной центробежный нагнетатель.

Двигатель охлаждается воздухом, поступающим через входное устройство в передней части капота самолета. Равномерное охлаждение цилиндров обеспечивают воздушные дефлекторы, установленные на каждом цилиндре. Смазка основных узлов и деталей двигателя производится маслом под давлением.

Запуск двигателя осуществляется сжатым воздухом. Распределение воздуха по цилиндрам в необходимой последовательности осуществляется распределителем сжатого воздуха. Зажигание топливовоздушной смеси в цилиндрах осуществляется электрической искрой тока высокого напряжения, образованного в двух рабочих магнето. В каждый цилиндр завернуто по две свечи и пусковому клапану.

Двигатель крепится к кольцу моторамы восьмью болтами, проходящими через отверстия бобышек смесесборника.

На двигателе М-14П установлены:

воздушный винт изменяемого шага В530ТА-Д35 - на валу винта;

регулятор постоянных оборотов Р-2 сер. 04 - на корпусе редуктора;

карбюратор АК-14П - на смесесборнике;

два магнето М-9Ф,

генератор ГСР-ЗОООМ 4 серии,

распределитель сжатого воздуха, компрессор АК-50А 3 серии,

датчик тахометра ДТЭ-1,

маслонасос MH-I4A,

бензонасос 702MJI - на задней крышке картера.

Редуктор двигателя понижает частоту вращения вала воздушного винта относительно частоты вращения коленчатого вала.

Смотрите также

 

"Питер - АТ"
ИНН 780703320484
ОГРНИП 313784720500453

Новости